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INSTITUTO EDUCACIONAL SÃO JOÃO DA ESCÓCIA – IESJE
CURSO TÉCNICO EM ELETRÔNICA
BRUNO MARTINS HENRIQUE
DIRCEU PALAZI GOUVEIA
JOSÉ DANTAS DE ALMEIDA
ROUTER CNC
Poços de Caldas
2017
BRUNO MARTINS HENRIQUE
DIRCEU PALAZI GOUVEIA
JOSÉ DANTAS DE ALMEIDA
ROUTER CNC
Trabalho apresentado ao curso técnico de
Eletrônica do Instituto Educacional São João da
Escócia – IESJE, sob orientação do Professor
Cleyton Santos.
Poços de Caldas
2017
“A matemática da vida não é saber contar 1 + 2. É sim saber que um simples erro de cálculo pode levar a sérias consequências. ”
Vanessa Ribas Gonçalves.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Máquina convencional .............................................................................................. 9 Figura 2 – Máquina CNC ......................................................................................................... 10 Figura 3 – Sistemas de coordenadas ......................................................................................... 11 Figura 4 – Desenho técnico vista 2D ........................................................................................ 12 Figura 5 – Fluxograma definição de peças ............................................................................... 13 Figura 6 – Fuso de rosca trapezoidal ........................................................................................ 13 Figura 7 – Castanha rosca trapezoidal ...................................................................................... 14 Figura 8 – Eixo Linear .............................................................................................................. 15 Figura 9 – Estrutura do rolamento ............................................................................................ 15 Figura 10 – Rolamento linear fechado e aberto ........................................................................ 16 Figura 11 – Pillow Block .......................................................................................................... 16 Figura 12 – Placa controladora ................................................................................................. 17 Figura 13 – Driver motor de passo ........................................................................................... 18 Figura 14 – Motor de passo Nema 23 ...................................................................................... 20 Figura 15 – Motor Spindle ....................................................................................................... 20 Figura 16 – Fonte de alimentação............................................................................................. 21 Figura 17 – Extensão SketchUcam ........................................................................................... 23
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 6
2 MÁQUINAS OPERATRIZES CNC .................................................................................... 7
2.1 Comando Numérico ........................................................................................................ 8
2.2 Comando Numérico Computadorizado ........................................................................ 9
2.3 Controle de movimento .................................................................................................. 9
2.4 Sistema de coordenadas ................................................................................................ 10
3 MATERIAL E MÉTODO .................................................................................................. 12
3.1 Componentes mecânicos ............................................................................................... 12
3.1.1 Fuso Trapezoidal ...................................................................................................... 12
3.1.2 Castanha de bronze .................................................................................................. 14
3.1.3 Eixo Linear ............................................................................................................... 14
3.1.4 Rolamento Linear ..................................................................................................... 15
3.2 Componentes Eletrônicos ............................................................................................. 17
3.2.1 Placa controladora e microcontrolador .................................................................... 17
3.2.2 Drivers de potência .................................................................................................. 18
3.2.3 Motor de passo ......................................................................................................... 19
3.2.4 Motor de fresamento ................................................................................................ 20
3.2.5 Fonte de alimentação ................................................................................................ 21
3.3 Softwares ........................................................................................................................ 22
3.3.1 Firmware GRBL ....................................................................................................... 22
3.3.2 Extensões .cam ......................................................................................................... 22
3.3.3 Universal Gcode Sender ........................................................................................... 23
3.4 Acessórios e Complementos ......................................................................................... 24
3.4.1 Adaptações na eletrônica .......................................................................................... 24
3.4.2 Aplicação do conceito NR-12 .................................................................................. 26
4 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 27
5 REFERÊNCIAS .................................................................................................................. 28
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1 INTRODUÇÃO
Praticidade e qualidade na realização dos serviços nos dias de hoje está cada vez mais
importante. No mundo da indústria, um processo produtivo importante são as máquinas CNC,
que são usadas na fabricação de peças de alta qualidade e precisão. A utilização de máquinas
operatrizes que utilizam o comando numérico, aplicada em um devido processo inicialmente se
torna um investimento maior, porem quando bem estruturada, todo investimento é compensado
devido as vantagens em produzir com maior eficiência, peças com menor tempo de fabricação
e desta maneira aumentando a produtividade.
