cnc - introdução teórica

CURSO DE PROGRAMAO CNC

Curso de programao CNC 1

CNC

COMANDO NUMRICO

COMPUTADORIZADO

INTRODUO TERICA

Prof. Claudimir Rebeyka, M.Sc.

Agosto / 2008

CNC COMANDO NUMRICO COMPUTADORIZADO

Comando Numrico Computadorizado Prof. Claudimir Rebeyka 2

1. CNC E O AMBIENTE DE AUTOMAO INDUSTRIAL ................................... 3 1.1. Comparativo entre usinagem convencional e usinagem com CNC ..... 4

2. DEFINIO DO COMANDO NUMRICO E SEUS DIFERENTES TIPOS .... 6

3. COMPONENTES DE UMA MQUINA CNC .................................................... 9

4. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CNC ......................................... 13

5. INFORMAES NECESSRIAS AO FUNCIONAMENTO DO CNC ....... 14 5.1. Pontos de referncia utilizados nas mquinas CNC................................. 14

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

5.3. Determinao do zero pea ....................................................................... 18

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

5.5. Gerenciamento de ferramentas e mtodos de medio ...................... 21

6. TRANSFERNCIA DE DADOS PARA O CNC ................................................ 26 6.1. Transferncia de dados de ferramentas para os CNC ............................ 27

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



1. CNC E O AMBIENTE DE AUTOMAO INDUSTRIAL

O desenvolvimento na indstria mecnica determinado pela busca de

processos de fabricao mais rpidos e automticos, onde a produo possa

ser feita com a melhor relao entre custo e qualidade. Para a execuo das

tarefas so desenvolvidas mquinas e formas de controle, como por exemplo, o

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

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

A automao se desenvolve com a aplicao de sistemas mecnicos,

eletrnicos e computacionais na operao e controle da produo. Desta

forma, a automao relacionada com as atividades fsicas da fbrica. Os

sistemas de produo automatizados so projetados para executar o

processamento, montagem, manuseio de materiais e atividades de inspeo

com pequena seno nenhuma participao humana.

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

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

produo, controle de operaes e execuo de vrias tarefas comuns s

empresas de manufatura, e est relacionado com as funes de

processamento das informaes necessrias produo.

O CNC utiliza um programa de instrues que transmitido

eletronicamente ao equipamento de produo para regular suas funes e sua

operao. A capacidade de mudana no programa que faz do CNC uma

tecnologia flexvel e apropriada para produo de baixo e mdio volume.

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

produo. Isto faz com que as mquinas CNC sejam elementos do CIM

executando funes da produo de forma automatizada.

O CNC hoje o mais dinmico processo de fabricao de peas,

constituindo um dos maiores desenvolvimentos para a automao de mquinas

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

aplicao bem estruturada, o investimento compensado devido s

vantagens do processo, ao produzir peas com menor tempo fabricao,

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

maneira aumentando tambm a produtividade.



Os primeiros esforos

para a aplicao de

comando numrico em

mquinas operatrizes

tiveram incio em 1949, no

Laboratrio 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 programao de

mquinas foi o APT

(Automatically Programed

Tool) pelo MIT em 1956. J

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

empenhados na fabricao de mquinas com comando numrico.

Os principais fatores que induziram pesquisa, aparecimento e introduo

do uso de mquinas operatrizes comandadas numericamente foram:

O avano tecnolgico durante e aps a segunda guerra mundial.

A necessidade de adaptao dos equipamentos aos conceitos de

fabricao como baixo custo em pequenos lotes.

Produtos de geometria complexa e alta preciso.

Menor tempo entre projeto do produto e incio da fabricao do mesmo.

1.1. Comparativo entre usinagem convencional e usinagem

com CNC

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

trabalho na usinagem convencional.

