telecurso 2000 - volume 3 - processos de fabricação - 53proc3

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53AULA53 A U L A

A sigla CNC significa comando numØrico computadorizado e refere-se a mÆquinas-ferramenta comandadas por computadores. A primeira mÆquina-ferramenta controlada por computador foi uma fresadora. Ela surgiu em 1952 e destinava-se a usinar peças de geometrias complicadas utilizadas em aviıes e helicópteros. Na verdade, tratava-se de uma fresadora jÆ existente – fabricada por uma empresa americana chamada Cincinnati – que sofreu modificaçıes em seus componentes mecânicos e recebeu um controlador eletrônico.

Este primeiro controlador eletrônico nªo lembra, nem de longe, os pequenos e poderosos controles numØricos atuais. Eles tinham vÆrias vezes o tamanho da própria mÆquina, consumiam muita energia elØtrica, falhavam freqüentemente e sua capacidade de cÆlculo era muito limitada, se comparada à tecnologia atualmente disponível.

No entanto, apesar dessas limitaçıes, essa fresadora inaugurou a era das mÆquinas-ferramenta CNC.

Durante cerca de oito anos, entre 1952 e 1960, a utilidade desse novo tipo de tecnologia foi testada nos mercados dos Estados Unidos e da Europa. Os usuÆrios de mÆquinas-ferramenta, desconfiados da eficiŒncia dos equipamentos e assustados com os preços elevados, nªo aderiram imediatamente ao novo conceito de produçªo. Apenas poucas indœstrias, como a aeronÆutica e a automobilística, tinham condiçıes financeiras para adquirir este tipo de equipamento.

Com a reduçªo progressiva dos custos e o aumento da capacidade de cÆlculo dos controladores eletrônicos, a tecnologia CNC popularizou-se entre indœstrias pequenas e mØdias. Hoje, Ø praticamente impossível imaginar a indœstria, principalmente os setores mecânico e metalœrgico, sem a presença de mÆquinasferramenta CNC.

Os benefícios trazidos pela aplicaçªo de comandos numØricos a mÆquinasferramenta foram inœmeros:

•fabricaçªo de peças de geometrias mais complexas, tolerâncias dimensionais mais estreitas e melhor acabamento superficial;

Fresando com CNC

AULA•maior repetibilidade das características do produto: as peças produzidas sªo idŒnticas umas às outras, independentemente dos fatores humanos;

•reduçªo da fadiga dos operadores humanos, que passam a ser responsÆveis apenas por tarefas de preparaçªo, programaçªo e controle de produçªo das mÆquinas; •flexibilizaçªo da produçªo, ou seja, possibilidade de fabricaçªo de pequenos lotes de uma grande variedade de peças, sem que para isso sejam necessÆrios ajustes demorados no equipamento;

Mas como freqüentemente ocorre no campo das inovaçıes tecnológicas, o uso das mÆquinas CNC tambØm trouxe alguns problemas, como:

•necessidade de investimentos relativamente elevados para aquisiçªo dos equipamentos; •necessidade de treinamento e capacitaçªo de mªo-de-obra, para utilizaçªo de todo o potencial tecnológico das mÆquinas; •desemprego nos segmentos de indœstria onde foram instaladas.

Alguns desses problemas, no entanto, poderiam ser solucionados na própria empresa. Assim, a recapacitaçªo dos operÆrios para novos postos de trabalho ou atØ sua absorçªo pelos próprios fabricantes dos equipamentos automÆticos sªo soluçıes viÆveis, que dependem basicamente da política social da empresa.

Fresadoras CNC

VocŒ jÆ conhece o processo de fresamento convencional que utiliza fresadoras convencionais. VocŒ deve entªo estar se perguntando: afinal, o que tem uma fresadora CNC que uma fresadora convencional nªo tem?

Se vocŒ olhar para uma fresadora CNC, vai notar componentes que jÆ lhe sªo familiares como o cabeçote e a mesa, por exemplo. Mas, com certeza, vai sentir falta de muitos outros presentes na velha fresadora convencional.

Para começar, nªo hÆ manípulos.

