Introdução ao CNC e Máquinas-Ferramenta

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AUTOMAÇÃO
MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/20025 2
m termos simples, o objetivo
de uma máquina - ferramen-
ta com CNC é fazer com que
as ferramentas de corte ou
usinagem sigam, automaticamente,
uma trajetória pré-programada através
de instruções codificadas, com a ve-
locidade da trajetória e a rotação da
ferramenta ou peça também pré-pro-
gramadas. Há diversas formas de exe-
cutar essa programação, algumas ma-
nuais, outras auxiliadas por computa-
dor (CAP – Computer Aided
Programming). Existem também ca-
sos em que o próprio CNC pode ser
utilizado para auxiliar na programação,
usando métodos interativos com o
operador, ou métodos de digitalização
e cópia.
Histórico
Em 1947, John Parsons, da
Parsons Corporation, iniciou expe-
O Comando Numér ico Computador izado
(CNC) é um equipamento eletrônico utilizado
principalmente no controle de máquinas - fer-
ramenta no processo de manufatura de peças.
Comparadas às máquinas - ferramenta conven-
cionais (manuais ou semi-automáticas), essas
com CNC proporcionam maior flexibilidade, pre-
cisão e uniformidade na manufatura.
Neste artigo serão abordados alguns concei-
tos básicos sobre o CNC e máquinas - ferra-
menta com CNC, com o objetivo de criar uma
visão introdutória nesse assunto. Em outros ar-
tigos que se seguirão a este, serão detalhados
alguns dos principais subsistemas do CNC e
máquinas - ferramenta, com enfoque mais for-
te no CNC.
Osmar Brune
AUTOMAÇÃO
5 3MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/2002
rimentos com a idéia de utilizar da-
dos de curvatura de 3 eixos para
controlar movimentos de ferramen-
tas em máquinas para a produção
de componentes para a indústria de
aviões. Em 1948, Parsons foi con-
tratado pela Força Aérea dos Esta-
dos Unidos para construir o que vi-
ria a ser o primeiro comando numé-
rico. Em 1951, o projeto foi assumi-
do pelo MIT (Massachusets Institute
of Technology). Em 1952, o coman-
do numérico ficou pronto e demons-
trou que movimentos simultâneos
com 3 eixos eram possíveis, usan-
do um controlador construído em la-
boratório e um eixo árvore (spindle)
vertical. Em torno de 1955, depois
de alguns refinamentos, o coman-
do numérico tornou-se disponível
para a indústria.
Os primeiros comandos numéri-
cos eram programados a partir de fi-
tas ou cartões perfurados. Devido ao
tempo e esforço necessários para edi-
tar programas em fitas, posteriormen-
te computadores foram introduzidos
para auxiliar a programação.
Atualmente, diversos recursos
existem para facilitar a programação,
por exemplo:
- programas podem ser gerados di-
retamente a partir de um desenho de
uma peça, utilizando sistemas CAD/
CAM (Computer Aided Design/
Computer Aided Manufacturing).
- programas podem ser gera-
dos interativamente no própr io
CNC, utilizando editores e simu-
ladores gráficos, ou diálogos para
peças simples.
- programas podem ser gerados a
partir de uma peça-modelo, através de
digitalização executada pelo CNC.
EXEMPLO DE MÁQUINA -
FERRAMENTA COM CNC
A seguir, é mostrado um exem-
plo de máquina- ferramenta simples,
um torno horizontal com 2 eixos (X
e Z) e eixo árvore (S = spindle). Este
exemplo será utilizado ao longo do
artigo para facilitar a compreensão
dos conceitos que envolvem a
tecnologia de máquinas-ferramenta
com CNC, tais como a programação
e operação da máquina, componen-
tes mecânicos e elétricos, sensores,
atuadores, arquitetura da máquina
- ferramenta e do CNC.
A figura 1 exibe um torno desse
tipo.
A figura 2 ilustra o sistema de co-
ordenadas com eixos X e Z, e uma
peça ao final da usinagem, e alguns
dos principais componentes mecâni-
cos do torno.