Na usinagem convencional todas as operaes so comandadas

manualmente ou mecanicamente, sendo que o controle das operaes feito

diretamente pelo operador da mquina. J na usinagem com CNC, o comando

da mquina efetuado por um computador incorporado na mquina e o

controle das operaes efetuado por sensores eletrnicos.

Figura ilustrativa de uma mquina

controlada por CNC



Usinagem convencional:

Na usinagem convencional o operrio o principal elemento do sistema

de produo, pois cabem a ele as decises sobre a execuo do trabalho.

Diante da mquina o operador ir receber:

A ordem de produo

O desenho da pea

Os dispositivos de fixao e instrumentos de medio

As peas em bruto ou semi-acabadas

As ferramentas a serem utilizadas

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

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

realizado. Desta forma, a eficincia do processo produtivo depender

diretamente da experincia do operador. Operadores de mquina mais

experientes faro o trabalho com maior facilidade que operadores iniciantes.

Usinagem com CN:

J na usinagem com CN, o nmero de informaes bem maior, pois o

operador recebe:

A ordem de produo

Toda a documentao da pea a ser usinada, desenhos, planos de fixao

e listas de ferramentas

Os dispositivos de fixao e instrumentos de medio

As peas em bruto ou semi-acabadas

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

seqncia de movimentos da mquina e funes auxiliares

As ferramentas montadas e posicionadas no porta ferramentas da mquina.

Estas ferramentas so trocadas automaticamente pela mquina CN,

comandadas pelo programa CN

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

e informar sobre o servio. As tarefas de interpretao e deciso so realizadas

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

feita pela prpria mquina, e em casos especficos pelo controle de qualidade

da empresa, reduzindo o tempo de preparao da mquina.



2. DEFINIO DO COMANDO NUMRICO E SEUS DIFERENTES TIPOS

DEFINIO

O comando numrico um equipamento eletrnico capaz de receber

informaes por meio de entrada prpria, compilar estas informaes e

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

interveno do operador, realize as operaes na seqncia programada.

COMANDO NUMRICO PONTO A PONTO

Neste tipo de comando, para alcanar uma determinada posio

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

trajetria pr-definida e controlada. Nenhum tipo de operao de fabricao

pode ocorrer durante este deslocamento, somente depois que a mquina

alcance completamente a posio programada. Este comando simples e

barato, e utilizado em mquinas onde sejam necessrias rapidez e preciso de

posicionamento final, independente da trajetria percorrida.

COMANDO NUMRICO CONTNUO - CN

Neste tipo de comando a movimentao da mquina controlada

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

mquina, para que a trajetria seja perfeitamente definida, na sua forma de

deslocamento bem como em sua velocidade de avano.

A coordenao dos movimentos controlada atravs de um

componente chamado de interpolador. O interpolador calcula os pontos a

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

ponto final programado seja alcanado simultaneamente em todos os sentidos

de movimento.

No comando numrico contnuo muitas funes da mquina so

predeterminadas exclusivamente pela estrutura rgida dos circuitos eltricos /

eletrnicos que formam a unidade de comando sendo que o nvel de

flexibilidade est ligado introduo de programas novos ou modificados.

O comando desenvolvido especificamente para controle de um certo

tipo de mquina, no havendo flexibilidade de aplicao em outros tipos de

equipamentos. Para se fazer uma mudana deste porte seria necessria fazer a

troca do comando numrico.



COMANDO NUMRICO COMPUTADORIZADO - CNC

O comando numrico computadorizado tambm um equipamento

eletrnico que traduz informaes para as mquinas. A diferena que esta

traduo feita atravs de um microcomputador interno.

As informaes do perfil da pea, ou das operaes de usinagem so

programadas atravs de um arquivo de programa. Devido sua capacidade

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

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

complexos. A tarefa do interpolador realizada por um programa de

computador (software), permitindo interpolaes lineares, circulares,

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

pontos).

Alguns CNC dispem de interfaces grficas para testes de programa. Em

mquinas com este tipo de recurso possvel fazer a programao em um

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

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

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

outros.

