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Capítulo 06
AUTOMATIZAÇÃO DE PROCESSOS
6. Automatização de processos.[10]
Histórico e conceitos básicos.
6.1. Definição de Sistemas com CN: Controle: Eletronic Industries Association of U.S.A (E.I.A.): “É um sistema em que as ações são controladas via inserção direta de dados numéricos em algum ponto do mesmo, dos quais pelo menos uma porção deve ser interpretada automaticamente. ” Comando: fisicamente, ”O CN é um equipamento eletrônico capaz de receber informações por meio de entrada própria, interpretá-las e transmiti-las em forma de um comando à máquina, de modo que esta, sem intervenção do operador, realize as operações numa seqüência (pré) programada. ”
6.2. Histórico:
- ••• 1945: Pós-guerra: início das pesquisas motivadas pela indústria de aviação (E.E.U.U.).
- 1948: “a cibernética revolucionará as máquinas operatrizes! Mas como?” → Tentativa do uso do computador controlando diretamente o processo: fracasso, atraso nas pesquisas com o CN.
- 1949: M.I.T. + U.S.A.F. + Parsons Corporation fazem acordo. → esforço organizado: pesquisa sobre uma fresadora de 3 eixos, cujos controles de copiagem foram removidos para a máquina ser aparelhada com um CN; publicação dos resultados em 1952. → Corrida Armamentista e Aeroespacial nos fins da década de 50: → surgimento da máquina com geração contínua de contornos e início da produção de máquinas já comandadas com o CN.
- 1956: M.I.T. inicia o desenvolvimento da linguagem de programação APT (Automatically Programed Tool) - que permite geração contínua de contornos - terminada em 1957 pela A.T.A.
Figura 6.1. Vista interna do comando numérico CNC Match 3.
- 1958: A E.I.A. organiza os estudos que levam à padronização do formato da entrada de dados (padrão RS-244), atualmente E.I.A. 244 A. → uso de fita de papel e programação manual. → equipamentos com controles de posicionamento ponto-a-ponto e trocador automático de ferramenta. → início da comercialização de máquinas com CN.
- 1960: início do desenvolvimento do conceito de pós-processador.
- 1961: controle de posicionamento substitui o controle com copiagem contínua de contornos; aparece a mesa de operações controlada por programa; publicação da RS-244.
- 1962: primeiro CN adaptativo (da Bendix).
- 1963: todos os grandes fabricantes de máquinas-ferramenta empenhados em desenvolver e fornecer equipamento com CN.
- 1967: primeiras aplicações do CN no Brasil.
- 1971: primeiro torno com CN fabricado pela Romi.
- 1977: CN computadorizado - tecnologia dos microprocessadores.
- 1980: conceito de Sistemas Flexíveis de Manufatura.
- 1983: conceito de Células Flexíveis de Manufatura é o centro das atenções. O CN teve um desenvolvimento paralelo e relativamente independente da Informática até fins da década de 70.
6.3. Classificação do CN quanto ao comando eletrônico:
- 1 a^ Geração: Comandos a válvulas.
- 2 a^ Geração: Comandos transistorizados (década de 60).
- 3 a^ Geração: Circuitos integrados (60/70).
6.4. Classificação do CN quanto ao movimento dos carros:
6.4.1 CN Ponto a ponto:
Também chamado de sistema de posicionamento. No ponto a ponto, o objetivo do sistema de controle da máquina ferramenta é mover a ferramenta de corte para uma posição pré-determinada. A velocidade ou caminho através do qual o movimento é feito não é importante para o comando numérico ponto a ponto. Uma vez que a ferramenta chegou à posição desejada, a usinagem é realizada neste ponto. Um bom exemplo deste tipo de sistema são as furadeiras. O fuso deve ser posicionado numa determinada posição, o que é feito pelo sistema de controle ponto a ponto. Então, é feito o furo e a ferramenta é movida para o local do próximo furo e assim por diante. Como nenhum corte de metal é feito durante a movimentação entre os locais dos furos, não há necessidade de controlar o movimento relativo entre a ferramenta e a peça entre as posições dos furos. Nos sistemas de posicionamento, as velocidades e deslocamentos da máquina são usualmente controlados pelo operador e não pelo programa da máquina. Os sistemas de posicionamento são os sistemas de controle de máquina ferramenta mais simples e portanto mais baratos. Contudo, para determinados processos como soldagem de ponto e furação, o ponto a ponto é perfeitamente ajustado e qualquer nível de controle mais avançado seria desnecessário.
Figura 6.3. Operações de comando numérico corte reto.
6.4.3. CN Contínuo :
O comando numérico contínuo é o mais complexo, mais flexível e mais caro tipo de controle de máquina ferramenta. É capaz de realizar os tipos anteriores de movimento, entretanto sua característica mais importante é sua capacidade de controlar simultaneamente o movimento da máquina ferramenta em mais de um eixo. O caminho da ferramenta é continuamente controlado para gerar a geometria desejada da peça. Superfícies planas em qualquer orientação, caminhos circulares, formas cônicas, ou qualquer forma que pode ser definida matematicamente podem ser feitos por este tipo de controle.
