03 - CNC - Comando Numérico Computadorizado

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Componentes usados na automatização de máquinas-ferramentas 
 
Introdução 
No desenvolvimento histórico das máquinas-ferramentas sempre se procurou soluções que 
permitissem aumentar a produtividade, com a máxima qualidade e o mínimo custo. 
A evolução dos tornos, fresadoras, furadeiras, retíficas, etc., iniciou-se pela automação 
mecânica e elétrica, com o emprego principalmente de eixos com cames, engrenagens e 
reles, nos idos da década de 50. 
Em paralelo a esse desenvolvimento houve grande progresso na área de materiais, inclusive 
os usados para a confecção de ferramentas de corte. A essas exigências foram agregadas 
outras, tais como a fabricação de lotes reduzidos e o sincronismo com outras unidades 
produtivas, surgidas com o advento da teoria da produção puxada e da distribuição das 
máquinas em células de produção. 
Assim, partimos do aço rápido, passamos pelas ligas de metal duro e chegamos aos 
modernos insertos de cerâmica, que cada vez mais dominam o mercado. A par disso, novas 
condições de precisão dimensional, acabamento, prazos e preços passaram a ser impostas 
pelo mercado. 
Assim aquelas máquinas que apresentavam alta complexidade, grandes restrições de 
programação e manutenção cara e constante passaram a não mais atender os desejos dos 
clientes. 
A partir da década de 80, com a evolução acelerada da eletrônica, principalmente da ciência 
da computação, começou uma nova era para a automação industrial. Em particular, para as 
máquinas- ferramentas marcou o início da fabricação das máquinas com comando numérico 
(CN) que, literalmente, significa ser comandada através de números e se traduzia na época 
em controlar o movimento de seus eixos posicionadores por dados introduzidos por via 
eletrônica. 
Essa ideia, a princípio simples, veio evoluindo até os nossos dias sendo que hoje o chamado 
C N C - CONTROLE NUMÉRICO COMPUTADORIZADO faz todo o controle, supervisão e 
diagnóstico da máquina, além de permitir a interação da mesma com computadores que 
estabelecem seus programas e sincronizam sua produção com as demais unidades 
produtivas da fábrica, permitindo assim uma produção totalmente automatizada. 
 
O que é C N C: 
Podemos definir Comando Numérico Computadorizado, como sendo um equipamento 
eletrônico capaz de receber informações através de entrada própria de dados, compilar as 
mesmas e transmiti-las, em forma de comando à máquina, de modo que esta, sem a 
intervenção do operador, realize as operações na sequência programada. A par disso, ele faz 
total gerenciamento de todas as funções da máquina, num sistema de malha fechada. 
 
Principais itens comandados das máquinas-ferramentas. 
Os principais itens gerenciados pelo C N C são os seguintes: 
• Eixos de avanço, 
• Acionamentos de avanço, 
• Árvore principal, 
• Meios de fixação da peça, 
• Dispositivos de troca de ferramentas, 
• Torre porta-ferramentas, 
• Fluido de lubrificação e refrigeração, 
• Motores (velocidades de corte e avanço), 
• Temperaturas críticas, 
• Cargas (torques) e 
• Ferramentas (desgaste). 
 
Componentes básicos ligados ao sistema de automação 
Para que uma máquina possa obedecer, de forma eficiente, ao comando CNC várias 
modificações, de origem mecânica e elétrica, foram feitas. 
A seguir descrevemos algumas das principais: 
 
• Motores de corrente contínua 
São usados para o acionamento do avanço, sendo regulados por um circuito de potência e 
podendo acionar ou frear em ambas as direções de movimento. 
É importante lembrar que os movimentos dos fusos da máquina devem ser realizados sem ter 
a influência de forças atuantes. Neste caso é importante uma alta rigidez da máquina. Além 
do mais, os acionamentos de avanço devem satisfazer às exigências a respeito da 
uniformidade dos movimentos e da rapidez de reação na alteração da velocidade. 
 
