Escola de Engenhariade São Carlos Universidade de São Paulo

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

COMANDO NUMÉRICO DE

MÁQUINAS-FERRAMENTA

Prof. Dr. Eduardo Vila Gonçalves Filho

São Carlos, Fevereiro de 2011

2

SUMÁRIO

1 Introdução ................................................................................................................4 1.1 Histórico ............................................................................................................4 1.2 A Evolução da Tecnologia.................................................................................4 1.3 Retrofiting..........................................................................................................7 1.4 CN, CNC e DNC................................................................................................7 1.5 Configurações ...................................................................................................8

1.5.1 Configuração de 2 eixos.........................................................................8 1.5.2 Configuração de 2 ½ eixos .....................................................................9 1.5.3 Configuração de 3 eixos.........................................................................9 1.5.4 Configuração multi-eixos ......................................................................10 1.5.5 Configurações especiais.......................................................................10 1.5.6 Acessórios............................................................................................13

1.6 Estruturas........................................................................................................15 1.6.1 Centro de usinagem horizontal.............................................................15 1.6.2 Centro de usinagem vertical .................................................................16 1.6.3 Forma estrutural C com coluna fixa......................................................16 1.6.4 Forma estrutural C com coluna móvel..................................................17 1.6.5 Estrutura pórtica ...................................................................................18

1.7 Tipos de acionamento .....................................................................................19 1.8 Transdutores ...................................................................................................20

1.8.1 Encoder angular ...................................................................................21 1.8.2 Encoder linear – régua óptica...............................................................22 1.8.3 Referenciamento ..................................................................................23 1.8.4 Resolução, Acuracidade e Repetibilidade ............................................23

2 Exemplo de uma máquina CNC.............................................................................27 2.1 Introdução .......................................................................................................27 2.2 Painel de comando..........................................................................................27

3 Métodos de programação.......................................................................................31 3.1 Etapas para usinagem CNC............................................................................31

3.1.1 Recebimento do desenho.....................................................................31 3.1.2 Desenho em CAD.................................................................................31 3.1.3 Planejamento do processo ...................................................................31 3.1.4 Levantamento de coordenadas ............................................................32 3.1.5 Programação........................................................................................32 3.1.6 Transmissão do programa....................................................................33 3.1.7 Simulação gráfica .................................................................................33 3.1.8 Montagens............................................................................................33 3.1.9 Setup de fixação...................................................................................34 3.1.10 Setup de ferramentas ...........................................................................34 3.1.11 Execução da peça piloto.......................................................................34 3.1.12 Execução do lote ..................................................................................35

3.2 Programação Assistida ...................................................................................35 3.2.1 Definição das ferramentas....................................................................35 3.2.2 Definição do perfil final .........................................................................35

3

3.2.3 Definição do desbaste ..........................................................................36 3.2.4 Definição do corte.................................................................................37 3.2.5 Simulação.............................................................................................38 3.2.6 Comunicação........................................................................................38

4 Programação manual de máquinas CNC...............................................................39 4.1 Introdução .......................................................................................................39 4.2 Sistema de coordenadas.................................................................................39 4.3 Zero-peça........................................................................................................42 4.4 Programação CNC básica...............................................................................51

4.4.1 Informações de geometria ....................................................................51 4.4.2 Funções auxiliares................................................................................51 4.4.3 Códigos M ............................................................................................52 4.4.4 Códigos G básicos ...............................................................................53 4.4.5 Conceitos importantes..........................................................................59

4.5 Estrutura geral de um programa......................................................................60 4.5.1 Início de programa................................................................................60 4.5.2 Troca de ferramenta .............................................................................61 4.5.3 Fim de programa ..................................................................................61

4.6 Recomendações .............................................................................................62 4.7 Compensação do raio da ferramenta..............................................................67

4.7.1 Compensação no torneamento ............................................................67 4.7.2 Compensação no fresamento...............................................................68 4.7.3 Uso da compensação...........................................................................69

4.8 Comandos especiais .......................................................................................74 4.8.1 Ciclos de furação..................................................................................74 4.8.2 Ciclos geradores de coordenadas........................................................77 4.8.3 Ciclos de roscamento ...........................................................................79 4.8.4 Ciclos de desbaste em torneamento ....................................................81 4.8.5 Usinagem precisa de canto ..................................................................84 4.8.6 Espelhamento.......................................................................................85 4.8.7 Manipulação do sistema de coordenadas ............................................86 4.8.8 Ciclos de fresamento............................................................................88

4.9 Subrotinas e subprogramas ............................................................................92 4.10 Macros e programação paramétrica................................................................93

Referências .................................................................................................................101 A1 - Peças de Xadez....................................................................................................101 A2 - Comunicação Serial .............................................................................................111

A2.1 Introdução ....................................................................................................111 A2.2 Protocolo de comunicação serial RS 232 ....................................................111 A2.2 Padrão Ethernet ...........................................................................................112

A3 - Seqüência de cálculos para rosca cônica ............................................................114

4

1 INTRODUÇÃO

1.1 Histórico

No final da década de 1940 a força aérea americana realizou alguns estudos

que mostraram que velocidade máxima atingida por uma aeronave estava diretamente

ligada aos custos de fabricação. Ou seja, quanto mais complexa a geometria mais

desempenho a aeronave obtinha e maiores eram os custos de produção. Buscando

uma solução, a força aérea americana realizou um projeto conjunto com o MIT

(Massachusetts Institute of Technology) para obter uma forma mais econômica e mais

rápida de se fabricar asas de aviões com perfil complexo. Em 1952 foi apresentado um

protótipo de uma máquina ferramenta controlada através de instruções perfuradas em

fitas ou cartões de computador, cunhando o termo Comando Numérico (CN).

Após décadas de desenvolvimento, o comando numérico é hoje extensivamente

empregado na fabricação. Seu emprego é viável tanto em grandes quanto em

pequenas indústrias, graças à diminuição de custos que tem ocorrido. Com a

introdução de softwares para programação assistida mais modernos e poderosos, a

programação dessas máquinas se tornou mais fácil, necessitando de treinamento

menos intenso do que era exigido inicialmente.

Uma grande vantagem das máquinas ferramentas a comando numérico sobre

as máquinas ferramentas convencionais é a sua capacidade de produzir diferentes

peças sem perda de tempo entre elas, isto é, com mínimo tempo de preparação

(setup). Preparando-se uma máquina CNC de forma conveniente, o tempo de

preparação para fabricar uma nova peça pode ser reduzido a zero. Isto torna o

comando numérico uma tecnologia apropriada para se alcançar uma alta produtividade

aliada a uma alta flexibilidade na fabricação de peças em lotes pequenos a médios.

1.2 A Evolução da Tecnologia

Durante a última metade do século XIX, muitas melhorias importantes foram

realizadas nas máquinas ferramentas. Máquinas pioneiras, tais como a de Lincoln,

ilustrada na Figura 1.1, foram continuamente melhoradas no sentido de alcançar maior

produtividade. Esse desejo de maior produção levou, em 1873, ao desenvolvimento da

primeira máquina controlada automaticamente. Essa máquina, desenvolvida por C.M.

Spencer, era um torno automático e pode ser considerado um passo decisivo rumo à

automação.

5

Figura 1.1 - A máquina de Lincoln - uma das primeiras máquinas ferramenta.

Por volta de 1900 as fábricas americanas continham máquinas ferramenta que

não eram muito diferentes em função e forma daquelas em uso hoje em dia. A

fabricação de automóveis na Inglaterra e depois nos EUA serviu como uma força

motora para o desenvolvimento de melhores máquinas. Em pouco mais de 50 anos, a

produção em massa tinha se tornado um modo de vida. Desde o século XX presencia-

se uma automatização sempre crescente das máquinas, e, através disso, eliminando a

intervenção do operador no processo de manufatura. À medida que a automatização

das máquinas cresce, mais especializadas ou específicas elas se tornam.

Uma máquina altamente automatizada que produza 20.000 unidades por dia

será capaz de fabricar somente uma classe limitada de componentes. Até

recentemente, componentes produzidos em lotes pequenos eram fabricados com

máquinas convencionais operadas manualmente.

Com o advento de novos materiais, difíceis de usinar, juntamente com

exigências de qualidade com tolerâncias na faixa de 1 a 2 µm, os melhores operadores

de máquinas chegaram ao limite de suas possibilidades. Esses requisitos aliados com

a necessidade de flexibilidade de fabricação impulsionaram o que atualmente se

denomina de Comando Numérico Computadorizado (CNC).

Na Tabela 1.1 são mostrados alguns dos eventos mais importantes na história

do desenvolvimento e implantação de máquinas ferramenta a comando numérico.

6

Tabela 1.1 - Eventos importante para no desenvolvimento da tecnologia CNC

Data Evento

1808 J. Jacquard usa cartões perfurados para controlar automaticamente máquinas têxteis.

1863 M. Fourneaux patenteia o piano automático (Pianola), acionado por ar comprimido e

comandado por uma tira de papel furado de 30cm de largura.

1938 Claude E. Shannon mostra em seu doutorado no MIT que computadores eletrônicos

utilizando forma binária realizam rápidos cálculos e transporte de dados.

1946 John W. Mauchly e J. Prosper Eckert entregam o primeiro computador digital para o

exército americano (ENIAC).

1949

John Parsons desenvolve no MIT, a pedido da Força Aérea Americana, um sistema

para controlar os movimentos de máquinas ferramenta por meio de uma máquina de

calcular valvulada, armazenando dados em fitas perfuradas. Em 1952 uma Cincinnati

Hydroletv foi operada possibilitando movimentos simultâneos nos 3 eixos.

1954 A Bendix compra os direitos de patente de Parsons e constrói o primeiro produto de

comando numérico, ainda utilizando válvulas eletrônicas.

1957 A Força Aérea Americana instala sua primeira fresadora de comando numérico.

1958 É apresentada, em um computador IBM 704, a primeira linguagem de programação

simbólica: APT (Automatically Programmed Tools).

1960 Os transistores substituem relés e válvulas no comando numérico. A troca automática

de ferramenta aumenta o grau de automação.

1968 Os circuitos integrados levam a comandos menores e mais confiáveis.

1969 Primeira instalação DNC (Direct Numeric Command) nos EUA através de Sundstrand

"Omnicontrol" e IBM. Troca automática de paletes é apresentada.

1972 Primeira máquina com um minicomputador de série embutido.

1976 Microprocessadores revolucionam a técnica de comando numérico.

1979 Funciona a primeira conecção CAD-CAM.

1984 A programação gráfica-interativa simplifica a programação no chão de fábrica.

1986 Interfaces padronizadas permitem a troca contínua de informações e abrem caminho

para a fábrica automatizada.

1990 Interface digital entre CNC e os motores de acionamento melhoram a precisão e o

comportamento dos eixos e do eixo árvore.

1992 Sistemas CNC abertos possibilitam comandos e funções específicas do cliente.

7

Nota-se que o desenvolvimento da tecnologia de comando numérico ocorreu em

duas vertentes: hardware e software. Com relação ao hardware o comando

acompanhou toda a evolução da eletrônica: válvulas (1952), relés (1955), transistores

(1960), circuitos integrados (1965) e microprocessadores (1975). Com respeito ao

software o objetivo sempre foi tornar a programação mais simples evoluindo até a

programação gráfica assistida por computador (CAM - Computer-Aided Manufacturing).

1.3 Retrofiting

Com a redução de custos e popularização dos comandos o setor de reforma de

máquinas ferramenta desenvolveu um novo serviço: o retrofiting. Esse serviço consiste

na adaptação de servos-motores, sensores e do comando em máquinas

convencionais. Na fase inicial é realizada uma avaliação técnica para análise do custo-

benefício de assegurar uma sobrevida maior ao equipamento com a adoção de uma

nova tecnologia. Além da instalação dos componentes relacionados ao CNC o

retrofiting envolve: substituição de peças, retífica de barramento, aferição geométrica e

pintura.

A reforma de máquinas que já possuem comando numérico pode envolver a

substituição do comando antigo por um mais moderno ou na inclusão de novos eixos,

caso o comando tenha essa possibilidade.

1.4 CN, CNC e DNC

As primeiras máquinas comandadas não tinham memória e dessa forma eram

obrigadas a ler cada comando em uma fita perfurada e executá-lo em seguida. Esse

tipo de controle foi denominado CN. Com a evolução dos computadores e a adoção de

memórias para armazenar os programas a denominação tornou-se CNC. Portanto um

equipamento CNC é uma máquina controlada por um equipamento dedicado

(comando) e cujas funções podem ser programadas e repetidas de forma automática, a

partir de um programa armazenado na memória do comando numérico.

O DNC (Direct Numeric Command) foi introduzido por volta de 1968. Nessa

época o objetivo era reduzir os custos de controle tendo um computador controlando

mais de uma máquina. Atualmente o conceito de DNC é outro e está relacionado à

execução de programas muito extensos.

8

Programas para realizar operações como torneamento, eletro-erosão ou ainda

simples operações de fresamento, não ocupam muita memória. Entretanto, programas

para a fabricação de moldes, matrizes e peças aeronáuticas podem atingir até 50MB

de extensão. Estes programas, gerados por sistemas CAM, executam movimentações

tridimensionais em pequenas dimensões, com até cinco eixos coordenados. Cada linha

de programa, em média pode possuir entre 20 e 30 caracteres. Para programas muito

extensos pode-se usar uma conexão com um computador que envia as linhas do

programa conforme a máquina vai executando-as.

1.5 Configurações

Atualmente há uma grande variedade de máquinas que fazem uso de comando

numérico. Pode-se citar como exemplo: tornos, centros de torneamento, fresadoras,

centros de usinagem, puncionadeiras, retíficas, eletroerosão, máquinas de corte (laser,

jato d’água, plasma) etc. Cada tipo de processo requer características próprias que

levam à adoção de diferentes configurações.

1.5.1 Configuração de 2 eixos

Nesta configuração há apenas dois eixos de movimentação sendo que o

equipamento é capaz de executar interpolações simultâneas. A norma determina que o

eixo mais curto seja denominado de X e o mais longo (ou alinhado com o eixo-árvore)

seja o Z. Como exemplos pode-se citar o caso de tornos e eletroerosão a fio. A Figura

1.2 dois exemplos de movimentação em um torno horizontal.

Figura 1.2 – Movimentação em um torno horizontal.

9

1.5.2 Configuração de 2 ½ eixos

Esta configuração possui três eixos (X, Y e Z), porém o processo de interpolação

é permitido somente em dois eixos simultaneamente. Atualmente não faz sentido sua

existência, pois o poder de processamento para interpolação com mais de dois eixos é

comum. Mesmo assim, em termos de programação, essa denominação é usada. Na

Figura 1.3 há dois exemplos de perfis sendo fresados em 2 ½ eixos. No lado esquerdo

as interpolações ocorrem em X e Y enquanto no lado direito ocorrem em X e Z.

Figura 1.3 - Trajetórias de ferramenta em 2½ D.

1.5.3 Configuração de 3 eixos

São máquinas onde ocorre a interpolação simultânea nos três eixos. O exemplo

mais comum são as fresadoras, porém pode-se também citar puncionadeiras que

controlam a posição angular do punção e tornos que controlam a posição angular do

eixo-árvore. Na Figura 1.4 há um exemplo de interpolação simultânea em três eixos em

uma fresadora vertical.

Figura 1.4 – Interpolação simultânea em três eixos.

