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1 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ COMANDOS NUMÉRICOS COMPUTADORIZADOS TORNO E CENTRO DE USINAGEM Fortaleza, Março de 2010 2 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO CEARÁ COMANDOS NUMÉRICOS COMPUTADORIZADOS TORNO E CENTRO DE USINAGEM Versão 04 O objetivo dessa apostila é reunir conceitos, fundamentos de programação e operação de máquinas CNC´s 2D e 3D. Assim, alguns materiais aqui apresentados foram coletados em livros, catálogos, revistas, apostilas e fontes diversas da internet. Caso algum material esteja protegido por direitos autorais, por gentileza entrar em contato com o autor, através do e-mail: apmoreira@ifce.edu.br, para sejam tomadas as devidas providências. MOREIRA, André Pimentel. COMANDOS NUMÉRICOS COMPUTADORIZADOS - TORNO E CENTRO DE USINAGEM. Fortaleza: IFCE, 2010. Fortaleza, Março de 2010 3 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br INDICE PÁG 1. Introdução 6 2. Histórico do CNC 8 2.1 Breve Histórico 9 3. Vantagens e Desvantagens 9 3.1 Vantagens 9 3.2 Desvantagens 10 4. Principio de Funcionamento do CNC 10 4.1 Motores 12 4.1.1 Motores de Corrente Contínua 12 4.1.2 Motores de Passo 12 4.1.3 Servomotores 13 4.2 Sensores 14 4.2.1 Encoders 15 4.2.2 Encoder Absoluto 16 4.2.3 Encoder Incremental 18 5. Etapas da Usinagem com Tecnologia CNC 19 6. Coordenadas Cartesianas 21 7. Linguagem de Programação 26 7.1 Linguagem de Programação Automática-APT 26 7.2 Linguagem EIA/ISO 26 7.3 Linguagem Interativa 26 7.4 Produção Gráfica Via CAM 27 8. Estrutura do Programa 27 8.1 Caracteres Especiais 27 8.2 Funções de Posicionamento 28 8.3 Funções Especiais 28 9. Sistema de Interpolação 29 9.1 Interpolação Linear 29 9.2 Interpolação Circular 30 9.3 Coordenadas Polares 30 10. Pontos de Referências 31 10.1 Ponto Zero Máquina 31 10.2 Ponto de Referência 31 10.3 Ponto Zero da Peça 31 11. Codificação ISO para Suporte e Pastilhas Intercambiáveis 32 12. Meios de Fixação de Peças e Ferramentas 34 13. Funções Preparatórias de Deslocamento 37 13.1 Funções Preparatórias (G) 37 13.2 Lista das Funções Preparatórias para o Comando GE Fanuc 21i – Centro de Usinagem 37 13.3 Lista de Funções Miscelâneas ou Auxiliares 38 13.4 Lista das Funções Preparatórias para o Comando GE Fanuc – Torno Vulcanic Gold 160 40 Exercícios – Parte 01 42 4 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 14. Sintaxe das Funções 51 Função G00 – Avanço Rápido 51 Função G01 – Interpolação Linear 51 Funções G02/G03 – Interpolação Circular 51 Funções C e R 53 Interpolação Helicoidal 54 Função G04 – Tempo de Permanência 55 Funções G15 e G16 – Coordenadas Polares 55 Funções G17, G18 e G19 57 Funções G40, G41 e G42 – Compensação do Raio da Ferramenta 58 Funções G43, G44 e G49 – Compensação do Comprimento da Ferramenta 59 Funções G50.1 e G51.1 – Imagem Espelho 60 Função G52 – Sistema de Coordenada Local 61 Função G53 – Sistema de Coordenada de Máquina 61 Funções G54 a G59 e G54.P1 a G54.P48 62 Funções G68 e G69 – Rotação do Sistema de Coordenadas 63 14.1 Ciclos Fixos de Usinagem 63 Função G33 – Roscamento Manual 66 Função G37 – Ciclo de Roscamento Automático 68 Função G66 – Ciclo Automático de Desbaste Longitudinal 69 Função G70 – Ciclo Fixo de Acabamento 72 Função G71 – Remoção de Material por Torneamento 72 Função G72 - Remoção de Material por Faceamento 74 Função G73 – Furação com Quebra Cavaco (Pica- Pau) – Centro de Usinagem 76 Função G74R – Furação Pica-Pau – Torno 77 Função G74 – Torneamento de Perfil Simples 78 Função G75 – Ciclo Fixo de Faceamento 80 Função G75R – Ciclo Fixo de Canais 81 G74 – Roscamento Com Macho à Esquerda – Mandril Flutuante 83 G74M29 – Roscamento Com Macho à Esquerda – Macho Rígido 83 Função G76 – Mandrilamento – Fino Acabamento 85 Função G76 – Ciclo de Abertura de Rosca Múltipla 86 Função G80 – Cancelamento de Ciclo Fixo 87 Função G81 – Furação / Mandrilamento - Sem Descarga 87 Função G82 – Furação / Mandrilamento – Sem Descarga e com Dwell 88 Função G83 – Furação com Descarga 89 Função G84 – Roscamento com Macho à Direita – Mandril Flutuante 90 Função G85 – Mandrilamento – Alargador 91 Função G86 – Mandrilamento – Melhor Acabamento 91 5 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Função G87 - Mandrilamento Tracionado 92 Função G88 – Mandrilamento com Retorno Manual 93 15. Sub-Programas 95 Função M98 95 Função M99 95 16. Tabelas e Fórmulas Usadas na Programação CNC 95 17. Softwares de Simulação de Programação de CNC 98 17.1 Filius III 98 17.2 CNCSimulator 98 17.3 EditCNC 99 17.4 Simulator 99 17.5 Swansoft CNC 100 17.6 Exemplo de Programação - Software de Simulação CNC Simulator 109 17.7 Exemplo de Programação - Software de Simulação Swansoft CNC 112 18. Como Evitar Colisões em Máquinas CNC 117 19. Exemplo de Programação em Centro de Usinagem 121 Exercícios – Parte 02 123 Referências Bibliográficas 138 6 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 1. INTRODUÇÃO Desde os tempos mais remotos nas mais antigas civilizações, o homem busca racionalizar e automatizar o seu trabalho, por meio de novas técnicas. A automação simplifica todo tipo de trabalho, seja ele físico ou mental. O exemplo mais comum da automação do trabalho mental é o uso da calculadora eletrônica. No cotidiano observa-se cada vez mais a automação e a racionalização dos trabalhos físicos em geral, por exemplo: Na agricultura vêem-se novos e sofisticados tratores que substituem a enxada, e outros meios de produção. A cada nova geração de novos produtos, observa-se em cada modelo uma evolução que faz com que os esforços físicos e mentais sejam reduzidos. A revolução industrial pode ser dita que se iniciou com o escocês James Watt (projetando a máquina a vapor), deste modo ele também criou a necessidade pela indústria de máquinas ferramentas. Hoje, controle numérico computadorizado (CNC) são máquinas encontradas em quase todos os lugares, das pequenas oficinas de usinagem as grandiosas companhias de manufatura. Na realidade quase não existem produtos fabris que não estejamde alguma forma relacionadas à tecnologia destas máquinas ferramentas inovadoras. Todos envolvidos nos ambientes industriais deveriam estar atentos ao que se é possível fazer com estas maravilhas tecnológicas. Por exemplo, o projetista de produto precisa ter bastante conhecimento de CNC para aperfeiçoar o dimensionamento e técnicas de tolerância das peças produtos a serem usinadas nos CNCs. O projetista de ferramentas precisa entender de CNC para projetar as instalações e as ferramentas cortantes que serão usadas nas máquinas CNC. Pessoas do controle de qualidade deveriam entender as máquinas CNC usadas em suas companhias para planejar controle de qualidade e controle de processo estatístico adequadamente. Pessoal de controle de produção deveria conhecer esta tecnologia de suas companhias para definirem os tempos de produção de modo realístico. Gerentes, supervisores, e líderes de time deveriam entender bem de CNC para se comunicarem inteligentemente com trabalhadores da mesma categoria. E não precisaríamos nem dizer nada sobre os programadores CNC, as pessoas de organização, operadores, e outros trabalhando diretamente ligados com os equipamentos CNC eles têm que ter um entendendo muito bom desta tecnologia. O Controle Numérico (CN), e sua definição mais simples, é que todas as informações geométricas e dimensionais contidas em uma peça, conhecida por meio de desenhos e cotas (números), seriam entendidas e processadas pela máquina CNC, possibilitando a automação da operação. Atualmente, a utilização do Controle Numérico Computadorizado (CNC), é a saída mais apropriada para a solução dos mais complexos problemas de usinagem. Onde anteriormente se exigia uma máquina ou uma ferramenta especial, atualmente é feito com o CNC de uma forma muito simples. O Comando Numérico Computadorizado (CNC) é um equipamento eletrônico que recebe informações da forma em que a máquina vai realizar uma operação, por meio de linguagem 7 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br própria, denominado programa CNC, processa essas informações, e devolve- as ao sistema através de impulsos elétricos. Os sinais elétricos são responsáveis pelo acionamento dos motores que darão