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6 – COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO (CNC)
A sigla CNC significa comando numérico computadorizado e refere-se a máquinas-ferramenta comandadas por computadores. A primeira máquina-ferramenta controlada por computador foi uma fresadora. Ela surgiu em 1952 e destinava-se a usinar peças de geometria complicadas utilizadas em aviões e helicópteros. Na verdade, tratava-se de uma fresadora já existente – fabricada por uma empresa americana chamada Cincinnati – que sofreu modificações em seus componentes mecânicos e recebeu um controlador eletrônico. Este primeiro controlador eletrônico não lembra, nem de longe, os pequenos e numerosos controladores numéricos atuais. Eles tinham várias vezes o tamanho da própria máquina, consumiam muita energia elétrica, falhavam freqüentemente e sua capacidade de cálculo era muito limitada, se comparada à tecnologia atualmente disponível. No entanto, apesar dessas limitações, essa fresadora inaugurou a era das máquinas-ferramenta CNC. Durante cerca de oito anos, entre 1952 e 1960, a utilidade desse novo tipo de tecnologia foi testada nos mercados dos Estados Unidos e da Europa. Os usuários de máquinas-ferramenta, desconfiados da eficiência dos equipamentos e assustados com os preços elevados, não aderiram imediatamente ao novo conceito de produção. Apenas poucas indústrias, como a aeronáutica e a automobilística, tinham condições financeiras para adquirir este tipo de equipamento. Com a redução progressiva dos custos e o aumento da capacidade de cálculo dos controladores eletrônicos, a tecnologia CNC popularizou-se entre indústrias pequenas e médias. Hoje, é praticamente impossível imaginar a indústria, principalmente os setores mecânico e metalúrgico, sem a presença de máquinas-ferramenta CNC. Os benefícios trazidos pela aplicação de comandos numéricos e máquinas-ferramenta foram:
- Fabricação de peças de geometria mais complexas, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhor acabamento superficial;
- Maior repetibilidade das características do produto: já que as peças são produzidas são idênticas umas as outras, independentemente dos fatores humanos;
- Redução da fadiga dos operadores humanos, que passam a ser responsáveis apenas por tarefas de preparação programação e controles de uma grande variedade de peças, sem que para isso sejam necessários ajustes demorados no equipamento;
Contudo, o uso das máquinas CNC trouxe alguns problemas, tais como:
- Necessidade de investimentos relativamente elevados para aquisição dos equipamentos;
- Necessidade de treinamento e capacitação de mão-de-obra para a utilização de todo o potencial tecnológico das máquinas;
- Desempregos nos segmentos da indústria onde foram instaladas.
Alguns desses problemas, no entanto, poderiam ser solucionados na própria empresa. Assim, a recapacitação dos operários para novos postos de trabalho ou até sua absorção pelos próprios fabricantes dos equipamentos automáticos são soluções viáveis que dependem basicamente da política social da empresa.
6.1 - SISTEMAS DE COORDENADAS
Toda geometria de peça é transmitida ao comando com o auxílio de um sistema de coordenadas cartesianas.
• TORNO X - Movimento transversal
OBS. “Os movimentos em X e Z são dados pela ferramenta”.
placa
Z - Movimento longitudinal
peça
Figura 6.1 – Eixos programáveis de um torno CNC.
- SISTEMA DE COORDENADAS ABSOLUTAS
Neste sistema, a origem é estabelecida em função da peça a ser executada, para tanto, pode- se estabelece-la em qualquer ponto do espaço facilitando a programação. Este processo denomina- se “Zero Flutuante”. Como vimos, a origem do sistema foi fixada como sendo os pontos X0, Z0. O ponto X0 é definido pela linha de centro-árvore. O ponto Z0 é definido por qualquer linha perpendicular à linha de centro do eixo-árvore. Durante a programação, normalmente a origem (X0, Z0) é pré-estabelecida no fundo da
peça ( encosto das castanhas) ou na face da peça, conforme a ilustração que se segue:
- SISTEMAS DE COORDENADAS INCREMENTAIS
A origem deste sistema é estabelecida para cada movimento da ferramenta. Após qualquer deslocamento haverá uma nova origem, ou seja, para qualquer ponto atingido pela ferramenta, a origem das coordenadas passará a ser o ponto alcançado. Todas as medidas são feitas através da distância a ser deslocada. Se a ferramenta desloca-se de um ponto A até B (dois pontos quaisquer), as coordenadas a
serem programadas serão as distâncias entre os dois pontos, medidas (projetadas) em X e Z.
