revista mecatronica atual - edicao 006

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5MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
SEÇÃO DO LEITOR
Linguagem
 Ladder
 
Parabéns pelo artigo “A lin-
guagem de Programação
Ladder” publicada na edição
no. 5 da revista “Mecatrônica”,
que dá ao leitor uma visão
bastante clara desta lingua-
gem utilizada também em nos-
sos produtos. Atenciosamen-
te 
Luciano de Oliveira - Di-
retor de Tecnologia e Mar-
keting - Atos Automação In-
dustr ial Ltda
Prezado Luciano,
Ficamos muito felizes em
saber que nossas matérias es-
tão dentro do contexto indus-
trial e que as informações aqui
contidas servem para que o
leitor saiba lidar melhor com
os diversos produtos existen-
tes no mercado.
Mecatrônica no Amazonas
Faço Engenharia Mecânica na
Escola Superior de Engenharia da
U.E.A e Técnico em Produção Mecâ-
nica do CEFET-AM, na cidade de
Manaus, e há algum tempo venho pro-
curando alguma revista especializada
na área. Quando vi pela primeira vez
esta revista fiquei tão alegre e satis-
feito que nem acreditei que estaria
com uma revista de mecânica em mi-
nhas mãos, pude ver logo de cara que
ampliaria meus conhecimentos. Gos-
taria de parabenizá-los por essa inici-
ativa e agradecer a todos que contri-
buem para a publicação desta revista
e dizer que logo estará fazendo um
grande sucesso (pelo menos por
aqui). Desde já agradeço e um forte
abraço a todos.
Jarison Alan F. Maciel
Prezado Jarison,
Que bom que finalmente você
achou o que procurava. De fato, seus
conhecimentos serão bastante ampli-
ados, pois o nosso objetivo é trazer
informações úteis vindas de profissi-
onais que atuam na indústria e, evi-
dentemente, conhecem os principais
problemas e suas respectivas solu-
ções. Obrigado pelo seu incentivo e
continue colaborando conosco.
Quero parabenizá-los pelos ex-
celentes artigos publicados! Solici-
to que fosse publicado um artigo ou
informações sobre como controlar
a velocidade de um motor trifásico,
sem perdas de rendimento (torque
em baixas rotações...); cálculos da
potencia-aplicação, acoplamentos...
Desde já agradeço!
Motor Trifásico
Thalis Mazzarino 
Caro Thalis,
Consulte o artigo “Inversores
de Freqüência” na revista
Mecatrônica Atual nº 2. Acredi-
tamos que você poderá encon-
trar informações valiosas sobre
o assunto.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20026
SEÇÃO DO LEITOR
NOTÍCIAS
5MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
. . .SOLUÇÕESPROBLEMAS E...
Paulo César de Carvalho
Torno CNC "matava peça" após usinar algumas
dezenas de peças
ste problema ocorreu em uma grande empresa
metalúrgica do interior de São Paulo. O proble-
ma aparecia quando o torno CNC, após usinar algu-
mas dezenas de peças, provocava um “risco” na
peça quando estava executando um desbaste. Não
havia uma lógica no problema, uma vez que, a cada
hora ele ocorria em uma fase diferente da usinagem
da peça e o intervalo entre problemas variava mui-
to. Após serem descartadas todas as possibilida-
des de problemas no hardware do CNC e do siste-
ma de medição, começamos um processo de ten-
tativas:
1 ª tentativa :
 Pensei em problemas de EMI e fizemos um tes-
te modificando o caminho dos cabos de medição,
afastando os cabos de possíveis fontes de EMI.
Resultado : O problema voltou a ocorrer e a pres-
são do cliente aumentou, pois as peças eram para
exportação e o prazo de entrega era fator funda-
mental.
2ª tentativa :
Como o aterramento da máquina não estava bem
feito, decidi melhorar o aterramento. Foi feito novo
aterramento e refizemos os testes.
Resultado: O problema voltou a surgir e pela
freqüência aleatória do mesmo constatei que o
aterramento não havia colaborado para a solução
do problema.
3a Tentativa :
Na fábrica do cliente havia outros comandos nu-
méricos e observando as outras máquinas e fazen-
do comparações entre ambas, meu colega neste
serviço (Eng. Gilberto Coster) verificou que o siste-
ma de fixação da ferramenta era a única diferença
entre as máquinas. Solicitamos ao cliente que mu-
dasse o sistema de fixação da ferramenta para o
mesmo que era utilizado nas outras máquinas.
Resultado : O problema não ocorreu mais.
CONCLUSÃO
O CNC considera a posição do eixo para seus
movimentos e também que a ferramenta não se move
em relação ao sistema de fixação. O problema ocor-
ria porque durante a usinagem a ferramenta se movi-
mentava em relação ao suporte de fixação provo-
cando o “risco” na peça. Esse movimento não é me-
dido pelo CNC que, portanto, não sabe da ocorrência
do problema. Na figura a seguir, está ilustrado o pro-
blema.
E
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20026
. . .SOLUÇÕES
Sistema de lubrificação inoperante no
torno CNC Romi 20RV
Alexandre Capelli
torno 20RV, assim como outros da mesma li-
nha, possui um sistema de autolubrificação
das guias lineares e dos fusos de esferas.
Nesse modelo, o CNC envia um sinal ordenan-
do o acionamento da bomba de lubrificação. Esse
sinal passa por uma placa I/O, e ativa um relé
que liga o motor da bomba diretamente a rede
elétrica.
Como o sistema não operava, entrei na “pági-
do com isso que a rede perdesse o sinal de comu-
nicação.
Isso ocorreu porque o cabo foi especificado erra-
damente pelo fabricante do equipamento, pois para
trabalhar em uma lagarta teria que ter sido colocado
o cabo flexível ao invés do standard.
SOLUÇÃO ADOTADA
Como a máquina precisava funcionar, e não tí-
nhamos o cabo com a metragem disponível na hora,
colocamos um outro cabo similar temporariamente
por fora da lagarta, tomando o cuidado para que o
cabo não se rompesse durante a movimentação da
mesma. E a empresa providenciou a compra de um
novo.
* Sempre quando for realizar a manutenção em
alguma máquina ou processo que você não conhe-
ça, nunca faça algum tipo de ajuste, parametrização
na máquina ou até mesmo sua operação (no nosso
caso movimentos manuais), pois a responsabilida-
de no caso de algum dano será sempre sua.
A
O cliente alega que em uma máquina, ao fazer um determinado
movimento esporádico, a rede Interbus cai e com isso a
máquina pára
o chegar no cliente constatei o fato, isto é, eu vi
acontecer o problema descrito após algumas ten-
tativas, e o problema era exatamente o relatado.
A partir de então, comecei a análise do proble-
ma colocando o notebook com o software de diag-
nóstico para a rede Interbus na placa controladora
da rede no CLP S5-115U 945 da Siemens, e pedi
para o operador repetir o movimento* no qual a rede
parava. Com ajuda do software de diagnóstico veri-
fiquei qual era o o módulo que entrava em falha e o
real motivo da falha. O motivo da falha indicado pelo
software era a suspensão dos dados de transmis-
são para a rede Interbus que chegava até o módulo
em que dava o erro.
O percurso deste cabo era feito através de uma
lagarta. Desconectei as duas pontas do cabo e
movimentamos a máquina manualmente medin-
do com um multímetro a condutividade dos fios
do cabo, sendo que a medição era entre todos os
fios e entre os fios e a blindagem do cabo. Ao
movimentar a máquina algumas vezes, constatei
que o fio DI entrava em curto com o terra fazen-
Juliano Matias
na” (via IHM) de diagnósticos e constatei que o
CNC estava enviando o sinal.
Como o CNC, aparentemente, estava OK, li-
guei a bomba diretamente à rede. Ela funcionou
perfeitamente.
O único elo, portanto, que restava entre essas
partes era o interface I/O. Uma vez trocada, o equi-
pamento voltou a operar normalmente.
Vide figura abaixo:
O
7MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
7MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
7MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
Seleção deSeleção deSeleção deSeleção deSeleção de
acionamentosacionamentosacionamentosacionamentosacionamentos
Augusto Ottoboni
OOs servo-acionamentos ainda são uma incógnita para muitosprofissionais de diferentes segmentos do mercado, trazendo aestes profissionais que se deparam com os mesmos, certa inse-
gurança e desconfiança na sua utilização. Foi pensando princi-
palmente nestes profissionais que esta matéria foi elaborada, pois,
assim como vocês, este também foi um entrave em certos mo-
mentos de minha carreiraprofissional.
Esta matéria tem por objetivo demonstrar de forma bem sim-
ples e didática, como são os componentes de um servo-
acionamento (o Servomotor e o Servoconversor - veja figura 1 ),
suas aplicações, especificações técnicas e parametrização.
desenvolvimento desta
tecnologia ocorreu duran-
te a Segunda Guerra
Mundial. O pós-guerra
trouxe aumento da qualidade e mai-
or expectativa de vida, uma cres-
cente preocupação com a saúde e
a ecologia, uma maior competição
entre as empresas, novos produtos
e serviços. Todos estes fatores, é
claro que no momento mencionado
ainda em evolução, trouxeram uma
demanda cada vez maior de produ-
tos e serviços que no passado não
eram oferecidos ou até não eram
realizados.
Esta demanda cada vez maior
de produtos e serviços, criou uma
crescente necessidade de aumen-
to da produção industrial, manten-
do-se e, se possível, aumentando-
se os níveis de qualidade, cada vez
maiores, nos produtos.
Estas solicitações de incremento
de produção em todos os segmen-
tos do mercado exigiram o desenvol-
vimento de um novo produto, mais
dinâmico, robusto e preciso.
Vamos imaginar a seguinte si-
tuação: você, profissional respon-
sável pela produção de uma deter-
minada empresa, por motivos de
concorrência, demanda ou por re-
dução de custos apenas, deseja
incrementar sua capacidade produ-
tiva, basicamente agilizando seus
processos produtivos. Como proce-
der? Uma das alternativas seria re-
Figura 1 - Servomotor síncrono SEW-EURODRIVE e servoconversores
SEW-EURODRIVE.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20028
AUTOMAÇÃO
novar seu
maquinário
substituindo
as máquinas
antigas por ou-
tras mais novas
e mais rápidas,
mas, com custo
altíssimo esta alter-
nativa pode ser fa-
cilmente descar ta-
da; outra alternativa
seria utilizar algumas
técnicas de Retrofitting
nas máquinas atuais, o
que, além de mais barato,
permite a utilização das mais mo-
dernas tecnologias em a-
cionamentos para a solução de in-
cremento de produção com quali-
dade.
Nestes Retrofittings, umas das
tecnologias mais util izadas é o
servo-acionamento , composto
por servomotor mais servocon-
versor.
O QUE
 É UM SERVOMOTOR?