TambØm nªo hÆ aquelas alavancas e tabelas que permitem a determinaçªo das rotaçıes e avanços. Em compensaçªo, vocŒ vai se ver, face a face, com um painel cheio de botıes, teclas e luzes coloridas e uma tela, como as de um televisor, com um amontoado de informaçıes que, em um primeiro momento, vªo lhe deixar atordoado.

Logo, vocŒ vai se perguntar como fazer para movimentar a peça ou a ferramenta. A resposta estÆ no grande armÆrio de metal próximo à mÆquina. Nesse armÆrio estªo os componentes elØtricos e eletrônicos, que sªo responsÆ- veis pelo controle da operaçªo da mÆquina. Entre esses componentes encontrase o comando numØrico computadorizado (CNC), que Ø um computador responsÆvel, principalmente, pelos movimentos da mÆquina.

Nossa aula fresadora CNC

AULAAlØm do CNC, hÆ tambØm os drivers. Esses sªo um conjunto de circuitos eletrônicos, destinados a controlar a rotaçªo do motor e uma sØrie de outros componentes auxiliares.

Vamos ver como tudo isso funciona?

O comando numØrico lŒ, interpreta e executa cada um dos códigos que compıem o programa de usinagem da peça. Por exemplo, vamos supor que vocŒ quer que o eixo longitudinal da fresadora se desloque para a coordenada 120 m, com um avanço de 250 m/min. Para que o CNC entenda isso, vocŒ deve programar G1 X120. F250. Mas nªo se preocupe agora com esses códigos. Eles serªo estudados oportunamente.

Para executar uma ordem, o CNC envia uma mensagem ao motor que estÆ ligado ao eixo longitudinal da mÆquina. A ordem, na verdade, Ø um sinal elØtrico que deixa o comando numØrico para acionar diretamente o motor. No entanto, como este sinal elØtrico Ø muito fraco e insuficiente, Ø necessÆrio amplificÆ-lo.

A amplificaçªo do sinal elØtrico Ø feita pelos drivers. Em outras palavras, o driver recebe um sinalzinho do CNC e envia um sinalzªo ao motor. A partir daí o motor gira no ângulo e velocidade desejados. Viu por que os manípulos e as alavancas nªo sªo mais necessÆrios?

Mas ainda resta um problema: serÆ que a ordem foi fielmente obedecida?

SerÆ que o motor girou exatamente o que vocŒ queria e na velocidade que vocŒ determinou?

VocŒ pode verificar se a ordem dada pelo CNC foi cumprida por meio dos sensores. Os sensores sªo os olhos do comando numØrico. Eles informam ao CNC o que estÆ ocorrendo com a mÆquina e permitem a correçªo de eventuais desvios entre o programado e o real. Os principais sensores sªo os de posiçªo e de velocidade.

Em relaçªo às fresadoras convencionais, alØm de toda esta parafernÆlia eletrônica, as fresadoras CNC modernas tambØm apresentam melhoramentos mecânicos.

Assim, os fusos, antes trapezoidais, passam a ter um perfil semicircular e contam com esferas para reduzir o atrito e aumentar a exatidªo da mÆquina. Com os mesmos objetivos, os antigos barramentos sªo substituídos por guias lineares de rolamentos. AlØm disso, a estrutura da mÆquina tambØm Ø reforçada para permitir maiores taxas de remoçªo de cavacos.

Finalmente, as fresadoras CNC sªo adequadas para a produçªo de pequenos lotes de peças de um mesmo tipo e, às vezes, um lote œnico.

Os centros de usinagem

A evoluçªo natural das fresadoras acabou por dar origem aos chamados centros de usinagem.

Os centros de usinagem sªo, na verdade, fresadoras às quais se juntaram outros sistemas mecânicos e eletrônicos, para obter uma mÆquina mais versÆtil.

AULATodo centro de usinagem tem um dispositivo conhecido como magazine de fer- ramentas.

O magazine tem a funçªo de alojar um certo nœmero de ferramentas, o qual pode chegar a mais de uma centena.

Os magazines constituem-se, normalmente, de um cabeçote giratório e de esteiras. O cabeçote giratório, tambØm conhecido como torre ou revólver, comporta poucas ferramentas. As esteiras ou correntes arrastam os porta-ferramentas e comportam uma grande quantidade de ferramentas.

