TCC Produção da peça de xadrez com torno CNC

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TCC
 Produção da peça de xadrez com torno CNC
Nome: João Henrique Vives.
Turma: MEC-22
Sumário 
1. Introdução
 1.1 contextualização
 1.2 Objetivo Geral
 1.3 Objetivo Específicos
 1.4 Motivação
2. Máquinas de comandos numéricos
3. Histórico
4. Processo de Usinagem
5. Linguagem de programação
6. Sistema de coordenadas das Máquinas CNC
7. Desenho da Peça e Código usado para Usinagem 
 7.1 Explicação dos códigos
8. Desenvolvimento e Finalização da Peça
9. Conclusão
Lista de Figuras
1. Movimentos Relativos do Torneamento
2. Plano Cartesiano
3. Plano Cartesiano Representado no Torno CNC
4. Desenho Técnico (Rei)
5. Painel Do Torno Virtual
6. Peça no SolidWorks
7. Início da Peça no SSCNC
8. Faceamento
9. Topo
10. Finalização da Cruz
11. Peça Final
1 Introdução 
Para uma melhor compreensão desse trabalho, será apresentado uma contextualização de forma resumida sobre CNC e no discorrer da pesquisa irei expor o projeto da peça de xadrez, desenho técnico, vantagens e desvantagens do torno cnc, programação e um pouco da História. Usaremos um torno virtual para produzir a peça.
1.1 Contextualização
O processo de torneamento é uma das operações mais utilizadas na indústria, pois ele possibilita a fabricação de peças com formatos geométricos de revolução, mediante a remoção de cavaco. Isso intercorre ao se ater uma peça à placa do torno e fazê-la girar, ao passo em que uma ferramenta de corte, presa a um carro, é submetida contra à peça, removendo assim material.
O torno mecânico é capaz de fabricar vários tipos de peças, se mostrando uma máquina operatriz demasiadamente versátil, que através dos seus três movimentos; movimento de corte, movimento de avanço e o movimento de penetração, consegue usinar objetos de um estado bruto até o acabamento final.
 Figura 1-Movimentos relativos do Torneamento
 
O desejo de elevar a produtividade está presente em qualquer segmento
industrial e as máquinas operatrizes não fugiram à regra e, devido à ambição de
ascender a produção, surgiu o comando numérico ou CNC, originário da expressão
em inglês Computer Numerical Control. Este sistema traz ainda a viabilidade da
produção de peças com formas mais complexas, oferecendo a elas uma maior
precisão, garantindo uma uniformidade até então inalcançável.
Na década de 50, em meio a um elevado desenvolvimento da indústria
aeronáutica, surgem as primeiras máquinas CNC’s, mas foi apenas em meados da
década de 70 que houve um importante crescimento no domínio dos computadores e
quando realmente se passou a produzir máquinas dedicadas ao comando numérico.
Desde então essas máquinas vêm acompanhando as evoluções computacionais, seja
de software ou de hardware; o aprimoramento deste gênero de máquinas as tornam
cada vez mais versátil, com um amplo número de possibilidades de utilização.
1.2 Objetivo Geral 
O propósito deste trabalho é demostrar a importância do CNC para o desenvolvimento Humano praticamente tudo hoje foi feita em alguma dessas máquinas que facilitam o nosso viver, então iremos ver o desenvolvimento Histórico, seus funcionamento, prós e contra e a fabricação de eixos, fabricar uma peça de xadrez no SSCNC, usando também o solidworks para o desenho em 3D e dar uma visão geral do projeto na conclusão .
1.3 Objetivo Específicos 
Almejando alcançar o objetivo geral deste projeto, foram estabelecidos os seguintes objetivos específicos:
-Entender o desenvolvimento Histórico
-Estudar o funcionamento da máquina escolhida 
-Entender os códigos usados para o seu funcionamento 
-Expor seus benefícios e desvantagens 
-Explicar os códigos usados no projeto 
-Realizar uma programação de uma peça em um torno mecânico virtual (SSCNC)
-Desenvolver a peça em um software de CAD (Desenho assistido por computador (DAC; em inglês: computer aided design - CAD).
1.4 Motivação
O uso de máquinas que possuem o sistema CNC embarcado cresceu de forma tão relevante nas últimas décadas, fazendo com que hoje elas representem parte majoritária do maquinário das indústrias. A grande fundamentação para esse fato é o enorme ganho na produtividade das máquinas ferramentas, uma vez que estas conseguem operar automaticamente, reduzindo ou até mesmo eliminando a necessidade dos cuidados de um operador. 