A peça a ser usinada é fixada no
cabeçote, e apoiada no contraponto.
O cabeçote gira comandado pelo
eixo árvore, também conhecido
como spindle (eixo S).
Dessa maneira, a peça gira com a
rotação do eixo S, e entrando em con-
tato com a ferramenta de corte, ocor-
re a usinagem. A rotação do eixo S
pode ser controlada pelo CNC, e em
alguns tornos a posição angular do
eixo S também pode ser controlada.
O carro do eixo X tem a função de
aproximar ou afastar a ferramenta de
corte da peça, no sentido radial. A re-
ferência (coordenada zero) do eixo X
normalmente coincide com a linha de
centro do torno, para que a posição
do eixo X corresponda ao raio da
peça.
Figura 2 – Componentes mecânicos principais de um torno.
Figura 1 – Fotografia de um torno com CNC.
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MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/20025 4
O carro do eixo Z tem a função de
deslocar a ferramenta no sentido lon-
gitudinal, paralelo à linha de centro do
torno. Sua referência pode ser deter-
minada arbitrariamente, por exemplo,
para que a coordenada zero
corresponda à extremidade esquerda
da peça.
Deslocando os eixos X e Z de for-
ma interpolada, pode-se obter contor-
nos da peça de diversos tipos, como
no exemplo, onde existem contornos
circulares, linhas retas paralelas a X
ou a Z, e linhas retas inclinadas em
relação a ambos os eixos.
EXEMPLO DE USINAGEM E
PROGRAMAÇÃO COM TORNO
CNC
Prosseguindo o exemplo com tor-
nos, desta vez explicamos como um
torno CNC pode ser utilizado para
usinar uma peça simples (um tronco
de cone) a partir de uma peça bruta
cilíndrica. Será mostrada também uma
possibilidade de programação para
essa peça, empregando linguagem
com códigos EIA. O objetivo é dar uma
pequena introdução às linguagens de
programação de CNC.
A figura 3 mostra a peça final
(após usinada) em cor verde e, em
amarelo, o metal que deve ser retira-
do a partir da peça em bruto. Mostra-
se apenas a projeção da peça no pla-
no X-Z, e somente a metade inferior
da peça, visto que a mesma tem si-
metria cilíndrica.
As linhas tracejadas indicam a tra-
jetória percorrida pela ponta da ferra-
menta no plano X-Z, numa primeira
etapa de desbaste, desde o ponto P0
até o ponto P2. Observa-se que a fer-
ramenta de corte não tem capacida-
de de remover todo o metal de uma
única vez, e dessa maneira é neces-
sário um desabaste em etapas. Con-
siderou-se que o torno pode remover
uma camada de até 2 mm de metal
em cada etapa de desbaste.
O seguinte trecho de programa,
em linguagem EIA, poderia executar
essa usinagem:
N10 G90 G0 X38 Z33 (posiciona
em P1, em velocidade máxima)
N15 T04 (seleciona ferramenta 04
para usinagem)
N20 M3 S100 (liga spindle em 100
rpm, sentido horário)
N30 G4 F2 (espera de 2 segun-
dos para estabilizar spindle)
N40 G1 G91 F100 Z-36 (desloca
–36 mm no eixo Z, em 100 mm/min)
N50 G0 X-2 (desloca –2 mm no
eixo X, em velocidade máxima)
N60 G1 Z+36 (desloca +36 mm no
eixo Z, em 100 mm/min)
N70 G0 X-2 (desloca –2 mm no
eixo X, em velocidade máxima)
N80 G1 G91 Z-36 (desloca –36
mm no eixo Z, em 100 mm/min)
N90 G0 X-2 (desloca –2 mm no
eixo X, em velocidade máxima)
N100 G1 Z+36 (desloca +36 mm
no eixo Z, em 100 mm/min)
N110 G0 X-2 (desloca –2 mm no
eixo X, em velocidade máxima)
N120 G1 G91 Z-36 (desloca –36
mm no eixo Z, em 100 mm/min)
N130 G0 X-2 (desloca –2 mm no
eixo X, em velocidade máxima)
N100 G1 Z+36 (desloca +36 mm
no eixo Z, em 100 mm/min)
No início de cada bloco (linha de
programa), a letra N indica um núme-
ro de identificação para o bloco, que
é opcional, podendo ser colocado em
programas que utilizam “saltos”. Mes-
mo não utilizando saltos, como ocor-
re no programa anterior, é recomen-
dável escrever os números para do-
cumentar melhor o programa.