à máquina os movimentos desejados com todas as características da usinagem, realizando a operação na seqüência programada sem a intervenção do operador. O CNC não é apenas um sistema que atua diretamente no equipamento, ele deve ser encarado como um processo que deve ser responsável por mudanças na CULTURA da empresa. Isto quer dizer que, para que se tenha um melhor aproveitamento de um equipamento CNC, é interessante que se tenha uma boa organização, principalmente no que se refere ao processo de fabricação, controle de ferramentais (fixação, corte e medição) e administração dos tempos padrões e métodos de trabalho. Segundo Rocha, o torno CNC é basicamente um torno com controle numérico computadorizado construído inicialmente para produção de peças de revolução ou cilíndrica que vem dotado de duas bases as quais são chamadas de barramento sobre as quais correm dois eixos sendo um o eixo X (eixo que determina o diâmetro da peça) e outro o eixo Z (eixo que determina o comprimento da peça), a fixação da peça é feita por castanhas fixadas em uma placa que vem acoplada ao eixo central da máquina o qual é chamado de eixo arvore, e também podemos usar o ponto que é fixado em um corpo que normalmente fica no barramento do eixo Z na posição contraria a placa e a luneta que fica entre a placa e ponto que é geralmente usada para fixar peças longas. Em termos simples, o objetivo de uma máquina - ferramenta com CNC é fazer com que as ferramentas de corte ou usinagem sigam, automaticamente, uma trajetória pré-programada através de instruções codificadas, com a velocidade da trajetória e a rotação da ferramenta ou peça também pré- programadas. Há diversas formas de executar essa programação, algumas manuais, outras auxiliadas por computador (CAP – Computer Aided Programming). Existem também casos em que o próprio CNC pode ser utilizado para auxiliar na programação, usando métodos interativos com o operador. Os tornos utilizam os códigos G e M respeitando a norma ISO com algumas exceções que variam de acordo com os fabricantes da máquina. As escolhas da ferramenta são feitas quanto ao perfil do inserto, quebra cavacos e classe do material do inserto que é normalmente determinada pelo material a ser usinado (quanto a suas ligas e dureza). OBS: normalmente a usinagem é feita com refrigeração de óleo solúvel em água a qual deve ser abundante e direcionada. 2. HISTÓRICO DO CNC No processo de pesquisa para melhoria dos produtos, aliado ao desenvolvimento dos computadores, foi possível chegar às primeiras máquinas controladas numericamente. O principal fator que forçou os meios industriais a essa busca, foi a segunda guerra mundial. Durante a guerra, as necessidades de evolução foram de papel decisivo, necessitavam-se de muitos aviões, tanques, barcos, navios, armas, caminhões, etc., tudo em ritmo de produção 8 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br em alta escala e grande precisão, pois a guerra estava consumindo tudo, inclusive com a mão de obra. Grande parte da mão de obra masculina utilizada pelas fábricas como especializada, foi substituída pela feminina, o que na época implicava na necessidade de treinamento, com reflexos na produtividade e na qualidade. Era o momento certo para se desenvolver máquinas automáticas de grande produção, para peças de precisão e que não dependessem da qualidade da mão de obra aplicada. Diante deste desafio, iniciou-se o processo de pesquisa onde surgiu a máquina comandada numericamente. A primeira ação neste sentido surgiu em 1949 no laboratório de Servomecanismo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), com a união da Força Aérea Norte americana (U.S. Air Force) e a empresa Parsons Corporation of Traverse City, Michigan. Foi adotada uma fresadora de três eixos, a Hydrotel, da Cincinnati Milling Machine Company, como alvo das novas experiências. Os controles e comandos convencionais foram retirados e substituídos pelo comando numérico, dotado de leitora de fita de papel perfurado, unidade de processamento de dados e servomecanismo nos eixos. Após testes e ajustes, a demonstração prática da máquina ocorreu em março de 1952, e o relatório final do novo sistema somente foi publicado em maio de 1953. Após este período, a Força Aérea Norte americana teve um desenvolvimento extraordinário, pois as peças complexas e de grande precisão, empregadas na fabricação das aeronaves, principalmente os aviões a jato de uso militar, passaram a ser produzidos de forma simples e rápida, reduzindo-se os prazos de entrega do produto desde o projeto, até o acabamento final. A cada ano, foi incrementada a aplicação do CN, principalmente na indústria aeronáutica. Em 1956 surgiu o trocador automático de ferramentas, mais tarde em 1958, os equipamentos com controle de posicionamento ponto a ponto e a geração contínua de contornos, que foram melhorados por este sistema em desenvolvimento. A partir de 1957, houve nos Estados Unidos, uma grande corrida na fabricação de máquinas comandadas por CN, pois os industriais investiam até então em adaptações do CN em máquinas convencionais. Este novo processo foi cada vez mais usado na rotina de manufatura, que a partir deste ano, com todos os benefícios que haviam obtido deste sistema, surgiram novos fabricantes que inclusivejá fabricavam seus próprios comandos. Devido ao grande número de fabricantes, começaram a surgir os primeiros problemas, sendo que o principal, foi a falta de uma linguagem única e padronizada. A falta de padronização era bastante sentida em empresas que tivessem mais de uma máquina de comandos, fabricados por diferentes fornecedores, cada um deles tinha uma linguagem própria , com a necessidade de uma equipe técnica especializada para cada tipo de comando, o que elevava os custos de fabricação. Em 1958, por intermédio da EIA (Eletronic Industries Association) organizou-se estudos no sentido de padronizar os tipos de linguagem. Houve então a padronização de entrada conforme padrão RS-244 que depois passou a EIA244A ou ASC II. Atualmente o meio mais usado de entrada de dados para o CNC é via computador, embora durante muitos anos a fita perfurada foi o meio mais usado, assim como outros com menor destaque. A linguagem destinada a programação de máquinas era a APT (Automatically Programed Tools), desenvolvida pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts em 1956, daí para frente foram desenvolvidas outras linguagens para a geração contínua de contornos como AutoPrompt (Automatic Programming of Machine Tools), 9 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br ADAPT, Compact II, Action, e outros que surgiram e continuam surgindo para novas aplicações. Com o aparecimento do circuito integrado, houve grande redução no tamanho físico dos comandos, embora sua capacidade de armazenamento tenha aumentado, comparando-se com os controles transistorizados. Em 1967 surgia no Brasil as primeiras máquinas controladas numericamente, vinda dos Estados Unidos. No início da década de 70, surgem as primeiras máquinas CNC (Controle Numérico Computadorizado), e no Brasil surge as primeiras máquinas CN de fabricação nacional. A partir daí, observa- se uma evolução contínua e notável concomitantemente com os computadores em geral, fazendo com que os comandos (CNC) mais modernos, empreguem em seu conceito físico (hardware) tecnologia de última geração. Com isso, a confiabilidade nos componentes eletrônicos aumentou, aumentando a confiança em todo sistema. Obs: Comando CN é aquele que executa um programa sem memorizá-lo, e a cada execução, o comando deve realizar a leitura no veículo de entrada. O comando CNC é aquele que após a primeira leitura do veículo de entrada, memoriza o programa e executa-o de acordo com a necessidade, sem a necessidade de nova leitura. 