• Motores passo a passo 
São também utilizados nos acionamentos de avanço. 
Eles têm a capacidade de subdividir uma rotação em passos fixos, que através de impulsos 
do comando podem ser realizados em qualquer número desejado. 
Para altas velocidades de usinagem há necessidade de um torque elevado na partida e na 
frenagem, não sendo possível manter-se com segurança o número exato de passos. Assim a 
sua aplicação fica limitada a pequenos torques. 
• Servo-Motor 
Esse motor, pelas características de trabalhar com alto torque e baixa rotação, vem sendo 
largamente usado para os movimentos de avanço. 
O servo-motor deve ser comandado por um módulo de regulação (servo drive), que converte 
os sinais eletrônicos recebidos do comando em energia para o movimento do motor. 
Eles apresentam alta resolução e elevado grau de posicionamento e repetibilidade, através do 
ciclo interno de regulação do acionamento, com resolução de até 1/2.000.000 de rotação. 
Os transdutores lineares de posição (sensores) usados em conjunto com esses motores 
podem indicar o posicionamento dos eixos controlados com precisão de até 0,002 mm. 
A interface de regulação, com comunicação em tempo real, trabalhando em conjunto com 
transdutores que podem medir não só a posição dos eixos, mas também a rotação do motor 
(tacômetros), bem como controlar a velocidade e a posição através de um sistema de 
interpolação fina. 
 
• Motores assíncronos, sem escovas, C.A. 
Esses motores são usados para movimentar a árvore principal da máquina que realiza o 
movimento principal de corte, através da rotação da peça ou da ferramenta. 
São motores de alta potência e alta velocidade, controlados por microprocessadores que, em 
conjunto com transdutores incrementais e interface de programação pode ter comandado os 
seguintes parâmetros: velocidade, carga, temperatura, potência e posição alcançada. 
A nova concepção desse motor é o motor compacto, com refrigeração forçada, que é 
montado diretamente na árvore de comando da máquina, evitando todo o sistema de 
transmissão. 
 
• Transmissão por eixo de esferas recirculantes 
Essa transmissão é composta de um fuso e uma porca de esferas, sendo garantida uma 
transferência de força, isenta de atritos e com grande precisão, além de minimizar os 
desgastes. O rendimento mecânico, nesse caso, é da ordem de 98%. 
O seu funcionamento é dado pelo movimento de rotação do fuso, movendo assim a porca no 
sentido longitudinal, fazendo deslizar o carro correspondente ao longo das guias da máquina, 
com a máxima rigidez e suavidade. 
 
• Transdutores (sensores) 
São responsáveis pelas medições micrométricas do posicionamento dos eixos ou do 
posicionamento angular nos eixos. 
O funcionamento desses sistemas de medição está baseado na leitura ótica de uma escala 
de medição. Essa medição pode ser linear ou rotativa e pode ser feita de maneira direta ou 
indireta. A medição direta de posicionamento é feita medindo-se de avanço dos carros, 
independentemente do movimento dos fusos. Já a indireta é feita através da medição da 
rotação dos fusos. Além disso, a medição pode ser absoluta ou incremental. Na medição 
absoluta as medidas são feitas em relação a um ponto “zero”, que é a referência da máquina. 
Na medição incremental as medidas são feitas sempre em relação à posição anterior de 
origem. 
 
• Meios de fixação da peça de trabalho (efetuadores) 
Nos tornos, em geral, é possível programar-se os movimentos de abertura e fechamento das 
pinças ou castanhas que fixam as peças às placas. 
A escolha da pressão de fixação deve ser feita de acordo com a rotação da árvore e do 
torque transmitido. 
Devido à força centrífuga nas castanhas é necessário aumentar-se a pressão de fixação, à 
medida que a velocidade de rotação vai aumentando. Dependendo da rotação e do torque 
transmitido, o processo de fixação pode ser pneumático ou hidráulico. 
 
