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CURSO DE PROGRAMAÇÃO CNC

Curso de programação CNC 1

CNC

COMANDO NUMÉRICO

COMPUTADORIZADO

INTRODUÇÃO TEÓRICA

Prof. Claudimir Rebeyka, M.Sc.

Agosto / 2008

CNC – COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO

Comando Numérico Computadorizado Prof. Claudimir Rebeyka 2

1. CNC E O AMBIENTE DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ................................... 3

1.1. Comparativo entre usinagem convencional e usinagem com CNC ..... 4

2. DEFINIÇÃO DO COMANDO NUMÉRICO E SEUS DIFERENTES TIPOS .... 6

3. COMPONENTES DE UMA MÁQUINA CNC .................................................... 9

4. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CNC ......................................... 13

5. INFORMAÇÕES NECESSÁRIAS AO FUNCIONAMENTO DO CNC ....... 14

5.1. Pontos de referência utilizados nas máquinas CNC................................. 14

5.2. Eixos e sentidos de movimento .................................................................... 16

5.3. Determinação do zero peça ....................................................................... 18

5.4. Dados de ferramentas para usinagem ...................................................... 20

5.5. Gerenciamento de ferramentas e métodos de medição ...................... 21

6. TRANSFERÊNCIA DE DADOS PARA O CNC ................................................ 26

6.1. Transferência de dados de ferramentas para os CNC ............................ 27

7. BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................... 30



1. CNC E O AMBIENTE DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

O desenvolvimento na indústria mecânica é determinado pela busca de

processos de fabricação mais rápidos e automáticos, onde a produção possa

ser feita com a melhor relação entre custo e qualidade. Para a execução das

tarefas são desenvolvidas máquinas e formas de controle, como por exemplo, o

CNC, bem como metodologias de trabalho que diminuam a intervenção do

homem, facilitando o trabalho e garantindo a repetibilidade do produto.

A automação se desenvolve com a aplicação de sistemas mecânicos,

eletrônicos e computacionais na operação e controle da produção. Desta

forma, a automação é relacionada com as atividades físicas da fábrica. Os

sistemas de produção automatizados são projetados para executar o

processamento, montagem, manuseio de materiais e atividades de inspeção

com pequena senão nenhuma participação humana.

Já o termo CIM (Computer Integrated Manufacturing), foi proposto devido

ao extensivo uso de computadores no projeto de produtos, planejamento da

produção, controle de operações e execução de várias tarefas comuns às

empresas de manufatura, e está relacionado com as funções de

processamento das informações necessárias à produção.

O CNC utiliza um programa de instruções que é transmitido

eletronicamente ao equipamento de produção para regular suas funções e sua

operação. A capacidade de mudança no programa é que faz do CNC uma

tecnologia flexível e apropriada para produção de baixo e médio volume. É

muito mais fácil escrever novos programas do que modificar o equipamento de

produção. Isto faz com que as máquinas CNC sejam elementos do CIM

executando funções da produção de forma automatizada.

O CNC é hoje o mais dinâmico processo de fabricação de peças,

constituindo um dos maiores desenvolvimentos para a automação de máquinas

para usinagem. Ele representa investimento inicial maior, porém quando a sua

aplicação é bem estruturada, o investimento é compensado devido às

vantagens do processo, ao produzir peças com menor tempo fabricação,

aumentar a qualidade do produto, produzir com maior eficiência e desta

maneira aumentando também a produtividade.



Os primeiros esforços

para a aplicação de

comando numérico em

máquinas operatrizes

tiveram início em 1949, no

Laboratório de Servo

Mecanismo do Instituto de

Tecnologia de

Massachussets (M.I.T),

associado a U.S. Air Force e

Parsons Corporation of

Traverse City, de Michigan.

A primeira linguagem

de programação de

máquinas foi o APT

(Automatically Programed

Tool) pelo MIT em 1956. Já

no final de 1962, todos os maiores fabricantes de máquinas ferramentas estavam

empenhados na fabricação de máquinas com comando numérico.

Os principais fatores que induziram à pesquisa, aparecimento e introdução

do uso de máquinas operatrizes comandadas numericamente foram:

O avanço tecnológico durante e após a segunda guerra mundial.

A necessidade de adaptação dos equipamentos aos conceitos de

fabricação como baixo custo em pequenos lotes.

Produtos de geometria complexa e alta precisão.

Menor tempo entre projeto do produto e início da fabricação do mesmo.

1.1. Comparativo entre usinagem convencional e usinagem

com CNC

A forma de trabalho na usinagem com CNC é diferente da forma de

trabalho na usinagem convencional.

Na usinagem convencional todas as operações são comandadas

manualmente ou mecanicamente, sendo que o controle das operações é feito

diretamente pelo operador da máquina. Já na usinagem com CNC, o comando

da máquina é efetuado por um computador incorporado na máquina e o

controle das operações é efetuado por sensores eletrônicos.