10

1.5.4 Configuração multi-eixos

São os equipamentos com mais de três eixos. Normalmente esta configuração

possui até três eixos rotativos (A, B e C) além dos três eixos lineares (X, Y e Z). A

denominação dos eixos rotativos segue uma norma e tem-se: A se o eixo de rotação é

paralelo ao eixo X, B se for paralelo ao eixo Y e C quando for paralelo ao eixo Z. São

máquinas de grande flexibilidade que permitem usinar diversas faces de uma peça com

apenas uma fixação ou gerar superfícies de grande complexidade que necessitam de

interpolação em vários eixos. A Figura 1.5 mostra uma fresadora vertical de 5 eixos (X,

Y, Z, A e C). A peça (verde) está fixada na mesa do eixo C (cinza) que por sua vez está

fixada na estrutura do eixo A (azul e vermelho). Todo o conjunto está fixado na mesa

da fresadora que executa os movimentos em X e Y enquanto a ferramenta está fixada

no eixo Z.

Figura 1.5 – Fresadora vertical de 5 eixos.

1.5.5 Configurações especiais

São máquinas com características diferenciadas, como as MTM (Multi-Task

Machining – Máquinas multi-tarefa). A Figura 1.6 mostra um torno com duas torres

porta ferramenta usinando a mesma peça simultaneamente.

11

Figura 1.6 - Torneamento com duas ferramentas simultâneas.

Outro exemplo, mostrado pela Figura 1.7, são máquinas com diferentes

processos. Neste caso o porta-ferramenta inferior possui uma ferramenta de

torneamento (que não está operando) enquanto o porta-ferramenta superior possui

uma ferramenta de fresamento (em operação). Neste tipo de máquina é necessário que

o eixo-árvore seja controlado para realizar as interpolações necessárias. Nota-se

também que a ferramenta de fresamento desloca-se em dois eixos lineares e em um

eixo angular.

Figura 1.7 – Máquina que executa operações de torneamento e fresamento.

12

Outra configuração especial relaciona-se aos tornos com dois eixos-árvore. Isso

pode ser observado no lado direito da Figura 1.7 onde nota-se uma segunda placa de

três castanhas. A grande vantagem dessa configuração é a possibilidade de usinagem

dos dois lados de uma peça sem que seja necessária a intervenção do operador. A

Figura 1.8 mostra dois momentos da usinagem de uma mesma peça. No lado esquerdo

a primeira etapa, com a peça fixada por uma extremidade e no lado direito as

operações finais sendo executadas com a peça fixada pela extremidade oposta. Nessa

configuração um dos eixos-árvore movimenta-se pelo barramento horizontal para

buscar a peça na outra placa.

Figura 1.8 – Usinagem com dois eixos-árvore e duas torres.

Outra configuração especial é denominada hexapode, sendo usada em robôs e

fresadoras. É composta de braços articulados, fixos ao eixo-árvore, e que são

responsáveis pela movimentação da ferramenta de corte. A Figura 1.9 ilustra um

exemplo desta concepção de máquina.

Figura 1.9 - Centro de usinagem hexapode.

13

Em geral estas máquinas possuem seis graus de liberdade, permitindo assim

uma grande versatilidade de movimentação e posicionamento da ferramenta, aliada a

grande rigidez e estabilidade obtida durante a usinagem. No entanto esta tecnologia

ainda é de alto custo devido à robustez dos sistemas de acionamento e sua cinemática

de movimentação que exige um controle de movimentação complexo.

1.5.6 Acessórios

Além dessas configurações há alguns acessórios que podem ser acrescentados

às máquinas caso não façam parte do modelo básico. Entre esses acessórios o mais

comum é a trocador automático de ferramenta (ATC – Automatic Tool Changer). Um

torno CNC, com esse dispositivo, é denominado centro de torneamento, enquanto uma

fresadora é denominada centro de usinagem. Esse dispositivo costuma ser

denominado magazine de ferramentas. A Figura 1.10 mostra um magazine com

capacidade para 20 ferramentas de um centro de usinagem vertical.

Figura 1.10 – Magazine de ferramentas para fresamento.

Em centros de usinagem para peças de grande porte a troca automática da

mesa de trabalho (pallet) é um acessório que auxilia no aumento da produtividade. A

máquina da Figura 1.11 possui três pallets. Durante a usinagem de uma peça duas

equipes podem trabalhar simultaneamente: uma fixando uma nova peça a ser usinada

e outra removendo a peça que está pronta.

14

Figura 1.11 – Centro de usinagem com troca de pallets.

A remoção de cavacos de dentro de uma máquina é outra fonte de perda de

produtividade. Com base nisso há máquinas onde é possível instalar o transportador de

cavacos (chip conveyor), como mostra a Figura 1.12.

Figura 1.12 – Remoção automática de cavacos.

Outra tarefa que pode ser automatizada é a troca de peças. A Figura 1.13

mostra um sistema de carga e descarga fixado sobre um centro de torneamento. Além

de realizar esta tarefa também pode ser responsável por virar a peça dentro da

máquina permitindo sua completa usinagem.

15

Figura 1.13 – Sistema de carga e descarga de peças.

1.6 Estruturas

Para se obter tolerância na usinagem deve-se considerar a estrutura da máquina

ferramenta que deverá manter a precisão geométrica em todo o volume de trabalho e a

estabilidade térmica. Além das forças de usinagem, os altos valores de aceleração e

desaceleração, associados à alta velocidade de avanço propiciado pelas máquinas

modernas representam um carregamento dinâmico extremamente elevado. Estes

valores de carregamento dinâmico devem ser levados em consideração nas etapas de

projeto e definição da estrutura da máquina, pois afetam diretamente na precisão de

usinagem, assim como no desgaste dos mecanismos de acionamento.

Os principais fatores a serem considerados durante a definição do projeto da

máquina envolvem a rigidez do sistema, a precisão de movimentação, características

de amortecimento de vibrações, volume de trabalho adequado e facilidade de acesso à

área de trabalho.

1.6.1 Centro de usinagem horizontal

Neste caso, o eixo-àrvore da máquina está disposto no sentido horizontal, como

ilustra a Figura 1.14. A principal vantagem desta estrutura é a remoção do cavaco pela

própria força de gravidade, não interferindo assim no processo de usinagem.

Entretanto, o posicionamento e a fixação da matéria-prima na mesa da máquina pode

16

exigir maior esforço, dependendo das dimensões e do peso do material bruto. Por este

motivo, centros de usinagem horizontais são empregados com grande êxito em

determinadas aplicações na indústria aeronáutica; na usinagem de acabamento de

blocos pré-moldados na indústria automobilística e na usinagem de pequeno porte e

materiais leves.

Figura 1.14- Centro de usinagem horizontal.

1.6.2 Centro de usinagem vertical

Esta é a concepção mais empregada na industria atual por propiciar uma

aplicação menos específica, se comparado ao centro de usinagem horizontal. O eixo-

árvore está posicionado no sentido vertical (Figura 1.15).

Figura 1.15 - Centro de usinagem vertical.

1.6.3 Forma estrutural C com coluna fixa

Esta concepção de estrutura realiza a movimentação na direção Z pelo eixo-

árvore, utilizando-se da coluna da máquina. A movimentação X e Y é realizada pela

mesa da máquina, como ilustrado pela Figura 1.16.

17

Figura 1.16 - Centro de usinagem de forma estrutural C com coluna fixa.

Esta estrutura de máquina é mais adequada para a usinagem de peças cujas

dimensões de comprimento e largura, em geral, excedam sua altura. Isto porque, neste

tipo de estrutura, a rigidez é reduzida quando a posição Z da máquina for elevada. A

precisão geométrica destas máquinas é considerada grande e o custo é relativamente

baixo. A troca de ferramentas nesta concepção de máquina é bastante rápida, pois

apenas o eixo Z deverá se movimentar para atingir a posição do magazine para troca.

Como já mencionado, quando o peso da peça bruta for relativamente elevado, a

performance dinâmica da máquina ficará comprometida para movimentações nas

direções X e Y, acelerando também o processo de desgaste dos mecanismos de

acionamento da mesa.

1.6.4 Forma estrutural C com coluna móvel

Centros de usinagem com esta concepção são mais adequados para fabricação

de peças pesadas e de grande porte, se comparado às máquinas com coluna fixa. A

movimentação da máquina, nas direções X, Y e Z são realizadas pelo eixo-árvore,

portanto a performance dinâmica da máquina é independente do peso da peça bruta, o

que reduz também o desgaste dos mecanismos de acionamento da máquina. A Figura

1.17 exemplifica esta categoria de máquina-ferramenta.

18

Figura 1.17 - Máquina de forma estrutural C com coluna móvel.

Este concepção facilita o acesso à área de trabalho, contudo esta estrutura não

permite elevada precisão geométrica, em torno de 0.01 mm. O magazine de

ferramentas pode estar posicionado junto ao eixo-árvore, permitindo uma troca rápida

de ferramenta.

1.6.5 Estrutura pórtica

Máquinas com estrutura pórtica atribui todas as movimentações de

deslocamento ao eixo-árvore fixo por uma estrutura superior, semelhante à uma

estrutura de ponte rolante para guindaste, como ilustrado na Figura 1.18.

Figura 1.18 - Máquina de estrutura pórtica.

19

Para o posicionamento da ferramenta no sentido do eixo Z, em relação à peça,

os eixos X e Y da máquina ficam distantes da área de trabalho, comprometendo a

precisão. Quanto mais próximo a ferramenta trabalhar da mesa, devido a baixa altura

da peça, maior será a imprecisão de usinagem. De maneira geral, máquinas desta

concepção podem trabalhar com precisão de posicionamento de 0.01 mm, no entanto,

permitem posicionar o eixo-árvore dentro de grandes cavidades (operação muito difícil

nas outras concepções), permitindo com isto, a utilização de ferramentas mais curtas

para usinagem, reduzindo assim a deflexão da ferramenta e melhorando a precisão do

produto final.

Um ponto desfavorável desta concepção é a troca ferramentas, pois o magazine

fica posicionado na estrutura da máquina e não acompanha o eixo-árvore, desta forma

a máquina deverá retornar a posição de troca tomando mais tempo para realizar esta

tarefa.

Máquinas com esta estrutura são aplicadas com grande êxito na fabricação de

moldes de grandes dimensões e pela indústria aeronáutica.

1.7 Tipos de acionamento

O acionamento primário para a movimentação de uma parte móvel da máquina,

como a mesa, por exemplo, é dado por um servo-motor conectado a um fuso de

esferas re-circulantes, como ilustra a Figura 1.19.

Figura 1.19 - Acionamento por um fuso de esferas re-circulantes.

No interior do sistema, esferas circulam entre o eixo do fuso, que é acoplado ao

servo-motor, e o acoplamento do fuso, que é fixo à mesa ou a parte móvel da máquina.

20

Desta forma, o movimento rotacional do eixo do servo-motor é transformado em

movimento linear de translação da parte móvel da máquina. Este processo de

conversão de movimento é muito mais eficiente com o fuso de esferas re-circulantes do

que com o uso do sistema tradicional de parafuso e porca.

Em uma máquina operatriz, os servo-motores são conectados a um fuso, que

por sua vez, estará conectado a parte móvel da máquina, como ilustra a Figura 1.20.

Figura 1.20 - Transmissão de movimento.

A movimentação dos servo-motores pode ser controlada por sensores,

denominados transdutores, os quais fornecem um sinal de resposta (feedback) sobre o

andamento do processo, através de uma malha de controle fechada. Com estes sinais

de resposta, os controladores podem corrigir erros de acionamento, oriundos muitas

vezes, de deficiências mecânicas. Este é o método mais aplicado para o acionamento

de máquinas operatrizes CNC, fazendo uso de motores elétricos de corrente contínua.

1.8 Transdutores

Transdutores são dispositivos capazes de transformar fenômenos físicos. Dois

tipos de transdutores são empregados em máquinas CNC: transdutores de

posicionamento e transdutores de velocidade.

Transdutores de velocidade: O tacômetro é um transdutor de velocidade bastante

comum, utilizado em diversas aplicações. Em máquinas operatrizes, ele fica

acoplado ao servo-motor, a fim de verificar sua rotação. O sinal de saída do

tacômetro é diretamente proporcional à rotação do eixo do servo.

21

Transdutores de posição: Transdutores de posição são utilizados por sistemas de

malha fechada, para se obter resposta de posicionamento do sistema

(feedback), a cada momento; estes conceitos estão detalhados no item 2.3.

Existem diferentes tipos de transdutores de posicionamento, como resolvers,

encoder angular e encoder linear, que são os mais utilizados por máquinas CNC e que

serão apresentados a seguir.

1.8.1 Encoder angular

Os encoders angulares medem o deslocamento angular de um eixo.

Conhecendo a relação entre o deslocamento angular do eixo e o deslocamento linear

da mesa ou carro é possível determinar sua posição. A mecânica do encoder consiste

em uma fonte de luz, um disco de vidro com faixas pintadas em distancia intercalada e

um sensor foto-elétrico,como ilustra a Figura 1.21.

Figura 1.21 - Componente de um encoder angular.

A luz emitida pela fonte pode passar pelo disco de vidro ou ser barrada, se

coincidir com uma das faixas pintadas. O sensor foto-elétrico captura a luz (caso ela

passe) e emite pulsos elétricos. Um dispositivo chamado de Schmitt Trigger é utilizado

para converter os sinais elétricos em sinais de onda quadrada. A resolução de um

encoder angular depende do número de faixas pintadas no disco de vidro. Como

exemplo, em um encoder com 50 faixas, sua resolução será de 7.2° (360°/50). Quando

o eixo do motor rotacionar 360°, o encoder emitirá 50 pulsos.

22

1.8.2 Encoder linear – régua óptica

O controle de posicionamento por um encoder linear é dado por régua óptica fixa

na parte estática da máquina operatriz, e um dispositivo de luz que é fixo na parte

móvel da máquina (dependendo da geometria da máquina, os movimentos nas

direções X, Y, Z, podem ser realizados pela mesa e/ou pelo eixo árvore).O esquema de

montagem deste sistema está ilustrado na Figura 1.22.

Figura 1.22 - Montagem da régua óptica na máquina.

Devido sua montagem estar associada às partes moveis da máquina, neste

exemplo a mesa, permite maior precisão de posicionamento. As imprecisões

provenientes do fuso de esferas poderão ser conhecidas e corrigidas pelo CNC. Este

método é empregado nas máquinas operatrizes que exigem maior precisão. A Figura

1.23 ilustra a régua óptica isoladamente.

Figura 1.23 - Encoder linear ou régua óptica.

O encoder angular não permite obter esta precisão, pois a verificação de

posicionamento é realizada no eixo do servo-motor, antes de chegar ao destino final, a

mesa, ou outra base de movimentação da máquina. Quando, por exemplo, houver

“folga” no acoplamento entre o servo-motor e o fuso, ou distorções de movimentação

da máquina após o servo-motor, estas não poderão ser detectadas pelos encoders

angulares.

Devido ao fato da régua ótica ficar exposta, sua aplicação fica restrita a

máquinas de medir por coordenadas e outros equipamentos que não gerem cavacos

ou usem fluido refrigerante.

23

1.8.3 Referenciamento

Há encoders absolutos e incrementais. O absoluto gera um código diferente

para cada posição enquanto o incremental gera uma certa quantidade de pulsos por

giro. Os mais usados são os incrementais devido a sua simplicidade e custo.

No sistema incremental a máquina CNC precisa de um procedimento

denominado referenciamento para passar a medir a posição de cada eixo

corretamente. Quando a máquina é ligada o comando não tem como saber as

coordenadas atuais de cada eixo. O referenciamento movimenta cada um dos eixos em

uma direção definida pelo fabricante em busca de uma referência. Essa referência

costuma ser uma micro-chave instalada em posição conhecida pelo fabricante e

programada no controle. Quando o eixo atinge essa posição a sua distância em relação

ao zero-máquina é definida e o controle passa a conhecer onde cada eixo está. Um

procedimento similar é observado em impressoras jato de tinta: quando um

equipamento desse é ligado ocorrem alguns movimentos para que o circuito de

controle de posicionamento saiba onde está o cabeçote de impressão (que pode estar

no meio do caminho, caso tenha ocorrido uma falha na energia). O mesmo ocorre em

scanners de mesa.

