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PRPU – Processos Programáveis
SENAI-SP, 2007
Trabalho elaborado pela Escola SENAI Roberto Simonsen do Departamento Regional de São Paulo.
Coordenação Geral José Carlos Dalfré
Coordenação Laur Scalzaretto Alcindo Daniel Fávero
Elaborador Carlos Alberto Pereira
Editoração Adriana Ribeiro Nebuloni Dennis Vinicius Fabricio
Escola SENAI Roberto Simonsen Rua Monsenhor Andrade, 298 – Brás CEP 03008-000 - São Paulo, SP Tel. 11 3322-5000 Fax. 11 3322- E-mail: [email protected] Home page: http://www.sp.senai.br
Simulador de programação de fresamento CNC - Comando Fanuc 21M -
Software WINNC
- Sistema de coordenadas
- Dados tecnológicos para programação para comando FANUC 21-MB
- Dados Tecnológicos para programação para Comando Siemens 810-D
- Sistemas de interpolação
- Tempo de permanência
- Ciclo de furação profunda G83 (pica-pau) Fanuc 21-MB
- Ciclo de rosqueamento G84 (rosca rígida) Fanuc 21-MB
- Ciclos comando Siemens 810-D
- Manual de operação - Centro de usinagem Hardinge - Comando Fanuc 21M
- Mastercam-X Torno
- Mastercam-X fresa
- Referências Bibliográficas
Apresentação
O objetivo deste material é fornecer informações para a programação de máquinas de usinagem por comando numérico.
Devido à necessidade de maiores produções e ao crescente desenvolvimento dos sistemas automatizados, torna-se cada vez mais importante a otimização dos processos; para tanto, o domínio dos modernos conceitos de programação para usinagem torna-se imprescindível.
A usinagem por CNC é, no momento, o que há de mais avançado para a automação do processo de fabricação, e visa conferir à peça: forma, dimensões, rugosidade, ou, ainda, uma combinação qualquer destes itens, dentro de tolerâncias dimensionais e geométricas especificadas em um projeto, com maior rapidez para atender às demandas tanto no que diz respeito à produção como também à qualidade.
Este material reúne definições, conceitos e aplicações das máquinas CNC, com ênfase na parte de programação, tratando de códigos de linguagem EIA/ISO, ciclos fixos de usinagem, estrutura de programas e demais requisitos que permitam uma melhor utilização dos equipamentos.
- EIA: Eletronic Industries Association
- ISO: International Standard Organization
- CNC: Computer Numeric Command
Informações preliminares
sobre as máquinas CNC
Aspectos históricos
O comando numérico computadorizado (CNC) é uma técnica que permite a operação automática de uma máquina ou de um processo por meio de uma série de instruções codificadas que contêm números, letras e outros símbolos.
Esta nova tecnologia foi originalmente desenvolvida para controle automático de máquinas-ferramentas, mas sua aplicação tem sido estendida para uma grande variedade de máquinas e processos.
Uma das maiores contribuições desta nova tecnologia é representada pela facilidade com que se modifica a forma como as máquinas são automatizadas. As máquinas CNC podem ser facilmente adaptadas a diferentes situações de produção. Em combinação com a aplicação da tecnologia de computadores, o CNC abre as portas para a manufatura assistida por computador (CAM).
Antes dos anos 50, existiam dois tipos diferentes de métodos de produção usados na indústria da manufatura:
- Para pequenos e médios volumes de produção, o método se caracterizava por operações manuais, baixa velocidade de produção e grande diversidade de partes ou produtos.
- Para grandes volumes de produção, o método se caracterizava por operação automática, e era usado em máquinas-ferramenta especialmente projetadas para fazer tipos simples de peças com qualidade consistente, em grandes quantidades e em altas velocidades de produção. Por exemplo : uma máquina automática para fazer parafusos dificilmente poderia ser ajustada para fazer outros tipos de peças. Além disso, a produção requeria um investimento considerável em Máquinas- ferramenta, fixações e equipamentos auxiliares. Portanto, seu uso se
justificava somente quando a quantidade de partes a serem fabricadas era suficientemente grande para compensar o investimento e havia uma previsão de demanda a longo prazo.