Figura ilustrativa de uma máquina

controlada por CNC



Usinagem convencional:

Na usinagem convencional o operário é o principal elemento do sistema

de produção, pois cabem a ele as decisões sobre a execução do trabalho.

Diante da máquina o operador irá receber:

A ordem de produção

O desenho da peça

Os dispositivos de fixação e instrumentos de medição

As peças em bruto ou semi-acabadas

As ferramentas a serem utilizadas

Com base nestas informações, cabem ao operador as tarefas de:

interpretar, decidir, executar, controlar e informar sobre o trabalho a ser

realizado. Desta forma, a eficiência do processo produtivo dependerá

diretamente da experiência do operador. Operadores de máquina mais

experientes farão o trabalho com maior facilidade que operadores iniciantes.

Usinagem com CN:

Já na usinagem com CN, o número de informações é bem maior, pois o

operador recebe:

A ordem de produção

Toda a documentação da peça a ser usinada, desenhos, planos de fixação

e listas de ferramentas

Os dispositivos de fixação e instrumentos de medição

As peças em bruto ou semi-acabadas

O programa CN preparado no escritório, com todos os dados de corte,

seqüência de movimentos da máquina e funções auxiliares

As ferramentas montadas e posicionadas no porta ferramentas da máquina.

Estas ferramentas são trocadas automaticamente pela máquina CN,

comandadas pelo programa CN

Assim, na usinagem com CN, cabem ao operador as tarefas de: executar

e informar sobre o serviço. As tarefas de interpretação e decisão são realizadas

antes da usinagem, pelo programador de CN. A tarefa de controle pode ser

feita pela própria máquina, e em casos específicos pelo controle de qualidade

da empresa, reduzindo o tempo de preparação da máquina.



2. DEFINIÇÃO DO COMANDO NUMÉRICO E SEUS DIFERENTES TIPOS

DEFINIÇÃO

O comando numérico é um equipamento eletrônico capaz de receber

informações por meio de entrada própria, compilar estas informações e

transmiti-las em forma de comando à máquina, de modo que esta, sem a

intervenção do operador, realize as operações na seqüência programada.

COMANDO NUMÉRICO PONTO A PONTO

Neste tipo de comando, para alcançar uma determinada posição

programada, a máquina se desloca com movimentos independentes, sem uma

trajetória pré-definida e controlada. Nenhum tipo de operação de fabricação

pode ocorrer durante este deslocamento, somente depois que a máquina

alcance completamente a posição programada. Este comando é simples e

barato, e é utilizado em máquinas onde sejam necessárias rapidez e precisão de

posicionamento final, independente da trajetória percorrida.

COMANDO NUMÉRICO CONTÍNUO - CN

Neste tipo de comando a movimentação da máquina é controlada

individualmente e continuamente, com uma exata relação entre os eixos da

máquina, para que a trajetória seja perfeitamente definida, na sua forma de

deslocamento bem como em sua velocidade de avanço.

A coordenação dos movimentos é controlada através de um

componente chamado de interpolador. O interpolador calcula os pontos a

serem alcançados e controla o movimento relativo dos eixos assegurando que o

ponto final programado seja alcançado simultaneamente em todos os sentidos

de movimento.

No comando numérico contínuo muitas funções da máquina são

predeterminadas exclusivamente pela estrutura rígida dos circuitos elétricos /

eletrônicos que formam a unidade de comando sendo que o nível de

flexibilidade está ligado à introdução de programas novos ou modificados.

O comando é desenvolvido especificamente para controle de um certo

tipo de máquina, não havendo flexibilidade de aplicação em outros tipos de

equipamentos. Para se fazer uma mudança deste porte seria necessária fazer a

troca do comando numérico.



COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO - CNC

O comando numérico computadorizado também é um equipamento

eletrônico que traduz informações para as máquinas. A diferença é que esta

tradução é feita através de um microcomputador interno.

As informações do perfil da peça, ou das operações de usinagem são

programadas através de um arquivo de programa. Devido à sua capacidade

de processamento, os CNC podem controlar máquinas mais complexas, com

diversos tipos de usinagem e ferramentas e executar perfis de usinagem mais

complexos. A tarefa do interpolador é realizada por um programa de

computador (software), permitindo interpolações lineares, circulares,

parabólicas e do tipo spline (curva suave que passa por um conjunto de

pontos).

Alguns CNC dispõem de interfaces gráficas para testes de programa. Em

máquinas com este tipo de recurso é possível fazer a programação em um

computador comum, depois transmitir o programa para a máquina, executar o

teste para verificar o percurso da ferramenta antes da usinagem. Isto evita erros

de sintaxe na programação, erros de posicionamento de ferramentas, entre

outros.

