aula4 PMR 2450 Projeto de Máquinas

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PMR2450 - Projeto de Máquinas
Mecatrônica - EPUSP
Sistema de movimentação de 
uma máquina CNC
Controlador, drivers e motores
Julio Cezar Adamowski
agosto/2005
Controlador CNC
Modos: manual e automático
Manual: seleciona eixo, define velocidade, movimentação
manual do eixo , define zero peça, define velocidade, 
recebe programa*, liga/desliga eixo árvore, etc.
Automático: seleciona programa, executa programa**.
* Recebe programa: o controlador se prepara para receber bloco de 
comandos através da RS232
** Execução do programa: interpreta linguagem G, aciona motores de 
forma sincronizada (interpolações linear, circular)
driver
driver
driver
Motor Y
Motor Z
Motor X
controlador
CNC
RS232
PC
sensores
CAD/CAM
Controlador CNC: diagrama de blocos
Controlador CNC
Placa de interface com o JackRabbit
Sistema de Movimentação
Mecânica, eletrônica, motores, sensores 
Forças inerciais
Forças de usinagem
Velocidades
Motor de passo: malha aberta → 400 passos por volta
Driver do motor de passo
Motor de passo
Configurações dos enrolamentos
velocidade (passos/segundo)
torque
pull-out
pull-in J1
J2 inércia da carga J2 > J1 
Motor de passo: curva torque x velocidade
Acoplamento motor - carga
Motor CC: malha fechada
Acionamento do motor CC
Sensor de posição: encoder óptico
Esquema de ligações do LM629
Aceleração: perfil de velocidade
v
e
l
o
c
i
d
a
d
e
tempo
perfil trapeizodal
Curva de aceleração:
tabela com intervalo de tempos entre passos
Conversão deslocamento/passo do motor:
400
p
nx =
x = deslocamento (mm)
p = passo do fuso (5 mm/volta)
n = número de passos do motor
400
2
1
piθθθ =−=∆ + ii
( )2111 2
1
+++ ++= iiiii ttv αθθ
Considerando:
Montagem da tabela de aceleração
tem-se:
( ) 0
400
2
2
1
1
2
1 =−+ ++
pi
α iii tvt
iii tvv α+= −1
onde:
i = 1, 2, 3, ... e v0= 0
i = 0, 1, 2, 3, ...
Sistema de acionamento: cálculo do torque no motor
Fuso: comprimento l, diâmetro df, passo p, massa mf
momento de inércia de massa Jf
( )[ ]cnpmge FgmmpT ++= µpiµ 2
massa da mesa: mm
massa da peça: mp
coeficiente de atrito das guias: µg
força de corte: Fc
componente da força de corte normal à mesa: Fcn
Torque estático devido ao atrito nas guias
onde:
Torque devido à força de corte
cfc F
pT
pi2
=
( ) 2
2
�
�
�
�
�
�
+=
pi
p
mmJ pmp
Cargas dinâmicas: inércia da carga refletida no eixo do motor
Inércia do conjunto peça e mesa: Jp
Inércia da carga: Jc
pfc JJJ +=
2
2 �
�
�
�
��
�
�
=
f
ff
d
mJsendo,
( ) fcecr TTJJT +++= µα
Torque a ser fornecido pelo motor: T
onde, Jr = inércia do rotor do motor
n1
n2
Jr
Jc
carga
motor
ωm αm
ωc αc
Redução n = n2/n1
Casamento de inércias
n
JJT ccmr
α
α +=
n
J
nJnT cccr
α
α +=)(
torque total:
em função de n:
n ótimo → torque mínimo
0)( 2 =−= n
JJ
dn
ndT cc
cr
α
α
r
c
J
J
n =�
Potência do motor: carga inercial
n
n
J
nJT cccrm ωαω �
�
�
�
�
�
+=
ccccc
cc
m Jn
n
J
n
n
JP ωαωα 22 =�
�
�
�
�
�
+=
cm PP 2=�
(xi, yi)
(xf, yf)y
x
Interpolação linear
400
p
x =∆
Motor de passo:
movimento incremental
xnxx if ∆=−eixo com maior deslocamento:
Menor incremento:
p = passo do fuso ou perímetro da polia
s
t
y
x
Algoritmo de Bresenham
% Interpolacao linear: Algoritmo de Bresenham
% reta do ponto (x1,y1) ao ponto (x2,y2)
dx=abs(x2-x1);
dy=abs(y2-y1);
d=2*dy-dx;
inc1=2*dy;
inc2=2*(dy-dx);
x(1)=x1;
y(1)=y1;
xend=x2;
i=2;
while( x < xend)
if x1 < x2
x(i)=x(i-1)+1; % move motor x horário
else
x(i)=x(i-1)-1; % move motor x anti-horário
end
if d<0
d=d+inc1;
y(i)=y(i-1);
else
y(i)=y(i-1)+1; % move motor y
d=d+inc2;
end
i=i+1;
end