A partir da segunda guerra mundial, as mudanças de demanda, o desenvolvimento tecnológico e a concorrência internacional conduziram à produção de novos produtos em ritmo mais acelerado. Um produto não podia sobreviver durante um longo período sem melhoramentos na qualidade, nas suas propriedades e na sua eficiência; em outras palavras, sem mudanças no projeto. Na maioria dos casos, o antigo processo de produção automatizada, que somente aceitava pequenas mudanças no projeto, tornou-se inviável. As máquinas automáticas, controladas por cames e limitadores mecânicos de difíceis ajustes, precisavam de um novo tipo de sistema de controle, baseado em novo princípio, de fácil adaptação às variações no projeto das peças e às exigências de produção.
A primeira máquina CN
Além das considerações anteriores, o fato que realmente impulsionou o desenvolvimento deste novo sistema de controle foi a necessidade que teve a Força Aérea dos Estados Unidos de projetar uma nova aeronave. Um problema crítico na manufatura deste veículo era a exigência de se obter um perfil muito preciso da peça usinada. Esta exigência excedia a capacidade das fresadoras convencionais.
Alguns anos antes, durante a segunda guerra mundial, a Corporação Parsons utilizava uma mesa de coordenadas para mover a mesa de uma fresadora nas direções longitudinal e transversal, simultaneamente (o que atualmente se conhece como interpolação em dois eixos), com o auxílio de dois operadores. Baseado nessa experiência, John Parsons propôs a geração dos dados de posicionamento tridimensional da ferramenta a partir do perfil da peça, e estes dados seriam usados para controlar os movimentos da máquina-ferramenta. Para projetar esse novo sistema de controle da máquina, Parsons subcontratou o laboratório de Servomecanismos do MIT.
(Massachusetts Institute of Technology).
A primeira fresadora com três eixos de movimentos simultâneos, controlados por um novo tipo de sistema de controle, foi construída pelo MIT em 1952. Fora reformada (retrofitting) uma fresadora vertical Cincinnati Hydrotel para receber a unidade de
Evolução das tendências no ensino da tecnologia CNC
Desde o aparecimento das primeiras máquinas-ferramenta de controle numérico CN, a tarefa de treinamento foi originalmente empreendida por instituições com capacidade para dispor de um laboratório com essas máquinas-ferramenta. A ausência deste recurso restringia a habilidade do estudante para entender as funções e operações envolvidas.
Ocorre que o equipamento CN e o material para usinagem e manutenção têm custo elevado e, mesmo que a instalação estivesse disponível, o uso das máquinas era bastante restrito devido a problemas de quebra de ferramentas e de danos nos componentes mecânicos surgidos nos treinamentos. Como resultado, ficava difícil adquirir experiência de trabalho no laboratório.
Para tentar minimizar esses problemas, surgiu a idéia da simulação do processo de usinagem como alternativa efetiva. Os primeiros simuladores desenvolvidos foram simuladores mecânicos. Umstattd, em 1970, desenvolveu um simulador para furadeira que consistia num dispositivo operado eletromecanicamente.
Por sua vez, Rummell, em 1972, desenvolveu um simulador, modificando uma furadeira cuja mesa de posicionamento com dois eixos de movimento era operada manualmente.
Ambos os pesquisadores da Universidade do Texas A&M comprovaram que não havia diferença significativa entre o uso da máquina CN e o simulador. Ambos foram igualmente eficientes no ensino da técnica de programação. Nos dois casos, os simuladores consistiram em máquinas convencionais, modificadas para servirem como simuladores.
Um simulador semelhante ao que conhecemos atualmente como plotter , no qual uma caneta substituía a ferramenta de corte, foi desenvolvido pela Pratt & Whitney Aircraft Co.
A desvantagem do uso dos simuladores mecânicos era a de serem tão caros quanto às próprias máquinas CN. A evolução da microeletrônica levou ao aparecimento do comando numérico computadorizado (CNC). Não era mais necessária a leitora de fitas
perfuradas e os programas podiam ser armazenados na memória do CNC. Esta nova tecnologia possibilitou a implementação de “simuladores gráficos” no próprio comando.
Era possível, agora, simular o processo de usinagem mediante a geração do caminho da ferramenta na própria máquina, antes do processo de usinagem. Isto era de grande ajuda no processo produtivo, mas, para a função de treinamento, era necessário dispor da máquina, o que nos leva novamente ao ponto de partida. Mesmo dispondo dela, ocorriam horas de máquina parada.