No comando numérico computadorizado (CNC), várias funções da

máquina passam a ser flexíveis graças à introdução de um computador na

unidade de comando graças à estrutura lógica da unidade de comando, que

pode ser modificada sem alterar o sistema físico dos circuitos eletrônicos

(hardware). Também é possível executar programas de diagnóstico, no objetivo

de controlar componentes da máquina, evitando falhas e reduzindo o tempo

de reparo.

Na figura abaixo, pode-se observar duas máquinas diferentes operadas

por CNC.

O mesmo tipo de CNC pode controlar diferentes tipos de máquinas



COMANDO NUMÉRICO ADAPTATIVO - CNA

Possui as funções normais dos CNC e a função adaptativa.

A função adaptativa permite o controle de processo através da medição

em tempo real das variáveis do processo. Podem ser medidas:

Velocidade de corte

Velocidade de avanço

Potência consumida

Dimensões da peça

Nível de vibrações

Com base nestas medições, o comando calcula e ajusta os parâmetros

de usinagem para atingir um desempenho otimizado no processo, durante o

processo.

Apesar das vantagens oferecidas, este sistema ainda custa caro e

apresenta menor confiabilidade, pois existem muitas variáveis para controlar. Por

isto é necessária uma análise criteriosa de viabilidade prática para

implementação em cada caso.

COMANDO NUMÉRICO DISTRIBUÍDO - DNC

Um computador central armazena os programas CNC, e gerencia o fluxo

de informações para várias máquinas CNC, conforme a necessidade. Os

programas podem ser enviados automaticamente, conforme a solicitação do

CNC, ou pelo operador da máquina através de um meio de comunicação.

Existem vários níveis de sistemas DNC, que podem variar desde o simples

armazenamento de dados, até o controle total de um conjunto de máquinas.

Em sistemas bem estruturados, é possível que as máquinas funcionem

independentemente do computador central, aumentando a flexibilidade em

casos de falhas.

Este tipo de comando dispensa o uso de equipamentos locais de leitura

de dados, pois os programas são enviados diretamente através da rede. A

estrutura permite ao operador maior rapidez e facilidade de acesso aos

programas CNC, e permite ao programador fazer a programação off-line.

Como os programas CNC são armazenados em um computador da rede

DNC, isto é, no servidor, o procedimento de cópia de segurança (backup) pode

ser feito automaticamente, evitando a perda de dados.



Guias com esferas recirculantes

3. COMPONENTES DE UMA MÁQUINA CNC

As máquinas controladas por CNC seguem basicamente a mesma

concepção de projeto mecânico das máquinas de controle convencional em

relação aos processos de usinagem. Porém são necessários alguns cuidados na

sua construção que estão relacionados a seguir:

1. Uso de guias temperadas e associação de materiais que assegurem o mínimo

desgaste. A produção é aumentada de várias vezes pelo uso do CNC, o que

implica em maior número de movimentos e maior desgaste.

2. Posicionamento e forma adequados do barramento (principalmente nos

tornos) de forma a evitar que os cavacos, carregando grande quantidade de

calor, fiquem acumulados sobre as guias o que provocaria deformações

alterando a precisão da máquina.

3. A redução do atrito para melhorar o rendimento e reduzir aquecimento, com

emprego de guias com roletes, guias com esferas, guias hidrostáticas, fusos com

esferas recirculantes, guias com revestimento para redução do atrito.

4. Maior rigidez estática e dinâmica da máquina para assegurar precisão de

execução e grande capacidade de remoção de material.

5. Estudo das condições de trabalho de sistemas servo-comandados, análise dos

efeitos de folga e deformação elástica.



Servo motor

Servo Driver - Converte os sinais eletrônicos emitidos pelo comando da máquina

em impulsos elétricos que acionam o servo motor.

Servo Motor - Motor de

velocidade variável,

responsável pelo movimento

da mesa da máquina. Para

tornos, o servo motor aciona

os eixos de movimento da

ferramenta.

Tacômetro - Instrumento de

medição responsável pelo

monitormento dos valores de

avanço e rotação dos eixos

da máquina. O tacômetro

fornece informação para o

conversor ou o servo driver da

necessidade ou não de

realimentação dos seus

respectivos motores.

6. Utilização de um sistema de medição dos deslocamentos normalmente eletro-

indutivo ou ótico, robustos e de alta precisão, capaz de resistir ao ambiente

industrial e às vibrações.

Sensores de posição lineares

Similares ao que se pode ver

na figura ao lado. São

fabricados em comprimentos

até 3000mm apresentam-se

em diversos formatos

construtivos como no formato

de haste sendo inclusive

adequado para a

montagem internamente em

cilindros hidráulicos. Podem

ficar alojados em um perfil de

alumínio com cursor em

forma de carrinho ou livre,

sendo excelente substituto

para os potenciômetros

lineares.

Sensor de posição linear



Os sensores de posição absolutos lineares utilizam-se do princípio

magneto-estritivo para obtenção da posição do cursor. Uma onda de torção é

gerada pela passagem da corrente através dos campos dos imãs do cursor. O

tempo de propagação da onda caracteriza a posição do cursor, ao qual é

associado um sinal de saída.

