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Capítulo 07
USO DO CN EM MÁQUINAS OPERATRIZES.
7. O uso do CN em máquinas operatrizes.[10]
7.1. Características de usinagem com máquinas com CN
→ Maior garantia de uniformidade na qualidade das peças. → Homogeneidade maior do lote de peças. → Menor interferência do elemento humano (operador) no processo de fabricação. → Mudança do perfil dos operários necessários:
- menor habilidade (só prepara a máquina para o trabalho.)
- maior conhecimento do processo geral.
- possivelmente, conhecimento de programação. → Engenheiros e técnicos devem se adaptar a uma nova filosofia de trabalho. → Alto investimento inicial e manutenção mais cara do equipamento. → Necessidade de melhor estudo das relações entre departamentos envolvidos no processo visando a um melhor aproveitamento do equipamento (e do capital), melhorando assim, o entrosamento da equipe que supostamente exista em uma empresa:
engenheiro de fabricação → engenheiro de produção → engenheiro de qualidade → engenheiro de planejamento → engenheiro de manutenção (especial atenção com planificação e métodos de manutenção preventiva).
→ Redução dos tempos improdutivos de produção (posicionamento e retirada da ferramenta de corte), estocagem e transportes. → Necessidade de obter ou treinar técnicas especializadas em programação de máquinas com CN. → O programador é mão de obra-cara. → Necessidade de catalogar e armazenar programas e dados de fabricação. ♦ (há um tempo atrás) 1o^ momento: uso da fita de papel. ♦ (nos tempos atuais) 2o^ momento: informatização (bancos de dados). → CN bem estruturado permite um reintegração das diversas funções tanto humanas quanto de capital dentro das empresas, resultando um melhor rendimento total. → Permite maior liberdade para o trabalho da Engenharia de Produção (torna-se mais fácil construir protótipos: custo e tempo menores). → Produção mais versátil, modificações na linha de produção facilitadas. → Maior fidelidade no cumprimento das especificações (requerido pelo projeto x conseguido pela fabricação). → Controle de qualidade mais fácil e reduzido. → Redução/eliminação de operações secundárias de usinagem: rebarbação, retificação, acabamento.... → Redução do tempo de montagem (peças de melhor qualidade). → “Know-how” de fabricação aumentado (comercializável). → Permite-se mais facilmente trabalhar com o conceito de “Estoque Zero”.
→ Deve-se analisar bem ao definir que tipo de peças será produzido por usinagem convencional, e qual por CN.
- peças preferencialmente confeccionáveis com CN são as que têm ou requerem:
- geometria complexa
- precisão
- lotes pequenos/médios de produção
- menor espaço de tempo entre projeto e produto
- recomenda-se:
Fabricação convencional homem automação rígida(máquinas eespecializadas, máquinas copiadoras, etc..) Fabricação não-convencional Automação flexível (CNC, robôs, CFMs).
→ Recursos de um CN:
- troca de ferramenta automática, que substitui a ação direta do operador.
- possibilidade de se obter contornos em fresamento ou torneamento, que substitui a ação de um copiador.
Figura 7.1. Gráfico que demonstra a relação número de peças / preço em relação às novas tecnologias por meio da automação.
Figura 7.2. Gráfico complexidade/número de peças em relação às máquinas.
Figura 7.3. Exemplos de centros de torneamento.
7.2.2. Fresadoras: São máquinas-ferramenta do tipo fresadora, equipadas com comando numérico. Podem realizar todas as operações possíveis em fresamento. Além destas capacidades as fresadoras possuem grande precisão e repetibilidade.
Figura 7.4 Exemplos de fresadoras CNC.
7.2.3. Furadeiras : Possuem posicionamento automático de alta precisão controlado por comando numérico; é representativa de um grupo de máquinas de funções limitadas e específicas como puncionadoras e soldadoras de circuitos elétricos. Também conhecidas por furadeiras de coordenadas.
Figura 7.5. Exemplo de furadeira CNC.