Foi analisado que a aplicação dessas maquinas direcionando especificamente para a área
de eletrônica, pudesse auxiliar com os serviços diários da profissão. A adaptação da máquina é
pensando que o processo de fabricação de PCB manual seja automatizado e sendo livre para
fabricação de peças diversas de geometria complexa e alta precisão.
Router CNC do inglês refere-se a Tupia e são máquinas para realizar automaticamente
os tipos de trabalhos feitos com as Tupias manuais. Ela está associada às máquinas para
usinagem de madeira. Mas diversos tipos de materiais podem ser trabalhados na Router,
respeitando seus limites de usinagem.
As Routers CNC são semelhantes às fresadoras CNC, porém possuem o pórtico móvel
e consegue obter uma área de trabalho maior em relação às máquinas fresadoras de metais, onde
a parte móvel é a mesa, mas sua rigidez é menor e, portanto, não possui a mesma produtividade.
No entanto, dado o menor custo por área de trabalho, são imbatíveis na relação custo benefício
quando se trata de usinagem de materiais macios, como madeiras e plásticos bem como na
usinagem de chapas finas ou até mesmo o alumínio.
Em máquinas de pórtico móvel a ferramenta de corte, fresa, é que movimenta ao longo
dos eixos, XYZ.
Este trabalho demonstra detalhes de como será feito a montagem da máquina baseada
no comando por trajetória CNC, material usado na parte mecânica e eletrônica, configuração,
softwares usados e até o momento final da usinagem.
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2 MÁQUINAS OPERATRIZES CNC
Na década de 50 nasce uma aplicação em automação de Máquinas Operatrizes de
Usinagem, oferecendo à indústria o mais dinâmico processo de fabricação até aquele momento.
Este processo mostrou-se eficiente às exigências do mercado. Considerando baixo custo de
fabricação, pequenos lotes de produção, produtos geometricamente complexos e menores
espaços de tempo entre projeto do produto e fabricação.
Pode-se verificar as vantagens do uso do controle numérico nas máquinas-ferramentas:
Tolerâncias dimensionais reduzidas e melhor acabamento superficial;
Versatilidade do processo;
Aumento da flexibilidade;
Aumento das possibilidades de corrigir programas;
Precisão;
Interpolações lineares e circulares;
Sistema de posicionamento, controlado pelo CN (Controle Numérico) de grande
precisão;
Menor tempo de espera;
Menor movimento da peça;
Menor tempo de preparação da máquina;
Simplificação dos dispositivos;
Aumento da qualidade do serviço e melhor controle;
Facilidade na confecção de perfis simples e/ou complexos;
Maior controle e possibilidade de correções sobre desgaste das ferramentas;
Configurações de avanços;
Profundidade de corte controlável;
Menor estoque de peças em razão da rapidez de fabricação;
Maior segurança do operador;
Troca rápida de ferramentas;
Redução da quantidade de máquinas;
Produção de peças idênticas umas às outras, independentemente dos fatores humanos;
Redução da fadiga dos operadores, que passam a ser responsáveis apenas por tarefas de
programação e preparação.
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Sendo que nas máquinas convencionais:
Depende da habilidade do operador;
Para chegar a dimensão final, há uma necessidade constante de medir a peça;
Necessidade de intervenção do operador para troca e pré configuração de ferramenta;
Necessidade de ajuste da matéria prima;
Maior risco de acidentes.
Mais tarde, com o acesso aos computadores foi possível integrar o Comando Numérico
a um núcleo de processamento e interface gráfica. O que proporcionou a acessibilidade aos
arquivos de programa que podiam ser facilmente alterados de acordo com a necessidade do
usuário. Hoje, é impossível pensar em processos de fabricação sem considerar a tecnologia
CNC (Comando Numérico Computadorizado). A integração entre as tecnologias CAD
(Desenho Assistido por Computador), CAM (Manufatura Assistida por Computador) e CNC é
cada dia mais forte, contribuindo no desenvolvimento de Máquinas Operatrizes totalmente
automatizadas.