7. As maiores velocidades de deslocamento das partes móveis exigem um

estudo criterioso dos momentos e das forças de inércia, com cuidado especial

na redução do peso das massas móveis.

8. Motor de acionamento da árvore principal de elevada potência e

capacidade de variação contínua de velocidade. Os motores CC eram os mais

utilizados no passado, mas atualmente os motores de CA são mais empregados,

pois são mais baratos e de baixa manutenção.

9. Previsão de local para colocação da esteira para remoção automática de

cavacos que saem em grande quantidade.

Conversor - Converte os impulsos eletrônicos emitidos pelo comando em

impulsos elétricos que acionam o motor principal da máquina.

Encoder - Transdutor, responsável pela medição de posição dos eixos. Para eixos

lineares, o encoder mede a posição linear, para eixos de rotação o encoder

mede a posição angular. O encoder fornece os dados de posição dos eixos

para o comando da máquina.

Princípio de funcionamento de um sensor de posição linear



Princípio de funcionamento de um Encoder

Trocador de ferramentas

10. Existência de trocadores automáticos de ferramentas e estrados porta-peça

para alcançar maior produtividade com a redução dos tempos improdutivos de

troca, tanto das peças como das ferramentas, além de reduzir o tempo de

preparação da máquina.

11. Sistema de medição

das ferramentas (pre-

setting). Este tipo de

sistema auxilia na

medição da ferramenta

na própria máquina

CNC.



Princípio de funcionamento de um CNC

Dispositivo de

entrada de dados

CNC – Comando Numérico Computadorizado

Mesa da máquina E

Convesor

Motor AC

T

Eixo da máquina E

Servo-driver

Servo motor

T

4. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CNC

Na composição eletrônica, definida como unidade de comando, são

introduzidos os dados da peça e do processo de fabricação, que determinam

as tarefas dos acionamentos, enquanto os sinais dos transdutores constituem os

dados de controle dos elementos acionados. Assim, pode-se afirmar que o CNC

funciona em circuito fechado de malha de controle.

Ou seja, o CNC dispara ordens de acionamento e recebe o sinal de

resposta dos elementos acionados. Isto constitui o comando. Pode-se dizer que

é numérico devido ao fato de que toda instrução de processo vem sempre

acompanhada de seu respectivo valor numérico. E o fato de ser

computadorizado é porque que todo processamento ocorre em uma unidade

de comando independente da máquina.



5. INFORMAÇÕES NECESSÁRIAS AO FUNCIONAMENTO DO CNC

A introdução das informações de comando para o CNC ocorre através

de uma interface de entrada de dados. Como o CNC é um equipamento

destinado à produção, torna-se necessário o armazenamento destas

informações, seja no próprio comando ou em cópias de segurança para

posterior aplicação. Para o seu correto funcionamento, o CNC deve armazenar

dados tecnológicos sobre o processo de fabricação, formas geométricas,

pontos de referência, dimensões de ferramentas, entre outros que possibilitem a

execução do produto de forma automatizada.

A programação CNC é baseada na norma ISO 6983 de 1982, sendo cada

que função da máquina é associada a um código específico. Também

conhecida como “código G”, esta norma estabelece um relacionamento de

texto entre os códigos de comando e as funções da máquina.

Já a norma ISO 14649 é baseada em informações da descrição da tarefa

a ser executada na máquina CNC, bem como especificação das ferramentas,

condições tecnológicas de execução e informações sobre as formas

geométricas do produto. Esta nova forma de programação, também chamada

de STEP – NC propõe uma interface de integração entre o CAM – Computer

Aided Manufacturing e o CNC.

5.1. Pontos de referência utilizados nas máquinas CNC

Para programar uma máquina CNC é necessário estabelecer sistemas de

referência nos quais possam ser descritas posições relativas entre as ferramentas

de fabricação e as peças a serem fabricadas.

A referência da máquina também pode ser chamada de ponto zero

máquina e sua posição é definida pelo fabricante. A referência da peça pode

ser chamada de ponto zero-peça, e sua posição é escolhida pelo programador

CNC. O ponto zero-máquina e o ponto zero-peça indicados na figura a seguir

possibilitam o CNC identificar a posição relativa da peça na mesa da máquina.

O ponto zero-peça é a origem do sistema de coordenadas da peça, que

é definido pelo programador e servirá como referência para usinagem e

programação. A partir deste ponto é que serão programados os caminhos e

posicionamentos das ferramentas e todas as funções de usinagem.A mudança

do sistema de referência é feita no programa e ajustada pelo operador da

máquina. A distância entre o zero-máquina e o zero-peça é determinada

diretamente na máquina pelo operador. Existe uma área no painel de comando

onde o operador informa a posição do zero peça.