7.2.4. Eletro-erosão : Estas máquinas removem material através de desacargas elétricas. Normalmente são utilizadas para produzir peças de elevada precisão e/ou usinar materiais de elevada dureza superficial. Suas características as aproximam bastante das furadeiras, pois possuem sistema de posicionamento com comando numérico. As primeiras máquinas deste tipo foram desenvolvidas a partir da adaptação de furadeiras de coordenadas.
Figura 7.6. Exemplo de máquina de eletro-erosão CNC.
7.2.5. Retificadoras : São máquinas-ferramenta do tipo retificadora, equipadas com comando numérico. Existem todos os tipos de retificadoras com comando numérico. São normalmente utilizadas em processos que necessitam de elevada capacidade de produção aliada a um excelente grau de precisão e repetibilidade.
planos. Em segundo lugar, o centro de usinagem tem a capacidade de trocar de ferramenta automaticamente através de um comando do programa. A grande variedade de operações que podem ser realizadas implica em uma grande quantidade de ferramentas de corte. Estas são armazenadas num porta ferramentas, normalmente um cilindro com furos especiais para cada ferramenta, e quando o programa indica a necessidade de certa ferramenta, este cilindro roda de modo a permitir a colocação da ferramenta atual de volta a seu lugar e novamente para permitir a entrada da ferramenta para a próxima operação no fuso. Uma terceira característica importante dos centros de usinagem é o posicionamento, a “mesa” da máquina pode orientar o processo de modo que a peça pode ser usinada em várias superfícies como requerido pelo projeto da mesma. Finalmente, uma característica de vários centros de usinagem é que possuem virtualmente duas “mesas” nas quais a peça pode ser colocada. Dessa forma, enquanto se dá a usinagem em um item, o operador pode descarregar o previamente usinado, o que aumenta o tempo útil da máquina pois esta não necessita ficar inativa durante as operações de carga e descarga.
Existem algumas classificações para os centros de usinagem, entretanto, a mais utilizada na prática faz referência ao tipo de máquina: 7.3.1. Centros de usinagem Verticais: São aqueles cuja direção de profundidade, isto é, a direção de movimento do eixo árvore é vertical. Este tipo de máquina é excelente para peças de pouca altura com usinagem restrita a uma ou duas faces. Se houver necessidade de usinagem em mais de uma face no mesmo ciclo, então será necessário um divisor, ou seja, um dispositivo automático para indexação, que sempre será menos rígido que uma mesa de centro indexável do centro horizontal.
Figura 7.9. Exemplo de centro de usinagem CNC vertical.
7.3.2. Centros de usinagem Horizontais: São aqueles cuja direção de profundidade, isto é, a direção de movimento do eixo árvore é horizontal. São bons para usinar peças de grande volume, pois é possível trabalhar qualquer face da mesma (mesa indexável) com facilidade de carga e descarga da máquina.
Figura 7.10. Exemplo de centro de usinagem CNC horizontal.
7.3.3. Sistemas integrados de fabricação : São centros de usinagem verticais e horizontais interligados num único sistema de fabricação, versáteis e altamente produtivos.
Figura 7.11. Exemplo de sistema integrado de fabricação CNC.
7.4. Descrição do CN.
7.4.1. Unidades que compõem o CN:
- De processamento (“calculadora”ou aritmética)
- De força
- De interface
- De retorno de informação (“feedback”)
- De entrada de dados
- De saída de dados
7.4.2.Elementos de entrada de dados:
- Cartões perfurados (80 colunas)
- Fitas magnéticas
- Disquetes (“floppy disks”)
7.4.3. Elementos de saída de dados.
- Paíneis de controle: mostram através de marcadores, contadores, relógios e luzes-espia a informação.
- Telas (“displays”) de tubos de raios catódicos(CRT) ou modernamente, visores de cristal líquido.
- Informação exibida/monitorada: → estado de funcionamento da máquina → dados sobre o programa em execução → programas armazenados → diagnóstico e indicação de erros ou avarias (inclusive com localização) mecânicas, elétricas e eletrônicas.