No comando numrico computadorizado (CNC), vrias funes da

mquina passam a ser flexveis graas introduo de um computador na

unidade de comando graas estrutura lgica da unidade de comando, que

pode ser modificada sem alterar o sistema fsico dos circuitos eletrnicos

(hardware). Tambm possvel executar programas de diagnstico, no objetivo

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

de reparo.

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

por CNC.

O mesmo tipo de CNC pode controlar diferentes tipos de mquinas



COMANDO NUMRICO ADAPTATIVO - CNA

Possui as funes normais dos CNC e a funo adaptativa.

A funo adaptativa permite o controle de processo atravs da medio

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

Velocidade de corte

Velocidade de avano

Potncia consumida

Dimenses da pea

Nvel de vibraes

Com base nestas medies, o comando calcula e ajusta os parmetros

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 variveis para controlar. Por

isto necessria uma anlise criteriosa de viabilidade prtica para

implementao em cada caso.

COMANDO NUMRICO DISTRIBUDO - DNC

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

de informaes para vrias mquinas CNC, conforme a necessidade. Os

programas podem ser enviados automaticamente, conforme a solicitao do

CNC, ou pelo operador da mquina atravs de um meio de comunicao.

Existem vrios nveis de sistemas DNC, que podem variar desde o simples

armazenamento de dados, at o controle total de um conjunto de mquinas.

Em sistemas bem estruturados, possvel que as mquinas 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 so enviados diretamente atravs da rede. A

estrutura permite ao operador maior rapidez e facilidade de acesso aos

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

Como os programas CNC so armazenados em um computador da rede

DNC, isto , no servidor, o procedimento de cpia de segurana (backup) pode

ser feito automaticamente, evitando a perda de dados.



Guias com esferas recirculantes

3. COMPONENTES DE UMA MQUINA CNC

As mquinas controladas por CNC seguem basicamente a mesma

concepo de projeto mecnico das mquinas de controle convencional em

relao aos processos de usinagem. Porm so necessrios alguns cuidados na

sua construo que esto relacionados a seguir:

1. Uso de guias temperadas e associao de materiais que assegurem o mnimo

desgaste. A produo aumentada de vrias vezes pelo uso do CNC, o que

implica em maior nmero 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 deformaes

alterando a preciso da mquina.

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

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

esferas recirculantes, guias com revestimento para reduo do atrito.

4. Maior rigidez esttica e dinmica da mquina para assegurar preciso de

execuo e grande capacidade de remoo de material.

5. Estudo das condies de trabalho de sistemas servo-comandados, anlise dos

efeitos de folga e deformao elstica.



Servo motor

Servo Driver - Converte os sinais eletrnicos emitidos pelo comando da mquina

em impulsos eltricos que acionam o servo motor.

Servo Motor - Motor de

velocidade varivel,

responsvel pelo movimento

da mesa da mquina. Para

tornos, o servo motor aciona

os eixos de movimento da

ferramenta.

Tacmetro - Instrumento de

medio responsvel pelo

monitormento dos valores de

avano e rotao dos eixos

da mquina. O tacmetro

fornece informao para o

conversor ou o servo driver da

necessidade ou no de

realimentao dos seus

respectivos motores.

6. Utilizao de um sistema de medio dos deslocamentos normalmente eletro-

indutivo ou tico, robustos e de alta preciso, capaz de resistir ao ambiente

industrial e s vibraes.

Sensores de posio lineares

Similares ao que se pode ver

na figura ao lado. So

fabricados em comprimentos

at 3000mm apresentam-se

em diversos formatos

construtivos como no formato

de haste sendo inclusive

adequado para a

montagem internamente em

cilindros hidrulicos. Podem

ficar alojados em um perfil de

alumnio com cursor em

forma de carrinho ou livre,

sendo excelente substituto

para os potencimetros

lineares.