O Servomotor é uma máquina
síncrona composta por uma parte fixa
(o estator) e outra móvel (o rotor), até
aqui nenhuma novidade.
O estator é bobinado como no
motor elétrico convencional, po-
rém, apesar de utilizar alimenta-
ção 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 linearmen-
te sobre o mesmo e com um gera-
dor de sinais chamado “RESOL-
VER” instalado para fornecer sinais
de velocidade e posição. Observe
a figura 2 .
Quais as
características de um
servomotor?
De um servomotor são exigidos,
entre outros, dinâmica, controle de
rotação, torque constante e precisão
de posicionamento. Figura 3 - Características requeridas do servomotor.
Figura 2 - Servomotor.
As características mais dese-
jadas nos servomotores são o
torque constante em larga faixa de
rotação (até 4500 rpm), uma larga
faixa de controle da rotação e vari-
ação (até 1:3000) e alta capacida-
de de sobrecarga (3 x Mo). Estas
características são facilmente ob-
tidas através do modo de controle
CFC (Current Flux Control), espe-
cialmente desenvolvido para a oti-
mização de servomotores nos
servoconversores da l inha
MOVIDRIVE® , MOVIDRIVE® Com-
pact e MOVIDYN ®, da SEW-
EURODRIVE. Atente para a figu-
ra 3 .
O Torque nominal (Mo) de um
motor é determinado pelas seguin-
tes características construtivas do
motor.
 
O Torque máximo (Mmáx) é 3 x
Mo do motor. Em função da potência
do servoconversor utilizado , o
Torque máximo que se pode alcan-
çar também poderá ser menor.
Os servomotores devem possuir
momento de inércia da massa do
rotor, menor do que em relação aos
motores assíncronos trifásicos, de-
vido às grandes solicitações de di-
nâmica.
Um dos artifícios mais utilizados
são os cortes transversais no rotor,
através destes cortes é reduzida a
massa de inércia do rotor.
Na tabela 1 é dado um quadro
comparativo para um servomotor.
Como funciona um
servomotor?
Os servomotores são máquinas
síncronas, compostas de seis pó-
los no estator, de al imentação
trifásica, ímãs permanentes Ter-
9MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
9MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
9MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
ras-Raras dispostos linearmente
sobre a face do rotor e um sensor
analógico chamado resolver para
realimentação de posicionamento e
velocidade.
Sua alimentação, apesar de
trifásica, não pode ser efetuada
através da rede convencional, pois
possui um bobinamento totalmen-
te especial, confeccionado para
proporcionar uma alta dinâmica ao
motor através de um fluxo eletro-
magnético totalmente diferente do
proporcionado pela rede. Este flu-
xo eletromagnético só pode ser for-
necido pelo servoconversor atra-
vés de um modelamento matemá-
tico que leva em consideração to-
das as característ icas do
servomotor, esta é a razão de ape-
nas ser possível a utilização de
servomotores e servoconversores
de mesma marca. Só assim é pos-
sível fornecer o fluxo mais apropria-
do para o servomotor ter a melhor
dinâmica.
Outro importante ponto é a se-
qüência de fase adotada: em al-
guns servomotores, a seqüência
SERVOMOTOR - SERVOCONVER-
SOR deve ser observada com aten-
ção, pois a sua inversão causa fa-
lha no servoconversor de
Monitoração de rotação . Veja a
figura 5 .
Devido a estarmos trabalhando
em malha fechada, quando da in-
versão o servoconversor detecta
a incompatibilidade entre os sinais
do campo girante do servomotor
com os sinais gerados pelo resol-
ver.
Desta forma, o servoconversor
entende que o campo girante do
servomotor está em um sentido e
o resolver no sentido oposto, por-
tanto, a seqüência U/V/W do
servomotor deve ser a mesma U/
V/W do servoconversor.
Atente-se também para a utili-
zação de servomotores e servo-
conversores de mesmo fabricante,
pois no modo operacional SERVO,
específ ico para servomotores
síncronos, os dados dos
servomotores necessários para
este modo operacional (SERVO)
estão memorizados nos servo-
conversores, e só assim é possí-
vel obter a melhor performance atra-
vés do modelamento matemático
do servomotor.
O que é o
Resolver?
O resolver é um sistema de re-
alimentação analógico composto
por um estator e um rotor, mas seu
funcionamento é oposto ao do mo-
tor, ou seja, funciona como um ge-
rador. Seu rotor gira através da ação
do eixo do rotor do servomotor e faz
com que a ação do campo eletromag-
nético do rotor exerça influência di-
reta sobre o bobinamento do estator
do resolver, este subdividido em dois
estatores defasados 90° graus entre
si, gerando sinais senoidais que fun-
cionam como realimentação de po-
sição e velocidade para o
servoconversor. Observe as figuras
6 e 7.
Tabela 1 - Comparação entre motores para servomotor.
Figura 4 - Cortes transversais no rotor.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20021 0
AUTOMAÇÃO
O u t r o
ponto a
se ressal-
tar é o
fato do
a l i n h a m e n t o
do resolver. Por se
tratar de um sensor
de alta resolução e
precisão, o seu ali-
nhamento é algo fun-
damental para seu
perfeito funcionamento,
por tanto, é aconselhável não
mexer em seu sistema de fixação
devido à sua complexidade de
montagem. Na figura 8 , o alinha-
mento.
Quando comparado a outros sis-
temas de realimentação disponí-
veis no mercado (encoder
incremental e encoder absoluto), o
resolver tem suas características
ressaltadas, principalmente quan-
to à sua robustez e insensibilidade
às vibrações e altas temperaturas.
Observe a tabela 2. Na figura 9 , o
encoder incremental.Figura 5 - Sequência de fase.
Figura 7 - Ação do campo eletromagnético de "resolver".Figura 6 - "Resolver"
1 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
1 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
1 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
Figura 8 - Manutenção doalinhamento. O SERVOCONVERSOR...
A mais recente tecnologia
embarcada faz dos servoconver-
sores os equipamentos mais ver-
sáteis disponíveis no mercado. Pos-
sibilidade de comunicação direta
com controladores externos, comu-
nicação nos mais variados meios
Fieldbus e possibilidade de asso-
ciação de múltiplos eixos numa
mesma fonte de alimentação, en-
tre outras características, fazem
dos servoconversores uma exce-
lente opção no Upgrade de máqui-
nas e equipamentos em geral. Na
f igura 10 , exemplar de ser-
voconversor
Assim como nos conversores
de freqüência, o diagrama de blo-
cos do servoconversor figura 11
possui as mesmas característi-
cas construtivas. Diferenciado
apenas em seu modo operacional
SERVO especí f ico para ser -
vomotores s íncronos SEW-
EURODRIVE. Os dados dos
servomotores SEW necessários
para o modo operacional SERVO,
es tão memor izados nos ser -
Figura 9 - Encoder incremental
Tabela 2 - Quadro comparativo "resolver" x "encoder".
Figura 10 - Servoconversores.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20021 2
AUTOMAÇÃO
voconversores MOVIDRIVE ® ,
MOVIDRIVE ® Compact e MO-
VIDYN®.
Este modo operacional permite o
controle direto do torque do
servomotor em toda a extensão de
rotação.
O torque Mo é determinado pelo
servomotor.
O torque máximo MMÁX é 3 x
Mo do servomotor. Em função do
servoconversor (MOVIDRIVE® ,
MOVIDRIVE ® Compact e
MOVIDYN®) utilizado, o MMÁX que
se pode alcançar também pode-
rá ser menor, devido à exigência
de cor rente so l ic i tada pe lo
servomotor e a corrente fornecida
pelo servoconversor. Veja a figu-
ra 12 .
A seleção da melhor relação
(servomotor x servoconversor),
pode ser selecionada conforme o
torque e rotação do servomotor,
pela corrente nominal do ser-
voconversor.Veja a tabela 3 .
A melhor combinação entre
servomotor e servoconversor é
aquela que satisfaz a condição de
3 x Mo.
Nas condições em que ocorrem
a indicação de um * , a combina-
ção é possível, porém não com 3
x Mo.
Nas situações em que há soli-
citação de torque muito elevado,
existe ainda a possibilidade da
combinação dos servomotores so-
mados aos redutores planetários
de baixa folga angular, especial-
mente projetados para atender às
mais exigentes solicitações de
carga.
Estes redutores além de baixa
folga angular (1 estágio: < 3’ ou <
6’e 2 estágios: < 5’ ou < 10’), pos-
suem reduções exatas que facili-
tam a precisão de posicionamento,
além de suportarem altos choques.
A composição servomotor +
redutor planetário é utilizada nas
Figura 11 - Diagramação de blocos do servoconversor.
Figura 12 - Curvas torque x Rotação do servomotor.
Figura 13 - Servo-acionamento = servomotor + redutor planetário.
1 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
1 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
1 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
Tabela 3 - Características (torque x rotação do servomotor x Corrente nominal do
servoconversor).
mais diversas aplicações, devido
à sua excelente performance. Fi-
gura 13 .
Transelevadores, máquinas o-
peratrizes e máquinas em geral
com alta solicitação de dinâmica e
precisão de posicionamento são o
principal segmento de atuação dos
servo-acionamentos. Observe a fi-
gura 14 .
 PARAMETRIZAÇÃO
E PROGRAMAÇÃO
A pr inc ipa l vantagem dos
servoconversores é a sua rápida
e simples parametrização, possi-
bilitada através de seu controle
manual ou através dos progra-
mas MX_SHELL ® ou MO-
VITOOLS®.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20021 4
AUTOMAÇÃO
Figura 14 - Transelevador com servo-acionamento Sew.
Figura 15 - Tela de programação IPOS® (Sistema de posicionamento
e seqüência), em Assembler.
Figura 16 - MOVITOOLS® via CD ou Internet.
Figura 17 - Servo-acionamentos aplicados a
desbobinadores e bobinadores através do
programa IPOS® plus.
Tanto os programas quanto o con-
trole manual, permitem selecionar o
modelo específico do servomotor
utilizado, sua tensão de alimentação,
sua rotação nominal e rapidamente
fornecem ao usuário uma otimização
das melhores características do
servomotor utilizado.
O programa de posicionamento e
seqüenciamento IPOS®, já está dis-
ponível internamente
nos servo-a-
c i o n a m e n t o s
S E W - E U R O -
DRIVE tirar es-
paço. Este pro-
grama tem um
funcionamento
muito similar a
um CLP , ou
seja, comanda
as funções de
seqüência e po-
sição do servo-a-
cionamento, e sua limitação é deter-
minada pelo número de entradas e
saídas disponíveis no equipamento
(figura 15 ).
Outro programa disponível nos
servo-acionamentos SEW-EURO-
DRIVE é o SCOPE® , um programa
de visualização gráfica , onde é pos-
sível apurar as verdadeiras condi-
ções de trabalho dos servo-
acionamentos em tempo real. O pro-
grama SCOPE é mais uma opção
existente e disponível nos programas
MX_SHELL® e MOVITOOLS® da
SEW-EURODRIVE.
