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SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA

INSTITUTO SUPERIOR TUPY

ENGENHARIA MECÂNICA

SISTEMAS CAD / CAM / CAE

ESTUDO DE CASO

Éder Carlos Jönck

EGM - 381

Prof. Sabrina Bodziack

JOINVILLE

DEZ / 2011

PAGE 1

SUMÁRIO

1 SISTEMAS CAD / CAM

As primeiras aplicações de computadores para auxiliar as etapas de engenharia tiveram início na década de 50, quando o Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) iniciou a discussão sobre a tecnologia CAD/CAM. Os sistemas CAD desta geração se limitavam à descrição de entidades geométricas em duas dimensões, à criação e manipulação de desenhos em terminais gráficos monocromáticos. Contudo, nesta época estes sistemas CAD já propiciavam várias vantagens, tais como:

• Possibilidade de envio, ou recebimento de desenhos por processos eletrônicos;
• Melhor gerenciamento dos desenhos;
• Precisão do dimensionamento;
• Maior rapidez na recuperação, modificação ou atualização de desenhos.

A utilização de sistemas CAD/CAM foi, por anos, limitada a aplicação em grandes empresas, como aeroespacial e automobilística. Isto ocorria, direta ou indiretamente, pelos custos envolvidos, desde software/hardware até a qualificação da mão de obra, requerendo usuários com maior grau de instrução. Ao final da década de 90, com o desenvolvimento de um sistema operacional robusto para aplicação em PCs (Windows NT), houve uma migração das empresas que desenvolviam seus sistemas CAD/CAM baseados em sistema operacional UNIX. Este fato, além de reduzir o custo de Hardware, reduziu também a necessidade de usuários extremamente especializados. A interface padrão Windows é bastante interativa, tornando mais intuitiva a utilização destes sistemas. Por sua vez, os custos relacionados diretamente aos softwares CAD/ CAM também estão bastante accessíveis atualmente, tornando sua utilização viável mesmo para pequenas empresas. Isto devido à concorrência de mercado e a própria evolução desta tecnologia.

2 SISTEMAS CAD

A partir da década de 80, outros sistemas computacionais tiveram ênfase e foram desenvolvidos para suprir as necessidades de engenharia, com o objetivo de integrar o processo de manufatura por sistemas computacionais (CIM) (ROZENFELD, 1996). Entretanto, algumas limitações restringiam a utilização prática destes sistemas, como a integração entre eles, custo, gerenciamento e implementação em um ambiente real de trabalho. Atualmente, com o decorrido desenvolvimento de software e hardware, esta integração se tem de forma mais efetiva, embora ainda não atingindo o ciclo total de produção. A Figura 1 ilustra, de forma genérica, alguns softwares de auxilio as etapas de planejamento, manufatura, cálculos e inspeção. Observe-se que o CAD é responsável pela integração desta cadeia.

Figura 1: Sistema CAD na cadeia produtiva

Existe atualmente uma grande variedade de softwares CAD tridimensionais disponíveis no comércio, e estes podem ser caracterizados, principalmente, pela forma utilizada para gerar as geometrias, que estão relacionadas com o seu modelador geométrico (Kernel), que é o núcleo do software.

2.1 MODELADORES SÓLIDOS

Sistemas CAD modeladores de Sólidos são capazes de gerar objetos tridimensionais, sólidos, possuindo centro de gravidade e volume. Para o modelamento de produtos são capazes de realizar operações booleanas (soma, intersecção e subtração, como ilustra a Figura 2) entre geometrias, o

tridimensional, como ilustra a Figura 3. Isto possibilita o modelamento de formas complexas. A Figura 3 também ilustra que o ponto selecionado possui quatro vetores, laterais e longitudinais à superfície. As edições ainda podem ser realizadas por estes vetores, com duas possibilidades:

• alterações da magnitude do vetor (Figura 5A);
• alterações angulares do vetor (Figura 5B).

