19 Congresso de Iniciação Científica GERAÇÃO DA ?· 19 congresso de iniciação científica geraÇÃo…

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19 Congresso de Iniciao Cientfica

GERAO DA TRAJETRIA DA FERRAMENTA NA MANUFATURA DE SUPERFCIESCOMPLEXAS BASEADA DIRETAMENTE DO MODELO CAD

Autor(es)

CAMILA CLEMENTE DE BARROS

Orientador(es)

ANDR LUS HELLENO

Apoio Financeiro

PIBITI/CNPQ

1. Introduo

A evoluo dos Sistemas CAD (Computer Aided Design) na direo do modelamento e manipulao de superfcies complexas,associado s novas exigncias funcionais e estticas no desenvolvimento do produto, impulsionam a insero cada vez maior darepresentao geomtrica atravs de superfcies complexas.Atualmente, tais superfcies podem ser encontradas em produtos com requisitos funcionais, como por exemplo, em componentesaerodinmicos aplicados na indstria aeronutica, em prteses cirrgicas e em componentes com caractersticas pticas (CHOI,1998), ou em produtos com requisitos estticos para a satisfao do cliente, como os produtos do setor automobilstico eeletroeletrnico. Para esses, a representao geomtrica atravs de superfcies complexas utilizada como fator determinante nolanamento de novos produtos.Nesse cenrio, a manufatura de superfcies complexas surge como destaque no ciclo de desenvolvimento do produto, uma vez que osprocessos tradicionais no so capazes de atender os novos requisitos relacionados com o tempo de fabricao e custos, tornando-seassim um fator limitante desse ciclo.Em funo disso, h uma busca de avanos tecnolgicos na manufatura de superfcies complexas capazes de aumentar a eficincia doprocesso, principalmente com relao ao fresamento de moldes e matrizes. Esse processo apresenta grande demanda pelas indstriasautomobilstica e de eletroeletrnico e, determinante com relao ao tempo de manufatura acarretando limitaes na necessidade dareduo do ciclo de desenvolvimento do produto.Dentre tais avanos tecnolgicos, a Tecnologia HSC (High Speed Cutting) tem apresentado as maiores contribuies para a melhorada eficincia desse processo de manufatura, principalmente pelo fato de apresentar como caractersticas a grande taxa de remoo dematerial, reduo do tempo de fabricao e alta qualidade superficial, alm de um conceito dinmico que busca de forma contnua oaumento da velocidade atuante no processo.Como conseqncia, o relatrio estatstico da indstria Alem de mquinas ferramentas em 2005 (VDM,2007), maior produtormundial desse segmento, destaca, dentre outras coisas, a Tecnologia HSC como uma tendncia nos processos fabricao, assim como,no desenvolvimento de mquinas ferramentas. Alm da Tecnologia HSC, o relatrio tambm aponta uma tendncia em tecnologiasque servem de suporte e impulsionam a Tecnologia HSC, tais como: Comandos Numricos com alta performance, Integrao daCadeia CAD/CAM/CNC no processo de fabricao, Sistemas diretos de Acionamento (Motores Lineares), etc.O fato da Tecnologia HSC ser suportada e impulsionada por outras tecnologias envolvidas no processo de manufatura(SCHULZ,1996) faz com que sua aplicao plena esteja diretamente relacionada com o efeito da aplicao conjunta dessas