7.4.5. Descrição genérica do conjunto CN/máquina operatriz Parte mecânica da máquina operatriz: → unidades motoras hidraúlicas e pneumáticas → sistemas de refrigeração → trasportadores de cavaco
Figura 7.14. Tabela de caracteres da fita de papel.
→ entre outras Interface : Sistema eletro-eletrônico que distribui e comanda os diversos elementos da máquina: → motores principais do eixo-árvore e das bombas hidraúlicas. → abertura e fechamento das válvulas solenóides atuantes em sistemas hidraúlicos e pneumáticos. Comando eletrônico: → computador da máquina.
7.5. Operação e programação de máquinas com CN.
7.5.1. Arquitetura de um sistema de comando numérico. Um sistema de comando numérico tem três elementos básicos :
- Programa de instruções;
- Unidade de controle;
- Máquina ferramenta ou outro processo controlado.
Figura 7.15. Interrelação entre os três componentes básicos.
- Programa de instruções : O programa de instruções é o conjunto de diretivas que diz à máquina ferramenta o que fazer passo a passo. Está codificado em forma numérica ou simbólica em algum tipo de meio de entrada que pode ser interpretado pela unidade de controle (disquetes, fitas perfuradas, fita magnética, etc.). O trabalho do programador que faz este tipo de programa é criar um conjunto detalhado de instruções através do qual a sequência de passos deve ser feita. Para uma operação de usinagem, os passos envolvem o movimento relativo da “mesa” da máquina e da ferramenta de corte.
- Unidade de controle : A unidade de controle consiste na eletrônica e hardware que lê e interpreta o programa de instruções e o converte em ações da máquina ferramenta. Os elementos típicos da unidade de controle incluem leitores de meios de entrada, buffer de dados, canais de saída para a máquina ferramenta, canais de entrada de realimentação da máquina e controles de sequência para controlar a operação dos elementos anteriores. Os canais de saída estão conectados aos servomotores e outros controles da máquina ferramenta. Através destes canais, as instruções são enviadas da unidade para a máquina ferramenta. Para assegurar a execução das instruções pela máquina ferramenta, informações são realimentadas pelos canais de entrada. A função mais importante da realimentação é assegurar que a mesa e a peça foram posicionadas corretamente em relação à ferramenta.
Cumpre destacar que nos sistemas DNC, há várias outras estruturas possíveis que visam diminuir a carga de trabalho do computador central, como por exemplo redes de computadores menores que recebem instruções do central e por sua vez realizam o controle da máquina. Entretanto o princípio mostrado acima não se altera pois o computador central continua controlando todas as máquinas, já que são os programas contidos no mesmo e na sequência em que este os enviar que serão executados nos pontos da rede.
7.5.2. Modos de operação Operação manual : − Pode-se ligar/desligar certos componentes (como motores ou atuadores) via uso de botões, alavancas próprias no painel de controle, ou ainda com recursos mecânicos convencionais. Exemplo: movimentos de carros ou mesa; ligar/desligar árvore. − Em geral, atua-se sobre a interface ou na unidade de força do CN. − JOG (função especial das máquinas com CN): através de quatro botões direcionais, movimenta a mesa para a direita, esquerda, dentro e fora. → contínuo → incremental − Exemplos de operações no modo manual para as máquinas: Torno com CN
- Ligar e desligar o motor principal
- Girar o eixo árvore em ambos os sentidos
- Ligar fluido de corte
- Virar a torre de ferramentas
- Movimentar o suporte de ferramentas no sentido longitudinal, no transversal ou no vertical, através do JOG. Centro de usinagem
- Ligar ou desligar o eixo árvore
- Ligar ou desligar o fluido de corte
- Trocar ferramentas
- Girar a mesa indexável
- Movimentar qualquer carro em “JOG”
- Girar o magazine de ferramentas
Operação automática: − O comando só obedece às informações armazenadas em meio específico. Operação por entrada manual de dados: − O comando obedece às informações recebidas via teclado do painel de controle (uso de programação “manual” ou direta). Quando um dos modos está ativo, os outros ficam inoperantes.