• Sistema de troca de ferramentas (efetuadores) 
Com o avanço das máquinas-ferramentas, cada vez mais são usados os “centros de 
usinagem”, que são máquinas de alta capacidadee que podem executar a usinagem de 
determinada peça de ponta a ponta, através da utilização de diversas ferramentas. Hoje 
existem centros de usinagem que podem trocar até 48 ferramentas durante um processo de 
usinagem. 
Os dispositivos de troca de ferramentas podem ser do tipo magazine porta- ferramentas ou do 
tipo torre revólver. 
Numa torre revólver, a troca significa o giro da torre até colocar a ferramenta desejada em 
posição de trabalho. Esse comando pode ser elétrico ou hidráulico. Num magazine a troca é 
realizada com um sistema de garras. Isto significa que a usinagem é interrompida pelo 
programa e o trocador de ferramentas tira a nova ferramenta do magazine trocando-a pela 
ferramenta que estava atuando. 
Essa, por sua vez, é colocada de volta na respectiva posição do magazine. 
 
• Porta ferramentas 
Para permitir um sistema de troca de ferramentas, o porta-ferramentas deve ser padronizado, 
em geral de acordo com as normas VDI, DIN ou ISO. 
As medidas da ferramenta transmitidas à máquina pelo programa CN baseiam-se em um 
ponto de referência definido no assento do porta ferramentas. 
 
Elementos do comando CNC 
A principal parte do comando CNC é constituída por um processador, no qual todos os 
cálculos e combinações lógicas são efetuados. O comando CNC representa um vínculo entre 
o operador e a máquina e, para isso, é necessário que exista dois elementos de interface. O 
primeiro é o elemento de interface para o operador, que é constituído pelo painel e diversas 
conexões para a entrada de informações por meio manual, ou portas de comunicação direta 
com o computador. O segundo é o elemento de interface para máquina, que é constituído 
substancialmente por um comando de interface CLP - Controlador Lógico Programado, pelo 
módulo de acionamento do avanço dos eixos e por um circuito de potência. 
A entrada de dados no primeiro elemento de interface pode ser feita de várias maneiras. A 
forma mais completa é a elaboração de um programa que tem início em um projeto elaborado 
em um software CAD (Computer Aided Design) e processado em software CAM (Computer 
Aided Manufacturing) ou através da entrada digitalizada da cópia de um modelo, pela 
varredura do mesmo com um sensor, seguindo-se o processamento em CAM. O programa 
processado poderá ser testado através de softwares de simulação, havendo neste caso 
necessidade de introduzir-se parâmetros das ferramentas (medidas, tempo de utilização, etc.) 
e da máquina (máxima rotação da árvore, máximo avanço, máximo torque e graus de 
liberdade dos eixos). O programa pronto poderá ser introduzido no painel da máquina, seja 
manualmente (digitado pelo operador) ou outros meios de armazenamento de mídia (por 
exemplo: USB), ou ainda pela ligação direta ao computador por porta serial ou sistema 
wireless. 
O painel de comando CNC, por sua vez é composto de vídeo, luzes de sinalização, botões de 
operação que podem acionar manualmente motores, deslocamentos de eixos, etc. e de 
elementos operacionais para programação que permitem introduzir novos dados num 
programa ou ainda efetuar correções. Para isto, existe no painel um teclado de números, de 
letras e/ou símbolos das funções de programação. 
 
• Comando CNC 
Os comandos CNC são constituídos por um processador no qual existem microprocessadores 
e memórias. Nos microprocessadores são processados os dados do programa introduzidos 
na memória e, então, transferidos a máquina através de impulsos de comando. Ao mesmo 
tempo, é feita uma interação entre os microprocessadores e o sistema de medição, para 
verificar se o ponto atingido corresponde ao impulso emitido pelo comando, em um sistema 
de malha fechada (comparação desejável/real). Na realidade, o microprocessador lê uma 
informação de deslocamento do programa, calcula qual deve ser o ponto atingido, liga o 
acionamento (atuador) necessário para o deslocamento, recebe a informação do sistema de 
medição, compara esta posição com a desejada e continua atuando até que a mesma tenha 
sido atingida. 
 