2.1 Comando Numérico
Pode-se dizer que o Comando Numérico é um equipamento eletrônico capaz de receber
informações através de entrada própria de dados, compilar estas informações e transmiti-las em
forma de comando à máquina, sem a intervenção do operador, realizando as operações na
sequência programada. O Comando Numérico é também como uma forma de automação
programável, baseada em softwares compostos de símbolos, letras e números.
O CN é formado de uma unidade de assimilação de informações, recebidas através da
leitora de fitas, entrada manual de dados, micro e outros menos usuais. Uma unidade
calculadora, onde as informações recebidas são processadas e retransmitidas às unidades
motoras da máquina ferramenta. O circuito que integra a máquina-ferramenta ao CN é
denominado de interface, o qual será programado de acordo com as características mecânicas
da máquina.
No sistema CN, podemos introduzir o programa, inicia-lo e interrompe-lo, mas não o
modificar. Seus movimentos são somente lineares, alguns movimentos angulares e nenhum
movimento Circular.
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2.2 Comando Numérico Computadorizado
No sistema CNC podemos introduzir o programa, iniciar a execução e alterar no próprio
comando os seus dados. Executa movimentos lineares, angulares, circulares e todos esses
calculados pelo comando.
A distinção entre CN e CNC é somente verificada com referência ao comando em si,
pois os programas serão sempre chamados de programas CN, que pode ser definido em um
conjunto de informações com ordens diversas para a máquina, dispostas numa sequência
normal de operações para produzir várias peças idênticas, num tempo determinado.
2.3 Controle de movimento
O controle de movimento da mesa de máquina convencional é feito manualmente pelo
operador que gira uma manivela (manípulo). Esta movimentação é consequentemente
modificada para chegar no posicionamento preciso, o operador conta o número de voltas a ser
dada na manivela com o auxílio de graduações no dial (anel graduado). Este processo conforme
dito no tópico anterior, depende exclusivamente da avaliação do operador.
Figura 1 – Máquina convencional
Fonte: Mundo CNC, 2008
Os equipamentos CNC que tenha duas ou mais direções de movimento, são chamados
eixos. Estes eixos podem ser automaticamente posicionados ao decorrer dos seus movimentos
de translação, os eixos mais comuns são os rotativos dirigido ao longo de um caminho circular
e lineares dirigido a um caminho reto. São movimentados através de motor de passo ou servo
motor, e guiado pelo programa especifico.
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Na figura abaixo pode-se verificar a implantação CNC no sistema de maquinas.
Figura 2 – Máquina CNC
Fonte: Mundo CNC, 2008
A máquina recebe a posição comandada do programa. O motor é acionado com a
quantidade correspondente de giros, movimentando o fuso acoplado a ele na velocidade e
quantidade de giros adequado para posicionar a mesa onde foi comandada ao longo do eixo
linear. Um dispositivo de avaliação confirma se a quantidade de giros no fuso realmente ocorreu
retornando um sinal para o processador.
2.4 Sistema de coordenadas
Os movimentos dos eixos de uma fresadora CNC são realizados com base em um
sistema de coordenadas retangulares (cartesianas), permitindo uma descrição e definição
precisa de todos os pontos no desenho de uma peça.
Se localizarmos a peça no sistema de coordenadas, ficará determinado a posição dos
seus pontos e toda a geometria da peça que é transmitida ao comando.
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Figura 3 – Sistemas de coordenadas
Fonte: Marco A. Gobbi, 2014.
A figura acima demonstra como é denominado a disposição dos eixos. Tendo eles não
somente como XYZ, e sim X+ / X-, Y+ / Y- e Z+ / Z-, podendo orientar-se e realizar de forma
mais fácil operações como direita e esquerda ou subir e descer.