1.8.4 Resolução, Acuracidade e Repetibilidade

Genericamente o termo resolução é definido como o menor incremento de

movimento capaz de ser realizado. É uma característica determinada pelo sistema de

controle e pelo sensor de posição utilizado nos eixos. O sistema de controle define a

resolução de programação que pode ser da ordem de 0,01 mm para um eixo linear ou

de 0,1o para um eixo de rotação. Essa resolução se refere à capacidade do controlador

de dividir o campo de atuação em pontos igualmente espaçados. Esses pontos,

capazes de serem identificados pelo controlador, são denominados pontos

endereçáveis. A resolução de programação é função do número de bits na memória de

controle. Para um determinado eixo linear o menor incremento Al é dado por:

∆l = L/2n (mm)

Onde: L = percurso total do eixo (mm)

n = número de bits

24

A resolução de controle é o menor deslocamento que o sensor de posição pode

detectar. Por exemplo, se um encoder ótico emitir 500 pulsos por revolução de um eixo,

então a resolução de controle será de 0,72º (360º/500). Incrementos angulares

menores que 0,72º não poderão ser detectados pelo sistema de realimentação.

No projeto de uma máquina CNC procura-se fazer a resolução de programação

igual à resolução de controle.

Exemplo 1: Considere um torno CNC onde o carro porta-ferramenta pode se deslocar

no máximo de 500 mm.

a) Determinar a resolução de programação sabendo-se que 14 bits são usados para

armazenar uma posição;

b) Supondo que o movimento seja dado através de um fuso de esferas de 10 mm de

passo e que um encoder ótico colocado na ponta do fuso é capaz de emitir 250 pulsos

por revolução, determinar a resolução de controle.

Solução:

a) O número de incrementos pode ser calculado por:

Número de incrementos = N = 214 = 16384

Com um deslocamento de 500 mm, a resolução de programação será de:

∆l = 500/16384 = 0,0305 mm

b) A resolução de controle pode ser facilmente calculada como:

∆l = 10/250 = 0,04 mm

É claro que a conceituação do termo resolução é mais fácil de ser compreendida

quando se trata de um único eixo. Entretanto, uma máquina CNC possuindo vários

graus de liberdade terá determinada resolução para cada eixo. A resolução total da

máquina se refere ao menor deslocamento que pode ser obtido na extremidade da

ferramenta de corte. Essa resolução é uma composição das resoluções dos vários

eixos e nem sempre é fácil de ser obtida.

A acuracidade ou precisão se refere à capacidade da máquina de posicionar a

ferramenta em um determinado ponto do seu volume de trabalho. Folgas em

engrenagens e fusos diminuem a precisão de posicionamento. Além disso, a

acuracidade é também função da resolução do sistema, pois quanto menor a

25

resolução, maior a possibilidade de se atingir um ponto-meta. Dessa forma, a relação

seguinte pode ser usada para determinar a acuracidade.

Acuracidade = (Resolução/2) + precisão mecânica

Groover define acuracidade através da expressão:

Acuracidade = (Resolução/2) + 3σem

Onde,

σem = desvio padrão dos erros mecânicos

A repetibilidade se refere à capacidade da máquina de posicionar a ferramenta

em uma determinada localização no espaço repetidas vezes, partindo, de cada vez, do

mesmo ponto de origem. A principal fonte de influência na repetibilidade são os erros

mecânicos.

De uma maneira simplificada, se instruirmos um eixo a se mover, sempre da

mesma quantidade e a partir do mesmo ponto, um certo número de vezes, certamente

teremos diferentes pontos-meta. Isto significa dizer que ocorrerão diferentes

deslocamentos. A repetibilidade pode assim ser definida como o desvio posicional da

média desses deslocamentos. Por exemplo, uma repetibilidade de ± 0,1 mm indica que

qualquer ponto estará 0,1 mm além ou aquém do ponto programado como mostrado na

Figura 1.24.

Figura 1.24 - Interpretação gráfica de repetibilidade e acuracidade.

26

O ponto meta, designado por M, é o ponto desejado, Devido aos erros

existentes no sistema, a ferramenta alcança o ponto P. Repetidas instruções

produzirão posicionamento final em torno do ponto P, considerando aqui como a média

da distribuição. A distância entre P e M é um erro de acuracidade e a distância entre P

e um ponto qualquer alcançado Q é um erro de repetibilidade. Da figura1.24 pode-se

definir: Repetibilidade = 6 σem, onde σem é o desvio padrão dos erros mecânicos.

Na Figura 1.25 são mostrados, graficamente, os três parâmetros que foram

discutidos para um eixo linear.

Figura 1.25 - Ilustração gráfica dos termos resolução, acuracidade e repetibilidade.

Observemos que na definição de acuracidade considerou-se o ponto-meta como

sendo coincidente com o ponto médio relativo a dois pontos endereçáveis

consecutivos, configurando a situação mais crítica possível de ocorrer no sistema.

27

2 EXEMPLO DE UMA MÁQUINA CNC

2.1 Introdução

O objetivo deste capítulo é apresentar os detalhes de uma máquina de comando

numérico dando ênfase no painel de controle. Será adotada como exemplo o centro de

usinagem vertical Fadal VMC-15. Esse equipamento possui ATC com capacidade para

21 ferramentas e sua área de trabalho é de 508 mm no eixo X (20 pol.), 406,4 mm no

eixo Y (16 pol.) e 406,4 mm no eixo Z (16 pol.). Seu eixo árvore é acionado por um

motor de 15 CV podendo girar entre 80 e 7.500 rpm. A velocidade de avanço rápido é

de 10 m/min. A Figura 2.1 apresenta uma vista geral dessa máquina.

Figura 2.1 - Vista geral da Fadal VMC-15.

2.2 Painel de comando

A variação nos painéis de comando é muito grande, mas em geral os painéis de

comando acabam tendo os mesmos comandos. O painel de comando (programação e

operação) da Fadal está apresentado na Figura 2.2. Nota-se que ele é dividido em três

áreas distintas, que são:

• Monitor de vídeo;

• Teclado de programação;

• Controles de operação.

Enquanto o monitor de vídeo e o teclado não necessitam de detalhamento os

controles de operação são descritos em seguida, de cima para baixo.

28

Figura 2.2 - Painel de programação e operação.

Power : luz indicadora de que o equipamento está ligado. Ao seu lado está a fenda para

inserção de uma chave que permite desabilitar o painel.

Spindle Load %: indicador luminoso da potência exigida pelo eixo-árvore com indicação

entre 0 e 150%. Até 100% o indicador usa luz verde e acima desse valor a luz é

vermelha. Auxilia o operador a acompanhar, por exemplo, o desgaste da

ferramenta.

Block Skip: a função desta chave está ligada a um comando de programação. Se esta

chave estiver desativada as linhas de programa que iniciam com uma barra (/)

são executadas. Se a chave estiver acionada estas linhas serão ignoradas

(puladas).

29

Optional Stop: também é uma chave ligada à programação. Há um comando

denominado parada opcional. Se a chave não estiver acionada as paradas

opcionais não serão executadas.

Light On/Off: permite ligar e desligar a iluminação da área de trabalho.

Monitor On/Off: permite ligar e desligar o monitor de vídeo. Depois que um programa é

depurado e está totalmente confiável, as informações do monitor de vídeo não

são importantes.

Emergency Stop: é um grande botão vermelho que, quando pressionado, desativa a

máquina e que normalmente fica travado nessa posição. É necessário girá-lo

para que volte à posição normal e permita o religamento do sistema.

Rapid Travel: define o limite da velocidade de posicionamento (G0). Quando se está

rodando um programa pela primeira vez é altamente recomendável que a

velocidade de posicionamento seja reduzida para 25%. Isso permite ao operador

acompanhar com mais segurança a movimentação oferecendo tempo de reação

caso o deslocamento seja diferente do que foi planejado.

Feed Rate: permite controlar percentualmente a velocidade de avanço (F) programada

entre 0 e 150%. Uma grande utilidade desse controle é na execução da peça

piloto: o operador pode reduzir a zero o avanço entre cada linha do programa

(execução passo-a-passo) e realizar aproximações lentas para confirmar as

coordenadas programadas.

Spindle: permite controlar percentualmente a velocidade de rotação (S) programada

para o eixo-árvore. O sistema não aceita rotação acima do limite da máquina

(7.500 rpm). É bastante útil para reduzir ou eliminar vibrações ou afinar a

velocidade de corte.

Jog: os três controles seguintes tem por objetivo a movimentação manual dos eixos.

Um botão seletor permite escolher qual eixo mover (X, Y, Z, A, B ou C). O outro

botão seletor define o valor base de deslocamento (0.01”, 0.001” e 0.0001”). A

grande manivela é um gerador de pulso (100 pulsos por volta). Cada pulso move

o eixo escolhido no valor definido de deslocamento.

Start: esta botoeira inicia o programa carregado. No modo passo-a-passo libera a

execução de cada linha do programa. A borda da botoeira é elevada para

30

dificultar o acionamento acidental deste comando, ou seja, é necessário que o

dedo entre na botoeira.

Slide Hold: esta botoeira congela os movimentos dos eixos zerando o valor da

velocidade de avanço. Para retornar à operação normal após seu uso deve-se

pressionar a botoeira Start.

31

3 MÉTODOS DE PROGRAMAÇÃO

3.1 Etapas para usinagem CNC

A tecnologia CNC traz vantagens como velocidade, precisão, repetibilidade e

flexibilidade, mas estas vantagens, só tem efeito após uma peça piloto ter sido usinada.

Isto ocorre devido ao longo tempo necessário para se obter uma única peça através do

CNC, chegando a ser superior à usinagem convencional. A geração de um programa

de comando numérico pode ser realizada de forma manual ou com um software de

programação assistida (CAM - Computer-Aided Manufacturing). Independente de qual

forma seja escolhida um conjunto de passos deve ser seguido para atingir o objetivo.

3.1.1 Recebimento do desenho

A primeira etapa é o recebimento do desenho da peça que deve ser analisado,

interpretado e compreendido, sendo importante observar as notas que, algumas vezes,

trazem detalhes como chanfros ou raios de concordância que não estão graficamente

representados.

3.1.2 Desenho em CAD

A situação ideal para desenvolver um programa de comando numérico é

recebendo o desenho em arquivo CAD. Isso se deve ao fato de muitas coordenadas,

necessárias à programação, estarem implícitas em desenhos cotados de forma padrão.

Em muitos casos o cálculo de algumas coordenadas é complexo e sujeito a erros e,

dessa forma, dependendo da complexidade da peça, recomenda-se desenhá-la em um

programa CAD.

Outro ponto favorável em relação ao desenho em CAD está relacionado à

definição do ponto de referência que será utilizado para a programação (zero-peça). Se

a origem adotada pelo desenhista for diferente da origem mais adequada para a

programação basta movê-lo de modo que o ponto escolhido seja posicionado nas

coordenadas X=0 e Y=0.

3.1.3 Planejamento do processo

Esta etapa é a mais importante e complexa de todo o procedimento, pois

envolve a definição da forma de fixação da peça na máquina, a definição da seqüência

de usinagem, a escolha das ferramentas para cada etapa do processo e a

32

determinação dos dados tecnológicos para cada ferramenta: velocidade de corte,

velocidade de avanço, profundidade de corte, número de passadas, etc.

Destaca-se nesta fase a definição da fixação da peça na máquina. No caso de

tornos normalmente não há muitas opções, mas em fresadoras a situação é diferente.

Dependendo da peça pode-se utilizar dispositivos padrão como uma morsa ou

grampos de fixação, mas algumas vezes é necessário projetar e construir um

dispositivo específico que atenda às características da peça. Como exemplo pode-se

citar a necessidade de se soltar a peça no meio do programa para virá-la e fixá-la

novamente para continuar a usinagem, mas garantindo as relações geométricas com a

fixação inicial.

3.1.4 Levantamento de coordenadas

Na programação assistida esta fase não ocorre. Na programação manual,

depois de definida a forma de fixação da peça e elaborado o processo de usinagem

volta-se ao CAD (ou ao desenho, caso não seja complexo) e realiza-se o levantamento

das coordenadas que serão relevantes na programação dos movimentos de cada

ferramenta. É necessário prever pontos de entrada e saída da ferramenta observando

possíveis colisões com detalhes da peça e também com o próprio dispositivo de

fixação.

3.1.5 Programação

Tendo as coordenadas obtidas do desenho e conhecendo a seqüência de

operações, pode-se escrever o programa. É importante que este seja bem comentado,

facilitando possíveis alterações e correções que possam ser necessárias. Além disso,

na programação manual é importante explorar todos os recursos que a máquina

oferece para tornar o programa menor e mais eficiente, tais como ciclos de desbastes

internos, ciclos de furação, rotação de coordenadas e deslocamento de referência e

sub-rotinas entre outros.

No software de programação assistida o programa é gerado seguindo as

informações geométricas da peça e as informações tecnológicas fornecidas pelo

programador. Normalmente não são usados os recursos especiais da máquina e,

dessa forma, o programa torna-se bastante longo.

33

3.1.6 Transmissão do programa

Se o programa foi criado em um computador (manualmente ou por programação

assistida) é necessário transmiti-lo para o comando da máquina. Pode-se usar um

programa específico para esta tarefa, fornecido pelo fabricante da máquina, ou usar

programas de comunicação genéricos. Os softwares de programação assistida

possuem módulo de comunicação.

3.1.7 Simulação gráfica

A simulação gráfica é uma ferramenta oferecida pelo comando da máquina e

que deve ser explorada ao máximo, pois permite detectar erros de programação que

podem por em risco a peça, as ferramentas, os dispositivos de sujeição e até mesmo a

máquina e o operador.

Deve-se utilizar o zoom para verificar pequenos detalhes e também observar por

ângulos diferentes (topo, frontal, lateral etc). Mesmo quando se utiliza um software de

programação assistida deve-se realizar a simulação da própria máquina para garantir a

funcionalidade do programa.

Uma observação importante é que algumas funções do programa só podem ser

simuladas corretamente após realização da preparação (setup) de ferramentas, pois

dependem dos valores de diâmetro para serem calculadas. Mesmo assim, é um bom

momento para verificar a existência de erros grosseiros (sinal invertido, coordenadas

trocadas, falta de uma linha etc).

3.1.8 Montagens

É a primeira etapa de preparação da máquina. Deve-se montar o dispositivo de

fixação e também as ferramentas. Em um torno a montagem do dispositivo de fixação

relaciona-se com a troca da placa ou alteração das castanhas. Em fresadoras essa

preparação requer maiores cuidados. Deve-se limpar cuidadosamente a mesa de

trabalho da máquina e a superfície de apoio do dispositivo. Além disto sua fixação deve

observar, quando necessário, o paralelismo com os eixos de trabalho, através da

utilização de um relógio apalpador (normalmente fixado no fuso da máquina).

Na montagem das ferramentas deve observar uma cuidadosa limpeza dos

suportes além de garantir um bom aperto, evitando que ela se solte durante a

usinagem. Durante a fixação das ferramentas nos suportes deve-se buscar mantê-las o

mais curta possível, de modo a evitar flambagens e vibrações, mas não se pode

34

esquecer de verificar a possibilidade de impacto do suporte da ferramenta com

obstáculos oferecidos pela peça ou pela fixação. Por fim, quando da instalação das

ferramentas na máquina, deve-se ajustar os bicos de fluido refrigerante de modo que

todas as ferramentas sejam refrigeradas.

