Usinagem CNC

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CNC - Capa.docx
 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
 CAMPUS CURITIBA
 DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
SAMUEL V. FRANCISCON ELIAS
CONTROLES DE CNC DE ALTO NÍVEL
CURITIBA
2013
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
SAMUEL V. FRANCISCON ELIAS
CONTROLES DE CNC DE ALTO NÍVEL
Relatório apresentado como requisito parcial à obtenção da nota da disciplina de Usinagem CNC do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba.
Professor: Valdemar
CURITIBA
2013
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 	3
2. MDI – MANUAL DATA INPUT	
3. SISTEMAS DE MONITORAMENTO DO PROCESSO DE USINAGEM	
4. CONTROLE ADAPTATIVO	
4.1. O Controle Adaptativo Como Ferramenta de Otimização em Processos de Usinagem e Corte	
3.2. Aplicação de Controle Adaptativo em Usinagem	
5. CONCLUSÃO	 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	
CNC - Capa(2).docx
 UNIVERSIDADE TECNOLÓEDERAL DO PARANÁ
 CAMPUS CURITIBA
 DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
SAMUEL V. FRANCISCON ELIAS
CONTROLES DE CNC DE ALTO NÍVEL
CURITIBA
2013
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
SAMUEL V. FRANCISCON ELIAS
CONTROLES DE CNC DE ALTO NÍVEL
Relatório apresentado como requisito parcial à obtenção da nota da disciplina de Usinagem CNC do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba.
Professor: Valdemar
CURITIBA
2013
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 	3
2. MDI – MANUAL DATA INPUT	
3. SISTEMAS DE MONITORAMENTO DO PROCESSO DE USINAGEM	
4. CONTROLE ADAPTATIVO	
4.1. O Controle Adaptativo Como Ferramenta de Otimização em Processos de Usinagem e Corte	
3.2. Aplicação de Controle Adaptativo em Usinagem	
5. CONCLUSÃO	 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	
Relatorio processo de fresamento.doc
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CAMPUS CURITIBA
ENGENHARIA MECÂNICA 
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
RELATÓRIO DO PROCESSO DE OPERAÇÃO PARA FRESA CNC
CURITIBA
2013
�
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
Relatório do processo de operação para Fresa CNC
Relatório apresentado como requisito parcial à obtenção da nota da disciplina de Usinagem CNC do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba.
Professor: Valdemar Nogosecki
CURITIBA
2013
INTRODUÇÃO
O processo de usinagem é hoje em dia amplamente utilizado nas mais diversas áreas da indústria de manufatura, sendo que grande destaque pode ser dado para a indústria automobilística cujos componentes exigem precisão, controle dimensional e possibilidade de produção de grandes lotes em pouco tempo, características encontradas no processo de torneamento e fresamento.
O processo de fresamento consiste em uma operação de usinagem em que o metal é removido por uma ferramenta giratória denominada fresa que possui múltiplos gumes cortantes. Cada gume remove uma pequena quantidade de metal em cada revolução do eixo onde a ferramenta é fixada. A operação propicia a usinagem de superfícies apresentando qualquer orientação, porque tanto a peça quanto a ferramenta podem se movimentar em mais de uma direção, ao mesmo tempo.
Este trabalho possui a finalidade de relatar todas as etapas do processo de operação na fabricação de uma peça em fresadora CNC. Para que o operador tenha condições de executar a tarefa, com a utilização do documento.
Definir as etapas para um processo de usinagem é o primeiro procedimento, além disso no âmbito de uma empresa é necessário definir todas as operações, parâmetros de corte necessários, folhas de operação, listas de ferramentas e cálculos dos custos gerados até chegar a peça final. 
 2 – Metodologia Utilizada
A partir de um croqui e do material pré-definido como aço fundido, pode – se começar a definir a máquina a ser utilizada (no caso da geometria desta peça, será utilizado uma fresadora CNC), as ferramentas necessárias para produzi-la, o método de fixação mais adequado, o tamanho da matéria prima que entrará na máquina entre outros.
	A fresadora usada para desenvolver esta peça, será o Triac PC, que possui uma torre com 8 ferramentas, utiliza a linguagem Fanuc OM, com uma potência de 15HP(11,185KW) e um rendimento de aproximadamente 80%, fornecendo uma rotação máxima de 5000 rpm. Ela possui três eixos lineares (X, Y, Z), sendo que seu curso máximo é de: X 220 mm, Y 170 mm, Z 150 mm. A fixação usada será uma morsa fixada a mesa da máquina. Será admitido um lote de 100 peças.
	O material de entrada na máquina será de aço fundido com dimensões de 180 mm x 120 mm x 45 mm.
Depois de definir a forma da matéria prima, a fixação da mesma na máquina e as ferramentas a serem usadas desenvolveram um programa para a fresadora CNC (na linguagem Fanuc OM) e com o auxílio do simulador Denford, o programa será testado no mesmo.
 3- Definição de Processo	 
3.1- Matéria Prima
O material da peça foi apenas definido com aço fundido, se a peça aqui estudada fosse para uma aplicação prática o tipo de aço fundido seria definido de acordo com as propriedades mecânicas necessárias, porém como a finalidade deste estudo é apenas para o estudo teórico do processo de fresagem o tipo de aço a ser fundido será definido aleatoriamente, para que se possa restringir os cálculos a serem feitos posteriormente, como aço fundido 1045 com tratamento térmico de normalização. O aço fundido é geralmente vazado em moldes de areia ou metálicos, onde adquire a forma exata da cavidade do molde, necessitando eventualmente pequenos acertos, através de operações de usinagem para acabamento, sendo assim a matéria prima terá praticamente as mesmas dimensões da peça definitiva, portando, para este estuda. Será utilizado um bloco com 180 mm de comprimento, 120 mm de largura e 45 de altura.
3.2- Dispositivo de Fixação
Analisando a geometria da peça que será fabricada, definimos a fixação da matéria prima através de uma morsa, que será presa a mesa da máquina através de parafusos [imagem no apêndice – dispositivos de fixação]. Esse sistema garante repetitividade ao processo que se repetirá para execução de um lote peças.
3.3- Ferramentas
Sabendo que um aço fundido SAE 1045 normalizado, possui as seguintes propriedades:
Limite de Resistência: 60 Kgf
Limite de Escoamento: 32 Kgf
Alongamento: 16%
Dureza: 170 a 230 HB
Pode – se definir o material da ferramenta, como indicado na norma ISO – 153-1975, de metal duro do grupo M. Uma ferramenta de metal duro é indicada apenas quando a dureza do material não ultrapassa 45HRc. Sabendo que o aço fundido SAE 145 normalizado não ultrapassa a faixa de 20 HRc não há problemas em utilizar esta ferramenta. [ a lista de ferramentas utilizadas está no apêndice]
3.4- Parâmetros de corte
Através da página do fabricante, retiramos as condições ideais para o corte (como velocidade de corte, avanço) para cada ferramenta [tabela 1]. A profundidade de corte para o cabeçote fresador foi obtido através da fórmula de potência de corte,
para que o mesmo obedeça a potencia oferecida pela máquina. Já para as fresas de topo foi recomendada a profundia de um quarto do diâmetro da ferramenta.
Pela fórmula:
η = . 100
(1)
Onde η é o rendimento da máquina (80%), é a potência de corte na ferramenta (consumida na operação de remoção de cavaco), é potência de acionamento da máquina (11,185 kW), obtemos a potência de corte:
De acordo com os parâmetros recomendados fornecidos pelo fabricante das ferramentas, dados na tabela 1, podemos verificar que esse valores são aplicáveis a potencia efetiva de corte oferecida pela máquina (11,185 kW), de acordo com a fórmula:
=
(2)
 Onde Ap é a profundidade de corte, Kc a pressão especifica de corte cujo valor orientativo de 1900MPafoi obtido de acordo com o material usinado(Aço Fundido SAE 1045) e o avanço por dente recomendado pelo fabricante da ferramenta, η o rendimento já conhecido da máquina e Vf é a velocidade de avanço dada em mm/min obtida pela fórmula:
=
(3)
Onde z é número de facas da ferramenta, n a rotação e fz o avanço por dente. Um valor comum de avanço por dente recomendada pelo fabricante das ferramentas foi o de 0,1 mm, que será utilizada por todas as ferramentas da fresa com insertos afim de facilitar a programação. 
Com os dados fornecidos pelo fabricante da ferramenta é possível calcular a rotação ( n ) necessária através da fórmula: 
Vc = 
(4)
Onde Vc é a velocidade de corte fornecida pelo fabricante e D o diâmetro crítico de corte, que no fresamento coincide com o diâmetro da ferramenta.
Os valores obtidos para a potencia de corte com os parâmetros recomendados foram de: 4,96kW para o cabeçote fresador de 40 mm de diâmetro, 2,64kW para a fresa de topo de 20 mm de diâmetro e 0,99kW para a fresa de topo de 10 mm de diâmetro. 
Isso significa que a máquina suporta essas operações com seus respectivos parâmetros, já que os valores obtidos de potencia são menores do que a potencia oferecida pela maquina.
3.5 – Definições das fases do processo
Como objetivo de toda fabricação em lotes tem-se maximizar a produção e juntamente com isso reduzir custos, observa-se que estes fatores dependem essencialmente do tempo necessário para sua execução. Por isso foi indispensável um planejamento criterioso do processo, definindo as operações que serão realizadas e suas sequencias, antes da usinagem como fixação, definição dos sistemas de coordenadas, e durante a usinagem efetiva, as operações programadas no simulador, visando obter um menor desperdício nos tempos de usinagem.
 Classificou-se o processo em uma Fase As etapas dessa fase única descrevem todos os passos realizados de acordo com a seguinte classificação: processos de preparação; processos de execução
3.5.1 – Fase 1
3.5.1.1 – Processos de preparação.
Primeiramente o operador deverá fixar a matéria prima de Aço Fundido SAE 1045, centralizando-o na mesa da máquina, posicionando o bloco em 6mm para dentro da morsa . O sistema de referência zero peça já está definido no programa [Imagem na folha de operação – fase 1].Após isso se inicia a fase de usinagem, rodando o programa fanuc-OM.
 
