Sistemas CAD/CAM para Manufatura

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CAM – Manufatura Auxiliada por Computador
1 Prof. Maro Rogér Guérios
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Sistemas
CAD/CAM
i. Objetivo:
O presente trabalho objetiva apresentar conceitos
teóricos e considerações práticas sobre sistemas CAD/CAM
para a disciplina específica do Curso de Especialização em
Tecnologia para Integração da Manufatura visando:
- conceituar as bases dos sistemas CAD/CAM;
- apresentar as vantagens e conseqüências da implantação;
- conceituar a operação dos sistemas;
- apresentar o estado atual desta tecnologia;
- projetar a visão futura desta tecnologia e sua integração com
outras tecnologias correlatas.
ii. Observações iniciais:
Neste material que segue são feitas citações e algumas
considerações sobre produtos existentes no mercado atual.
Destaco inicialmente que:
- todos os nomes e marcas citadas são de propriedade de
seus respectivos fabricantes;
- as citações não visaram e nem visam criticar ou agraciar a
nenhum destes;
- as referências foram tomadas apenas com aspecto
comparativo prático entre alguns dos mais famosos
fabricantes e tendo-se a certeza de que não foram citados
todos pertencentes a um universo bastante extenso;
- as citações não representam em nenhum momento o
endosso ou crítica deste profissional ou sequer a posição da
instituição perante estas marcas.
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1. NECESSIDADES DA MANUFATURA:
A manufatura atualmente vem sofrendo rápida e larga revolução. A necessidade
constante de renovação, imposta especialmente pelo “consumo do novo”, reduz cada vez
mais a vida dos produtos no mercado. Aliado a isto, temos a crescente complexidade e
sofisticação, aumentando drasticamente o número de componentes no projeto final. Some
ainda, a expectativa do consumidor final: baixo custo e alta qualidade. E nunca esqueça de,
um fator básico de sua sobrevivência neste mercado, a concorrência.
Claramente este cenário é muito diferente daquele avaliado por Taylor ou Ford
quando estabeleceram-se as bases da Produção Seriada, e isto impõe às empresas e
indústrias uma rápida necessidade de adaptação e atualização em seus sistemas
produtivos.
Trataremos estes tópicos por partes, à fim de detalharmos em cada um deles quais
as demandas, ferramentas auxiliares e tendências futuras para cada um.
1.1. Produtividade:
Quando pensamos em produtividade devemos associar imediatamente o conceito de
valor agregado x horas trabalhadas. O aumento da produtividade deve então
necessariamente estar associado à eficiência do processo produtivo. Nosso estudo é sobre
manufatura e sobre este é que concentraremos a nossa avaliação.
Existem nos processos produtivos dois tipos básicos de consumo de tempo: aqueles
chamados de secundários e os principais.
Os tempos secundários são necessários porém não modificam o valor do produto.
Os tempos principais são os que efetivamente agregam ou modificam o valor do
produto.
Uma das maneiras mais tradicionais de melhora de produtividade nos processos de
manufatura envolve justamente o ataque à redução dos tempos secundários. Isto tem sido
feito historicamente através de maior treinamento de pessoal, utilização de dispositivos,
melhora nas metodologias, etc. Hoje porém, devemos atentar para o contexto que está se
configurando e ao futuro.
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Neste novo contexto a solução para a redução dos tempos secundários converge
para um único ponto: automação da produção.
Dentre os principais motivos estão: o custo da mão-de-obra, problemas sociais,
melhora da qualidade e recolocação do ser humano.
Devemos perceber que o emprego direto nos processos produtivos tende a reduzir-
se drasticamente, restando de 2% a 5% de uma população envolvidos diretamente com a
produção de bens de consumo e suprindo ao todo as necessidades de uma nação.
Este fato deve-se especialmente à percepção de que o homem não é um robô, e tem
custos e problemas maiores que uma máquina. Porém, um homem é muito superior à
qualquer máquina devido à sua capacidade intelectual. A melhora sensível do nível de
escolaridade causa aumento de produtividade, porém causa dificuldades em encontrar mão-
de-obra compatível com o chão-de-fábrica, exigindo melhores salários e condições de
trabalho. Também ocorre o aumento razoável do turn-over encarecendo os investimentos
em treinamento e prejudicando o bom andamento da produção como um todo.