3.1.9 Setup de fixação

Em tornos é usual manter o zero-peça junto ao zero-máquina ou apenas

deslocá-lo no eixo Z para ficar na face da peça. Já, em fresadoras, é necessário seguir

os procedimentos do equipamento para informar as coordenadas X, Y e Z do zero-peça

de acordo com a posição do dispositivo de fixação.

3.1.10 Setup de ferramentas

São informadas as dimensões de cada ferramenta. Após esta etapa pode-se

realizar com segurança a simulação gráfica oferecida pelo CNC da máquina.

3.1.11 Execução da peça piloto

Depois de realizado todo o setup da máquina e a depuração do programa (por

meio da simulação gráfica), pode-se finalmente executar a primeira peça, denominada

normalmente de peça piloto. Recomenda-se que esta peça, sempre que possível, não

faça parte do lote, já que existe grande possibilidade de ocorrerem falhas não

previstas. A execução da peça piloto deve ser realizada no modo passo-a-passo, ou

seja, cada linha do programa só será executada após liberação realizada pelo

operador.

Por segurança, o operador deve controlar a velocidade de movimentação

realizando aproximações lentas e seguras. Ele tem a opção de desligar

temporariamente o fluido refrigerante para permitir melhor visualização dos

movimentos. Esta etapa permite verificar detalhes não previstos na etapa de

programação e não visualizados na simulação.

Quando se encontra alguma linha com algum erro ou necessidade de alteração

pode-se parar a usinagem, afastar a ferramenta da peça, alterar o programa e reiniciar

a partir desta linha, continuando a analisar o programa.

35

3.1.12 Execução do lote

Após concluir a peça piloto com sucesso pode-se passar a execução das peças

do lote. É a etapa final onde as vantagens da tecnologia CNC surgem.

3.2 Programação Assistida

O principal foco dos softwares de programação assistida é a geração de

programas para peças de geometria complexa em tempo reduzido. Em alguns casos,

como a remoção de material de grandes cavidades de moldes, a geometria pode não

ser complexa, mas a quantidade de movimentos necessários para a usinagem é muito

grande e de difícil programação.

Outro ponto importante da programação assistida é o pós-processador, que é a

parte responsável por traduzir uma linguagem interna do software para os códigos

aceitos por um determinado comando específico. Isso permite que o usuário programe

a peça e não a máquina, dando muito mais flexibilidade às empresas que possuem

grande variedade comandos no chão de fábrica. Se ocorrer um problema em uma

máquina que estava usinando um lote de peças basta selecionar o pós-processador

adequado e gerar o programa para o comando de uma outra máquina que esteja

disponível.

Para apresentar a forma de trabalho, serão mostrados os passos para gerar um

programa para torno com o SmartCAM (versão 6.0), considerando a geometria da peça

Bispo (Anexo 1). Neste exemplo a geometria é gerada no próprio software, ou seja, não

será importada de um arquivo CAD.

3.2.1 Definição das ferramentas

Neste software é necessário primeiro definir as ferramentas que serão

necessárias para a usinagem. São informados seus dados geométricos e também

tecnológicos (velocidade de corte, velocidade de avanço, rotação máxima etc). Neste

exemplo foram definidas três ferramentas: ferramenta de desbaste, ferramenta de

acabamento e bedame para cortar a peça do tarugo.

3.2.2 Definição do perfil final

A Figura 3.1 abaixo mostra a tela onde foi definido o perfil da peça Bispo. Na

realidade apenas a parte superior foi desenhada, pois é uma peça de revolução. O

perfil foi desenhado com a ferramenta de acabamento na seqüência desejada para a

usinagem, como destaca a figura.

36

Figura 3.1 - Perfil da peça Bispo.

A Figura 3.2 mostra uma vista em perspectiva da peça, apesar de não ser usual

seu uso em operações de torneamento (basta a vista lateral).

Figura 3.2 - Vista em perspectiva.

3.2.3 Definição do desbaste

Para realizar o desbaste informa-se qual ferramenta usar, o perfil final e o

diâmetro da matéria-prima. Normalmente há duas opções de desbaste: paralela ao

perfil final e paralela a um dos eixos. A Figura 3.3 mostra os movimentos de desbaste

gerados paralelos ao eixo Z. Entre os diversos parâmetros que são definidos estão a

37

dimensão da passada e a quantidade de material que deve ser deixado para o

acabamento (sobre-metal).

Figura 3.3 – Movimentos do ciclo de desbaste.

3.2.4 Definição do corte

Selecionando-se o bedame indica-se a geometria a ser executada. Como

deseja-se apenas cortar a peça do tarugo um único movimento de corte é necessário

(linha em destaque na Figura 3.4)

Figura 3.4 – Movimento de corte da peça.

38

3.2.5 Simulação

A Figura 3.5 mostra um instante da simulação do percurso da ferramenta de

acabamento. Pode-se usar simulação passo-a-passo ou contínua e, neste segundo

caso, determinar a velocidade de execução.

Figura 3.5 – Simulação.

3.2.6 Comunicação

A Figura 3.6 mostra a tela do módulo de comunicação via porta serial (RS

232C), após terem sido definidos os parâmetros de comunicação e o arquivo a ser

enviado. Também é possível receber programas da máquina CNC.

Figura 3.6 – Tela para o envio do programa para o comando da máquina.

39

4 PROGRAMAÇÃO MANUAL DE MÁQUINAS CNC

4.1 Introdução

Neste capítulo serão apresentados os fundamentos para a programação manual

de máquinas CNC. Serão abordados detalhes para torneamento e fresamento, mas a

grande maioria desses conceitos é comum para diferentes tipos de processo.

4.2 Sistema de coordenadas

Um sistema de coordenadas garante a localização de um ponto. Tornos usam

um sistema de duas coordenadas (X e Z) e fresadoras um sistema de três coordenadas

(X, Y e Z). A origem desse sistema é denominada de zero-máquina.

Por convenção o eixo Z é o eixo que gira. Sendo assim, nos tornos esse eixo

parte do centro da placa e tem valores positivos ao se afastar dela, acompanhando o

barramento. No caso de uma fresadora vertical o eixo vertical será o Z e terá valores

positivos para cima. Dos eixos que restam o maior é denominado X e o ultimo será o Y.

A Figura 4.1mostra estes eixos em um torno horizontal e em uma fresadora vertical.

Figura 4.1 - Eixos em fresadora vertical e tornos.

O ponto onde os eixos se cruzam é denominado origem. A Figura 4.2 apresenta

um sistema de coordenadas cartesianas composto pelos eixos X e Y. Estão marcados

nele os seguintes pontos: A=(2.0 e 4.0), B=(3.5 e 6.0), C=(7.0 e 4.5), D=(1.0 e 7.5) e

E=(7.5 e 1.0).

40

Figura 4.2 - Sistema de coordenadas cartesianas do plano XY.

Para a programação CNC é fundamental conseguir analisar um desenho e obter

dele suas coordenadas. Nos desenhos que seguem pode-se observar as coordenadas

de uma figura simples em duas situações diferentes. Nestes dois casos o sistema de

coordenadas estará desenhado para auxiliar a tarefa. O desenho da Figura 4.3 mostra

as coordenadas de cada vértice, indicados pelas letras A até H.

Ponto

Coordenada

X

Coordenada

Y

A 3 1

B 5 1

C 6 3.5

D 6 5

E 3.5 5

F 3.5 7

G 2 7

H 2 3

Figura 4.3 - Exemplo 1.

No desenho da Figura 4.4 tem-se exatamente o mesmo perfil desenhado na

Figura 4.3, mas as coordenadas obtidas possuem valores diferentes. Isso se deve ao

fato da alteração da posição do perfil em relação a origem do sistema de coordenadas.

Ou seja, alterando o sistema de coordenadas tem-se como resultado coordenadas

diferentes para cada um dos pontos.

A

D

C

B

E

41

Ponto

Coordenada

X

Coordenada

Y

A 1 0

B 3 0

C 4 2.5

D 4 4

E 1.5 4

F 1.5 6

G 0 6

H 0 2

Figura 4.4 - Exemplo 2.

Estes exemplos mostraram o uso de coordenadas absolutas, que são baseadas

em uma referência fixa. Outra forma de trabalho é usando coordenadas incrementais,

onde cada ponto está relacionado com o ponto anterior, isto é, a posição atual é a

origem para a coordenada seguinte. A Figura 4.5 apresenta um perfil onde considera-

se o ponto A como sendo o ponto inicial.

Coordenadas

Ponto X Y B 15 25 C 30 15 D 10 35 E 20 0 F 10 -30 G 15 0 H 20 -45 A -120 0

Figura 4.5 - Desenho cotado de um perfil e suas coordenadas incrementais.

Durante o desenvolvimento de um programa CNC pode-se utilizar tanto

coordenadas absolutas quanto, e alternar entre dois sistemas a qualquer momento.

42

4.3 Zero-peça

Como programar usando o sistema de coordenadas da máquina é inviável o

programador define um sistema de coordenadas para a peça. A localização desse

ponto é feita de modo a facilitar a transformação das medidas da peça em coordenadas

dos diversos pontos. A origem desse sistema de coordenadas é denominada ponto-

zero da peça, ou simplesmente, zero-peça. Nas peças rotacionais costuma-se colocar

o ponto-zero em uma das faces, sobre o eixo de rotação da peça (Figura 4.6).

Figura 4.6 - Ponto-zero de uma peça rotacional.

Em geral, nas peças prismáticas, o ponto-zero é definido em um canto externo

da peça (Figura 4.7). Como orientação, a posição do ponto-zero da peça deve ser

escolhida de modo a permitir que os valores das coordenadas possam ser obtidos

diretamente do desenho e facilitar a orientação e fixação da peça com relação ao

sistema de coordenadas da máquina.

Figura 4.7 - Ponto-zero para uma peça prismática.

43

Exercício 1 - Escolha um ponto para a origem do sistema de coordenadas no perfil da

Figura 4.8 (zero-peça). Em seguida defina um sentido de usinagem e identifique os

pontos meta (final de cada linha). Preencha a tabela de coordenadas utilizando o

sistema absoluto.

Figura 4.8 - Perfil para o exercício 1.

Ponto X Y R Comentário

A

B

C

D

E

F

G

H

A

44

Exercício 2 – Cote o perfil da Figura 4.9 de forma a obter as coordenadas no sistema

incremental, considerando o ponto marcado como o início e seguindo a seqüência de

pontos já definida. Preencha a tabela com as coordenadas.

Figura 4.9 - Desenho para o exercício 2.

Ponto X Y R Comentário

A

B

C

D

E

F

G

H

A

Início

45

Exercício 3 - Identificar no perfil da Figura 4.10 os pontos meta no sentido anti-horário

a partir do ponto A já definido. Preencher a tabela com as coordenadas desses pontos

utilizando o sistema absoluto.

Figura 4.10 - Desenho para o exercício 3.

Ponto X Y R Comentário A B C D E F G H I J K L M N O P Q R

46

Exercício 4 - Cotar o perfil da Figura 4.11 e preencher a tabela usando coordenadas

incrementais.

Figura 4.11 - Desenho para o exercício 4.

Ponto X Y R Comentário A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

47

Exercício 5 - Preencha a tabela com as coordenadas do perfil da Figura 4.12. Mude

entre sistema absoluto e incremental conforme for mais simples. Marque as

coordenadas dos centros dos arcos usando as referências I e J sempre em relação ao

início do arco (independe se o sistema é absoluto ou incremental).

Figura 4.12 - Desenho para o exercício 5.

Ponto Sistema X Y R I J Comentário

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

48

Exercício 6 - Marque as coordenadas absolutas no gráfico e desenhe o perfil da peça

correspondente. Junto ao valor do raio há indicação do sentido (horário e anti-horário).

Ponto X Y R I J Ponto X Y R I J

A 0 35 L -15 -30 5 (h) -5 0

B 15 20 M -25 -30

C 30 20 N -35 -15

D 35 15 5 (h) 0 -5 O -35 -5

E 35 -25 P -25 0

F 15 -25 10 (h) -10 0 Q -25 10

G 15 -10 R -35 15

H 10 -5 5 (ah) -5 0 S -35 20

I 0 -5 T -30 25 5 (h) 5 0

J -10 -15 10 (ah) 0 -10 U -20 25

K -10 -25 A 0 35

49

Exercício 7 - Marque as coordenadas incrementais no gráfico XY e desenhe o perfil

correspondente. O ponto inicial está indicado no gráfico (X=35 e Y=0).

Ponto X Y R I J Ponto X Y R I J

A -15 15 15 (h) 0 15 J 5 0

B 0 10 K 5 -5 5 (h) 0 -5

C -10 10 L 5 -5 5 (ah) 5 0

D -15 0 M 10 0

E -15 0 7.5 (h) -7.5 0 N 15 -15 15 (h) 0 -15

F -5 0 O 10 0

G -10 -10 P 15 10

H 0 -30 Inicio 0 25

I 5 -5 5 (ah) 5 0

50

Exercício 8 - Marque as coordenadas no gráfico XY e desenhe o perfil correspondente.

As coordenadas estão tanto no sistema absoluto (A) quanto no incremental (I).

Ponto Sistema X Y R I J

A A -35 -25

B A 35 -25

C I -10 20

D I -15 0

E I -10 10 10 (h) 0 10

F I 0 5

G I 5,0679 8,6991 10 (h) 10 0

H A 25 30

I I 0 5

J I -20 0

K A -14,3498 21,7492

L A -20 20 10 (h) -5,6502 8,2508

M A -35 20

A A -35 -25

51

4.4 Programação CNC básica

A linguagem de programação CNC mais difundida no Brasil é a linguagem ISO,

também conhecida por código G. Um programa CNC escrito nesta linguagem é

composto por linhas denominadas blocos. Cada bloco é formado por comandos,

chamados de palavras, que controlam as funções da máquina. Essas palavras podem

indicar movimentos, coordenadas geométricas e também funções da máquina. Deve

ficar claro que há diferenças entre a implementação da linguagem por cada fabricante

e, dessa forma, a consulta ao manual da máquina é fundamental.

4.4.1 Informações de geometria

As seguintes palavras são usadas para fornecer informações geométricas ao

comando da máquina.

X - Eixo linear.

Y - Eixo linear.

Z - Eixo linear.

A - Eixo angular com centro paralelo ao eixo X.

B - Eixo angular com centro paralelo ao eixo Y.

C - Eixo angular com centro paralelo ao eixo Z.

R - Raio de arco de circunferência.

I - Centro de arco no eixo X.

J - Centro de arco no eixo Y.

K - Centro de arco no eixo Z.

4.4.2 Funções auxiliares

N - Numeração das linhas do programa.

O - Número do programa.

S - Rotação do eixo-árvore (rpm).

E - Ponto zero-peça.

H - Comprimento da ferramenta.

D - Diâmetro da ferramenta.

F - Velocidade de avanço (mm/min ou mm/volta).

T - Seleção de ferramenta.

P - Tempo de espera.

Q - Passo em ciclos fixos.

( - Comentários.

52

4.4.3 Códigos M

Os códigos M estão relacionados com funções de controle da máquina e

também do programa. Podem variar conforme o tipo de máquina e fabricante.

M0 - Parada do programa. Aguarda a botoeira START para continuar.

M1 - Parada condicional do programa (depende de uma chave no painel).

M2 - Fim de programa.

M3 - Aciona eixo-árvore no sentido horário.

M4 - Aciona eixo-árvore no sentido anti-horário.

M5 - Desliga o eixo-árvore.

M6 - Troca a ferramenta atual pela ferramenta especificada.

M8 - Aciona fluído refrigerante.

M9 - Desliga fluído refrigerante.

M24 -Abrir placa (torno).

M25 -Fechar placa (torno).

M26 -Recuar contra-ponto (torno).