CONCLUSÃO
Máquinas e equipamentos em
geral com alta solicitação de dinâ-
mica e precisão de posicionamento
são os ideais para a utilização dos
servo-acionamentos. Veja a figura
17 l
ELETRÔNICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20021 6
s Fibras Ópticas (vamos chamá-las de F.O.)
servem para o trafegar dados de um ponto
ao outro utilizando a luz como forma de
transporte dos mesmos, ao invés dos ca-
bos elétricos convencionais.
Normalmente, elas são utilizadas em telecomuni-
cações, telemetria e também em Automação Indus-
trial, que é onde iremos abordar.
Em Automação Industrial, elas são basicamente
empregadas quando há a necessidade de :
1. Imunidade contra Interferência Eletromagnética
(EMI);
2. Para isolar equipamentos eletricamente;
3. Aumento de distância entre os equipamentos.
Imunidade contra Interferência Eletromagnética
Esse é o maior motivo para se utilizar F.O. em am-
biente industrial. Normalmente, o ambiente industrial
é um muito propício para o aparecimento de EMI e
algumas vezes, por mais que o cabo de dados (elétri-
co) seja blindado, aterrado e com todas as condições
teóricas de isolamento da EMI, nem sempre é sufici-
ente para evitar esse tipo de problema, e a solução
disso é a utilização de F.O. para a interligação dos
equipamentos.
Abordaremos neste artigo uma tecnologia que está sendo cada vez mais utilizada na área
industrial, que é a das Fibras Ópticas.
Os vários tipos de fibras, seus conectores e técnicas de montagem estão sendo apresenta-
mos neste artigo que, com o seu conteúdo, visa cobrir uma lacuna ainda existente nas nossas
literaturas técnicas.
Boa leitura!
Isolar equipamentos eletricamente
Esse é o segundo maior motivo de se utilizar F.O.
em automação industrial. Muitas vezes, temos equi-
pamentos da mesma rede Fieldbus sendo utilizados
em prédios diferentes, ou até mesmo dentro de um
mesmo prédio, porém em distâncias muito grandes.
Nesse caso precisamos
isolá-los eletricamen-
te, pois no caso de
uma eventual di-
ferença de po-
tencial entre os
dois equipa-
mentos evita-
mos a sua da-
nificação.
Aumento de
distância
entre os
equipamentos
Quando utili-
zamos o meio físico
“cabo elétrico”, quanto maior for a
A
Juliano Matias
ELETRÔNICA
1 6
ELETRÔNICA
1 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
distância entre os equipamentos maior será a resis-
tência do condutor elétrico dentro do cabo, aumentan-
do com isso a queda de tensão dentro do cabo. Para
evitarmos esse tipo de problema, utilizamos a F.O.
(não que a F.O. não tenha atenuação, na verdade ela
tem, algumas com mais atenuação e outras menos,
mas de qualquer forma as que possuem menos ate-
nuação permitem distâncias maiores do que o cabo
de cobre).
COMUNICAÇÃO ENTRE DOIS PONTOS
A figura 1 mostra como é fisicamente a eletrônica de
um circuito ponto a ponto entre duas estações em F.O..
Nela, podemos verificar que em um sistema full-
duplex temos um par de cabos para a troca dos da-
dos, sendo um o receptor e o outro o transmissor.
A distância entre os dois equipamentos é determi-
nada pela atenuação do cabo, pela intensidade de luz
que o LED pode transmitir e pela sensibilidade do
fototransistor.
Todas estas variáveissão dados de catálogo do
módulo eletrônico em questão. Vamos tomar um exem-
plo. Na figura 2 vemos um módulo eletrônico da em-
presa Phoenix Contact, esse módulo tem a função de
fazer a conver-
são de um sinal
em RS-232 para
F.O., e vemos na
tabela 1 os da-
dos técnicos do
módulo.
Vamos fazer
algumas contas
imaginando que
conectaremos
dois desses
módulos:
Atenuação de um cabo de Fibra Polimérica – 230
dB/km ou 230 dB/1000m
Margem de segurança – 3 dBm
onde:
Sft - Sensibilidade do fototransistor;
ILED - Intensidade do LED;
M - Margem.
Essa margem de segurança serve para prever fu-
turas atenuações devido a perdas no sinal durante a
fase de instalação (perda prevista de 2 dBm na insta-
lação) e no decorrer dos anos (perda prevista de 0,1d
Bm por ano), com isso temos um tempo de vida útil
previsto de aproximadamante 10 anos em sua dis-
tância máxima.
Esse tipo de cálculo serve para qualquer tipo de
módulo e para qualquer tipo de Fibra Óptica.
E, como saber qual é a distância do cabo que es-
tou utilizando, se o cabo passa por tantas canaletas,
eletrocalhas, curvas,...?
Essa resposta é bem simples tendo em vista que
o cabo vem marcado de fábrica com metragem
indicada de metro em metro do cabo, conforme é mos-
trado na figura 3 . Então, é só verificar a marcação
mais próxima do primeiro equipamento e subtrair da
distância mais próxima marcada no segundo equipa-
mento. Simples, não?
Figura 1 - Eletrônica de um circuito ponto a ponto entre duas
estações em F.O..
Figura 2 - Módulo eletrônico da empresa
Phoenix Contact
Tabela 1 - Dados técnicos do módulo.
Figura 3 - Marcação da metragem.
ELETRÔNICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20021 8
TIPOS DE FIBRAS ÓPTICAS
Existem várias tecnologias de
F.O., e vamos citar algumas delas:
Polimérica: também conheci-
da como fibra plástica, esta é a
mais amplamente utilizada em am-
biente industrial, pois é de uma
tecnologia barata, de fácil
conectorização e fácil manuten-
ção. Porém, como tudo, também
tem seu lado negativo, o dela é a
alta atenuação do sinal em seu
cabo, cerca de 230 dB/km, isto é,
em 1000 m de cabo ela atenua
230 dB, com isso a distância má-
xima dela chega a 70 m. Veremos
mais a frente como se calcula essa
distância. Temos na figura 4 as di-
mensões da F.O. polimérica, essa
notação é dada por 980/1000 µm..
HCS: é a segunda mais utiliza-
da, ela é constituída por um nú-
cleo de vidro coberto por um ma-
terial polímero, como vemos na
figura 5 .
A atenuação dela é de 9 dB/
km, nesse valor vemos sua baixa
atenuação por quilômetro.
É muito empregada quando
precisamos aliar imunidade eletro-
magnética com distância, pois
com essa fibra conseguimos al-
cançar aproximadamente 400 m.
A escolha dessa fibra é somen-
te pela imunidade contra EMI e
isolação elétrica , mas não pela
distância, pois distância igual con-
seguimos utilizando cabo de co-
bre em RS-485.
Vidro Multimodo: é utilizada em ambiente indus-
trial quando queremos trafegar os dados a muita dis-
tância, onde nem mesmo o cabo
de cobre é capaz, pois com ela po-
demos chegar aproximadamente a
3300 m (dependendo da atenuação
da F.O. nesse caso de 3,0 dB/km).
Seu núcleo é todo de vidro e seus
diâmetros variam de acordo com
a F.O., mas o normal é 50/125 µm
e 62,5/125 µm.
Vidro Monomodo: quase nun-
ca é utilizada em ambiente indus-
trial (já ouvi falar, mas pessoalmen-
te nunca vi), ela é a melhor fibra
quando falamos em distância, pois
sua atenuação é mínima tenden-
do à ideal. É muito utilizada em te-
lecomunicações e a mais cara
entre todas.
TIPOS DE CONECTORES
F-SMA é o tipo mais prático de
ser montado, pois existem kits de
confecção para esse tipo de
conector. É mais utilizado em Fi-
bras Poliméricas e HCS. Veja o
conector na figura 6 .
B-FOC ou ST é o padrão mais
conhecido do mercado, pois está
presente na maioria das F.O. de
vidro, porém é pouco utilizado em
área industrial. Veja o conector na
figura 7 .
A capa protetora dos
conectores das F.O. é de extrema
importância, pois, previne que a fi-
bra propriamente dita engordure,
arranhe ou até mesmo lasque, o
Figura 4 - Dimensões da F.O. polimérica. Figura 5 - Fibra HCS.
Figura 6 - Conector F-SMA.
Figura 7 - Conector B-FOC ou ST.
Figura 8 - Os dois conectores com as
correspondentes capas de proteção.
ELETRÔNICA
1 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
valete ou uma base, deixando o seu centro girar livre-
mente, evitando com isso a torção no cabo, como mos-
trado na figura 9 .
• Não torcer nunca o cabo (figura 10 ). O cabo de
fibra óptica não foi feito para trabalhar e nem ser ma-
nuseado nessa condição. Alguns tipos de cabos es-
peciais podem trabalhar movimentando-se linearmen-
te, por exemplo, em uma lagarta, mas como disse,
são cabos específicos para esse fim.
• Não pisar nunca em um cabo de Fibra Óptica –
imaginem uma placa de acrílico se dobrando: ela não
fica esbranquiçada no seu centro com várias fissuras?
Pois é isso o que acontece quando pisamos ou es-
magamos um cabo de fibra polimérica. E com o pas-
sar do tempo essas fissuras vão aumentando, ocasio-
nando com isso o aumento da atenuação do cabo,
até uma hora em que a luz que chega no fototransistor
não é suficiente para ele entrar em ponto de satura-
ção. E essa condição torna-se ainda pior quando o
cabo é do tipo HCS ou vidro, pois uma pisada pode
quebrá-la na hora, interrompendo a passagem de luz.
• Normalmente, as sobras dos cabos elétricos em
canaletas, são escondidas nas mesmas apenas dobran-
do-os no seu leito. Esse procedimento é proibido ao uti-
lizar F.O., pois ao dobrar o cabo em um ângulo acentua-
do as características de atenuação mudam, podendo
que prejudicaria (e muito) a performance da fibra. Veja
na figura 8 os dois conectores com as corresponden-
tes capas de proteção.
CUIDADOS AO SE TRABALHAR
COM UMA F.O.
Essa, eu diria, é a parte mais
importante do artigo, pois se a Fi-
bra Óptica for mal instalada toda a
instalação fica comprometida. Ci-
taremos alguns tópicos importan-
tes que sempre devem ser obser-
vados em uma instalação.
• Desenrolar sempre o cabo da
bobina com a bobina sobre um ca-
Figura 9 - Como desenrolar.
Figura 10 - Não torcer nunca o cabo.
Figura12 - Cabos dobrados na canaleta.
Procedimento errado.
Figura 11 - Não dobrar os cabos na prória canaleta.