Para efetuar a troca da ferramenta que estÆ no cabeçote por uma das que se encontram no magazine, Ø necessÆrio um mecanismo conhecido como ATC, abreviaçªo do termo, em inglŒs, Automatic Tool Changer, ou seja, trocador automÆtico de ferramentas.

Os magazines e os ATCs possibilitam a troca automÆtica de uma ferramenta por outra e aumentam a independŒncia da mÆquina em relaçªo à presença do operador humano. Uma mesma mÆquina pode fazer operaçıes de fresamento, furaçªo, mandrilamento, alargamento, rosqueamento etc., eliminando-se o tempo gasto na preparaçªo de vÆrias mÆquinas e o transporte do produto entre elas.

Assim, o produto fica pronto mais rapidamente e a um custo menor. Estes fatores podem ser decisivos para a sobrevivŒncia da empresa, principalmente se for levada em conta a concorrŒncia internacional à qual se encontram cada dia mais sujeitas.

Os centros de usinagem, ao contrÆrio das fresadoras CNC, sªo mais utilizados na produçªo de lotes mØdios e grandes de peças. Nesse caso, a tecnologia CNC, voltada para a flexibilidade, isto Ø, a produçªo de lotes mØdios de peças variadas, foge do tipo de aplicaçªo para a qual foi criada.

Colocando os pontos nos eixos

Em mÆquinas comandadas numericamente, um conceito muito importante Ø o de eixo. O nœmero de eixos Ø o nœmero de movimentos que a mÆquina pode executar ao mesmo tempo.

Como os tornos, as fresadoras e centros de usinagem tŒm eixos longitudinal e transversal, denominados X e Y, respectivamente. AlØm desses, possuem ainda o eixo vertical (nas mÆquinas verticais) ou horizontal (nas fresadoras e centros de usinagem horizontais). O eixo vertical Ø chamado eixo Z.

Quando os eixos X, Y e Z se movimentam ao mesmo tempo, diz-se que as mÆquinas sªo de trŒs eixos. Quando a ferramenta pode se movimentar simultaneamente nos eixos X e Y, ficando o eixo Z somente para os movimentos de aproximaçªo e afastamento da ferramenta em relaçªo à peça, diz-se que se trata de uma mÆquina de dois eixos e meio.

centro de usinagem

AULAEsta característica Ø importante quando se desejam fresar superfícies com formatos complicados, como as dos moldes destinados a estampar peças de

carroceria de automóveis. Para que a chapa de aço adquira aquele formato todo arredondado, ao ser prensada, a cavidade do estampo deve ter a mesma geometria.

Antigamente, e mesmo ainda hoje, a usinagem dessa cavidade era feita com o auxílio das fresadoras copiadoras. As mÆquinas apalpavam um modelo e faziam a ferramenta reproduzir a geometria desse modelo sobre um bloco de aço. Atualmente, Ø possível usinar todo o molde com a ajuda das fresadoras CNC.

Para peças de formatos ainda mais complicados, principalmente as utilizadas na construçªo de aviıes, existem fresadoras com 4 ou 5 eixos,como a mostrada na figura ao lado. Nessas mÆquinas, alØm dos eixos lineares X, Y e Z, a ferramenta ainda pode apresentar um ou dois movimentos angulares, com cursos de aproximadamente 40°.

Conversando com um centro de usinagem CNC

Vamos supor que vocŒ precisa elaborar um programa para usinar em uma fresadora CNC a peça apresentada abaixo. Por onde começar? fresadora de 5 eixos

AULAFase inicial da programaçªo

•Determine os valores das coordenadas dos pontos que compıem o perfil a ser fresado. Observe que, agora, os eixos sªo denominados X e Y, e nªo mais X e Z, como no caso dos tornos.

•Indique o nœmero de identificaçªo do programa. Assim, o primeiro bloco do programa fica: O 1500

•Informe ao comando numØrico da mÆquina que a unidade de medida dos valores de coordenadas sªo milímetros. Como no caso do torno, isso Ø feito com a funçªo G21.

Dica tecnológicaDica tecnológicaDica tecnológicaDica tecnológicaDica tecnológica

Se vocŒ programasse a funçªo G20, os valores de coordenadas seriam entendidos como sendo em polegadas. AlØm disso, as coordenadas devem ser interpretadas como absolutas e nªo relativas. O que Ø feito, portanto, por meio da funçªo G90.