Esse novo cenário tem seu maior destaque em produtos que são fabricados de modo seriado, reduzindo seu tempo de fabricação, padronizando os artigos quanto a forma e ao acabamento. 
O domínio dessa tecnologia se torna imprescindível para qualquer profissional do meio, deixando de ser um atributo extra para se tornar um ponto essencial no currículo de todos que pretendem inserir-se no mercado de trabalho. A afirmação torna válida a prerrogativa de que todo curso técnico profissionalizante do setor industrial possua, em sua estrutura curricular, matérias que abordem este tema, além disso, tenha ainda, em seus laboratórios, máquinas com essa tecnologia.
2. Máquinas de comandos numéricos
O comando numérico computadorizado (CNC) é uma tecnologia que permite o
controle de máquinas a partir de interfaces computadorizadas. Em 1947 a Parsons
Corporation, uma pequena fabricante de rotores e hélices de helicópteros,
experimentou adaptar uma máquina de usinagem convencional para ser controlada
numericamente por um computador que lia as informações de controle em um cartão
perfurado. Surgia assim, o início das máquinas de comando numérico
computadorizado (SEAMES, 2001).
Existem vários tipos de máquinas–ferramentas CNC, cada uma delas com suas
aplicações e propósitos específicos, porém, todas com vantagens comuns. O custo
inicial destas máquinas é superior a máquinas convencionais, mas todo o capital
investido, na aquisição de um equipamento deste gênero, é recuperado em pouco
tempo, devido a uma série de vantagens oferecidas a esses equipamentos.
As Máquinas CNC trabalham com a requisição minimizada dos serviços
humanos ou até mesmo sem completa necessidade de um operador. Esta variação
se deve a tecnologia empregada na máquina, que pode torná-la totalmente automática
ou parcialmente, além do nível de complexidade da atividade realizada.
O processo pode ser completamente automatizado, contudo existe ainda a
indispensabilidade de instruções iniciais, uma programação que fornece para a
máquina todas as ações necessárias, além de parâmetros importantes como: as
dimensões finais do produto, valores dimensionais e quantitativos de matérias-primas,
status da máquina, entre outros.
O regime de trabalho de máquinas-ferramentas CNC pode ser demasiadamente
longo, por ser um processo contínuo. Uma máquina com essa tecnologia, após a
inserção da programação inicial, consegue operar por horas ou até mesmo por dias
sem uma nova intervenção humana.
Essa vantagem acelera a produção de peças, principalmente produtos com
elevada repetitividade, além disto, reduz a fadiga humana, evitando atividade manuais
recorrentes e longas jornadas de trabalhos.
Vantagens:
 Fabricação de peças de geometrias mais complexas, tolerâncias dimensionais reduzidas e melhor acabamento superficial;
 -Versatilidade do processo;
 -Aumento da flexibilidade;
 -Possibilidades de corrigir programas;
 -Precisão;
 -Interpolações lineares e circulares;
 -Sistema de posicionamento, de grande precisão;
 -Menor tempo de espera;
 -Menor movimento da peça;
 -Menor tempo de preparação da máquina;
 -Simplificação dos dispositivos;
 -Aumento da qualidade do serviço;
 -Facilidade na confecção de perfis simples ou complexos;
 -Maior controle e possibilidade de correções sobre desgaste das ferramentas;
 -Melhor controle de qualidade;
 -Configurações de avanços;
 -Profundidade de corte controlável;
 -Troca automática de velocidades;
 -Menor estoque de peças em razão da rapidez de fabricação;
 -Maior segurança do operador;
 -Troca rápida de ferramentas;
 -Redução da quantidade de máquinas;
 -Produção de peças idênticas umasàs outras, independentemente dos fatores humanos;
 -Redução da fadiga dos operadores, que passam a ser responsáveis apenas por tarefas de programação e preparação.
Desvantagens existem, mais são poucas, fazendo o investimento compensar:
 -Investimento elevado.
 -Manutenção especializada;
 -Não elimina completamente os erros humanos;
 -Necessita de operadores mais especializados.
3. Histórico
A U.S Air Force teve grande participação no desenvolvimento das máquinas
por comando numérico (CN). Seus produtos exigiam peças de alta precisão a um
custo compatível, e não eram possíveis de se fabricar sem o uso do CN. Na década
de 50, visando suprir a demanda da indústria aeronáutica, havia uma adaptação do
CN nas máquinas existentes, o que gerava grande retrabalho. Essa iniciativa deixou
de ser viável, já que novas máquinas começaram a ser produzidas para esse fim.