Figura 13 - Instalar os cabos de F.O. em canaletas separadas ou
em conduítes diferentes
fazer com isso que na condição do cabo dobrado ele
não funcione mais. Observe as figuras 11 e 12 .
• Instalar os cabos de F.O. em canaletas separa-
das ou em conduítes diferentes (figura 13 ). Esse pro-
cedimento deve-se ao fato de que,
se qualquer manutenção for feita
nos cabos de potências ou nos
outros cabos que estiverem na
mesma canaleta, ao serem remo-
vidos não transmitam tensão me-
cânica para os cabos de Fibra
Óptica, pois eles poderiam sofrer
sérios danos. Caso isso seja ine-
vitável, aconselha-se:
- Remova primeiramente os cabos
de F.O.
ELETRÔNICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20022 0
braçadeiras para
garantir um raio
mínimo de cur-
vatura da fibra
que deve ser de
no máximo de 5
cm, ver figura
15. Na verdade,
esse raio de cur-
vatura deve ser
mantido sob
qualquer hipóte-
se, até mesmo
ele entrando em
módulos eletrô-
nicos, conforme
ilustra a figura
16.
• Utilizar pro-
teção para cur-
vas quando o
cabo for entrar
ou sair de um
painel elétrico,
pois normalmen-
te o cabo pode
sofrer esforços
e, com isso, ser
forçado em um raio de curvatura menor que 5 cm;
observe as figuras 17 e 18 .
• Ao instalar o cabo de F.O. em portas de painéis
ou em partes móveis, utilizar sempre um tubo prote-
tor para evitar que o raio mínimo de curvatura seja
ultrapassado, conforme mostra a figura 19 .
Figura 14 - Proteger a F.O. contra cantos vivos e rebarbas.
Figura 15 - Raio mínimo de curvatura da fibra.
Figura 16 - O raio de curvatura deve ser
mantido sob qualquer hipótese.
Figura 17 - Cabos com protetor de
curva.
- Instale ou repare os cabos de cobre.
- Reinstale os cabos de F.O.
- Faça a medição do cabo e certifique-se de que ele
está bom.
• Proteja a
F.O.contra can-
tos vivos e
rebarbas para
evitar o seu cor-
te, para isso in-
sira um protetor
ou lime ou retire
os cantos vivos,
atente para a fi-
gura 14 .
• Na necessi-
dade de curvas
em uma F.O. uti-
lizar para isso
Figura 18 - Cabo com proteção de
curva conectado.
Figura 19 - Utilizando um tubo protetor.
ELETRÔNICA
2 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
• Quando utilizar braçadeiras, nunca apertá-las de-
mais, pois com isso provoca no local microfissuras, ate-
nuando assim o cabo e provocando em um curto espa-
ço de tempo a inutilização do mesmo; veja a figura 20 .
MONTANDO UM CONECTOR EM UMA FIBRA
POLIMÉRICA
Para se montar um conector F-SMA em uma F.O.
Polimérica necessita-se das seguintes ferramentas
mostradas no Kit da figura 21 .
Decapar o cabo
1. O cabo deve ser decapado longitudinalmente.
• Posicione a faca do decapador a aproxima-
damente 10 cm do final do cabo (figura 22 ).
• Mantenha a lâmina do decapador longitudi-
nalmente ao cabo, e puxe-a cortando-o até a sua ex-
tremidade.
2. Remova as fibras de aramida do interior da
fibra, estas fibras servem para dar sustentação
mecânica ao cabo e ajuda na isolação térmica do
mesmo.
Figura 20 - Não apertar as braçadeiras.
Figura 21 - Ferramentas.
Figura 24 - Cortando com alicate de corte
diagonal. Figura 27 -Excesso cortado.
Figura 29 - Lixando.Figura 26 - Cortando o excesso.Figura 23 - Rasgando a capa do cabo.
Figura 28 - Conector na base para
lixamento.
Figura 22 - Posicionando a faca do
decapador. Figura 25 - Decapando a fibra.
ELETRÔNICA
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20022 2
3. Enrole uma ponta da fibra em uma chave de
fenda e rasgue a capa por mais 15 cm no sentido da
outra extremidade (figura 23 ). Nesse processo, os dois
condutores não podem ser danificados.
4. Corte a capa de proteção com as fibras de
aramida e corte também as duas F.O. a uma distân-
cia de aproximadamente 12 cm do começo do cabo,
esse corte deve ser realizado com um alicate de cor-
te diagonal para evitar danos nas fibras (figura 24 ).
Decapar a fibra e colocar o conector
1. Decape a fibra aproximadamente 10 mm em am-
bos os condutores (figura 25 ).
2. Insira o conector F-SMA.
3. Rosqueie o conector com uma pressão de 0,1
Nm (não muito forte).
4. Corte o excesso da fibra exposta no conector
com um alicate de corte diagonal, deixando somente
1 mm para fora do conector (figu-
ras 26 e 27 ).
Polimento da fibra
Para minimizar a atenuação da
F.O., ela precisa ser polida como
descrito nos passos abaixo:
1. Inserir o conector na base
para lixamento (figura 28 ).
2. Colocar uma lixa abrasiva
(1500) sobre uma superfície regu-
lar (figura 29 ).
3. Comece a lixar fazendo movimentos de oitos
até sentir que a base de lixamento começa a girar.
4. Troque a lixa por uma outra ainda mais fina para
dar o polimento e repita o movimento de oitos duran-
te 20 vezes (figura 30 ).
Limpe a ponta da fibra com um pano extrema-
mente limpo (figura 31 ), e coloque a capa protetora.
Com isso o conector está pronto (figura 32 ).
MONTANDO UM CONECTOR EM
UMA FIBRA HCS
Para se montar um conector F-SMA em uma F.O.
HCS necessita-se das seguintes ferramentas mos-
tradas no Kit da figura 33 .
Removendo a capa externa
1. A capa externa deve ser re-
movida em aproximadamente 200
mm. Um estilete normal pode ser
utilizado para este fim, veja figu-
ra 34.
2. E com um alicate decapador
de fios remova a capa interna de
proteção da fibra, como mostra a
figura 35 .
3. Agora que a F.O. esta a mos-
tra, corte as fibras de aramida com
uma tesoura especial (figura 36 ),
Figura 33 - Ferramentas.
Figura 34 - Removendo a capa.
Figura 35 - Removendo a capa interna.Figura 30 - Usando uma lixa mais fina.
Figura 31 - Limpando a ponta.
Figura 32 - O conector pronto.
Figura 36 - Cortando as fibras de aramida.
ELETRÔNICA
2 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
Figura 39 - Inserindo o conector.
Figura 40 - Equipamento especial.
Figura 42 - Verificando as condições da
fibra.
e após isso retire a camada de polímero que envol-
ve a fibra utilizando um decapador de 0,3 mm dei-
xando cerca de 70 mm da fibra de vidro exposta
(figura 37 ).
4. A fibra ficará a mostra conforme a figura 38 .
Conectando a fibra
1. Insira o conector e fixe-o na F.O., mas muito
cuidado, pois a F.O. pode quebrar com qualquer força
maior imposta nela (figura 39 ).
2. Com um equipamento especial (figura 40 ), en-
caixe o conector e “quebre” o excesso de fibra com a
ajuda deste equipamento.
Com isso a F.O. está pronta para ser utilizada (fi-
gura 41 ).
Para ambos os tipos de F.O. existe um instrumen-
to muito útil que serve para verificar as condições da
fibra depois de montada no conector, é um tipo de
microscópio específico para esta finalidade, veja a
figura 42 .
A tabela 2 mostra um quadro comparativo entre
os diversos tipos de fibras ópticas.
CONCLUSÃO
Tentamos passar com este artigo um pouco das
novas tecnologias de Fibra Óptica em Automação
Industrial. Notem que as F.O. utilizadas em Automação
Industrial quase não são utilizadas em Telecomuni-
cações. São de tecnologias diferentes, porém com a
mesma finalidade.
Em edições futuras estaremos discorrendo sobre
Fibras Ópticas de vidros e suas técnicas de medição
e diagnóstico, bem como os conceitos teóricos a elas
relacionados.
E vale lembrar que em um sistema de automação,
quanto mais fa cilmente o pessoal de manutenção
conseguir consertar um defeito, menos dinheiro é per-
dido, e esse é um dos motivos do uso da tecnologia
de F.O. polimérica e HCS, pois sua conectorização é
muito simples, e rápida para dar manutenção. l
Figura 37 - Retirando a camada de
polímero.
Figura 38 - Fibra a mostra.
Figura 41 - F.O. pronta para ser utilizada.
Tabela 2 - Quadro comparativo.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20022 4
AUTOMAÇÃO
CCCCC
CLPCLPCLPCLPCLPContrContrContrContrControladoroladoroladoroladorolador L L L L LógicoógicoógicoógicoógicoPPPPPrrrrrogramávelogramávelogramávelogramávelogramável
 4ª par4ª par4ª par4ª par4ª partetetetete
Paulo Cesar de Carvalho
INSTRUÇÃO: BOBINA LIGA E
BOBINA DESLIGA
ada instrução deste tipo ocu-
pa uma célula de uma lógica
e só pode ser inserida na úl-
tima coluna da direita, conforme
mostrado na figura 1 . O operando
poderá ser uma saída digital física
ou um operando auxiliar. No caso de
um operando de saída física a ins-
trução quando ligada irá energizar
Neste artigo vamos continuar o estudo da Linguagem Ladder
para programação de CLPs, apresentando as intruções “Bobi-
na Liga” e “Bobina Desliga”, além da instrução “Temporizador
na Energização”, e daremos novos exemplos de aplicações
práticas para fornecer subsídios para o leitor conhecer os con-
ceitos básicos desta linguagem, que é uma importante ferra-
menta utilizada na automação industrial para programação de
CLPs.
2 5MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
o ponto de saída física, dando co-
mando nos equipamentos
conectados ao CLP . Na figura 01
quando a entrada digital “START” for
energizada, a saída “MOTOR1” será
energizada. Mesmo depois que a
entrada “START” for desenergizada,
o MOTOR 1 continuará ligado. Para
desligar esta saída será necessá-
rio energizar a “bobina desliga” as-
sociada. No caso do exemplo isso
pode ser feito ligando a entrada
“STOP”.
A principal diferença entre a bobi-
na simples e a “bobina liga” é que esta
última é retentiva, não necessitando
fazer um “selo” no programa para
manter a saída ligada independente-
mente de comando.
Exemplo de
aplicação
Lógica de alarme: Elaborar um
programa em Linguagem Ladder
para executar a função de aquisitar
quatro entradas digitais de defeito.
Quando pelo menos uma entrada
de defeito for energizada ( mesmo
que por um curto intervalo de tem-
po ) deverá ser acionada uma saí-
da digital de resumo de falha. Esta
saída digital deverá permanecer
energizada até que seja pressiona-
do o botão de reconhecimento de
alarme e nenhuma das entradas de
defeito esteja energizada.