6.2 – EXERCÍCIOS PROPOSTOS
a)
6.3 – PROGRAMAÇÃO
Um programa de usinagem CNC é uma lista de instruções codificadas que descrevem como a peça projetada será usinada. Cada linha do programa é chamada de bloco, e estes blocos são executados seqüencialmente. Nem todos os códigos estão ainda sob controle da norma internacional ISO. Por isso, o mesmo código pode ter um significado diferente dependendo do comando (Siemens, fanuc, Mach, etc.) ou da mudança de máquina (torno e fresa). A Tabela 6.1 fornece uma lista de caracteres que vão estar presentes em um programa CNC.
Tabela 6.1 – Caracteres (siglas) presentes em um programa CNC
Exemplo de um bloco: N20 G01 X20 Y30 Z2 F200 M03 S
O fabricante de máquinas de usinagem Denford (comando Fanuc) traz em seus programas termos chamados de diretivas que são usados nos programas principalmente para auxiliar na geração dos gráficos de simulação, definir o diâmetro e a altura das ferramentas.
As funções “G” podem ser modais e não-modais. As funções modais, uma vez programadas, permanecem na memória do comando, valendo para todos os blocos posteriores. Já as não-modais, todas as vezes que requeridas, devem ser programadas, ou seja, são válidas somente nos blocos que as contêm.
- FUNÇÃO G00: Posicionamento rápido. Os eixos movem-se para a meta programada com a maior velocidade de avanço disponível
para cada modelo de máquina. A função G00 é modal e cancela as funções G1, G2, G3 e G73.
- FUNÇÃO G01: Interpolação linear com avanço programável. Com essa função obtem-se movimentos retilíneos com qualquer ângulo, através de coordenadas e com avanço (F) pré-determinado pelo programador. Geralmente nos tornos CNC utiliza-se o avanço em mm/ rotação, podendo também ser utilizado em mm/minuto. O avanço é um dado importante de corte e é obtido levando-se em conta o material, a ferramenta e a operação a ser executada. A função G1 é modal e cancela as funções G0, G2, G3, e G73.
- FUNÇÕES: G2 E G3: Interpolar circular. Tanto G2 como G3 podem executar operações de usinagem de arcos pré-definidos através de uma movimentação apropriada e simultânea dos eixos. Na programação de um arco deve-se observar as seguintes regras:
- O ponto de início do arco é a posição de início da ferramenta;
- Programa-se o sentido de interpolação circular (horária ou anti-horária) através dos códigos G2 e G3;
- Juntamente com o sentido do arco programa-se as coordenadas do ponto final do arco X e Z e as funções I e K (coordenadas para o centro do arco) ,ou então, a função R (valor do raio)
- FUNÇÃO R: Definição do raio. É possível programar “interpolação circular” até 180º com o auxílio da função R, definindo o
valor do raio sempre com o sinal positivo.
- FUNÇÕES I e K: Coordenadas do centro do arco. As funções I e K definem a posição do centro do arco, no qual: I é paralelo ao eixo X; K é paralelo ao eixo Z. As funções I e K são programadas tomando-se coma referência a distância do centro do arco
até a origem do sistema de coordenadas.
Figura 6.8 - Funções G02 e G03 para torre dianteira (quadrante positivo). Observação:
Importante:
Antes da execução do bloco contendo a interpolação circular o comando verifica automaticamente o arco e, se for geometricamente impossível a execução, o comando para mostrando uma mensagem de erro. As funções G2 e G3 não são modais.
6.4 - EXEMPLOS DE PROGRAMAS CNC
Elabore um programa CNC para usinar as peças que se seguem:
