apostila 16 maquinas cnc

7/29/2019 Apostila 16 Maquinas CNC

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Quando seu neto contou que havia visto,numa feira de tecnologia, tornos trabalhando sozinhos, seu Adamastor noacreditou. Riu com pouco caso e mergulhou novamente nas notcias do jornal.

Essa rapaziada acha que pode enganar um velho torneiro aposentado como eu pensou seu Adamastor.

Foi s quando Antnio, seu vizinho, torneiro ainda na ativa, contou amesma histria, que Adamastor achou que aquela conversa do seu neto talvezno fosse to fantstica assim.

Pois , Adamastor, foi da noite para o dia. Agora a fbrica s tem tornoscomputadorizados. Dizem que um tal de comando numrico ou sei l o qu.Disseram que para concorrer com os produtos importados, s assim mesmo.Automatizando. Ou se modernizavam, ou a fbrica acabava sendo engolidapelos americanos, alemes e japoneses.

Controle de mquinas

O homem sempre criou utenslios para facilitar sua vida. medida queaumentava seu conhecimento dos fenmenos da natureza, crescia tambma complexidade desses utenslios, que evoluram at se tornarem mquinas.

Para tornear uma pea, por exemplo, partimos de dispositivos rudimentares,progredimos por meio de tornos mecnicos manuais, tornos acionados pormotores eltricos, tornos automticos com controle mecnico, tornoscomputadorizados e chegamos s chamadas clulas de torneamento,uma verdadeira minifbrica de peas torneadas.

Mquinas CNC

evoluo do processo de torneamento

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Um problema


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A U L A Todas as mquinas devem ter seu funcionamento mantido dentrode condies satisfatrias, de modo a atingir com xito o objetivo desejado.

A forma primitiva de controle a manual. O homem, por meio de seucrebro e seu corpo, controla as variveis envolvidas no processo. No caso dotorno mecnico, por exemplo, de acordo com o material a ser usinado, o torneiroseleciona a rotao da placa, o avano a ser utilizado, a quantidade de materiala ser removido, e verifica se vai utilizar ou no fluido de corte etc.

O torneiro o controlador do torno mecnico. Com um instrumentode medio, ele verifica a dimenso real da pea.

A informao chega ao seu crebro atravs dos olhos. Tambm atravs dosolhos, o crebro recebe informaes da dimenso desejada, contida no desenhoda pea.

No crebro, ambas as informaes so comparadas: a dimenso desejadae a dimenso real. O resultado dessa comparao o desvio uma novainformao, enviada agora atravs do sistema nervoso aos msculos do brao e

da mo do torneiro.

O torneiro, ento, gira o manpulo do torno num valor correspondente aodesvio, deslocando a ferramenta para a posio desejada e realizando um novopasse de usinagem.

A seguir, mede novamente a pea e o ciclo se repete at que a dimenso dapea corresponda requerida no desenho, ou seja, at que o desvio seja igual a zero.

Mas o homem percebeu que quando tinha que usinar vrias peas iguais,o trabalho tornava-se montono e cansativo. Repetir diversas vezes as mesmasoperaes, alm de ser desestimulante, perigoso, pois a concentrao e atenodo operador da mquina diminuem ao longo do dia.

Que bom seria se o torno pudesse funcionar sozinho! Bastaria ao operadorsupervisionar o trabalho, corrigindo algum imprevisto surgido duranteo processo.

Assim, o controle manual, exercido pelo homem, foi substitudo pelocontrole mecnico. Esse controle era realizado por meio de um conjunto de peasmecnicas, constitudo principalmente de cames. Todos esses componentesmecnicos tinham a funo de transformar a rotao de um motor eltrico numaseqncia de movimentos realizados pela ferramenta.

esquema de controle manual de um torno mecnico


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A existncia desse controle mecnico fez com que a mquina conseguissemaior independncia em relao ao ser humano. Ela passou a ser uma mquinaautomtica.

No entanto, o homem no ficou completamente satisfeito, pois ainda haviaum problema a ser solucionado. A cada novo tipo de pea, os cames precisavamser trocados por outros com perfis diferentes. Os demais componentes damquina precisavam ser novamente ajustados. Tudo isso era trabalhoso edemorado. A mquina, sem dvida, era automtica, mas adapt-la a um novoservio exigia muitas modificaes. Era uma mquina rgida.

Que bom seria se tivssemos uma mquina flexvel, capaz de se adaptarfacilmente a uma mudana no tipo de pea a ser produzida!

Mas esse problema ficou sem soluo at o desenvolvimento doscomputadores na dcada de 1950. Os computadores, entre outros benefcios,possibilitaram indstria automatizar suas mquinas de uma maneira quepudessem se adaptar mais facilmente a uma mudana no tipo de produto.

Alm de automticas, eram mquinas flexveis.

Os computadores utilizados para controlar movimentos de mquinas

receberam um nome especial: comandos numricos computadorizados oucontroles numricos computadorizados. Abreviadamente, CNC. Eles foramutilizados, pela primeira vez, em 1952, para automatizar uma fresadora destinadaa produzir peas para avies e helicpteros. Naquela poca, o comando numricoera muitas vezes maior que a prpria mquina. Falhava freqentemente epossua uma capacidade de clculo ridcula quando comparado aos atuais CNC.A bem da verdade, nem era um computador como os de hoje, pois no possuamicroprocessador. Era constitudo apenas de rels e vlvulas eletrnicas.A figura mostra um torno moderno, controlado por meio de um comandonumrico computadorizado.

torno com controle mecnico


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Controles flexveis

Uma das vantagens do comando numrico em relao aos tipos anterioresde controle a possibilidade de mudar rapidamente a seqncia de operaesque a mquina deve realizar. Por meio de um programa especfico, essaseqncia alterada para realizar uma determinada seqncia de funes.

Um programa uma lista de instrues escritas numa linguagem que amquina capaz de entender. Um cozinheiro, para preparar um bolo, deveseguir fielmente os passos descritos na receita. A mquina tambm precisaobedecer s instrues do programa para executar sua tarefa com perfeio.

Mudar o programa de operao da mquina , portanto, muito mais rpidodo que fabricar novos cames ou realizar regulagens mecnicas.

Voc ainda pode estar se perguntando por que o controle chamadonumrico.

A resposta parece bvia: Porque utiliza nmeros. Certo! Mas... quaisnmeros?

Bem, um comando numrico, como j vimos, um computador com amisso especial de controlar movimentos de mquinas. E os computadores somquinas eltricas. Logo, essas mquinas s so capazes de distinguir duas

situaes ou estados: existncia, ou no, de um certo valor de tenso eltrica.Se houver tenso, podemos indicar esse estado com o nmero um. Se nohouver tenso, usamos o nmero zero, como vimos na aula de circuitos digitais(Aula 9).

A esto nossos nmeros. Controlamos a mquina usando combinaesde zeros e uns.

Mas imagine-se escrevendo um programa usando apenas zeros e uns. Coisade louco, no? Da a necessidade das linguagens de programao dos comandosnumricos. Elas permitem que a tarefa do programador fique um pouco mais

torno com controle numrico


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A U L Afcil, pois essa linguagem acaba sendo intermediria entre a linguagem demquina (aquele punhado de zeros e uns) e a linguagem natural do ser humano(portugus, no nosso caso).

Vejamos um trecho de um programa:O2000;T05;G97 S1200;M3;M8;G0 X20. Z2.

Para uma pessoa que no conhece a linguagem de programao da mquina,as letras e nmeros acima no fazem sentido. A mquina, no entanto, capaz deentender e, o que melhor, obedecer s instrues descritas por esses cdigos.Se fssemos traduzir para o portugus, as linhas acima diriam algo assim:

O2000.............. Esse programa foi batizado com o nmero 2000.T05 .................. Trabalhe com a ferramenta nmero 5.

G97 S1200....... A rotao da placa ser igual a 1.200 rpm.M3 ................... Ligue a placa no sentido horrio (olhando-se da placa paraa contraponta).

M8 ................... Ligue o fluido de corte.G0 X20. Z2.0 .. Desloque a ferramenta, com o maior avano disponvel

na mquina, para o ponto de coordenadas X = 20 mme Z = 2 mm.

No entanto, voc deve estar pensando: Tudo bem, mas como o comandonumrico toma conhecimento dessas instrues?.

O jeito mais fcil seria conversar com o comando numrico, contar-lhe todasas instrues e mand-lo obedecer. Bem, talvez um dia cheguemos a esse estgiode desenvolvimento. Atualmente, no entanto, temos que nos valer de outrosmodos de entrada de dados, como os apresentados abaixo.

Com o programa em sua memria, cabe ao comando numrico execut-lo,fazendo com que a mquina obedea s instrues. Mas como isso ocorre?

Voc se lembra do controle manual realizado pelo torneiro ao operarum torno mecnico? Bem, vamos ento estudar como transformar esse controlenum controle numrico.

modos de armazenamento e transmisso de programas


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A U L A A primeira coisa substituir o crebro do torneiro por um comando numrico.

Em seguida, precisamos de algum dispositivo que seja capaz de saberquanto a mquina se deslocou. Assim, seremos capazes de controlar as dimensesda pea. Portanto, devemos substituir o instrumento de medio utilizado nocontrole manual por um sensor de posio. Um encoder rotativo, por exemplo.

Finalmente, para movimentar a mquina no podemos mais contar com ooperador. Seus msculos, brao, mo, bem como o manpulo da mquina, serosubstitudos por um servomotor de corrente alternada. Essas modificaespodem ser observadas a seguir.

Agrupando-se os novos componentes, podemos observar a malhade controle da mquina.

Mquinas controladas numericamente

Geralmente, quando falamos em mquinas CNC estamos nos referindo amquinas-ferramenta. No entanto, as mquinas-ferramenta correspondemapenas a um tipo de mquina CNC.

Assim, apesar de os comandos numricos serem tradicionalmente usadosem mquinas-ferramenta, essa no sua nica aplicao. Em princpio, qualquermquina que deva ter seu posicionamento, velocidade e acelerao controladospode ser automatizada por meio deste tipo de controle.

malha de controle numrico

correlao entre componentes dos controles manual e numrico


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A U L APortanto, mquinas controladas numericamente tambm podem ser encontradasnas indstrias txtil, alimentcia, de embalagens, calados, plsticos etc.

Como j vimos, um comando numrico tem a funo de controlarmovimentos. Uma mquina pode possuir vrios movimentos, normalmenteclassificados em movimentos de translao ou rotao. Costuma-se dizer quecada um desses movimentos um eixo da mquina, associando-se uma letraa ele. Nas figuras a seguir, temos uma mandriladora com os eixos X, Y e Z,correspondendo respectivamente aos movimentos longitudinal, vertical etransversal, e uma fresadora com quatro eixos lineares, X, Y, Z e W, e dois eixosrotativos, B e C.

Embora uma mquina possa apresentar vrios movimentos, nem sempreela capaz de realizar todos ao mesmo tempo. Assim, a mandriladora da figura,embora possua trs eixos, pode, devido a restries de hadware e software, sercapaz apenas de realizar dois movimentos ao mesmo tempo. Assim, costuma-se dizer nesse caso que, embora a mquina possua fisicamente trs, ela narealidade uma mquina de dois eixos. Logo, eixo pode ser um conceitorelacionado a quantos movimentos a mquina tem ou a quantos movimentos elapode realizar ao mesmo tempo. O significado depende da situao descritanaquele momento.

A cada um dos eixos da mquina associa-se um servomotor, com velocidadee acelerao que podem ser controladas pelo comando numrico e por drivers.O servomotor representa o elo de ligao entre a mecnica e a eletrnica.