No fim de cada bloco, os textos
entre parênteses são comentários.
No bloco N10, G90 indica que as
coordenadas para os eixos X e Z são
absolutas, ou seja, o eixo deve ser
movido para X = 38 mm e Z = 33 mm.
G0 indica que se deve utilizar a máxi-
ma velocidade permitida pela máqui-
na, visto que é um posicionamento
“em vazio”, sem usinagem.
No bloco N15, T04 seleciona a fer-
ramenta número 4 para executar a
usinagem, supondo-se que o torno
disponha de um magazine com diver-
sas ferramentas.
No bloco N20, M3 indica que o eixo
árvore (spindle) deve girar no sentido
horário, e S100 indica que deve girar
a 100 rpm.
Em N30, G4 F2 indica um tempo
de espera de 2 segundos (G4 = tem-
po de espera especificado pela letra
F em seguida).Esse tempo pode ser
inserido, por exemplo, para aguardar
que o eixo árvore estabilize sua rota-
ção em 100 rpm.
Em N40, modifica-se o sistema de
coordenadas para incremental através
de G91, o que significa que os valo-
res em X e Z daí por diante (ou até
aparecer um G90 para cancelar o
G91) são distâncias a serem percorri-
das, e não mais as posições finais
absolutas do eixo. Portanto, “G91 Z-
36” indica que o eixo Z deve se deslo-
car 36 mm no sentido negativo. Além
disso, G1 F100 indica que os eixos,
em modo G1 (interpolação linear) de-
vem se deslocar a 100 mm/minuto,
uma velocidade de corte mais baixa,
visto que desta vez existe usinagem.
Em N50, o eixo X avança 2 mm no
sentido negativo, em G0 (velocidade
máxima), pois não há material para
usinar (G0 cancela G1 anterior). Ob-
servar que G91 (incremental) ainda
está ativo.
Figura 4 – Segunda fase de desbaste.
Figura 3 – Primeira fase de desbaste.
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5 5MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/2002
Em N60, o eixo Z avança 36 mm
no sentido positivo, em G1 (100 mm/
minuto), conforme programado ante-
riormente (G1 cancela G0 anterior).
E, assim, o programa continua até
chegar no ponto P2.
A figura 4 apresenta a segunda
fase de desbaste, desde o ponto P2
até o ponto P7.
A segunda fase do programa já
seria um pouco mais complexa de
gerar manualmente, pois seria neces-
sário utilizar um pouco de
trigonometria para calcular os pontos
P3, P4, P5, etc. Entretanto, atualmen-
te existem diversos mecanismos para
facilitar a programação em casos
como esse ou outros muito mais com-
plexos:
- ciclos fixos de desbaste, isto é,
sub-rotinas prontas que executam o
desbaste, bastando especificar o con-
torno final e alguns parâmetros. Todos
os cálculos geométricos são feitos
dentro da sub-rotina, utilizando recur-
sos matemáticos oferecidos na lingua-
gem EIA.
- programas gerados automatica-
mente por um computador, por
exemplo, um sistema CAD/CAM.
Bastaria fazer o desenho da peça
em bruto, da peça final, e o compu-
tador geraria todo o programa EIA
automaticamente. Alguns progra-
mas mais avançados geram inclusi-
ve os dados tecnológicos, isto é, cal-
culam a rotação da ferramenta, a ve-
locidade de avanço dos eixos, e a
ferramenta a ser utilizada. Como
parâmetros informa-se, por exem-
plo, o acabamento desejado, o tem-
po desejado para manufaturar a
peça, etc.