A solução é ilustrada na figura
2. Com a utilização da “bobina liga”,
qualquer uma das entradasde de-
feito que ligar, acionará a saída
“RES_DEF” que será o resumo de
defeito. Esta saída permanecerá li-
gada até que seja pressionado o
botão associado à entrada
“REC_DEF” (reconhece defeito) e
nenhuma das entradas de defeito
esteja ligada.
 INSTRUÇÃO: TEMPORIZADOR
NA ENERGIZAÇÃO
A figura 3 exibe a instrução Tem-
porizador na Energização ( TEE ) :
Esta instrução realiza contagens
de tempo com a energização das
suas entradas de acionamento ( Li-
bera e Ativa ) .
A instrução TEE possui dois
operandos. O primeiro OPER1 espe-
cifica a memória acumuladora da con-
tagem de tempo. O segundo operan-
do OPER2 indica o tempo máximo a
ser acumulado. A contagem de tempo
é realizada normalmente em décimos
de segundo e esta será a unidade que
utilizaremos , ou seja, cada unidade
incrementada em OPER1 corresponde
a 0,1 segundo.
Enquanto as entradas Libera e Ati-
va estiverem simultaneamente
energizadas, o operando OPER1 é
incrementado a cada décimo de se-
gundo. Quando OPER1 for maior ou
igual a OPER2, a saída Q é energizada
e Q desenergizada, permanecendo
Figura 2 – Lógica de alarmes utilizando Bobina Liga e Bobina Desliga.
Figura 3 - Instrução Temporizador na
Energização.
OPER1 com o mesmo valor de
OPER2.
Desacionando-se a entrada libera,
há a interrupção na contagem do tem-
Figura 1 – Instrução bobina liga e bobina desliga.
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20022 6
AUTOMAÇÃO
po, permanecendo OPER1 com o
mesmo valor. Desacionando-se a en-
trada Ativa, o valor em OPER1 é
zerado.
O estado lógico da saída Q é exa-
tamente o oposto da saída Q, mesmo
estando a instrução desativada.
Atenção:
Com a entrada ativa desativada, a
saída Q permanece sempre ener-
gizada.
A seguir, na figura 4 , apresenta-
mos um exemplo de utilização da ins-
trução temporizador. O diagrama de
tempo da instrução está mostrado na
figura 5.
Na figura 5 mostramos o diagra-
ma de tempo de um temporizador na
energização. Quando as entradas
%E000.0 e %E000.1 estão ligadas
a memória %M000 acumula uma
unidade a cada 0,1 segundos e, nes-
te caso, o limite será 500 décimos
de segundo ou 50 segundos. Após
este tempo a saída % S0002.1 liga
e a saída % S0002.2 desliga ( saída
complementar ) . Após isso, se a
entrada ativa ( % E000.1 ) for desli-
gada , o temporizador é zerado e a
saída %S0002.1 será desligada, en-
quanto a saída complementar
%S0002.2 será ligada.
Exemplos de
 aplicação
EXEMPLO 1 – Evitando falsas in-
dicações de alarmes associados a en-
tradas digitais:
É comum empregarmos tem-
Figura 5 – DIagrama de tempo.
Figura 6 – Programa Ladder do exemplo 1.
Figura 4 – Exemplo de aplicação da instrução temporizador.
porizadores em entradas digitais
para garantir que a situação de de-
feito permaneceu por um determi-
nado intervalo de tempo para en-
tão acionar o alarme corresponden-
te, evitando assim falsas indica-
ções. Considere então duas chaves
de nível tipo bóia, que estão liga-
das em duas entradas digitais de
um CLP . Estes sinais indicam : ní-
vel muito alto no tanque e nível mui-
to baixo no tanque. Para ocorrer a
2 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
AUTOMAÇÃO
indicação de alarme a entrada de-
verá permanecer ligada por pelo
menos 4 segundos. Para reconhe-
cer o alarme considere um botão
conectado a uma entrada do CLP.
Solução : Na figura 6 apre-
sentamos o programa em Lingua-
gem Ladder do exemplo. Neste
programa LHH é a entrada digital
de nível muito alto , LLL - é a en-
trada digital de nível muito baixo e
REC_ALM é a entrada para reco-
nhecimento de alarmes. Observe
que as entradas de Libera e Ativa
do temporizador estão interligadas
e serão energizadas simultanea-
mente com a energização da en-
trada do CLP. Assim, quando a en-
t rada do CLP é l igada, o
temporizador inicia a temporização
e só irá ligar a saída de alarme se
a entrada permanecer ligada por
no mínimo 4 segundos. Como a
bobina de alarme é retentiva, o
alarme permanecerá ligado mes-
mo que a entrada de alarme seja
desligada. Para resetar o alarme
deverá ser l igada a entrada
REC_ALM (figura 6 ).
EXEMPLO 2 – Considere uma
prensa que possui dois botões que
devem ser acionados simultanea-
mente para que ela seja atuada e
um fim-de-curso, que é ao ser atua-
do, retorna à mesma a posição de
repouso. Este tipo de acionamento
simultâneo de dois botões é conhe-
cido por bi-manual e é uma segu-
rança para evitar que a prensa atin-
ja uma mão do operador . Como
sabemos, é praticamente impossí-
vel que o operador consiga acionar
os dois botões exatamente ao mes-
mo tempo, e por este motivo consi-
dere uma diferença de tempo máxi-
ma entre acionar o primeiro botão e
o segundo de 0,2 segundos para
que a prensa seja acionada. Se o
operador travar um botão, ele não
conseguirá acionar a prensa, pois,
passados 0,2 segundos é necessá-
rio desligar os dois botões e acio-
nar novamente os mesmos para
tentar um novo acionamento .
Neste exemplo, teremos :
BO-01 e BO-02: as entradas do
CLP onde estão conectados os
Figura 7 – Programa Ladder do exemplo 2.
Figura 8 – Diagrama de tempo do exemplo 3
dois botões de acionamento da
prensa .
LIG-PRE – a Saída digital que acio-
na o motor da prensa . FC-1 é a entra-
da que recebe o fim-de-curso que des-
liga o motor da prensa retornando-a à
posição original.
Na lógica 002 observe que só é
possível acionar a prensa se forem
acionados os dois botões e os dois
contatos auxiliares (AUX1 e AUX2)
estiverem desligados, ou seja, só é
possível acionar a prensa se o in-
tervalo de tempo entre acionar o pri-
meiro botão e o segundo for inferi-
or a 0,2 segundos..
Solução : O programa ladder
deste exemplo é apresentado na fi-
gura 7 .
EXEMPLO 3 – Utilizando tempo-
rizadores, desenvolver um progra-
ma em Linguagem Ladder para aci-
onar um pistão pneumático com re-
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20022 8
AUTOMAÇÃO
Figura 7 – Programa ladder do exemplo 3.
torno por mola de forma que ele fi-
que 20 segundos avançado e 60 se-
gundos recuado.Este movimento
deve ser iniciado após o operador
pressionar o botão de START e será
cíclico, só devendo ser interrompi-
do se o operador pressionar o bo-
tão de STOP. Nesta situação, recu-
ar o pistão. Considere que a saída
digital que aciona o pistão será de-
nominada de PST-01 ( quando esta
saída estiver ligada o pistão avan-
ça, e quando desligada o pistão re-
cua ) .
Solução: Considerando a base de
tempo do temporizador em décimos
de segundo precisaremos de dois
temporizadores, um de 200 décimos (
KM200 – valor constante de 200 ) e
outro de 600 ( KM 600 ) décimos de
segundos. A saída digital que aciona
o pistão ( PST-01 ) está representada
no diagrama de tempo fornecido na
figura 8 .
1- Instante em que o botão de
START foi acionado
2- Instante em que o botão de
STOP foi acionado
A=C= 20 segundos - Intervalo de
tempo com pistão avançado
B=D= 60 segundos - Intervalo de
tempo com pistão recuado
E – Durou menos que 20 segun-
dos em função do acionamento do
botão STOP, e a seqüência parou de
ser executada desligando a saída PST-
01 e retornando o pistão.
Na figura 9 temos o programa
ladder do exemplo.
Na lógica 000 a instrução “bobina
liga” de AUX1 garante que este ope-
rando será ligado após o operador
pressionar o botão START a partir da
condição inicial ( AUX1 e 2 desliga-
dos ). Como a bobina é retentiva, este
operando continuará ligado mesmo
após o operador soltar o botão de
START. O temporizador TEMP1 inicia-
rá uma temporização de 20 segun-
dos e ligará o operando retentivo
AUX2, e desl igará o operando
retentivo AUX1. Note que é neces-
sário desligar AUX1 para garantir
uma operação cíclica do pistão. Du-
rante os 20 segundos da
temporização AUX1 permaneceu li-
gado.
Na lógica 001 o temporizador
TEMP2 temporizará 60 segundos
para ligar novamente AUX1. Assim,
AUX1 totalizará 60 segundos des-
ligado. Quando AUX1 ligar nova-
mente, ele reiniciará o processo
iniciando a temporização TEMP1 e
este ciclo permanecerá indefinida-
mente até que o operador pressio-
ne STOP.
Na lógica 002 o operando AUX1
foi copiado para PST01 para acio-
nar a saída. Observe que o com-
portamento de AUX1 é exatamente
o que era solicitado para o pistão. É
comum utilizarmos operandos auxi-
liares durante a lógica e, no final, co-
piarmos para as saída reais do CLP
para acionar as cargas. O botão de
STOP desligará os dois auxiliares,
CONCLUSÃO
Vimos neste artigo as instru-
ções Bobina Liga e Desliga e a
instrução Temporizador. Estas
instruções são muito utilizadas
em programas de CLPs .
 Na próxima edição vamos
continuar nosso estudo sobre a
linguagem LADDER .
 Até lá. l
garantindo que a saída que acio-
na o pistão ficará desligada e os
temporizadores resetados. O sis-
tema estará pronto para iniciar no-
vamente após o operador pressi-
onar o botão de START.
ESPECIAL
2 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
2 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 2 9MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
ESPECIAL
RetrRetrRetrRetrRetrofittingofittingofittingofittingofittingRetrRetrRetrRetrRetrofittingofittingofittingofittingofitting
O CNCO CNCO CNCO CNCO CNC
administrandoadministrandoadministrandoadministrandoadministrando
os eixos dasos eixos dasos eixos dasos eixos dasos eixos das
máquinasmáquinasmáquinasmáquinasmáquinas
Em extensão aos conceitos apresentados
no último artigo, outros aspectos devem ser
levados em consideração para a correta
seleção do CNC visando seu retrofitting.