tecnologias, que por sua vez, apresentam estgios distintos de desenvolvimento tecnolgico. Com isso, a tecnologia com o menor graude evoluo resultar numa limitao tecnolgica na aplicao da Tecnologia HSC.Dentre as diversas tecnologias envolvidas na Tecnologia HSC, a trajetria da ferramenta gerada pelo Sistema CAM proporciona aoprocesso de fabricao caractersticas relacionadas diretamente com o tempo de usinagem e qualidade final do produto. Atravs dessatecnologia pode-se impulsionar ou limitar a aplicao da Tecnologia HSC na manufatura de moldes e matrizes com altas velocidades.A falta de exigncia dinmica do processo associada simplicidade matemtica e facilidade de uso pelo programador transformou arepresentao da trajetria da ferramenta por segmentos de reta (Interpolao Linear) num padro utilizado amplamente pelo SistemaCAM (LARTIGUE et al., 2001; HSU e YEH, 2001)No entanto, com o aumento das exigncias dinmicas no processo resultante da aplicao da Tecnologia HSC surgem s diversaslimitaes da Interpolao Linear, principalmente quanto ao avano de usinagem e exatido do modelo geomtrico(LARTIGUE,2004; HAN,1999; SOUZA, 2004).Han et al. (1999) destacam a limitao da velocidade de avano em funo da capacidade de processamento do comando numrico eminterpretar e processar a grande quantidade de blocos de informao (Lookahead) resultantes da aplicao da Interpolao Linear emsuperfcies complexas.Arnone (1998) aborda esse mesmo problema relacionando o tempo de processamento do Comando Numrico e o tamanho dosegmento da trajetria da ferramenta. Regalbuno (2004) e Stoh (2005) destacam, em seus estudos, a limitao da velocidade deavano em funo da desacelerao decorrente do ngulo de inclinao entre os segmentos de retas.Em funo disso, os mtodos de interpolao da trajetria da ferramenta voltam a serem considerados na gerao do programa NC eseus estudos tm sido abordados por diversos autores, atravs da pesquisa de novos mtodos de interpolao da trajetria daferramenta (LARTIGUE et al., 2004).Dentre essas novas metodologias, a interpolao NURBS, na qual a trajetria da ferramenta ser representada por de curvas baseadasem modelos matemticos (COSTANTINI, 2000; PATRIKALAKIS, 2002), possibilita uma trajetria da ferramenta mais suave eprecisa, tornando uma soluo na usinagem com a Tecnologia HSC (LARTIGUE et al.,2001; CHENG et al., 2002; ERKORKMAZ etal., 2001).No entanto, esses benefcios esto diretamente relacionados com a qualidade da trajetria da interpolao fornecida para a mquinaferramenta realizar os movimentos de usinagem. Qualidade esta, que seriamente prejudicada pela utilizao de tolerncias deaproximao do Sistema CAM.

2. Objetivos

Esse projeto tem por objetivo avaliar os recursos do Sistema CAD na gerao da trajetria da ferramenta diretamente para a mquinaferramenta, contribuindo assim, para a evoluo do processo de manufatura de superfcies complexas atravs do CicloCAD/CAM/CNC, conforme ilustrado na figura 1.

3. Desenvolvimento

O corpo de prova utilizado para os ensaios experimentais apresenta, em sua geometria, superfcies complexas que atendem scaractersticas estudadas na cadeia CAD/CAM/CNC.Para a gerao da trajetria da ferramenta diretamente do modelo CAD foi utilizada a funo Project e Offset, atravs das quaisfoi possvel projetar uma linha sobre o modelo CAD, assim como desloc-la de forma uniforme na distncia do tamanho do Raio daferramenta de corte (fresa esfrica). Este deslocamento necessrio, pois na trajetria da ferramenta gerada diretamente do modeloCAD a ferramenta de corte ser comanda em funo do centro de seu raio.Atravs da funo information do Sistema CAD foi possvel obter as informaes da representao matemtica da trajetria daferramenta e , apartir disto, fazer a converso para a linguagem utilizada no Comando Siemens 810D.Para esta etapa de converso foram avaliados dos tipos diferentes de comando para a a gerao da interpolao Spline dentro doComando Siemens 810D, as Funes BSPLINE e CSPLINE.Para efeito de avaliao da gerao da trajetria da ferramenta, foi gerada uma trajetria da ferramenta atravs da cadeiaCAD/CAM/CNC considerando a mesma ferramenta de corte e a Interpolao Linear. O comportamento da velocidade de avano aolongo da trajetria da ferramenta foi utilizado para avaliar as diferentes trajetrias da ferramentaAlm disso, os ensaios foram realizados com duas diferentes velocidades de avano, 3.000 e 5.000 mm/min.Para a realizao dos ensaios utilizou-se um centro de usinagem vertical, modelo Discovery 760, fabricado pelas Indstrias ROMIS.A.