Sensor de posio linear



Os sensores de posio absolutos lineares utilizam-se do princpio

magneto-estritivo para obteno da posio do cursor. Uma onda de toro

gerada pela passagem da corrente atravs dos campos dos ims do cursor. O

tempo de propagao da onda caracteriza a posio do cursor, ao qual

associado um sinal de sada.

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

estudo criterioso dos momentos e das foras de inrcia, com cuidado especial

na reduo do peso das massas mveis.

8. Motor de acionamento da rvore principal de elevada potncia e

capacidade de variao contnua de velocidade. Os motores CC eram os mais

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

pois so mais baratos e de baixa manuteno.

9. Previso de local para colocao da esteira para remoo automtica de

cavacos que saem em grande quantidade.

Conversor - Converte os impulsos eletrnicos emitidos pelo comando em

impulsos eltricos que acionam o motor principal da mquina.

Encoder - Transdutor, responsvel pela medio de posio dos eixos. Para eixos

lineares, o encoder mede a posio linear, para eixos de rotao o encoder

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

para o comando da mquina.

Princpio de funcionamento de um sensor de posio linear



Princpio de funcionamento de um Encoder

Trocador de ferramentas

10. Existncia de trocadores automticos de ferramentas e estrados porta-pea

para alcanar maior produtividade com a reduo dos tempos improdutivos de

troca, tanto das peas como das ferramentas, alm de reduzir o tempo de

preparao da mquina.

11. Sistema de medio

das ferramentas (pre-

setting). Este tipo de

sistema auxilia na

medio da ferramenta

na prpria mquina

CNC.



Princpio de funcionamento de um CNC

Dispositivo de

entrada de dados

CNC Comando Numrico Computadorizado

Mesa da mquina E

Convesor

Motor AC

T

Eixo da mquina E

Servo-driver

Servo motor

T

4. PRINCPIO DE FUNCIONAMENTO DE UM CNC

Na composio eletrnica, definida como unidade de comando, so

introduzidos os dados da pea e do processo de fabricao, 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

numrico devido ao fato de que toda instruo de processo vem sempre

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

computadorizado porque que todo processamento ocorre em uma unidade

de comando independente da mquina.



5. INFORMAES NECESSRIAS AO FUNCIONAMENTO DO CNC

A introduo das informaes de comando para o CNC ocorre atravs

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

destinado produo, torna-se necessrio o armazenamento destas

informaes, seja no prprio comando ou em cpias de segurana para

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

dados tecnolgicos sobre o processo de fabricao, formas geomtricas,

pontos de referncia, dimenses de ferramentas, entre outros que possibilitem a

execuo do produto de forma automatizada.

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

que funo da mquina associada a um cdigo especfico. Tambm

conhecida como cdigo G, esta norma estabelece um relacionamento de texto entre os cdigos de comando e as funes da mquina.

J a norma ISO 14649 baseada em informaes da descrio da tarefa

a ser executada na mquina CNC, bem como especificao das ferramentas,

condies tecnolgicas de execuo e informaes sobre as formas

geomtricas do produto. Esta nova forma de programao, tambm chamada

de STEP NC prope uma interface de integrao entre o CAM Computer Aided Manufacturing e o CNC.

5.1. Pontos de referncia utilizados nas mquinas CNC

Para programar uma mquina CNC necessrio estabelecer sistemas de

referncia nos quais possam ser descritas posies relativas entre as ferramentas

de fabricao e as peas a serem fabricadas.

A referncia da mquina tambm pode ser chamada de ponto zero

mquina e sua posio definida pelo fabricante. A referncia da pea pode

ser chamada de ponto zero-pea, e sua posio escolhida pelo programador

CNC. O ponto zero-mquina e o ponto zero-pea indicados na figura a seguir

possibilitam o CNC identificar a posio relativa da pea na mesa da mquina.