Figura 6.4. Operações de comando numérico contínuo.
Garante o posicionamento preciso da peça ao longo de uma trajetória perfeitamente definida quanto à forma e velocidade de avanço. → É mais lento que o CN ponto-a-ponto.
6.5. Comando numérico com computador (CNC - computer numerical control)
Na aplicação do comando numérico às maquinas operatrizes de usinagem, a tendência atual consiste na aplicação dos modernos CNC em substituição aos comandos projetados para funções específicas. A grande diferença reside no fato de no primeiro caso existir um computador interno que é o comando. Portanto, se for necessário acrescer um recurso a mais no sistema, este vem geralmente na forma de um programa. No segundo caso, ou seja, para os comandos numéricos comuns, um aumento de recursos implica em aumento de circuitos eletrônicos e componentes, em outras palavras, este recurso vem através do aumento físico do comando. Por outro lado, outra característica essencial dos CNC é sua elevada capacidade de arquivo de programas. Os CNC começaram a ser utilizados por volta de 1970, sendo que hoje o seu uso é perfeitamente viável e economicamente vantajoso em vários aspectos. Os CNC começaram com a incorporação de um minicomputador. Atualmente alguns tipos de CNC utilizam microprocessadores, o que leva à diminuição do custo, aumento das capacidades e redução de tamanho (o minicomputador requer um compartimento relativamente grande e um sistema de resfriamento).
6.5.1. Comando numérico controlado por unidade central de computador
É um sistema que consiste em se ter várias máquinas com comando numérico, sendo que estes comandos numéricos estão ligados a um computador central, o qual pode atuar de duas formas:
Comando numérico distribuído
São os chamados sistemas de arquivos de programas, onde o computador central tem em seu arquivo, todos os programas feitos para as máquinas, as quais estão a este interligadas. Estas máquinas não possuem leitoras de fitas, recebendo a informação do arquivo central, quando requisitada pelo operador. O programa vem à máquina e é arquivado na memória do CNC, sendo executado bloco a bloco, como se fosse uma fita perfurada. O computador desta maneira pode controlar várias máquinas simultaneamente, operando com programas e peças diferentes. Cada máquina operatriz possui seu próprio CNC conectado à central. → UCP contém todos os programas → Mas cada máquina tem o seu próprio CNC, seu dispositivo para entrada de dados, interface, etc.
Comando numérico direto (DNC - Direct numerical control)
Neste caso, um complexo sistema de máquinas está interligado a um computador central que além de conter arquivados todos os programas, ainda controla diretamente cada máquina, englobando, portanto, a unidade de entrada de dados e a unidade de controle. Como todo sistema de programação está diretamente dependente do computador, aumenta- se grandemente os recursos de programação, recursos de versatilidade nas correções e os recursos operativos. Da mesma forma, a unidade central pode estar colocada em local remoto.
Tipos de interpolação
- Linear: união dos pontos por segmentos de reta (é mais usada).
- Circular: união por arcos.
- Parabólica: união por segmentos de um ramo da curva.
- Cúbica: união por segmentos da curva.
A opção fica restrita às possibilidades do sistema em uso (função do grau de sofisticação do mesmo), mas o ideal seria que todos os tipos fossem oferecidos. Se houver possibilidades de se optar por algum tipo, deve-se então considerar alguns aspectos como a complexidade da curva, número de interpolações, etc...
- O uso da interpolação linear particularmente não se aplica quando houver a geração de arquivos muito grandes (número excessivamente grande de pontos). Além disso, se a curva for demasiadamente complexa, o próprio programa a ser utilizado poderá se tornar muito grande, ou seja, pouco aconselhável no que diz respeito à depuração e, mesmo, ao desempenho em nível de execução. Basicamente, a arte de bem programar tem muito a ver com a adequada escolha, utilização e combinação dos tipos de interpolação disponíveis. E, normalmente, os quatro tipos aqui citados são ferramentas suficientes para se construir bons programas (eficientes, e não apenas eficazes).
- A interpolação parabólica é mais usada com curvas não-analíticas, dados três pontos não-alinhados; seu uso tem sido incrementado enormemente na indústria automobilística. Esta interpolação é também chamada de interpolação de 2o^ grau (por ser a parábola uma curva expressa por uma função do 2o^ grau em geometria analítica):
f ( ) x = ax + bx + c
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- A interpolação cúbica, analogamente, é dita de 3o^ grau:
f ( ) x = ax + bx + cx + d
sendo muito utilizada nas indústrias de automação e aeronáutica; ela permite conectar curvas diferentes entre si, sem descontinuidades.
Figura 6.7. Plano de trabalho XY.