Sistemas de referência (adaptado de Siemens, 1997)

a) b)

a) Ponto zero máquina b) Ponto zero peça

Sistemas de referência (adaptado de Siemens, 1997)

a) b)

a) ponto zero ferramenta em ferramentas de diferentes comprimentos

b) Localização do ponto zero ferramenta na ferramenta e no eixo da máquina

Nos processos de usinagem executados em máquinas controladas por

CNC é comum o uso de ferramentas de corte de geometria definida sendo que

a montagem destas deve ocorrer fora da máquina, no intuito de reduzir o tempo

de preparação e aumentar o tempo de produção.

Para as ferramentas também é aplicado um sistema de referência,

chamado ponto zero-ferramenta, a partir do qual são medidas as dimensões

das ferramentas (Erro! Fonte de referência não encontrada.). Os valores

dimensionais das ferramentas são de extrema importância para o processo de

usinagem CNC, pois baseado nestas informações é que o comando da

máquina irá calcular a trajetória da ponta da ferramenta, de forma a produzir

corretamente a peça usinada.



Sistemas de coordenadas

O propósito destes sistemas de referência é o de prover um meio de

localização da ferramenta em relação à peça. Considerando o ponto zero

ferramenta o CNC consegue aplicar determinados conjuntos de ferramentas

para confecção da peça de acordo com as especificações do projeto,

atendendo a qualidade necessária para o produto.

O ponto zero ferramenta é localizado no eixo que contém a ferramenta,

próximo da entrada do alojamento do cone porta ferramenta. Este ponto é fixo

e normalizado e coincide com o ponto localizado na parte maior do diâmetro

do cone porta ferramenta, quando a mesma está montada. Durante o

processamento do programa o controle tira os dados de correção necessários

da página de correção de ferramentas e corrige individualmente, para cada

ferramenta diferente, o percurso que a máquina irá percorrer. Com duas

ferramentas diferentes, a máquina executará percursos diferentes para produzir

peças iguais.

5.2. Eixos e sentidos de movimento

Eixo é uma direção segundo a qual podem ser programados os

movimentos relativos entre a ferramenta e a peça de forma contínua e

controlada.

Os eixos

principais determinam

um sistema de

coordenadas

retangulares, de

rotação à direita.

Neste sistema de

coordenadas são

programados

movimentos da

ferramenta.

Na programação

CNC, os eixos

principais são

classificados como

eixos geométricos.

Para cada eixo cartesiano, foi associado um eixo de rotação, a saber:

Eixo A Rotação em torno do eixo X

Eixo B Rotação em torno do eixo Y

Eixo C Rotação em torno do eixo Z



Regra da mão direita

Os eixos de movimento coincidem com os eixos dos sistemas de

coordenadas cartesianas (X, Y e Z), sendo que os sentidos dos eixos são

determinados pela regra da mão direita.

Foi adotada internacionalmente a convenção de orientar o EIXO "Z" em

sentido paralelo ao eixo -árvore da máquina, contendo o movimento principal

de corte. O sentido positivo do eixo "Z" é aquele na qual a ferramenta se afasta

da peça.

No caso especifico do torno, todo trabalho se processa em um plano que

passa pelo eixo de simetria da peça. Portanto, temos apenas dois eixos: o

Longitudinal por convenção o eixo "Z" e o transversal que será o eixo "X"

(diâmetro ou raio).

Para fresadoras, aplicam-se os eixos geométricos X, Y e Z.

Para máquinas mais complexas, podem ser controlados até mais de cinco

eixos de movimento. Cada um associado a um elemento da máquina. Existem

máquinas com eixos paralelos aos eixos X, Y e Z. Neste caso suas denominações

passam a ser U, V e W, respectivamente.



Sistemas de coordenadas e zero-peça

5.3. Determinação do zero peça

Normalmente na programação CNC, não se trabalha com coordenadas

relativas ao zero máquina. Isto se deve ao fato de que a mesma peça pode ser

fabricada em diferentes máquinas. Neste caso, não importa para o

programador qual é a posição que a peça irá ocupar na máquina, e sim

apenas as suas dimensões geométricas.

Uma prática comum na programação CNC é a de estabelecer a origem

do eixo Z na face da peça. Desta forma, para usinar a peça será necessário

trabalhar no programa com valores negativos de coordenadas, sendo que as

coordenadas positivas indicarão que a ferramenta não está "dentro" da peça.

Para torneamento, é comum utilizar a face da peça como referência

para o eixo Z, e o centro de simetria como referência para o eixo X.

Para fresamento e mandrilamento, é comum a utilização de uma das

arestas da peça como referência para X e Y. Também é comum utilizar a face

da peça como referência para o eixo Z.

Em todos os casos, porém, é importante que sejam indicados os pontos

zero peça para o operador através do plano de set-up. É importante que o

ponto zero peça seja de fácil localização para operador, pois este precisará

informar para a máquina sua posição relativa ao sistema de coordenadas da

máquina.