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

definido pelo programador e servir como referncia para usinagem e

programao. A partir deste ponto que sero programados os caminhos e

posicionamentos das ferramentas e todas as funes de usinagem.A mudana

do sistema de referncia feita no programa e ajustada pelo operador da

mquina. A distncia entre o zero-mquina e o zero-pea determinada

diretamente na mquina pelo operador. Existe uma rea no painel de comando

onde o operador informa a posio do zero pea.



Sistemas de referncia (adaptado de Siemens, 1997)

a) b)

a) Ponto zero mquina b) Ponto zero pea

Sistemas de referncia (adaptado de Siemens, 1997)

a) b)

a) ponto zero ferramenta em ferramentas de diferentes comprimentos

b) Localizao do ponto zero ferramenta na ferramenta e no eixo da mquina

Nos processos de usinagem executados em mquinas controladas por

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

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

de preparao e aumentar o tempo de produo.

Para as ferramentas tambm aplicado um sistema de referncia,

chamado ponto zero-ferramenta, a partir do qual so medidas as dimenses

das ferramentas (Erro! Fonte de referncia no encontrada.). Os valores

dimensionais das ferramentas so de extrema importncia para o processo de

usinagem CNC, pois baseado nestas informaes que o comando da

mquina ir calcular a trajetria da ponta da ferramenta, de forma a produzir

corretamente a pea usinada.



Sistemas de coordenadas

O propsito destes sistemas de referncia o de prover um meio de

localizao da ferramenta em relao pea. Considerando o ponto zero

ferramenta o CNC consegue aplicar determinados conjuntos de ferramentas

para confeco da pea de acordo com as especificaes do projeto,

atendendo a qualidade necessria para o produto.

O ponto zero ferramenta localizado no eixo que contm a ferramenta,

prximo da entrada do alojamento do cone porta ferramenta. Este ponto fixo

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

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

processamento do programa o controle tira os dados de correo necessrios

da pgina de correo de ferramentas e corrige individualmente, para cada

ferramenta diferente, o percurso que a mquina ir percorrer. Com duas

ferramentas diferentes, a mquina executar percursos diferentes para produzir

peas iguais.

5.2. Eixos e sentidos de movimento

Eixo uma direo segundo a qual podem ser programados os

movimentos relativos entre a ferramenta e a pea de forma contnua e

controlada.

Os eixos

principais determinam

um sistema de

coordenadas

retangulares, de

rotao direita.

Neste sistema de

coordenadas so

programados

movimentos da

ferramenta.

Na programao

CNC, os eixos

principais so

classificados como

eixos geomtricos.

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

Eixo A Rotao em torno do eixo X Eixo B Rotao em torno do eixo Y Eixo C Rotao em torno do eixo Z



Regra da mo direita

Os eixos de movimento coincidem com os eixos dos sistemas de

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

determinados pela regra da mo direita.

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

sentido paralelo ao eixo -rvore da mquina, contendo o movimento principal

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

da pea.

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

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

Longitudinal por conveno o eixo "Z" e o transversal que ser o eixo "X"

(dimetro ou raio).

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

Para mquinas mais complexas, podem ser controlados at mais de cinco

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

mquinas com eixos paralelos aos eixos X, Y e Z. Neste caso suas denominaes

passam a ser U, V e W, respectivamente.



Sistemas de coordenadas e zero-pea

5.3. Determinao do zero pea

Normalmente na programao CNC, no se trabalha com coordenadas

relativas ao zero mquina. Isto se deve ao fato de que a mesma pea pode ser

fabricada em diferentes mquinas. Neste caso, no importa para o

programador qual a posio que a pea ir ocupar na mquina, e sim

apenas as suas dimenses geomtricas.

Uma prtica comum na programao CNC a de estabelecer a origem

do eixo Z na face da pea. Desta forma, para usinar a pea ser necessrio

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

coordenadas positivas indicaro que a ferramenta no est "dentro" da pea.