2.1 BREVE HISTÓRICO 1940 - MARK I: primeiro computador construído por harvard e pela IBM 1949 - contratos da PARSON COM A USAF para fabricarem máquinas equipadas com CN 1952 - MIT E PARSON colocam em funcionamento o primeiro protótipo CN 1957 - início da comercialização do CN 1967 - primeiras máquinas do CN no BRASIL 1970 - aplicações dos primeiros comandos a CNC 1971 - fabricado pela a ROMI o primeiro torno com comando CN (COMANDO SLO-SYN) 1977 - comandos numéricos com CNC usando tecnologia dos microprocessadores 1980 - sistemas flexíveis de fabricação são aplicados em larga escala 3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO CNC 3.1 VANTAGENS As principais vantagens do CNC sobre o CN de acordo com Diniz (1990) referem-se principalmente às possibilidades de alterar o programa durante a sua execução (diretamente através do teclado da máquina) e de saída de programas memorizados através de perfuradora de fita de papel ou tele- impressora, além de utilizar ciclos fixos de usinagem e empregar sub-rotinas. O CNC evoluiu também para um esquema de comando numérico direto ou distribuído (CND), que consiste em um controle ou conexão central de um 10 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br grupo de MFCN ou CNC por uma unidade central de computador, em tempo real. Desta forma, acentuam-se como principais vantagens no CNC: - aumento da flexibilidade; - redução nos circuitos de "hardware" e simplificação dos remanescentes bem como disponibilidade de programas automáticos de diagnósticos, diminuindo pessoal de manutenção; - eliminação do uso de fita perfurada; - aumento das possibilidades de corrigir programas (edição); - possibilidade do uso de equipamentos periféricos computacionais; - ”display" para operação. - a intervenção de operador relacionada a peças produto é drasticamente reduzida ou eliminada. - peças consistentes e precisas - repetibilidade - tempos de "setup" muito curtos. Atualmente, a maioria das máquinas é do tipo CNC. Mesmo aquelas NC, em sua maior parte, foram convertidas em CNC através de operações de retrofiting. 3.2 DESVANTAGENS - Investimento inicial elevado (30.000 a 1.500.000 euros) - Manutenção exigente e especializada - Não elimina completamente os erros humanos - Necessita operadores mais especializados - Não tem vantagens tão evidentes para séries pequenas e muito pequenas. 4. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DO CNC A função mais básica de qualquer máquina CNC é o controle de movimento automático, preciso, e consistente. Todos os equipamentos CNC que tenha duas ou mais direções de movimento, são chamados eixos. Estes eixos podem ser preciso e automaticamente posicionados ao longo dos seus movimentos de translação. Os dois eixos mais comuns são lineares (dirigido ao longo de um caminho reto) e rotativos (dirigido ao longo de um caminho circular). 11 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Em vez de serem movimentadas virando manivelas manualmente como é feito em máquinas ferramentas convencionais, as máquinas CNCs têm seus eixos movimentados sob controle de servomotores do CNC, e guiado pelo programa de peça. Em geral, o tipo de movimento (rápido, linear e circular), Para os eixos se moverem, a quantidade de movimento e a taxa de avanço (feed rate) é programável em quase todas máquinas ferramentas CNC. A figura 1 mostra o controle de movimento de uma máquina convencional. A figura 2 mostra um movimento de eixo linear de uma máquina CNC. Todas as máquinas devem ter seu funcionamento mantido dentro de condições satisfatórias, de modo a atingir com êxito o objetivo desejado. A forma primitiva de controle é a manual. O homem, por meio de seu cérebro e seu corpo, controla as variáveis envolvidas no processo. No caso do torno mecânico, por exemplo, de acordo com o material a ser usinado, o torneiro seleciona a rotação da placa, o avanço a ser utilizado, a quantidade de material a ser removido, e verifica se vai utilizar ou não fluido de corte etc. O torneiro é o controlador do torno mecânico. Com um instrumento de medição, ele verifica a dimensão real da peça. A informação chega ao seu cérebro através dos olhos. Também através dos olhos, o cérebro recebe informações da dimensão desejada, contida no desenho da peça. No cérebro, figura 1 - funcionamento convencional figura 2 - funcionamento automático 12 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br ambas as informações são comparadas: a dimensão desejada e a dimensão real. O resultado dessa comparação – o desvio – é uma nova informação,enviada agora através do sistema nervoso aos músculos do braço e da mão do torneiro. O torneiro, então, gira o manípulo do torno num valor correspondente ao desvio, deslocando a ferramenta para a posição desejada e realizando um novo passe de usinagem. A seguir, mede novamente a peça e o ciclo se repete até que a dimensão da peça corresponda à requerida no desenho, ou seja, até que o desvio seja igual a zero. Na figura 3 é mostrado o sistema de realimentação em malha fechada do funcionamento do posicionamento do CNC. 4.1 MOTORES Existe diversos tipo de motores que podem ser usados para movimentar uma máquina CNC. Entre as soluções mais usadas podemos citar a movimentação através de motores de passo, motor de correntes continua com encoder e servomotores. 4.1.1 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA São motores de custo elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. Podem funcionar com velocidade ajustável entre amplos limites e se prestam a controles de grande flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da alimentação usada ser contínua. 4.1.2 MOTORES DE PASSO Muitos dispositivos computadorizados (drives, CDRom etc.) usam motores especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar continuamente, estes rotores giram em etapas discretas; os motores figura 3 – sistema de realimentação do posicionamento 13 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br que fazem isso são denominados 'motores de passo'. O rotor de um motor de passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, seqüencialmente, pelos pólos de diversos eletroímãs estacionários, como é ilustrado na figura 4. Num motor de passo, o rotor é atraído por um par de pólos do estator e a seguir, por outro. O rotor movimenta-se por etapas discretas, pausando em cada orientação, até que novo comando do computador ative um jogo diferente de eletroímãs. O controle é bem fácil de ser implementado, além disso, é a solução mais barata para fazer controle de posicionamento, porém como pontos negativos é o fato do motor induzir vibrações, e ter ainda por cima uma velocidade um pouco limitada. 4.1.3 SERVOMOTORES O servomotor é uma máquina síncrona composta por uma parte fixa (o estator) e outra móvel (o rotor). O estator é bobinado como no motor elétrico convencional, porém, apesar de utilizar alimentação trifásica, não pode ser ligado diretamente à rede, pois utiliza uma bobinagem especialmente confeccionada para proporcionar alta dinâmica ao sistema. O rotor é composto por ímãs permanentes dispostos linearmente e um gerador de sinais (resolver) instalado para fornecer sinais de velocidade e posição. São exigidos, dinâmica, controle de rotação, torque constante e precisão de posicionamento. As características mais desejadas nos servomotores são o torque constante em larga faixa de rotação (até 4.500 rpm), uma larga faixa de controle da rotação e variação e alta capacidade de sobrecarga. Circuito de Controle - O circuito de controle é formado por componentes eletrônicos discretos ou circuitos integrados e geralmente é composto por um oscilador e um controlador PID (Controle proporcional integrativo e derivativo) que recebe um sinal do sensor (posição do eixo) e o sinal de controle e aciona o motor no sentido necessário para posicionar o eixo na posição desejada conforme a figura 5. figura 4 – funcionamento do motor de passo 14 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Os servos possuem três fios de interface, dois para alimentação e um para o sinal de controle. O sinal de controle utiliza o protocolo PWM (modulação por largura de pulso) que possui três características básicas: Largura mínima, largura máxima e taxa de repetição. A largura do pulso de controle determinará a posição do eixo. Uma vez que o servo recebe um sinal de, por exemplo, 1,5 ms, ele verifica se o potenciômetro está na posição correspondente, se estiver, ele não faz nada. Se o potenciômetro não estiver na posição correspondente ao sinal recebido, o circuito de controle aciona o motor até que a posição seja correta. Na figura 6 é mostrado o exemplo de servomotores. 