ARQUITETURA DE UMA
MÁQUINA-FERRAMENTA
COM CNC
Após a descrição anterior, cujos
objetivos foram dar uma noção geral
das aplicações e programação do
CNC, e definir conceitos básicos, já é
possível descrever a arquitetura de
uma máquina CNC. Novamente, utili-
za-se para exemplificação um torno
simples com eixos X, Z e S, onde o
eixo S não possui realimentação de
posição.
A figura 5 fornece os principais
componentes da máquina-ferramen-
ta com CNC.
A interface PROGR do CNC é uti-
lizada para receber o programa de
usinagem. Existem diversas maneiras
de executar essa tarefa como, por
exemplo:
- um computador pode carregar o
programa via rede de comunicação
- o operador pode digitar o progra-
ma utilizando um editor do CNC.
A interface IHM representa os dis-
positivos de interface homem-máqui-
na, ou seja, aqueles que permitem a
interação entre operador e máquina.
Esta interface normalmente é com-
posta de teclado, botões e chaves
para a entrada de comandos do ope-
rador, e de um monitor de vídeo para
saída de informações para o opera-
dor. Através dessa interface o opera-
dor pode, por exemplo, solicitar o iní-
cio de um programa de usinagem,
depois de ter colocado a peça em bru-
to no torno.
Para um eixo interpolante, como
X e Z, existem geralmente duas
interfaces no CNC que possibilitam o
controle de posição do eixo ao longo
do tempo (ou seja, controla-se tanto
a posição como a velocidade):
- CVX, CVZ: comando de veloci-
dade dos eixos X e Z
- RPX, RPZ: realimentação de po-
sição dos eixos X e Z.
Por exemplo, para o eixo X, CVX é
o comando de velocidade do eixo.
Uma das maneiras que o CNC pode
utilizar para comandar a velocidade é
utilizar uma saída analógica, tipica-
mente na faixa de –10 Vdc até +10
Vdc, onde:
- 0 Vdc = eixo parado
- -10 Vdc = eixo com velocidade
máxima no sentido negativo
- +10 Vdc = eixo com velocidade
máxima no sentido positivo
- outras tensões: a velocidade é di-
retamente proporcional à tensão, de
forma linear.
O sinal CVX entra no SERVO (ser-
vo-acionamento), que é um equipa-
mento de potência que alimenta o
motor (M), e o faz girar com velocida-
de proporcional ao valor estabelecido
por CVX. Tipicamente, a saída do
SERVO para o motor M é um sinal de
corrente ou de tensão, proporcional à
velocidade.
SV é um sensor de velocidade
que realimenta o SERVO de manei-
ra a ver if icar se a velocidade
Figura 5 – Componentes principais de um Torno CNC.
AUTOMAÇÃO
MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/20025 6
especificada por CVX está correta-
mente estabelecida. Um exemplo de
SV é um tacogerador, equipamento
acoplado ao eixo do motor, que pro-
duz uma tensão proporcional à ro-
tação do eixo do motor e, portanto,
à velocidade do eixo.
O objetivo do SERVO é manter
verdadeira a equação:
CVX = k * SV
(onde “k” é uma constante)
Por exemplo, caso o termo da
esquerda (CVX) seja positivo e
menor do que o termo da direita
(k * SV), então o eixo está giran-
do com velocidade muito elevada
no sentido positivo, e o SERVO
deve diminuir sua saída de corren-
te ou tensão para diminuir a velo-
cidade. Geralmente, um SERVO
tem um controlador PID (propor-
cional-integral-derivativo) embuti-
do para executar o controle da ve-
locidade do eixo.
Por outro lado, SP é um sensor de
posição do eixo, acoplado à entrada
RPX do CNC (realimentação de posi-
ção do eixo X). O objetivo desse
sensor é informar ao CNC a posição
absoluta de cada eixo, com a preci-
são necessária (normalmente, da or-
dem de 1 mícron).