Neste, estarei enfocando a quantidade/ha-
bilidade de controle de eixos que o CNC pode
administrar, as funções de alto nível aplicá-
veis a eixos geométricos, e ainda mais, o
que são eixos geométricos em comparação
com eixos de máquina.
e você realmente vai se utilizar de um CNC
para o seu retrofitting, além dos conceitos
anteriormente abordados, um outro impres-
cindível é o número de eixos que este CNC
controla. Na verdade, é mais o menos esse requi-
sito que elege um CNC como adequado à sua apli-
cação.
Quando dizemos que um CNC controla 4 eixos,
8 eixos, 10 eixos ou 30 eixos, na verdade a grande
maioria têm apenas um idéia do que é isso, mas
com certeza existe alguma confusão também aqui,
que às vezes pode levá-lo a comprar um equipa-
mento dispendioso enquanto que uma melhor aná-
lise poderia induzi-lo a uma compra mais acertada,
que otimiza o CNC levando àquilo que realmente
vai usar, e não capacidade de sobra.
Para o vendedor do CNC, o melhor é que você
compre realmente aquele CNC que controla mais ei-
xos, pois nesse ramo existe uma relação direta entre
o número de eixos e o preço do CNC. Pode ter certe-
za, inclusive, de que a margem de lucro é maior para
os CNCs de maior número de eixos. Quem paga esse
lucro é você que, na maioria das vezes, não usa
toda a capacidade.
Para que se tenha uma idéia quantitativa desse
mercado, saiba que 80% das máquinas CNC produ-
zidas no mundo utilizam equipamentos de até 6 ei-
xos e, nesse nicho, a diferença em preço de uma
marca para outra é inferior à 10%.
Já nos outros 20%, para máquinas com 7 ou mais
eixos a diferença no preço do CNC pode variar mui-
to, pois existem outros aditivos além do número de
eixos. São funções de interpolação, medição,
processamento simultâneo, enfim, uma série de fer-
ramentas adicionais que são necessárias para a pro-
gramação de processos complexos e que só estão
presentes em CNCs desse porte.
Às vezes, pela complexidade do processo, ne-
cessitamos escolher um CNC apto a controlar mais
eixos mesmo que não precisemos dos mesmos,
então levamos ferramentas tecnológicas e durante a
configuração da máquina – entenda: "posta em mar-
cha" – é que eliminamos esses eixos “extras”.
Até cerca do ano 2000, os CNCs eram fabrica-
dos com um hardware dedicado àquele número es-
pecífico de eixos, em números. Assim, você en-
contrava modelos de 1 eixo, de 2, 4, 5, 6, 9, 15 e
31 eixos. Veja que se existe algum fabricante que
possui um número diferente de eixos, por favor,
não interprete que estou intencionalmente
desconsiderando-o, mas o que vale aqui é lembrar
que as opções são várias e cobrem sem exceção
todos os casos de retrofitting que já vi ou ouvi
falar. Veja a figura 1 .
SSSSS
Paulo Eduardo Pansiera
ESPECIAL
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20023 0
Após o ano 2000 surgiu uma outra família de CNCs,
considerando como de arquitetura aberta, onde o
hardware é o mesmo, porém as características de
software permitem incluir tantos eixos quanto o
processador possa suportar. Ou seja, você compra
um CNC que vem com um número mínimo de eixos,
em geral são 4, 5 ou 6 eixos e através de habilitações
por software, você conta ao CNC que ele deve con-
trolar então, digamos 12 eixos, e ele o faz.
Ou seja, você comprou um CNC de, digamos, 5
eixos, na versão básica, e opcionalmente compra 7
licenças de uso de expansão de eixos, de forma que,
no final, o CNC controle 12 eixos. Esses equipamen-
tos são conhecidos como CNCs de arquitetura aberta
ou: “open architecture” (do inglês). Obser-
ve a figura 2 .
Isso é uma grande vantagem para você,
usuário e reformador, que anteriormente,
se sua máquina exigisse, digamos 7 ei-
xos, teria que comprar um de 10, porque a
opção ora disponível ía até 6 eixos, e se
seus orçamentos encarecessem às vezes
para um valor 20% maior que o anterior e,
portanto, o cliente final desistia do
retrofitting. Você lamentava que precisava
de apenas mais um eixo e não de quatro e
por isso não estaria disposto a pagar uns
25% a mais. Mas o quê fazer naquela épo-
ca? Hoje, a solução está aí.
Os CNCs de arquitetura aberta estão
se tornando uma tendência para o
retrofitting. Se a máquina demanda pou-
cos eixos, então, o usuário ou o reformador
não compra licenças e expansão adicio-
nais. Já se a complexidade é maior, o
hardware pode ser o mesmo, porém a alte-
ração fica apenas no software. Isso é uma
grande vantagem, pois se o
hardware é sempre o mesmo, dá
para realizar uma boa previsão de
custos na elaboração do orçamen-
to, ao mesmo tempo que os recur-
sos de manuais de operação e pro-
gramação seriam os mesmos uma
vez que o CNC é o mesmo.
Uma outra vantagem dos CNCs
de arquitetura aber ta está no
Firmware ser também expansível no
que diz respeito às funções de pro-
gramação. Com um mesmo
hardware podemos ter um CNC de
funções simples, a saber:
interpolações cartesianas de pares
de eixos, funções Miscelâneas e
alguns ciclos fixos ou no mesmo
hardware e somente habilitando funções do firmware,
chegar a interpolações simultâneas de 5 eixos, si-
mulação gráfica sólida 3D com sombra, mais canais,
e mais funções síncronas.
Por último, e reforçando o conceito que venho des-
tacando nos últimos dois artigos, há um enfoque no
firmware porque existe uma forte tendência de
homogeneização do hardware. Eu diria que uma evo-
lução sensível de hardware ocorre a cada 5 anos nes-
te ramo, enquanto que versões de firmware são
lançadas a praticamente cada 6 meses.
Seguimos com o escopo do artigo e voltaremos à
discussão sobre atualizações de firmware mais adi-
ante.
NÚMERO DE EIXOS
A noção mais básica de eixo
em máquinas CNC é de um siste-
ma com um servomotor diretamen-
te acoplado a um fuso. Quando o
motor gira uma volta, a porca do
fuso desloca-se do passo. Para um
motor girando a 3000 rpm e em um
fuso de passo 10 mm, se o motor
girar nessa velocidade por 6 segun-
dos, haverá um deslocamento de 3
metros para a porca.
Um eixo desse tipo é dito como
linear, mas não é só esse que pode-
mos ter em máquinas CNC. Na ver-
dade, em raríssimos casos teremos
uma máquina sem eixos lineares.
Imagine um fresadora não CNC
em sua concepção mais simples.
Para a movimentação dos carros da
mesa, temos um volante para cada
Figura 1 - Número de eixos.
Figura 2 - CNC arquitetura
aberta 840Di.
ESPECIAL
3 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
3 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 3 1MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
ESPECIAL
fuso e um terceiro para levantar ou abaixar a mesa.
Ao todo são 3 eixos lineares. Se fossemos retrofitar
esta máquina para CNC, deveríamos escolher um
equipamento capaz de controlar 3 eixos.
Outras máquinas possuem também um número de
eixos lineares muito fácil dese identificar. A tabela a
seguir (1), mostra alguns casos:
E por ai seguem outros casos, onde até a carga e
descarga de peças é automatizada com o CNC e são
consumidos em geral mais 2 eixos lineares.
A programação desses eixos lineares no CNC se
dá através da inserção das cotas absolutas de desti-
no até onde o eixo deve se deslocar e com que velo-
cidade. Atente para a figura 3 .
Os nomes destes eixos seguem um convenção e
não um padrão. Para eixos longitudinais, usa-se a le-
tra X, para os tranversais a letra Y e para o eixo onde
ocorre penetração da ferramenta na peça, dizemos
que é o Z. Isso não é uma exigência e sim uma con-
venção. Você pode batizar o eixo da sua máquina da
melhor forma que convier. Existem CNCs que lhe per-
mitem a inserção de uma string para batizar o eixo,
porém verifique antes com seu cliente se ele utilizará
uma ferramenta de CAM para interligar esta máquina,
porque muitos sistemas ainda não aceitam nomes
quaisquer para eixos.
Na dúvida, siga a convenção que lhe traga menos
dor de cabeça e ainda aproveite o manual de progra-
mação que acompanha o CNC.
Quando dois eixos lineares de avanço são per-
pendiculares entre si, estes são ditos como eixos
geométricos. Nos exemplos acima, em todos os ca-
sos o leitor poderia dizer que os eixos são geométri-
cos, mas se a retificadora cilíndrica possuir eixos
inclinados, daí quando se desloca o rebolo em dire-
ção da peça, na verdade, o que temos é um desloca-
mento combinado da face de corte do rebolo em dois
eixos. Ou seja, movemos um eixo e o display atuali-
za a cota de 2 eixos. Portanto, este eixo inclinado
não é dito como eixo geométrico.
Outros tipos de eixo são os rotativos. Aqui o exem-
plo é do volante do carro. Ao girar o volante você
está inconscientemente pensando no giro da roda,
ou seja em determinar que ângulo a roda deverá fa-
zer para que a curva seja completada.
Ao manipular o volante do carro, você pensa
em frações de uma volta completa quando tenta
seguir a curvatura da estrada. Se pudesse visualizar
uma cota de giro, veria um valor em graus, sendo
para o caso do carro um universo de valores que
iriam de –90°(esquerda) até +90°(direita) e o valor
0(zero) seria a direção aprumada perfeitamente
para a frente.
Assim também são os eixos rotativos. A defini-
ção rotativo é a de um eixo onde sua posição é pro-
gramada em graus, podendo ser superior a 360°, o
que significa que mais de uma volta será dada (figu-
ra 4).
Torno paralelo ou com barramento inclinado,
e uma placa
2 eixos, sendo um para o carro longitudinal e outro
para o transversal
Torno duplo, com duas placas opostas 3 eixos, sendo um para o carro longitudinal, um para o
transversal e um último para a movimentação da placa
secundária em direção à principal de forma a trocar a peça.
Fresadora ferramenteira 3 eixos, dois para a mesa cartesiana e um terceiro para o
movimento da ferramenta perpendicular a mesa
Retificadora plana – ferramentaria e moldes Na maioria são 2 eixos lineares, pois a mesa é hidráulica.
Retificadora para crep-feed. 3 eixos lineares, sendo um para o movimento longitudinal
da mesa, um para movimento transversal do porta-rebolo
e um para o vertical do porta-rebolo.
Retificadora cilíndrica 2 eixos lineares.
Torno vertical São em geral 2 eixos controlados pelo CNC, uma vez que
o ajuste grosso do travessão é feito pelo operador. Quan-
do se deseja automatizar também o ajuste do travessão,
então ao todo são 3 eixos lineares.
Modelo da máquina Número de eixo lineares
Tabela 1 - Eixos lineares em máquinas.