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3 MATERIAL E MÉTODO
Para dar início no projeto mecânico estrutural, deve-se considerar qual tipo de
configuração e utilidade da máquina no processo de confecções de peças. Algumas
características devem ser observadas como: a mesa de fixação sendo móvel ou fixa, tipos de
guias, tamanho total da máquina, máximo deslocamento dos eixos (área útil), peso, material a
ser usado, design e acabamento. Através de pesquisas e seleção do que mais aproxima ao
objetivo final foi desenvolvido o projeto da estrutura.
Figura 4 – Desenho técnico vista 2D
Fonte: O autor, 2017.
3.1 Componentes mecânicos
A seleção dos componentes mecânicos foi resultado na escolha considerando os
requisitos do projeto, o custo benefício, cálculos de tolerância e resistência dos materiais.
3.1.1 Fuso Trapezoidal
Na figura 5 define de forma resumida um ponto de partida na escolha da movimentação
dos eixos.
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Figura 5 – Fluxograma definição de peças
Fonte: O autor, 2017.
Após analisar as alternativas acima comparado com o projeto, definiu-se uso de fuso de
rosca trapezoidal no aço 1045, para o sistema de movimentação dos eixos.
O fuso é uma barra reta formada por roscas e passos contínuos com um ângulo de 30º,
será usado no sistema mecânico que transfere movimento rotacional para movimento linear.
Em uma das suas extremidades a barra rosqueada é acoplada no motor que recebe o
movimento de rotação passando pela castanha que está fixada nas estruturas dos eixos XYZ,
sendo à carga a ser movimentada.
Figura 6 – Fuso de rosca trapezoidal
Fonte: O autor, 2017.
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3.1.2 Castanha de bronze
Conforme dito no tópico anterior, será necessária a castanha no auxílio de transmissão
dos fusos. Para entendermos, a castanha é semelhante a uma porca comum de parafuso. Sua
usinagem deve ser feita de acordo com o mesmo diâmetro e passo do fuso; seu formato pode
ser cilíndrico, cilíndrico flangeado ou quadrado adaptado para melhor fixação. Os materiais
mais usados nesta aplicação são: o bronze, latão, aço e nylon.
As ligas em bronze é referência por qualidade antifricção, resistência à corrosão e
durabilidade. A castanha foi escolhida por seu formato cilíndrico flangeado e pelo material feito
em bronze TM23.
Figura 7 – Castanha rosca trapezoidal
Fonte: Hack Spark, 2017.
3.1.3 Eixo Linear
No sistema de translação pode-se encontrar vários tipos e modelos de guias no mercado,
a melhor escolha irá depender de projeto a projeto. Neste caso as guias de eixo foram
consideradas ao sistema o fator de menores distorções de alinhamento, mantendo as tolerâncias
mecânicas da máquina.
O eixo cilíndrico ao constante contato entre o rolamento linear pode causar desgaste
com o tempo, para retardar este processo é indicado o uso de tratamentos térmicos superficial
na guia. Será usado eixos de aço SAE 1045 com tratamento de têmpera por indução, retificado
e tolerância diametral h7.
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Figura 8 – Eixo Linear
Fonte: Cleber FS7, mercado livre, 2017.
3.1.4 Rolamento Linear
O rolamento linear também conhecido como bucha esférica, consiste em um cilindro
externo, circuitos de esferas em polyamida e duas vedações padrão. São utilizados para
ilimitadas aplicações que necessitem de avanço e retorno linear. A vantagem é que este
rolamento tem baixo atrito com o eixo em relação as buchas convencionais.
Figura 9 – Estrutura do rolamento
Fonte: RAC Movimentação linear, 2017
No projeto da Router CNC será o acompanhamento da guia linear, fazendo o conjunto
conforme o diâmetro da mesma.
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Figura 10 – Rolamento linear fechado e aberto
Fonte: Hefei Konlon Bearing, 2017.
Para assegurar resultados ainda mais satisfatórios para a máquina, como de alinhamento
e deslocamento, irá ser utilizado rolamentos lineares inseridos em mancais de alumínio,
proporcionando um auto alinhamento durante a montagem, fixados na estrutura por quatros
parafusos. Comercialmente chamados de Pillow Blocks e é encontrado nos modelos aberto ou
fechado.