Surgem soluções incompletas de automação como por exemplo a aplicação de
máquinas automáticas com assistência humana (um CNC substituindo máquinas
convencionais). Esta solução, muito empregada no Brasil, mantém um “caráter social do
emprego”, mas exige mão-de-obra mais qualificada e que não pode ser muito bem
remunerada devido aos custos. O trabalho é desestimulante, repetitivo e exige boa
formação educacional para um trabalho monótono. O resultado é sempre o mesmo: busca
constante de progressão funcional (nem sempre apoiada pela empresa) e alta rotatividade.
A empreitada definitiva seria a automação completa, onde seriam atacados as
etapas principais e secundárias como um todo, abandonando a mão-de-obra e buscando ao
máximo a aplicação de sistemas automáticos tanto nas etapas diretas como indiretas da
fabricação de um produto (chegaríamos a um sistema FMS por exemplo).
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1.2. Custos e novo produto:
O custo final de um produto está intimamente ligado à produtividade, porém se nos
fixarmos aos custos unitários de cada item que compõe um produto verificaremos que as
soluções empregadas à cada etapa, tem larga influência no custo final.
Existem diversos componentes no preço final de um produto, poderíamos citar:
desenvolvimento do produto (projeto), implantação de produção (treinamento,
investimentos), a produção (fabricação), transporte, impostos, mão-de-obra, e outros.
Estes custos compõe cada qual com seu “peso” o preço final. A produtividade de
cada uma destas etapas é também decisiva, em especial frente a concorrência cada vez
mais acirrada de preços.
Os sistemas CAD podem ajudar a reduzir drasticamente os custos e tempos de
desenvolvimento de um novo produto. Também auxiliam na prevenção de erros, no
desenvolvimento de sistemas e componentes auxiliares, e na preparação de modelos a
serem aproveitados por outros sistemas computacionais.
 
Existe uma tendência forte de mudança na filosofia nos sistemas CAD, migrando dos
clássicos desenhos técnicos para a modelagem. A modelagem é a real concepção do
produto e os softwares podem extrair automaticamente do modelo as vistas e desenhos no
padrão técnico.
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Os sistemas CAE podem, utilizando modelos CAD, prevenir erros e otimizar projetos,
auxiliando em especial nas áreas de:
- análise de componentes estruturais (otimização);
- análise de comportamento estrutural (crash-test);
- análise de funcionamento de ferramentas (moldes e matrizes);
- desenvolvimento virtual de ferramentas;
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- análise de circuitos eletrônicos;
- testes de montagens e lay-out;
- desenvolvimento virtual de circuitos eletrônicos, hidráulicos, pneumáticos e
mecanismos.
Podemos, através de sistemas de shading ou rendering realístico e prototipagem
rápida definir com maior facilidade detalhes de design de um produto, inclusive fazer testes
de marketing para verificar a real adequação.
Os sistemas CAM, utilizam os modelos CAD para a geração de programas CNC de
maneira automática, minimizando o tempo, reduzindo erros e permitindo o desenvolvimento
de usinagens cada vez mais complexas.
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Os sistemas CAM, integrados à redes de máquinas CNC, auxiliadas por sistemas de
alimentação automáticos e geridas por um controle FMS permitem um warm-up e produção
de pré-séries em tempos bastante reduzidos e praticamente isento de erros.
A larga aplicação destes sistemas de maneira integrada leva-nos hoje a poder
desenvolver cada vez mais rápido e com maior segurança novos produtos. Também
contribuem para a redução de mão-de-obra produtiva em várias destas etapas e ainda
possibilita a melhora da qualidade final do produto.
A automação da produção, também reduz custos (devido aos fatos colocados no
item anterior), e ainda, viabiliza custos de produtos que jamais se tornariam populares sem o
emprego maciço de automação em sua produção (ind. eletônica por exemplo). Facilita
também a manutenção constante do inventário instantâneo da produção, facilitando o
emprego de sistemas de estoques reduzidos e de acompanhamento de prazos (just-in-time).
1.3. Qualidade e complexidade:
As crescentes demandas e aumento significativo da complexidade dos produtos
coloca em xeque a produção no que tange à qualidade garantida.
A produção manual está sujeita à maior taxa de erros e também possibilita
tolerâncias maiores nos sub-componentes.
Os erros, inerentes ao humano, sempre ocorrerão, podendo apenas ser minimizados
através de sistemas auxiliares. Estes erros geram prejuízos (perda de material) ou queda da
qualidade (produto inadequado). Também surgem as necessidades constantes de
retrabalho.