(Machado, 1986, p. 16)
Inicialmente o CN, antecessor do comando numérico computadorizado,
utilizava fitas perfuradas para transmitir os dados do processo para a máquina. Essas
fitas eram perfuradas seguindo uma codificação especifica, através de um computador
ou de forma manual, capaz de serem lidas e interpretadas pelas máquinas. Elas 
10 continham informações da peça a ser fabricada, condições de operação da máquina
e referências de matéria- base.
Analisando o sistema CN, torna-se fácil a percepção da conexão que existe
entre a evolução do computador e o crescimento desta tecnologia. No ano de 1956,
após grande progresso do computador, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts
(MIT) desenvolveu uma linguagem de programação, a Automatically Programmed
Tool (APT), é a partir deste momento que se inicia a construção da tecnologia utilizada
atualmente o CNC.
4. Processo de Usinagem
O processo de usinagem em uma máquina CNC, ocorre um pouco diferente
do procedimento de uma máquina convencional, a presença de uma controladora e
atuadores, automatiza partes da máquina e o controle de ferramentas, acelerando
diversas etapas de um regime de produção.
De acordo com Polastrini (2016), o processo de operação de uma máquina CNC
ocorre da seguinte forma: a peça é desenhada em um programa CAD (computer aided
design) e, em seguida, o arquivo é enviado a um programa CAM (Computer Aided
Manufacturing), usado para criar o arquivo G-code, que contém as instruções e os
parâmetros das ferramentas escolhidas para o processo, seguindo as formas da peça
do arquivo CAD. As instruções em G-code, são então enviadas à máquina CNC que
interpreta linha por linha e executa as funções nele contida. Com este processo, uma
vez criado o desenho da peça e convertido para a linguagem da máquina, pode se
repetir a produção utilizando o mesmo arquivo.
A grande vantagem de utilizar uma produção com máquinas CNC, é o seu
poder de replicar peças, criadas por meio do desenho CAD, nos softwares CAM.
Através de uma única lista de comandos é possível produzir inúmeras unidades do
produto desejado.
5. Linguagem de programação
Para facilitar o entendimento e organizar o processo de operação de diversas
máquinas, surgem as linguagens de programação, sendo um conjunto de palavras,
formados em cima de regras e padrões. Elas tornam o conhecimento utilizado
universal, possibilitando a leitura, compreensão e modificação dos dados, contidos
em uma lista de códigos.
As máquinas-ferramentas possuem sua própria linguagem de programação, o
G-code, nome usual para a linguagem interpretada pelas máquinas, é uma das
codificações mais antigas e conhecidas mundialmente. No início a lista de comandos,
era feita de forma manual, o operador deveria inserir, utilizando o G-code, todas as
informações do processo de manufatura; referências da máquina, da matéria-prima,
além dos dados finais da peça fabricada.
Atualmente esse processo ocorre de forma direta, eliminando a necessidade
da implementação do código por parte do operador. O desenho feito no computador
em programas com a tecnologia CAD, pode ser convertido para a linguagem utilizada
pela máquina, essa transformação é feita muitas vezes no próprio software de criação,
ou com auxílio de programas secundários.
Ao carregar um arquivo com linhas de comandos G-code, em uma máquina
CNC, os dados são enviados para uma controladora, ela é responsável por decifrar e
converter as informações do arquivo em movimentação da máquina, acionando os
atuadores e as ferramentas de trabalho.
6. Sistema de coordenadas das máquinas CNC
Todas as máquinas-ferramenta CNC são comandadas por um sistema de coordenadas cartesianas na elaboração de qualquer perfil geométrico.
Em tornos CNC geralmente temos apenas dois eixos principais, sendo eles;
Eixo X: movimento transversal
Eixo Z: movimento longitudinal
 
 Figura 2 – Plano Cartesiano 
A nomenclatura dos eixos e movimentos está definida na norma internacional ISO 841 (Numerical control of machines) e é aplicável a todo tipo de máquina-ferramenta. Os eixos rotativos são designados com as letras A, B e C; os eixos principais de avanço com as letras X, Y e Z.
 Figura 3 – Plano Cartesiano Representado no Torno CNC
7. Desenho da peça e código usado para Usinagem 
 Figura 4 – Desenho técnico (Rei)
O desenho técnico mecânico é a base de qualquer projeto mecânico. Trata-se de da representação gráfica altamente detalhada de peças, partes e montagens de produtos e aparelhos em geral, visando representar todas as formas, dimensões, posições, materiais e o processo de fabricação para o bom entendimento da peça quanto a seus detalhes, proporções e funcionamento.