Figura 11 – Pillow Block
Fonte: Dac Automação, mercado livre, 2017.
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3.2 Componentes Eletrônicos
Ao ter definido toda a parte mecânica estrutural e seus materiais que complementam,
podemos definir a escolha dos componentes eletrônico como: motor de passo, placa
controladora, motor de fresamento, drivers, entre outros.
3.2.1 Placa controladora e microcontrolador
Através da disseminação do controle numérico entre admiradores e microempresas, o
mercado se expandiu na confecção de placas controladoras que se comunicam com
software/firmware open source. Não somente na parte mecânica, a eletrônica se tornou de fácil
acesso ao público em relação ao custo benefício.
A CNC Shield V3, foi desenvolvida especialmente para impressoras 3D e máquinas
CNC a fim de atuar em conjunto com microcontrolador Arduino UNO, sendo uma das partes
mais importante da eletrônica do projeto.
Figura 12 – Placa controladora
Fonte: O autor, 2017.
De forma geral, tem como função principal a leitura, interpretação e execução das
instruções de comando do programa CNC que são enviados pelo software de interface gráfica.
Esta placa é capaz de controlar até 4 drivers de motores de passo (X, Y, Z, A), podendo
optar por duplicar X, Y ou Z, ou então trabalhar com um quarto eixo. Sua tensão de trabalho é
entre 12 a 36VDC
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3.2.2 Drivers de potência
Para controle dos motores de passo, os drivers, se encaixam nas aplicações que exigem
um posicionamento exato do motor. O driver A4988 pode ser alimentado entre 3 e 5.5V e com
a capacidade de saída de 8 a 35V ± 2A. Este módulo driver é controlado pelo chip Allegro
A4988, nele também é acoplado um trimpot que permite a regulagem da corrente de saída.
Figura 13 – Driver motor de passo
Fonte: Arduino e Cia, 2015.
Por meio dos pinos MS1, MS2 e MS3, temos uma função que possibilita a configurar
qual será a utilização dos micropassos, acionando-os conforme a sequência mostrada na tabela
temos: as resoluções passo inteiro (1/1), meio passo (1/2), quarto de passo (1/4), entre outros
modos.
Tabela 1 – Configuração de micropassos
Fonte: Arduino e Cia, 2015.
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Vale lembrar que a utilização de micropasso reduz o torque do motor em média 30%
comparado com o modo de passo completo, ou seja, quanto maior o micropasso menor torque
do motor, porem o benefício se dá, quanto maior o micropasso melhor a definição da peça a ser
usinada.
Ao ter essas informações, convêm obter-se uma relação para sua máquina, através de
testes, entre: a melhor resolução da peça e garantindo o melhor torque do motor.
3.2.3 Motor de passo
Motor de passo é um tipo de motor elétrico que possuem várias bobinas, quando
magnetizadas individualmente e na sua sequência correta fazem que o eixo gire uma fração de
revolução (volta), caso a bobina for mantida magnetizada o motor fica travado. Esse movimento
angular é determinado a partir de pulsos elétricos controlados, permitindo controlar a posição,
velocidade e a direção.
Ao contrário dos motores de corrente contínua que rodam quando aplicada tensão aos
seus terminais, eles não possuem escovas e nem enrolamento no rotor. Os enrolamentos são
fixos no estator do motor, e quando energizados atraem o rotor de material magnético fazendo
com que fique alinhado. Isso gera uma pequena variação de ângulo que é chamada de passo e
a quantidade de movimento do rotor em um pulso, é chamada de ângulo de passo.
Os softwares controladores geralmente mantem a última bobina magnetizada ativada
por duas razões:
Manter o eixo travado evitando que o carro de plotagem fique livre e se desloque;
Reiniciar o movimento na posição exata, caso o próximo movimento seja de retroceder,
o software mandara um pulso na bobina anterior a que estiver energizada.