4. Resultado e Discusso

Ao observar a Figura 2 e 3, respectivamente, o comportamento da velocidade de avano (Va) para as velocidades de 3.000 e 5.000mm/min pode-se observar que: As interpolaes Spline descritas com os comandos BSPLINEe CSPLINE tiveram comportamento similar em ambos os casos; Em relao Interpolao Linear, os benefcios da interpolao Spline somente foram observados em condio de alta velocidadede avano (Va=5.000 mm/min).

5. Consideraes Finais

Com este trabalho, foi desenvolvimento um sistema de gerao da trajetria da ferramenta diretamente do Sistema CAD,considerando uma ferramenta de corte esfrica.O sistema mostrou-se vivel, porm questes sobre a exatido geomtria da trajetria da ferramenta, assim como, o mtodo para gerartodas as curvas que compem uma estratgia de usinagem ainda sero temas a serem explorados em trabalhos futuros.

Referncias Bibliogrficas

CHOI, B.K.; JERARD, R.B. Sculptured Surface Machining - Theory and applications. Netherlands, Dordrecht: Kluwer AcademicPublishers, 1998. 368 p. ISBN 0-412-78020-8. SCHULZ, H. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Germany, Mnchen: Carls Hanser Verlag, 1996. 286 p. ISBN 3-446-18796-0 VDM: The German Machine Tool Industry in 2005. VDW sector report 2005. Disponvel em:http://www.vdw.de/web-bin/owa/homepage?p_bereich=leistungsangebot&p_menue_id=1000000025&p_zusatzdaten=bw_zeige_ordner&p_zusatz_id=283&p_sprache=e. Acesso em: 05fev.2007. LARTIGUE, C.; THIEBAUT, F.; MAEKAWA, T. CNC tool path in terms of B-spline curves. Computer Aided Design, v. 33, p.307-319, 2001. HSU, L.; YEH, S.S. Adaptive feedrate interpolation for parametric curves with a confined chird error. Computer Aided Design, v. 34,p. 229-237, 2002. LARTIGUE, C.; TOURNIER, C.; RITOU, M.; DUMIR, D. High performance NC for HSM by means of Polynomial Trajectories. In:Annals of the CIRP, v. 53, n. 1, 2004. HAN, G.C. ET AL. High speed algorithm for CNC machine tools. IECON Proceedings, v. 3, p. 1493-1497, 1999. SOUZA, A. F. Contribuicoes ao fresamento de geometrias complexas aplicado a tecnologia de usinagem com altas velocidades. Tese(Doutorado) Escola de Engenharia de So Carlos EESC-USP, 2004. REGALBUTO, R. Empirische Untersuchungen zum Vergleich von linear- und NURBS-interpolierten NC-Programmen.Diplomarbeit Technische Universitt Darmstadt, Germany, 2004. ARNOME, A. High Performance Machining. USA, Cincinnati: Hanser Gardner Publications, 1998. ISBN 1-56990-246-1. STROH C.; ABELE, E. NURBS based Tool Path generation. In: X SEMINRIO INTERNACIONAL DE ALTA TECNOLOGIA.Piracicaba. 2005. p. 49-68. CHENG, M.Y; TSAI, M.C.; KUO, J.C. Real time NURBS command generators for cnc servo controllers. International Journal ofMachine tools & manufacture, v. 42, p. 801-813, 2002. PATRIKALAKIS, N.M.; MAEKAWA, T. Shape Interrogation for Computer Aided Design and Manufacturing. USA, New York:Springer, 2002. ISBN 3-540-42454-7. COSTANTINI, P. Curve and surface construction using variable degree polynomial splines. Computer Aided Geometric Design, v.17, p. 419-446, 2000. ERKORKMAZ, K.; ALTINTAS, Y. High Speed CNC system design. PartI: jerk limited trajectory deneration and quintic splineinterpolation. International journal of Machine tools & manufacture, v. 41, p. 1323-1345, 2001.Anexos

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