Direct Numerical Control (Adaptado de Quinx, 2005)

Também é interessante fazer comentários dentro do programa CNC sobre

a localização do ponto zero peça. Estes comentários serão utilizados pelo

operador da máquina CNC para determinar a posição do ponto zero peça.

Os dados relativos à execução de movimentos durante o processo de

fabricação, bem como as condições tecnológicas e funções de máquina

associadas para execução da usinagem são estabelecidas no programa CNC.

Este programa é escrito em linguagem de programação, geralmente seguindo o

padrão ISO, diretamente no painel do CNC, ou em um computador externo ao

CNC.

Quando o programa é feito diretamente no painel do CNC, não há

necessidade de uma forma de transferência de dados, a não ser para criação

de cópias de segurança. Por outro lado, quando a programação é feita em um

computador externo, há necessidade de uma forma de transferência de dados.

Os métodos mais comuns utilizados para transferência de programas CNC

incluem a utilização de meios magnéticos portáteis (disquete ou CD),

computadores ligados aos CNC através de conexões seriais, e a rede DNC

(Direct Numerical Control). Alguns fabricantes citam o uso de comunicação

através de uma rede com padrão Ethernet em suas máquinas.

AS redes DNC normalmente são utilizadas unicamente para transferência

de programas CNC. Na rede DNC um computador central distante da máquina

CNC armazena os programas de fabricação e gerencia o fluxo de informações

para várias máquinas, conforme a demanda.



Dimensões da ferramenta utilizadas no CNC (adaptado de

Siemens, 1997 e Traubomatic, 1984)

Conforme o esquema da Erro! Fonte de referência não encontrada., os

dados são enviados automaticamente através de um meio físico de conexão. A

tarefa de programação CNC pode ser realizada em um outro computador

evitando a parada da máquina.

Segundo Robb (1998) a rede DNC evoluiu para um sistema de

gerenciamento de programas CNC, com supervisão de revisão de programa e

distribuição automática para o comando das máquinas. É possível transmitir

programas em blocos, permitir a edição de arquivos diretamente no servidor,

comparar dados, permitir o monitoramento remoto da máquina CNC. Outro

ponto importante na rede DNC é a capacidade de permitir que usuários

tenham acesso a outros dados relacionados com programas CNC, tais como

dimensões de ferramentas, desenhos e outras informações sobre a produção.

De acordo com a literatura consultada, somente Robb (1998) e Kochan e

Cowan (1986) citam a utilização da rede DNC com o propósito de transferir

dados de ferramentas para as máquinas CNC. Entre os demais autores, esta

forma de transferência de dados é aplicada ao envio de programas CNC,

sendo muitas vezes tratada de forma superficial.

5.4. Dados de ferramentas para usinagem

Para usinagem, os dados de ferramentas mais comuns para o processo CNC

são: o seu diâmetro (ou raio) e seu comprimento, além de um número que a

identifique no programa CNC (Siemens, 1997; Traubomatic, 1984).



Formas de medir ferramentas para máquinas CNC

Segundo Linch (2003), estes dados são tratados pelo CNC geralmente

como uma tabela que fica armazenada em uma área específica da memória

da máquina. O comprimento da ferramenta, medido desde o assentamento no

eixo-árvore da máquina até a aresta de corte, é associado a um valor no

endereço Z e o raio ou diâmetro é associado ao endereço X. O operador CNC

pode fazer ajustes na medida em que as ferramentas desgastam, garantindo a

qualidade da peça produzida.

5.5. Gerenciamento de ferramentas e métodos de medição

De acordo com Boehs et al. (2002), o gerenciamento de ferramentas deve

focar o planejamento estratégico, logístico e técnico da empresa. Cada

conjunto de ferramentas para uma determinada etapa de fabricação deve ser

definido durante o planejamento de processos e deve ser conhecido antes da

etapa de montagem das ferramentas (Boehs et al., 2002). As ferramentas são

montadas de acordo com uma lista de montagem, onde são atribuídos números

para cada ferramenta, que serão necessários no programa CNC de modo a

associar as operações de fabricação que foram a elas estabelecidas. Assim, a

medição de ferramentas é uma tarefa intrínseca ao trabalho executado pelas

máquinas controladas por CNC, e para o seu controle, é necessário um código

único para cada ferramenta.

Segundo Kief e Waters (1992), o propósito da medição de ferramentas é a

localização precisa da aresta de corte e um ponto de referência no corpo da

ferramenta. As formas mais usuais de medição de ferramentas de corte são

apresentadas na figura abaixo.



Medição por contato da aresta de corte da ferramenta

Medição com usinagem de uma superfície de referência

Segundo Simon et al (2002), uma das formas utilizadas para medição de

ferramentas das máquinas CNC é a usinagem de uma superfície de referência,

com posterior medição da peça e correção dos dados de ferramenta. Neste

caso são introduzidos valores aproximados das dimensões das ferramentas no

comando da máquina e após a usinagem a peça resultante é medida. Os

desvios de medidas determinados em relação às dimensões do desenho são

introduzidos no CNC, como dados de correção para a respectiva ferramenta.