Quando pensamos em solucionar estes problemas incorremos no mesmo caminho –
automação e eliminação da mão-de-obra.
Deixemos claro que a automação não torna um produto ruim em bom, porém evita
que um bom projeto incorra em baixa qualidade final por falhas no processo produtivo.
Mas o que muda?
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A automação apresenta em alguns casos alta flexibilidade, porém, nenhuma
automação será mais flexível que um homem. Devido a isto, são necessárias as reduções
em tolerâncias de peças e montagens. Quando fazemos um estudo de automatização de
um processo, muitas vezes simples, verificamos que ocorre um encadeamento entre
diversos pontos da produção e sub-partes que acabam tendo que ser revistos para
compatibilizar tolerâncias máximas a automação pretendida. Isto acaba contribuindo para a
melhora final do produto.
 Quando trata-se de produtos muito complexos o número de falhas tende a crescer
drasticamente e até pode inviabilizar uma produção. A indústria eletrônica é exemplo disto,
sem processos automáticos e máquinas altamente especializadas seria inviável a produção
a preço e demandas exigidasa nível mundial.
2. AUTOMAÇÃO:
Estas necessidades, que atualmente tornam-se mais evidentes, não são novas. Já
no segundo ciclo da produção seriada (40-60), as preocupações com a redução de tempos
e aumento de produtividade já se manifestavam e começaram a se difundir sistemas de
automatização. Inicialmente os sistemas rígidos e dispositivos auxiliares da produção, mas
já se engatinhava na pesquisa de sistemas flexíveis (1952-CN).
A decisão de automatizar é quase inevitável, os rumos da manufatura indicam esta
como a única solução, e a sobrevivência da indústria estará comprometida caso adie este
processo.
A decisão correta quanto ao tipo do sistema a ser empregado também é importante.
Podemos classificar os processos de automação da seguinte forma:
Rígida: é o tipo em que o fluxo de material e informação permanecem constante por longo
tempo (linhas transfer).
Aplicável a grandes lotes – início dos processos de automação
Flexível: sistema com habilidade de se adaptar às mudanças, seja de composição do lote,
nos processos ou nas seqüências de usinagem, permitindo rápidas respostas.
Aplicável à pequenos lotes ou até peças unitárias – estágio atual.
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Recomendações quanto a eleição de sistemas de manufatura
Autor: Prof. Neri Volpato, Ph.D.
Tanto os sistemas rígidos, quantos os flexíveis (e os intermediários) podem e devem
ser empregados, bastando uma avaliação criteriosa sobre a estabilidade dos processos e
vida dos produtos.
Na automação rígida, quando surge a necessidade de alguma mudança, consome-
se muito tempo de setup ou às vezes torna-se inviável a adaptação.
Os processos altamente flexíveis muitas vezes também podem ser aplicados com
sucesso a lotes grandes, porém o custo de implantação se eleva sensivelmente.
Também deve-se considerar o mesclado de tecnologias rígidas e flexíveis juntas,
atendendo cada uma das necessidades (exemplo linha transfer com sistemas CNC), o que
melhora em muito a capacidade de adaptação a novo produto (similar) ou lotes intercalados.
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3. CNC:
Se avaliarmos um dado processo produtivo, poderemos facilmente identificar quais
os tempos mais significativos no que tange à produtividade. Vejamos abaixo o exemplo de
uma máquina ferramenta:
Análise do Ciclo de Trabalho
Autor: Prof. Neri Volpato, Ph.D.
Observa-se claramente a possibilidade de divisão do tempo consumido no ciclo total
de trabalho em tempos úteis e secundários .
Tempos secundários são aqueles decorrentes de atos necessários, porém não
alteram o valor do produto.
Tempos úteis são aqueles que efetivam mudanças no valor do produto, isto é,
modificam o valor agregado.
No caso de uma usinagem, os tempos de manipulação de matéria-prima, e de
produto acabado são tempos secundários. Os tempos de trabalho da máquina são
considerados úteis.
Devemos observar que, ainda nos tempos úteis, temos uma subdivisão entre
principais e secundários. Os conceitos se reaplicam e no caso da usinagem, somente são
tempos úteis principais aqueles em que ocorre efetiva remoção de cavaco (corte).
Tempos de troca de ferramenta, reposicionamento, etc., são tempos úteis secundários .
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3.1. Vantagens do CNC:
3.1.1. Elevada produtividade:
Com certeza um dos grandes feitos do CN foi a drástica redução implementada
sobre os tempos úteis secundários e sobre os tempos secundários.