4.2 SENSORES São dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. Quando operam diretamente, convertendo uma forma de sinal em outro, são chamados transdutores. Os de operação indireta alteram figura 5 – PWM do servomotor figura 6 – servomotores 15 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br suas propriedades, como a resistência, a capacitância ou a indutância, sob ação de uma grandeza, de forma mais ou menos proporcional. O sinal de um sensor pode ser usado para detectar e corrigir desvios em sistemas de controle, e nos instrumentos de medição, que freqüentemente estão associados aos SC de malha aberta (não automáticos) e Malha fechada (automáticos), orientando o usuário. Existem muitos tipos e modelos de sensores. Podemos utilizá-los para diversos fins, mas vamos abordar os sensores de posicionamento. Um exemplo de aplicação desses sensores é em maquinário CNC, onde podem ser encontradas nas torres (Z) e mesas (X e Y), nos magazines de ferramentas, mouse, impressoras e etc. Outro exemplo de aplicação é em robôs manipuladores que requerem movimentos precisos de posicionamento, ou também em antenas radares, telescópios, etc. Os 4.2.1 ENCODERS Os encoders (figura 9) são transdutores de movimento capazes de converter movimentos lineares ou angulares em informações elétricas que podem ser transformadas em informações binárias e trabalhadas por um programa que converta as informações passadas em algo que possa ser entendido como distância, velocidade, etc. Em outras palavras, o encoder é uma unidade de realimentação que informa sobre posições atuais de forma que possam ser comparadas com posições desejadas e seus movimentos sejam planejados. Os encoders possuem internamente um ou mais discos (máscaras) perfurado, que permite, ou não, a passagem de um feixe de luz infravermelha, gerado por um emissor que se encontra de um dos lados do disco e captado por um receptor que se encontra do outro lado do disco, este, com o apoio de um circuito eletrônico gera um pulso. Dessa forma a velocidade ou posicionamento é registrado contando-se o número de pulsos gerados. figura 7 – encoder 16 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Os encoders podem ser lineares ou rotativos, sendo o rotativo o mais comum. São fabricados em duas formas básicas: codificador absoluto, onde uma única palavra correspondente a cada posição de rotação do eixo, assim não perdem a real posição no caso de uma eventualqueda da tensão de alimentação (até mesmo se deslocados) e o codificador incremental, o que produz pulsos digitais quando o eixo gira, permitindo a medição da posição relativa do eixo. A maioria dos codificadores rotativos possui um disco de vidro ou de plástico com um código radial padrão organizado em faixas, conforme a figura 7. 4.2.2 ENCODER ABSOLUTO O disco óptico do codificador absoluto é projetado para produzir uma palavra digital que distingue de N distintas posições do eixo. Por exemplo, se há 8 pistas, o encoder é capaz de produzir 256 posições distintas ou uma resolução angular de 1,406 (360 / 256) graus. Os tipos mais comuns de codificação numérica utilizada no codificador absoluto são os códigos binários e código Gray. Para exemplificar o seu funcionamento, vamos utilizar um encoder absoluto de 4 bits, como mostrado na figura 8. figura 8 – encoder de 4 bits 17 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Os padrões associados geram combinações digitais que podem ser vistas na tabela 1 . O código Gray é projetado para que apenas uma faixa mude a cada estado de transição, ao contrário do código binário onde múltiplas faixas (bits) mudança em certas transições. Este efeito pode ser visto claramente na Tabela 1. Pelo código Gray, a incerteza durante uma transição é apenas uma contagem, ao contrário com o código binário, onde a incerteza pode ser múltiplas contagens. O problema está em certas transições. Veja por exemplo a transição entre a posição 0111 e a posição 1000. Nesta fronteira, o valor de quatro bits deve mudar ao mesmo tempo. Durante este transiente, digamos que o sistema de leitura passe por algum tempo pela posição 1111 (porque, digamos, o mecanismo de leitura do quarto bit funciona ligeiramente mais rápido, ou porque ao passar pela fronteira o mecanismo oscila um pouco entre o zero e o um). Neste caso, o sistema indicaria temporariamente a posição 1111, que não está nem próxima a nenhuma das posições da fronteira. Para converter binário em Gray, comece com o bit mais significativo e use-o como o Gray MSB. Em seguida, compare o binário MSB com o próximo bit, se eles forem iguais então o bit na codificação Gray será 0, se forem diferentes será 1. Repita a operação até o último bit. Tabela 1 – combinações digitais 18 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 4.2.3 ENCODER INCREMENTAL O codificador incremental possui uma construção mais simples do que o codificador absoluto. É constituída por duas faixas e sensores cujos resultados são chamados canais A e B. Quando o eixo gira, pulsos ocorrem sobre estes canais com uma freqüência proporcional à velocidade do eixo e a relação de fase entre os sinais produz o sentido de rotação. O código de um disco padrão com duas faixas e saída de sinais A e B são ilustradas na figura 10. Através da contagem do número de pulsos e conhecendo a resolução do disco, o movimento angular pode ser medido. Muitas vezes um terceiro canal de saída, chamado INDEX, produz um pulso por revolução, que é útil em plena contagem revoluções. É também útil como uma referência para a definição de uma referência (zero). figura 9 – (a) encoder absoluto, (b) encoder incremental (a) (b) figura 10 – codificação incremental 19 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 5. ETAPAS DA USINAGEM COM TECNOLOGIA CNC A tecnologia de comando numérico computadorizado, CNC, trouxe vantagens como velocidade, precisão, repetibilidade e flexibilidade. Mas, ao contrário do que se pode pensar, estas vantagens só tem efeito após a peça piloto ter sido usinada. Isto ocorre devido ao tempo necessário para se obter uma única peça através do CNC, que é bastante longo, chegando a ser superior à usinagem convencional. Normalmente, em CNC, os seguintes passos são seguidos: 5.1 RECEBIMENTO DO DESENHO Da mesma forma como no processo convencional, a primeira etapa da usinagem inicia-se através do recebimento do desenho da peça que deve ser analisado, interpretado e compreendido. É muito importante observar as notas, que algumas vezes trazem detalhes como chanfros ou raios de concordância que não estão graficamente representados. 5.2 DESENHO EM CAD O ideal para trabalhar em CNC é receber o desenho em CAD. Caso isto não ocorra e dependendo da complexidade da peça, deve-se desenha-la pois muitas das coordenadas necessárias à programação estão implícitas nos desenhos cotados de forma padrão, e em muitos casos seu cálculo é complexo e sujeito a erros. Já, a obtenção de dados do desenho em CAD ocorre de forma rápida e precisa. É de grande importância definir neste momento o ponto de referência que será utilizado para a programação, ou seja, deve-se escolher o ponto zero- peça. Caso o desenho tenha sido recebido em CAD deve-se move-lo de modo que o ponto escolhido seja posicionado nas coordenadas X=0 e Y=0. 5.3 PLANEJAMENTO DO PROCESSO Também, da mesma forma como ocorreria na usinagem convencional, deve-se realizar a etapa do planejamento do processo de usinagem. Esta é, com certeza, a etapa mais importante e mais complexa de todo o procedimento, pois envolve a definição da forma de fixação da peça na máquina, a definição da seqüência de usinagem, a escolha das ferramentas para cada etapa do processo e a determinação dos dados tecnológicos para cada ferramenta (velocidade de corte, velocidade de avanço, rotação da ferramenta, profundidade de corte, número de passadas, rotação da ferramenta, etc.). Destaca-se nesta fase a definição da fixação da peça na máquina. Dependendo da peça em questão pode-se utilizar dispositivos padrões como uma morsa ou grampos de fixação, mas algumas vezes deve-se projetar e construir um dispositivo específico que atenda a características próprias de cada situação. Exemplo disto seria a necessidade de se soltar a peça no meio do programa para virá-la e fixá-la novamente para continuar a usinagem, mas garantindo as relações geométricas com a fixação inicial. 