Surgiram, então, como alternativas para treinamento, os simuladores gráficos, baseados em microcomputadores. Dessa maneira, já não seria mais necessária a disponibilidade de uma máquina CNC para treinamento. Uma segunda vantagem do uso de computadores para a geração da simulação gráfica em relação ao comando numérico é que os recursos de memória, velocidade de processamento e geração de gráficos dos PCs (Personal Computers- Computadores pessoais) são superiores aos disponíveis no comando numérico.
Vantagens da máquina CNC
Flexibilidade Esta é a maior vantagem das máquinas CNC em relação às máquinas automáticas, controladas por cames e dispositivos mecânicos. As máquinas CNC podem ser rapidamente reprogramadas para realizar outro tipo de operação. Nas máquinas automáticas, a reprogramação é muito mais demorada e muito limitada devido à necessidade de se mudarem os elementos mecânicos;
Usinagem de perfis complexos As máquinas CNC realizam operações tridimensionais (3D) de usinagem, que antes eram impossíveis de se obter;
Precisão e repetibilidade Devido à elevada repetibilidade das máquinas, é possível usinar muitas peças com as mesmas características dimensionais, sem desvios. Os componentes mecânicos (fusos de esferas recirculantes, guias lineares, rolamentos pré carregados, etc.) e o sistema de controle da máquina CNC possibilitam atingir precisão na faixa de milésimos de milímetro;
Desvantagens da máquina CNC
Elevado investimento inicial A fabricação com máquinas CNC requer investimentos consideráveis de capital;
Elevados custos de manutenção Para garantir a precisão da usinagem, os elementos mecânicos devem ser mantidos em boas condições. O custo da manutenção mecânica preventiva dessas máquinas é maior do que o das máquinas convencionais, por envolver elementos pneumáticos e hidráulicos nos sistemas de troca de ferramentas e pallets, e os sistemas de lubrificação são especiais. Da mesma forma, o custo de manutenção dos componentes eletroeletrônicos é também maior do que o das máquinas convencionais.
Elevados custos de treinamento e salários Devido às características das máquinas CNC, os custos de treinamento com programadores / operadores dessas máquinas bem como seus salários são superiores aos custos envolvidos para máquinas convencionais.
- Barramento Roletado - o carro desliza sobre roletes. Isto gera um problema construtivo do barramento e das guias que devem ter uma dureza elevada pois a carga que antes era distribuída em uma superfície é agora localizada sobre as linhas de contato dos roletes e as guias.
- Barramento com Revestimento Anti-Fricção - o barramento é retificado e as guias são preparadas para receber a resina ( Epoxi ) que é aplicada em estado pastoso, ficando sólida após 24 horas e apresentando dureza elevada. A principal característica do produto é que o atrito estático é menor que o dinâmico.
Tipos de Acionamento
O acionamento do eixo árvore pode ser feito através de um motor de corrente alternada ou corrente contínua.
- Corrente Alternada - a seleção de rotações é feita por uma caixa de engrenagens. Há a disposição um certo número de rotações.
- Corrente Contínua - as rotações podem ser realizadas sem escalonamentos e controladas através de um tacômetro.
O programador pode, nesse último caso, dentro do campo de rotações da máquina utilizar qualquer rotação desejada. Neste caso pode também ser usada velocidade de corte constante.
Sistemas de Medição
Um sistema de medição envia ao comando, a posição real do carro a cada instante.
Quando for atingida a posição memorizada no processador, o computador envia um sinal ao motor que para imediatamente.
O dispositivo de medição pode ter dois tipos diferentes de escalas para o envio de informações:
- Sistema absoluto de medição - Este sistema utiliza uma escala de medição em forma binária, que a cada momento mostra a posição exata do carro em relação ao ponto zero peça.
- Sistema Incremental de Medição - Este sistema utiliza uma régua graduada onde o sistema de medição efetua a contagem do número de campos que passam pelo sensor durante o deslocamento do carro. Neste sistema, cada vez que se liga a máquina é necessário conduzir o carro para uma posição conhecida do comando chamado de “ponto de referência”, a partir deste ponto, o comando tem meios de localizar o carro corretamente.
Em qualquer um dos dois sistemas descritos, a medição pode ser feita de forma direta ou indireta:
- Medição Direta - utiliza uma escala de medição montada no carro ou na mesa da máquina. Imprecisão dos eixos e dos acionamentos não tem efeito nos resultados da medição, pois o sistema mostra a posição real do carro ou mesa.