M27 -Avançar contra-ponto (torno).

M30 -Fim de programa.

M48 -Permite o uso dos potenciômetros Feed Rate e Spindle (Fadal).

M49 -Bloqueia o uso dos potenciômetros Feed Rate e Spindle (Fadal).

M66 até M69 -Acionamento de dispositivos externos.

M80 -Abre a porta automática.

M81 -Fecha a porta automática.

Notas-se que há duas palavras diferentes para finalizar um programa.

Atualmente a maioria dos comandos aceita as duas opções indiferentemente.

Antigamente, quando as máquinas não tinham memória e usavam programas

em fitas perfuradas, havia uma diferença no uso destas duas palavras. Quando o

programa era longo, a fita saía de uma bobina, passava pelo leitor e chegava a outra

bobina. Ao encerrar a usinagem era necessário rebobinar a fita para executar a

próxima peça. Nesse caso usava-se M30.

Quando o programa era curto, colavam-se suas pontas após passar a fita pelo

leitor, formando um anel. Neste caso, para finalizar o programa, era usado M02 que

indicava para o leitor continuar alimentando a fita até chegar no início do programa

novamente.

53

4.4.4 Códigos G básicos

Os códigos serão apresentados tendo por base uma máquina de três eixos

(fresadora). Para tornos basta ignorar as palavras Y e J.

Avanço rápido (G0)

Utilizado para posicionar a ferramenta com os eixos se movimentando nas

maiores velocidades fornecidas pela máquina. Em fresadoras, quando se utiliza este

comando, com as três coordenadas, primeiro move-se o eixo Z, e em seguida movem-

se os eixos X e Y simultaneamente, em 45º até que um dos eixos atinja seu objetivo. O

eixo restante segue seu caminho sozinho.

G0 X__ Y__ Z__

Avanço linear (G1)

É o comando utilizado para movimentar a ferramenta com velocidade de avanço

controlada pelo parâmetro F. Todos os eixos se movem simultaneamente.

G1 X__ Y__ Z__ F__

Interpolação circular horária com definição do raio (G2)

Movimenta a ferramenta em um arco de circunferência de raio programado pelo

parâmetro R, no sentido horário. A velocidade de avanço pode ser determinada por F.

Não é possível executar uma circunferência completa com este comando. Gera-se um

erro quando o raio programado não é suficiente para ligar o ponto inicial ao final.

G2 X__ Y__ R±±±±__ F__ (para o plano XY).

G2 X__ Z__ R±±±±__ F__ (para o plano XZ).

G2 Y__ Z__ R±±±±__ F__ (para o plano YZ).

Quando se trabalha com o raio, há duas possibilidades de solução, sendo uma

com arco menor que 180º (R+) e outra com mais de 180º (R-). A situação mais comum

é a de menor percurso. Na Figura 4.13 à esquerda estão ilustrados os pontos inicial (I)

e final (F) do arco a ser executado com raio R e também estão marcados os dois

possíveis centros C1 e C2. No desenho central foi desenhado um arco de

circunferência horário com centro em C1, partindo do ponto I e chegando no ponto F.

Esse é um arco com menos de 180o de abertura e, portanto, de menor percurso. Já, no

desenho da direita foi desenhado um arco de circunferência horário com centro em C2

que também partiu do ponto I e chegou no ponto F. Como se ve esse arco possui mais

de 180o de abertura e sendo assim é o arco de maior percurso.

54

Figura 4.13 – Possibilidades de G2.

Interpolação circular horária com definição do centro (G2)

Nesta configuração tem-se o controle da posição do centro da circunferência,

colocando-o nas coordenadas I (para o eixo X), J (para o eixo Y) e K (para o eixo Z).

Também possui o parâmetro F para programação da velocidade de avanço. Com este

comando pode-se programar uma circunferência completa. Este comando irá gerar erro

caso as coordenadas iniciais, finais e do centro não satisfizerem corretamente as

condições matemáticas.

G2 X__ Y__ I__ J__ F__ (para o plano XY).

G2 X__ Z__ I__ K__ F__ (para o plano XZ).

G2 Y__ Z__ J__ K__ F__ (para o plano YZ).

Interpolação circular anti-horária (G3)

É um comando similar ao G2, sendo que a diferença é o sentido em que o giro

ocorre (G3 é anti-horário).

G3 X__ Y__ I__ J__ F__ (para o plano XY).

G3 X__ Z__ I__ K__ F__ (para o plano XZ).

G3 Y__ Z__ J__ K__ F__ (para o plano YZ).

Interpolação helicoidal (G2 e G3)

Quando os 3 eixos são programados simultaneamente significa que será

executada a interpolação helicoidal, ou seja, enquanto dois eixos executam uma

circunferência o outro eixo executa uma linha reta. Quando se programa a hélice com o

parâmetro R, apenas uma evolução ocorre.

55

Com o uso das coordenadas do centro do raio (I, J e K), é possível definir o

número de evoluções com o parâmetro P. A Tabela 4.1 apresenta as formas de

utilização com o parâmetro R e a Tabela 4.2 com o centro do arco. A Figura 4.14 -

Exemplo de interpolação helicoidal.Figura 4.14 exemplifica o uso da interpolação

helicoidal.

Tabela 4.1- Interpolação helicoidal usando o raio.

Plano de Trabalho Comando Meta Linear Raio Avanço

XY (G17)

G02 G03

X__ Y__ X__ Y__

Z__ Z__

R__ R__

F__ F__

XZ (G18)

G02 G03

X__ Z__ X__ Z__

Y__ Y__

R__ R__

F__ F__

YZ (G19)

G02 G03

Y__ Z__ Y__ Z__

X__ X__

R__ R__

F__ F__

Tabela 4.2 - Interpolação helicoidal usando o centro do arco.

Plano de Trabalho

Comando Meta Linear Centro Evoluções Avanço

XY (G17) G02 G03

X__ Y__ X__ Y__

Z__ Z__

I__ J__ I__ J__

P__ P__

F__ F__

XZ (G18) G02 G03

X__ Z__ X__ Z__

Y__ Y__

I__ K__ I__ K__

P__ P__

F__ F__

YZ (G19) G02 G03

Y__ Z__ Y__ Z__

X__ X__

J__ K__ J__ K__

P__ P__

F__ F__

Figura 4.14 - Exemplo de interpolação helicoidal.

56

Pausa do programa (G4)

Em algumas situações é necessário paralisar a execução do programa por um

determinado tempo. Através deste comando pode-se programar o parâmetro P que

definirá, em milésimos de segundo, este tempo de parada.

G4 P__

Plano de trabalho (G17, G18 e G19)

Para o correto cálculo das interpolações circulares é importante que o comando

da máquina conheça o plano no qual a usinagem está sendo efetuada. É um comando

sem parâmetros. Como são três os possíveis planos de trabalho há três comandos.

Não é usado em tornos pois só trabalham no plano XZ.

G17 - Plano XY G18 - Plano XZ G19 - Plano YZ

Unidade de programação (G20 e G21)

Pode-se programar as coordenadas utilizando valores em polegadas ou em

milímetros. Os dois códigos são modais e não possuem parâmetros.

G20 – Unidade em polegadas.

G21 – Unidade em milímetros.

Programação em raio ou em diâmetro (G70 e G71)

Usado em torneamento. Define como as coordenadas X serão interpretadas.

G70 - Valores em raio.

G71 - Valores em diâmetro.

Sistemas de coordenadas (G90 e G91)

Define o sistema de coordenadas em uso. Um mesmo programa pode utilizar os

dois sistemas alternadamente, mas o programa deve sempre começar em absoluto.

G90 - Sistema de coordenadas absolutas.

G91 - Sistema de coordenadas incrementais.

Avanço de corte (G94 e G95)

Comando de torneamento. Define a velocidade de avanço e depende da

unidade em vigor (milímetros ou polegadas).

57

G94 - Velocidade de avanço em unidades por minuto (mm/min ou pol/min).

G95 – Velocidade de avanço em unidades por rotação (mm/rot ou pol/rot).

Velocidade de corte constante ou rpm constante (G96 e G97)

Comando de torneamento. G96 define operação com velocidade constante de

corte, ou seja, a rotação do eixo-árvore irá variar com o diâmetro usinado. Deve-se

utilizar o parâmetro S na linha seguinte para definir o valor da velocidade de corte

(m/min ou pés/min). Como a rotação tende ao infinito quando o diâmetro tende a zero,

pode-se limitar a rotação máxima com o comando G92. Com G97 programa-se

diretamente a rotação em rpm com o parâmetro S.

G96 - Velocidade de corte constante.

G97 - Rotação constante.

58

59

4.4.5 Conceitos importantes

Dois conceitos importantes utilizados em CNC são: default e modal. Valor

default é aquele que é assumido quando nenhum valor é atribuído na programação, ou

seja, se nenhum valor é programado o comando utiliza o valor default.

Um comando ou parâmetro modal é aquele que, quando definido, fica ativo até que

outro o substitua. Têm-se os seguintes comandos e parâmetros modais: G0, G1, G2,

G3, F, X, Y, Z, I, J, K. Isto significa que, em uma seqüência de linhas, se um

determinado valor não muda então não precisa ser digitado. A Figura 4.15 apresenta

em seu lado esquerdo um trecho de programa com todos os valores presentes e no

lado direito apenas os valores que foram alterados. Em termos de funcionamento os

resultados são idênticos. A vantagem do uso de modais está no fato de se digitar

menos (programação mais rápida) e ocupar menos espaço na memória da máquina.

....

G0 X10. Y20.

G0 X10. Y-15.

G1 X-100. Y-15. F125

G1 X-100. Y-35. F125

G1 X-150. Y-35. F125

G1 X-150. Y-45. F200

G1 X-100. Y40. F200

....

G0 X10. Y20.

Y15.

G1 X-100. F125

Y-35.

X-150.

Y45. F200

X100. Y40.

60

.... ....

Figura 4.15 - Exemplo do uso de modais.

4.5 Estrutura geral de um programa

Para o desenvolvimento de um programa CNC deve-se seguir as regras

sintáticas de cada comando e os movimentos determinados pelo processo de

fabricação elaborado. Algumas partes do programa são padronizadas, e serão

apresentadas em seguida. Um detalhe a ser ressaltado é a chamada linha de

segurança, cuja finalidade é colocar alguns parâmetros e comandos modais em valores

conhecidos, evitando que valores definidos por programas executados anteriormente

mantenham-se ativos.

4.5.1 Início de programa

A primeira linha deve, obrigatoriamente, conter o número do programa, definido

pela palavra O. Na mesma linha pode-se, após um parêntesis, digitar um nome para o

programa. Nas linhas seguintes é interessante colocar um conjunto de comentários que

descrevam o programa, tornando sua identificação futura mais simples e rápida. Após

este conjunto inicia-se o programa propriamente dito através da linha de segurança

(linha N9). Os comandos da linha de segurança ainda não detalhados serão analisados

futuramente. Em seguida tem-se a chamada da primeira ferramenta e um comentário

sobre suas características (linha N10). Os comandos seguintes são o acionamento do

eixo-árvore e a realização do primeiro movimento XY (linha N11). Para finalizar este

procedimento de inicialização deve-se buscar os dados de definição da ferramenta

(comprimento e diâmetro), acionar o fluxo de fluido refrigerante e realizar a

aproximação em Z (linha N12).

N1 O____ (_______________

N2 (PROGRAMADOR: ________________________________

N3 (CLIENTE: _______________________________________

N4 (DATA: ___ / ___ / ___

N5 (PECA: __________________________________________

N6 (OPERACOES: ___________________________________

N7 (MATERIAL: ______________________________________

N8 (

N9 G0 G17 G21 G40 G80 G90 M5 M9 H0 Z0

N10 M6 T____ (__________________

N11 S____ M3 E___ X____ Y_____

61

N12 H___ D___ M8 Z____

N13 .....

4.5.2 Troca de ferramenta

Para se executar uma troca de ferramentas basta incluir as linhas abaixo, que

estão na mesma seqüência do início do programa, ou seja: linha de segurança,

chamada de ferramenta, ajuste de rotação, movimento em XY, definição da ferramenta,

acionamento do refrigerante e movimento em Z.

N__ ...

N__ M5 M9

N__ G0 H0 Z0

N__ M6 T___ (___________________

N__ S___ M3 E___ X___ Y___

N__ H___ D___ M8 Z___

N__ ...

4.5.3 Fim de programa

Para se finalizar um programa pode-se seguir o modelo abaixo. O procedimento

inicia-se desligando o fuso e o fluido refrigerante. Em seguida tem-se a linha de

segurança. A linha seguinte tem a finalidade de mover a mesa para o centro em X e

para o mais próximo possível da porta, de modo a facilitar a retirada da peça usinada e

a colocação de uma nova peça. A mesa permanecerá nesta posição, permitindo a

abertura da porta, devido ao comando M0 da linha seguinte, que executa uma

interrupção do programa. Desta forma, após a troca da peça deve-se pressionar a

botoeira START para o programa prosseguir. A última linha indica que chegou-se ao

fim do programa. Este comando leva a mesa para a posição X=0 e Y=0 e prepara o

CNC para executar novamente o programa, bastando para isto pressionar-se a

botoeira START novamente.

N__ ...

N__ M5 M9

N__ (

N__ G0 H0 Z0

N__ E0 X0 Y200

N__ M0

N__ M2

62

4.6 Recomendações

É de grande importância manter comentários no programa. Isto simplifica a

procura de falhas, acelera o processo de modificações e permite que outras pessoas

entendam mais facilmente seus programas. Como citado anteriormente, os lugares

ideais para se colocar comentários são:

• Início do programa, com dados de identificação;

• Na definição de cada subrotina, indicando sua função no programa;

• Na chamada de cada ferramenta, especificando suas características;

• No início de cada parte de usinagem de uma mesma ferramenta.

Também é bastante interessante manter uma linha vazia, através do uso do sinal de

comentário, entre cada definição de subrotina e entre cada troca de ferramenta. Esta

linha vazia é mais facilmente reconhecível no monitor do CNC quando se movimenta o

programa para cima e para baixo, buscando localizar um trecho específico.

63

Exercício 9 - Marque as coordenadas no gráfico XY, desenhe o perfil correspondente e

escreva o programa. As coordenadas estão nos sistemas absoluto e incremental.

Ponto Sistema X Y R I J A A -5 35 B I 15 0 C I 15 -15 15 (h) 0 -15 D I 0 -10 E I 10 -10 10 (ah) 10 0 F A 40 -5 G A 40 -20 H A 35 -25 I A 20 -25 J A 10 -35 10 (ah) 0 -10 K I -5 -5 5 (h) -5 0 L I -10 0 M I -15 15 15 (ah) -15 0 N I -10 0 O I -10 5 P I 0 15 Q A -35 10 R A -25 10 S A -5 30 -20 (ah) 20 0 A I 0 5

64

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

65

Exercício 10 - Interprete o programa abaixo preenchendo a tabela de coordenadas e

esboçando o perfil da peça. Com fins didáticos os arcos foram definidos tanto pelo raio

quanto pelas coordenadas do centro.