20 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 5.4 LEVANTAMENTO DAS COORDENADAS Conhecida a forma de fixação da peça e o processo de usinagem pode- se voltar ao CAD e realizar o levantamento das coordenadas que serão relevantes na programação. Deve-se prever pontos de entrada e saída da ferramenta e observar possíveis colisões com detalhes da peça e também com o próprio dispositivo de fixação. 5.5 PROGRAMAÇÃO Tendo em mãos as coordenadas obtidas do desenho da peça e conhecendo a seqüência de operações pode-se escrever o programa. É importante que o programa seja bem comentado, facilitando as possíveis alterações e correções que possam ser necessárias. O uso de sub-rotinas deve ser explorado, tornando-o menor e de mais fácil manutenção. Deve-se explorar todos os recursos que a máquinaoferece para tornar o programa menor e mais eficiente, tais como ciclos de desbastes internos, ciclos de furação, rotação de coordenadas e deslocamento de referência entre outros. No caso de se utilizar um software para a programação, deve-se fazer a transmissão do programa para a máquina. 5.6 SIMULAÇÃO GRÁFICA Na realidade esta etapa ocorre juntamente com a programação, mas devido a sua importância será destacada como uma fase específica. A simulação gráfica é uma ferramenta que deve ser explorada ao máximo, pois permite detectar erros de programação que podem por em risco a peça, as ferramentas, o dispositivo de sujeição e até mesmo a máquina. Deve-se utilizar principalmente o recurso de zoom para verificar pequenos detalhes e também a simulação em ângulos diferentes (topo, frontal, lateral, etc.). Mesmo quando se utiliza um software de simulação gráfica, deve- se realizar a simulação fornecida pela máquina, para garantir que o programa está funcional. Uma observação importante é que algumas funções do programa só podem ser simuladas corretamente após realização do setup de ferramentas (que será discutido mais adiante) pois dependem dos valores do diâmetro para serem calculadas. Mesmo assim, é um bom momento para verificar a existência de erros grosseiros (sinal invertido, coordenadas trocadas, falta de uma linha, etc.). 5.7 MONTAGENS É a primeira etapa de setup da máquina. Deve-se montar o dispositivo de fixação e as ferramentas. A montagem do dispositivo de fixação da peça é cercada de cuidados, pois se deve limpar cuidadosamente a mesa de trabalho da máquina e a superfície de apoio do dispositivo. Além disto, sua fixação deve observar, quando necessário, o paralelismo com os eixos de trabalho, através da utilização de um relógio apalpador (normalmente fixado no fuso da máquina). 21 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Na montagem das ferramentas deve observar uma cuidadosa limpeza dos suportes além de garantir um bom aperto, evitando que ela se solte durante a usinagem. Durante a fixação das ferramentas nos suportes deve-se buscar mante-las o mais curtas possível, de modo a evitar flanbagens e vibrações, mas não se pode esquecer de verificar a possibilidade de impacto do suporte da ferramenta com obstáculos oferecidos pela peça ou pela fixação. Por fim, quando da instalação das ferramentas na máquina, deve-se ajustar os bicos de fluido refrigerante de modo que todas as ferramentas sejam refrigeradas. 5.8 SETUP DE FIXAÇÃO E FERRAMENTAS Após a instalação do dispositivo de fixação e do ferramental deve-se informar ao CNC as características que os definem. No caso do dispositivo de fixação deve-se informar as coordenadas X e Y que foram utilizadas como referência na programação, ou seja, deve-se definir o zero-peça. Para cada ferramenta deve-se informar o seu diâmetro e o seu comprimento (referência do eixo Z). Após esta etapa pode-se realizar com segurança a simulação gráfica oferecida pelo CNC da máquina. 5.9 EXECUÇÃO PASSO-A-PASSO Após realizado todo o setup da máquina e a depuração do programa através da simulação gráfica pode-se finalmente executar a primeira peça, denominada normalmente de peça piloto, que sempre que possível não deve fazer parte do lote, já que existe grande possibilidade de ocorrerem falhas não previstas. Sua execução é realizada no modo passo-a-passo, ou seja, cada linha do programa só será executada após liberação realizada pelo operador. Além disso, a velocidade de movimentação pode ser controlada permitindo realizar aproximações lentas e seguras. Pode-se ligar e desligar o fluido refrigerante a qualquer instante de modo a permitir melhor visualização dos movimentos. Esta etapa permite verificar detalhes não previstos na etapa de programação e não visualizados na simulação. Quando se encontra alguma linha com algum erro ou necessidade de alteração pode-se parar a usinagem, afastar a ferramenta da peça, alterar o programa e reiniciar a partir desta linha, continuando a analisar o programa. 5.10 EXECUÇÃO DO LOTE Após a execução passo-a-passo ter sido concluída com sucesso e todas as correções necessárias terem sido realizadas pode-se passar a execução das peças do lote. É a etapa final onde as vantagens da tecnologia CNC vão surgir. Resumindo, tem-se as seguintes etapas: 1. Recebimento do desenho. 2. Desenho em CAD. 3. Planejamento do processo. 4. Levantamento das coordenadas. 22 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 5. Programação. 6. Simulação gráfica. 7. Instalação das ferramentas. 8. Setup de ferramentas. 9. Execução passo-a-passo. 10. Execução do lote. 6. COORDENADAS CARTESIANAS A máquina--ferramenta CNC possui uma posição fixa. Normalmente, a substituição da ferramenta e a programação do ponto zero absoluto, posteriormente descritas, são executadas nesta posição. Esta posição é designada como ponto de referência. Todas as máquinas-ferramenta CNC são comandadas por um sistema de coordenadas cartesianas (fig. 11) na elaboração de qualquer perfil geométrico. A nomenclatura dos eixos e movimentos está definida na norma internacional ISO 841 (numerical control of machines) e é aplicável a todo tipo de máquina-ferramenta. Os eixos rotativos são designados com as letras A, B e C; os eixos principais de avanço com as letras X, Y e Z. Um sistema de coordenadas garante a localização de um ponto. Em fresadoras utiliza-se um sistema de três coordenadas, padronizadas de X, Y e Z e que definem um ponto no espaço. Por convenção o Z sempre é o eixo que gira. No caso de uma fresadora vertical o eixo vertical será o Z e terá valores positivos para cima. Dos eixos que restam o maior é denominado de X e terá valores positivos para a direita (eixo horizontal longitudinal,). Assim fica o ultimo eixo será o Y com valores positivos indo em direção à máquina (horizontal transversal), como mostrado na figura 12. figura 11 – coordenadas cartesianas 23 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br O sistema de eixos pode ser facilmente representado com auxílio da mão direita, onde o polegar aponta para o sentido positivo do eixo X, o indicador para o sentido positivo do Y, e o dedo médio para o sentido positivo do Z (Centro de Usinagem). Este sistema é denominado Sistema de Coordenadas Dextrógeno, pois possui três eixos perpendiculares entre si, que podem ser representados com o auxílio dos dedos da mão direita, conforme a figura 13. Uma pergunta ainda pode estar havendo na cabeça de muitas pessoas, mas eu já ouvi falar de máquinas de seis, sete ou até mais eixos, como seria isto? Realmente isso existe, embora sejam máquinas extremamente especiais, elas existem, alem dos eixos lineares primários pode haver outros três eixos lineares, que são conhecidos como eixos lineares secundários, e suas disposições são da seguinte maneira, se o eixo é paralelo ao X se chamará U, se paralelo a Y o nome será V, se paralelo ao eixo Z recebe o nome de W; Deste modo já se somam nove eixos possíveis em uma máquina CNC; porém isto não parapor aí, pois pode haver máquinas de até 15 eixos. A ferramenta movimenta--se dentro do sistema de coordenadas especificado pelo CNC, de acordo com o programa de comando elaborado com base no sistema de coordenadas do desenho da peça, e corta a peça com o contorno especificado no desenho. Portanto, para que o contorno da peça definido no desenho possa ser corretamente cortado, os dois sistemas de coordenadas têm de ser definidos na mesma posição. . figura 12 – representação dos eixos 24 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Os quadrantes são definidos a partir de uma origem pré determinada, que no caso do torno é determinado por uma linha perpendicular a linha de centro do eixo árvore, e obedecem sempre a mesma ordem independente do tipo de torre utilizada (torre Traseira ou torre Dianteira), portanto o sinal positivo ou negativo introduzido na dimensão a ser programada é dado em função do quadrante onde a ferramenta atuará. Na figura 14 pode ser visto o sistema de coordenadas do torno com torre traseira e dianteira. Todo o movimento da ponta da ferramenta é descrito neste plano XZ, em relação a uma origem pré-estabelecida (X0, Z0). Lembrar que X é sempre a medida do raio ou diâmetro, e que aumenta à medida que o diâmetro aumenta, e Z é sempre a medida em relação ao comprimento. 