Um exemplo de SP é um
codificador rotativo (também conhe-
cido como ROD), que gera pulsos à
medida que gira. Esses pulsos nor-
malmente são constituídos por dois
sinais com defasagem de 90 graus
entre si, para permitir a discriminação
do sentido do movimento (positivo ou
negativo). Por exemplo, se um ROD
gera 5000 pulsos por rotação, e o eixo
se desloca 20 mm em cada rotação
do ROD, então cada pulso do ROD
corresponde a 4 micra. Como os dois
sinais que constituem o pulso têm 90
graus de defasagem entre si, o CNC
consegue discriminar a posição com
um quarto desse valor (neste exem-
plo, 1 micra).
A figura 6 ilustra os dois sinais
gerados pelo ROD (A e B), quando
este gira no sentido positivo (a) e no
sentido negativo (b). Observar que,
girando no sentido positivo, o sinal A
está 90o avançado em relação a B, e
o contrário ocorre girando no sentido
negativo.
Em sistemas mais modernos (ser-
vo - acionamentos e motores digitais),
tipicamente:
- a saída SVX é um sinal digital,
geralmente um sinal serial de alta ve-
locidade, do tipo rede de comunica-
ção. Isto diminui problemas e erros
que possam ocorrer em sinais
analógicos, como imprecisão e sen-
sibilidade a ruídos.
- os sensores SV e SP são unifi-
cados tipicamente num único sensor
de posição do tipo ROD. O sinal des-
se ROD retorna tanto ao CNC (entra-
da RPX) como ao SERVO. No último,
a posição é convertida em velocida-
de usando técnicas de diferenciação
(derivada no tempo da posição, equi-
vale a velocidade).
Para o eixo S, o controle de velo-
cidade através do sinal CVS, do SER-
VO e de SV, ocorre de maneira simi-
lar aos eixos X e Z. Neste exemplo,
entretanto, o eixo S não tem realimen-
tação de posição para o CNC, o que
Figura 6 – Exemplo de Sinal Gerado por um
ROD.
Figura 7 – Arquitetura Interna do CNC.
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5 7MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/2002
é comum em tornos simples. Tor-
nos com mais recursos, tais como
corte de rosca de parafuso, pre-
cisam de realimentação de posi-
ção no eixo S.
A interface PERIF representa
um conjunto de entradas e saí-
das, t ipicamente digitais,
acopladas a um Controlador Ló-
gico Programável (CLP), que nor-
malmente está integrado ao CNC.
O CLP, e suas entradas e saídas,são utilizados para comandar fun-
ções periféricas da máquina atra-
vés de sensores e atuadores.
Essas funções periféricas, em ge-
ral, são diferentes para cada mo-
delo de máquina, e isso justifica
a utilização de um CLP, com um
programa aplicativo desenvolvido
de acordo com as necessidades
da máquina (este programa
aplicativo do CLP é feito pelo fa-
bricante da máquina no momen-
to de sua fabricação – não se
deve confundir com programa de
usinagem, que está relacionado
com as peças a serem usinadas
pela máquina).
Entre as funções periféricas
executadas pelo CLP, pode-se ci-
tar:
- refrigeração da máquina e
das peças (líquidos refrigerantes)
- lubrificação da máquina
- seguranças
- troca de ferramentas com
maganize.
Os programas de usinagem do
CNC possuem recursos para
interagir com o CLP integrado,
através de funções auxiliares. Por
exemplo, uma função no meio do
programa de usinagem pode so-
licitar que o CLP ligue a bomba
de líquido refr igerante para a
peça, durante uma par te da
usinagem.
ARQUITETURA INTERNA DO
CNC
Vista a arquitetura da máqui-
na-ferramenta como um todo, e a
função do CNC dentro da mesma,
detalha-se neste ponto a arquite-
tura do principal objeto deste ar-
tigo, ou seja, do CNC. A figura 7 mos-
tra uma arquitetura simplificada de um
CNC para o torno utilizado como exem-
plo, enfatizando os componentes prin-
cipais e essenciais. CNCs mais com-
plexos terão componentes adicionais.
O bloco IHM faz a interface entre
o operador e a máquina, utilizando
MONITOR DE VÍDEO (saída), e TE-
CLADO, BOTÕES E CHAVES (entra-
das). Através do bloco IHM, o ope-
rador pode edi tar programas de
usinagem (inserindo-os na MEMÓ-
RIA DE PROGRAMAS DE
USINAGEM), selecionar e disparar
programas já armazenados na ME-
MÓRIA DE PROGRAMAS DE
USINAGEM, executar comandos ma-
nuais e visualizar e reconhecer alar-
mes e mensagens do CLP integra-
do.