•Informe igualmente à unidade o valor de avanço indicado pela funçªo F nos blocos de movimentaçªo linear e circular. HÆ duas possibilidades:

•Selecione a funçªo G94. Ou seja, a unidade de avanço serÆ m/min. •Informe, finalmente, à mÆquina em que lugar da memória do comando numØrico encontram-se as informaçıes necessÆrias à localizaçªo do zeropeça. Tem-se assim o segundo bloco do programa: G21 G90 G94 G55.

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Nem todas as fresadoras e centros de usinagem sªo programados dessa maneira. Na verdade, um grande nœmero deles apresenta seis endereços onde podem ser armazenados os dados referentes à localizaçªo do zero-peça. Esses endereços sªo indicados por meio das funçıes G54 a G59. No nosso caso escolhemos a funçªo G55. Isso significa que, quando a mÆquina for preparada para usinar a peça programada, o preparador deve, necessariamente, registrar a localizaçªo do ponto zero-peça, de acordo com o estabelecido no programa, ou seja, no endereço G55.

Tabela de coordenadas dos pontos do perfil a ser fresado avanço F emmm/minavanço F em m/rot

G94 G95

AULA•Fixe no cabeçote da mÆquina à ferramenta para usinar o perfil. A fresa escolhida deve ser a de topo de diâmetro 8 m.

•Monte a fresa na posiçªo nœmero 4 do magazine.

•Gire o magazine da mÆquina e posicione a ferramenta selecionada de modo que o mecanismo de troca (ACT) possa agarrÆ-la. Para isso use o bloco T04. •Programe a funçªo M6 para realizar a troca. Logo, este bloco fica M6.

Observaçªo: Observaçªo: Observaçªo: Observaçªo: Observaçªo: A troca ocorre quando o ATC retira a ferramenta que estÆ no cabeçote e coloca-a no magazine.

•Ligue o motor do cabeçote da mÆquina. Para isso:

a)a)a)a)a)selecione a rotaçªo desejada por meio da funçªo S. Por exemplo, S2400, ou seja, 2400 rpm; b)b)b)b)b)em seguida, ligue o motor, fazendo a ferramenta girar no sentido horÆrio, isto Ø no sentido da ferramenta para a mesa da mÆquina. Para isso, use a funçªo M3. Caso esteja usando uma fresa com hØlice à esquerda, faça-a girar no sentido anti-horÆrio por meio da funçªo M4; c)c)c)c)c)tem-se entªo o bloco S2400 M3.

•Agora, aproxime a ferramenta da peça. O bloco de movimentaçªo fica G0 X - 10.Y - 10. Z50.

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Se o centro de usinagem for uma mÆquina de trŒs eixos, aproxime a ferramenta por meio de um movimento que ocorra ao mesmo tempo nos eixos X, Y e Z. Escolha um ponto de aproximaçªo 50 m acima da superfície da peça, a fim de evitar colisıes com dispositivos de fixaçªo.

•Desça a ferramenta segundo o eixo Z, atØ que a ponta da fresa atinja a coordenada Z = -10 m. Considere uma profundidade de corte de 10 m.

•Ligue, ainda nesta posiçªo, o fluido de corte por meio da funçªo M8. Temse, entªo, o bloco G0 Z - 10.M8.

Compensaçªo da ferramenta

Antes de iniciar a usinagem do perfil, Ø necessÆrio ativar a compensaçªo da ferramenta. Isto Ø feito programando-se a funçªo de compensaçªo em um bloco e, no bloco seguinte, posicionando-se a ferramenta, de modo que a periferia da fresa tangencie o primeiro elemento do perfil.

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A compensaçªo da ferramenta Ø necessÆria porque quando o comando numØrico executa uma funçªo de movimentaçªo, como G0 ou G1, por exemplo, o centro da ferramenta Ø posicionado na coordenada do ponto desejado. Mas, no nosso caso, Ø a periferia da fresa, e nªo seu centro, que deve seguir o perfil formado pelos pontos dados na tabela da pÆgina anterior.

AULAAssim, quando compensamos o raio da ferramenta por meio da funçªo G42 ou G41, estamos compensando a diferença que existe entre o centro da ferramen- ta e a sua periferia, ou seja, o raio da fresa de topo.

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