Baixe Desenvolvimento de uma Máquina CNC de Torno-Fresamento: Implementação de um Quarto Eixo e outras Resumos em PDF para Cultura, somente na Docsity!
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Resumo: O presente artigo apresenta a adequação tecnológica de uma fresadora CNC, desenvolvida no Projeto Integrador do módulo VI do Curso Superior de Tecnologia em Automação Industrial, na qual acrescentou-se um quarto eixo angular que possibilita a confecção de moldes com superfícies irregulares. Os acionamentos dos eixos utilizam motores de passo com drivers de corrente, o controle do eixo árvore é realizado por um inversor de freqüência, e o controle da máquina é feito por uma porta paralela de um PC equipado com software MACH3.
Palavras Chave: retrofitting, CNC, CAD/CAM, Mach3.
1 Introdução
A automação industrial vem crescendo assustadoramente nos últimos anos. Os conceitos de pro- dutividade e qualidade ganham considerável destaque nas organizações e, no mercado cada vez mais competitivo, fica inevitável a utilização de sistemas automatizados.
Pela tecnologia aplicada, mão de obra especializada e alta velocidade de mudança sabe-se que não existe a possibilidade de serem desenvolvidos sistemas estáticos, ou seja, que não permitam atualizações tecnológicas.
Neste contexto de up-grades e atualizações encontramos o termo retrofitting, que busca moderni- zar máquinas ferramentas e torná-las mais eficientes sem ter de desprender grandes investimentos para a substituição completa do equipamento.
Segundo Garrido(1) Lacerda(2) as principais vantagens do retrofitting são: aumento da produtivida- de, redução dos períodos de inatividade, redução de defeitos nas peças produzidas, recursos de progra- mação mais simples, garantia de eventuais peças de reposição por um longo período, possibilidade de integração em rede e alternativa para novos investimentos.
Levando em consideração o conceito de retrofitting aliada à proposta de projeto integrador e à escassez de recursos foi implementada a solução apresentada sobre uma estrutura mecânica já existente no CEFET/SC. A fresadora TRIAC PC existente no laboratório de Automação da Manufatura serviu de base para a construção da máquina de torno-fresamento, batizada de DesignCNC.
2 Descrição do Sistema
Em linhas gerais, o sistema é composto por uma mesa XY, que executa os deslocamentos perpendi- culares entre si em um plano. Junto à mesa localiza-se o cabeçote angular que é responsável pela fixação e pela rotação da matéria prima. Acrescentado a esses eixos, encontra-se o eixo Z que sustenta o eixo árvore (spindle) e executa movimentos verticais com a ferramenta, conforme mostra a Figura 1.
Alex Deeke; Jacson Matos de Oliveira; Marcelo Januário; Guilherme A. Schmidt; Millene Spricigo; Victor Pontes; Jacson Matos de Oliveira; Felício José Gesser; Nelso Gauze Bonacorso Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina - IF-SC Av. Mauro Ramos, 950, Florianópolis/SC. CEP 88020- E-mail: [email protected]
D E S E N V O L V I M E N T O D E U M A
MÁQUINA CNC DE TORNO-FRESAMENTO PA R A
M O D E L A G E M
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Os eixos X, Y e Z são deslocados por motores de passo comandados por drivers. Cada um desses eixos possui dois sensores fim de curso e um sensor de home. O eixo angular também é acionado por motor de passo. Entretanto, como a máquina original não apresenta o eixo, foi necessário realizar a construção mecânica da estrutura e a implementação de um
PC - MACH
PORTA-PARALELA
FILTRO RC
DRIVER X DRIVER Y DRIVER Z DRIVER o
MOTOR DE
PASSO X
MOTOR DE
PASSO Y
MOTOR DE
PASSO Z
MOTOR DE
PASSO o
INVERSOS DE FREQÜÊNCIA
MOTOR DE INDUÇÃO AC
PLACA DE ISOLAMENTO
PARTE 1 (SINAIS DE SAÍDA)
PLACA DE ISOLAMENTO
PARTE 2 (SINAIS DE ENTRADA)
SENSORES DE LIMITE E DE HOMEM NOS EIXOS X, Y e o.