 3.5.1.2-Processo de execução
Primeiro é feito a usinagem da superfície utilizando o cabeçote fresador de diâmetro 40mm, então é feito a usinagem do contorno primeiro fazendo o desbaste na direção concordante e depois o acabamento concordante. A próxima operação a ser realizada é a usinagem interna da peça, esta é feita em duas etapas: primeiro é usinado o contorno interno e retirado todo o material delimitado pelo contorno até uma profundidade z de 20mm, depois é feita a usinagem até a profundidade z=25mm em duas passadas, contornando os detalhes interiores. Após isso é feito o acabamento em todo o contorno interior da peça. Por último é feito dois furos passantes utilizando a broca.
4- Considerações Finais e Conclusão
A tomada de decisão de cada elemento presente em cada parte do processo de produção da peça final é de vital importância, por isso se fez necessário a pesquisa e as discussões por parte dos membros da equipe para as melhores condições de fabricação. Detalhes como a fixação e localização correta, as ferramentas a serem utilizadas e a sequência de operações na máquina merecem muita atenção. Algumas dificuldades foram encontradas na hora de definir como a peça seria produzida e a melhor sequência de operações da fresa. 
Desenho Técnico da Peça
Cotas para programação.
5- Anexos
		T
		Descrição/Material da Ferramenta/Revestimento (Código da ferramenta)
		Vc (m/min) 
		Rotação (RPM)
		Ap
(mm)
		01
		Cabeçote fresador/4 facas/ Metal Duro / M10 (R390-11 T3 02E-PM 1025 Sandvik)
		235
		1880
		4
		
		
		
		
		
		
		Fresa de topo/ 2 facas/ Metal Duro/ M10 (Sandvik R300-1032E-PM 1025)
		200
		3200
		5
		02
		
		
		
		
		
		
		
		
		
		03
		Fresa de topo/ 2 facas/ Metal Duro/ PVD (Sandvik R300-0517E-MM 2040)
		150
		4800
		2,5
		
04
		Broca de Centro/Aço Rápido HSS
		35
		4266,6 
		
		
		
		75
		4000
		
		05
		Broca/ Metal Duro/ M10 (Sandvik 860.1-0300-016A0-PM 4234)
		
		
		
		
		
		
		
		
		06
		
		
		
		
		
		
		
		
		
		07
		
		
		
		
		
		
		
		
		
		08
		
		
		
		
		 09
		
		
		
		
Tabela 1.
6- Apêndice
MATÉRIA-PRIMA
Nome/No da Peça: Projeto Fresamento.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros
Máquina: Fresa Triac Pc.
Material da Peça: Aço Fundido SAE 1045.
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Data: 07/10/2013.
				 
LISTA DE FERRAMENTAS
Nome/No da Peça: Projeto Fresamento. 
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros.
Programa(s): -
Máquina: Triac Pc.
Material da Peça: Aço fundido SAE 1045.
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
		T
		Descrição/Número de Facas/Material da Ferramenta/Revestimento (Código da ferramenta*)
		Lc min
(mm)
		Lm min
(mm)
		Diâmetro
(mm)
		01
		Cabeçote fresador/4 facas/ Metal Duro / M10 (R390-11 T3 02E-PM 1025 Sandvik)
		
		
		40
		
		
		
		
		
		02
		
		
		
		
		
		Fresa de topo/ 2 facas/ Metal Duro/M10 (Sandvik R300-1032E-PM 1025)
		
		
		20
		
		Fresa de topo/ 2 facas/ Metal Duro/ M10 (Sandvik R300-0517E-MM 2040)
		
		
		
		03
		
		
		
		 10
		
		
		
		
		3.17
		04 
		Broca de Centro/Aço Rápido HSS
		
		
		
		05
		Broca/ Metal Duro/ M10 (Sandvik 860.1-0300-016A0-PM 4234)
		
		
		6
		
		
		
		
		
* Código interno da empresa ou de algum fornecedor utilizado para compra
Lc: Comprimento útil de corte mínimo exigido pela peça/programa (ap máx programado) 
Lm: Comprimento mínimo de montagem (ou em balanço) para fora da pinça/porta ferramenta para não haver colisão com peça, grampo, parafuso, etc.
DISPOSITIVO DE FIXAÇÃO
Nome/No da Peça: Projeto Fresamento.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros.
Máquina: Fresa Triac PC.
Material da Peça: Aço fundido SAE 1045.
		
Programa(s): Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Instruções ao Operador e Observações:
O dispositivo de fixação para esta aplicação será uma morsa fixada na mesa da 
		maquina. 
		
FOLHA DE OPERAÇÃO – Fase 1
Nome/No da Peça: Projeto Fresamento.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros.
Programa(s): -
Máquina: Fresa Triac PC.
Material da Peça: Aço SAE 1060.
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Data: 07/10/2013.
		