ESPECIAL
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20023 2
Figura 5 - Caminho mais curto
para eixos rotativos.
Figura 3 - Programação de cotas lineares.
Figura 4 - Programação em cotas angulares.
Uma característica de configuração de
eixos rotativos, disponível na maioria dos
CNCs, é a do trajeto pelo caminho mais
curto, ou seja, o CNC escolhe o sentido
de giro de forma que o deslocamento en-
tre a posição atual e a programada seja o
mais curto. Note na figura 5 .
Se o eixo estiver na posição angular,
digamos 10°, e desejarmos ir para 350°, o
deslocamento total será de -20°. Isso é uma
economia de tempo, porém só será vanta-
gem se a mecânica da máquina garantir
que não ocorrerão colisões e que este mo-
vimento, diz-se “cruzando o zero”, é permitido.Ao se
deparar com eixos rotativos em seu retrofitting, ob-
serve se eles primeiro podem ser movimentados pelo
caminho mais curto e então escolha um CNC com
essa capacidade.
Esses dois tipos de eixos até agora exibidos, são
conhecidos como “eixos de avanço”; Em inglês, a no-
menclatura é de “feed-axis”. Este nome provém do
nome da velocidade com que estes eixos são coman-
dados em máquinas convencionais.
Diz-se que este ou aquele eixo em combinação
com determinada ferramenta permite velocidades
de avanço de tantos metros por minuto, ou na in-
dústria de fabricação de moldes e estampos, dize-
mos que uma fresadora está trabalhando com de-
terminado avanço (velocidade = mm/min). Daí, a
razão de este eixos serem nomeados como eixos
de avanço.
Outros eixos são os eixos ditos como Principais
ou “Main-axis”, do Inglês. Neles, apenas a sua veloci-
dade é programada e não uma posição.
Numa fresadora, o eixo principal é o eixo de
giro da ferramenta. Em um torno, o giro da placa.
Numa retificadora cilíndrica, o giro do rebolo ou
da peça. Numa retificadora plana, será o eixo por-
ta-rebolo.
A definição é de um eixo onde o parâmetro de con-
trole é sua velocidade e não sua posição. Não está
descartada a sua comutação momentânea para eixo
de avanço rotativo coordenado, porém esta não é sua
função principal na máquina.
Assim como os eixos de avanço, os eixos princi-
pais possuem também um nome que os caracteriza
no meio industrial que é o de “fuso” ou de “Spindle”.
Esse nome dado é tão forte que, mesmo não sendo o
indicado na norma, vou usá-lo aqui, ainda mais por-
que eu trabalhei ouvindo sempre “fuso” e não “eixo-
principal”. Na figura 6 , um exemplo de eixo-fuso.
Máquinas com vários fusos são chamadas de
multifuso. Exemplos disso são tornos duplos, com fuso
principal para torneamento de um lado da peça e fuso
secundário para o torneamento do outro.
É absolutamente
possível que uma
máquina possua
mais de 2 fusos,
deve-se verificar
que tipo de acio-
namento está em
uso e se a rotação
de todos não é sem-
pre a mesma. Se o
ciclo de cada fuso
é exatamente o
mesmo, existe uma
boa chance de se parametrizar o CNC como de um
único fuso. Mas observe que este caso requer uma
análise da simultaneidade dos ciclos de cada fuso.
O quarto e último tipo de eixo é o controlado pelo
CLP da máquina. Por definição, um eixo CLP é aque-
le onde o controle de malha fechada de posição não
ESPECIAL
3 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
ESPECIAL
3 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 3 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
ESPECIAL
é feito pelo firmware do CNC. Na verdade, ainda exis-
tem poucas marcas de CNC onde há uma área do
firmware reservada para controle de posição de eixos
CLP, mas isso está desaparecendo, porque já temos
servo-acionamentos externos com controle de posi-
ção cujo preço caiu muito nos últimos 4 anos.
Exemplos de eixos CLP são magazines automáti-
cos de ferramenta ou torres, e eixos de carga e des-
carga automática de peça na máquina.
Na troca de ferramenta em torres o operador es-
creve uma instrução T seguida do número da ferra-
menta e isso já basta para o motor que está acionan-
do a torre entende que rumo tomar e em que posição
ele deve se posicionar para que tal ferramenta co-
mandada seja a próxima disponível para trabalho.
Se tivéssemos definido o eixo como avanço, tería-
mos que programar o ângulo de destino desta torre,
mas na prática não o fazemos. Ao contrário, apenas
informamos ao CLP que ferramenta desejamos ter na
posição de trabalho, e este se encarrega de se comu-
nicar com o acionamento externo para atingir esta
posição e numa velocidade já definida.
Até mesmo a decisão de tomar ou não o caminho
mais curto é, nesse caso, tratada via CLP.
Os eixosassim chamados são conhecidos alter-
nativamente como eixos auxiliares. Memorize o con-
ceito de que eixos auxiliares não consomem
processamento do CNC e daí não necessitam estar
incluídos na especificação do número máximo de ei-
xos controlados por um CNC. Veja a figura 7 .
Como há diferentes hardwares, é possível que
por uma condição comercial favorável, você encon-
tre um CNC que controle até eixos auxiliares por
uma relação de custo e facilidade de programação
mais vantajosa que a de um CNC de menos eixos
ligado a um acionamento externo para eixo auxiliar.
Neste caso, vale a pena questionar o vendedor so-
bre uma comparação de configurações, e você po-
derá lucrar com isso.
Se você tiver um caso onde 5 eixos são de avan-
ço, 1 é fuso e 1 é auxiliar, fique com um CNC de seis
eixos, pois o auxiliar permite usar a interface de CLP
para o controle.
Neste ponto, creio que o conceito de número de
eixos já foi bem entendido. Alguns fabricantes de CNC
mencionam número de eixos como o total de
fuso+avanço, já outros dizem claramente quantos são
de avanço e quantos são de fuso.
Pergunte sempre quantos de cada tipo podem
ser configurados na sua máquina e observe se existe
espaço para eixos auxiliares. Junte esse conceito
com o número de canais e bags que vimos na edi-
ção passada, e você já terá metade da definição
pronta para a melhor escolha do CNC que será usado
no retrofitting.
Essencialmente, o que lhe interessa é o número
de eixos CNC, e se houver capacidade adicional para
comando de eixos CLP, será ainda melhor, mas isso
está se tornando cada vez menos uma exigência.
FUNÇÕES DO CNC
As funções do CNC são muitas e cada uma tem
suas peculiaridades. O que pretendo ressaltar aqui é
aquilo que será decisivo para a sua escolha do me-
lhor equipamento para o retrofitting. Na verdade, existe
uma grande quantidade de comandos que são co-
muns em todos os CNCs, e então de nada adianta
exibi-los, pois essa informação não o ajudará na se-
leção.
Vou procurar iniciar com funções relacionadas à
configuração e agrupamento de eixos CNC, conside-
rando que acabamos de fazer uma abordagem sobre
eixos.
De acordo com o universo das máquinas que já
retrofitei e daquelas cujas experiências são de cole-
gas do ramo, são quatro as funções de destaque: de-
finição de eixos como agrupados por trajetória, defi-
nição de eixos gantry, definição de eixos inclinados
para retificadoras e transformação para interpolação
simultânea de 5 eixos.
O agrupamento por trajetória é uma função do CNC
que exige que o programador defina primeiramente
uma trajetória, que pode ser através de segmentos
de reta, segmentos curvos ou combinação de am-
bos. Uma vez definida a trajetória, também os eixos
envolvidos aí estarão definidos.
A função é tal que, ao mover um único eixo, os
demais envolvidos seguem o primeiro, de forma a
não fugir da trajetória anteriormente definida. Essa
função é chamada de agrupamento eletrônico de ei-
xos.
Um exemplo clássico de agrupamento de eixos
está nas fresadoras de engrenagens. Os eixos de-
Figura 6 - Foto de um eixo-fuso.
ESPECIAL
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20023 4
vem estar acoplados de
maneira que, independente
do modo de operação, quan-
do um se aproxima da ferra-
menta, os demais o seguem,
com uma relação de trans-
missão “eletrônica” já defini-
da e respeitando o ângulo de
entrada do gerador helicoidal
(figura 8 ).
Um outro caso é aquele
onde pode haver colisão de
um carro contra outro ou con-
tra um dispositivo. Daí então
faz-se uma definição de uma
região onde, quando um eixo
entra, ele passa a seguir o
outro através de uma traje-
tória pré-estabelecida, garan-
tindo que não haja colisão.
Quando fazemos um
retrofitting, às vezes nos
deparamos com caixas de
redução e trens de engrena-
gens geradores de trajetóri-
as em máquinas que possuem originalmente um úni-
co motor e o restante das transmissões segue via
engrenamentos. Pois bem, com esse recurso, você
elimina a mecânica e seus inconvenientes, que são
geração de calor, manutenção e ruído.
O segundo recurso é a definição de eixo como eixo
Gantry. Um eixo Gantry (do inglês, pórtico) é um eixo
escravo de um eixo motor de uma perna do pórtico.
Fresadoras-portal ou qualquer outra máquina se-
melhante possuem um travessão central onde estão
um ou mais cabeçotes de usinagem e esse traves-
são desloca-se longitudinalmente pela direção da
mesa.
Devido à rigidez deste pórtico, quando submetido
a acelerações e de-
sacelerações em espaços
curtos de tempo, no caso de
uma usinagem de um deta-
lhe de pequenas proporções,
certamente a perna não mo-
torizada do pórtico iria se des-
locar depois da outra, provo-
cando uma torção na estru-
tura e, por conseguinte, a per-
da de qualidade da peça.
Observe a figura 9 .
A única forma de corrigir
isso é usando um segundo
motor para o eixo escravo, e
um CNC capaz de configurar
este eixo como Gantry indicando qual
outro eixo é o mestre. Sempre que
um eixo é descrito como Gantry, ele
não será programado, sua coordena-
da não aparecerá no vídeo, porém
todo o comando destinado ao eixo
mestre, o escravo também o recebe-
rá. Com isso, praticamente fica elimi-
nada a torção do travessão.
Mais uma função é a interpreta-
ção por parte do CNC de que uma
retificadora cilíndrica possui eixo do
cabeçote porta-rebolo inclinado em
relação à mesa. Atente para a figura
10.
A operação típica desta máqui-
na é a retífica simultânea de face e
diâmetro. Assim, se desejarmos re-
tificar mais de uma seção por peça,
deveremos deslocar a mesa para a
posição da nova seção de forma
que já esteja sendo considerada a
cota longitudinal de mergulho que o
rebolo terá quando mover-se para a
peça.