O bloco INTERFACE DE COMU-
NICAÇÃO normalmente é usando
como meio para transferir programas
de usinagem de um computador para
a MEMÓRIA DE PROGRAMAS DE
USINAGEM, utilizando redes de co-
municação. Pode ser empregado
também para outros fins, como ope-
ração automática do CNC (substitu-
indo o operador).
O bloco MEMÓRIA DE PROGRA-
MAS DE USINAGEM, como diz o
nome, armazena programas de
usinagem. O operador pode selecio-
nar um deles para execução.
O bloco COMANDOS MANUAIS
implementa uma série de comandos
que podem ser disparados direta-
mente pelo operador, tais como:
- JOG: o operador pode movi-
mentar um eixo manualmente, para
frente ou para trás, selecionando o
eixo, ajustando sua velocidade atra-
vés de uma chave rotativa, e pres-
sionando o botão de sentido de mo-
vimento (+ ou -).
- JOG INCREMENTAL: o opera-
dor pode movimentar um eixo ma-
nualmente, para frente ou para trás,
selecionando o eixo, ajustando a
distância a ser percorrida (exemplo:
1 mícron, 10 micra, 100 micra, 1000
micra, 10000 micra) através de uma
chave rotativa, e pressionando o bo-
tão de sentido de movimento (+ ou
-).
- REFERENCIAMENTO: quando
se descreveu anteriormente o sis-
tema de discriminação de posição
utilizando RODs, talvez tenha pas-
sado despercebido que esse siste-
ma permite saber quanto o eixo se
deslocou (número de pulsos de des-
locamento), mas não permite saber
onde o eixo está (sua posição ab-
soluta). Portanto, após ligar o CNC,
é necessário que se faça, para cada
eixo, uma determinação de posição
absoluta inicial, chamada
referenciamento. Uma vez determi-
nada essa posição absoluta inicial
por meio do referenciamento, basta
somar a ela os deslocamentos de-
Figura 8 – Velocidade e Posição de um Eixo.
AUTOMAÇÃO
MECATRÔNICA ATUAL Nº 4 - JUNHO/20025 8
terminados através dos pulsos dos
RODs, e sempre se terá determi-
nada a posição absoluta.
- Comandos para o CLP Integra-
do: o operador pode executar algu-
mas operações manuais sobre o
CLP Integrado, tais como, por exem-
plo, fazer um troca de ferramenta do
magazine, ligar uma bomba de refri-
geração, etc.
O bloco DECODIFICAÇÃO DE
PROGRAMAS DE USINAGEM entra
em ação quando um programa de
usinagem está sendo executado. Ele
varre todos os blocos do programa de
usinagem (ver exemplo de programa
de usinagem anterior), e extrai des-
ses blocos os parâmetros que podem
ser utilizados para executar movimen-
tos de eixos (via bloco
INTERPOLADOR) ou comandar o
CLP Integrado.
O bloco CLP INTEGRADO exe-
cuta um programa de aplicação pre-
viamente codificado pelo fabricante
da máquina, ou por quem fez sua
“posta-em-marcha”. Este bloco tam-
bém aceita comandos e dá reali-
mentações para os blocos
DECODIFICAÇÃO DE PROGRA-
MAS DE USINAGEM, e COMAN-
DOS MANUAIS. Também executa
um interface com o operador, repor-
tando ao mesmo mensagens e alar-
mes através do bloco ALARMES E
MENSAGENS DO CLP. Geralmen-
te, uma mensagem é um aviso mais
brando, enquanto que um alarme
determina a paralisação dos pro-
gramas e dos comandos manuais,
por questões de segurança (exem-
plo: o alarme de excesso de tem-
peratura em um motor deve parar
a máquina).