Os tempos úteis secundários se reduzem especialmente devido às trocas
automáticas de ferramentas e às altas velocidades de operação em vazio (até 120 m/min).
Devido à sofisticação das máquinas CNC reduz-se também os tempos de fixação,
retirada e controle dimensional das peças, possibilitando a operação totalmente automática
sem supervisão humana.
3.1.2. Otimização no uso de ferramentas:
A alta capacidade de controle de parâmetros de corte, alta rigidez estrutural e
abundância de refrigeração permitem à máquina CNC explorar ao máximo a capacidade das
ferramentas, reduzindo os tempos úteis principais , intimamente ligados e dependentes
das tecnologias de ferramentas. Claramente é inviável o uso indiscriminado de ferramentas
de alta tecnologia e performance em máquinas convencionais.
Como a vida útil e rendimento de uma ferramenta está ligada àqueles três pontos
citados, a utilização da tecnologia CNC consegue reduzir os custos com ferramentas, que,
não deixemos de lembrar, são expressivos.
3.1.3. Precisão:
Os sistemas CNC, quando aplicados a algum processo, sempre garantem grande
precisão de controle dimensional e alta repetibilidade, reduzindo também o tempo
consumido em controle dimensional.
3.1.4 Flexibilidade:
Pode-se afirmar seguramente que, dentre os sistemas de automação de produção
conhecidos, a tecnologia CNC é a que apresenta a maior flexibilidade. Apresenta também a
versatilidade em automatizar outros processos (além da usinagem) facilitando a obtenção de
geometrias altamente complexas com rapidez e baixo custo.
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3.1.5. Produção:
O uso de máquinas CNC integradas em redes de gerenciamentode produção
permite o máximo controle da produção, alternando lotes e processos de maneira otimizada,
e ainda, obter-se instantaneamente o estado geral da produção minimizando a necessidade
de relatórios e inventários produtivos.
3.2. Desvantagens do CNC:
3.2.1. Custo:
Os custos de implantação de sistema CNC são relativamente elevados. Se
considerarmos a máquina isoladamente, pode-se dizer até barata, com preços variando
entre US$ 45.000 – 1.000.000 genericamente falando. Porém as mais aplicadas ficam na
faixa de US$ 45.000 – 250.000.
Porém, quando passamos a avaliar a implantação mais completa, num sistema
integrado, os custos começam a se elevar, em especial devido aos altos custos de software,
hardware e treinamento de pessoal envolvidos.
A parte de ferramentas também sofre drástica modificação, exigindo a adoção de
sistemas padronizados de boa qualidade e tecnologia, o que incrementa bastante os custos
quando comparado aos sistemas convencionais. Este investimento não pode ser
desprezado e nem descartado por ser decisivo na produtividade esperada da máquina e
qualidade do produto final.
3.2.2. Organização:
A implantação do CNC no processo produtivo exige mudanças organizacionais
expressivas. No chão-de-fábrica exige-se máxima organização e controle de ferramentas e
dispositivos de apoio à usinagem. Mudanças nos processos de preparo de matéria-prima e
organização de almoxarifados.
A parte responsável por programas e processos também deve sofrer larga revisão,
exigindo mudanças em todos os descritivos e necessidade de organização de softwares
específicos, programas CNC, parâmetros de corte e outros dados de ferramentas.
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4. PROGRAMAÇÃO CNC:
Vamos relembrar algumas das etapas da programação CNC:
a) avaliação do projeto e escolha da concepção de máquina
a.1) peças de revolução: centros de torneamento
a.2) peças prismáticas e geometrias complexas: centros de usinagem (fresadoras)
 b) definição de seqüências e processos de usinagem
c) seleção de ferramentas e parâmetros de corte
d) avaliação de dispositivos de fixação e sujeição
e) escolha de superfícies de referência
f) codificação do programa CN:
f.1) manual: aplicada a peças simples de fresamento com 2,5 eixos e centros de
torneamento.
f.2) automática: aplicada a peças complexas com superfícies e usinagens de 3 ou
mais eixos.
Nos casos em que se aplica a programação manual, também pode-se aplicar a
programação automática (CAM), mas nos casos de superfícies complexas e usinagens de
mais de 3 eixos necessariamente o CAM deve ser empregado. Torna-se inviável técnica e
economicamente tentar a execução manual do programa CN nestes casos devido à
complexidade de trajetórias a serem executadas.