Para torneamento, comum utilizar a face da pea como referncia

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

Para fresamento e mandrilamento, comum a utilizao de uma das

arestas da pea como referncia para X e Y. Tambm comum utilizar a face

da pea como referncia para o eixo Z.

Em todos os casos, porm, importante que sejam indicados os pontos

zero pea para o operador atravs do plano de set-up. importante que o

ponto zero pea seja de fcil localizao para operador, pois este precisar

informar para a mquina sua posio relativa ao sistema de coordenadas da

mquina.



Direct Numerical Control (Adaptado de Quinx, 2005)

Tambm interessante fazer comentrios dentro do programa CNC sobre

a localizao do ponto zero pea. Estes comentrios sero utilizados pelo

operador da mquina CNC para determinar a posio do ponto zero pea.

Os dados relativos execuo de movimentos durante o processo de

fabricao, bem como as condies tecnolgicas e funes de mquina

associadas para execuo da usinagem so estabelecidas no programa CNC.

Este programa escrito em linguagem de programao, geralmente seguindo o

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

CNC.

Quando o programa feito diretamente no painel do CNC, no h

necessidade de uma forma de transferncia de dados, a no ser para criao

de cpias de segurana. Por outro lado, quando a programao feita em um

computador externo, h necessidade de uma forma de transferncia de dados.

Os mtodos mais comuns utilizados para transferncia de programas CNC

incluem a utilizao de meios magnticos portteis (disquete ou CD),

computadores ligados aos CNC atravs de conexes seriais, e a rede DNC

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

atravs de uma rede com padro Ethernet em suas mquinas.

AS redes DNC normalmente so utilizadas unicamente para transferncia

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

CNC armazena os programas de fabricao e gerencia o fluxo de informaes

para vrias mquinas, conforme a demanda.



Dimenses da ferramenta utilizadas no CNC (adaptado de

Siemens, 1997 e Traubomatic, 1984)

Conforme o esquema da Erro! Fonte de referncia no encontrada., os

dados so enviados automaticamente atravs de um meio fsico de conexo. A

tarefa de programao CNC pode ser realizada em um outro computador

evitando a parada da mquina.

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

gerenciamento de programas CNC, com superviso de reviso de programa e

distribuio automtica para o comando das mquinas. possvel transmitir

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

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

ponto importante na rede DNC a capacidade de permitir que usurios

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

dimenses de ferramentas, desenhos e outras informaes sobre a produo.

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

Cowan (1986) citam a utilizao da rede DNC com o propsito de transferir

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

forma de transferncia de dados 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

so: o seu dimetro (ou raio) e seu comprimento, alm de um nmero que a

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



Formas de medir ferramentas para mquinas CNC

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

como uma tabela que fica armazenada em uma rea especfica da memria

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

eixo-rvore da mquina at a aresta de corte, associado a um valor no

endereo Z e o raio ou dimetro associado ao endereo X. O operador CNC

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

qualidade da pea produzida.

5.5. Gerenciamento de ferramentas e mtodos de medio

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

focar o planejamento estratgico, logstico e tcnico da empresa. Cada

conjunto de ferramentas para uma determinada etapa de fabricao 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 so

montadas de acordo com uma lista de montagem, onde so atribudos nmeros

para cada ferramenta, que sero necessrios no programa CNC de modo a

associar as operaes de fabricao que foram a elas estabelecidas. Assim, a

medio de ferramentas uma tarefa intrnseca ao trabalho executado pelas

mquinas controladas por CNC, e para o seu controle, necessrio um cdigo

nico para cada ferramenta.

Segundo Kief e Waters (1992), o propsito da medio de ferramentas a

localizao precisa da aresta de corte e um ponto de referncia no corpo da

ferramenta. As formas mais usuais de medio de ferramentas de corte so

apresentadas na figura abaixo.