7.5.3. Programação de máquinas CN
7.5.3.1. Modos de programação: Programação direta (ou “Manual”): Código - G As funções de programação são introduzidos no CN via modo de operação “entrada manual de dados”. Tarefas do programador:
→ decompor as operações de usinagem em ações elementares e definir os parâmetros de operação. → determinar a ordenação destas ações elementares. → definição de curvas e superfícies segundo as possibilidades de métodos de interpolação disponíveis. → escrever o programa segundo as características exigidas pelo programa “Interpretador”. → introduzir o programa (via teclado, fita perfurada, terminal ou teletipo). Dificuldades encontradas pelo programador: → excessivamente detalhista o procedimento: maiores possibilidades de erro. → complexidade e número muito grande de cálculos a efetuar (determinação de pontos). Programação indireta (ou “Automática”) Utiliza-se o computador nos procedimentos, operando-se em modo de operação automático. Tarefas do programador: → o programador limita-se à definição das operações de usinagem, dos parâmetros, da geometria de algumas operações auxiliares. Tarefas do computador: → cálculo de cotas (posicionamento dos eixos comandados) → detecção e correção de erros → permite o uso de rotinas e a concatenação dos blocos → permite a correção: são programas/sistemas conversacionais, interativos → determina a perfuração de fitas de papel automaticamente.
Processo de programação automática
7.5.3.2. Tipos de informação que compõem um programa:
Relativas à geometria − Movimentos de posicionamento e de corte da ferramenta. − O problema é determinar uma trajetória que seja simultaneamente correta e eficiente (maior dificuldade na programação). Correta quanto às formas, e eficiente no sentido do mínimo esforço. − É a parte mais díficil do programa:
- maiores erros ocorrem aqui
- os erros podem ser fatais (rompimento da máquina ou ferramenta, sobrepasse de potência requerida). Relativas aos aspectos mecânicos de usinagem − Parâmetros de corte.
Processamento
Introdução do programa de usinagem a executar
“Overlay”das rotinas requeridas (memória secundária/memória principal)
“Tradução” dos resultados do processamento para a linguagem de máquina do CN.
→ Função de posicionamento Ex: Tipos: i Medida do raio do círculo na interpolação circular segundo “x” j Idem, segundo “y” k idem, segundo “z” r valor do avanço rápido, segundo “z” .. ................................................................
→ Funções auxiliares Ex.: Tipos: f velocidade de avanço dos carros/avanço por rotação s velocidade de corte/rotação t troca de ferramenta m miscelânia ...... .............................................................................................................. Quadro de funções miscelâneas : (segundo E.I.A, Rs 273-A) Casos: A - São funções que se iniciam juntamente com o início do bloco, dentro do qual elas aparecem. B - São as funções que se tornam ativas quando todos os movimentos programados dentro do bloco onde as mesmas aparecem, são completados. C - São as funções que permanecem ativas durante a programação até que apareça uma função apropriadamente antagônica que a cancela e substitui. São modais. D - São funções que só são ativas ou produzem efeitos no bloco onde aparecem. São não- modais. CÓDIGO A B C D FUNÇÃO m00 x x Parada do programa m01 x x Parada opcional de programa m02 x x Fim de programa m03 x x Eixo árvore no sentido horário m04 x x Eixo árvore no sentido anti-horário m05 x x Parada do eixo árvore m06 x Troca de ferramenta m07 x x Refrigerante de corte no^ 2- Liga m08 x x Refrigerante de corte no^ 1- Liga m09 x x Desliga o refrigerante de corte m10 x Blocagem dos carros m11 x x Solta blocagem dos carros m12 “não especificado” m13 x x Eixo árvore no sentido horário e fluido de corte
Figura 7.18. Programação de arcos.