Os desenhos técnicos são de extrema importância para a documentação, divulgação, padronização e o processo de fabricação de peças, máquinas e mecanismos, pois auxiliam na maximização da eficiência dos processos, facilitando o entendimento do operador e evitando perdas de material e tempo, além de diminuir as irregularidades no produto final gerado.
00004 (REI)
N1 G90 G21 G40;
N2 G28 U0;
N3 T0101; (DESBASTE)
N4 G54;
N5 G96 S200 M4;
N6 G92 S4000;
N7 G0 X35 Z2 M8;
N8 G71 U1 R1;
N9 G71 P100 Q250 U0,5 W0,1 F0,25;
N10 G0 X-0,8;
N11 G1 G42 Z0 F0,15;
N12 X5;
N13 Z-3;
N14 X9;
N15 Z-10;
N16 G3 X15 Z-13 R3;
N17 G1 X10 Z-25;
N18 X24 Z-31;
N19 G3 X24 Z-37 R3;
N20 G1 X12 Z-47;
N21 G2 X18 Z-77 R70;
N22 G3 X22 Z-79 R2;
N23 G1 X25 Z-85;
N24 G3 X35 Z-90 R5;
N25 G1 X40 G40;
N26 G70 P100 Q250;
N27 G28 U0;
N28 T0202; (BEDAME)
N29 G97 S1000 M4;
N30 G0 Z-10;
N31 X18;
N32 G1 X5;
N33 G4 X1;
N34 G28 U0;
N35 M30;
7.1 Explicação dos códigos 
G0 Posicionamento Rápido 
G1 Interpolação Linear
G2 Interpolação Circular no Sentido Horário
G3 Interpolação Circular no Sentido Anti-Horário
G4 Tempo De permanência (Dwell)
G21 Entrada de Dados em Milímetros 
G28 Retorna o Eixo Programado para o ponto de referência (Machine Home)
G40 Cancela a compensação de Raio De Ferramenta 
G42 Ativa a compensação de Raio de ferramenta (à direita do perfil)
G54 1º Sistema de coordenada de trabalho
G70 Ciclo fixo, Ciclo repetitivo múltiplo, para acabamento (Incluindo contornos)
G71 Ciclo fixo, Ciclo repetitivo múltiplo, para desbaste (ênfase no eixo Z)
G90 Sistema de coordenadas absolutas
G92 Estabelece Nova Origem
G96 Velocidade de corte constante
G97 Programação da RPM constante ( RPM: Rotação por minuto )
0101 Identificação de programa 
M3 Rotação horaria da placa
M4 Aciona eixo-árvore no sentido anti-horário
M8 Aciona fluido refrigerante
M30 Fim da programa
S Rotação do eixo-árvore
X Eixo linear X
Y Eixo linear Y
Z Eixo linear Z
R Raio de 
 0arcos de circunferência
T Ferramenta
U Eixo linear externo auxiliar
F avanço de corte 
T0101:
T Ferramenta 
01 Posição da Ferramenta 
01 Corretor de Ferramenta
8. Desenvolvimento e Finalização da peça
Usamos o programa SSCNC para ter o desenvolvimento do trabalho, este programa trata-se de um simulador CNC.
Software interessante, simula realmente um Torno, tendo nele chave para ligar,botão de emergência, botão para fechar as portas da máquina, alertas de erro no painel, movimentação das Fresas, entre outras funções.
 Figura 5 – Painel do Torno Virtual
Imagem da peça feita no SolidWorks. O SolidWorks baseia-se em computação paramétrica, criando formas tridimensionais a partir de operações geométricas elementares.
 Figura 6 – Peça no SolidWorks 
 Figura 7- Início da peça no SSCNC
 Figura 8 – Faceamento da Peça 
 Figura 9 – Topo Da Peça 
 Figura 10 – Finalização Da Cruz
 Figura 11 – Peça Final
9. Conclusão 
Foi complicado de primeira fabricar essa peça, pois foi meu primeiro contato com um simulador deste tipo e também por não ter a possibilidade de mexer ou usinar em uma máquina CNC Real, pelo seu custo, operação por pessoas realmente profissionais para não ter nenhum dano na máquina, mas foi muito bom por ter um contato com essa máquina por meio de um software, pois foi muito educativo.
O domínio dessa tecnologia se torna imprescindível para qualquer profissional do meio, deixando de ser um atributo extra para se tornar um ponto essencial no currículo de todos que pretendem inserir-se no mercado de trabalho. 
Contudo foi ótimo fazer esses dois trabalhos, a pesquisa sobre tornos e este projeto, usando programas citados em diversas aulas no próprio curso.