 Instruções ao Operador e Observações:
		Fixar a matéria prima a 36mm para fora da morsa.
		Posicionar o zero peça .
		Realizar a usinagem da peça
Programa para a Fresa Triac PC.
Avanço em mm/min: Cabeçote fresador 40 mm = 752 mm/min
Fresa de topo 20mm= 640 mm/min
Fresa de topo 10 mm = 960 mm/min 
Broca 6mm e broca de centro : 800 mm/min 
Programa principal
[BILLET X180 Y110 Z40
[TOOLDEF T01 D6
(BROCA 6)
[TOOLDEF T02 D10
(FRESA DE TOPO 10)
[TOOLDEF T03 D6
(BROCA DE CENTRO 6)
[TOOLDEF T04 D6
(FRESA DE TOPO 6)
[TOOLDEF T05 D40
(CABEOTE FRESADOR 40)
[TOOLDEF T06 D20
(FRESA DE TOPO 20)
[EDGEMOVE X-5 Y30
([STEP
N10 G21 G40 G90 G94
N20 M06 T05 G43 H05
(CABECOTE FRESADOR 40)
N30 M03 S800
N40 G92 X-190 Y-85
N50 G00 X-30 Y-35 Z5
N60 G01 Z0 F200
N70 X170
N80 Y5
N90 X-10
N100 Y45
N110 X170
N120 Z5
N130 M05
N140 M06 T06 G43 H06
(FRESA DE TOPO 20)
N150 M03 S640
N160 G00 X-20 Y0 Z5
N170 G01 Z0 F200
N180 M98 P010001
N190 G41
N200 G01 X-10
N210 X0
N220 Y40
N230 X140
N240 G02 X160 Y20 R20
N250 G01 Y-20
N260 G02 X140 Y-40 R20
N270 G01 X0
N280 Y10
N290 X-11
N300 G40
N310 G01 X-20 Y0
N320 Z5
N330 M05
N340 M06 T02 G43 H02
(FRESA TOPO 10)
N350 M03 S800
N360 G00 X-10 Y0
N370 G01 Z0 F200
N380 M98 P010003
N390 M98 P010002
N400 G42
N410 G01 X0
N420 Y22.4
N430 X27 Y32
N440 X140
N450 G02 X152 Y20 R12
N460 G01 Y-20
N470 G02 X140 Y-32 R12
N480 G01 X27
N490 X0 Y-22.4
N500 G40
N510 G01 X-6 Y0
N520 Z5
N530 M05
N540 M06 T03 G43 H03
(BROCA DE CENTRO)
N550 M03 S2133
N560 G81 G99 X10 Y0 Z-38 R-20 F200
N570 X20 Y0
N580 M05
N590 M06 T01 G43 H01
(BROCA 6)
N600 M03 S2133
N610 G81 G99 X10 Y0 Z-38 R-20 F200
N620 X20 Y0
N630 M05
N640 N06 T06
N650 M30
Subrotinas
0001
N10 G91
N20 G01 Z-10
N30 G90
N40 G42
N50 G01 X-10
N60 X-1
N70 Y-41
N83 X140
N90 G03 X161 Y-20 R21
N100 G01 Y20
N110 G03 X140 Y41 R21
N120 G01 X-1
N130 Y-10
N140 X-11
N150 G40
N160 G01 X-20 Y0
N160 M99
0002
N10 G91
N20 G01 Z-5
N30 G90
N40 G41
N50 G01 y-21.4
N60 X0
N70 x27 y-31
N80 X140
N90 G03 X151 Y-20 R11
N100 G01 Y20
N110 G03 X140 Y31 R11
N120 G01 X27
(N130 G03 X26.4 Y27 R5
(N140 G02 X0 Y17.6 R10
N130 X0 Y21.4
N134 G40
N140 G01 X-6
N150 Y-12.4
N160 X0
N170 X27 Y-16
N190 X142
N200 Y-6
N210 X0
N220 Y3
N230 X142
N240 Y10
N250 X17
N260 Y18
N270 X142
N280 X-6 Y0
N300 M99
0003
N10 G91
N20 G01 Z-2.5
N30 G90
N40 G41
N50 G01 X0
N60 y-21.4
N70 x27 y-31
N80 X140
N90 G03 X151 Y-20 R11
N100 G01 Y20
N110 G03 X140 Y31 R11
N120 G01 X27
(N130 X17 Y30
(N140 G02 X0 Y16.6 R11
N130 X0 Y21.4
N140 G40
N150 G01 X-6
N160 Y-12.4
N170 X0
N180 X27 Y-16
N190 X92
N200 X88 Y-12
N210 X0
N220 Y-2
N230 X45
N240 Y5
N250 X0
N260 Y12
N270 X88
N280 X92 Y22
N290 X27
N295 G42
N300 G01 X46 Y0
N310 G03 X52 Y-6 R6
N320 G01 X62
N330 G03 X62 Y6 R6
N340 G01 X52
N350 G03 X52 Y-6 R6
N360 G01 X62
N370 G03 X68 Y0 R6
N380 G01 X92
N410 G03 X132 Y0 R20
N420 G03 X92 Y0 R20
N430 G03 X112 Y-20 R20
N435 G01 X132
N437 G03 X137 Y-15 R5
N438 G01 Y15
N440 G03 X132 Y20 R5
N445 G01 X92
N450 G03 X87 Y15 R5
N460 G40
N470 G01 X82 Y-25
N480 X75 Y25
N490 X27
N500 X-6 Y0
N510 M99
40
Apresentação CNC - modelo final.ppt
*
*
CONTROLES DE 
CNC DE ALTO NÍVEL
Francielli Roxadelli Robim
Pedro Murilo Souza de Quadros
Samuel V. Franciscon Elias
*
*
CONTROLES DE CNC DE ALTO NÍVEL
Custo;
Qualidade;
Materiais de difícil usinagem;
Materiais da ferramenta;
Flexibilidade;
Tempo de resposta.
*
*
MDI - Introdução
Significado MDI;
Diferenças entre MDI e um programa CNC;
Vantagens e desvantagens do MDI.
*
*
Programa com função MDI
*
*
Programa com função MDI
*
*
Exemplo de aplicação em MDI
“Possuo uma CNC com comando Mitsubishi M70. Esses dias me deparei com a seguinte situação: precisei facear uma placa de ferroe precisei prendê-la na máquina com 4 grampos. 
		E acabei optando por não realizar um faceamento via programa e sim de forma manual, apesar de ser uma máquina CNC. 
		Minha pergunta é: existe algum comando que faça a máquina rodar como se fosse uma fresadora ferramenteira, no qual o operador põe ela para rodar e trava o avanço de forma automática?”
*
*
Dicas para evitar acidentes com o MDI
Sempre ser cuidadoso sobre o que está acontecendo antes de apertar o botão ‘enter’ para iniciar o comando MDI;
Quanto maior a ferramenta, maior será o acidente se ocorrer um erro. Iniciar com pequenas e baratas ferramentas e deixar as mais complexas e caras para quando tiver segurança do manuseio;
*
*
Dicas para evitar acidentes com o MDI
Não se distrair enquanto a máquina estiver trabalhando. Dê total atenção à máquina;
Antes de rodar um programa em MDI, certifique-se da posição do grande botão de ‘stop’. Não hesite em apertá-lo se não entender o que está acontecendo;
Cuidar com dígitos e sinais soltos, pois se houver pode ser uma maneira fácil de acontecer algo que não era esperado.
*
*
SISTEMAS DE MONITORAMENTO 
DO PROCESSO DE USINAGEM
Variáveis do processo de usinagem:
Forças de cortes;
Vibrações;
Ruídos;
Elevadas temperaturas;
*
*
SISTEMAS DE MONITORAMENTO 
DO PROCESSO DE USINAGEM
Os sinais detectados pelos sensores são correlacionados com o estado da ferramenta e/ou condições do processo.
*
*
SENSORIAMENTO EM USINAGEM
A integração de sensores para monitoramento e controle de processos constitui-se em uma tecnologia que se espera ter um grande impacto na produção nos próximos anos. 
Existem basicamente dois métodos diferentes para 
o monitoramento do processo de usinagem com o 
objetivo de prever os parâmetros envolvidos no 
corte e controlar as máquinas-ferramentas: 
Métodos diretos e indiretos.
*
*
Métodos Diretos
Os métodos diretos medem a quantidade real da variável.
O desgaste da ferramenta, é uma medida direta realizada na superfície da ferramenta com um microscópio ótico e um micrômetro.
*
*
Métodos Diretos
Outros exemplos de medição direta são:
 