- Medição Indireta - é utilizado um disco acoplado ao eixo da máquina. Conforme o eixo gira, o sistema efetua a contagem dos campos gravados no disco. Neste sistema as folgas interferem na medição.
Sistemas de Fixação
Fixação de Peças
Nos tornos é possível programar:
- Movimentos de abertura e fechamento das castanhas, assim como diferentes pressões de fixação.
- Pode-se comandar a contra-ponta, com avanço e retrocesso do mangote.
- Aproximar, retroceder e abrir a luneta, etc.
- Nas fresadoras, a fixação se dá diretamente sobre a mesa de trabalho ou por meio de dispositivos para localização rápida e precisa da peça a ser usinada.
- Nos casos de se necessitar uma produção acelerada pode-se utilizar fresadoras equipadas com duas mesas de trabalho.
Interface
No mundo da informática, o termo interface significa qualquer meio ou equipamento pelo qual duas partes se comunicam. Ex: monitores, disquetes, teclados, circuitos elétricos e eletrônicos, D.N.C., fitas perfuradas, etc.
Vídeo Consiste em um meio (interface), através do qual o comando de uma máquina operatriz de usinagem consegue transmitir ao usuário desta, os diversos dados sobre o programa em execução, os programas armazenados, diagnósticos de defeitos mecânicos, elétricos e eletrônicos, indicação para localização do erro ou defeito, etc. Além de todas as mensagens de diagnósticos para falhas ou variáveis do programa e dados de desempenho da máquina, os visores do CNC através dos recursos gráficos, podem mostrar na sua tela a imagem do percurso das ferramentas, com simulação animada e a cores, caso o vídeo seja próprio, o que facilita em muito o teste de um programa.
Quanto mais evoluído for o comando, maiores serão as possibilidades de saída e melhores e mais claras serão as respostas emitidas pelo sistema.
Teclado O teclado do painel eletrônico da própria máquina, é outro meio pelo qual o programador ou operador consegue transmitir à mesma, o que se deseja que ela execute, é a interface que torna possível a comunicação entre a máquina e o homem, em outras palavras, o teclado deve ser entendido como uma porta de entrada de dados, tendo por “trás” um esquema eletrônico complexo, que transforma nossa linguagem em linguagem de máquina.
O teclado possui teclas alfanuméricas: letras, números e caracteres especiais como vírgula, ponto, barra, etc., e algumas teclas especiais: enter, shift, del, insert, etc.
D.N.C O D.N.C. (Comando numérico distribuído, ou Dinamic numeric control), já bastante empregado hoje nas indústrias, consiste basicamente em um conjunto de máquinas equipadas com CN ou CNC, controladas ou conectadas por uma unidade central de computador.
A aplicação mais simples hoje do D.N.C., consiste na utilização de um microcomputador cuja principal finalidade é ser o meio de edição dos programas bem como o meio de armazenamento desses programas tanto em discos tipo “Winchester”(rígido), como em discos flexíveis. Esse micro é conectado às diversas máquinas com um sistema de comunicação, desenvolvido principalmente para atuar em área industrial, possuindo portanto imunidade aos “ruídos” nessa transmissão.
Além disso, tem uma capacidade de transmitir até uma certa distância que varia dependendo do tipo de equipamento, bem como o número de máquinas que podem estar ligadas à essa rede. Este é portanto o modelo de D.N.C. com a mais simples configuração tanto de equipamento como nível de controle. O D.N.C., neste caso, é o elemento de entrada e saída de dados tanto das máquinas CNC integradas à rede, como dos computadores na sala de programação.
Fita perfurada O sistema de entrada de dados através de fita perfurada foi, por volta de 1970, o principal e mais usado meio de comunicação (interface), entre a máquina e o homem..
Este sistema foi regulamentado em 1961, pela Eletronic Industries Association EIA”, através da instrução RS-244, e mais tarde em 1967 modificada pela RS- 244A (DIN 66016). A instrução EIA RS-358 regulamenta a codificação adotada pela norma ISO. Esta interface hoje em dia se encontra em pleno declínio, tendendo a desaparecer em pouco tempo, devido ao avanço rápido da informática dando mais rapidez e barateamento do custo de operação.