• Interface comando - máquina 
O processador de um comando CNC não pode executar diretamente as funções da máquina. 
Assim, torna-se necessário transformar os impulsos entre o processador e a máquina através 
de um sistema intermediário de interface. Esse sistema atua nas funções da máquina, de tal 
forma que todas as condições necessárias da máquina, relativas ao impulso, sejam levadas 
em consideração. Por exemplo: Porta da máquina fechada, pressão do óleo correta, pressão 
nas castanhas de aperto da peça adequada, etc. Além disso, este sistema ativa outras 
funções secundárias relacionadas, tais como: lâmpadas de controle, sinais sonoros, etc. Da 
mesma forma determina funções que não devem atuar simultaneamente e que, portanto, 
devem permanecer desativadas. No comando CNC existem dois módulos de interface com a 
máquina: um de baixa potência, que comanda os eixos e o sistema de medição e, para 
acionar o motor principal, as bombas e válvulas, que demandam maior potência elétrica que a 
gerada pelos impulsos de comando, existe um módulo, chamado de circuito de potência, com 
a finalidade de ampliar e elevar a potência dos impulsos elétricos. 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO À PROGRAMAÇÃO 
 
Sistema ISO de programação – Linguagem “G” 
 
Quando falamos em ISO (International System Organization), referimo-nos a algo 
padronizado de normas técnicas específicas onde cada segmento tem suas regras. 
A linguagem “G” foi adotada pelo sistema como um padrão a ser usado pelos fabricantes de 
comandos, dando a eles liberdade para a criação de recursos próprios, porém mantendo as 
funções básicas e universais, funções que tenham a mesma finalidade em todos os 
comandos. Além destas funções básicas padronizadas, os fabricantes podem desenvolver 
outras funções próprias, conforme a sua criatividade e disponibilidade de recursos das 
máquinas-ferramenta. A possibilidade de serem diferentes dentro de um mesmo sistema 
aumentou a criatividade entre os mesmos, conseqüentemente, alguns comandos oferecem 
mais recursos que outros. 
 
Tipos de endereços 
 
Endereços são parâmetros auxiliares das funções aos quais se atribuem valores para 
informar ao comando as grandezas necessárias para a execução da função. 
Os endereços podem representar diversas grandezas como: dimensões da peça (milímetro); 
Velocidade de corte (metro por minuto); Avanço (milímetro por rotação); rotação do fuso 
(RPM); unidade de tempo (segundos) dentre outros. 
 
G - Função preparatória 
F - Velocidade de avanço, passo de rosca 
S – Velocidade corte, Rotação do eixo árvore 
O - Número do programa 
N - Número da linha (bloco) 
X - Movimento no eixo X 
Y - Movimento no eixo Y 
Z - Movimento no eixo Z 
I - Distância incremental paralela ao eixo X 
J - Distância incremental paralela ao eixo Y 
K - Distância incremental paralela ao eixo Z 
R - Raio da trajetória da ferramenta 
M - Função miscelânea 
T - Número da ferramenta 
 
Funções preparatórias – “G” 
G00 - Avanço rápido 
G01 - Interpolação linear com avanço programado 
G02 - Interpolação circular no sentido horário 
G03 - Interpolação circular no sentido anti-horário 
G33 - Usinagem de rosca com único passe 
G40 - Cancela as funções G41 e G42 
G41 - Compensação de raio da ferramenta à esquerda da peça 
G42 - Compensação de raio da ferramenta à direita da peça 
G54 - Deslocamento do zero peça 
G55 - Deslocamento do zero peça 
G94 - Avanço em mm/minuto 
G95 - Avanço em mm/rotação 
G96 - Velocidade de corte constante 
G97 - Rotação constante 
 
Funções miscelânia – “M” 
M00 - Parada programada 
M03 - Liga o fuso no sentido horário 
M04 - Liga o fuso no sentido anti-horário 
M05 - Desliga o fuso 
M06 - Troca automática de ferramentas 
M08 - Liga o fluido de corte 
M09 - Desliga o fluido de corte 
M30 - Fim de programaSISTEMA DE COORDENADAS 
 
Toda geometria da peça é transmitida ao comando com auxílio de um sistema de 
coordenadas cartesianas. 
 