Fig. 03 - Sistema CAD Modelador de Superfície

Um sistema CAD modelador de superfícies não permite a utilização de operações booleanas para a intersecção entre geometrias, fato que torna o trabalho mais penoso. Em geral, os softwares desta classe possuem custo mais elevado, devido à complexidade destes sistemas, se comparado aos modeladores de objetos sólidos. Contudo, estes softwares permitem a geração formas complexas, que são requeridas em determinadas aplicações.

2.3 MODELADORES HÍBRIDOS

São sistemas CAD robustos tendo como principal característica, a utilização de complexos algoritmos matemáticos, possibilitando usufruir os recursos das duas classes anteriores, de forma direta e integrada, aplicando o modelamento mais adequado para cada situação específica. Isto representa uma grande versatilidade de trabalho. As partes ou componentes do produto que não requeiram o modelamento de formas complexas, pode-se empregar o módulo de modelamento sólido, de forma análoga, pode-se utilizar o modelador de superfícies, isto no mesmo software. Em geral, são sistemas de maior custo e requerem usuários mais treinados.

2.4 CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS CAD

Embora exista uma grande variedade de sistemas CAD atualmente disponíveis no comércio (2D e 3D), estes softwares nem sempre são concorrentes diretos. Isto significa que sistemas CAD desenvolvidos por diferentes fornecedores podem ser aplicados em diferentes segmentos de mercado, representando maior versatilidade de trabalho. Generalizando, podemos dizer que vários sistemas são capazes de realizar uma gama ampla de tarefas, entretanto, cada sistema CAD foi desenvolvido especificadamente para atender determinada aplicação com maior ênfase. Este fato ocorre também com sistemas CAM.

Para se tomar explicito e facilitar esta classificação, temos:

- Sistemas CAD de pequeno porte (Low-end):

Esta classe de softwares CAD é composta por sistemas que apenas utilizam representações geométricas em duas dimensões. Como características principais:

• Baixo custo de software e hardware;
• Aplicação genérica: Mecânica, elétrica, civil, arquitetura, etc.;
• Comunicação de baixa ordem com outros sistemas.

Em geral, são sistemas utilizados para suprir as necessidades de desenhos 2D sem a necessidade de comunicar com outros softwares (CAM, CAI, etc.), substituindo diretamente a prancheta de desenho. Em determinados seguimentos, esta pode ser a melhor opção.

- Sistemas CAD de médio porte (Meddle-end):

Esta é considerada a classe de software CAD que está em maior ascensão no mercado atual. É composta por sistemas capazes, principalmente,

2.5 VANTAGENS DOS SISTEMAS CAD

Entre as principais vantagens têm-se:

• Maior produtividade no projeto: maior produtividade indica melhor utilização dos recursos existentes e, portanto, uma posição competitiva. Alguns projetistas em CAD podem produzir dez vezes mais que projetistas convencionais.
• Menor possibilidade de erros de projeto: os sistemas CAD interativos evitam erros de projeto, desenho ou mesmo documentação. Neste sentido, as ferramentas de revisão de projetos são importantes.
• Precisão nos cálculos de projeto: o CAD propicia calcular com precisão qualquer elemento de um projeto.
• Padronização de procedimentos e desenho: normalmente, os sistemas CAD dispõem de certos procedimentos normalizados em seu interior, o que evita eventuais confusões.
• Alterações sem apagar versões anteriores: Assegura que um trabalho pronto possa ser alterado sem que destrua as versões anteriores e sem Ter que refazer todos os traçados. Esta vantagem é assegurada pelo fato de o projeto estar digitalizado na memória do computador.
• Benefícios na manufatura: os desenhos de uma peça gerados no CAD podem ser aproveitados no projeto, na manufatura das ferramentas ou dispositivos; no planejamento do processo ou na programação de máquinas CNC.

2.6 TRANSFERÊNCIA DE ARQUIVOS CAD PARA O SISTEMA CAM

Finalizado o processo de modelamento do produto no sistema CAD, tem-se a transferência desta geometria para o sistema CAM, visando a geração de programas NC para a manufatura. A transferência de dados do sistema CAD para o sistema CAM pode ser realizada diretamente no software, utilizando a extensão nativa do arquivo. No caso de o software CAD ser diferente do sistema CAM, são usados na maioria das vezes arquivos com extensão em *.iges, *. Parasolid, * e *.step.