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5. CAPP:
Devemos observar que as etapas acima descritas de “a” até “e” são etapas de
planejamento de processos. Esta brecha existente entre os sistemas CAD e CAM deve ser
brevemente preenchida por softwares de CAPP (Planejamento de Processos Auxiliado por
Computador). Já existem no mercado aplicativos nesta área, porém de eficiência
questionável. Casos de sucesso são conhecidos porém com programas desenvolvidos de
maneira quase personalizada.
A maior dificuldade do CAPP está no gerenciamento de inúmeras informações e da
solução não unitária para cada problema, exigindo capacidade de decisão entre múltiplas
alternativas e ainda a combinação não linear de informações.
A grande parte do conhecimento em planejamento de processos provém da
experiência pessoal dos planejadores. A tradução do conhecimento empírico, e até mesmo
envolvendo preferências particulares, dificultam o desenvolvimento dos sistemas.
6. CAM:
O sistema CAM ou Manufatura Auxiliada por Computador tem como objetivo unitário
a obtenção de programa CN tomando como base um modelo CAD, auxiliado por
informações tecnológicas.
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6.1. Aplicação:
Os sistemas CAM, como já fora comentado, podem ser aplicados desde peças muito
simples até as mais complexas. Não abordaremos neste estudo o uso em casos simples,
pois as decisões são extremamente similares àquelas aplicadas na programação manual,
principalmente no que tange às estratégias. No caso de peças torneadas, a similaridade é
extremamente evidente.
Atualmente, a aplicação prática dos sistemas CAM é também praticamente restrita
às peças mais complexas, envolvendo superfícies tridimensionais ou usinagens com mais 3
eixos simultaneamente, restrição imposta pelo alto custo dos sistemas.
6.2. Software e Hardware:
6.2.1. Software adequado:
Nunca devemos esquecer que a “alma” da solução computacional de qualquer
problema é a eleição de um software adequado.
Quando pensamos em tecnologia CAM não podemos deixar de pensar em CAD.
Mesmo quando o seu ramo de trabalho não envolve o projeto para se operar um CAM faz-
se relevante e necessário algum CAD pois, muitas vezes é necessário editar o desenho
recebido para se corrigir alguma falha (um defeito de união de superfícies por exemplo),
inserir algum elemento (uma linha auxiliar de definição de barreira) ou, até mesmo, excluir
entidades que não serão operacionalizadas pelo CAM e que estejam dificultando o trabalho
do aplicativo.
Um CAD (low-end) de qualidade pode ser aplicado quando apenas desejamos ler e
fazer pequenas edições em desenhos de terceiros (AutoCad1, MicroStation2). Não devemos
esquecer de verificar a capacidade de importação e exportação de arquivos em múltiplos
formatos e as referidas “perdas” nestes processos. Quanto mais versátil o aplicativo neste
aspecto, mais adequado para uso de apoio ele será.
Se existe a necessidade de concepção e realização de desenhos técnicos de um
produto (departamento de projetos), o ideal é buscar aplicativos de melhor nível(mid-range
ou high-end) - Pro-Engineer3, Catia4, SolidWorks5, SolidEdge6, entre outros. Estes
 
1 AutoCad é marca registrada da Autodesk
2 MicroStation é marca registrada da Bentley
3 Pro-Engineer e Pro-E são marcas registradas.
4 Catia é marca registrada da Dassault Systemes
5 SolidWorks é marca registrada da Dassault Systemes
6 SolidEdge é marca registrada da UGS
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aplicativos já estão inseridos numa filosofia voltada ao produto (modelo), tomando como
secundária a parte de desenho técnico (gerada automaticamente).
Entre os principais formatos de arquivos a serem importados/exportados devemos
listar: IGES, STEP, DXF e VDA.
Quanto ao CAM, seguem-se as mesmas linhas de raciocínio na avaliação da
capacidade de importação adequada dos arquivos CAD.
Porém o aspecto mais importante no CAM é a sua capacidade operacional em gerar
um programa CNC seguro. Devemos atentar para os recursos de simulação, análise e
estratégias de usinagem e em especial na qualidade do pós-processamento.
A falta de uma simulação em shading é inaceitável. A visualização em wireframe é
bastante prejudicada e ainda normalmente não conta com recursos de identificação de
colisões. (vide item 6.5)
A análise das trajetórias e estratégias de usinagem, demonstrando a extensão e
tempos consumidos são também importantes na fase de otimização da programação.