O10 (EXERCICIO 10) ( G0 G17 G21 G40 G80 G90 M5 M9 H0 Z0 T1 M6 (FRESA PANTOGRAFICA S3000 M3 E1 X15. Y35. H1 D1 M8 Z2. G1 Z-0.25 F50. X-15. F100. G3 X-23.9443 Y29.4721 R10. I0 J-10. G1 X-33.9443 Y9.4721 G3 X-31.4939 Y-2.6045 R10. I8.9443 J-4.4721 G2 X-14.9058 Y-30.9661 R50. I-32.4696 J-38.0227 G3 X-10. Y-35. R5. I4.9058 J0.9661 G1 X10. Y-35. G3 X14.9058 Y-30.9661 R5. I0. J5. G2 X31.4939 Y-2.6045 R50. I49.0578 J-9.6611 G3 X33.9443 Y9.4721 R10. I-6.4939 J7.6045 G1 X23.9443 Y29.4721 G3 X15. Y35. R10. I-8.9443 J-4.4721 G0 Z2 M5 M9 G0 H0 Z0 X0 Y200 M0 M2

Ponto X Y R I J

A 15 35

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

A

66

67

4.7 Compensação do raio da ferramenta

4.7.1 Compensação no torneamento

As ferramentas de torneamento possuem um raio em sua ponta, mas o processo

de setup da ferramenta define uma ponta virtual, como mostra a Figura 4.16. É essa

ponta imaginária que é comandada pelo CNC e nos movimentos paralelos aos eixos

não gera nenhum problema.

Figura 4.16 – Detalhe da ponta da ferramenta.

Mas na execução de superfícies cônicas e arcos de circunferência a ponta real

não percorre o mesmo caminho da ponta virtual e são gerados pequenos erros

geométricos (Figura 4.17). Dessa forma, no torneamento, a compensação do raio da

ferramenta tem por objetivo evitar essas falhas.

Figura 4.17 – Erros geométricos na usinagem sem compensação do raio da ponta.

68

É importante ressaltar que o pequeno erro na parte central (entre a superfície

cônica e o arco de circunferência) não é corrigido pela compensação de raio. Na

realidade é interessante que as peças tenham esse pequeno raio de concordância para

evitar o surgimento de trincas.

Além disso, conforme a ferramenta se desgasta as dimensões usinadas se

alteram. A realização de um novo preset de ferramenta, corrigindo o raio da ferramenta,

permite obter dimensões corretas novamente.

4.7.2 Compensação no fresamento

No torneamento o perfil da peça é o caminho percorrido pelo ponto de controle

da ferramenta (ponta virtual). No fresamento o perfil é percorrido pela borda da

ferramenta enquanto o ponto de controle é o seu centro (Figura 4.18).

Figura 4.18 – Perfil da peça e o percurso controlado pela máquina.

Sem a compensação do raio da ferramenta seria necessário programar o

caminho percorrido pelo centro da ferramenta e essas dimensões não constam no

desenho da peça. Além disso, seria necessário alterar o programa caso o diâmetro da

ferramenta fosse alterado. Outro problema relaciona-se com o desgaste da ferramenta.

Se as dimensões das peças usinadas aproximam-se do limite de tolerância da peça

seria necessário alterar o programa para aproximar o caminho da ferramenta do perfil

da peça em décimos (ou centésimos) de milímetro.

69

Sendo assim a compensação do raio tem como principal objetivo permitir que

seja programado o perfil da peça, deixando que o comando da máquina calcule a

posição do centro da ferramenta. Dessa forma alterações no diâmetro da ferramenta,

incluindo desgastes, são facilmente ajustáveis.

4.7.3 Uso da compensação

Como este recurso calcula as coordenadas do centro da ferramenta com base

no valor do raio, seu correto funcionamento depende da definição precisa de seu valor

no momento de preset. São três comandos relacionados à compensação:

G40 - Desliga compensação de raio da ferramenta.

G41 - Compensação de raio com a ferramenta à esquerda da peça.

G42 - Compensação do raio com a ferramenta à direita da peça.

A definição entre G41 e G42 depende da posição da ferramenta em relação a

peça e da direção do movimento. Como regra geral imagine a ferramenta em um

movimento vertical, de baixo para cima. Se a ferramenta estiver do lado direito da peça

usa-se G42, caso contrário usa-se G41. A Figura 4.19 ilustra o procedimento tanto para

operações de fresamento (interna e externa) quanto torneamento.

Figura 4.19 - Utilização da compensação de raio.

Para usar a compensação é necessário seguir alguns passos. O primeiro é

posicionar a ferramenta próximo à peça, a uma distância maior ou igual ao raio. Em

seguida utiliza-se G41 ou G42, conforme necessário. Em seguida programa-se um

movimento de aproximação do perfil (normalmente G1). Executa-se todos os

movimentos do perfil a ser usinado. Após completar o perfil programa-se G40 para

desligar a compensação e, em seguida, realiza-se um movimento da ferramenta para

se afastar da peça a uma distância maior ou igual ao raio. A Figura 4.20 apresenta

estes passos.

70

Compensação à esquerda Compensação à direita Comentário

..... G0 X___ Y___ G41 G1 X___ Y___ F___ ..... G40 G1 X___ Y___ G0 X___ Y___ .....

..... G0 X___ Y___ G42 G1 X___ Y___ F___ .... G40 G1 X___ Y___ G0 X___ Y___ .....

Programa antes da compensação Aproximação Aciona a compensação Movimenta compensando Usinagem com compensação Cancela a compensação Movimenta descompensando Afastamento Programa depois da compensação

Figura 4.20 - Seqüência de passos para trabalhar com compensação.

Durante os movimentos em compensação deve-se manter o mesmo sentido de

usinagem. Também é muito importante verificar se o número do corretor de ferramenta

(D) corresponde à ferramenta em uso e se o preset foi realizado corretamente.

Uma técnica bastante usada é a compensação de raio sem movimentação da

ferramenta, apesar do movimento ser programado. Antes da compensação posiciona-

se a ferramenta de modo que sua superfície externa tangencie a superfície a ser

usinada, como mostra a posição P1 da Figura 4.21. Após ligar a compensação

programa-se um movimento G1 para a coordenada indicada por P2, porém a

ferramenta não executará nenhum movimento. Isso acontece porque quem se move é

o ponto de controle que sai do centro da ferramenta e vai para a sua borda.

Figura 4.21 – Posicionamento de ferramenta para compensação sem movimento.

O mesmo procedimento pode ser realizado no momento de descompensar

(pontos P3 e P4). Outro detalhe interessante que a figura mostra é o posicionamento

71

inicial e final da ferramenta que busca ser o mais próximo possível da peça. Isso

diminui a distância a ser percorrida, reduzindo o tempo de usinagem de cada peça.

Outra forma de usar a compensação é executar passes de desbaste apenas

programando o perfil final e variando o valor do raio da ferramenta. A Figura 4.22

mostra uma peça antes e depois de usinada com uma fresa de 14 mm de diâmetro.

Figura 4.22 - Exemplo de usinagem.

A Figura 4.23 mostra as coordenadas programadas (A até H). As três linhas

pontilhadas mostram os percursos do centro da ferramenta. A primeira usinagem (1),

apesar da fresa ter 14 mm indicou-se para o comando um valor de 30 mm (seria a

situação indicada por 4). No segundo percurso (2) o valor informado foi 22 mm (seria a

situação 5). No último percurso (3), com valor de 14 mm, foi atingido o perfil final.

Figura 4.23 - Usinagem.

72

Exercício 11 – Esboce o perfil da peça do exercício 1 destacando os pontos de

entrada e saída da ferramenta, e escreva o programa usando compensação de raio.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

73

Exercício 12 - Esboce o perfil da peça do exercício 10 destacando os pontos de

entrada e saída da ferramenta, e escreva o programa usando a compensação de raio.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

74

4.8 Comandos especiais

Cada tipo de máquina e mesmo máquinas de mesmo tipo, mas de fabricantes

diferentes, possuem comandos específicos. A seguir serão apresentados alguns

desses comandos para fresamento e outros para torneamento, mas apenas a título de

exemplo, pois a exata forma de uso deve ser consultada no manual de programação de

cada equipamento.

4.8.1 Ciclos de furação

Ciclos de furação são comandos que automatizam uma série de movimentos,

simplificando a programação desta operação muito utilizada e repetitiva. Um ciclo de

furação, depois de ativado, ocorre a cada movimento da ferramenta e após a execução

de cada furo a ferramenta retorna automaticamente para a altura Z anterior ao

movimento. Para usar um ciclo deve-se executar os seguintes passos:

• Posiciona-se a ferramenta próximo e acima da peça. Normalmente será essa

a altura Z para a qual a ferramenta retornará após a execução do furo;

• Faz-se a chamada do ciclo desejado (que fica ativo);

• Move-se a ferramenta para todas as coordenadas onde se deseja a

execução do ciclo. Normalmente esses movimento são executados em G0 e

movendo-se apenas em XY, isto é a altura em relação a peça é mantida;

• Cancela-se o ciclo fixo.

Existem diversos ciclos disponíveis, e sua utilização é muito similar. Todos os

ciclos são cancelados com o comando G80, que não possui parâmetros.

Furação pica-pau (G73)

Sua função é fazer um furo até a profundidade definida pelo parâmetro Z. Esse

furo é executado em passos de Q milímetros e a uma velocidade de F mm/min. Depois

de cada passo a ferramenta retorna alguns milímetros (parâmetro interno da máquina),

em avanço rápido, para quebrar o cavaco. Quando a ferramenta volta a se aprofundar

para realizar um novo passo seu movimento também ocorre em avanço rápido até

faltar P milímetros para a profundidade do passe anterior. A partir deste ponto a

velocidade de avanço volta a ter o valor programado por F. A Figura 4.24 ilustra o seu

funcionamento.

G73 Z__ F__ Q__ P__

75

Figura 4.24 - Operação do G73.

Furação simples (G81)

Executa o furo em apenas uma passada (um aprofundamento). A profundidade

a ser atingida é definida por Z e a velocidade de avanço é programada em F.

G81 Z__ F__

Furação simples com pausa (G82)

É um ciclo fixo similar ao G81. A diferença é que a ferramenta ficará girando no

fundo do furo por um tempo definido pelo parâmetro P, que é programado em

milisegundos.

G82 Z__ F__ P__

Furação profunda (G83)

É um ciclo muito similar a furação pica-pau (G73). A diferença está na posição

de retorno da ferramenta após cada passe de aprofundamento. Enquanto em G73 o

retorno é de alguns milímetros, neste ciclo a ferramenta volta para o ponto inicial,

auxiliando muito na retirada dos cavacos, na refrigeração do furo e refrigeração da

ponta da ferramenta.

G83 Z__ F__ Q__ P__

76

Exercício 13 - Escreva um programa para executar os furos da peça abaixo, de

alumínio, utilizando os ciclo de furação e considerando o zero-peça no eixo Z na face

superior.

T1 � broca de centro

T1 � Z final = -5 mm

T1 � rotação = 1500 rpm

T1� avanço=150 mm/min

T2 � broca 8 mm

T1 � Z final = -20 mm

T1 � passes = 3 mm

T1 � rotação 650 rpm

T1 � avanço = 200 mm/min

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

77

4.8.2 Ciclos geradores de coordenadas

Algumas situações que exigem a operação de furação são bastante comuns.

Pode-se citar um conjunto de furos em uma linha (inclinada ao não), furos formando

uma malha, furos em um arco de circunferência e também furos em uma circunferência

completa. Alguns fabricantes implementam alguns ciclos para atender estas situações.

Estes ciclos são responsáveis por gerar as coordenadas dos furos e, dessa

forma, são usados logo após a definição de um ciclo de furação.

Furos em uma circunferência completa – flange (G34)

Este ciclo calcula as coordenadas dos K furos que estarão com seus centros em

uma circunferência de raio I e centro em X e Y. O ângulo do primeiro furo, em relação

ao eixo horizontal que passa pelo centro, é programado através do parâmetro J. A

Figura 4.25 ilustra sua utilização.

G34 X__ Y__ I__ J__ K__

Figura 4.25 - Exemplo de furos com G34 X200. Y150. I100. J20. K6.

Furos em linha (G35)

Este ciclo calcula as coordenadas dos K furos que estarão com seus centros em

uma linha de ângulo J com o eixo horizontal. A distância entre os furos é programada

pelo parâmetro I. A localização do primeiro furo é fornecida por X e Y. A Figura 4.26

ilustra sua utilização.

G35 X__ Y__ I__ J__ K__

78

Figura 4.26 - Exemplo de furos com G35 X20. Y12. I30. J25. K5.

Furos em um arco de circunferência (G36)

Este ciclo calcula as coordenadas dos K furos que estarão com seus centros em

um arco de circunferência de raio I e centro em X e Y. O ângulo do primeiro furo, em

relação ao eixo horizontal que passa pelo centro, é programado através do parâmetro J

e a distância angular entre os furos é programada por P. A figura 12 ilustra sua

utilização.

G36 X__ Y__ I__ J__ P__ K__

Figura 4.27– Exemplo de furos com G36 X20. Y8. I215. J7. P16. K6.

Furos em uma malha (G37.1)

Este ciclo calcula as coordenadas dos furos que estarão com seus centros em

uma malha. O primeiro furo da malha é programado por X e Y (furo inferior esquerdo).

A distância entre os furos do eixo X é programado por I e a quantidade de furos é

programada por P. A distância dos furos no eixo Y é programada por J e a quantidade

de furos é programada por K. A Figura 4.28 ilustra sua utilização.

79

G37.1 X__ Y__ I__ P__ J__ K__

Figura 4.28 - Exemplo de furos com G37.1 X17. Y12. I21. P7. J19. K3.

4.8.3 Ciclos de roscamento

Na operação de abertura de rosca é necessário que haja um sincronismo entre o

giro do eixo-árvore e o avanço da ferramenta. Esse sincronismo é fornecido pelos

ciclos de roscamento.

Em um torno Romi com comando Mazak, por exemplo, estão disponíveis dois

ciclos de roscamento. Um deles (G33) executa apenas uma única passada de

roscamento, sendo necessário que cada profundidade seja programada

separadamente. O outro ciclo (G37) executa a rosca completamente. Os dois ciclos

permitem tanto a execução de roscas paralelas quanto cônica, bem como internas

como externas. Também é possível executar roscas com múltiplas entradas.

G33 - Ciclo de roscamento básico

Para utilizar-se esta função deve-se posicionar a ferramenta no diâmetro do

passe desejado em uma linha do programa (bloco) e em seguida programar G33 com

os seguintes parâmetros:

G33 X___ Z___ K___ A___ I___

Onde:

X: profundidade do final da rosca (utilizada para roscas cônicas);

Z: posição final da rosca, no comprimento.

K: passo da rosca.

A: posição angular da rosca (utilizada em roscas de múltiplas entradas).

I: conicidade da rosca (utilizada em roscas cônicas).

80

A conicidade de uma rosca pode sesr calculada pela seguinte relação:

I = 2 * ( passo * tg α )

É necessário conhecer a altura do filete da rosca para posicionar corretamente a

ferramenta no diâmetro. Para rosca métrica a altura é: H=1.3 * passo. Recomenda-se

que a distância do ponto inicial até o começo da rosca seja de pelo menos o dobro do

passo (eixo Z). Essa distância é importante para dar tempo do carro atingir velocidade

constante.

O trecho de programa listado a seguir executa uma rosca M30 x 1.5 de uma

entrada, com início em Z80 e término em Z50. Foi usado o sistema de coordenadas

absoluto.