Este tipo de procedimento é bastante utilizado para ajuste do diâmetro de

barras de mandrilar e ferramentas de torneamento montadas diretamente na

máquina CNC, sobretudo quando a máquina não dispõe de suportes

padronizados de ferramentas.

Medição por contato da aresta de corte da ferramenta Uma forma simples de medição do comprimento das ferramentas é a

utilização do próprio CNC para cálculo do comprimento. Para isto basta

encostar a aresta da ferramenta em uma superfície de referência da peça ou

da máquina (Romi, 1987).

Para efetuar a medição por esta técnica, o operador aproxima a

ferramenta e controla o contato da aresta sobre a superfície de referência

geralmente utilizando uma folha de papel conforme a figura abaixo.



Dispositivo de medição

incorporado (DMI) (Marposs,2004)

Medição de ferramentas com o

auxílio de dispositivos especiais

(Adaptado de Mapal, 2004)

Medição com dispositivos de medição incorporados

Algumas máquinas CNC

dispõem de dispositivos de

medição incorporados (DMI)

dedicados à medição de

ferramentas. Estas máquinas

necessitam de funções

específicas no CNC para controle

destes dispositivos e, apesar da

medição ser mais rápida que nas

opções anteriores, ainda utilizam

tempo que poderia ser destinado

à produção. O dispositivo de

medição é local e serve apenas à

máquina que o contém.

Este tipo de tecnologia

proporciona a medição da

ferramenta, eliminando erros de

montagem e de localização da

aresta, pois a ferramenta é

medida na posição de trabalho, conforme pode ser visto na figura ao lado

(Marposs, 2004).

Medição com auxílio de dispositivos especiais

Algumas operações de usinagem

podem utilizar ferramentas especiais

que são montadas sempre nas

mesmas dimensões, como exemplo

quando são produzidos grandes

lotes de peças (Kief e Waters, 1992).

Para este tipo de ferramentas

podem ser desenvolvidos dispositivos

especiais para conferência da

posição da aresta de corte,

conforme pode ser observado na

figura ao lado.

A medição pode ser efetuada

com a aplicação de sensores de

contato e mostradores analógicos

(Mapal, 2004).



Máquina de medir ferramentas (MMF) (adaptado de Zoller, 1995)

Medição com auxílio das Máquinas de Medir Ferramentas

Outra forma bastante comum é a utilização de Máquinas de Medir

Ferramentas – MMF, também chamadas de presetter. De acordo com alguns

autores, estas máquinas permitem a fixação da ferramenta na máquina CNC,

localizando corretamente o ponto de referência da ferramenta (Hanson, 1999;

McCarthy, 1996; Zoller, 2002 e Parlec, 2004). A partir desta posição, entendida

como zero ferramenta é medida a posição da aresta de corte.

Em algumas MMF, a medição da ferramenta é feita por comparação

visual, conforme pode ser visto na figura da página seguinte. Neste caso, o

preparador de ferramentas posiciona a máquina de forma que a sombra da

aresta de corte da ferramenta seja projetada e coincida com a referência do

anteparo de visualização (Zoller, 1995). A máquina apresenta as dimensões da

ferramenta em seu mostrador eletrônico, sendo que algumas máquinas possuem

opção de impressão dos dados de ferramentas.



Projeção da aresta de corte, mostrador digital e impressora)

(adaptado de Zoller, 1995)

Uma variação da forma medição de ferramentas com auxílio da MMF tem

como base o estabelecimento das dimensões das ferramentas durante o

planejamento de processos.

Toda vez que for produzida determinada peça, a ferramenta apropriada

deverá ser montada, nas dimensões indicadas e de acordo com sua tolerância

de montagem específica para aquele processo, sendo que a MMF é utilizada

apenas para conferência destas dimensões. Neste caso, para uma determinada

etapa da fabricação, o diâmetro e o comprimento de montagem para um

mesmo tipo de ferramenta deve ser idêntico de acordo com as dimensões de

montagem indicadas pelo planejamento de processos. Este tipo de

procedimento é apropriado para a produção de grandes lotes de peças com

pequena variabilidade de ferramentas ou para máquinas multifuso. (Kief e

Waters, 1992).



6. TRANSFERÊNCIA DE DADOS PARA O CNC

Antigamente, a transferência de dados era realizada através de fitas

perfuradas com as instruções dos dados da peça e condições de usinagem,

definidas pelo programador. Estas fitas podiam ser criadas tanto pelo sistema

manual como através do auxílio do computador. Uma leitora ótica acoplada na

máquina fazia a leitura da fita e passava a instrução de comando à máquina.