NO TORNEAMENTO 
 
São duas retas que se cruzam em um ponto qualquer no espaço, dando origem a um sistema 
de coordenadas, cujo ponto de cruzamento é o início de todo o processo. 
Os movimentos nos eixos X e Z, são dados pela ferramenta. 
 
O sistema de coordenadas é definido no plano formado pelo cruzamento de uma linha 
paralela ao movimento longitudinal (eixo Z), com uma linha paralela ao movimento transversal 
(eixo X). 
Todo o movimento da ponta da ferramenta é descrito neste plano X,Z, em relação a uma 
origem pré-estabelecida (X0,Z0). 
 
NOTA: Lembrar que X é sempre a medida do diâmetro. 
 
NO FRESAMENTO 
 
 
Os movimentos dos eixos X e Y sdão dados pela mesa e o movimento em Z é dado pela 
ferramenta. 
 
Coordenados são todos os pontos relacionados com a geometria do desenho que orientam o 
programador na elaboração dos programas CNC. 
 
 
PONTO DE REFERÊNCIA INICIAL NA PEÇA 
 
Conhecido como “zero peça”, é o ponto à partir do qual desenvolve-se o programa pelo plano 
de coordenadas. Normalmente o ponto zero-peça (origem X0,Z0) no torneamento é 
posicionado no encosto das castanhas (fundo da peça) ou na face da peça, conforme 
ilustração abaixo: 
 
 
No fresamento, o programador escolhe o ponto de referência de acordo com as 
características da peça. Geralmente a peça bruta tem a forma cúbica, então adota-se um dos 
cantos da peça. 
 
 
 
Coordenadas Absolutas e Incrementais: 
 
No sistema de programação CNC, é possível utilizar dois tipos diferentes de coordenadas 
sem alterar a geometria da peça, são eles: Coordenadas Absolutas e Coordenadas 
Incrementais. 
 
Absoluto versus Incremental 
No modo absoluto, as coordenadas dos pontos de todos os movimentos serão especificadas 
a partir do ponto zero do programa. Para novatos, normalmente este é o melhor e mais fácil 
método de especificar as posições para comandos de movimento. Porém, há outro modo de 
especificar os movimentos de eixo. 
O modo incremental, onde se é especificado os movimentos a partir da posição atual da 
ferramenta, não do zero do programa. Com este método de movimento dominante, o 
programador tem que estar perguntando. "Quão distante eu deveria mover a ferramenta?", 
são tão raras as vezes que este método é útil que atualmente esta se transformando em coisa 
do passado, em geral, este método é mais incômodo e difícil. 
É importante tomar muito cuidado ao se fazer os comandos de movimento. Os novatos têm a 
tendência para pensar incrementalmente. Trabalhando-se no modo absoluto (como deveria 
ser feito), o programador sempre deveria estar perguntando "A que posição a ferramenta 
deveria ser movida?" Esta posição é relativa ao zero do programa, não da posição atual da 
ferramenta. A Figura (abaixo) mostra duas séries idênticas de movimentos, um no modo 
incremental e a outra no modo absoluto. 
 
 
É muito fácil de dizer o local preciso da ferramenta em qualquer comando dado pelo modo 
absoluto. No modo incremental, pode ser muito difícil determinar a posição atual da 
ferramenta para um determinado comando de movimento. 
 
Alem de ser muito fácil de determinar a posição atual para qualquer comando, outro benefício 
de se trabalhar no modo absoluto tem a ver com possíveis enganos feitos durante os 
comandos de movimento. 
 
No modo absoluto, se um erro de movimento é cometido em um comando do programa, só 
um movimento estará incorreto. Por outro lado, se um erro é cometido durante movimentos 
por incrementos, todos os movimentos a partir deste ponto também estarão errados. 
 