G0 X29.35 Z83 (posiciona a ferramenta na profundidade do primeiro passe G33 Z49. K1.5 (executa o primeiro passe de 0.65 mm de profundidade G0 X34 (afasta ferramenta G0 Z83 (reposiciona no Z inicial G0 X28.95 (posiciona a ferramenta na profundidade do segundo passe G33 Z49. K1.5 (executa o segundo passe de 0.40 mm de profundidade G0 X34 (afasta ferramenta G0 Z83 (reposiciona no Z inicial G0 X28.55 (posiciona a ferramenta na profundidade do terceiro passe G33 Z49. K1.5 (executa o terceiro passe com 0.40 mm de profundidade G0 X34 (afasta ferramenta G0 Z83 (reposiciona no Z inicial G0 X28.15 (posiciona a ferramenta na profundidade do quarto passe G33 Z49. K1.5 (executa o quarto passe com 0.40 mm de profundidade G0 X34 (afasta ferramenta G0 Z83 (reposiciona no Z inicial G0 X28.05 (posiciona a ferramenta na profundidade do último passe G33 Z49. K1.5 (executa o último passe com 0.10 mm de profundidade G0 X34 (afasta ferramenta

G37 - Ciclo de roscamento completo

A ferramenta deve ser colocada na posição inicial, que deve distanciar-se do

início da rosca, em Z de pelo menos duas vezes o passo. A altura do ponto inicial (cota

X) até a crista da rosca será informada pelo parâmetro E. O comando G37 tem os

seguintes parâmetros:

G37 X__ Z__ K__ A__ I__ D__ E__ B__ W__ U__ L__

81

Onde: X: profundidade do final da rosca (utilizada para roscas cônicas);

Z: posição final da rosca, no comprimento.

K: passo da rosca.

A: posição angular da rosca (utilizada em roscas de múltiplas entradas).

I: conicidade da rosca (utilizada em roscas cônicas).

D: profundidade da primeira passada (D=H/raiz(no. de passadas))

E: distância de aproximação (altura do ponto inicial até a crista da rosca).

B: angulo de alimentação da rosca (metade do ângulo da pastilha)

W: ângulo de saída da rosca (0=0º, 1=30º, 2=45º e 3=60º)

U: profundidade do último passe.

L: número de passes em vazio.

Exemplo 1: rosca M20 x 2.5 com uma entrada e comprimento de Z83 até Z53.

G0 X25 Z88 (ponto inicial. E=5 mm)

G37 X16.75 Z51. K2.5 D0.9 E5. W3. U0.1 L2.

Exemplo 2: rosca NPT com 11.5 fios/pol, 1º e 47’, de Z50 à Z70, diâmetro final de 33,4

mm. Para rosca NPT tem-se H = 1.732 * passo

G0 X37. Z75.

G37 X28.02 Z50. K2.21 I0.137 D0.96 E5.15 U0.1 L2.

Maiores detalhes sobre o cálculo de roscas cônicas podem ser encontrados no

Apêndice 3.

4.8.4 Ciclos de desbaste em torneamento

Os ciclos de desbaste de um torno agilizam a construção de um programa, pois

normalmente são muitos os movimentos necessários no desbaste.

Para efetuarem corretamente sua tarefa os ciclos de desbaste necessitam

conhecer o perfil acabado da peça. Isto é realizado por alguns fabricantes por meio de

um subprograma que contém apenas os movimentos relacionados com o acabamento

(só poderá conter os comandos G1, G2, G3 e G4). Na linha de comando utiliza-se a

letra P para referenciar o subprograma (número do bloco onde o subprograma inicia).

Outras informações que o ciclo de desbaste necessita são:

• Ponto de referência inicial em X;

• Ponto de referência inicial em Z;

82

• Sobremetal a ser deixado em X (letra I);

• Sobremetal a ser deixado em Z (letra K);

• Incremento por passada (letra W);

• Velocidade de avanço para o desbaste (letra F);

Desbaste longitudinal (G66)

O movimento de aprofundamento ocorre no eixo X, fora da peça. O movimento

de corte ocorre no eixo Z, em direção à placa. Pode ser interno ou externo. Abaixo está

a linha de comando e na Figura 4.29 há um esquema de sua operação. As linhas

tracejadas são movimentos de aprofundamento e as linhas contínuas são movimentos

de usinagem.

G66 X__ Z__ I__ K__ W__ P__ F__

Figura 4.29 - Exemplo de desbaste longitudinal.

Desbaste transversal (G67)

O movimento de aprofundamento ocorre no eixo Z e o movimento de corte

ocorre no eixo X (). Pode ser interno ou externo.

G67 X__ Z__ I__ K__ W__ P__ F__

83

Figura 4.30 - Exemplo de desbaste transversal.

Desbaste paralelo (G68)

Os movimentos ocorrem paralelos ao perfil acabado da peça. É indicado para

peças pré-formadas (forjadas, fundidas etc), como mostra .

G68 X__ Z__ I__ K__ W__ P__ F__ E__

Figura 4.31 -Exemplo de desbaste paralelo.

84

4.8.5 Usinagem precisa de canto

As máquinas CNC são preparadas para executar cantos com um pequeno

arredondamento. Isto ocorre porque quando um eixo está desacelerando o outro já

começa a acelerar, como mostra o gráfico no lado esquerdo da Figura 4.32. Este

procedimento é usual, pois este pequeno arredondamento é aceitável (e até desejável)

na grande maioria das peças.

Figura 4.32 - Execução normal de um canto.

Em algumas peças é necessário que os cantos sejam executados de forma

precisa (canto vivo). Sendo assim é necessário que um eixo só se mova depois que o

outro já parou completamente. Isto é conseguido, em alguns comandos com G09 na

linha que atinge o canto, e só fica ativo por este momento (não modal). A Figura 4.33

ilustra sua utilização. Normalmente este comando só pode ser utilizado com os

comandos de usinagem (G01, G02 e G03).

Figura 4.33 - Execução de um canto com G09.

85

Outros comandos usam uma técnica diferente. Quando a usinagem de canto

com precisão está ativa (M97 ou G61) a ferramenta deixa de tocar a peça por alguns

momentos. Com a usinagem de canto com precisão está inativa (M96 ou G64) a

ferramenta executa o canto tocando a peça durante todo o tempo. A Figura 4.34

compara as duas abordagens mostrando a ferramenta em várias posições.

Figura 4.34 – Dois modos de execução de um canto.

4.8.6 Espelhamento

O espelhamento de coordenadas permite que um trecho de programa

(normalmente uma subrotina) seja executado de forma espelhada com relação ao eixo

X ou Y, ou ainda, com relação aos dois eixos simultaneamente. Além da troca de sinais

das coordenadas há inversão entre oc comandos de interpolação circular (G2 e G3)

bem como na compensação de raio (G41 e G42). Isso faz com que os movimentos da

usinagem espelhada ocorram de maneira correta.

No comando da Fadal, por exemplo, a linha de espelho é definida pelas

coordenadas da ferramenta no momento de acionamento do comando de

espelhamento. Normalmente os valores passados pelos parâmetros são ignorados, ou

seja, qualquer valor pode ser programado, e sendo assim é comum utilizar-se o valor

zero. A seguir estão os comandos implementados na Fadal.

G51.1 X0 - espelho no eixo X.

G51.1 Y0 - espelho no eixo Y.

G51.1 X0 Y0 - espelho nos eixos X e Y.

G50.1 - cancela o espelhamento.

Outros comandos adotam as seguintes palavras para executar o espelhamento:

86

G05 - espelho no eixo X

G06 - espelho no eixo Y

G07 - espelho no eixo Z

G09 - cancela o espelhamento.

A Figura 4.35 mostra um perfil original e o resultado do espelhamento no eixo X,

eixo Y e simultaneamente em X e Y.

Figura 4.35 – Exemplo de espelhamento.

4.8.7 Manipulação do sistema de coordenadas

É possível deslocar o sistema de coordenadas (zero-peça) para outras posições

e também rotacioná-lo. Essas possibilidades auxiliam no desenvolvimento de

programas mais complexos.

Deslocamento do sistema de coordenadas (G52)

Desloca incrementalmente o atual sistema de coordenadas para uma nova

posição. Pode-se mudar apenas um dos eixos ou qualquer combinação entre eles.

Para retornar ao valor original deve-se utilizar o mesmo comando com os valores de

coordenadas iguais a zero.

G52 X__ Y__ Z__

87

A Figura 4.36 mostra um típico caso de aplicação deste comando. Trata-se da

usinagem de várias peças iguais fixadas simultaneamente à mesa da máquina. Após a

usinagem de cada peça faz-se o deslocamento do sistema de coordenadas.

Figura 4.36 – Exemplo de aplicação do deslocamento do sistema de coordenadas.

É possível realizar a mesma tarefa sem o uso deste comando. Para isso deve-se

programar toda a usinagem no sistema de coordenadas incremental e executar

movimentos absolutos entre cada peça.

Rotação do sistema de coordenadas (G68)

A finalidade deste comando é girar o sistema de coordenadas. O ângulo de giro

é fornecido ao parâmetro R. As coordenadas do pivô (centro da rotação) são definidas

pelos parâmetros X e Y. Se um novo giro for aplicado, será em relação à situação atual

dos eixos. Para retornar o sistema de coordenadas a sua posição original, antes de ser

aplicado a primeira rotação usa-se G69, que não possui parâmetros.

G68 X__ Y__ R__

A Figura 4.37 apresenta um exemplo onde apenas 4 movimentos foram

programados e os 44 restantes foram obtidos pela rotação do sistema de coordenadas.

88

Figura 4.37 – Exemplo de usinagem com rotação do sistema de coordenadas

4.8.8 Ciclos de fresamento

Neste item os ciclos serão apenas descritos, sem apresentar as linhas de

programação.

Abertura de bolsão circular

A abertura de bolsões ou cavidades circulares é uma operação comum em

fresamento. Esse ciclo executa movimentos circulares concêntricos até atingir o

diâmetro desejado. Entre os parâmetros que devem ser passados estão: sentido de

execução (horário ou anti-horário), diâmetro final da cavidade, raio de canto da

ferramenta e profundidade do passo lateral.

Usualmente, antes de acionar esse ciclo, é necessário posicionar a ferramenta

acima da peça e no centro do bolsão (XY) e programar um aprofundamento até atingir

a cota desejada (Z). Em geral, após a execução do ciclo, a ferramenta é

automaticamente deslocada para o centro do bolsão. A Figura 4.38 ilustra a seqüência

de movimentos realizados tanto no sentido horário quanto anti-horário.

89

Figura 4.38 - Movimentos de abertura de bolsão circular.

A Figura 4.39 mostra à esquerda uma fresa sem raio de ponta, ao centro com

raio de ponta menor que o raio da fresa e na direita com raio de ponta igual ao raio da

fresa (ponta esférica).

Figura 4.39 - Fresas sem e com com raio de ponta.

Fresamento de bolsão circular

A função deste ciclo é dar um passe de acabamento em bolsões circulares já

usinados. Realiza aproximação e afastamento tangencial calculados automaticamente

em função dos diâmetros do bolsão e da ferramenta. Pode ser realizado tanto no

sentido horário quanto no anti-horário. Normalmente é possível especificar quantas

vezes o ciclo será executado.

Para utilizar este ciclo deve-se inicialmente posicionar a ferramenta no centro do

bolsão (X e Y), na profundidade desejada (Z). Ao final da usinagem a ferramenta

90

voltará para este mesmo ponto. A Figura 4.40 ilustra os movimentos realizados para

executar essa tarefa.

Figura 4.40 – Movimentos para acabamento de cavidade circular.

Durante o movimento linear que vai do centro até o arco de tangenciamento de

entrada ocorre o acionamento da compensação do raio da ferramenta. Da mesma

forma, do arco de tangenciamento de saída até o centro é desabilitada a compensação.

A Figura 4.41 mostra uma implementação dessa operação que não faz uso de

interpolação linear, ou seja, os movimentos de compensação e descompensação são

realizados em arcos de circunferência. A ferramenta é colocada no centro do bolsão

(ponto 1) antes da chamada do ciclo. A seqüência de movimentos a faz passar pela

trajetória 2 (tocar o bolsão tangencialmente), chegando ao ponto 3. Depois passa pelos

pontos 4 até 8. O trajeto 9 faz o retorno ao centro, também tangencialmente ao bolsão.

Figura 4.41 - Exemplo de abertura de bolsão circular.

91

Abertura de bolsão retangular/quadrado

É similar à abertura do bolsão circular e segue os mesmos procedimentos de

uso. Executa movimentos do centro para as bordas até atingir as dimensões

desejadas. Entre os parâmetros que devem ser passados estão: sentido de execução

(horário ou anti-horário), comprimento no eixo X, comprimento no eixo Y, raio de canto

da ferramenta e profundidade do passo lateral. A Figura 4.42 mostra os movimentos

executados tanto no sentido horário quanto anti-horário.

Figura 4.42 – Abertura de cavidade retangular.

Serialização e gravação

Há comandos que podem gravar textos/números em peças de modo a já saírem

da máquina identificadas e com número de série. A Fadal, por exemplo, permite que

em uma única linha de programa, escreva-se uma palavra ou frase com até 63

caracteres. Se os últimos caracteres forem numéricos e o processo de serialização

estiver ativo, eles serão incrementados a cada nova peça usinada. Entre os parâmetros

necessários estão a altura de retração da ferramenta entre cada caractere usinado,

seleção de fonte, altura do caractere e ângulo do texto. A Figura 4.43 mostra os dois

tipos de fontes disponíveis na Fadal.

Figura 4.43 - Fontes disponíveis no comando da Fadal.

92

4.9 Subrotinas e subprogramas

É muito comum ter-se seqüências de comandos repetidas em um mesmo

programa. Desta forma a utilização de subprogramas e/ou subrotinas contendo estas

seqüências traz grande economia de tempo de digitação e espaço ocupado na

memória da máquina. Também simplifica alterações, pois apenas um lugar deve ser

alterado. Alguns exemplos de utilização são:

• Quando os movimentos para execução de um conjunto de furos devem ser

repetidos para mais de uma operação.

• Quando um perfil deve ser repetido ou espelhado, seus comandos devem

estar em um subprograma/subrotina.

• Quando um perfil deve ser usinado em várias profundidades, deve-se utilizar

a repetição do subprograma/subrotina e utilizar um avanço incremental logo

em seu início.

Um subprograma é um arquivo separado do programa principal. Pode ser

chamado por qualquer outro programa. Já, uma subrotina é um conjunto de linhas de

programa que estão colocadas dentro do próprio programa principal, e só pode ser

utilizado por este. Um programa principal pode conter várias subrotinas e também fazer

uso de vários subprogramas.

Para simplificar o entendimento do programa principal e também dos

subprogramas e subrotinas, é sempre importante colocar comentários indicando sua

função ou a que programa principal pertence.

Chamada de subprograma (M98)

O comando M98 faz com que o processamento do programa passe a ser

executado no subprograma indicado pelo parâmetro P. Além disto pode-se definir

quantas vezes o subprograma será executado através do parâmetro L (se for omitido

será considerado como L1, ou seja, será executado uma vez).

M98 P___ L___

Retorno ao programa principal (M99)

No final de um subprograma deve-se utilizar este comando, que não possui

parâmetros, para que o processamento retorne ao programa que o chamou, na linha

logo após G98.

Define subrotina modal (G66)

93

Este comando define uma determinada subrotina (passada com um parâmetro)

como sendo modal, ou seja, após cada comando que gera um movimento dos eixos a

subrotina será executada.

Cancela a subrotina modal (G67)

Este comando cancela a utilização da subrotina modal. Não possui parâmetros.

4.10 Macros e programação paramétrica

Macros são funções que permitem realizar cálculos, receber valores via teclado,

enviar mensagens para o operador e tomar decisões lógicas durante a execução de um

programa CNC. O termo programação paramétrica indica que, através de parâmetros

(valores) passados pelo operador ao programa, este executa a mesma usinagem, mas

de forma diferente. Por exemplo, a parametrização mais comum é relacionada à escala

da peça.

Na Fadal, por exemplo, toda linha de programação que conter uma macro

deverá ter em seu início o caractere #. Para trabalhar com macros pode-se utilizar até

100 variáveis de memória, indicadas de V1 até V100. Além disto pode-se trabalhar com

outras variáveis internas do comando:

D1 até D99: diâmetros de ferramenta;

H1 até H99: comprimentos de ferramenta;

FX1 até FX48: zero-peça em X;

FY1 até FY48: zero-peça em Y;

AX, AY e AZ: posição atual dos eixos;

TN: número da ferramenta em uso;

R0 até R9: variáveis paramétricas.