Cercado pelas exigências das fábricas do mundo inteiro, o NX CAM oferece uma ampla variedade de recursos de programação CNC. Essas funções tratam da usinagem de moldes e matrizes, peças prismáticas típicas de aplicações mecânicas, além de oferecer usinagens em cinco eixos contínuos exigida em peças complexas. Os programadores CNC apreciam a flexibilidade de programação oferecida por muitos recursos avançados que permitem a conclusão dos trabalhos mais desafiadores. O foco na facilidade de uso e na automação da programação facilita o acesso do novo usuário aos recursos poderosos do NX CAM. O NX CAM está completamente integrado à solução de desenvolvimento de produto NX, para que os programadores de NC possam acessar diretamente as ferramentas abrangentes de projeto, a montagem e os rascunhos no mesmo sistema unificado. Da mesma forma o projeto por associação de fabricação, as alterações do projeto são propagadas automaticamente para as operações de usinagem. Com essa solução completa de desenvolvimento, programadores e engenheiros de fabricação podem trabalhar com modelos de peças, criar e montar acessórios, desenvolver caminhos de ferramentas e até modelar máquinas inteiras para simulação de usinagem 3D. Em resposta às exigências cada vez mais competitivas por preços, prazo de entrega e qualidade, muitas fábricas estão investindo nas ferramentas mecânicas mais recentes, eficientes e com mais recursos. Máquinas como fresas de alta velocidade, centros de torneamento e as máquinas mais avançadas de 5 eixos podem oferecer maior produtividade e peças mecânicas cada vez mais complexas.

0 00 1 Fig. 06 - Usinagem 5 eixos

Para obter o máximo de valor dessas ferramentas mecânicas avançadas, é essencial que a programação de NC forneça o alcance e a profundidade de capacidade necessária. O NX CAM oferece uma grande variedade de recursos de programação de NC flexíveis e comprovados para várias funções de usinagem, combinando recursos avançados com automação

de processos, facilidade no uso e resultados prontos para a produção. Quando é necessário mais de um pacote CAM, o NX CAM pode ser implantado em uma solução de fabricação de peças que inclui bibliotecas de ferramentas, gerenciamento de dados, planejamento de processo e extensões para conexões de chão-de-fábrica.

5 ESTUDO DE CASO - TAÇA

Considerando os conhecimentos adquiridos na disciplina de Engenharia Integrada por Computador, bem como a revisão bibliográfica contida nesse estudo, iniciou-se um estudo de caso com objetivo de utilizar uma plataforma CAD/CAM para desenvolvimento de projeto e também da manufatura do produto em questão, nesse caso uma taça.

5.1 PROJETO E DESENVOLVIMENTO DO PRODUTO

O desenvolvimento do produto foi iniciado com o processo de engenharia reversa, no qual a partir de uma amostra física podemos obter a geometria do produto. A geometria do produto possui curvas complexas, dessa forma foi utilizada uma máquina de medir por coordenadas visando à obtenção dos pontos necessários para execução do modelamento do produto. O plano de trabalho utilizado foi o XY, e os pontos obtidos seguem na tabela abaixo

PONTO EIXO X (mm) EIXO Y (mm) 1

6 PROJETO DA CAVIDADE DO MOLDE

7 USINAGEM DA CAVIDADE DO MOLDE

CONCLUSÃO

A grande diversidade de sistemas CAD/CAM disponíveis comercialmente torna a tarefa de definir o sistema mais adequado para determinada aplicação, uma tarefa árdua, mas bastante representativa. É freqüente observar empresas realizando investimentos equivocados nesta tecnologia por falta de esclarecimento. Demonstrou-se neste estudo, que para a representação de formas geométricas complexas, um sistema CAD modelador de superfícies é o mais indicado. Para o modelamento de partes contendo geometrias que não possuam formas complexas, um sistema CAD modelador sólido poderá ser empregado com maior êxito. Ainda é importante considerar, que em determinadas atividades, um simples sistema CAD 2D é a opção mais adequada.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS