Fresadora Cnc - Helder Jos Costa Carozzi

FACULDADE ASSIS GURGACZ - FAG HELDER JOSÉ COSTA CAROZZI

PROJETO DE UMA FRESADORA CONTROLADA POR COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO - CNC

CASCAVEL 2005

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HELDER JOSÉ COSTA CAROZZI

PROJETO DE UMA FRESA CONTROLADA POR COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO - CNC

Trabalho apresentado como requisito para obtenção do titulo de bacharel em Engenharia de Telecomunicações da Faculdade Assis Gurgacz - FAG. Orientador: Prof. Alvaro Juliano Vicente, MSc

CASCAVEL 2005

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PROJETO DE UMA FRESA CONTROLADA POR COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO - CNC

Trabalho apresentado como requisito para obtenção do titulo de bacharel em Engenharia de Telecomunicações da Faculdade Assis Gurgacz - FAG. Orientador: Prof. Alvaro Juliano Vicente, MSc

CASCAVEL 2005

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PROJETO DE UMA FRESADORA CONTROLADA POR COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO - CNC Trabalho apresentado como requisito para obtenção do titulo de bacharel em Engenharia de Telecomunicações da Faculdade Assis Gurgacz - FAG.

BANCA AVALIADORA

____________________________________________ Professor Orientador: Prof. Alvaro Juliano Vicente, MSc

____________________________________________ Professor Avaliador: Yuri Ferruzzi, MSc

____________________________________________ Professor Avaliador: Vânio da Maia, MSc

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A Elizangela, Minha amada esposa. Companheira, amiga, conselheira, ... ... pela ajuda, compreensão e paciência. Nossos filhos, João Gabriel e Rebeca, por tornar meus dias mais doces...

AGRADECIMENTOS A Deus, Deus, que está acima de todas as coisas, por ter permitido a realização deste trabalho. Agradeço ao professor Oliveiro, Oliveiro, por sua atenção em tirar algumas de minhas dúvidas quanto ao hardware de eletrônica. Ao professor Yuri, Yuri, por se dispor em me tirar algumas dúvidas quanto à simbologia, bem como na sua disposição em querer ajudar quanto a sistemas de potência. A professora Tânia, Tânia, pelo seu apoio e incentivo. Quero agradecer, também, ao meu professor orientador, Professor Alvaro, Alvaro, por ter acreditado e aceito a proposta apresentada, dividindo com o acadêmico, os riscos deste trabalho. Agradeço, em especial, os Professores Stênio Rocha e Vânio da Maia, Maia, que em um dado momento da minha vida de acadêmico, acreditaram no meu potencial e me fizeram ir para mais além..., pois, apesar de todo profissionalismo apresentado, sempre procuraram nos trazer algo a mais, algo de mais humano. Aos meus colegas e amigos acadêmicos, em especial o Edvaldo, Edvaldo, o Jairo e o Morato por termos juntos, formarmos uma equipe unida e campeã. A SANDVIK do Brasil S.A. - Divisão Coromant, Coromant, na pessoa do Sr. Francisco A. Cavichiolli, Cavichiolli, do Departamento Técnico, pelas informações técnicas prestadas e doação de uma fresa específica às características do projeto desenvolvido. A ACTION MOTORS, MOTORS, na pessoa da Sra Francine Iamamoto, pela doação de um motor de passo com as características necessárias ao especificado pelo projeto.

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Ao Eng. Renato Batista Santos, Santos, consultor da empresa Brasil Telecom S.A., que intermediou junto às empresas: Supridata, Supridata, Giombbeli e Fipal a obtenção de hardwares de informática obsoletos para aproveitamento de peças na confecção do protótipo. Em fim, agradeço a todos que à sua maneira, e dentro do que lhes eram possível, contribuíram para este momento.

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RESUMO Este trabalho apresenta o projeto e o protótipo de uma fresadora controlada por comando numérico computadorizado ( CNC ) para ser utilizada com fins acadêmicos. São discutidos detalhes de sua construção e operação. São abordadas também as várias possibilidades e capacidades deste protótipo validado mediante testes de ajustes. Também são discutidas possíveis aplicações deste equipamento no processo de confecção de dispositivos de microondas através do processo de usinagem. Palavras chave: protótipo, validação, aplicações.

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ABSTRACT This work presents the project and the prototype of a mill machine controlled by numerical command computadorizado (CNC) for to be utilized with academic ends. They are discussed details of their construction and operation. They are approached also the several possibilities and capacities of this prototype validated by means of you quiz of you adjust. Also they are discussed possible application of this equipment in the trial of confecção of devices of microwaves means of the trial of milling. Words key: prototype, validation, application.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 2.1

Máquina ferramenta -fresadora

Pág.: 17

Figura 7.1.1.1 Lateral esquerda - CNC projetada

Pág.: 41

Figura 7.1.1.2 Vista frontal – CNC projetada

Pág.: 42

Figura 7.1.2.1 Eixo X - (a) Vista Inferior , (b) Frontal

Pág.: 43

Figura 7.1.2.2 Eixo Y - (a) Frontal , (b) Lateral

Pág.: 44

Figura 7.1.2.3 Eixo Z - Vista Frontal

Pág.: 45

Figura 7.1.4.1 Articulação elástica – junta a metais Rotex

Pág.: 46

Figura 7.1.4.2 Articulação elástica em nylon .

Pág.: 47

Figura 7.1.6.1 Layout Módulo 78X

Pág.: 51

Figura 7.1.6.2 Layout Módulo LM317X

Pág.: 52

Figura 7.1.7.1 Layout – circuito impresso controle

Pág.: 53

Figura 7.1.7.2 Layout – vista inferior - circuito impresso trilhas

Pág.: 53

Figura 8.1.1

Pág.: 56

Fresadora MAKITA - Chinesa

Figura 10.1.1 Figura 10.1.1 – Estrutura em MDF

Pág.: 62

Figura 10.1.2 Figura 10.1.2 – Parafusos na fixação da estrutura

Pág.: 63

Figura 10.2.1

(a) exemplo de fixação motor de passo – eixo X, (b)

Pág.:66

fixação módulo de potência

Pág.: 67

Figura 10.3.1 Fixação fresadora ao eixo Z

Pág.: 68

Figura 10.4.1 Aspecto final da Máquina Ferramenta - CNC

Pág.: 69

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SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO ....................................................................................................13 2 – FRESADORA CNC.............................................................................................16 2.1

-

MÁQUINA

FERRAMENTA

COM

COMANDO

NUMÉRICO

COMPUTADORIZADO – CNC ......................................................................16 2.2 – FRESADORA CNC...............................................................................17 2.3 – TIPOS DE SERVIÇO.............................................................................18 2.4 – GRAU DE PRECISÃO REQUERIDO EM FUNÇÃO DO TRABALHO A SER REALIZADO..........................................................................................19 3 – CONFIGURAÇÃO DA FRESADORA CNC E MATERIAIS UTILIZADOS..........20 3.1 – CONFIGURAÇÃO.................................................................................20 3.2 – NATUREZA DO MATERIAL A SER TRABALHADO...........................20 4 – ASPECTOS MECÂNICOS..................................................................................22 4.1 – FORÇAS DE USISNAGEM...................................................................22 4.1.1 – VELOCIDADE DE AVANÇO - Vf ..............................................23 4.1.2 – ROTAÇÃO DA FERRAMENTA - n...........................................24 4.1.3 – DIÂMETRO DA FERRAMENTA - d..........................................25 4.1.4 – TIPO DE CORTE .....................................................................25 4.1.5 – VELOCIDADE DE CORTE - Vc ................................................25 4.2 – ESCOLHA DA FRESADORA ...............................................................26 4.3 – ESTRUTURA ........................................................................................27 4.4 – TÉCNICA DE TRANSMISSÃO DE MOVIMENTOS..............................28 4.5 – TIPOS DE MOTORES...........................................................................29

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4.6 – SISTEMAS DE ACOPLAMENTO .........................................................29 5 - ELETRÔNICA APLICADA ..................................................................................31 5.1 – ESCOLHA DOS DRIVERS ...................................................................31 5.2 – FONTES DE ALIMENTAÇÃO ..............................................................32 6 – SOFTWARES ....................................................................................................34 6.1 – PROGRAMAS COMANDO NUMÉRICO ..............................................34 6.2 - LINGUAGEM G (G-Code) .....................................................................35 6.3 - SOFTWARES CAD/CAM DISPONÍVEIS...............................................36 6.4 – O SOFTWARE TurboCNC ...................................................................37 6.5 – SOFTWARES DE CONVERSÃO PARA G-Code.................................37 7 – CRITÉRIOS PARA O PROJETO........................................................................39 7.1 – PROJETO CAD ....................................................................................39 7.1.1 – DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA.................................40 7.1.2 – SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO (CARRO).............................42 7.1.4 – SISTEMA DE ACOPLAMENTO ...............................................46 7.1.5 – CIRCUITO ELETRÔNICO DE CONTROLE E DE POTÊNCIA 47 7.1.6 – CIRCUITO IMPRESSO – POTÊNCIA......................................50 7.1.7 - CIRCUITO IMPRESSO – CONTROLE.....................................52 8 – ESCOLHA DA FRESADORA E FRESA A SER UTILIZADA NO PROJETO ....55 8.1 – FRESADORA MAKITA.........................................................................55 8.2 – A ESCOLHA DA FRESA......................................................................57 9 – SOFTWARE ESCOLHIDO..................................................................................58 10 – MÉTODOS E MATERIAIS ................................................................................59 10.1 – ESTRUTURA ......................................................................................59

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10.2 – ELETRÔNICA.....................................................................................63 10.3 – FIXAÇÃO DA FRESADORA AO EIXO Z ...........................................67 10.4 – RECURSOS FINANCEIROS ..............................................................68 11 – RESULTADOS..................................................................................................70 11.1 – PARÂMETROS...................................................................................70 11.1.1 – VELOCIDADE DE CORTE - Vc ..............................................70 11.1.2 – VELOCIDADE DE AVANÇO - V f ............................................71 11.1.3 – TEMPO DE CORTE - t c..........................................................72 11.2 – ROTINA USANDO O TurboCNC ........................................................73 11.2.1 – LIGAÇÃO DOS MOTORES....................................................74 11.2.2 – IMPLEMENTANDO UMA ROTINA EM G-CODE NO TURBO CNC...........................................................................................75 11.2.3 – IMPLEMENTANDO UMA ROTINA COM O MATLAB ............ 76 12 – CONCLUSÃO ...................................................................................................79 13 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................82 14 – ANEXOS ...........................................................................................................85 14.1 – TABELA DUREZA ROCKWELL E VELOCIDADES DE CORTE E AVANÇOS CONSIDERADOS .......................................................................85 14.2 – LINGUAGEM G-CODE (DAK Engineering) ......................................86 14.3 – PROJETO CAD – PLANTA A-4 – CIRCUITO ELÉTRICO – LAY-OUT MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA 78X ..............................................87 14.4 – PROJETO CAD – PLANTA A-4 – CIRCUITO ELÉTRICO – LAY-OUT MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA LM317X.......................................88 14.5 – FRESA SANDVIK COROMANT - R216.32-06030-AC10A H10F......89

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14.6 – RECURSOS FINANCEIROS ..............................................................90 14.7 – ROTINA MATLAB...............................................................................93 14.8 – PROJETO CAD – PLANTA A-1 – FRESADORA CNC – ESTRUTURA MECÂNICA....................................................................................................95 14.9 - PROJETO CAD – PLANTA A-1 – HASTES ROSQUEADAS M12 EIXOS X Y Z ..................................................................................................96 14.10 - PROJETO CAD – PLANTA A-1 – CIRCUITO ELÉTRICO...............97 14.11 - PROJETO CAD – PLANTA A-1 – LAY-OUT PLACA MÓDULO CONTROLE CNC ..........................................................................................98

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1 – INTRODUÇÃO O trabalho apresentado descreve o projeto e o protótipo de uma fresadora controlada por comando numérico computadorizado ( CNC ) e a sua precisão (respostas) aos comandos aplicados e comportamento na execução de trabalhos de usinagem. Para tanto foi necessária a realização de um estudo a fim de definir, mesmo em termos didáticos, que tipos de materiais e serviços de usinagem poderiam ser realizados e, conseqüentemente, que tipos de materiais alternativos e específicos poderiam ser utilizados na sua construção, necessários aos diferentes tipos de fresadoras CNC, construídas com 3 (três) ou 5 (cinco) eixos. Foi feito um estudo da concepção mecânica da mesma, considerando as forças de usinagem, seleção da rotação e tipo de ferramenta, estrutura, transmissão de movimentos, motores e sistemas de acoplamento. Ainda, qual a eletrônica necessária considerando drivers e alimentação do conjunto e, finalmente, qual o soft/interface a ser empregado no controle da execução dos serviços a serem realizados. Tem-se também que a motivação para o desenvolvimento deste trabalho foi a capacidade de poder aplicar conhecimentos adquiridos ao longo do curso, sedimentando-os e, principalmente, poder perceber se os mesmos estavam ou não, em sintonia com o mercado, levando o futuro profissional a desenvolver sua capacidade de coletar uma série de informações, sintetizando tais elementos em algo concreto externado em um produto e/ou solução.

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Este trabalho foi dividido em capítulos, como segue:

•

FRESADORA CNC: Conceituação do que vem a ser uma fresadora CNC, bem como os tipos de serviço por ela realizado.

•

CONFIGURAÇÃO DA FRESADORA CNC E MATERIAIS UTILIZADOS: Abordagem da configuração, modalidade de usinagem e natureza do material a ser trabalhado.

•

ASPECTOS MECÂNICOS: São abordados os itens relativos aos conceitos físicos que definem o seu funcionamento.

•

ELETRÔNICA APLICADA: Descrição dos drivers bem como sistemas de potência requeridos.

•

SOFTWARES: Sistemas de instrução normatizados e softwares específicos disponíveis.

•

CRITÉRIOS PARA O PROJETO: Abordagem dos critérios envolvidos na elaboração do projeto e execução do protótipo.

•

ESCOLHA DA FRESADORA E FRESA A SER UTILIZADA NO PROJETO: Critérios para escolha da fresadora e fresa em função dos parâmetros do projeto.

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•

SOFTWARE ESCOLHIDO: Apresentação das razões para escolha do software.

•

MÉTODOS E MATERIAIS: Abordagem dos materiais utilizados, e sistemas de montagem, tanto da parte mecânica quanto da parte elétrica/eletrônica, empregada na confecção do protótipo. Também são apresentados quais os valores desembolsados (custos) envolvidos na sua construção.

•

CONCLUSÃO: Considerações com base nos resultados obtidos do comportamento da fresadora CNC. Ainda, é comentada e sugerida, possibilidade de que outros Trabalhos de Conclusão de Curso -TCC possam surgir a partir deste, além de algumas possibilidades interdisciplinares de aplicação.

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2 – FRESADORA CNC Neste capítulo aborda-se o que vem a ser uma Máquina Ferramenta com Comando Numérico Computadorizado – CNC e uma Fresadora CNC, tipos de serviço por ela realizado, bem como grau de precisão requerido em função do trabalho a ser realizado.

2.1

-

MÁQUINA

FERRAMENTA

COM

COMANDO

NUMÉRICO

COMPUTADORIZADO – CNC

Uma máquina ferramenta com Comando Numérico Computadorizado – CNC, é uma máquina que realiza a seqüência do seu trabalho mediante recurso programado, baseado em comando numérico , que são sistemas de coordenadas cartesianas para elaboração de qualquer perfil geométrico (x, y) (SILVA, Sidnei Domingues da – 2002). Devido a estas características, a máquina CNC pode apresentar grande precisão

e repetibilidade , necessitando de mínima intervenção por parte do

programador/operador durante a execução do 22/03/2005).

trabalho (www.ctcnc.cjb.net

-

17

2.2 – FRESADORA CNC

Devemos definir o que é uma fresadora . Uma fresadora é uma Máquina Ferramenta, conforme pode ser observado na figura 2.1, composta basicamente por um motor de alta velocidade (em torno de 60.000 rpm), em movimento rotativo contínuo. O motor faz girar um eixo com mandril (spindle - tipo de porta ferramentas), onde são fixados os desbastadores (fresas), que são cortadores giratórios de ângulos diversos, que podem possuir um ou vários freses (elementos

de ação de desbaste), conforme referenciado em FACILCNC e

CTCNC.

Figura 2.1 – Máquina ferramenta, fresadora Fonte: o autor.

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A Fresadora CNC é uma máquina ferramenta do tipo fresadora (CTCNC). A máquina ferramenta CNC possui a característica de poder salvar e carregar os programas NC mediante interface de comunicação, tais como: disquete, cartões de memória, cabo RS 232 e rede Ethernet (HELLENO e SCHÜTZER – 2003).

2.3 – TIPOS DE SERVIÇO

Tanto as fresadoras convencionais quanto as CNC’s, servem para desbastar e cortar materiais metálicos (aço, ferro, alumínio, latão, etc.) ou de outra natureza (plástico, madeira, etc.), processos este denominado usinagem (Ferreira - 1986). São aplicadas, geralmente em usinagem de peças seriadas, sendo que não são utilizadas para altas produções devidas suas ferramentas serem colocadas individualmente, conforme referenciado em CTCNC e FACILCNC. Devido às suas características de operação e aspectos construtivos (precisão e repetibilidade), possuem custos elevados, conforme referenciado em CTCNC, FACILCNC e Histórico do CNC.

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2.4 – GRAU DE PRECISÃO REQUERIDO EM FUNÇÃO DO TRABALHO A SER REALIZADO

A precisão exigida de uma Máquina Ferramenta com Comando Numérico Computadorizado – CNC como no caso da Fresadora CNC, depende da aplicação exigida (Manfé, Pozza e Scarato - 1989). No caso da usinagem de peças de precisão (indústria metal-mecânica), a tolerância exigida pode não aceitar variações superiores a 5 mícrons e acabamento superficial polido de 0,10 mícron (Tanio - 2003).

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3 – CONFIGURAÇÃO DA FRESADORA CNC E MATERIAIS UTILIZADOS Descrição da configuração em função da modalidade de usinagem que será realizada e natureza do material a ser trabalhado.

3.1 – CONFIGURAÇÃO

A configuração refere-se ao número de eixos constituintes da máquina ferramenta CNC, caracterizada por possuir 3 (três) eixos: X, Y e Árvore principal, no caso do Torno CNC (Silva - 2002) ou X, Y, Z, no caso da Fresadora CNC (CTCNC, FACILCNC e Histórico do CNC) e X, Y, Z, A e C, no caso da fresadora CNC de 5 (cinco) eixos.

3.2 – NATUREZA DO MATERIAL A SER TRABALHADO

Foi feito um estudo com base na configuração da Fresadora CNC (3 eixos), considerando a finalidade acadêmica da mesma. Com base neste estudo optou-se por uma fresadora que pudesse usinar materiais metálicos, não ferrosos (devido à sua dureza), tais como alumínio, latão,

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cobre, bronze , entre outros, além de alguns tipos de plásticos e madeira (ou derivados deste).

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4 – ASPECTOS MECÂNICOS

Tão importante quanto definir quais os objetivos da Fresadora CNC é a abordagem dos aspectos mecânicos envolvidos na sua concepção (Bardelli - 2005). São abordadas neste capítulo as forças de usinagem envolvidas no processo, escolha da máquina fresadora , concepção da estrutura , técnica de transmissão de movimentos , tipos de motores e sistemas de acoplamento (Bardelli - 2005).

4.1 – FORÇAS DE USISNAGEM

As forças de usinagem devem, em princípio, ser a primeira matéria estimada (Bardelli - 2005). As forças envolvidas estão em função direta da dureza do material a ser usinado. Quanto maior a dureza (Anexo 14.1), maior a força a ser empregada para trabalhar o material durante o processo de usinagem (corte/desbaste) (Gomes e Vallejos - 2003). A opção por materiais de ligas de alumínio e de cobre possibilita a utilização de parâmetros de corte mais elevados (Gomes e Vallejos - 2003). É com base nestes parâmetros que são ajustadas velocidade de avanço, rotação da ferramenta, diâmetro da ferramenta , tipo de corte e velocidade de corte .

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Estes parâmetros por sua vez definem a rigidez requerida da estrutura a ser utilizada (Bardelli - 2005).

4.1.1 – VELOCIDADE DE AVANÇO - Vf

Como o trabalho de usinagem não é realizado de uma só vez, isto em função de que a ferramenta (fresa) é, geralmente, muito mais estreita do que a superfície a ser trabalhada, torna-se necessário que a ferramenta percorra várias vezes seu trajeto, conforme referenciado em Parâmetros de Corte. Esta repetição deverá ser realizada à pequena distância e paralelamente ao percurso anterior (Parâmetros de Corte). A velocidade de avanço nada mais é do que a velocidade com que esta repetição ocorre compatibilizada com a velocidade de corte. A velocidade de avanço é calculada pela expressão 4.1, (Parâmetros de Corte), conforme segue:

Vf = n x fz x Zn Onde: •

Vf [mm/min] – velocidade de avanço

•

n [min-1] ou [rpm] – rotação da ferramenta

•

fz [mm/dente] – avanço

•

Zn – número de dentes

(4.1)

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A velocidade de avanço é dada em mm/min para o conjunto máquina ferramenta e em mm/dente para a fresa (Parâmetros de Corte).

4.1.2 – ROTAÇÃO DA FERRAMENTA - n

A rotação da ferramenta refere-se ao número de rotações por minuto (rpm) que a fresadora deve entregar ao ao eixo/mandril onde está acoplado a fresa . A rotação n é calculada pela expressão 4.2 (Parâmetros de Corte):

n = 1.000 x Vc π

x

(4.2)

d

Onde: •


•

Vc [m/min] – velocidade de corte

•

d [mm] – diâmetro da ferramenta

Quanto maior a dureza do material a ser usinado (Anexo 14.1) - Dureza Rockwell - HRC, menor será a rotação (rpm) da fresadora e por conseguinte, da velocidade de corte (V c) (Gomes e Vallejos - 2005).

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4.1.3 – DIÂMETRO DA FERRAMENTA - d

O diâmetro da ferramenta refere-se à área mínima de corte/desbaste por ela realizado.

4.1.4 – TIPO DE CORTE

O tipo de corte refere-se à modalidade de usinagem/fresamento a ser realizado. Os tipos de corte podem ser de faceamento , de cantos a 90º, fresamento de canais , de perfis , de moldes e matrizes (Coroguide).

Para cada modalidade de fresamento/usinagem o uso da ferramenta é definido em função da combinação do passo de fresa mais apropriado, juntamente com a classe e a geometria mais adequadas.

4.1.5 – VELOCIDADE DE CORTE - Vc

Velocidade de corte é o espaço que a ferramenta percorre, cortando um material dentro de um determinado tempo (Parâmetros de Corte). A velocidade de corte é dada pela expressão 4.3 (Schützer e Schulz -2003):

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Vc = π x d x n

(4.3)

1.000

Onde: •


•


•

n [min-1] – rotação da ferramenta

4.2 – ESCOLHA DA FRESADORA

A escolha da fresadora adequada ao tipo de trabalho a ser executado é muito importante. Fresadoras mal dimensionadas ao trabalho a ser executada (forças consideradas) pode gerar imprecisões à peça trabalhada durante o processo de usinagem. Caso o conjunto máquina ferramenta ( fresadora/fresa ) seja submetido a uma grande exigência de carga, além dos limites de segurança para o qual o conjunto tenha sido projetado, pode ocorrer o surgimento de vibrações durante o processo (Bardelli - 2005). Além do mais pode ocorrer o desgaste prematuro da fresa, bem como comprometimento da integridade da sua estrutura caso a mesma não seja utilizada dentro das especificações de uso (Gamarra - 2003).

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Um outro aspecto que deve ser considerado, é o limite de variação, tanto do deslocamento axial, radial, além do deslocamento angular do eixo considerado (Manfé, Pozza e Scarato - 1989). Tais aspectos referentes ao funcionamento da máquina ferramenta refletem diretamente na qualidade da peça, tendo relação com a tolerância máxima admissível das dimensões, exigida à peça acabada (Tânio - 2005).

4.3 – ESTRUTURA

A estrutura da fresadora CNC deve ser tal que apresente uma rigidez suficiente para suportar todos os esforços exigidos durante o processo de usinagem. Caso contrário, ela poderá sofrer deformações, diminuindo desta forma a precisão da máquina (Bardelli - 2005). Idealmente, a concepção da máquina tem que ser projetada de tal forma que a sua estrutura apresente ou permita, no mínimo, as seguintes características (Tanio - 2003): •

Elevada rigidez (se possível, mediante adoção de um sistema estrutural monobloco),

•

Alta capacidade de amortecimento

•

Precisões de deslocamento

•

Peso reduzido (partes móveis)

28

•

Pequenas estruturas móveis com elevada freqüência natural de vibração (ressonância)

•

Estabilidade térmica (dilatação/compressão desprezível em relação ás variações de temperatura)

4.4 – TÉCNICA DE TRANSMISSÃO DE MOVIMENTOS

A técnica de transmissão reflete diretamente na precisão do conjunto de movimentos da Fresadora CNC (Bardelli - 2005). Algumas máquinas podem ser dotadas de sistemas de transmissão (eixo) através de conjunto de fusos de esferas de alta precisão. Outras, porém, pode utilizar sistemas de transmissão via correias planas dentadas acopladas diretamente ao eixo do motor. Existem outras ainda que podem ter o seu sistema de transmissão realizado mediante barras rosqueadas comuns (padrão M) ou cremalheiras de medição (Manfé, Pozza e Scarato - 1989).

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4.5 – TIPOS DE MOTORES

Uma máquina ferramenta CNC pode ser movimentada por uma grande variedade de motores. Os mais comuns são: a) motores de corrente contínua com Encoder, b) servomotores c) motores lineares e d) motores de passo (Schützer e Schulz - 2003 e Bardelli - 2005). Os motores de passo

apresentam a vantagem de apresentarem custo

relativamente baixo e implementação de controle simples. Todavia o motor tem como desvantagem a característica de induzir vibrações e possuir velocidade limitada (Bardelli - 2005 e Zuffo - 1990).

4.6 – SISTEMAS DE ACOPLAMENTO

Basicamente, o acoplamento tem como função, fazer com que a força de rotação (energia), velocidade de rotação e sentido de rotação entregue por um motor ao seu eixo, possa efetivamente ser transmitido ao sistema de transmissão (Manfé, Pozza e Scarato - 1989) de um dos eixos que compõem a máquina ferramenta CNC, com o mínimo de perda admissível para cada tipo de máquina considerada. Tais acoplamentos podem ser realizados por uma gama enorme de sistemas de transmissão de potência entre eixos.

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A potência mecânica pode ser transmitida entre eixos coaxiais ou complanares (articulações , embreagens ) e não coaxiais ( correias e polias , correntes e rodas dentadas , rodas de fricção e engrenagens)

(Manfé, Pozza e Scarato - 1989).

No caso de se optar por sistemas de eixos coaxiais ou complanares, e em se tratando de máquina ferramenta CNC, o mais indicado é se utilizar sistemas de acoplamentos com articulações elásticas (deformável) por permitir uma certa compensação dos erros de alinhamento dos eixos por meio de deslocamentos relativos, de pequena amplitude (Manfé, Pozza e Scarato - 1989). Se a opção for sistemas não coaxiais, o mais indicado é se utilizar sistemas de acoplamentos com correias dentadas e polias (Manfé, Pozza e Scarato - 1989).

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5 - ELETRÔNICA APLICADA

Abordagem quanto à escolha dos drivers que são a interface Máquina Ferramenta CNC e o controle, bem como o tipo de fontes de alimentação requeridas pelos motores considerados.

5.1 – ESCOLHA DOS DRIVERS

Os drivers são os elementos responsáveis pela interface entre a Máquina Ferramenta CNC, no caso a Fresadora CNC, e as instruções das estratégias de usinagem (Bardelli -2005). Estas interfaces se apresentam, geralmente, na forma de circuitos eletrônicos (placas de acionamento). O grau de complexidade destes circuitos variam na exata medida com que variam as características das máquinas a serem controladas por tais circuitos (Bardelli - 2005). Existem sistemas complexos onde, associados aos drivers de controle, existem programas CAM (Manufatura Auxiliada por Computador) que por sua vez geram os programas NC (Comando Numérico) que serão executados em uma Máquina Ferramenta CNC (Souza - 2005), contudo, existem drivers mais comuns para o acionamento e controle da fresadora CNC que utiliza motores de passo (Bardelli - 2005).

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Os quatro circuitos eletrônicos (placas de acionamento) mais comuns aplicados a motores de passo são (Bardelli - 2005): •

Micropasso com Chopper,

•

Bipolar com Chopper

•

Bipolar e

•

Phase Drive.

5.2 – FONTES DE ALIMENTAÇÃO

As fontes de alimentação a serem utilizadas pelos motores da Máquina Ferramenta CNC deverão ser concebidas de tal modo a serem o mais estável possível, ou seja, deverão manter as tensões de alimentação relativamente constantes independentemente de variações apresentadas na rede de fornecimento de energia elétrica (Bardelli -2005). Esta situação é requerida de modo que os motores possam ter seu funcionamento correto durante todo o processo de operação da máquina ferramenta CNC, evitando desta forma erros e/ou imprecisões de deslocamentos (Bardelli 2005). No caso das máquinas de uso profissional e industrial, as mesmas são equipadas com circuitos eletrônicos robustos concebidos para realizar este controle adequadamente (SIEMENS - 2005).

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Em se tratando de fresadoras CNC concebidas com motores de passo, esta estabilidade pode ser obtida mediante utilização de fontes chaveadas (Bardelli 2005).

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6 – SOFTWARES A máquina ferramenta CNC, no caso a fresadora CNC, precisa ser instruída para saber “como” fazer uma determinada operação de usinagem. Estas instruções ficam a cargo de softwares específicos para este fim. Tais softwares (CAM) têm a função de converter um determinado objeto (Ex. Desenho CAD), em um conjunto de instruções, gerando os programas NC (Comando Numérico) que serão executados pela máquina (Silva - 2003 e Souza 2005). Serão vistos neste capítulo o que vem a ser um Programa CN (Comando Numérico), linguagem G (G-Code),

alguns softs CAD/CAM disponíveis no mercado

Brasileiro, o soft TurboCNC e alguns softwares de conversão de arquivos para GCode a serem aplicados no TurboCNC.

6.1 – PROGRAMAS COMANDO NUMÉRICO

Para que ocorra a comunicação do homem com a máquina se torna necessário a utilização de códigos, caracterizado pela transformação de um desenho ou peça em números e letras e que não são nada mais nada menos que pura matemática (Silva - 2005).

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O programa CN é estruturado da seguinte forma : •

Bloco de dados ou sentenças :

é constituído por caracteres, ou seja, letras

de endereçamento e algarismos, palavras que juntas tem o objetivo de informar ao comando as operações que devem ser executadas. •

Caracteres :

é um número, letra, espaço, ponto ou qualquer outro símbolo

que signifique algo para o comando (Ex.: A, T, Z, -, etc.). •

Letras de endereçamentos :

são instruções alfabéticas pssadas para o

comando que, por sua vez, podem executar um movimento ou simplesmente assumir nova função (Ex.: G, X, O, B, I, K, etc.). •

Palavras :

é cosntituida por uma letra seguida por um valor numérico.

Dependendo da letra o valor numérico terá que ser específico (Ex.: G00, G01, G66, Z55, X20, K.5, etc.).

6.2 - LINGUAGEM G (G-Code)

A linguagem G (Anexo 14.2) foi adotada pelo sistema ISO de programação como um padrão a ser usado pelos fabricantes de comandos, com algumas normas rígidas, dando a eles a liberdade para a criação de recursos próprios, mantendo as funções básicas e universais, que não podem ser definidas de maneira diferentes e que tenham a mesma finalidade em todos os comandos (Silva - 2002).

36

Um dos comandos mais usados dentro da linguagem ISO e usuários são os seguintes: - comandos: •

FANUC

•

MITSUBISHI

•

MACH

•

SIEMENS

•

MCS

- Usuários: •

Ergomat, Index, Traub, Romi e vários outros fabricantes de máquinas CNC.

6.3 - SOFTWARES CAD/CAM DISPONÍVEIS

Os softwares de CAD/CAM são os elementos que atuam diretamente na geração de estratégias de usinagem (Netto - 2005). Alguns dos principais softs de CAD/CAM em nível mundial e disponível no Brasil, bem como seus respetivos fabricantes, são listados abaixo: •

Visi-Series (Mechtronics)

•

EdgeCAM (SKA)

•

WorkNC (Sescoi)

37

•

Unigraphics (EDS)

•

Delcam (Seacam)

•

Mastercam (CNC Software Inc.)

•

CAD/CAM Cimatron (Cimatron)

6.4 – O SOFTWARE TurboCNC

O TurboCNC (DAK Engineering) é um dos softwares mais utilizados em máquinas CNC’s de contrução simplificada, acionada por motores de passo (Bardelli - 2005). Este programa possui a característica de ser muito leve, possibilitando seu uso em computadores já obsoletos como os antigos PC 486 (manual do TurboCNC) (Bardelli - 2005). O programa possui a característica de interpretar a linguagem G (G-Code).

6.5 – SOFTWARES DE CONVERSÃO PARA G-Code

A utilização de máquinas ferramenta CNC, na verdade, não demanda em sua maioria que o usuário seja um especialista em linguagem G.

38

Em princípio podem ser feitos trabalhos em ferramentas CAD e, posteriormente, transformados para linguagem G, mediante utilização utilização de programas programas que gerem o G-Code, sendo que o Ace Converter é um destes programas (DAK Engineering), convertendo arquivos dxf em G-Code.

39

7 – CRITÉRIOS PARA O PROJETO Serão abordados neste capítulo, todos os critérios e metodologia empregada na elaboração do projeto e protótipo com fins acadêmicos da fresadora CNC. Após ter sido concluída a pesquisa de como deveria ser a concepção básica de uma Máquina Ferramenta CNC, mais precisamente de uma fresadora CNC, foi feito o levantamento de tudo que fosse necessário para a sua elaboração. O projeto foi elaborado com base nos materiais disponíveis, bem como na possibilidade de se investir o mínimo possível na aquisição e confecção das demais partes constituintes, inclusive do soft, essenciais ao funcionamento e operação da fresadora CNC.

7.1 – PROJETO CAD

O projeto CAD foi realizado a contemplar o tipo e dimensionamento da estrutura , sistema de movimentação (carro) , sistema de transmissão de movimento e sistema de acoplamento com

base nas características acadêmicas e didáticas da

máquina. Também foi feito em CAD o projeto do circuito eletrônico de controle e potência , layout da placa de circuito impresso – potência circuito impresso a ser construída - controle.

e layout da placa de

40

7.1.1 – DIMENSIONAMENTO DA ESTRUTURA

A fresadora CNC a ser projetada projet ada deverá possuir liberdade em três eixos. Dois eixos para cobrir o plano X, Y onde ficará material a ser usinado e um terceiro eixo para cobrir o plano Z para permitir movimentos ascendente e descendente da fresadora. Como as hastes e carro que compõem os sistemas de movimento da Fresadora CNC serão provenientes de velhas impressoras matriciais, isto fez com que a área útil (ou efetiva) de trabalho da fresadora ficasse limitada a estes. A atuação efetiva ficou assim definida (deslocamento linear): •

Eixo X = 354mm

•

Eixo Y = 256mm

•

Eixo Z = 102mm

Com base na área útil possível a ser utilizada, foram feitas as adequações estruturais de modo a garantir tais deslocamentos. Como o objetivo neste trabalho, é utilizar a maior quantidade possível de materiais alternativos, se torna muito difícil de se atingir o nível de rigidez estrutural descrito no Capítulo 4, principalmente em função de que a execução do projeto foi realizada, mesmo que em ambiente acadêmico, quase que artesanalmente. Entretanto, após pesquisa, optou-se por usar placas de MDF (Medium Density Fiberboard – Placa de Fibra de Média Densidade) Stander, de 15mm de espessura, como material alternativo na confecção da estrutura do protótipo considerado devido as suas características características (Valença, Roque e Souza – 2005) que são:

41

•

Consistência e algumas características mecânicas que se aproximam às da madeira maciça

•

Maioria de seus parâmetros físicos (resistência) são superiores aos da madeira aglomerada

•

Boa estabilidade dimensional

•

Grande capacidade de usinagem

A estrutura total da CNC ficou com as seguintes dimensões (desconsiderando os motores): •

Comprimento: 708 mm (figura 7.1.1.1)

•

Largura: 632 mm (figura 7.1.1.2)

•

Altura: 805 mm (figura 7.1.1.2)

Figura 7.1.1.1 – Lateral esquerda - CNC projetada Fonte: o autor.

42

Figura 7.1.1.2 – Vista frontal – CNC projetada Fonte: o autor.

7.1.2 – SISTEMA DE MOVIMENTAÇÃO (CARRO)

O sistema de movimentação é obtido mediante a utilização dos carros e hastes utilizadas nas antigas impressoras matriciais. Para os eixo X e Y foram utilizados o conjunto das impressoras matriciais Rima, conforme figuras 7.1.2.1(a), (b) e 7.1.2.2 (a), (b). Para o eixo Z foi utilizado o conjunto da impressora matricial Epson, conforme figura7.1.2.3.

43

(a)

(b)

Figura 7.1.2.1 - Eixo X - (a) Vista Inferior , (b) Frontal Fonte: o autor.

44

(a)

(b) Figura 7.1.2.2 - Eixo Y - (a) Frontal , (b) Lateral Fonte: o autor.

45

Figura 7.1.2.3 - Eixo Z - Vista Frontal Fonte: o autor.

7.1.3 – SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE MOVIMENTO

Para o sistema de transmissão de movimento foram projetados sistemas idênticos para os três eixos (x, y e z). A solução empregada foi a aplicação de barras rosqueadas padrão M, de diâmetro nominal de 12 mm e passo nominal de 1,75 mm por volta completa (360º).

46

7.1.4 – SISTEMA DE ACOPLAMENTO

No projeto, por uma questão de simplicidade, foi definida a disposição dos motores axialmente (ou complanares) em relação aos sistemas de transmissão de movimento. Para o sistema de acoplamento, foi pensado em se utilizar articulações elásticas do tipo juntas a metais Rotex, em conformidade com a figura 7.1.4.1.

Semi-articulação Metálica

Semi-articulação Metálica

Elemento Elástico (roda dentada)

Figura 7.1.4.1 – Articulação elástica – junta a metais Rotex Fonte: Manfé, Pozza e Scarato - 1989

Devido à dificuldade de se encontrar tais juntas no mercado local e, a fim de garantir sempre o menor custo, o acoplamento foi projetado para ser realizado com articulações elásticas confeccionadas em nylon , aplicação metal-mecânica, conforme mostrado na figura 7.1.4.2.

47

Haste Rosqueada

Motor de Passo

Articulação Em Nylon

Figura 7.1.4.2 – Articulação elástica em nylon . Fonte: o autor

O projeto da articulação buscou permitir os adequados deslocamentos axiais, radiais e angulares necessários à transmissão, de maneira suave, da rotação dos motores ao sistema de transmissão de movimento (barra rosqueada padrão M).

7.1.5 – CIRCUITO ELETRÔNICO DE CONTROLE E DE POTÊNCIA

Como os três motores de passo a serem utilizados na movimentação da Fresadora CNC possuem características diferentes, foi necessário projetar sistemas

48

de potência que, ao mesmo tempo em que fornecesse potência adequada a cada um dos motores, pudesse ser facilmente integrado (slots) ao sistema eletrônico de controle (Anexo 14.3 e 4), tornando-se transparente a este. Os motores utilizados são: Motor eixo X (etiqueta identificação impressora): •

Origem: Doação – impressora RIMA XT 250

•

Fabricante: ASTROSYN – MINEBEA CO.,LTDA

•

Made in Thailand

•

Modelo: 23LM-K005-20

•

Angulo de Passo: 1,8 º

•

Passos por volta: 200

•

Enrolamento: Unipolar

•

Tensão de alimentação(nominal): 7Vdc

•

Corrente: 1 A/fase

•

Holding Torque (estimado): 10 kgf.cm

Motor eixo Y (etiqueta identificação impressora): •

Origem: Doação – impressora RIMA XT 250

•

Fabricante: ASTROSYN – MINEBEA CO.,LTDA

•

Made in Thailand

•

Modelo: 23LM-C004

•


•


•


49

•


•

Corrente: 1,2 A/fase

•

Holding Torque (estimado): 7 kgf.cm

Motor eixo Z (catálogo fabricante): •

Origem: Doação – ACTION MOTORS

•

Fabricante: ACTION MOTORS

•

Made in Brazil

•

Cidade/Estado: Indaiatuba - SP

•

Modelo: SM 1.8-B2-SE

•


•


•


•


•

Corrente: 0,6 A/fase

•

Holding Torque: 5 kgf.cm

Foi adotado este procedimento, em função de que, as placas de controle e de potência, pesquisadas no mercado, para acionamento e controle de fresadoras CNC com motores de passo, exigem que todos os motores demandem a mesma tensão de alimentação. A solução aplicada pode ser encarada como um diferencial em termos de sistemas de controle existentes para máquinas com as características similares.

50

Uma outra vantagem é que, o usuário da referida placa, pode ter uma opção à mais para manutenção e/ou troca dos motores garantindo uma maior flexibilidade no processo operacional de uma fresadora CNC constituída de motores de passo. Todos os motores de passo utilizados no projeto são a 6 fios, sendo dois fios de alimentação Vcc e os outros 4 fios para o acionamento de cada uma das fases do motor. Finalmente, a fim de otimizar o controle de movimento dos motores em função do número de fases que cada um possui (4 no total) foi realizado o projeto, mediante pesquisa, de uma placa que acione cada fase, de cada motor, mediante a aplicação de um bit ao drive a ela ligado, nos mesmos moldes de uma Phase Drive. O funcionamento básico de um sistema baseado num Phase Drive (Drive por Fase) consiste aplicar um sinal de nível lógico alto (+5V), proveniente de um dos pinos de saída ou entrada/saída da porta paralela do PC (porta da impressora – conector DB-25), no resistor ligado à base de um transistor NPN de potência, ligado no modo emissor comum. Como o coletor está ligado à fase do motor, o transistor ao conduzir, permite a passagem de corrente pelo enrolamento de fase do motor. Após, basta ir chaveando corretamente as fases, conseguindo desta forma, o controle de giro do motor de passo considerado (Soares – 2003).

7.1.6 – CIRCUITO IMPRESSO – POTÊNCIA

O “layout” da placa de circuito impresso 78x das unidades de potência, mostrado na figura 7.1.6.1, privilegia a característica modular (acoplamento via slot )

51

e fornecimento de tensões positivas padronizadas de 5, 6, 8, 10, 12, 15, 18 e 24 Volts dc, através da utilização de CI’s (circuitos integrados) reguladores de tensão de três terminais série 78 (BOYLESTAD –2004), específico para cada tensão requerida.

(a)

(b)

(c)

Figura 7.1.6.1 – Layout módulo 78x - (a) vista superior: lado componente, (b) vista lado: componentes e sobreposição trilhas, (c) lado inferior: trilhas. Fonte: o autor.

Para o caso da necessidade de tensões fora das tensões fornecidas pela série 78, foi criados o layout da placa de circuito impresso LM317x, também privilegiada pela característica modular (acoplamento via slot ) e fornecimento de tensões positivas ajustáveis de 1,2 a 37 Volts dc, através da utilização de CI’s

52

(circuitos integrados) reguladores de tensão ajustável, de três terminais, neste caso o LM317 (BOYLESTAD –2004).