Sensores óticos (câmeras para inspeção visual de peças acabadas);
Sensores laser;
Sensores de ultrassom. 
*
*
Métodos Indiretos
Nos métodos indiretos são medidas quantidades auxiliares tais como os componentes da força de corte. 
A quantidade real é subsequentemente deduzida através de relações empíricas que as correlacionam. 
Os métodos indiretos são menos precisos que os
diretos e mais adequados para aplicações práticas. 
Em contraponto à precisão, os métodos indiretos são sistemas usualmente mais econômicos para o controle do processos de usinagem. 
*
*
Métodos Indiretos
Exemplos de variáveis medidas por métodos indiretos:
Alterações na Força
Energia nas ondas de deformação ou stress
Ondas acústicas
Vibração da ferramenta/porta-ferramenta
Variação da temperatura no ponto de corte
Corrente ou consumo de potência do motor de acionamento
Rugosidade da peça 
Alterações de Torque
Alterações devido às variações de torques
*
*
Limites (thresholds)
Extraem as informações dos sinais dos sensores e transforma em gráficos limitados.
Se o limite é cruzado pelo sinal, sabe – se que ocorreu alguma situação indesejada durante o processo.
*
*
Limites (thresholds)
Limites fixados: São limites fixos ou flutuantes (de acordo com o número de ciclos realizados).
*
*
Limites (thresholds)
Limites definidos pelo tempo: São limites fixos que variam com o tempo.
“Assinatura da peça”: São limites que variam baseados no tempo ou posição, no decorrer do processo de corte.
*
*
Limites (thresholds)
Os limites são determinados por sinais históricos de situações, usando-se frequentemente estatística. Quando um limite é ultrapassado um alarme visual ou sonoro é ativado.
Os sinais usados no monitoramento vêm de sensores instalados para o efeito na máquina. Os controles numéricos abertos e adaptativos permitem utilizar no monitoramento os sinais internos do controle.
*
*
Sistema de Monitoramento
O que os usuários procuram nestes sistemas?
• Proteção de máquina/operário face a ruptura de ferramenta;
• Minimização de efeitos provocados por uma colisão ou por vibrações;
• Maior aproveitamento de vida de ferramenta (monitoramento de desgaste);
• Maior automatização da mudança de ferramenta (quando mudar);
• Proteção de ferramenta face a colisões, sobrecargas ou vibrações;
• Deteção de peças defeituosas.
*
*
Controle Adaptativo
Controle de feedback e sistemas de otimização, ambos interligados, o processamento destas duas informações permite que o sistema se ajuste as condições detectadas e melhore sua performance.
*
*
Objetivo
Otimizar o processo de fabricação. Aumentando a performance, a qualidade e a uniformização dos produtos. Através de decisões tomadas pelo sistema.
*
*
Funções C.A.
Identificação: preocupa-se com a identificação(dedição) do valor atual de performance do sistema, obtém as informações a partir de feedback do sistema;
*
*
Funções C.A.
Decisão: a partir da performance atual do sistema, DECIDE se altera ou não variáveis para um atingimento de uma performance ainda mais otimizada. Isso se da, também, com uma análise das variáveis do processo.
*
*
Funções C.A.
Modificação: implementa da DECISÃO do sistema.
*
*
C.A em Usinagem
O C.A. ajusta automaticamente os parâmetros de corte tempo real a media em que o trabalho progride. Através da medição das variáveis envolvidas no processo. 
*
*
Variáveis comumente
envolvidas
Deflexão do eixo
Força de corte
Potência exigida 
Temperatura na ponta da ferramenta
Qualidade superficial
Vida útil da ferramenta
Vibrações
*
*
Decisões 
Geometria variável de corte: Há uma mudança na forma, profundidade ou largura de corte, nestes casos, a taxa de avanço é geralmente ajustada para compensar a variabilidade.
*
*
Decisões
Dureza variável: Na peça a usinagem é variável, quando pontos rígidos ou áreas de difícil usinagem são encontrados em uma peça de trabalho, a velocidade ou a alimentação é reduzida para evitar um desgaste prematuro da ferramenta.
*
*
Decisões
Rigidez variável: Se a rigidez da peça variar a taxa de avanço deve ser reduzida para manter a precisão do processo.
Desgaste da Ferramenta: a medida que a ferramenta de corte vai se desgastando a força de corte aumenta, neste caso o C. A. deverá responder reduzindo a taxa de avanço, ou informando que a ferramenta deve ser substituída.
 
*
*
Pros x Contras
Investimento alto 
Pouca confiabilidade, pois ainda há muitas pesquisas envolvidas
Otimização do processo
Produção uniforme
Redução no índice de não conformidade.
Diminuição do números de muitos operários, pois um operário poderá controlar um número maior de máquinas.
Relatório do processo de torneamento.docx
 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
 CAMPUS CURITIBA
 ENGENHARIA MECÂNICA 2012.2
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
Relatório do Processo de Operação para Torno CNC
CURITIBA
2013
FRANCIELLI ROXADELLI
PEDRO MURILO SOUZA DE QUADROS
Relatório do processo de operação para torno CNC
Relatório apresentado como requisito parcial à obtenção da nota da disciplina de Usinagem CNC do curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná - Campus Curitiba.
Professor: Valdemar Nogosecki
CURITIBA
2013
Introdução
O processo de operação na fabricação de uma peça torneada não é baseado simplesmente em obter uma peça acabada a partir de um tarugo de matéria prima e medidas pré-determinadas sem qualquer cálculo auxiliar. Antes de iniciar o torneamento de um lote de peças é necessário avaliar todos os efeitos externos e auxiliares, tais como a eficiência do torno, os tempos de usinagem e todos os parâmetros de corte envolvidos, isso para que o operador tenha condições de executar as tarefas e a empresa possa garantir que a demanda da peça seja viável.
Para isso, precisa – se todas as etapas com os detalhes necessários, incluindo as folhas de operação, listas de ferramentas e cálculos dos parâmetros de corte (como a profundidade de corte, velocidade de corte e potência), usados na produção de um lote de peças.
Com o objetivo experimental, será apresentado as etapas de produção para um lote de 100 peças de formato especifico a partir de alguns parâmetros pré-estabelecidos, tais como, dimensões da peça, material, potência da máquina e custo da hora máquina. 
 2 – Metodologia
A máquina definida para a simulação dos processos de usinagem será um torno Mirac PC. Esse torno utiliza a linguagem de programação Fanuc OT, possui uma torre com 8 ferramentas, trabalha com 8HP de potência ( o equivalente a 5,97KW) e possui um rendimento de 80%, fornecendo uma rotação máxima de 5000 rpm.
A peça a ser usinada é dada em um croqui com suas medidas estabelecidas. O material da peça é aço 1045, e a mesma é dividida em duas partes que serão nomeadas de A e B, para facilitar a compreensão (figura 01).
Figura 01 – Croqui das peças a serem usinadas. As peças são dividas em A e B.
A parte A da peça será obtida a partir de um tarugo de aço 1045 com 56 mm de diâmetro e 140 mm de comprimento e a peça B de mesmo material terá 41 mm de diâmetro de 125 mm de comprimento.
A fixação usada para ela será a placa de três castanhas, temperada. Para o estudo deste caso será considerado a produção de um lote de 100 peças. 
Depois de definir a forma da matéria prima, a fixação da mesma na máquina e as ferramentas a serem usadas é necessário calcular os tempos envolvidos no processo de usinagem, para então definir os custos de produção e optar por desenvolver o programa CNC, ou não. Neste caso o programa será desenvolvido
para demonstração.
 