Afim de obter maior torque do motor de passo, alguns softwares energizam a próxima
bobina por alguns microssegundos antes de liberar a bobina anterior.
Para a escolha dos motores já é um pouco mais crítico, primeiramente deve-se atentar
qual a força de avanço foi definida no projeto. Os cálculos necessários para escolha do motor
estão citados no Apêndice.
O motor de passo definido será o NBM Minebea modelo 23KM-C051 -07V, flange
nema 23 com 9,9 Kgf e ângulo de passo 1,8 graus.
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Figura 14 – Motor de passo Nema 23
Fonte: Stepper Motor, 2017.
3.2.4 Motor de fresamento
No tópico anterior é mencionado o motor de passo, que são os responsáveis pela rotação
dos fusos, que consequentemente movem os conjuntos de eixos da máquina. Além desse, é
necessário o motor para o fresamento das peças.
O motor Spindle foi desenvolvido para trabalhos com fresas, brocas e outras ferramentas
de usinagem em geral, substituindo a tupia usada para trabalhos manuais. O mesmo será
acoplado em suporte, fixado no eixo Z.
Figura 15 – Motor Spindle
Fonte: Aliexpress, 2017.
No modelo escolhido de 500W 100VDC, a refrigeração é feita por cooler interligado no
eixo do motor. Devido sua forma de construção sendo feita com rolamentos de contato angular,
permite o ajuste de folga do conjunto, tornando o altamente preciso. O desvio está entre 0,01 a
0,03mm.
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3.2.5 Fonte de alimentação
As fontes de alimentação fornecem a tensão contínua para os equipamentos eletrônicos
funcionarem a partir da tensão alternada da rede elétrica. Será usado dois modelos de fontes
para alimentação, sendo elas:
Figura 16 – Fonte de alimentação
Fonte: O autor, 2017.
3.2.5.1 Fonte de alimentação com regulador de velocidade C3-2.
Esta fonte será dedicada para a alimentação e o controle do motor Spindle. Através da
figura 15 pode-se perceber que em seus borns é inserido um potenciômetro, responsável pelo
controle de velocidade do motor que também pode ser controlado por um sistema de software
PWM-Mach3 implantado na eletrônica CNC.
3.2.5.2 Fonte de alimentação ATX.
A fonte ATX de computadores desktop, passará por uma adaptação para fins na
utilização em nosso projeto, usado na alimentação dos motores de passo. Por ser uma fonte
chaveada, através dos pinos de alimentação que é usado na placa mãe do computador, é possível
subtrair a tensão de +12Vcc, que é faixa ideia de alimentação do drivers.
Nas especificações do fabricante da fonte, é informado a corrente de saída para cada
tensão, a partir desta e a corrente necessária para os 3 motores, definiremos a possibilidade ou
não de usar a fonte.
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3.3 Softwares
Cada parte do projeto é importante para o funcionamento correto da máquina, porém a
parte de softwares de comunicação e configuração é muito essencial. Uma “virgula” sequer ou
algum “parâmetro” escrito errado na programação, acarretará em sérios problemas.
Apesar do uso deste domínio público ser recente iniciando em meados de 2000, já
existem vários programas, extensões e firmware disponíveis. O primeiro a ser desenvolvido foi
pela Artsoft, o Mach3, como uma alternativa para usuários do sistema Windows.
3.3.1 Firmware GRBL
Este software é um controlador de máquinas cartesianas para apenas 3 eixos, XYZ. É
um excelente interpretador de g-code, que além de processar juntos dos eixos, o controle de um
Spindle e fluído de usinagem. A maioria de projetos como, maquinas de corte a laser, corte à
plasma, máquinas de desenho e pintura, furadeiras automáticas e em especial muitas fresadoras
e Routers CNC usam este controlador.
Simem Svale Skogsrud é o desenvolvedor do GRBL. Em 2009 liberou a sua primeira
versão open source (código aberto), tornando-se um fenômeno devido ao seu alto desempenho,
requisitos de hardware e simplicidade.