O bloco INTERPOLADOR tem
como função determinar, em cada
instante, a posição absoluta em que
cada eixo deveria estar. Na verda-
de, o bloco INTERPOLADOR é exe-
cutado a cada T ms (tempo de ciclo
do INTERPOLADOR, em milésimos
de segundo). Quanto menor for o
valor de T, maior a capacidade de
processamento exigida do CNC,
melhor será a precisão de
posicionamento da máquina, e mai-
or poderá ser a velocidade com que
seus eixos podem se movimentar.
Ou seja, para obter precisão de po-
sicionamento da ordem de 1 mícron
ou menos, com velocidades altas, é
necessário um valor baixo de T.
O movimento de cada eixo nor-
malmente tem 3 fases: aceleração
constante até atingir a velocidade
de regime, velocidade de regime,
e desaceleração constante até pa-
rar. A figura 8 exibe a velocidade
e a posição do eixo no tempo du-
rante um bloco de movimento de
programa de usinagem. Deve-se
observar que, para o cálculo dos
pontos intermediários destas cur-
vas, fe i to a cada T ms pe lo
INTERPOLADOR, utiliza-se exata-
mente as equações da Física para
movimentos uniformemente acele-
rados. Ou se ja , o INTERPO-
LADOR é um bloco matemático
que emprega as bem conhecidas
equações da Física estudadas no
2o grau.
Quando um eixo se move indi-
vidualmente, ou até mesmo quan-
do diversos eixos se movem em
conjunto numa interpolação line-
ar (movimento em linha reta), a
tarefa do INTERPOLADOR é sim-
ples, conforme ilustra a figura 8.
A tarefa começa a ficar mais com-
plexa quando curvas devem ser
descr i tas pela interpolação de
dois ou mais eixos, pois nesse
caso a velocidade de regime é
var iáve l (por exemplo, numa
interpolação circular, a velocida-
de de regime varia conforme uma
função cosseno).
Finalmente, o bloco LAÇOS DE
POSICIONAMENTO tem como ob-
jetivo fazer com que o eixo se
posicione no ponto determinado, a
cada T ms, pelo bloco IN-
TERPOLADOR. Dessa maneira,
este bloco também é executado a
cada T ms.
Por exemplo, para o eixo X:
- o bloco recebe como entradas:
- X_REAL: a posição absoluta de
X, que deve ser calculada através
dos pulsos recebidos via RPX, a
cada T ms.
- X_DESEJADO: a posição onde
X deveria estar, calculada a cada T
ms pelo bloco INTERPOLADOR.
- o bloco comanda a saída de ve-
Figura 9 – Bloco - diagrama do LAÇO DE
POSICIONAMENTO.
locidade CVX.
Define-se como ERRO (erro de
acompanhamento):
ERRO = X_DESEJADO –
X_REAL
Em seguida, mult ipl ica-se o
ERRO por um ganho, chamado KV,
que converte o erro em velocidade:
VELOCIDADE = ERRO * KV
O ajuste do ganho KV deve ser
feito criter iosamente de acordo
com parâmetros dinâmicos que
dependem da mecânica da máqui-
na, dos ser vo-acionamentos e
motores, e do próprio CNC (exem-
plo: o tempo de ciclo T). Em prin-
cípio, deseja-se que KV seja o
maior possível, pois dessa manei-
ra diminui-se o erro de acompa-
nhamento. No entanto, a partir de
determinado valor de KV, o eixo
entra em oscilação, não conse-
guindo se posicionar.
Finalmente, a velocidade deve ser
convertida em tensão, que será a saí-
da analógica para o servo -
acionamento,multiplicando-a por um
constante de ajuste (GVT), já que a
tensão é proporcional à velocidade.
Esse algoritmo, do LAÇO DE
POSICIONAMENTO, se repete a
cada T ms. A figura 9 mostra um blo-
co - diagrama desse laço.
CONCLUSÃO
Com este artigo, espera-se que
o leitor tenha compreendido, de uma
forma introdutória, o funcionamen-
to do CNC.
Nos artigos subseqüentes sobre
este tema, diversos assuntos espe-
cíf icos desta tecnologia serão
aprofundados. l