 3- Planejamento do processo	 
3.1- Matéria Prima
A matéria prima para as duas peças que serão usinadas será aço 1045. Para usinagem da peça A, as dimensões adotadas serão 56 mm de diâmetro e 130 mm de comprimento e para a peça B 37 mm de diâmetro e 90 mm de comprimento. Como pode – se observar na figura 1 a peça B será encaixada na peça A, como uma espécie de luva.
3.2- Dispositivo de Fixação
O processo de fabricação ocorrerá em duas fases. Nas duas a peça ficará presa por uma placa de três castanhas temperada [imagens no apêndice - folhas de operação]. Em ambas as fases, torneamento da peça A e torneamento da peça B o ZP (zero peça) será posicionado a 5 mm da superfície da peça.
3.3- Ferramentas
Para usinagem do aço 1045 para material de ferramenta optado foi a de metal duro. As ferramentas forma obtidas a partir do catalogo do fabricante Sandvik do Brasil. As ferramentas selecionadas para o torneamento das peças estão apresentadas conforme os dados catalogados na tabela 01 e tabela 02 [Apêndices].
3.4- Parâmetros de corte
Através da página do fabricante, retiramos as condições ideais para o corte (como velocidade de corte, avanço, profundidade de corte) para cada ferramenta, tabela 01.
Para determinar a potência de corte, pode – se utilizar a fórmula (1).
η = . 100
		(1)
Como sabe – se a que o rendimento da maquina (η) é de 80% e a potência de acionamento (Pa) é de 8 hp (5,97 kW), calcula – se a potência de corte pela fórmula (1).
Pc = 4,78 kW
De acordo com os parâmetros recomendados fornecidos pelo fabricante das ferramentas, dados na tabela 1, podemos verificar que esse valores são aplicáveis a potencia efetiva de corte oferecida pela máquina (4,77kW), de acordo com a fórmula:
 === 0,16 kW 
Onde Ap é a profundidade de corte, f o avanço, Vc a velocidade de corte, Kc a pressão especifica de corte cujo valor tabelado para aços de média usinabilidade (entre 1040 á 1060) é de de 300 kg/mm2 e η o rendimento já conhecido da máquina.
Com os dados fornecidos pelo fabricante da ferramenta é possível calcular a rotação necessária através da fórmula: 
Vc = 
(2)
Onde Vc é a velocidade de corte fornecida pelo fabricante, D o diâmetro crítico de corte e n a rotação.
A rosca, por ser métrica (M20) já tem seus parâmetros tabelados e podem ser encontrados na tabela 02.
Tabela 02 – Parametros para a fabricação de uma rosca fina M20x1,0.
3.5 – Definições das fases do processo
Como objetivo de toda fabricação em lotes tem-se maximizar a produção e juntamente com isso reduzir custos, observa-se que estes fatores dependem essencialmente do tempo necessário para sua execução. Por isso foi indispensável um planejamento criterioso do processo, definindo as operações que serão realizadas e suas sequencias, antes da usinagem como fixação, definição do sistemas de coordenadas, e durante a usinagem efetiva, as operações programadas no simulador, visando obter um menor desperdício nos tempos de usinagem.
A peça em questão se trata de um conjunto de dois sólidos de revolução que serão fixados um ao outro por rosca. Portanto classificou-se o processo em duas etapas, onde primeiro haverá a usinagem de uma peça e depois da outra. As etapas descrevem todos os passos realizados de acordo com a seguinte classificação: processos de preparação; processos de execução
3.5.1 – Peça A
 
 3.5.1.1 - Processo de execução
Na execução das operações de desbaste o primeiro procedimento a ser realizado é o facemento da peça. A próxima operação realizada é o desbaste longitudinal. Após o perfil da peça desenhado, será realizada a operação de chanfro em suas extremidades e realizado o canal da peça. Após o acabamento será realizada a rosca fina M20x1,0 e por fim o a máquina irá sangrar a peça ficando a encargo de o operador retirá-la e dar início ao próximo ciclo, utilizando os processos de preparação acima descritos. 
3.5.2 – Peça B
3.5.2.1 Processo de preparação
Terminado o lote de peças A, dá-se início à usinagem da segunda peça. Esta virá com comprimento bruto de 115 mm e as fases do processo seguem a mesma logica da peça A, variando apenas em dimensões. O zero peça está localizado à 105 mm.
 3.5.2.2 Processo de execução. 
Esta peça é de geometria mais simples que a anterior sendo necessário apenas o processo de desbaste, seguida do acabamento. Então a peça é sangrada e dá-se início a um novo ciclo
.3.5.3– Cálculos dos tempos de usinagem.
Segundo Diniz, o tempo global em [min] para execução da encomenda de um lote de m peças iguais é composta de dois elementos:
Tpr= tempo de preparação da tarefa
Te= tempo de execução da tarefa
Estes duas parcelas podem ser subdivididas em inúmeras outras, iremos considerar em nosso trabalho as seguintes: 
=tempo principal, onde ocorre a remoção efetiva de material, 
=tempo secundário, será referente ao tempo de afastamento da ferramenta (no programa é a utilização da função G00); tempo de troca de ferramenta; tempos de preparação do processo que se referem a pegar a peça, colocar na máquina, posicionar, retirar a peça, etc.
 3.5.3.1- Análise dos tempos de usinagem
	O ciclo de usinagem de uma peça, pertencente a um lote Z de peças, é constituído diretamente pelas seguintes fazes:
Colocação e fixação da peça;
Aproximação e posicionamento da ferramenta;
Corte;
Afastamento da ferramenta;
Inspeção (se necessário) e retirada da peça.
Além dessas fazes existem ainda outros fatores que afetam indiretamente o ciclo de usinagem, tal como o setup da ferramenta. O tempo calculado durante a produção de um lote em uma máquina CNC é o tempo principal.
O tempo principal de execução diminui com a velocidade de corte, para o torneamento é dado por:
(3)
Onde é o comprimento usinado em [mm], é a rotação e o avanço em [mm/rot]. Para o perfil sugerido para avaliação dos tempos e custos, o comprimento usinado é difícil de se obter, portanto usou-se um método de aproximação, utilizando a área do cavaco a ser removida, onde se divide a parte que será usinada em figuras geométricas de áreas fáceis de se calcular, e obtendo-se a área calculamos por:
(4)
Onde é a área do cavaco e é a profundidade
Estas fórmulas tem boa aplicação em desbastes, porém para outras operações como furação e roscamento é necessário uma variação nelas, ou seja, os parâmetros variam conforme a função utilizada no programa.
Além disso, de modo a facilitar os cálculos, foi feito as seguintes considerações:
-para o cálculo da área do cavaco, os raios foram desconsiderados.
-para rosca utilizou-se a forma: 
-para desbaste e acabamento utilizou-se a forma: 
-Convencionou-se d como sendo o diâmetro médio da peça, vc é a velocidade de corte em [m/min], f é o avanço em [mm/rot] e ap é a profundidade em [mm].
Os resultados calculados são apresentados na tabela abaixo:Tabela 03 – Tempo principal de usinagem para uma única peça A.
		 Proccesso
		tp(min)
		tp(s)
		Desbaste externo
		0,855
		51,329
		Canal
		0,153
		9.227
		Rosca
		0,1514
		9,088
		Acabamento
		0,2695
		16,170
		Sangramento
		0,1497
		8,983
		Tempo Total
		1,5799
		94,797
Tabela 04 – Tempo principal de usinagem para uma única peça B.
		 Proccesso
		tp(min)
		tp(s)
		Desbaste Interno
		0,7077
		42,464
		Acabamento
		0,2219
		13,314
		Sangramento
		0,1240
		7,441
		Tempo Total
		1,0537
		63,219
3.5.3.2-Método para calculo do tempo secundário 
Levou-se em consideração para este cálculo o afastamento e aproximação com a função G00, como sendo aproximadamente igual ao comprimento usinado, mudando apenas a velocidade do avanço que é igual a 3000[mm/min].
-considerou-se
o tempo de troca de ferramenta é igual a 7s, partindo da chamada da função G28 (troca de ferramenta) até o momento em que a ferramenta volta a usinar.
Abaixo se apresenta os resultados aproximados encontrados
Tabela 05 – Tempo secundário de usinagem para uma única peça, para operação acabamento.
		 
		operação
		l [mm]
		ts [min]
		ts [s]
		Peca A
		desbaste ext 
		850,95
		0,28365
		17,019
		