A programação manual também podia, e em boa parte das máquinas

atuais ainda pode, ser feita através de teclados alfanuméricos presentes ou

conectados as máquinas de comando numérico, principalmente onde a

simplicidade do trabalho a ser feito e a natureza da operação, não justificam

gastos com sofisticados métodos de programação.

Por outro lado, a programação feita com auxílio do computador,

proporciona, além da rapidez, maior segurança contra erros. Já nos anos 70

foram introduzidas as máquinas CNC que passaram a depender menos da parte

de “hardware”, essencial nos circuitos das anteriores dos anos 60, e ter seu

funcionamento baseado muito mais no “software”.

Os avanços substituíram a entrada manual de dados e as fitas perfuradas

por armazenamento em disquete dos programas ou comunicação remota.

Em casos de programas longos, é possível particionar o programa,

reduzindo a capacidade de memória da máquina. Além disso, é possível fazer o

controle dos tempos de fabricação, tempos de usinagem, tempos de

preparação, permitindo a avaliação do desempenho da máquina.

Formas de transferência de dados para um CNC



Etiquetas adesivas indicando as dimensões da ferramenta

(adaptado de Zoller, 1995)

Atualmente é possível inserir dados na máquina a partir de uma grande

variedade de programas e linguagens dentre os quais destacam-se os seguintes

métodos de transferência de dados:

Programação direta no próprio comando da máquina

Transferência de arquivos via DNC

Comunicação ON-LINE via microcomputador

Placa de rede (padrão ethernet)

6.1. Transferência de dados de ferramentas para os CNC

A transferência de dados de ferramentas para os CNC depende

diretamente da forma de medição destas ferramentas. As medições de

ferramentas efetuadas diretamente na máquina CNC dispensam a necessidade

de transferência de dados, pois o próprio comando executa a função de

memorização das dimensões da ferramenta. Já em medições efetuadas fora da

máquina CNC há a necessidade de uma forma de transferência de dados para

o comando (Leatham-Jones, 1986).

Na montagem com dispositivos especiais de medição, a transferência de

dados de ferramentas é efetuada somente na primeira preparação da máquina

CNC, geralmente por digitação no painel do CNC. Nas repetições posteriores a

montagem será efetuada na mesma dimensão, bastando efetuar a troca da

ferramenta. Neste caso o comprimento e o diâmetro são estabelecidos com

valores de montagem tolerados, determinados no planejamento de processos

(Mapal, 2005).



Formas de envio de dados para os CNC (adaptado de Parlec,

2004)

Na montagem feita na MMF, o preparador de ferramentas indica as

dimensões de montagem numa lista que acompanha as ferramentas até a

máquina. Em alguns casos observa-se a impressão de etiquetas adesivas que

são fixadas nas ferramentas para indicar suas dimensões. Neste caso, o

operador da máquina CNC é o responsável pelo gerenciamento das

informações de ferramentas, fazendo a digitação dos valores medidos

diretamente no painel do CNC.

Segundo Kief e Waters (1992), alguns sistemas possibilitam o

armazenamento da identificação da ferramenta e dos valores das dimensões

em um micro-chip, incorporado no suporte da ferramenta. Estes sistemas

representam o atual estado da arte da medição de ferramentas, pois

constituem uma solução integrada para a tarefa de medição e não reduzem a

flexibilidade do CNC visto que não é necessário parar a produção para transferir

os dados das ferramentas. Entretanto, a aplicação deste tipo de sistema implica

na necessidade de MMF especiais e CNC especiais que tenham as funções de

gravação e leitura das informações dos micro-chips.



De acordo com Parlec (2004) existem várias maneiras pelas quais o CNC

receba os dados de ferramentas gerados em uma MMF, conforme pode ser

observado na figura anterior. É possível acrescentar valores relativos ao ponto

zero ferramenta ou ponto zero da peça para de correção dos valores de

medição das ferramentas.

As MMF podem enviar dados diretamente para a impressora através de

uma interface serial ou USB. Através de uma rede Ethernet, os dados de

ferramentas podem ser enviados da MMF para o controle de célula e em

seguida para o CNC, diretamente para o sistema CAD/CAM ou para o servidor

de rede. Ainda as MMF podem acionar o controlador de micro-chip, onde as

informações sobre ferramentas são armazenadas em um micro-chip para

transferência posterior ao CNC.

De acordo com Zoller (2002), a transferência de dados pode utilizar uma

rede DNC, rede ethernet, disquete ou com o auxílio de um programa que faz o

pós-processamento das informações geradas na MMF.

A existência de máquinas integradas ao sistema da manufatura é

proposta pelos fabricantes das MMF (Parlec, 2005; Zoller, 2005), sendo sua

implementação condicionada à análise técnica. A Zoller dispõe de uma

biblioteca com arquivos de mais de 2000 CNC diferentes para serem integrados

em suas MMF de modelos recentes (Zoller, 2005).



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