Sistemas de identificação de áreas não usinadas, saídas e entradas inadequadas e
colisões com elementos secundários (dispositivos de fixação, suportes de ferramentas) são
importantíssimos e não devem ser desprezados.
Os programas de CAM tipo low-end sequer devem ser avaliados, salvo para
aplicações muito simples.
Na mid-range já podemos encontrar programas de alta qualidade e grande garantia
operacional (segurança), como por exemplo o Power Mill7. Também já encontramos pacotes
integrados (cad/cae/cam ou cad/cam) como por exemplo o Cimatron it8.
Se passarmos para a faixa high-end praticamente todos os pacotes são integrado ou
integráveis (aquisição separada de vários módulos), porém os custos alavancam
significativamente. Os softwares Catia e UGS são exemplos citáveis.
A grande vantagem de sistemas integrados é a perfeita conexão entre os aplicativos,
incluindo a propagação de alterações automaticamente entre os diversos módulos. Alguns
ainda incluem aplicativos para redes DNC (vide item 6.4).
Não devemos esquecer ainda da importância do software possuir uma interface
amigável possibilitando a rapidez de familiarização e aprendizagem. Neste aspecto, os
pacotes integrados levam expressiva vantagem pois, normalmente os menus e comandos
seguem padrões fixos entre os diversos módulos.
 
7 Power Mill é marca registrada da Delcam
8 Cimatron it é marca registrada da Cimatron ltd
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6.2.2. Hardware adequado:
Há alguns anos atrás os softwares de CAM tinham aplicação exclusiva em estações
RISC/Unix, o que dificultava a proliferação da tecnologia devido aos custos e a mão-de-obra
altamente especializada. Claramente, a possibilidade do uso de sistemas em UNIX ainda
existe, porém, deve-se levar em conta os investimentos em hardware e a maior dificuldade
de integração entre os diversos sistemas. A vantagem esta necessariamente no
desempenho e robustez da plataforma.
Hoje temos os mais diversos softwares disponíveis em sistemas multiplataforma,
envolvendo desde os clássicos UNIX9, PC10 – Windows 9x11, e até mesmo para plataformas
Apple – PowerPC12.
A escolha deve permear os seguintes passos:
- custo do investimento x necessidade de desempenho
- pessoal especializado
- integração de redes e sistemas de arquivos
- integração com os softwares já existentes
- investimentos indiretos decorrentes.
A possibilidade de trabalharmos com sistemas padrão PC – Win (extremamente
difundidos do Brasil) somente deve ser descartada em casos em que o máximo
desempenho será exigido. Nunca devemos descartar ainda as possibilidades de utilização
de estações multiprocessadas, com grande memória RAM (1 Gb ou mais) e com discos
rígidos de alto desempenho. Esta solução minimiza, em especial para pequenas e médias
empresas, as dificuldades de integração e custos indiretos decorrentes da migração de
plataforma, e ainda, não deixam muito a desejar perante as estações Unix.
Outros aspectos como monitores de grande tamanho e resolução e até mesmo
sistemas com dois monitores podem auxiliar o desempenho dos operadores dos aplicativos
CAD/CAM.
 
9 UNIX é trade mark da Unisis Systems.
10 PC é marca registrada da IBM.
11 Windows, Win, Windows 9x são marcas registradas da Microsoft Inc.
12 PowerPC é marca registrada da PowerPC Aliance Inc (Apple, IBM e Motorola).
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6.3. Necessidades operacionais:
Conforme comentado no item 5, existe a necessidade de conhecimento de
tecnologia de planejamento de processos para a eficiente operação do CAM.
6.3.1. Seleção de Ferramentas:
São aplicados três tipos básicos de fresas na definição dos processos num CAM:
 
Também deve-se adequar o magazine de ferramentas da máquina às definições de
ferramentas efetuadas no CAM.
6.3.2. Parâmetros de corte:
É necessário que o operador de CAM especifique aos parâmetros de corte a serem
aplicados com as ferramentas. Definições como velocidade de corte, avanço, e
profundidades máximas devem ser detalhadamente especificados. Alguns parâmetros como
avanço e deslocamento entre passadas podem ser definidos automaticamente pelo CAM
com base em parâmetros de rugosidade especificados. Estes parâmetros de acabamento
normalmente se baseiam no scallop ou cusp height desejado, e automaticamenteo software
calcula os outros parâmetros (avanço e distância entre passadas).