		Canal
		216,595
		0,072198
		4,3319
		
		rosca
		72
		0,024
		1,44
		tempo de troca ferramenta
		0,816667
		 
		Peca B
		desbaste interno 
		646,85
		0,215617
		12,937
		
		rosca
		72
		0,024
		1,44
		tempo de troca ferramenta
		0,35
		21
		tempo total [min]
		1,786132
		58,1679
Ainda falta estimar o tempo necessário de preparação da tarefa, este seria muito difícil de calcular, pois depende exclusivamente da habilidade do operador em dar início aos devidos procedimentos até o momento da usinagem com a máquina CNC. 
Então a estimativa é feita de acordo com os resultados apresentados, e somando-se os tempos principais e secundários obtemos:
Resultando em = 4,4196 [min] ou = 0,07366 [horas]
Sabendo que o custo hora do torno CNC é R$200,00 podemos estimar o custo da usinagem do conjunto peça A + peça B sendo igual a R$14,73.
Este valor está subestimado, pois deveria ter considerado ao menos o tempo de preparação da tarefa como anteriormente mencionado. Porém o resultado serve como referencia do custo mínimo, porem não alcançável. Pois como o lote é de 100 peças os tempos necessários ficam multiplicados por 100. Então, de acordo com nossa estimativa, o custo do lote de 100 peças fica em torno de R$1473,20.
4- Considerações Finais e Conclusão
O processo de torneamento de um conjunto de peças em revolução demanda muita atenção, cuidado com relação às variáveis e ferramentas a serem definidas. Houve dificuldades no memorial de cálculos e na escolha das ferramentas por limitações do software e também pela pouca experiência na área de usinagem.
	A simulação de fabricação de um lote de 100 peças proposta, teve como objetivo principal demonstrar alguns passos necessários para a fabricação. Foi possível perceber que esse processo apesar de simples, demanda tempo e expertise dos responsáveis pela gestão de produção, uma vez que uma simples falha de cálculo pode causar a perda de todo o lote e gerar um alto prejuízo à empresa.
6- Apêndice
		(PECA A)	 	 (PECA B)
 MATÉRIA-PRIMA PEÇA A
Nome/No da Peça: Projeto Torneamento 
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros
Máquina: Torno Mirac Pc.
Material da Peça: Aço 1045
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Data: 23/09/2013.
LISTA DE FERRAMENTAS
Tabela 01 – Descrição das ferramentas utilizadas no torneamento para aço 1045.
		T
		Descrição/Material da Ferramenta/Revestimento (Código da ferramenta)
		Vc (m/min)
		Rotação (RPM)
		Ap
(mm)
		01
		Torneamento Externo (acabamento)/ Metal Duro/ PVD (Sandvik DCMT 07 02 04-KF 3005 )
		250
		
		0,2
		02
		Bedame /Metal Duro/PVD (Sandvik R/L123x3-CS)
		
		
		4,2
		03
		Ferramenta de Roscar (externo)/Metal Duro/PVD(R166.0G-16RX01F060 1020)
		105
		840
		
		04
		Torneamento Externo (desbaste)/Metal Duro/(Sandvik CCMT 06 02 04-WF 3005)
		210
		
		1
		05
		Bedame para sangrar /Metal Duro/PVD (Sandvik R/L123x3-CS 1125)
		
		
		100
Nome/No da Peça: Projeto Torneamento. 
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros
Programa(s): -
Máquina: Mirac Pc.
Material da Peça: Aço 1045.
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Tabela 02 – Descrição das ferramentas utilizadas no torneamento para aço 1045.
		T
		Descrição/Número de Facas/Material da Ferramenta/Revestimento (Código da ferramenta*)
		Lc min
(mm)
		Lm min
(mm)
		Diâmetro
(mm)
		01
		Torneamento Externo (acabamento)/ Metal Duro/ PVD (Sandvik DCMT 07 02 04-KF 3005 )
		250
		
		0,2
		
		
		
		
		
		02
		Bedame /Metal Duro/PVD (Sandvik R/L123x3-CS)
		
		
		4,2
		03
		Torneamento Externo (desbaste)/Metal Duro/(Sandvik CCMT 06 02 04-WF 3005)
		210
		
		1
		04
		Bedame para sangrar /Metal Duro/PVD (Sandvik R/L123x3-CS 1125)
		
		
		100
DISPOSITIVO DE FIXAÇÃO
Nome/No da Peça: Projeto Torneamento / 1 peça.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros
Máquina: Torno Mirac PC.
Material da Peça: Aço 1045.
		
Programa(s): Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Instruções ao Operador e Observações:
		O dispositivo de fixação para esta aplicação, será uma placa de 3 castanhas
		temperada. 
FOLHA DE OPERAÇÃO – Peça A
Nome/No da Peça: Projeto Torneamento / 1 peça.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros.
Programa(s): -
Máquina: Torno Mirac PC.
Material da Peça: Aço 1045.
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Apr. 
Data: 23/09/2013.
 Instruções ao Operador e Observações:
		Fixar a matéria prima a 136 mm para fora da castanha
		Posicionar o zero peça a 5 mm da superfície da peça.
		Realizar a usinagem da primeira peça
FOLHA DE OPERAÇÃO – Peça B
Nome/No da Peça: Projeto Torneamento / 1 peça.
Programador: Francielli Roxadelli e Pedro Murilo Souza de Quadros
Programa(s): 
Máquina: Torno Mirac PC.
Material da Peça: Aço 1045
Programa: (X) Novo ( ) Try-out ( ) Aprovado 
Instruções ao Operador e Observações:
		Ao término da usinagem da peça A posicionar a nova matéria prima para execução da segunda peça.
		Fixar a matéria prima a 121 mm para fora da placa
		
		
		Posicionar o zero peça a 5 mm da superfície
		Realizar a usinagem da segunda peça.
		