Os programas CAM para ser interpretados e controlar os motores da Router é necessário
instalar o firmware GRBL dentro do microcontrolador Arduino. Para isso é necessário que
tenha instalado no computador, a IDE do Arduino. Logo é possível carregar a biblioteca,
inserindo o arquivo descompactado do download feito no site do desenvolvedor, para a pasta
Libraries do software Arduino.
Será usado a versão v0.9j que é comtemplada com 132 parâmetros de configuração do
sistema podendo ser modificado digitando na linha de comando $ ou $$ para visualizar toda a
lista de configurações atuais do sistema. Todas as configurações são persistentes e mantidas na
memória EEPROM do Arduino.
3.3.2 Extensões .cam
Esta etapa da criação de peças de desenvolvimento pode ser realizada por vários tipos
de programas de desenho técnico ou gráfico. Naquele que foi definido como padrão pelas
necessidades de desenvolvimento da peça, será instalado a extensão CAM, que fará a leitura do
desenho e gerar as coordenadas do mesmo.
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Ao ser feito a execução do desenho 2D no programa, como por exemplo, no SkeckUp,
primeiramente terá que ser feito as configurações de fresamento, velocidade, espessura do
material, entre outras que podem ser conferidas na aba de parâmetros da extensão SketchUcam
instalada dentro do programa. Após finalizado os primeiros passos, estará pronto para gerar o
arquivo e até mesmo o arquivo G-code em 3D, que futuramente será importado para a
plataforma Universal Gcode Sender.
Figura 17 – Extensão SketchUcam
Fonte: Software SketchUp, 2017.
3.3.3 Universal Gcode Sender
O G-Code (Código G) é uma linguagem de programação que gera sinais de saída para
comandar os movimentos de máquinas operatrizes de CNC, pela interpretação direta de
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instruções codificadas na forma de números e letras. Foi desenvolvido no início da década de
1960 pela Aliança das Indústrias Eletrônicas.
Existem diversos comandos normalizados para posicionamento da ferramenta, ligar e
desligar a rotação da ferramenta, ativar e desativar o uso de fluido de corte, ativar e desativar a
correção de raio da ferramenta, ciclos pré-programados como de furação, rosqueamento,
desbaste e outros. Normalmente os comandos de máquinas utilizam para referenciar a posição
de ferramentas quatro pontos de referência, denominados: ponto zero da máquina, ponto zero
da peça, ponto de referência da ferramenta e ponto de referência da máquina. Com a linguagem
o programador escreve o programa com estes comandos usando os parâmetros necessários e,
para o posicionamento, utiliza um sistema de coordenadas que pode ser absoluto ou
incremental. O usuário pode optar em operar sua máquina de forma semi-manual, isto é,
digitando determinados comandos no terminal de entrada da máquina para que ela realize as
operações desejadas.
A partir do Código-G foi criado o Universal Gcode Sender que é uma multiplataforma
baseada em Java, operando como visualizador de códigos G, pré-processamento e envio para o
microcontrolador. Ele depende inteiramente do GRBL para fazer sua comunicação.
Pode-se usar todos os comandos citados no código-G e além, não se preocupar com a
programação para realizar as operações, em conjunto com extensão CAM temos as coordenadas
geradas por software da peça a ser trabalhada, que pode ser visualizada antes da usinagem ou
enviar para o sistema iniciar a usinagem.
3.4 Acessórios e Complementos
3.4.1 Adaptações na eletrônica
Será necessário realizar a supressão de ruído gerado pelos motores e por outros fatores,
eliminando este efeito negativo que causa perda de passo, pane no circuito controlador, entre
outros problemas que prejudicam no sistema eletrônico e mecânico ao todo.
O microcontrolador Arduino é mais suscetível a interferência, justamente porque ele usa
a porta USB que é uma saída de baixa tensão, enquanto as outras controladoras são mais
robustas e usam a porta DB25 que é de alta tensão.