(a)

(b)

(c)

Figura 7.1.6.2 – Layout módulo LM317x - (a) vista superior: lado componente, (b) vista lado: componentes e sobreposição trilhas, (c) lado inferior: trilhas Fonte: o autor.

7.1.7 - CIRCUITO IMPRESSO – CONTROLE

A concepção da placa de controle, conforme layout apresentado na figura 7.1.7.1, e trilhas lado inferior apresentado na figura 7.1.7.2, teve como objetivo propiciar o adequado controle de cada fase de cada motor considerado, bem como proteger a porta paralela do PC (porta da impressora).

53

Figura 7.1.7.1 – Layout – circuito impresso controle Fonte: o autor.

Figura 7.1.7.2 – Layout – vista inferior - circuito impresso trilhas Fonte: o autor.

54

Para tanto foi projetada, junto com a placa de controle, uma placa buffer para proteger a porta paralela do PC. Os dados da porta paralela (pinos 2 a 9) são ligados ao circuito integrado TTL (Lógica Transistor Transistor) 74LS245, que é um Buffer bidirecional para até oito bits (1Byte ). Os pinos de controle (10 a 14 e 1, 16 e 17) da porta paralela são ligados aos dois circuitos integrados TTL 74LS32 que são postas lógicas do tipo “OU”, que atuarão como buffers de proteção. Nos pinos de controle temos “portas” de entrada e saída, que nos permitirão “escrever” ou “ler” um dado pela placa buffer (Soares – 2003).

55

8 – ESCOLHA DA FRESADORA E FRESA A SER UTILIZADA NO PROJETO A escolha da fresadora e da fresa adequadas a serem utilizadas no projeto, é muito importante no que se refere aos resultados esperados. É necessário, considerando qual o objetivo do projeto, que a máquina ferramenta tenha as condições mínimas para a execução do trabalho e tenha um custo compatível com a proposta. Este capítulo trata, exatamente desta fresadora e fresa a serem utilizados.

8.1 – FRESADORA MAKITA

Como no caso deste trabalho os objetivos são, em princípio, de cunho acadêmico e didático, optou-se por utilizar como fresadora , uma tupia 6 mm marca Makita (a de menor custo entre as nacionais de mesma categoria) modelo 3700B, fabricação nacional (Brasil) com as seguintes especificações técnicas (catálogo online MAKITA): •

Potência: 440 Watts;

•

Tensão de alimentação: 127Vac

•

Velocidade: 28.000;

•

Mandril: capacidade fresa de 6mm (1/4”);

•

Peso: 1,6 Kg.

56

Entretanto, por uma questão de custos, acabou-se optando por uma tupia 6 mm marca Makita, de fabricação chinesa, conforme figura 8.1.1, com as seguintes especificações técnicas (placa de identificação carcaça Tupia): •

Potência: 350 Watts;

•

Tensão de alimentação: 127Vac

•

Velocidade: 30.000;

•

Mandril: capacidade fresa de 6mm (1/4”);

•

Peso: 1,6 Kg.

Figura 8.1.1 – Fresadora MAKITA – Chinesa Fonte: o autor.

57

8.2 – A ESCOLHA DA FRESA

A fresa utilizada será a R216.32-06030-AC10A H10F (Anexo 14.5) por ser a mais indicada para uso geral em alumínio e não ferrosos, conforme informado pelo Departamento Técnico da empresa SANDVIK – divisão Coromant - Brasil, a qual, na pessoa do Sr. Francisco A. Cavichiolli, gentilmente doou uma unidade desta fresa para a continuidade deste projeto.

As características construtivas desta fresa são as seguintes (catálogo on line – SANDVIK Coromant ): •

Weight = 0,0277

•

Zn = 2 mm

•

Dc = 6 mm

•

I2 = 57 mm

•

ap_Max = 10 mm

•

dmm = 6 mm

•

Helix_lsh = 35,5 mm

•

bn = 0,25 mm

58

9 – SOFTWARE ESCOLHIDO Devido às características dos motores de passo empregados na fresadora CNC, bem como as características do drive projetado (drive por fase), foi escolhido o software TurboCNC (DAK Engineering), versão shareware , para a geração de estratégias de usinagem a ser aplicado na Fresadora CNC projetada.

59

10 – MÉTODOS E MATERIAIS Neste capítulo se abordará, todos os elementos materiais empregados na confecção da Fresadora CNC. Serão abordados os aspectos construtivos e montagem da estrutura e módulos de controle e potência além da forma de fixação da fresadora no eixo Z.

O capítulo é encerrado com a apresentação do total de recursos financeiros gerais, desembolsados, único e exclusivamente pelo acadêmico, na elaboração da pesquisa, projeto, confecção e aquisição da fresadora. A descrição detalhada do emprego dos recursos, pode ser vista no Anexo 14.6.

10.1 – ESTRUTURA

Ao se falar em estrutura, considera-se todo o aspecto mecânico envolvidos, bem como todas as ações necessárias ao trabalho que se pretende. Para tanto, houve a disponibilidade de: - Local e Equipamentos: a) Laboratório – FAG/Residência acadêmico: •

Furadeira manual: para realizar os furos na estrutura para os parafusos de montagem da estrutura;

60

•

Furadeira de bancada: para fazer os furos nas ferragens constituintes da estrutura.

•

Serra circular manual elétrica: para os cortes, em ângulo reto (90º), das peças que formaram a estrutura;

•

Serra tico-tico: para os cortes, em ângulos diferentes de 90º e geometrias complexas, das peças que formaram a estrutura;

•

Bancada: necessária a dar condições adequadas de trabalho (altura) e ao suporte dos conjuntos, ferramentas e partes da estrutura;

•

Torno de bancada: utilizado para fixar peças, travando-se seu movimento, de modo a garanti as junções das partes da estrutura da Fresa CNC, de maneira firme.

•

Ferramentas para marcenaria e carpintaria, além de materiais utilizados na montagem e ajuste da estrutura:

•

Básicas e avançadas:

•

Martelo de marceneiro (com unhas);

•

Plaina para madeira manual;

•

Sargentos;

•

Limas;

•

Esquadro metálico de marceneiro;

•

Pincel para cola;

•

Formão;

•

Punção.

61

b) Marcenaria: •

Prancha de MDF de 15 mm para a estrutura;

•

Ripas de diferentes tipos e grossuras, também em MDF;

•

Parafusos para madeira (cabeça chata ou cônica);

•

Cavilhas de madeira de 8 mm;

•

Folhas de lixas para madeira de granulações 80, 100 e 120 para polimento e acabamento;

•

Taco para lixa;

•

Cola branca para madeira (PVA);

•

Cola de secagem instantânea ( cianoacrilato );

•

Brocas para madeira (chata , inteiriças e copo );

•

Lâminas para serra tico-tico corte madeira .

c) Ferragens •

Hastes lisas de aço seção cilíndrica: provenientes das sucatas da velhas impressoras Rima e Epson;

•

Arruelas de cobre;

•

Arruelas de pressão em aço;

•

Arruelas para suporte (furo Ø = 14 mm);

•

Brocas para metal (inteiriças e em milímetros );

•

Lâminas para serra tico-tico corte metal ;

•

Parafusos com porcas (aço e ferro);

•

03 (três) Hastes rosqueadas padrão comercial “M” n.º 12 (12 mm);

62

•

02 (dois) rolamentos 686 ZZ CMC (Ø interno = 6mm, Ø externo = 13mm e Largura = 5mm;

•

6 (seis) rolamentos (dimensões em mm) para Hastes rosqueadas padrão comercial “M” n.º 12 (12mm) com passo de 10mm (Ø interno rolamento = 10mm);

•

6 (seis) mancais de fixação conjugada: a) para rolamentos das hastes rosqueadas, b) hastes rosqueadas, c) eixo CNC e d) articulações elásticas em nylon ;

•

3 (três) articulações elásticas em nylon

Toda estrutura foi confecciona em MDF, conforme figura 10.1.1, sendo unidas e fixadas entre si através do uso de cola branca (PVA), cola de secagem rápida (cianoacrilato ), cavilhas de madeira e parafusos diversos (10.1.2). As ferragens foram fixadas na estrutura, através de cola de secagem rápida (cianoacrilato ) e parafusos diversos.

Figura 10.1.1 – Estrutura em MDF Fonte: o autor.

63

Figura 10.1.2 – Parafusos na fixação da estrutura Fonte: o autor.

10.2 – ELETRÔNICA

Nos mesmos moldes da estrutura, ao se falar em eletrônica, considera-se todos os aspectos elétricos, eletro-mecânicos e uso de semicondutores envolvidos, bem como todas as ações necessárias à realização do trabalho. Foi necessário: - Ferramentas para eletrônica: •

Básicas e avançadas:

•

Chaves de fenda;

•

Chaves philips ;

64

•

Chaves de relojoeiro (fenda e philips );

•

Chaves alen ;

•

Chaves conjugada ( fixa e boca );

•

Paquímetro de 150mm;

•

Alicates de bico;

•

Alicates de corte;

•

Limas;

•

Estiletes para corte;

•

Ferro de solda (40W).