Medio por contato da aresta de corte da ferramenta

Medio com usinagem de uma superfcie de referncia

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

ferramentas das mquinas CNC a usinagem de uma superfcie de referncia,

com posterior medio da pea e correo dos dados de ferramenta. Neste

caso so introduzidos valores aproximados das dimenses das ferramentas no

comando da mquina e aps a usinagem a pea resultante medida. Os

desvios de medidas determinados em relao s dimenses do desenho so

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

Este tipo de procedimento bastante utilizado para ajuste do dimetro de

barras de mandrilar e ferramentas de torneamento montadas diretamente na

mquina CNC, sobretudo quando a mquina no dispe de suportes

padronizados de ferramentas.

Medio por contato da aresta de corte da ferramenta Uma forma simples de medio do comprimento das ferramentas a

utilizao do prprio CNC para clculo do comprimento. Para isto basta

encostar a aresta da ferramenta em uma superfcie de referncia da pea ou

da mquina (Romi, 1987).

Para efetuar a medio por esta tcnica, o operador aproxima a

ferramenta e controla o contato da aresta sobre a superfcie de referncia

geralmente utilizando uma folha de papel conforme a figura abaixo.



Dispositivo de medio

incorporado (DMI) (Marposs,2004)

Medio de ferramentas com o

auxlio de dispositivos especiais

(Adaptado de Mapal, 2004)

Medio com dispositivos de medio incorporados

Algumas mquinas CNC

dispem de dispositivos de

medio incorporados (DMI)

dedicados medio de

ferramentas. Estas mquinas

necessitam de funes

especficas no CNC para controle

destes dispositivos e, apesar da

medio ser mais rpida que nas

opes anteriores, ainda utilizam

tempo que poderia ser destinado

produo. O dispositivo de

medio local e serve apenas

mquina que o contm.

Este tipo de tecnologia

proporciona a medio da

ferramenta, eliminando erros de

montagem e de localizao da

aresta, pois a ferramenta

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

(Marposs, 2004).

Medio com auxlio de dispositivos especiais

Algumas operaes de usinagem

podem utilizar ferramentas especiais

que so montadas sempre nas

mesmas dimenses, como exemplo

quando so produzidos grandes

lotes de peas (Kief e Waters, 1992).

Para este tipo de ferramentas

podem ser desenvolvidos dispositivos

especiais para conferncia da

posio da aresta de corte,

conforme pode ser observado na

figura ao lado.

A medio pode ser efetuada

com a aplicao de sensores de

contato e mostradores analgicos

(Mapal, 2004).



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

Medio com auxlio das Mquinas de Medir Ferramentas

Outra forma bastante comum a utilizao de Mquinas de Medir

Ferramentas MMF, tambm chamadas de presetter. De acordo com alguns autores, estas mquinas permitem a fixao da ferramenta na mquina CNC,

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

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

como zero ferramenta medida a posio da aresta de corte.

Em algumas MMF, a medio da ferramenta feita por comparao

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

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

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

anteparo de visualizao (Zoller, 1995). A mquina apresenta as dimenses da

ferramenta em seu mostrador eletrnico, sendo que algumas mquinas possuem

opo de impresso dos dados de ferramentas.



Projeo da aresta de corte, mostrador digital e impressora)

(adaptado de Zoller, 1995)

Uma variao da forma medio de ferramentas com auxlio da MMF tem

como base o estabelecimento das dimenses das ferramentas durante o

planejamento de processos.

Toda vez que for produzida determinada pea, a ferramenta apropriada

dever ser montada, nas dimenses indicadas e de acordo com sua tolerncia

de montagem especfica para aquele processo, sendo que a MMF utilizada

apenas para conferncia destas dimenses. Neste caso, para uma determinada

etapa da fabricao, o dimetro e o comprimento de montagem para um

mesmo tipo de ferramenta deve ser idntico de acordo com as dimenses de

montagem indicadas pelo planejamento de processos. Este tipo de

procedimento apropriado para a produo de grandes lotes de peas com

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

Waters, 1992).