Além das operações aritméticas usuais (+ - * /), as funções matemáticas

disponíveis são:

ABS: valor absoluto; INT: valor inteiro;

ATN: arco tangente; RND: arredondamento;

COS: coseno; SQR: raiz quadrada;

SIN: seno; SGN: sinal de um valor.

94

Também existem comandos específicos para o controle lógico do programa,

permitindo tomar decisões que levarão a novos caminhos. São eles:

SET DEGREES ou SET RADIANS

Define se os ângulos serão tratados em graus ou radianos.

CLEAR

Zera variáveis V. Utilizado sozinho, zera todas as variáveis. Se for especificada

uma variável, apenas ela será zerada. Pode-se zerar uma faixa de variáveis utilizando

um sinal de menos entre a primeira e a última. Também é possível especificar várias

variáveis e várias faixas simultaneamente, bastando separá-las por vírgula.

GOTO

Permite saltar diretamente para uma linha específica do programa, indicada por

seu número (palavra N).

IF – THEN

Permite comparações para tomada de decisão. Utiliza para as comparações os

sinais >, <, =, >=, <= e <>. Também podem ser utilizadas as funções lógicas AND, OR

e NOT.

INPUT

Permite a entrada de valores através do teclado. Usado sempre com variáveis V.

PRINT

A finalidade desta função é enviar mensagens e dados para a tela do comando.

Para enviar um texto ele deve estar fechado por caracteres aspas. Pode-se, numa

mesma linha, enviar vários textos e vários dados (variáveis), bastando para isto separa-

los por virgula.

SET RNDx

Determina em qual casa decimal, indicada por x, será realizado o

arredondamento quando for utilizada a função RND.

Observação

As variáveis paramétricas não podem receber o conteúdo de uma expressão

aritmética. Sendo assim deve-se armazenar o resultado da expressão em uma variável

95

V e na linha seguinte transferir seu conteúdo para uma variável paramétrica R. Veja o

exemplo abaixo:

#V1=((V2*3)+(V3/4))*COS(V5)

#R9=V1

G0 X+R9

96

Exercício 14 – Utilize um subprograma para a furação da peça da figura abaixo.

Primeiro utilize T1 para os furos de centro à profundidade de 5 mm, 150 mm/min e

2000 rpm. Depois utilize a broca T2 para os furos de 5 mm de diâmetro à 850 rpm e

200 mm/min. Finalmente utilize T3, que é uma fresa de diâmetro 10 mm, à 480 rpm e

80 mm/min para usinar os rebaixos.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

97

Exercício 15 – Um dispositivo de sujeição permite fixar 4 peças simultaneamente.

Desenvolva um programa que faça o acabamento do perfil de cada peça. Utilize um

subprograma em coordenadas incrementais para esta tarefa. Considere que a peça

possui 4 mm de altura e que será executada em apenas uma passada.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

98

Exercício 16 – O desenho da peça abaixo mostra o perfil de uma peça de 15 mm de

espessura cujo perfil deverá ser usinado em passes de 1 mm. Programe o perfil em um

subprograma com avanço incremental vertical para possibilitar sua repetição. A

referência Z está na face superior.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

99

Exercício 17 – O desenho da peça abaixo mostra o perfil de uma peça de 15 mm de

espessura cujo perfil deverá ser usinado em passes de 1 mm. Programe o perfil em um

subprograma com avanço incremental vertical para possibilitar sua repetição. A

referência Z está na face superior.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

100

Exercício 18 – O desenho da peça abaixo mostra o perfil de uma peça de 15 mm de

espessura cujo perfil deverá ser usinada em passes de 1 mm. Programe o perfil em um

subprograma com avanço incremental vertical para possibilitar sua repetição. A

referência Z está na face superior.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

101

REFERÊNCIAS

ARNONE, M. (1998). High performance machining. Hanser Gardener Publications.

Cincinnati, OH. ISBN 1-56990-246-1. p. 297.

BECK, H.W. (1998). Alta velocidade e ferramentas de alto desempenho reduzem o

tempo de usinagem. Máquinas e Metais, n.387, p.40-47, abr.

BOUJELBENE, M.; MOISAM, A.; TOUNSI, N.; BRENIER, B. (2004): Productivity

enhancement in dies and molds manufacturing by the use of C1 continuous

tool path. International Journal of Machine Tool & Manufacturing. N.44, p.101-

107.

CAVICHIOLLI, F. A. (2003). Usinagem em altíssimas velocidades. Érica, p. 214.

CHANG, T., WYSK, R. A., WANG, H. (1998). Computer-Aided Manufacturing. 2nd ed.

p. 748.

CHENA, T. Y.; HOUA, P. H.; CHIUB, J. Y. (2002). Measurement of the ballscrew

contact angle by using the photoelastic effect and image processing. Optics

and Lasers in Engineering. N. 38. p. 87-95.

EMCO (1979). Manual de programação e operação do torno CNC EMCO COMPACT 5.

Editado por EMCO Maier & Co., Áustria.

FAROUKI, R. T.; MANJUNATHAIAH, J.; YAN, G. F. (1999): G codes for the

specification of Pythagorean- hodograph tool paths and associated feedrate

functions on open-architecture CNC machines. International Journal of

Machine Tools & Manufacturing, v. 39, p.123-142.

GE FANUC AUTOMATION: User Manual. 160-180i MA controller.

KIM, S. K.; CHO, D. W. (1997). Real-time estimation of temperature distribution in a

ball-screw system. International Journal od Machine Tools Manufacturing.

Vol. 37, N 4, p. 451-464.

KIRSCHNIK, G. M. (1997). Características técnicas de comando numérico

computadorizado para HSC. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE ALTA

TECNOLOGIA – USINAGEM COM ALTÍSSIMA VELOCIDADE DE CORTE E

ALTA PRECISÃO, 2., 1997, Santa Bárbara d’Oeste – SP. Anais... Santa

Bárbara d’Oeste – SP, UNIMEP. p.1-15.

102

KOREN, Y. (1989). In: AMERICAN SOCIETY FOR METALS. Metals handbook. 9th ed.

Metals Park, Ohio, USA. v.16 - Machining, p.613-617.

LIANG, S. Y.; HECKER, R.; LANDERS, R. (2002). Machining process monitoring and

control: The State-of-the-art. Proceedings of ASME International Mechanical

Engineering Congress. New Orleans, US, nov. 2002.

LUGGEN, W. W. (1983). Fundamentals of Numerical Control. Delmar Publishers, 2nd

ed. p. 287.

LUGGEN, W. W. (1988). Fundamentals of numerical control. Delmar Publishers Inc.

2nd ed. p.287.

LYNCH, M. (1992). Computer Numerical Control for Machining. McGraw-Hill. ISBN 0-

07-039223-4. p. 142.

LYNCH, M. (1994). Computer Numerical Control Accessory Devices. McGraw-Hill. p.

261.

MONREAL, M.; RODRIGUEZ, C. (2003). Influence of tool path strategy on the cycle

time of high-speed milling. Computer-Aided Design, v. 35, p. 395-401.

THE SIMULATION PROGRAM OF TRAINING ROBOT SLR 1500. Poppeová, V.;

Urícek, J. & Máca, M. http://fstroj.utc.sk/journal/engl/papers/023_2002.PDF

WATANABE, K. (1996). Exemplos de projeto de fusos de alta velocidade e os métodos

de balanceamento. Máquinas e Metais, n.366, p.74-86, jul.

WECK, M.; SCHUMACHER, A.; QUEINS, M. (1999). Nova geração de máquinas-

ferramenta de alta velocidade. Máquinas e Metais, n.401, p.16-39, jun.

WITTE, H. (1998). Máquinas Ferramentas. Hemus. p.395. cap. 3.

103

APÊNDICE 1 – Peças de Xadrez

104

PEÃO

105

TORRE

106

CAVALO

107

BISPO

108

RAINHA

109

REI

110

APÊNDICE 2 – Comunicação Serial

111

A2.1 COMUNICAÇÃO SERIAL

A2.1 Introdução

A velocidade de transferência é definida em bits por segundo (Baud rate) e pode

variar entre 110 até 115200 baud’s, para os comandos mais modernos. Esta

velocidade de transferência de dados entre o DNC e a máquina CNC é um fator que

limita a velocidade de avanço a ser utilizada na operação. Quando se trabalha com

velocidade de avanço relativamente baixa, esta taxa de transferência não é

representativa. Quando a velocidade de avanço supera a capacidade de transmissão,

pode ocorrer solavanco na máquina, com descontinuidades durante a movimentação,

degradando a qualidade superficial.

A2.2 Protocolo de comunicação serial RS 232

Uma das maneiras utilizadas para realizar a comunicação entre dois dispositivos

computacionais é a utilização da interface elaborada pela Associação das Indústrias

Eletrônicas (Electronic Industries Association-EIA) denominada RS232. Esta interface

padrão permite a transferência de dados entre dois dispositivos, como por exemplo, um

computador (ou um DNC) e uma máquina CNC.

Por especificação, o conector possui 25 pinos, com a voltagem variando entre -3

e 4 volts. Destes 25 pinos, em geral apenas 9 são implementados e a disposição dos

pinos deve estar condizente entre os dois equipamentos a serem conectados. A

velocidade de comunicação, como já apresentado, é dada em bits por segundo (baud

rate) e deve ser definida igualmente para os equipamentos.

Alguns outros parâmetros devem ser atribuídos em ambos os dispositivos para

tornar possível a comunicação:

• Porta de comunicação: COM 1 ou COM 2;

• Velocidade de comunicação (baud rate): A quantidade de bits por segundo

deverá ser igual para os dispositivos envolvidos;

• Data bit: O tamanho da palavra é o número de dígitos binários que forma um

caractere. A maioria dos CNC requer uma palavra de 7 bits além de um bit

de paridade, totalizando 8 bits para representar uma palavra.

• Paridade: A paridade auxilia os dispositivos envolvidos a checar possíveis

erros de transmissão em cada caractere. A maioria dos dispositivos

112

possibilita três opções de paridade: par, impar ou sem paridade (não checa

possíveis erros).

• Stop bits: O parâmetro stop bit define o final de cada palavra. Em geral é

utilizado o valor 2.

• Handshaking: O dispositivo receptor possui uma área limitada para

armazenamento temporário de dados. Quando está área estiver utilizando

toda sua capacidade, uma informação deverá ser enviada para que o

emissor cesse, por um período, o envio de dados. Quando o receptor estiver

apto a receber outro volume de dados, este deverá enviar ao emissor esta

informação. Esta comunicação é denominada handshaking.

A Figura A2.1 demonstra o menu de definições dos parâmetros de comunicação

de um software comercial, utilizado para realizar a comunicação entre um computador

e um CNC fabricado pela FANUC.

Figura A2.1 - Parâmetros de comunicação serial.

A2.2 Padrão Ethernet

Este é um padrão de rede local amplamente utilizado a partir da década de 90. É

um sistema flexível, barato e com velocidade de transmissão de dados entre 4 e 10

Mbp/s. Com isso se torna um padrão extremamente superior ao RS 232. Sistemas

CNC modernos podem oferecer este padrão para conexão com um computador

externo.

113

APÊNDICE 3 – Rosca Cônica

114

A3.1 SEQÜÊNCIA DE CÁLCULOS PARA ROSCA CÔNICA

A Figura A3.1 apresenta a rosca que será utilizada neste exemplo. Como mostra

o desenho, é uma rosca NPT, com passo de 11.5 fios/pol e ângulo de 1º 47’.

Figura A3.1 – Exemplo de rosca cônica.

Definição de L (número de passes em vazio)

Não há nenhum cálculo envolvido. Basta escolher o número de vezes que a

ferramenta irá repassar a rosca para dar um melhor acabamento.

Definição de U (profundidade do último passe)

Também não há cálculo envolvido. Basta determinar a profundidade que a

ferramenta avançará para dar o passe final, no diâmetro. Por exemplo, se for

programado U0.1 significa que no último passe a ferramenta irá aprofundar-se 0.05 mm

no raio.

Definição de W (ângulo de saída da rosca)

Basta escolher como a ferramenta irá mover-se para terminar a rosca. Tem-se

W0 para 0º, W1 para 30º, W2 para 45º e W3 para 60º

Definição de B (ângulo de alimentação da rosca)

Se não for programado, a cada novo passe, a ferramenta posiciona-se no centro

do passe anterior, como mostra a Figura A3.2, à esquerda. Quando programa-se o

115

ângulo de alimentação da rosca, a cada novo passe a ferramenta posiciona-se em uma

face já usinada, como mostra a Figura A3.2, à direita. O valor a ser programado deve

ser a metade do ângulo da ponta da ferramenta. Por exemplo, se for uma rosca

métrica, a ponta da ferramenta terá 60º, e neste caso programa-se B30.

Figura A3.2 – Formas de abertura da rosca.

Definição de A (ângulo entre as entradas da rosca)

É utilizada quando a rosca é de múltiplas entradas. Neste caso, para cada

entrada da rosca existirá uma linha de programa com G37, onde a única diferença será

o valor de A. Para a primeira entrada adota-se A0. Para as demais entradas coloca-se

o ângulo da entrada. Por exemplo, para uma rosca de duas entradas teremos A0 e

A180. Para uma rosca de três entradas teremos A0, A120 e A240. Para uma rosca de

quatro entradas será A0, A90, A180 e A270.

Cálculo de K (passo da rosca)

Se o passo fornecido já está em milímetros, não será necessário nenhum

cálculo. Basta programar diretamente o valor de K. Se o passo fornecido for em fios por

polegada basta utilizar a equação abaixo.

[ ] [ ]pol/fios passo

4.25 mm passo =

Cálculo de D (profundidade da primeira passada)

Antes de calcular o valor de D deve-se calcular o valor de H (altura do filete).

Para cada tipo de rosca utiliza-se uma equação diferente. Abaixo tem-se as equações

para rosca métrica e NPT. Observe que os valores calculados estão em diâmetro.

Rosca métrica: H = 1.3 * passo Rosca NPT: H = 1.732 * passo

passes de número

H D =

116

Cálculo de I (conicidade da rosca)

Para calcular o valor de I basta utilizar a equação abaixo. Observe que o ângulo

deve ser fornecido na forma decimal e a calculadora estar configurada para graus

(deg). Se o ângulo estiver na forma de graus e minutos, deve-se antes converte-lo,

utilizando a equação abaixo.

60

minutos graus ângulo += ( )ângulo tg* passo * 2 I =

Definição da posição inicial da ferramenta

Antes de ser programada a linha de G37 deve-se programar uma aproximação

com G0. O diâmetro deve ser superior ao diâmetro final da rosca, não havendo

nenhum cálculo envolvido Escolha um valor inteiro.

O comprimento Z deve estar distanciado do início da rosca, no mínimo, com o

dobro do passo. Esta distância é necessária para que a ferramenta saia da velocidade

zero e atinja a velocidade constante F antes de tocar a peça. Escolha um valor inteiro

também. A Figura A3.3 ilustra as cotas envolvidas.

Figura A3.3 - Cotas envolvidas em rosca cônica.

Definição de Z (posição final da rosca)

É a cota Z do final da rosca, bastando para isto verificar o desenho.

Cálculo de X (diâmetro final da rosca)

Para calcular o valor de X basta utilizar as equações à seguir, em seqüência.

117

Altura = comprimento * tg(Ângulo)

X = Xinicial – H – 2 * Altura

Figura A3.4 - Cotas envolvidas em rosca cônica.

Cálculo de E (distância do ponto inicial até a crista da rosca)

Basta utilizar a equação: E = X de aproximação – X – H

Figura A3.5 - Cota E.