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6.3.3. Estratégias de usinagem:
Além das informações acima, são necessárias as definições de estratégias de
usinagem a serem aplicadas. Deve-se buscar a otimização em termos de tempo e número
de passes, visando explorar ao máximo as capacidades das ferramentas. Nas fases de
acabamento e semi-acabamento não existem tantas alternativas quanto nas fases de
desbaste, porém, as alternativas existentes visam, conforme inúmeros experimentos, os
melhores resultados finais.
6.3.3.1.Desbaste: normalmente aplicam-se trajetórias em camadas (Z constante),
vejamos alguns tipos básicos.
6.3.3.2.Semi-acab.: aplicam-se trajetórias similares àquelas aplicadas no acabamento. O
que se altera é a profundidade da passada, normalmente maior.
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6.3.3.3.Acabamento: usualmente aplicam-se trajetórias de em linhas (raster), ou projeções
de trajetórias 2D sobre superfícies 3D. Vejamos alguns casos.
Raster
Exemplos de trajetórias 2d
Projeção
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6.3.3.4.Auxiliares: são estratégias destinadas ao retrabalho (re-machining) de partes não
atingidas pelas ferramentas anteriormente aplicadas nas operações de
desbaste (sobras em pequenos raios, cantos, ...)
6.3.4. Pós-processamento:
Após todo o trabalho sobre um CAM, ainda não temos um programa CN. Todas as
ações, definições de ferramentas, parâmetros e estratégias ficam armazenadas e salvas em
formato próprio do software CAM, existindo a necessidade de traduzir-se estas informações
para a linguagem de máquina (padrão ISO – G00, G01, G02,..., X, Y, Z,...).
O pós-processamento é quem realiza esta tarefa. Utilizando as informações geradas
no CAM e informações de máquina, escreve o programa CNC que pode ser enviado e
executado pela máquina. Devido às pequenas variações existentes entre cada padrão de
comando existente no mercado, é necessário que o pós-processador seja desenvolvido para
cada máquina ou grupo de máquinas que possuam comandos similares. Existe um custo
neste desenvolvimento.
Destaca-se que geralmente os softwares de CAM são incapazes de pós-processar
para comando com linguagens proprietárias13 (fora do padrão ISO). Estas linguagens
normalmente interativas exigem sistemas CAM específicos, desenvolvidos pelas empresas
que detém a tecnologia da linguagem. Casos típicos são o Mazatrol-T3214 e o Fanuc
Interact15. Portanto deve-se avaliar bem a compra de uma máquina CNC com estas
tecnologias e jamais esquecer de solicitar a inclusão de sistemas compatibilizadores com a
linguagem ISO (normalmente opcionais).
 
13 São consideradas tecnologias proprietárias aquelas cujo fabricante não compartilha informações técnicas em nenhum nível.
14 Mazatrol e Mazatrol Cam são marcas registrdas da Yamazak Machinery Inc e Mitsubishi Machinery Inc.
15 Fanuc Interact é marca registrada da Fanuc.
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6.4. Outras necessidades:
Os programas CN gerados por um CAM são normalmente bastante extensos, uma
vez que o pós-processamento aproveita alguns recursos apenas do comando (poucos
ciclos), e até mesmo porque as trajetórias complexas criadas no CAM, raramente se
enquadrariam num ciclo preexistente na máquina. Outro fator relevante é que a grande
maioria das trajetórias são criadas com uma combinação de retas, e devido à precisão
especificada no acabamento final geram-se micro-retas às vezes menores que 0,01 mm.
Este detalhe computacional do CAM gera programas CN com milhares de linhas que
acabam sendo difíceis ou impossíveis de serem carregados na máquina CNC. Não
devemos esquecer que a maioria das máquinas não possui memória superior a 128 Kb, e
que um programa com 8.000 linhas teria algo em torno de 110 Kb. Se existir parte da
memória da máquina ocupada, será impossível a transferência do arquivo.
Neste momento mister é a presença de uma rede DNC, capaz de transferir por
partes (linha a linha) o programa simultaneamente com a execução do mesmo pela
máquina. Também pode-se facilmente copiar os arquivos da memória, liberando espaço.
Os sistemas DNC também podem ser utilizados para enviar para a máquina outros
dados - tais como: informações de ferramentas e zero-programa – minimizando a chance de
erros e acidentes, e também agilizando a execução de troca de processo.