6.1 COORDENADAS ABSOLUTAS E INCREMENTAIS No sistema de programação CNC é possível utilizar dois tipos diferentes de coordenadas: • Coordenadas absolutas • Coordenadas incrementais figura 13 – Regra da mão direita figura 14 – Sistema de coordenadas do torno (torre traseira) 25 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Define-se como sistema de coordenadas absolutas o sistema de coordenadas onde o ponto a ser atingido pela ferramenta é dado tomando-se como referência o “zero-peça”. Define-se como sistema de coordenadas incrementais o sistema de coordenadas onde o ponto a ser atingido pela ferramenta é dado tomando-se como referência o ponto anterior. Para a utilização deste tipo de sistema de coordenadas deve-se raciocinar no Comando Numérico Computadorizado da seguinte forma: da posição em que parou a ferramenta, quanto falta para chegar ao próximo ponto? Para a programação CNC é fundamental conseguir analisar um desenho e obter dele suas coordenadas. Nos desenhos à seguir pode-se observar as coordenadas de uma figura bastante simples em duas situações diferentes. Nestes dois casos o sistema de coordenadas estará desenhado para auxiliar nesta tarefa. Observando o desenho da figura 14, deve-se analisar os dados da tabela com as coordenadas de cada vértice, indicados pelas letras A até H. O exemplo anterior mostra o uso de coordenadas absolutas (baseadas em uma referência fixa). Pode-se trabalhar com coordenadas incrementais, que sempre se relacionam com o ponto anterior (em outras palavras, a posição atual é sempre a origem). A figura 15 apresenta um perfil onde se considera o ponto A como sendo o ponto inicial. A tabela está preenchida com as coordenadas incrementais. figura 14 – sistema de coordenadas absolutas 26 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Durante o desenvolvimento de um programa CNC pode-se utilizar tanto coordenadas absolutas como coordenadas incrementais, e alternar entre dois sistemas a qualquer momento. 7. LINGUAGENS DE PROGRAMAÇÃO São diversos os meios de elaboração de programas CNC, sendo os mais usados: 7.1 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO AUTOMÁTICA APT No surgimento do CN, no início dos anos 50, a primeira linguagem de programação utilizada foi a APT (Automatic Programmed Tool). Atualmente só é utilizada como ferramenta auxiliar na programação de peças com geometrias muito complexas, principalmente para máquinas de 4 e 5 eixos. A linguagem APT é uma linguagem de alto nível. 7.2 LINGUAGEM EIA/ISO Linguagem de códigos, também conhecida como códigos G. É na atualidade a mais utilizada universalmente, tanto na programação manual, como na programação gráfica, onde é utilizado o CAM. Os códigos EIA/ISO foram criados antes mesmo do aparecimento das máquinas CNC, eles eram usados nos escritórios em máquinas de escrever automáticas que utilizavam cartões perfurados. A linguagem EIA/ISO é considerada de baixo nível. 7.3 LINGUAGEM INTERATIVA Programação por blocos parametrizados possui blocos prontos e não usa códigos. Ex. linguagem MAZATROL aplicando às máquinas MAZAK. figura 15 – sistema de coordenadas incrementais 27 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 7.4 PRODUÇÃO GRÁFICA VIA "CAM" (COMPUTER AIDED MANUFACTURING) Não é mais uma linguagem de programação e sim uma forma de programar em que o programador deverá possuir os conhecimentos de: processos de usinagem; materiais; ferramentas e dispositivos para usinagem; informática para manipulação de arquivos; máquinas (avanços, rotações e parâmetros); domínio de um software de CAD e um de CAM. Descrevendo de uma maneira simplificada, apenas para fácil entendimento, o programador entra com o desenho da peça, que pode ser feito no próprio CAM ou em desenhos recebidos do CAD (Computer Aided Designe), define matéria - prima (tipo e dimensões), ferramentas e demais parâmetros de corte, escolhe o pós-processador de acordo com a máquina que fará a usinagem e o software de CAM se encarregará de gerar o programa, utilizando os códigos da linguagem EIA/ISO. 8 ESTRUTURA DO PROGRAMA A estrutura de programação para máquinas CNC utilizando a Norma ISO 6983 é estruturada com os seguintes dados: identificação, cabeçalho, dados da ferramenta, aproximação, usinagem do perfil da peça, fim de programa. O programa CNC é constituído de: • Caracteres: É um número, letra ou símbolo com algum significado para o Comando.(Exemplo:2, G, X, /, A, T). • Endereços: É uma letra que define uma instrução para o comando. (Exemplo: G, X, Z, F). • Palavras: É um endereço seguido de um valor numérico. (Exemplo: G01 X25 F0.3). • Bloco de Dados: É uma série de palavras colocadas numa linha, finalizada pelo caractere; (Exemplo: G01 X54 Y30 F.12;) • Programa: É uma série de blocos de dados (Finalizada por M30). 8.1 CARACTERES ESPECIAIS (;) - Fim de bloco: (EOB - End of Block). Todo bloco deve apresentar um caractere que indique o fim do bloco. / - Eliminar execução de blocos, número seqüencial de blocos ( ) - Comentário : Os caracteres parênteses permitem a inserção de comentários. Os caracteres que vierem dentro de parênteses são considerados comentários e serão ignorados pelo comando. MSG - Mensagem ao operador, exemplo: MSG ( “mensagem desejada” ) 28 Comandos Numéricos ComputadorizadosProf. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 8.2 FUNÇÕES DE POSICIONAMENTO O comando trabalha em milímetros para palavras de posicionamento com ponto decimal. Função X – Aplicação: Posição no eixo transversal (absoluta). X20; ou X-5; Função Z – Aplicação: Posição no eixo longitudinal (absoluta). Z20; ou Z-20; Função U – Aplicação: Posição no eixo transversal (incremental). U5; ou U-5; (Usado em programação feita em coordenadas absolutas) Função W – Aplicação: Posição no eixo longitudinal (incremental). W5; ou W-5; (Usado em programação feita em coordenadas absolutas) 8.3 FUNÇÕES ESPECIAIS Função O (usada no comando GE Fanuc 21i). Todo programa ou sub- programa na memória do comando é identificado através da letra “O” composto por até 4 dígitos, podendo variar de 0001 até 9999. Para facilitar a identificação do programa, recomenda-se inserir um comentário, observando-se o uso dos parênteses. Ex.: O5750 (Flange do eixo traseiro); Função N Define o número da seqüência. Cada seqüência de informação pode ser identificada por um número de um a quatro dígitos, que virá após a função N. Esta função é utilizada em desvios especificados em ciclos, e em procura de blocos. Exemplo: N50 G01 X10; N60 G01 Z10; Não é necessário programar o número de seqüência em todos os blocos de dados. A seqüência aparecerá automaticamente após a inserção de cada bloco de dados, a não ser que seja feita uma edição fora da seqüência do programa ou após sua edição completada. Função F Geralmente nos tornos CNC utiliza-se o avanço em mm/rotação, mas este também pode ser utilizado em mm/min. O avanço é um dado importante de corte e é obtido levando-se em conta o material, a ferramenta e a operação a ser executada. F0.3 ; ou F.3 ; Função T A função T é usada para selecionar as ferramentas informando à máquina o seu zeramento (PRE-SET), raio do inserto, sentido de corte e corretores. Programa-se o código T acompanhado de no máximo quatro dígitos. Os dois primeiros dígitos definem a localização da ferramenta na torre 29 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br e seu zeramento (PRE-SET), e os dois últimos dígitos definem o número do corretor de ajustes de medidas e correções de desgaste do inserto. Exemplo: T0202. O giro de torre e o movimento dos carros não podem estar no mesmo bloco que a função T, ela deve ser programada em uma linha de maneira isolada. Importante: O raio do inserto (R) e a geometria da ferramenta (T) devem ser inseridos somente na página de geometria de ferramentas. 