A eletrnica, num primeiro momento, simplificoua estrutura mecnica da mquina. Muitas peasdeixaram de ser utilizadas graas presena dosservomotores. Esses motores fizeram com que ascaixas de mudana de velocidade, compostas porum grande nmero de engrenagens, praticamente

desaparecessem. Num torno ou numa fresadoraCNC, a rotao da placa ou do cabeote, bem comoas velocidades de translao ou rotao dos eixos, estabelecida simplesmente por meio de funes deprogramao. O comando numrico da mquinaenvia uma ordem ao driver, encarregado doacionamento do motor, e o driver aciona diretamenteo motor. Mecanicamente, isso muito mais simples,como pode ser visto na figura. O acionamentodos motores foi descrito na Aula 4. sistema de controle de velocidade de motores

fresadoramandriladora


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A U L A A tecnologia eletrnica, alm de permitir simplificar a estrutura mecnica,criando comandos numricos cada vez mais compactos, confiveis, econmicose precisos, forou o aprimoramento dos componentes mecnicos. Para evitarque atritos e folgas afetem a preciso da mquina, a indstria mecnicadesenvolveu componentes cada vez mais sofisticados.

Assim, os fusos de perfil trapezoidal deram lugar ao fusos de esferasrecirculantes. Na figura a seguir, esses fusos apresentam maior rendimentona transmisso de esforos mecnicos, pois pequeno o atrito entre as esferase as pistas da castanha e do fuso.

As guias de deslizamento das mquinas tambm foram substitudas porguias lineares, mais precisas e eficientes. A confiabilidade e vida til dessescomponentes tambm maior em relao aos fusos e guias tradicionais.

Trocadores de ferramentas

Para aumentar a independncia do operador, a grande maioria das mquinas-ferramenta CNC equipada com dispositivos conhecidos como ATCs, siglade Automatic Tool Changer, ou seja, Trocador Automtico de Ferramentas.

O trocador automtico de ferramentas retira uma ferramenta e coloca outrana posio subseqente de usinagem. O trocador trabalha com um carrossel,onde so montadas as vrias ferramentas participantes do processo de usinagem.Existem vrios modelos de trocadores de ferramentas. Nos tornos, o carrossel normalmente chamado de torre.

Alguns exemplos de ATCs e magazines (carrossis) porta-ferramentaspodem ser vistos na figura abaixo.

modelos de trocadores de ferramentas e magazinesutilizados em tornos e centros de usinagem

fusos e guias usados em mquinas-ferramenta CNC


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A U L AO magazine (carrossel) porta-ferramentas e o trocador de ferramentasdiferenciam as fresadoras dos chamados centros de usinagem.

Nos centros de usinagem, a troca de ferramentas realizada automaticamente.Essa evoluo em relao s fresadoras faz dos centros de usinagem as mquinasmais importantes para a implementao de sistemas de usinagem automatizados.

Teste sua aprendizagem. Faa os exerccios e confira suas respostas com asdo gabarito.

Marque com X a resposta correta.

Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1Exerccio 1As clulas de torneamento constituem uma:a)a)a)a)a) ( ) forma antiga de torneamento;

b)b)b)b)b) ( ) unidade de tornos;c)c)c)c)c) ( ) minifbrica de peas torneadas;

d)d)d)d)d) ( ) tcnica de tornear.

Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Exerccio 2Apesar da evoluo da automao, ainda necessrio:a)a)a)a)a) ( ) desenvolver programas para controle;

b)b)b)b)b) ( ) mecanizar os processos automticos;c)c)c)c)c) ( ) perfurar cartes;d)d)d)d)d) ( ) recortar peas.

Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3Exerccio 3No controle manual de um torno mecnico deve haver interferncia do:a)a)a)a)a) ( ) operador;

b)b)b)b)b) ( ) comando;c)c)c)c)c) ( ) computador;d)d)d)d)d) ( ) relgio comparador.

Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Exerccio 4Os comandos numricos computadorizados tm a funo de:a)a)a)a)a) ( ) produzir grficos;

b)b)b)b)b) ( ) numerar peas;c)c)c)c)c) ( ) controlar movimentos das mquinas;d)d)d)d)d) ( ) registrar produtos.

Exerccios

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