Possíveis causas de interferência:
Faíscamento das escovas do motor de Spindle;
Proximidade do inversor com os drivers, no caso de um motor de indução;
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Metais se tocando ou vibrando por causa das vibrações inerentes do funcionamento da
máquina;
Misturar cabos que podem gerar ruído com os cabos propícios a captação desse ruído,
por exemplo, cabos de sinal ou levar o ruído a um circuito mais sensível;
Comprimento do fio inversor motor;
A transmissão de ruído via rede elétrica devido uma má instalação: fios de bitola
inadequada, procedimentos adaptados, falta de aterramento e emedas na fiação
malfeitas.
Principais soluções:
Isolar o motor Spindle da estrutura da máquina;
Instalação de filtros de modo comum (ferrites), entre o inversor e motor ou na
alimentação do inversor e nos fios de alimentação do motor;
Um osciloscópio dotado de uma bobina captadora, pode auxiliar na avaliação de sinais
induzidos;
Os cabos de terra devem ser curtos e o aterramento da máquina também deve ser feito
de maneira correta;
CNC com estrutura de MDF reduz a interferência;
As conexões entre inversor e motor devem ser as mais curtas possíveis e o ideal é que
os cabos não estejam na mesma calha ou duto dos outros cabos, mais sensíveis a
interferência;
Usar técnicas para desacoplamento entre os alimentadores em 127Vca do motor e dos
outros circuitos, exemplo: filtros de linha de boa qualidade;
A utilização de blindagem (caixas metálicas e cabos blindados) de maneira correta,
também ajuda;
Uma máquina deveria ter um projeto sistêmico para minimizar ruídos e interferências
eletromagnéticas;
Ligue a blindagem apenas no lado do inversor, do lado do motor não ligue a blindagem;
Aterrando a malha de todos os cabos dos motores de passo apenas pelo lado do drive;
Afastar o painel para longe da máquina;
O filtro de linha na entrada de cada fonte também ajuda a desacoplar as cargas
conectadas no mesmo alimentador;
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Para rede elétrica não tratada pode-se ser usado núcleo E+E de ferrite de tamanho
suficiente para enrolar 10 a 20 espiras, quanto mais espiras, melhor a rejeição do filtro.
3.4.2 Aplicação do conceito NR-12
Segurança no trabalho em máquinas e equipamentos (NR-12), é uma norma
regulamentadora que é aplicada em máquinas e equipamentos novos e usados, que tendem mais
em áreas da indústria, mas ao conhecer o risco que a Router oferece para o usuário e para o
coletivo, a aplicação deste conceito no projeto garantirá a saúde e segurança para os mesmos.
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem referências técnicas, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a saúde e a integridade física dos trabalhadores e estabelece requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de projeto e de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos, e ainda à sua fabricação, importação, comercialização, exposição e cessão a qualquer título, em todas as atividades econômicas, sem prejuízo da observância do disposto nas demais Normas Regulamentadoras – NR aprovadas pela Portaria nº 3.214, de 8 de junho de 1978, nas normas técnicas oficiais e, na ausência ou omissão destas, nas normas internacionais aplicáveis. (PRINCÍPIOS...1978, p. 01).
A partir deste, foi definido fabricar um enclausuramento móvel fechando a máquina por
inteiro, com um material leve e incolor facilitando o acompanhamento quando ligada. Além
disto será incluído no seu sistema um painel de controle e chaves fim de curso, caso necessário
de forma segura podemos parar a máquina por completo com um simples toque, acionando as
botoeiras de emergências.
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4 CONCLUSÃO
O trabalho realizado permitiu, de forma bastante eficaz, o aprimoramento de nossos
conhecimentos. Utilizamos de uma sólida base teórica para selecionar o projeto, e desenvolver
posteriormente, a parte técnica desta composição.
Podemos perceber que foi demonstrado vários tipos de materiais, tanto mecânicos como
elétricos/eletrônicos. No trabalho só foram apontados os componentes que usamos em nosso
projeto, porém há inúmeras maneiras e formas de construção de uma Router CNC. Apesar disto,
o princípio é o mesmo. Vale lembrar novamente que a escolha do material a ser usado, depende
da análise inicial para a construção da máquina, descrito no primeiro e segundo tópico do nosso
trabalho.
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