•

Multiteste (Multímetro) True – Fluke

- Materiais diversos: •

Fio de solda;

•

Placa de circuito impresso ( fenolite e fibra de vidro ): os módulos de potência foram executados em placas de circuito impresso de fibra de vidro (40 mm x 90 mm x 2 mm, cada um) e o módulo de controle, por uma questão de custo, em placa de circuito impresso de fenolite (200 mm x 200 mm x 2 mm);

•

Circuitos integrados: 4 (quatro) CI’s TTL, sendo 3 (três) TTL 74LS32 e 1 (um) 74LS245, aplicados no módulo de controle no bloco buffer ;

•

Soquete para CI: um soquete para cada CI aplicado;

•

Transistores: utilizados 12 (doze) unidades do TIP 122, um para cada fase dos motores envolvidos;

65

•

Diodos: utilizados 12 (doze) diodos de potência (até 6 A), 7 (sete) diodos de uso geral (até 1 A) para os módulos de potência e controle;

•

Resistores: utilizados 17 (dezessete) resistores, sendo 12 (doze) de 1 kohm (1/4 Watt), 3 (três) de 10kohm (1/4 Watt), 1 (um) de 2.2 Kohm (1/2 Watt) e 1 (um) de 470 ohm (1/2 Watt);

•

Capacitores: foram empregados na confecção dos módulos de potência e controle (inclusive bloco buffer) 13 capacitores, dos quais 9 (nove) eletrolíticos e 4 (quatro) cerâmicos ;

•

Reguladores semicondutores de tensão: foram utilizados 4 (quatro) CI’s (circuitos integrados) reguladores de tensão de três terminais. Dos reguladores de tensão da série 78 (tensões positivas pré definidas), foram utilizados CI’s de 5, 6 e 12 Volts dc. Com relação aos CI’s (circuitos integrados) reguladores de tensão ajustável, neste caso o LM317, o mesmo teve sua tensão de saída ajustada para 7 Volts dc;

•

Transformadores: foram utilizados 4 (quatro) transformadores, um para cada módulo de potência;

•

Relè: Implementado um relè 12 Volts na placa de controle para possibilidade de uso da Fresadora CNC no modo 2 eixos (x, y), funcionando como plotter ;

•

Pasta para soldagem;

•

Corrosivo para placas de circuitos impresso: utilizado o percloreto de ferro diluído em água;

•

Cortador de placa de circuito impresso: usado serra tico-tico manual;

•

Vasilhame para corrosão de placa: utilizado bandeja plástica;

66

•

Suporte para placa de circuito impresso;

•

Fusível e porta fusível: cada módulo de potência tem um fusível de segurança associado;

•

Cola de secagem instantânea ( cianoacrilato );

•

Chaves liga/desliga (tipo alavanca articulada): foram utilizados 5 (cinco) chaves;

•

Perfurador de placa de circuito impresso: furadeira para placas de circuito impresso com brocas de dentista;

•

Fios de diversas cores aplicação circuitos eletrônicos;

•

Tubete termo-contrátil: para isolamento fios emendados com solda (estanho);

•

Motor de passo: três unidades.

Os motores de passo, bem como os módulos de potência e controle, foram fixados na estrutura, através de cola de secagem rápida ( cianoacrilato ) e parafusos diversos, conforme pode ser verificado na figura 10.2.1.

(a)

67

(b)

Figura 10.2.1 – (a) exemplo de fixação motor de passo – eixo X, (b) fixação módulo de potência. Fonte: o autor.

10.3 – FIXAÇÃO DA FRESADORA AO EIXO Z

A fixação da fresadora no suporte do eixo Z, conforme pode ser observado na figura 10.3.1, foi realizada mediante o uso de parafusos.

68

Figura 10.3.1 – Fixação fresadora ao eixo Z Fonte: o autor.

10.4 – RECURSOS FINANCEIROS

Apesar de ter sido empregados muitos materiais reciclados, oriundos de equipamentos fora de uso e doações, houve a necessidade de se adquirir, peças, componentes, acessórios e ferramentas para a execução da mesma. Excetuando-se a instalação dos motores de passo , transformadores , hastes cilíndricas , carros e fresa , todos os demais materiais, inclusive obras literárias (livros)

específicos sobre usinagem e comando numérico , bem como todos os demais

69

elementos utilizados na confecção do projeto, tiveram todos os seus custos assumidos pelo acadêmico. O total de recursos financeiros efetivamente aplicados no protótipo foi de R$ 837,00 (OITOCENTOS E TRINTA E SETE REAIS).

A

figura 10.4.1 apresenta o protótipo da máquina ferramenta CNC

(fresadora/fresa), após as conclusões da montagem total da mesma.

Figura 10.4.1 – Aspecto final da Máquina Ferramenta - CNC Fonte: o autor.

70

11 – RESULTADOS Uma vez que a Fresadora CNC está concluída devemos submeter a mesma a testes, a fim de verificar se o seu funcionamento. Neste capítulo, será definido, primeiramente, alguns parâmetros a serem respeitados para que a rotina esteja de acordo com as características de funcionamento e operação do conjunto Máquina Ferramenta – fresadora e fresa. Em seguida descrever uma rotina a ser executada pela Fresadora CNC, mediante a utilização do Software TurboCNC .

11.1 – PARÂMETROS

Os parâmetros fundamentais, a serem considerados para os testes a serem realizados, são velocidade de corte – V c , velocidade de avanço V f e tempo de corte - t c .

11.1.1 – VELOCIDADE DE CORTE - Vc

A velocidade de corte – V c , que é dado em m/min, é dado pela expressão 11.1 (Schützer e Schulz –2003): Vc = π x d x n 1.000

(11.1)

71

Onde: •


•


•

n [min-1] – rotação da ferramenta

Substituindo os valores na expressão 11.1 em função das características da fresadora (conforme referenciado na placa de identificação na carcaça da tupia MAKITA) e da fresa R216.32-06030-AC10A H10F (conforme catálogo on-line SANDVIK Coromant) a serem usadas, temos:

Vc = π x 6 x 30.000 = 565,4866 ~ 565,487 m/min 1.000

Logo: Vc ~ 565,487 m/min

11.1.2 – VELOCIDADE DE AVANÇO - Vf

A velocidade de avanço - V f , que é dado em m/min, é definida pela expressão 11.2 (Parâmetros de Corte):

Vf = n x fz x Zn

(11.2)

72

Onde: •

Vf [mm/min] – velocidade de avanço

•


•

fz [mm/dente] – avanço (tabela fabricante)

•

Zn – número de dentes


Vf = 30.000 x 0.014 x 2 = 840 mm/min

Logo: Vf = 840 mm/min

11.1.3 – TEMPO DE CORTE - tc.

O tempo de corte - t c , que é dado em segundos - s , é definido pela expressão 11.3 (ENC – 2003 – ENGENHARIA MECÂNICA):

tc = If / Vf

(11.3)

73

Onde: •

tc [s] – tempo de corte

•

If [mm] – comprimento do rasgo

•

Vf [mm/min] – avanço


tc = 60 / 840 = 0.071428 min ~ 0.0714 min ~ 4,28 s

Logo:

tc = 4,28 s

11.2 – ROTINA USANDO O TurboCNC Para utilizar o TurboCNC foi necessário configurar o mesmo mediante a correta ligação da porta paralela do PC (porta da impressora – conetor DB – 25) à porta da placa de controle da Fresadora CNC.

74

11.2.1 – LIGAÇÃO DOS MOTORES

As ligações respectivas são as que constam na tabela 11.2.1.1.

Eixo X Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4

Pino Direção Nível com Lógico Motor X DB 25 relação Baixo PC ao PC (bit) Fase 1 2 Saída 0V Fase 2 3 Saída 0V Fase 3 4 Saída 0V Fase 4 5 Saída 0V

Sentido Horário

Byte

Binário

Vem/Bco Ved/Bco Vermelho Verde

1 2 4 8

0001 0010 0100 1000

Sentido Horário

Byte

Binário

(a)

Eixo Y

Motor Y

Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4

Pino Direção Nível - DB relação Lógico 25 ao PC Baixo PC (bit) 6 Saída 0V 7 Saída 0V 8 Saída 0V 9 Saída 0V

Vermelho 16 Verde 32 Vem/Bco 64 Ved/Bco 128

00010000 00100000 01000000 10000000

(b)

Eixo Z Passo 1 Passo 2 Passo 3 Passo 4

Pino Direção Nível Lógico Motor Z DB relação 25 ao PC Baixo PC (bit) Fase 1 1 Saída +5V Fase 2 14 Saída +5V Fase 3 16 Saída 0 Fase 4 17 Saída +5V

(c)

Sentido Horário

Byte

Binário

Vermelho Amarelo Azul Marrom

10 9 15 3

1010 1001 1111 0011

75

Sensor Final de Curso

Lógica

Motor X Motor Y Motor Z

NA NA NA

Pino Direção Nível Nível DB relação Lógico Lógico de 25 ao PC Baixo Aciona- Byte PC (bit) mento

13 Entrada 15 Entrada 12 Entrada

0V 0V 0V

+5V +5V +5V

Binário

175 10101111 183 10110111 159 10011111

(d)

Tabela 11.2.1.1 – Seqüência de ligações dos motores de passo e sensores de inicio/final de curso – (a) Motor X, (b) Motor Y, (c) Motor Z e (d) ligação dos sensores.