9 SISTEMAS DE INTERPOLAÇÃO Os sistemas de interpolação usados na programação de máquinas CNC são classificados em linear e circular. 9.1 INTERPOLAÇÃO LINEAR A interpolação linear é uma linha que se ajusta a dois pontos. Por exemplo, você deseja mover só um eixo linear em um comando. Você quer mover o eixo X a uma posição com um avanço lento à direita do zero do programa. Considerando que o comando fosse X10. (assumindo o modo absoluto e em mm). A máquina removeria uma linha perfeitamente reta neste movimento (desde que só um eixo está movendo). Agora digamos que desejo para incluir um Y eixo movimento a uma posição de 10 milímetros em relação ao zero do programa (e juntamente com o Y atuasse o X voltando a zero). Nós diremos que você está tentando fazer um chanfro na peça produto com este comando. Para caminhar numa linha perfeitamente reta e chegar ao ponto de destino programado nos dois eixos juntos, tem que haver uma sincronização dos eixos X e Y nestes movimentos. Também, se a usinagem ocorrer durante o movimento, uma taxa de movimento (feedrat) também deve ser especificada. Isto requer interpolação linear. O movimento 2 da figura 16, foi gerado com interpolação linear. Saiba que para máquina não ocorreu um único movimento, mas sim uma serie de movimentos minúsculos cujo tamanho do passo é igual à resolução da máquina, normalmente 0.001mm. figura 16 – interpolação linear 30 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Durante comandos de interpolações lineares, o controle precisa, automaticamente, calcular uma série de movimentos minúsculos, enquanto mantêm a ferramenta tão perto do caminho linear programado. Com as máquinas CNC de hoje, fica a impressão que a máquina está formando um movimento de linha perfeitamente reta. 9.2 INTERPOLAÇÃO CIRCULAR Em modo semelhante, requerem muitas aplicações para máquinas CNC, por exemplo, que a máquina possa formar movimentos circulares. Aplicações para movimentos circulares incluem raio de concordância entre faces de peças, furos circulares de grandes e pequenos diâmetros, etc. Este tipo de movimento requer interpolação circular. Como com interpolação linear, o controle gerará minúsculos movimentos que se aproximam o máximo de caminho circular desejado. A figura 17 mostra o que acontece durante interpolação circular. A trajetória da ferramenta é percorrida com uma orientação circular, com qualquer raio, nos sentido horário e anti-horário, e com qualquer velocidade entre 1 a 5000 mm/min. Algumas informações são necessárias para a programação de arcos, tais como: - ponto final do arco, - sentido do arco, - centro do arco (pólo) 9.3 COORDENADAS POLARES Até agora o método de determinação dos pontos era descrito num sistema de coordenadas cartesianas, porém existe outra maneira de declarar os pontos, que são as coordenadas polares (fig.18), neste caso, em função de ângulos e centros. O ponto, a partir do qual saem as cotas chama-se “pólo” (centro dos raios). figura 17 – interpolação circular 31 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 10 PONTOS DE REFERÊNCIA 10.1 PONTO ZERO DA MÁQUINA: M O ponto zero da máquina (fig. 19) é definido pelo fabricante da mesma. Ele é o ponto zero para o sistema de coordenadas da máquina e o ponto inicial para todos os demais sistemas de coordenadas e pontos de referência. 10.2 PONTO DE REFERÊNCIA: R O ponto de referência (fig. 20) serve para aferição e controle do sistema de medição dos movimentos da máquina. Ao ligar a máquina, sempre se deve deslocar o carro até esse local, antes de iniciar a usinagem. Este procedimento define ao comando a posição do carro em relação ao zero máquina. 10.3 PONTO ZERO DA PEÇA: W figura 19 – simbologia do zero máquina figura 20 – simbologia do ponto de referência figura 21 – simbologia do zero peça figura 18 – interpolação polar 32 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br O ponto zero peça (fig. 21) é definido pelo programador e usado por ele para definir as coordenadas durante a elaboração do programa. Recomenda-se colocaro ponto zero da peça de tal forma que se possam transformar facilmente as medidas do desenho da peça em valores de coordenadas positivas. No caso do torno é comum estabelecer esse ponto no encosto das castanhas da placa ou na face da peça, conforme pode ser visto na figura 22. 11 CODIFICAÇÃO ISO PARA SUPORTE E PASTILHAS INTERCAMBIÁVEIS A cada dia novas tecnologias são apresentadas para diminuir cada vez mais o tempo e melhorar a qualidade de usinagem. Uma vantagem que oferece o porta ferramenta intercambiável para torno e fresas, é que quando a aresta é trocada, este mantém a repetibilidade das dimensões e do acabamento. É verdade que o custo inicial de um porta ferramenta intercambiável é maior do que uma ferramenta soldada. Porém o porta ferramenta passa a ser um novo equipamento da máquina, ao passo que a ferramenta soldada após perder o corte, deva ser retirada para uma nova afiação, ocasionando assim outra regulagem da nova ferramenta, e depois da pastilha completamente gasta a haste será descartada. O código NBR 6450 ISO para pastilhas intercambiáveis inclui 9 símbolos, representados por Letras e Números, que definem formas, tipos e parâmetros dimensionais das mesmas. O oitavo e nono símbolos são usados somente quando necessário, e o fabricante pode ainda adicionar um décimo símbolo opcional, que separado por um hífen pode ser usado por opções de simbologia própria, ou seja, especificações do fabricante. Alguns fabricantes utilizam as seguintes nomenclaturas: • QF – operações de acabamento fino • QM- operações de semi-acabado • QR – operações de desbaste Um exemplo de especificação de pastilha pode ser visto na figura 23. Na figura 24 é descrita o detalhamento da codificação. figura 22 – posições do zero peça no torno figura 23 – codificação para pastilhas intercambiáveis 33 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br O código ISO para suportes porta pastilhas externo inclui 10 símbolos, representados por Letras e Números que definem formas, tipos e parâmetros dimensionais dos mesmos. O fabricante pode ainda adicionar um décimo primeiro símbolo opcional, separado por um hífen, no qual pode fazer uso de opções de simbologia própria, ou seja especificação do fabricante. Exemplo de especificação de suporte porta pastilha: PCLNR 20 20 K 12. figura 24– Detalhamento da codificação para pastilhas intercambiáveis 34 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 12 MEIOS DE FIXAÇÃO DE PEÇAS E FERRAMENTAS A fixação de peças em torno CNC através de placa com 3 castanhas podem ser acionadas de forma manual (figura 23) ou de forma automática com abertura e fechamento através de comando contido no programa CNC. Quando necessário, também podem ser programados posicionamentos da contra-ponta, avanço e retrocesso do mangote e luneta, para uma melhor fixação (figura 24). Nos processos de usinagem, poucas as peças podem ser usinadas com uma única ferramenta. Por este motivo, o sistema de troca de ferramentas em máquinas CNC vem sendo otimizado pelos fabricantes. Nos tornos CNC a troca de ferramentas pode ser realizada automaticamente. Numa forma de minimizar os tempos passivos durante a execução de um trabalho pode-se utilizar um suporte porta-ferramentas capaz de fixar várias ferramentas. Neste sistema, a troca das ferramentas utilizadas é comandada pelo programa CNC, necessitando apenas dos posicionamentos corretos das ferramentas, evitando assim as paradas no programa para eventuais trocas manuais das mesmas. figura 23 – fixação manual de peças figura 24 – fixação de peças com luneta e contra ponta 35 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Os tornos possuem dispositivos de concepções que