6.5. Vantagens do CAM:
A utilização dos sistemas CAM apresentam vantagens indiscutíveis, além da
agilidade na execução da programação CNC poderíamos citar:
- capacidade de geração de programas CN para superfícies altamente complexas,
inviáveis de serem programadas manualmente, e cada vez mais presentes em
nossos produtos;
- aumenta a confiabilidade do CN pois apresenta capacidade de simulação com
detecção automática de colisões e visualização das barreiras existentes.
- simulação das trajetórias da ferramenta detectando automaticamente áreas ainda
não usinadas, evitando erros geométricos.
- maior segurança, pois podemos visualizar todas a ações da máquina tendoa
certeza das trajetórias serem adequadas e seguras.
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No aspecto da simulação devemos dar preferência aos programas que possibilitam a
visualização de sólidos (shading) pois apresentam uma imagem mais real, melhorando a
capacidade de visualização de erros. A riqueza de detalhes apresentada também é
importante: suportes de ferramentas, dispositivos de fixação, eixo-árvore.
Simulação em Shading
Simulação em Wireframe
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6.6. Conseqüências da Implantação do CAM:
A implantação do CAM, como qualquer outro novo sistema, gera sempre alguma
perturbação no ambiente da empresa. As principais são:
- modificação nos sistemas de documentação;
- necessidade de maior organização e familiarização com o novo sistema;
- especialização da mão-de-obra, necessariamente mais qualificada.
Claramente estas conseqüências geram custos de implantação que, diluem-se com
os ganhos de produtividade e aumento do valor das ações dos profissionais.
7. TENDÊNCIAS:
As projeções futuras no ramo automação da manufatura e de sistemas auxiliados por
computador apontam para um único horizonte, aumento da eficiência e produtividade.
Se considerarmos a manufatura observaremos uma crescente tendência a
eliminação completa da mão-de-obra direta, substituindo totalmente o homem por sistemas
automáticos totalmente integrados a redes de gerenciamentos de vendas, projetos e gestão
da produção. Isto é, o crescimento de aplicações de sistemas FMS e CIM.
Nas áreas de engenharia veremos a crescente integração dos softwares,
minimizando o processo de comunicação, sendo que as informações de alteração de
projeto, produto ou partes serão automaticamente propagadas por todos os níveis da
empresa que dependem daquela informação. As decisões de engenharia visarão não
somente a otimização operacional, estrutural e de design, mas também estarão integradas
às áreas de gerenciamento. Esta integração instantânea permitirá integrar as decisões
operacionais às decisões gerenciais, por exemplo:
“Se o projetista poupa um dólar em uma nova peça,
mas a empresa precisa acrescentar outro
fornecedor, é preciso saber se o preço da
contratação desse fornecedor - custos de
comunicação e pessoal - vale a pena. No passado,
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os softwares de engenharia, por si sós, não
reconheciam esse custo. Assim, o projeto do
software deve estar atrelado ao software de gestão
da cadeia de fornecimento. Unir sistemas dessa
maneira é difícil. Por isso, as indústrias hoje gastam
metade do orçamento da área de tecnologia da
informação em serviços – como consultoria,
instalação e integração de sistemas - e a outra
metade, em hardware e outros produtos.”16
De forma simples poderíamos dizer que, o futuro ruma para uma integração cada vez
mais crescente dos braços do “Y de Scher17”, utilizando a tecnologia da informação como
ferramenta única capaz de fazê-lo com eficiência e custo aceitável.
 
16 Exemplo citado por Stephen M. Ward Jr., gerente geral da divisão IBM para serviços industriais globais.
17 Y – modelo proposto por August Scher, daí o nome.
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8. BIBLIOGRAFIA:
GROOVER, M.P. & ZIMMERS Jr. E.W..CAD/CAM Computer Aided Design and Manufacturing.
Prentice Hall, 1986
LORINI, Flávio J..Tecnologia de Grupo e Organização da Manufatura.UFSC, 1993
REMBOLD, U. & NNAJI, B.O..Computer Integrated Manufacturing and Engineering. Addison-Wesley
Publishing Company Inc., 1996
TEICHOLZ, Eric.CAD/CAM Handbook.McGraw-Hill, 1990
UGS, DELCAM, CIMATRON, UNICAM, I-DEAS, VERO.Catálogos, folders e manuais diversos.
VOLPATO, Neri. notas de aula do curso de engenharia mecânica. Cefet-PR, 1995
Observação:
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