		
Programa para o torno Mirac PC (PECA A)
[Billet x56 z140
N10 G21 G40 G96 G99
N20 G50 S3000
N30 M03 S200
N40 G28
N50 M06 T0101
N60 G00 X58 Z4
N70 G72 W1 R0.5
N80 G72 P90 Q100 U0 W1 F0.16
N90 G01 Z0
N100 X-1
N110 G00 X56 Z1
N120 G71 U1 R0.5
N130 G71 P140 Q270 U2 W1 F0.16
N140 G01 X16
N150 Z0
N160 X23 Z-2
N170 Z-51
N180 G03 X31 Z-55 R4
N190 G02 X41 Z-60 R5
N200 G01 X41
N210 Z-60
N220 X48 Z-91
N230 G03 X56 Z-95 R4
N240 G01 Z-115
N250 X41 Z-130
N260 Z56
N270 G28 U0 W0
N280 M06 T0202
N290 G00 X26 Z-43
N300 G75 X15 Z-51 P1000 Q2000 F0.16
N310 G28 U0 W0
N320 M06 T0303
N330 G00 X25 Z1 S250
N340 G70 P90 Q100 F0.05
N350 G00 X56 Z1
N360 G70 P140 Q270 F0.05
N370 G28 U0 W0
N380 M06 T0404
N390 G00 X23 Z5
N400 G76 P040060 Q200 R0.05
N410 G76 X18.92 Z-43 P613 Q700 F1
N420 G28 U0 W0
N430 M06 T0505
N440 G00 X60 Z-136
N450 G01 X-1
N460 X58
N470 G28 U0 W0
N480 M05
N490 M30
T0101: Tool 14
T0202: 2MMGROOV
T0303: Tool 15
T0404: THREAD (Threading tool)
T0505: Tool 3
Programa para o torno Mirac PC (PECA B)
[Billet x41 z125
N10 G21 G40 96 G99
N20 G50 S3000
N30 M03 S200
N40 G28
N50 M06 T0101
N60 G00 X37 Z4
N70 G72 W1 R0.5
N80 G72 P90 Q100 U0 W1 F0.16
N90 G01 Z0
N100 X-1
N110 G00 X35 Z1
N120 G71 U1 R0.5
N130 G71 P140 Q230 U2 W1 F0.16
N140 G01 X4
N150 Z-20
N160 G02 X12 Z-24 R4
N170 G01 X12
N180 Z-24
N190 X19 Z-55
N200 G03 X29 Z-60 R5
N210 G02 X37 Z-64 R4
N220 G01 Z-111
N230 X41 Z-115
N240 G28 U0
W0
N250 M06 T0202
N260 G00 X6 Z1 S250
N270 G70 P90 Q100 F0.05
N280 G00 X41 Z1
N290 G70 P140 Q230 F0.05
N300 G28 U0 W0
N310 M06 T0303
N320 G00 X45 Z-121
N330 G01 X-1
N340 X45
N350 G28 U0 W0
N360 M05
N370 M30
T0101: Tool 14
T0202: Tool 15
T0303: Tool 3
Relatório usinagem.docx
1. INTRODUÇÃO
Vários fatores, tais como custos, qualidade, flexibilidade e tempo de resposta, levam a vantagens competitivas. Nas indústrias do ramo metal mecânico, os fatores custos e qualidade estão intimamente ligados ao surgimento de novos materiais de difícil usinagem (cujos comportamentos ainda são desconhecidos), e como consequência o surgimento de novos e caros materiais de ferramentas juntamente com as exigências de alta produção, lotes variados, faixas de tolerâncias cada vez mais estreitas e baixos custos de produção, o que têm extrapolado os limites e habilidades de operadores de máquinas. Quanto aos fatores flexibilidade e tempo de resposta, as indústrias têm apontado uma grande necessidade de informações confiáveis sobre desempenho da produção e informações sobre parâmetros tecnológicos das máquinas-ferramenta. Sistemas de apontamentos manuais mostram - se deficientes, quanto à confiabilidade, velocidade de atualização, detecção de não conformidades e outros fatores prejudiciais à produção, além de gerarem redundância de trabalho na coleta e alimentação de bancos de dados. O sistema proposto contribui para a satisfação dessas necessidades, utilizando-se de tecnologias de comunicação e de aquisição de dados, que propicia o monitoramento e supervisão de processos de torneamento. Permite o monitoramento da qualidade dimensional e indiretamente do desgaste de ferramentas, e ainda o compartilhamento de informações de chão de fábrica, em tempo real, para qualquer localidade via intranet e/ou internet, auxiliando na integração do sistema de manufatura.
2. MDI – MANUAL DATA INPUT
MDI é um comando utilizado em máquinas CNC. Na tradução livre, MDI significa “Entrada de Dados Manual” (Manual Data Input). Esse é um comando que pode ser aplicado a máquinas CNC para facilitar a vida do operador. Quase todos os comandos que são aplicados num programa CNC podem ser aplicados no MDI. Se o operador tem boa proficiência com comandos em CNC, ele não terá dificuldades em utilizar o MDI, sendo que este consegue trabalhar de maneira mais rápida que o programa CNC comum.
O modo MDI é composto de vários comandos já conhecidos (comandos G e M) e sua interface de utilização é mais amigável do que a de um programa CNC comum.
Figura 1 – Interface do modo MDI em uma máquina CNC.
O MDI funciona sem precisar fazer toda a preparação para a criação de um programa. MDI é principalmente utilizado para movimentos físicos da máquina, rotação do eixo, troca de ferramenta, etc. Essas operações citadas exemplificam a mais importante razão de existência do MDI, que é permitir o operador de fazer operações manuais que não são permitidas no método tradicional. Os comandos que o operador utiliza são na grande maioria os mesmos que já foram utilizados em CNC, e com interface mais agradável e fácil de ser utilizada.
	Outra vantagem do MDI é que o mesmo não necessita de uma base de comandos inserida e armazenada na memória. Pelo MDI, os códigos são digitados através de um teclado e de uma tela e são executados automaticamente. Esse é um fator que o operador precisa ter cautela, pois logo quando os comandos são digitados, automaticamente eles são executados. Se o operador necessita executar o mesmo comando uma segunda vez, ele precisa digitar o comando uma segunda vez.
	Alguns programas tem a função MDI para ser acessada de maneira bem simples, como pode ser vista na Proteo da MCS:
Figura 2 – Tela inicial do Proteo.
Acima pode - se perceber a tela inicial do programa, a função MDI fica bem destacada e após ser clicada, a seguinte imagem é mostrada na tela:Figura 3 – Tela inicial do modo MDI do Proteo.
A partir dessa tela, os códigos podem ser digitados e pequenas execuções de operação, testes de pequenos programas e preparação da máquina podem ser executados. Por exemplo, para preparar uma ferramenta, é só digitar T (número da ferramenta) e D(número do corretor) e apertar o botão “Start” que aparece na tela acima.
3. Sistemas de Monitoramento do Processo de Usinagem
Os processos de usinagem passaram nestes últimos anos por profundas mudanças visando, principalmente, o aumento da produtividade e a garantia da qualidade, isto tem sido conseguido por meio da automação dos processos por meio de máquinas CNC. Mas para garantir que se tenha um processo  de usinagem viável é necessário o uso de sistemas de monitoração. 
O sistema de monitoramento do processo de usinagem opera de acordo com o seguinte raciocínio: na região de corte, há diversas variáveis ​​do processo, tais como forças de corte, vibrações, ruídos, diferentes temperaturas, o acabamento da superfície, etc., que são influenciadas pelo estado da ferramenta de corte e a remoção do material. Essas variáveis do processo de usinagem são medidas por sensores físicos apropriados, conforme esquema da figura 4. Os sinais detectados pelos sensores são correlacionados com o estado da ferramenta e/ou condições do processo.
Após analisar e avaliar os resultados obtidos pelos sensores o responsável técnico pela máquina pode diagnosticar possíveis defeitos na peça, na ferramenta ou até mesmo na máquina. Após o diagnostico completo é possível alimentar o controlador numérico da máquina, a fim de executar ações adaptativas ou corretivas ao processo.
Figura 4 – Monitoramento de processos de manufatura.
As técnicas de medição para o monitoramento das operações de usinagem têm sido tradicionalmente divididas em dois métodos: direto e indireto. 
No método direto é medida a quantidade real da variável, como por exemplo, o desgaste da ferramenta, por meio de câmeras para inspeção visual, isótopos radioativos, raios laser e resistência elétrica. Uma desvantagem do método direto é que na maioria das vezes pode ser utilizado apenas em laboratórios de pesquisa, isso ocorre devido a limitações de funcionamento causadas por problemas de acesso durante a usinagem, má iluminação e o uso de fluido de corte.
No método indireto, são medidas as variáveis auxiliares, tais como os componentes de força. Os valores reais são subsequentemente deduzidos através de correlações empíricas (cálculos e comparações práticas). Os métodos indiretos não são tão precisos quanto os diretos, porém são menos complexos e mais adequados á aplicações. Assim os processos de usinagem estão sendo continuamente monitorados via dispositivos sensoriais para quantificar o desempenho do processo ou fornecer informações para a otimização do mesmo. A figura 5 apresenta exemplos de variáveis que podem ser medidas por dispositivos sensoriais.
Figura 5 – Fenômenos mensuráveis por sensores.
Os sensores são os elementos chaves de muitos sistemas de monitoramento de processos e ferramentas. Muitos têm sido inventados e aplicados em laboratórios, mas somente poucos vêm sendo usados comercialmente. Na tabela 1, tem - se alguns dos principais sensores utilizados em sistemas de monitoramento de condições de ferramentas de corte, com respectivo método empregado.
Tabela 1 – Métodos para o monitoramento de estado de ferramentas de corte.
		Método
		Procedimento
		Medidas
		Sensor
		
		Óptico
		Forma ou posição da borda
		Câmera de TV, sensor
óptico, espectrofotômetro,
cintilador
		
		Partículas do desgaste e
Radioatividade
		Tamanho da partícula de
Concentração
		Medidor de radioatividade
Direto
		Resistência peça - ferramenta
		Alteração na resistência
elétrica da junção
		Ohmímetro
		
		Tamanho da peça
		Dimensão da peça sendo
usinada
		Apalpador, sensor:
eletromagnético, ultrasônico,
óptico
		
		Distância peça-ferramenta
		Distância entre ferramenta
ou suporte à peça
		Micrômetro, medidor de
deslocamento (LVDT)
		
		Força de Corte
		Alterações na Força
		Dinamômetro, strain gage
		
		Emissão Acústica
		Energia nas ondas de
deformação ou stress
		Transdutor piezoelétrico
		