6. TRANSFERNCIA DE DADOS PARA O CNC

Antigamente, a transferncia de dados era realizada atravs de fitas

perfuradas com as instrues dos dados da pea e condies de usinagem,

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

manual como atravs do auxlio do computador. Uma leitora tica acoplada na

mquina fazia a leitura da fita e passava a instruo de comando mquina.

A programao manual tambm podia, e em boa parte das mquinas

atuais ainda pode, ser feita atravs de teclados alfanumricos presentes ou

conectados as mquinas de comando numrico, principalmente onde a

simplicidade do trabalho a ser feito e a natureza da operao, no justificam

gastos com sofisticados mtodos de programao.

Por outro lado, a programao feita com auxlio do computador,

proporciona, alm da rapidez, maior segurana contra erros. J nos anos 70

foram introduzidas as mquinas 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 avanos substituram a entrada manual de dados e as fitas perfuradas

por armazenamento em disquete dos programas ou comunicao remota.

Em casos de programas longos, possvel particionar o programa,

reduzindo a capacidade de memria da mquina. Alm disso, possvel fazer o

controle dos tempos de fabricao, tempos de usinagem, tempos de

preparao, permitindo a avaliao do desempenho da mquina.

Formas de transferncia de dados para um CNC



Etiquetas adesivas indicando as dimenses da ferramenta

(adaptado de Zoller, 1995)

Atualmente possvel inserir dados na mquina a partir de uma grande

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

mtodos de transferncia de dados:

Programao direta no prprio comando da mquina

Transferncia de arquivos via DNC

Comunicao ON-LINE via microcomputador

Placa de rede (padro ethernet)

6.1. Transferncia de dados de ferramentas para os CNC

A transferncia de dados de ferramentas para os CNC depende

diretamente da forma de medio destas ferramentas. As medies de

ferramentas efetuadas diretamente na mquina CNC dispensam a necessidade

de transferncia de dados, pois o prprio comando executa a funo de

memorizao das dimenses da ferramenta. J em medies efetuadas fora da

mquina CNC h a necessidade de uma forma de transferncia de dados para

o comando (Leatham-Jones, 1986).

Na montagem com dispositivos especiais de medio, a transferncia de

dados de ferramentas efetuada somente na primeira preparao da mquina

CNC, geralmente por digitao no painel do CNC. Nas repeties posteriores a

montagem ser efetuada na mesma dimenso, bastando efetuar a troca da

ferramenta. Neste caso o comprimento e o dimetro so 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

dimenses de montagem numa lista que acompanha as ferramentas at a

mquina. Em alguns casos observa-se a impresso de etiquetas adesivas que

so fixadas nas ferramentas para indicar suas dimenses. Neste caso, o

operador da mquina CNC o responsvel pelo gerenciamento das

informaes de ferramentas, fazendo a digitao dos valores medidos

diretamente no painel do CNC.

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

armazenamento da identificao da ferramenta e dos valores das dimenses

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

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

constituem uma soluo integrada para a tarefa de medio e no reduzem a

flexibilidade do CNC visto que no necessrio parar a produo para transferir

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

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

gravao e leitura das informaes dos micro-chips.



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

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

observado na figura anterior. possvel acrescentar valores relativos ao ponto

zero ferramenta ou ponto zero da pea para de correo dos valores de

medio das ferramentas.

As MMF podem enviar dados diretamente para a impressora atravs de

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

ferramentas podem ser enviados da MMF para o controle de clula 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

informaes sobre ferramentas so armazenadas em um micro-chip para

transferncia posterior ao CNC.

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

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

ps-processamento das informaes geradas na MMF.

A existncia de mquinas integradas ao sistema da manufatura

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

implementao condicionada anlise tcnica. A Zoller dispe 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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cnc - introdução teórica

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