Apenas como curiosidade, um ângulo muito uti-
lizado para a inclinação deste eixo é o 26°34’, cuja
tangente é exatamente ½, ou seja, toda vez que
eixo transversal estiver aproximando-se da mesa
por 2 mm, o eixo longitudinal será compensado de
1 mm. Para quem é do ramo de retífica como eu,
esse ângulo é semelhante ao travesseiro: dorme-
se com ele, acorda-se com ele.
Se sua máquina for uma retificadora cilíndrica an-
gular, não há outra saída que não seja a do CNC com-
pensar o deslocamento longitudinal do cabeçote para
as coordenadas da mesa. Analise isso na seleção de
seu CNC.Para finalizar este artigo, abordaremos um
tipo de aplicação que surgiu há alguns anos e tem
Figura 8 - Eletronic gear box.
Figura 7 - CNC e acionamento de
posicionamento externo.
ESPECIAL
3 5MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/2002
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3 5MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002 3 5MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
ESPECIAL
seu maior campo de emprego na fabricação de pás
para turbinas e perfis para a indústria aeronáutica.
Essa aplicação é conhecida como interpolação simul-
tânea de 5 eixos.
As interpolações simultâneas de 5 eixos são o má-
ximo que a capacidade de processamento atual pode
oferecer em termos de complexidade de algoritmo. O
conceito é simples, porém o algoritmo é complexo.
Vou me ater ao conceito.
Quando usinamos uma superfície 3D com uma
fresadora vertical, não temos sempre a ponta da fer-
ramenta normal à superfície da peça. Se quisésse-
mos inclinar o cabeçote ainda poderíamos fazê-lo;
contudo até há alguns anos atrás o CNC não compre-
endia essa inclinação.
Hoje, o CNC além de compreender a inclina-
ção, ainda inclina o cabeçote para você, e o me-
lhor, mantém a ponta da ferramenta sempre per-
pendicular à superfície da peça. O ganho disso é
imediatamente sentido quando o acabamento da
peça é uniforme, independente do ângulo da su-
perf íc ie. Isso porque o CNC, em seu pro-
cessamento, inclinou o cabeçote, o sistema de co-
ordenadas e de velocidades de avanço de tal for-
ma que planificou uma superfície 3D. De fato, o
algoritmo faz isso, ele transforma superfícies 3D
em 2D e aplica ao cabeçote rotativo de 2 eixos a
matriz de transformação (figura 11 ).
A matemática é vasta aqui. Mas quem precisa sa-
ber disso é o CNC, portanto consulte os recursos dele
se a sua aplicação exige transformação de 5 eixos.
Observe que nãobasta a máquina ser apta a controlar
5 eixos, ela deve conseguir executar a transformação
de maneira que você programe apenas os três eixos
geométricos e, automaticamente, o CNC controla os
deslocamento dos dois eixos angulares do cabeçote.
Há outras transformações interessantes que cer-
tamente auxiliam na programação do CNC e que se-
rão abordadas no próximo artigo, assim como a
tecnologia de interrupção por I/O de CNC. l
Figura 9 - Eixo gantry. Figura10 - Eixo inclinado.
Figura 11 - Interpolação 5 eixos.
MECÂNICA INDUSTRIAL
MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/20023 6
Douglas Ribeiro
dos Santos
No artigo passado dissertamos sobre
vários assuntos ligados ao tema rolamen-
to. No que diz respeito ao conceito, dife-
renciamos e exemplificamos mancais de
rolamentos e mancais de deslizamento,
abordamos os tipos principais de rolamen-
tos, descrevemos a aplicação de cada tipo
de rolamento, apresentamos uma inicia-
ção ao cálculo para seleção de rolamento
e também tecemos comentários sobre a
codificação dos rolamentos, entre outros.
Neste artigo queremos nos aprofundar
um pouco mais no assunto, e para isto va-
mos descrever os principais componentes
de uma caixa de mancal e entender qual
a importância de cada um e saber porque
estes são dispostos de uma forma espe-
cífica.
MECÂNICA INDUSTRIAL
MECATRÔNICA ATUAL Nº 5 - AGOSTO/20023 6
o resto da estrutura através da caixa de mancal, ou
seja, se a caixa de mancal será inteiriça, fabricada a
partir de uma única peça ou bipartida, desmontável
em basicamente duas peças (vide figura 1 ). O tipo de
construção da caixa de mancal pode facilitar e muito a
manutenção, a montagem e a desmontagem do eixo.
O mancal pode fazer parte da própria estrutura da
máquina ou então ser introduzido na estrutura.
As principais empresas fabricantes de rolamen-
tos fornecem caixas de mancal padronizadas junta-
mente com componentes para vedação, lubrificação
e fixação para aplicações especificas, mais adiante
apresentaremos estes mancais.
É muito importante calcular, no caso de projeto,
quais as forças que estarão atuando sobre a caixa
de mancal, pois como foi dito no artigo passado, o
mancal recebe todos os esforços que de alguma for-
ma estão atuando no eixo, e por isso atenção espe-
cial deve ser dada à forma de fixação para que se
possa garantir rigidez e impedir vibração indesejável.
Dito isto, podemos descrever os principais com-
ponentes que uma caixa de mancal deve ter para
que os rolamentos possam funcionar de maneira
satisfatória, são eles vedadores, ponto de lubrifica-
ção e elementos de fixação.
Para melhor entendimento do assunto, iremos mon-
tar um eixo aos seus mancais, aproveitaremos a figu-
ra para entender as forças que estão atuando sobre o
eixo e quais os possíveis rolamentos para instalação.
Imaginemos um eixo (vide figura 2 ), ao qual está
acoplada uma engrenagem movida, uma outra en-
grenagem denominada motora (pois está montada a
um eixo acoplado a um motor), que não aparece no
desenho, transmite a força F indicada na figura.
A força F se decompõe em três forças de acordo
com os eixos cartesianos ortogonais, são elas a for-
A
caixa de mancal é o lugar onde o mancal
estará alojado. Aqui devemos lembrar que
uma caixa de mancal pode ser de rolamento
ou deslizamento, radial ou axial, neste arti-
go estamos abordando particularmente os mancais de
rolamentos, embora alguns conceitos de caixa de
mancal sejam os mesmos para os dois casos.
Quando se fala em caixa de mancal muitos já pen-
sam nos componentes de vedação, lubrificação e fi-
xação, porém é importante destacar que ao se proje-
tar uma máquina deve-se ter em mente como serão
feitas as conexões entre os conjuntos girantes e todo
MECÂNICA INDUSTRIAL
3 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 6 - OUTUBRO/2002
ça axial Fa, a força radial ho-
rizontal Frh e a força radial
vertical Frv.
Podemos perceber que a
única força que transmite mo-
vimento é a força radial hori-
zontal Frh, que multiplicada
pela distância R (que é o raio
da engrenagem) produz um
momento torsor; a força radial vertical Frv produz uma
flexão no eixo; enquanto que a força axial Fa impõe um
empuxo axial que deve ser previsto na configuração da
caixa de mancal; o apoio Ap descarrega o empuxo axial
sobre o mancal, e a outra extremidade do eixo é livre
para permitir dilatação e compensar esforços de flexão.
Sabendo que o eixo vai sofrer flexão, seleciona-
mos um rolamento autocompensador para a caixa de
mancal livre de apoios laterais, o que permite a dilata-
ção do eixo, e para a caixa de mancal que sofre a
ação de uma força axial, vamos montar um rolamen-
to de contato angular de esferas, que anula o empuxo
axial principal e alguma força de reação que possa
aparecer, ficando o eixo com a configuração apresen-
tada na figura 3 .
Mas por onde será feita a lubrificação? E como
será mantida? Como os rolamentos serão protegidos
de poeira e ataque de agentes externos?
Para estas perguntas temos dois componentes,
um chamado elemento de vedaçã e outro, que é o
elemento de lubrificação.
Os vedadores são usados justamente para segu-
rar o lubrificante no interior da caixa de mancal, con-
seqüentemente dentro do rolamento. É preciso, no
entanto, atentar para o melhor ponto de aplicação do
lubrificante, isto veremos mais adiante.Outra função
importante dos vedadores é impedir a entrada de im-
purezas do ambiente externo para dentro da caixa de
mancal, existem diversos tipos construtivos e materi-
ais para vedadores, porém, para um melhor entendi-
Figura 2 - Eixo de transmissão.
Figura 1 - Mancal Inteiriço e
bipartido.
Figura 3 - Eixo com mancais.
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MECÂNICA INDUSTRIAL
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mento podemos classificar os
vedadores em vedadores de
contato , ou seja, que atritam no
eixo e os vedadores de não
contato , aqueles que não atritam
com o eixo.
VEDADORES DE CONTATO
Estes se ajustam com uma
certa pressão sobre o eixo, po-
rém ela não pode ser excessiva
a ponto de desgastar muito o
eixo e produzir um calor exces-
sivo sobre o vedador, mas tam-
bém não pode ser suave a pon-
to de não impedir a entrada de
impurezas ou umidade; os anéis
de feltro são elementos de
vedação que não geram muito
desgaste sobre o eixo, no entan-
to, às vezes são necessários
dois anéis para produzir o efeito
desejado, estes elementos de-
vem ser embebidos em óleo an-
tes da montagem.
Os discos radiais de
vedação, também conhecidos como vedadores de lá-
bio radial são fabricados de borracha nitrílica (NBR),
estes vedadores são guarnições que possuem um tipo
de lábio que, através da ação de uma mola, fica em
contato com a superfície do eixo,vide figuras 4 e 5.
Quando o eixo sofre pequenas inclinações, ou no
caso de deslocamentos radiais, usa-se o vedador de
lábio axial, também conhecido
como vedador de anel-V por ser
um anel de borracha inteiriço
com formato em V.
Os elementos de vedação
mola prato ou discos de vedação
são geralmente aplicados quan-
do o lubrificante é graxa, vide fi-
gura 6 .
VEDADORES DE
NÃO CONTATO
Os vedadores sem atrito
são adequados para funcionar
por um longo período de tem-
po ou um alto número de rota-
ções em ambientes não muito
agressivos. Pode-se usar uma
fenda estreita entre o eixo e a
caixa, mas em ambientes mais
agressivos os vedadores tipo
labirinto são mais indicados,
este tipo de vedador é bastan-
te conhecido, porém requer
mais espaço e para uma me-
lhor eficiência deve-se manter
o labirinto prenchido com graxa.Comentamos que
a vedação tipo labirinto requer um pouco mais de
espaço na lateral, costuma-se usar em projetos
onde o espaço na lateral é reduzido os anéis
lamelares de aço, que tensionam o diâmetro ex-
terno ou interno, isto em relação ao lugar onde o
anel será alojado, veja figura 7.
Figura 6 - Exemplos de vedadores de contato.
Figura 4 - Vedador.
Figura 5 - Detalhe do vedador.
MECÂNICA INDUSTRIAL
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LUBRIFICAÇÃO
Já falamos em outros artigos sobre a importância
da lubrificação,