PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Engenharia Mecânica Ênfase em Mecatrônica

Trabalho de Tópicos Especiais I

Peça no CNC

André France da Costa

César Gomes Martins Junior

Jackson Junio Pereira Tironi

Rafael de Almeida Lial

Saulo Vieira Fidelis e Moura

Orientador: Breno Ferreira Lizardo

Belo Horizonte

2012

André France da Costa

César Gomes Martins Junior

Jackson Junio Pereira Tironi

Rafael de Almeida Lial

Saulo Vieira Fidelis e Moura

Trabalho de Tópicos Especiais I

Peça no CNC

Trabalho apresentado à

disciplina Tópicos Especiais I,

do curso de Engenharia

Mecânica Ênfase Mecatrônica

da Pontifícia Universidade

Católica de Minas Gerais.

Belo Horizonte

2012

SUMÁRIO

1- Introdução.....................................................................................................5

1.1 Objetivo.....................................................................................................5

2- Conceituação Teórica..................................................................................5

3- Desenvolvimento........................................................................................11

3.1 Procedimento.........................................................................................11

3.2 Equipamento...........................................................................................11

3.3 – Desenho da peça.................................................................................12

3.4 – Cálculos para programação no CNC.................................................13

3.4.1. Cálculo da Rotação para desbaste............................................13

3.4.2. Cálculo da rotação de furação ..................................................13

3.4.3.Cálculo da velocidade de avanço...............................................14

3.5 – Programação em Código G................................................................14

4- Referências Bibliográficas........................................................................19

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Máquina CNC....................................................................................5

Figura 2: Máquina Convencional X Máquina CNC.........................................6

Figura 3: Sistema da Máquina CNC................................................................7

Figura 4: Cinemática dos eixos da máquina CNC.........................................8

Figura 5: Interface da Máquina CNC...............................................................9

Figura 6: PLC para controle da máquina CNC..............................................10

Figura 7: Servo-motores da Máquina CNC....................................................10

Figura 8: Bandeira do Brasil...........................................................................11

Figura 9: Máquina CNC da Pucminas............................................................11

Figura 10: Desenho da peça usinada............................................................12

1. INTRODUÇÃO

1.1- Objetivo

O objetivo desse trabalho consiste em aplicar a teoria de Tópicos

Especiais I na fabricação de uma peça real utilizando um CNC e código de

instruções G.

2. Conceituação Teórica

O CNC (Comando Numérico Computadorizado) é um computador

dedicado ao controle de movimento dos eixos de uma máquina operatriz.

O movimento de cada eixo, como veremos mais detalhadamente a

seguir, é “traduzido” em grandezas numéricas por dispositivos especiais e ,

então, processado pelo CNC. Por sua vez, o CNC é programado com o formato

da peça que deve ser usinada e , através de interfaces , comanda os servo-

motores para executar os movimentos coordenados.

Figura 1: Máquina CNC

Usar uma máquina CNC não significa substituir o operador por um

computador, você pode fazer qualquer coisa que se faça em uma máquina

CNC em máquinas convencionais. As únicas diferenças em questão de

produtibilidade são o tempo de produção e a alta repetição das peças, sendo

que em alguns casos a diferença de tempos pode ser considerada infinita, pois

a complexidade das peças pode exigir um empenho sobre-humano do

operador.

Figura 2: Máquina Convencional X Máquina CNC

Neste sentido, hoje em dia, possuir máquinas convencionais ou CNC,

esta diretamente relacionada entre ter perspectivas ou não para o futuro. Outro

ponto importante é o fato que as máquinas CNC estão tendo seus preços

reduzidos pelo próprio aumento da demanda.

O lucro é certo, se toda estratégia for bem estipulada. Tal planejamento

exige estudos de:

· Pesquisa do tipo de máquina que o mercado ou a própria empresa

anseia:

Empresas que fornecem exclusivamente serviço de usinagem precisam

estar atentas aos anseios de seus consumidores, tais como complexidade

geométrica, precisão, tamanho e tempo de resposta das peças, exigidos por

eles assim como volume de produção dos mesmos.

· Análise de custo x beneficio das máquinas elegíveis;

Neste momento conhecemos o tipo de máquina que estamos querendo.