se diferenciam em função da quantidade de ferramentas a serem usadas. Podemos assim destacar alguns desses dispositivos: • Gang tools: dispositivo dotado de rasgos T para posicionamento dos suportes de ferramentas, oferecendo flexibilidade de montagem de ferramentas para múltiplas aplicações. A fixação gang tools pode ser visto na figura 25. • Torre elétrica: Neste sistema a troca automática de ferramentas é realizada através do giro da mesma que é comandado pelo programa CNC, deixando a ferramenta na posição de trabalho. A fixação através de torre elétrica pode ser visto na figura 26. • Revolver: No sistema de revolver a troca é realizada com o giro ou tombo do mesmo, que também é comandado pelo programa CNC, até que a ferramenta desejada fique figura 25 – fixação de ferramentas – tipo gang tools figura 26 – fixação de ferramentas – tipo torre elétrica 36 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br na posição de trabalho. A fixação através de dispositivo revolver pode ser visto na figura 27. • Magazine: No sistema magazine de modo geral, a troca de ferramentas é realizado por um braço com duas garras. O programa posiciona a próxima ferramenta do magazine que entra em ação e interrompe a usinagem. Um braço com duas garras entra em ação, tirando de um lado a nova ferramenta do magazine e do outro lado a ferramenta que estava operando na árvore principal da máquina. As posições das ferramentas se invertem pelo giro de 180 graus do braço de garras o qual logo após introduz as ferramentas em seus lugares e são de modo geral comandados com lógica direcional. A fixação através de dispositivo revolver pode ser visto na figura 28. figura 28 – fixação de ferramentas – tipo magazine figura 27 – fixação de ferramentas – tipo revolver 37 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 13 FUNÇÕES PREPARATÓRIAS DE DESLOCAMENTO 13.1 FUNÇÕES PREPARATÓRIAS ( G ) As funções preparatórias indicam ao comando o modo de trabalho, ou seja, indicam à máquina o que fazer, preparando-a para executar um tipo de operação, ou para receber uma determinada informação. Essas funções são dadas pela letra G, seguida de um número formado por dois dígitos (de 00 a 99 no caso do comando GE Fanuc 21i). As funções podem ser: MODAIS – São as funções que uma vez programadas permanecem na memória do comando, valendo para todos os blocos posteriores, a menos que modificados ou cancelados por outra função da mesma família. NÃO MODAIS – São as funçõesque todas as vezes que requeridas, devem ser programadas, ou seja, são válidas somente no bloco que as contém. 13.2 LISTA DAS FUNÇÕES PREPARATÓRIAS PARA COMANDO GE FANUC 21 I – CENTRO DE USINAGEM G00 - Avanço rápido G01 - Interpolação linear G02 - Interpolação circular horária G03 - Interpolação circulara anti-horária G04 - Tempo de permanência G10 – Entrada de dados G11 – Cancela entrada de dados *G15 – Cancela a programação polar G16 – Ativa a programação polar *G17 – Seleção plano XY G18 – Seleção plano XZ G19 – Seleção plano YZ G20 – Referência de unidade de medida (polegada) G21 – Referência de unidade de medida (métrico) G22 – Ativa área de segurança G23 – Desativa área de segurança G28 – Retorna eixos para referência de máquina *G40 – Cancela compensação do raio da ferramenta G41 – Ativa compensação do raio da ferramenta (à esquerda do perfil) G42 – Ativa compensação do raio da ferramenta (à direita do perfil) G43 – Ativa a compensação do comprimento da ferramenta (direção +) G44 - Ativa a compensação do comprimento da ferramenta (direção -) *G49 – Cancela a compensação do comprimento da ferramenta 38 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br G50.1 - Cancela a imagem de espelho G51.1 – Ativa imagem de espelho G52 – Sistema de coordenada local G53 – Sistema de coordenada de máquina *G54 – Sistema de coordenada de trabalho 1 G55 - Sistema de coordenada de trabalho 2 G56 - Sistema de coordenada de trabalho 3 G57 - Sistema de coordenada de trabalho 4 G58 - Sistema de coordenada de trabalho 5 G59 - Sistema de coordenada de trabalho 6 G65 – Chamada de macro G68 – Sistema de rotação de coordenadas G69 - Cancela sistema de rotação de coordenadas G73 – Ciclo de furação intermitente G74 – Ciclo de roscamento (esquerda) G76 – Ciclo de mandrilamento G80 – Cancela ciclo fixo G81 – Ciclo de furação contínua G82 – Ciclo de furação contínua com dwell G83 – Ciclo de furação intermitente com retorno ao plano R G84 – Ciclo de roscamento (direita) G85 – Ciclo de mandrilamento (retração em avanço programado) G86 – Ciclo de mandrilamento (retração com eixo parado) G87 – Ciclo de mandrilamento (rebaixo interno) G88 – Ciclo de mandrilamento com retorno manual G89 – Ciclo de mandrilamento (dwell+retração com avanço programado) *G90 - Sistema de coordenadas absolutas G91 - Sistema de coordenadas incrementais G92 – Estabelece nova origem G92S - Estabelece limite de rotação (RPM) G94 - Estabelece avanço x / minuto G95 - Estabelece avanço x / rotação G96 - Estabelece programação em velocidade de corte constante G97 - Estabelece programação em RPM C - Posicionamento angular do eixo árvore Obs.: os códigos G marcados * são ativados automaticamente ao se ligar a máquina 13.3 LISTA DAS FUNÇÕES MISCELÂNEAS OU AUXILIARES M00 - Parada de programa M01 - Parada de programa opcional M02 - Final de programa M03 - Gira eixo árvore sentido horário M04 - Gira eixo árvore sentido anti-horário M05 - Parada do eixo árvore 39 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br M06 – Troca automática de ferramenta M08 - Liga refrigeração M09 - Desliga refrigeração M18 - Cancela modo posicionamento eixo árvore M19 - Eixo árvore em modo posicionamento M20 - Aciona alimentador de barras M21 - Para alimentador de barras M24 - Placa travada M25 - Placa destravada M26 - Retrai a manga do cabeçote móvel M27 - Avança manga do cabeçote móvel M30 - Final de programa e retorno M36 - Abre porta automática do operador M37 - Fecha porta automática do operador M38 - Avança aparador de peças M39 - Retrai aparador de peças M40 - Seleciona modo operação interna da placa M41 - Seleciona modo operação externa da placa M42 - Liga limpeza de placa M43 - Desliga limpeza de placa M45 - Liga sistema limpeza cavacos proteções M46 - Desliga sistema limpeza cavacos proteções M49 - Troca de barra M50 - Retrai leitor de posição de ferramenta (Tool Eye) M51 - Avança leitor de posição de ferramenta (Tool Eye) M76 - Contador de peças M86 - Liga o transportador de cavacos M87 - Desliga o transportador de cavacos M98 - Chamada de um sub-programa M99 - Retorno de um sub-programa NOTA: Para comandos de fabricantes diferentes uma mesma função pode ter significados diferentes, mas a maioria das funções, o seu significado é comum a quase todos os comandos. 40 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 13.4 LISTA DAS FUNÇÕES PREPARATÓRIAS PARA COMANDO GE FANUC – TORNO NARDINI VULCANIC 41 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br 42 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br EXERCÍCIOS - PARTE 01 Exercício 1 No desenho abaixo, identifique os pontos meta. Para finalizar preencha a tabela de coordenadas utilizando o sistema incremental e absoluto. 43 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Exercício 2 Faça o programa CNC percorrendo o contorno da peça no sentido de A para B. Exercício 3 Fazer o programa do perfil abaixo usando as interpolações linear e circular. Usar as 2 funções G2 e G3 com I e K. 44 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Exercício 4 No desenho abaixo, escolha um ponto para o zero-peça, ou seja, para a origem do sistema de coordenadas. Em seguida defina um sentido de usinagem e identifique os pontos meta. Para finalizar preencha a tabela de coordenadas utilizando o sistema absoluto. Exercício 5 No desenho da abaixo, identificar os pontos meta no sentido anti-horário, a partir do ponto A já definido e preencher a tabela de coordenadas utilizando o sistema absoluto. 45 Comandos Numéricos Computadorizados Prof. André Pimentel Versão 04 apmoreira@ifce.edu.br Exercício 6 Baseado nas cotas do exercício anterior, preencha a tabela usando coordenadas incrementais na figura abaixo. Exercício 7 Preencha a
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