 
 
Prática de coordenadas: 
 
Nas tabelas abaixo, descreva as posições da trajetória da ferramenta no plano carteziano no 
modo incremental e absoluto. 
 
 
 
 
 
DESCRIÇÃO DAS FUNÇÕES “G” 
 
G00 AVANÇO RÁPIDO 
 
G00 X Y Z 
 
Deslocamento do carro porta-ferramentas em velocidade máxima até o ponto de destino. 
 Programação: 
 
 
 
N 
G00 
X,Z, 
 
 
S 
 
 
 
Número da Sentença. 
Avanço Rápido. 
Coordenadas em ABSOLUTO do ponto destino. 
 
 
Start point (ponto inicial do movimento). 
Função G00 
 
 
 
G01 - INTERPOLAÇÃO LINEAR 
 
G01 X Y Z F 
 
Deslocamento linear do carro porta-ferramentas no sentido transversal, longitudinal ou cônico 
com avanço programado. 
 
O avanço pode ser dado em [mm/min] (G94) ou [/rot.] (G95). 
 
 Programação: 
 
 
N .... 
G01 
 
X, Z 
 
F 
 
 
Número da sentença 
Interpolação linear 
 
Coordenadas em absoluto. 
 
Avanço 
 
Figura 5.2 - Função G01 
 
N 100 G00 X1 
N 110 G01 -Z1 F 
N 120 G01 X2 -Z2 F 
N 130 G00 X0 +Z0 
 
Exemplo de programação: 
 
 
 
Modo Absoluto: 
N100 .... 
N110 G00 X42. Z2. 
N120 G00 X36. 
N130 G01 Z-60. F... 
N140 G01 X40. Z-62. F... 
N150 G00 X42. Z2. 
N160 
 
 
 
 
 
G02 / G03 - INTERPOLAÇÃO CIRCULAR 
 
G02 - Sentido Horário / G03 - Sentido Anti-Horário 
G02 
G03 
X Y Z I J K F 
 
Deslocamento circular do carro porta-ferramentas com avanço programado. Arcos entre 0 e 
180° podem ser programados. O deslocamento do carro ao ponto final se da no sentido 
horário (G02) ou anti-horário (G03). 
O raio do arco é determinado pelo centro do círculo. O centro do círculo é descrito pelas 
coordenadas I e K, que partem do início do arco. 
Tanto G2 como G3 podem executar operações de usinagem de arcos pré-definidos através 
da movimentação apropriada e simultânea dos eixos. 
Na programação de um arco deve-se observar as seguintes regras: 
• O ponto de início do arco é a posição de início da ferramenta; 
• Programa-se o sentido de interpolação circular através dos códigos G2 e G3; 
• Juntamente com o sentido do arco programam-se as coordenadas do ponto final do arco X e 
Z e as funções I e K (coordenadas para o centro do arco) ,ou então, a função R (valor do 
raio). 
No fresamento, a coordenada para o centro do arco referente ao eixo “Y” é descrita pelo 
endereço “J”. 
 
Portanto: 
 
ENDEREÇOS I, J, K: Correspondem às coordenadas do centro do arco. 
Os endereços I, J, K definem a posição do centro do arco, no qual: 
I é paralelo ao eixo X; 
J é paralelo ao eixo Y 
K é paralelo ao eixo Z. 
 
Em alguns comandos, os endereços I, J, K são programadas tomando-se como referência a 
distância do centro do arco até a origem do sistema de coordenadas. Em outros comandos, 
esses valores são incrementais, ou seja, definem a distância do início do arco até seu centro. 
 
Nos comandos mais atuais, basta informar o endereço “R” informando o raio da 
circunferência. 
 
 
 
Coordenadas do centro até a origem Coordenadas do ponto inicial ao centro 
 
 
Direção de rotação: 
No torneamento 
 
 Rotação sentido horário (G02) Rotação sentido anti -horário (G03) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Importante: 
Antes da execução do bloco contendo a interpolação circular o comando verifica 
automaticamente o arco e, se for geometricamente impossível sua execução, o comando para 
mostrando uma mensagem de erro.