driver de corrente para seu acionamento. O driver utilizado foi um modelo NGB desenvolvido no próprio CEFET. Esse eixo rotacional possui somente o sensor de home, pois não existe a necessidade de incluir sensores fim de curso em um cabeçote angular. O spindle, por sua vez, é composto por um motor WEG de indução, que tem sua velocidade controlada por um inversor de freqüência Siemens que recebe instruções do software, via PWM, e então aciona o motor na veloci- dade requerida, faixa de 8.000 rpm. Como citado anteriormente, o controle é feito por meio do software MACH3, sendo que a interface é consti- tuída do próprio computador e a comunicação é via porta paralela. A Figura 2 ilustra um diagrama de blocos geral do sistema. Este trabalho de retrofitting foi executado em três eta- pas que serão descritas a seguir.
Figura 1. Foto do sistema implementado.
Figura 2. Diagrama de blocos do sistema.
2.1 Mecânica
Como a fresadora já estava disponível no CEFET/SC, a par- te mecânica ficou reduzida à compra e construção de alguns componentes do cabeçote angular bem como a montagem desse subsistema e sua devida fixação no equipamento. O mancal desta junta rotativa, Figura 3, foi dimensionado e confeccionado no eixo temático de projeto integrador do semestre anterior.
Figura 3. Desenho CAD do mancal.
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PINO SINAL
Não conectado
Step X
Direção X
Direção Y
Step Y
Direção Z
Step Z
Home Z
Home Y
Home X
Não conectado
Limites
CW
Spindle
Step Ö
Direção Ö
Home Ö
Tabela 1. Pinagem dos sinais da porta paralela
2.3 O programa Mach
O software Mach3 é desenvolvido em plataforma Windows. Esse programa envia os sinais de co- mandos step e direção para os drivers dos motores de passo (eixos X, Y, Z e Φ) e sinais de CW e CCW para o inversor de freqüência (eixo árvore). Ele, também, recebe os sinais dos sensores de fim de curso da máquina, respeitando os seus limites de curso, bem como os sinais de home, operando de acordo com o referenciamento dos mesmos. Outro fator considerável é que o Mach3 trabalha com linguagem em códigos G, como a maioria dos equipamentos da categoria, pois é o código padrão das normas ISO. Cabe destacar que o software é bastante flexível e não apresenta grandes dificuldades para sua pa- rametrização. No momento da configuração do sistema basta que sejam setados os principais aspectos do equipamento para que possam ser realizados os primeiros testes. Esses aspectos incluem: pinagem da porta paralela (entradas e saídas), modelos e capacidades dos motores (rotação máxima, avanços, rampas de aceleração) e configurações do spindle (largura de pul- so, rotação). Outra vantagem do Mach3 é a facilidade de operar com seus recursos, devido à simplicidade e clareza da interface gráfica. No entanto, uma desvantagem do programa é a necessidade de se obter um computador para operá-lo, já que a comunicação é via porta paralela. Esse fato pode acarretar ins- tabilidade do sistema pela pouca confiabilidade do sistema operacional Windows. A Figura 7 ilustra a tela principal do Mach3.
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Figura 7. Tela principal do programa Mach3.
3 Resultados alcançados
Após a conclusão das etapas de mecânica, elétrica e software, partiu-se para a fase de testes do equi- pamento. Nessa etapa alguns problemas foram encontrados, tais como: aceleração do motor do eixo X, mal contato elétrico no cabo do cabeçote angular, implementação do botão de parada de emergência e sinal de habilitação do inversor de freqüência.
Solucionados esses pequenos imprevistos, iniciou-se o processo de confecção do primeiro modelo. Um desenho gerado no CAD SolidWorks foi exportado para o software de CAM DeskProto que gerou a estratégia de confecção para a peça a ser construída. A Figura 8 mostra a tela de elaboração do Desk- Proto, e a Figura 9, o respectivo resultado alcançado.
Figura 8. Tela DeskProto com a peça modelada. al., 2007.
Figura 9. Foto da peça usinada na máquina de tor- no-fresamento.
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