		Som e Ultra-som
		Ondas acústicas
		Microfone
		
		Vibração
		Vibração da ferramenta/ porta-Ferramenta
		Acelerômetro
		Indireto
		Temperatura
		Variação da temperatura no ponto de corte
		Termopar, Pirômetro
		
		Potência
		Corrente ou consumo de potência do motor de acionamento
		Amperímetro, sensor de
corrente (efeito Hall)
		
		Rugosidade
		Rugosidade da peça
		Agulha mecânica, sensor ótico, laser
		
		Torque
		Alterações de Torque
		Sensor de torque
		
		Velocidade de rotação
		Alterações devido às
variações de torques
		Tacômetro
Processamento do sinal e monitoramento/tomada de decisão podem ser chamados de estratégia de monitoramento.
Existem basicamente duas estratégias. Uma utiliza-se de técnicas de
aquisição de sinais, na qual sinais de saída mostram alguma relação com as
características do processo. Assim, pode - se determinar sinais que representam um estado normal do processo, e compará - los com posteriores sinais, com o intuito de detecção de inconformidades. A outra, utiliza - se de modelos que relacionam os sinais de saída com os mecanismos do processo. Assim, juntamente com as informações dos sensores usa-se um modelo matemático para prognosticar o comportamento do processo. 
No entanto, não existe nenhum exato ou confiável modelo matemático para processos de corte, com a capacidade de prognosticar o desgaste de ferramentas, a quebra, a qualidade, a temperatura de corte, força e potência.
Um simples método de extrair informações de sinais de sensores é a
utilização de limites (thresholds) adequadamente determinados. Assim, se o limite é cruzado pelo sinal, tal fato deve-se a alguma situação do processo, como colisões, quebra de ferramentas, etc. Alguns dos principais tipos de limites são:
Limites fixados: São limites fixos ou flutuantes (de acordo com o número de ciclos realizados).
Figura 6 – Estratégia de Monitoramento: Limites Fixos e Flutuantes.
Limites definidos pelo tempo: São limites fixos que variam com o tempo.
Figura 7 – Estratégia de Monitoramento: Limites definidos pelo tempo.
“Assinatura da peça”: São limites que variam baseados no tempo ou posição, no decorrer do processo de corte.
Figura 8 – Estratégia de Monitoramento: “Assinatura da peça”.
Os limites são determinados por sinais históricos de situações, usando-se freqüentemente estatística, como a quebra de diversos tipos de ferramentas. Quando um limite é ultrapassado um alarme visual ou sonoro é ativado.
Os sinais usados no monitoramento vêm de sensores instalados para o efeito na máquina. Os controles numéricos abertos e adaptativos permitem utilizar no monitoramento os sinais internos do controle.
4. CONTROLE ADAPTATIVO
	Um sistema de controle adaptativo é projetado para operar em ambiente de mudança constante, monitorando seu desempenho e alterando, desta forma, alguns aspectos do seu mecanismo de controle para alcançar o desempenho ideal ou próximo do ideal. Para isso ele usa um controle de feedback e sistemas de otimização, ambos interligados, o processamento destas duas informações permite que o sistema se ajuste as condições detectadas e melhore sua performance.
As principais funções de um sistema adaptativo são:
Identificação: preocupa-se com a identificação do valor atual de performance do sistema, obtém as informações a partir de feedback do sistema;
Decisão: a partir da performance atual do sistema, decide se altera ou não variáveis para um atingimento de uma performance ainda mais otimizada. Isso se da, também, com uma análise de quais variáveis deverão ser alteradas no sistema.
 Modificação: implementa da decisão do sistema.
4.1. O Controle Adaptativo Como Ferramenta de Otimização em Processos de Usinagem e Corte.
Para processo de usinagem o controle adaptativo é uma extensão do comando numérico. Os parâmetros de corte em um processo de usinagem qualquer, são escritos nos programas pelo operador. Isso requer um grau de conhecimento e experiência, do mesmo, com relação à peça que irá ser usinada. A ideia do uso de controle adaptativo neste caso, e conferir uma melhoria do processo de forma que durante a usinagem, o Controle Adaptativo possa ir determinando velocidade de corte e avanço. Neste caso o controle adaptativo é um sistema de feedback que ajusta, automaticamente, o avanço e a velocidade de corte do sistema em tempo real a media em que o trabalho progride. O processo de ajuste se dá através das variáveis de saída do sistema.
Para operações de usinagem o termo Controle Adaptativo significa medir variáveis de saída para controlar velocidade e avanço. Nas variáveis comumente usadas pelos pode - se incluir deflexão do eixo ou força, temperatura de corte e potência. Uma medida comum em processos de usinagem é a taxa de material removido e custo por volume removido. A motivação da aplicação deste sistema neste tipo de processo é aumentar a taxa de remoção de material por unidade de tempo, consequentemente redução do custo do volume de material removido.
4.2. Aplicação de Controle Adaptativo em Usinagem
Abaixo listaremos algumas fontes de variação no sistema de usinagem onde o uso de sistema adaptativo pode ser vantajoso.
Geometria variável de corte: Há uma mudança na forma, profundidade ou largura de corte, nestes casos, a taxa de avanço é geralmente ajustada para compensar a variabilidade.
Dureza variável: Na peça a usinagem é variável, quando pontos rígidos ou áreas de difícil usinagem são encontrados em uma peça de trabalho, a velocidade ou a alimentação é reduzida para evitar um desgaste prematuro da ferramenta.
Rigidez variável: Se a rigidez da peça variar a taxa de avanço deve ser reduzida para manter a precisão do processo.
Desgaste da Ferramenta: Foi observado na investigação que à medida que a ferramenta começa a desgastar, a força de corte aumenta. Neste caso o Controle Adaptativo deverá responder reduzindo a taxa de avanço, ou informando que a ferramenta deve ser substituída.
Apesar das vantagens oferecidas, estes sistemas são caros e de pouca confiabilidade, pois existem muitas variáveis a serem controladas. Por isso mesmo com a viabilidade prática do processo, ainda há necessidade de pesquisa na área. Atualmente as pesquisas estão convergindo para soluções mais simples, como monitoramento de algumas variáveis do processo de usinagem, como: quebra da ferramenta de corte, desgaste excessivo da aresta de corte, excesso de vibração.
5. CONCLUSÃO
A grande difusão e popularização da Internet (com sua conectividade global), juntamente com os avanços da tecnologia nas áreas de informação, redes e automação industrial, em um mercado cada vez mais competitivo, despertam um crescente interesse industrial pelos sistemas de supervisão (supervisory systems). Estes possibilitam o acompanhamento da produção com informações mais confiáveis e com menor atraso. Pode-se aplicá-los em células ou linhas de manufatura disponibilizando as informações para os vários departamentos, buscando uma rápida disseminação de informações com grande abrangência. Isso, sem dúvida, contribui para uma maior integração e globalização de fornecedores e clientes (e-Business), trazendo maior
rapidez de análise e menor risco nas tomadas de decisão.
O aumento da taxa de produção com melhoria da produtividade foi à força motriz para o desenvolvimento dos Controles Adaptativos em tempo real nos processos de usinagem. Permitir variações na geometria, material das peças e ajustes no desgaste da ferramenta, fornece a máquina capacidade de atingir um nível maior de taxa de remoção de material com isso melhor produtividade. Além disso, permite aumento na vida útil das ferramentas de corte, ou seja, maior eficiência também no uso das ferramentas. Assim esse tipo de sistema é muito vantajoso para processo onde haja variação de geometria de corte e profundidade, aumentando assim a produtividade e baixando o custo hora de remoção de matéria, porém deve-se observar que o custo elevado de aquisição e aplicação restrita para alguns tipos de usinagem são as desvantagens verificadas neste sistema.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DINIZ, A. E.; MARCONDES, F. C.; COPPINI, N. L.. Tecnologia da usinagem dos materiais. 7a Edição São Paulo: Artliber Editora, 2010.
STEMMER, Caspar Erich. Ferramentas de corte I. 7ª Edição FLORIANÓPOLIS: Universidade Federal de Santa Catarina, 2007.