m14 x x Eixo árvore no sentido anti-horário e fluido de corte m15 x x Movimento (+) m16 x x Movimento (-) m17 m18 x “Não especificados” m19 x Orientação para parada do eixo árvore m20 m29 “Não especificados permanentemente” m30 x x Fim de programa com rebobinamento da fita m31 x “Interlock Bypass” m32 m35 x x Velocidade de corte constante m36 m39 “Não especificados” m40 m45 x x Mudança de engrenamento, se usado, e também não especificados m46 m99 “Não especificados”
→ Funções (auxiliares) “n” e “EOB” “n” - além de orientar na operação, possibilita a localização automática de blocos (em alguns comandos). → Sistemas de Coordenadas absoluto: define-se que a peça está parada e que é a ferramenta que se move. − zero fixo (ponto de origem do sistema de coordenadas) − zero flutuante incremental: as coordenadas do ponto-alvo são dados em função último ponto atingido. Conceito de “quadrantes de programação” está ligado ao sistema de coordenadas absoluto.
Figura 7.19. Eixos de coordenadas no plano de trabalho.
Figura 7.20. Quadrantes de programação.
Figura 7.21. Sistema de coordenadas incremental.
→ É apenas um recurso a mais (em nível de “software”) quando já se possui um sistema DNC (ou até CNC). → Melhora as condições de trabalho, e conseqüentemente, a qualidade do serviço do operador e, principalmente, do programador. → O programa vai sendo documentado enquanto é feito. → O simulador é mais flexível e geral, podendo simular muitas máquinas diferentes.
7.6.2. O que é um simulador? → É um sistema que utiliza processos gráficos interativos para descrever, construir e verificar a geometria da peça e a trajetória da ferramenta. Deve permitir validar, tanto quanto possível, programas para as máquinas com CN, e seria aconselhável que pudesse permitir antever problemas de desgaste de ferramentas e que fornecesse dados úteis para a escolha dos parâmetros de corte, do tipo de material da ferramenta, etc. → Com relação à visualização do processo, seria recomendável que fosse bastante preciso e claro. → O simulador faculta a documentação gráfica e por escrito dos programas - é uma das maiores aplicações do conceito de CAD/CAM.
7.6.3. Relação com o Pós-processador. → O simulador pode permitir que não se utilize linguagens de programação (como a APT), utilizando outro tipo de linguagem (interativa - “teach-pendant”). Neste caso:
7.6.4. Estrutura de um simulador convencional.
Das máquinas. Das ferramentas. Dos blocos de matéria-prima. De peças.
BDs (catálogos)
De materiais diversos. Saída: a simulação (representação animada do processo, com detecção de colisões, erros de sintaxe, excessos de velocidades, etc).
Simulador de programas Entrada: o programa, a máquina, a ferramenta e a peça de trabalho Sistema gráfico Desenho final da peça obtida, em escala. “plotter” ou vídeo
7.6.4. Questão do desempenho comparado. Simulação x Máquina: é importante buscar a calibração das constantes de tempo do simulador se é necessária uma previsão do tempo real de produção da peça.
7.6.5. Tempos de programação e testagens sem simulador: montagem de peças, posicionamento, possíveis problemas. com simulador: risco de que, ao final, os tempos de execução não sejam os esperados (ou a qualidade da peça obtida).
Simulador
Arquitetura com geometria
Pós- processamento
Código executável pela máquina.
7.6.5.1.Exemplos: → Simulador experimental da Universidade de Los Andes, Colômbia. Dados técnicos: − Compilador: Turbo PASCAL (v.3.00 B) − Sistema operacional: MS-DOS (v.2.11 A) − Suporte gráfico: GSX-86 Grafics System Extension (v. 1.3) − Microcomputador/Microprocessador: PC-compatível (Texas)/Intel 8086 − Memória: 256 Kb − Vídeo: 719 x 299 − Programas: ~105 Kb (objeto) → Sistema no SENAI/RS − Sistema de ensino em rede. − Curso de programação básico: 25horas. − Teclados especiais.
Figura 7.25. Aspectos de projeto e planejamento.