Precisamos então estudar o que o mercado nos oferece a esse respeito, as

máquinas disponíveis ou até adaptáveis as nossas necessidades, analisar

enfim os custos e benefícios de cada item do mercado que se encaixem em

nossas necessidades.

· Assistência apropriada à implantação desta tecnologia.

Talvez este item seja o mais importante e deveria constar como

coadjuvante dos outros itens, pois quando uma empresa pretende ampliar seus

horizontes munindo-se de tecnologias avançadas, é importante que pessoas

experientes no ramo sejam consultadas, pois isto pode, sem dúvida, ser a

diferença entre o lucro e o prejuízo.

O sistema da máquina CNC

Figura 3: Sistema da Máquina CNC

Em poucas palavras, para um sistema completo, do projeto à peça

pronta em máquina CNC, torna-se necessária a aquisição e implantação de

alguns sistemas que se integrem e facilitem a flexibilização do sistema como

um todo, são eles:

- Sistema de programação CNC - CAD/CAM

- Sistema de simulação - Manufatura Digital

- Pós-processador

- Sistema DNC - gerenciamento e transferência de programas (rede) para

a máquina

Todos estes sistemas, hardware e software, precisam ser compatíveis.

Além dos recursos físicos e eletrônicos descritos no sistema macro

acima, é muito importante a preparação dos recursos humanos, visto que esta

tecnologia exige pessoal especializado, no projeto, programação, operação e

serviços de suporte.

Constituição básica de uma máquina CNC:

· A máquina em si.

É a parte mecânica, o que antes era a máquina convencional, ou ainda

conhecida por alguns como a cinemática do CNC.

Figura 4: Cinemática dos eixos da máquina CNC

· O Comando ou Controle Numérico.

É o equipamento responsável pela interpretação do programa CNC e

tradução em comandos que são enviados ao PLC aos microswitches para

acionamento dos eixos. É ainda responsável pelo gerenciamento da interface

da máquina com o operador - display, botões, acionadores, etc.

Figura 5: Interface da Máquina CNC

· Os PLCs auxiliam os controles nos cálculos matemáticos, controlador lógico

programável, também chamado CLP ou controlador programável, é um

dispositivo de computador que controla equipamentos em oficinas industriais.

Em um sistema de controle industrial tradicional, todos os dispositivos de

controle são enviados eletrônica e diretamente de um para outro de acordo

com como é suposto que o sistema opera.

Figura 6: PLC para controle da máquina CNC

· Os servo-motores giram na velocidade e tempo necessários para que cada

eixo atinja os valores de posição e velocidades, estipulados em cada bloco do

programa CNC.

Figura 7: Servo-motores da Máquina CNC

Assim, todos estes sistemas funcionando sincronizados formam a

máquina CNC.

3. Desenvolvimento

3.1. Procedimento

A forma da peça escolhida pelo grupo, foi os contornos das figuras

geométricas da bandeira do Brasil, ou seja, o quadrado, o losango, a

circunferência e a faixa branca onde é escrita a frese ordem e progresso.

Figura 8: Bandeira do Brasil

3.2. Equipamento

A máquina CNC utilizada para usinagem da peça, está localizada na

PUC – Minas Campus Coração Eucarístico, prédio 10 no centro de usinagem.

Figura 9: Máquina CNC da Pucminas

3.3. Desenho da peça

Figura 10: Desenho da peça usinada

3.4. Cálculos para programação no CNC

3.4.1. Cálculo da rotação para desbaste

Para o cálculo da rotação de desbaste, tomamos com referência uma

velocidade de corte de 900 m/min, uma vez que a velocidade máxima é de

1000 m/min. Assim utilizando a velocidade de corte como 900 m/min e o

diâmetro da fresa como sendo de 20 mm, temos:

𝑛 =𝑉𝑐 .1000

𝜋𝑑 .:. 𝑛 =

900.1000

𝜋 .20 .:. 𝑛 = 14 324 rpm

De modo similar, calculando a rotação de desbaste para uma fresa ou

macho m6 de 6 mm de diâmetro, temos:

𝑛 =𝑉𝑐 .1000

𝜋𝑑 .:. 𝑛 =

900.1000

𝜋 .6 .:. 𝑛 = 47 747 rpm

Como os valores encontrados superam a rotação máxima da máquina,

vamos utilizar a rotação máxima do equipamento para execução do desbaste

do material, ou seja:

𝒏 = 5000 rpm

3.4.2. Cálculo da rotação de furação

Para o cálculo da rotação de furação, tomamos com referência uma

velocidade de corte de 90 m/min, uma vez que a velocidade máxima é de 100

m/min. Assim utilizando a velocidade de corte como 90 m/min e o diâmetro da

broca como sendo de 5 mm, temos:

𝑛 =𝑉𝑐 .1000

𝜋𝑑 .:. 𝑛 =

90.1000

𝜋 .5 .:. 𝑛 = 5730 rpm

Como o valor encontrado supera a rotação máxima da máquina,

optamos novamente pela utilização da rotação máxima do equipamento para

furação do material, ou seja:

𝒏 = 5000 rpm

3.4.3. Cálculo da velocidade de avanço

Para o cálculo da velocidade de avanço, tomamos com referência uma

velocidade de avanço de 0,35 mm/dente, uma vez que a velocidade máxima de

avanço é de 0,4 mm/dente. Assim utilizando a velocidade de corte como 0,35

mm/dente, utilizando uma ferramenta com 2 arestas de corte e rotação máxima

do equipamento, temos:

𝑉𝑓 = 𝐹.𝑍.𝑛 .:. 𝑉𝑓 = 0,35.2.5000 .:. Vf = 3500 mm /min

Para a furação, o avanço varia entre 0,01 até 0,2 mm /dente, optamos

por uma valor de 0,15 mm /dente e a rotação máxima do equipamento, temos:

𝑉𝑓 = 𝐹.𝑛 .:. 𝑉𝑓 = 0,15.5000 .:. Vf = 750 mm /min

3.5. Programação em Código G

G17 G71 G94 G90 T2; fresa de 6mm

G53 D0 Z-116 T4; fresa de 20mm

T4; fresa Ø 20mm T5; broca de 5mm

M6 T6; broca de 6mm

G54 D4 5500 M3

G0 X-5 Y-5

Z5

CONTORNO:

G41

Z=IC(-2)

X0 Y0

X0 Y70

X70 Y70

X70 Y0

X0 Y0

FIM

REPEAT CONTORNO FIM P5

CYCLE71 (5,0,2,-2,0,0,70,70,0,2,18,5,0,2000,11)

POCKET2(5,-2,2, ,2,18,35,35,750,3500,2,2,0.3,0,1,2000,3500)

D0

X-15 Y-15

Z-2

INICIO:

G1 Z=IC(-2)

X35 Y-10

G91

X45 Y45

X-45 Y45

X-45 Y-45

X45 Y-45

X0 Y-15

X60 Y60

X-60 Y60

X-60 Y-60

X60 Y-60

G90

X0 Y0

X-15

Y70

X0

Y85

X70

Y70

X85

Y0

X70

Y-10

X35

FIM

REPEAT INICIO FIM P2

Z5

G53 G0 D0 X0 Y0 Z-116

M5

T2: Fresa Ø6mm

M6

G54 D2 S5000 M3

G0 X-5 Y-5

Z5

SLOT2 (5,-4,2, ,2,1,90,9,35,35,10,45,3500,4477, ,2,2,0.3,0,1,3000,3500)

G53 G0 D0 X0 Y0 Z-116

M5

T5; broca de 5mm

G54 D5 S5000 M3

G0 X-5 Y-5 Z5

MCALL CYCLE82 (5,-6,2, ,6,1)

HOLES1(5,5,0,0,60,2)

HOLES1(5,65,0,0,60,2)

MCALL

G53 G0 D0 X0 Y0 Z-116

M5

T6; macho M6

M6

G54 S5000 M3

MCALL CYCLE84 (5,-6,2, ,4,1,3,6, ,5000,5000)

HOLES1 (5,5,0,0,60,2)

HOLES1(5,65,0,0,60,2)

MCALL

G3 G0 D0 X0 Y0 Z-116

M5

M30

4. Referências Bibliográficas

[1] Máquinas CNC ou máquinas Convencionais? Mundo CNC. Disponível

em: <http://www.mundocnc.com.br/avan4.php> Acesso em 24 Maio 2012