11.2.2 – IMPLEMENTANDO UMA ROTINA EM G-CODE NO TURBO CNC

Foi implementada uma rotina em G-Code, conforme exemplo constante no guia do usuário do TurboCNC a fim de testar o funcionamento da Fresadora CNC, somente no plano X e Y para começar os testes, conforme descrito: Exemplo 1: G00 Posicionamento rápido •

Função: Movimenta para uma nova posição como uma possibilidade rápida.

•

Sintaxe: G00 [refere-se ao eixo]

•

Exemplo:

•

G00 X1.2 Y0.3 ; Move para (1.2, 0.3)

76

Esta rotina provocou o acionamento dos motores X e Y com correspondente movimentação dos eixos a eles associados. Foram feitos outros testes em relação aplano X e Y, sendo que tais rotinas, exemplos constantes no manual do TurboCNC para os respectivos planos, se mostraram corretos. Todavia, ao serem implementados rotinas para o acionamento do conjugado X, Y e Z, a fresadora CNC não respondeu conforme o esperado. A fim de dirimir tal situação e pensando numa nova possibilidade de programação, elaboração de rotinas a serem executadas para o efetivo controle da fresadora CNC, o orientador do trabalho,

sugeriu que fosse experimentado

implementar o controle da através do uso do software Matlab (by Math Works Inc.), licenciado para FAG, e assim foi feito.

11.2.3 – IMPLEMENTANDO UMA ROTINA COM O MATLAB

Inicialmente, foram implementadas rotinas básicas no Matlab a ser executada pela máquina CNC (Fresadora CNC). A primeira consistia em fazer cada eixo, alternadamente, fazer um giro completo (360º) no sentido horário. A rotina básica implementada no Matlab pode ser analisada no Anexo 14.7. Após a geração das rotinas, a máquina CNC foi ligada. Foi dada a instrução de início (start ) para que o Eixo X executasse um giro, no sentido horário, de 360º, o que equivale a 200 passos do motor. O mesmo executou adequadamente o sentido

77

de rotação (horário) bem como o total de passos (200) necessários ao giro completo, conforme marcação feita a laser em um ponto (mira) colado na articulação elástica respectiva. Isto provocou, o deslocamento da mesa da máquina CNC referente ao plano X a este associado. Foram repetidas as mesmas operações descritas anteriormente para os Eixos Y e Z, sendo que estes apresentaram as mesmas respostas ao controle. Posteriormente, foram implementadas rotinas para que os mesmo girassem (uma volta) no sentido ante-horário, um de cada vez, na seqüência estabelecida: primeiro o Eixo X, e posteriormente, os Eixos Y e depois o Eixo Z e, após isto, terminasse a rotina. Mais uma vez os motores executaram as instruções adequadamente. Feito tais testes, foram criadas novas rotinas instruindo os motores para que estes girassem, 10 (dez) vezes em torno de seu eixo, tanto no sentido horário, quanto no sentido anti-horário. Neste caso, também foram observados que não houve problemas, pois os mesmos executaram os sentidos de rotação e quantidade estabelecidos, com conseqüente transferência de movimento aos planos a eles associados. Foram implementadas novas rotinas, agora com um contador de voltas, distância e tempo, via Matlab onde, a cada passo que o motor dava, o programa apresentava na tela do computador, os resultados do deslocamento dos planos em relação à velocidade de rotação dos motores de passo. O objetivo desta rotina foi verificar o grau de precisão de deslocamento, bem como verificar o controle de início/fim de operação quando do acionamento do sensor a este associado. A rotina foi testada inicialmente no eixo X. Teve que ser

78

criado um comando para acionar o carro no sentido de deslocamento inverso (inversão do sentido de rotação do motor de passo) ao anterior do deslocamento, ignorando, durante um número pré estabelecido de passos, devido à necessidade de se ignorar o nível lógico (+5 V) levado ao pino 13 da entrada da porta paralela do PC (conector DB –25) onde, em princípio, enquanto este nível lógico estiver presente, o referido motor não será acionado. Esta rotina, após os adequados ajustes, foi executada conforme o estabelecido.

79

12 – CONCLUSÃO Quando lidarmos com tecnologia, muitas vezes, não nos damos conta de como pode ser complexo e ao mesmo tempo simples, a cadeia de processos envolvidos na obtenção de resultados. Pesquisar, projetar e construir, fazendo funcionar como desejado, não é uma tarefa fácil. O conceito de Máquina Ferramenta CNC é um conceito muito bem sedimentado na área das engenharias industrial, mecânica, metal-mecânica, todavia não o é dentro do segmento de Telecomunicações, uma vez que os trabalhos de confecção de dispositivos projetados e simulados em ambiente computacional, podem ficar a cargo da aérea de engenharia de telecomunicações, mas sim da área da engenharia mecânica ou afim. Entretanto, a área de telecomunicações pode e deve se beneficiar, com os possíveis trabalhos executados pelo equipamento mediante a confecção, através do processo de usinagem, de dispositivos de microondas projetados e simulados em ambiente computacional. Fica claro, também, que o caráter multidisciplinar do trabalho desenvolvido foi atingido, uma vez que os conceitos de: a) mecânica, b) desenho técnico, c) desenho CAD, d) projeto via computador - CAD, e) circuitos elétricos, f) eletrônica analógica, g) eletrônica digital, h) eletrônica de potência foram efetivamente trabalhados.

Considerando o caráter acadêmico do protótipo, percebe-se claramente que o mesmo funciona adequadamente. Logo o objetivo foi efetivamente alcançado. Pode-

80

se concluir isto em função de que, com a implementação via Matlab, fez-se o controle básico da máquina ferramenta construída (protótipo). Percebe-se que caso o projeto e confecção da estrutura, módulos de potência e controle, bem como unidade de potência, tivessem algum erro de concepção, ou mesmo de execução, certo é que o seu funcionamento e controle não teriam ocorrido conforme descrito no Capítulo 11. O trabalho está concluído. Porém, isto não é o fim, é apenas o começo. Este trabalho pode, e deve, servir de base para outros trabalhos futuros. Somente a título de sugestão, podemos citar os seguintes temas para Trabalho de Conclusão de Curso - TCC: •

Implementação, via Matlab, para rotinas de execução de superfíces planialtimétricas (topograficas ), em escala, a serem executadas pela máquina ferramenta, cuja trajetória e ação da ferramenta seja otimizado via algorítmo genético.

•

Melhoria do projeto da eletrônica da placa de controle e/ou potência;

•

Melhoria das rotinas de fresamento, mediante a iinterpretação do G-Code pelo Matlab.

•

Melhoria das rotinas de fresamento, mediante a execução de um desenho/projeto em dxf ou dwg diretamente pela fresadora CNC, através de interface gerida pelo Matlab.

•

Melhoria da estrutura da Máquina CNC, mediante a adoção de materiais mais leves, mais resistentes.

•

Melhoria da estrutura da Máquina CNC, mediante projeto e concepção nova de estrutura, feita também em MDF.

81

•

Projeto de uma máquina ferramenta CNC (fresadora CNC) com 5 (cinco) eixos.

•

Projeto de drive para fresadora CNC de 05 (cinco eixos).

•

Projeto de otimização da Fresadora CNC para geração de materiais de reposição e novos materiais e acessórios para o Laboratório de Microondas FAG.

Finalmente, a fresadora CNC poderá viabilizar outros projetos dentro do segmento das engenharias, a exemplo de Automação e Controle podendo ser utilizada na confecção de peças e acessórios de robôs, tais como braços, dedos, pegas e outros dispositivos de automação. Ainda, com relação aos cursos de Arquitetura e Urbanismo, Engenharia Civil e Agronomia , poderá ser utilizada no auxílio de confecção de maquetes ; representação em escala e em 3 (três) dimensões de relevos (aclives e declives); confecção de acessórios para equipamentos de agrimensura; discos experimentais de regulagens de semeadeiras (ou plantadeiras) e muito mais. Até mesmo cursos ligados à área de Marketing , poderão se beneficiar. Os alunos deste segmento de mercado poderão desenvolver e confeccionar novos tipos de embalagens, mostruários, entre outros, onde a fresadora CNC poderá ter suas rotinas desenvolvidas de modo a permitir cortes complexos de peças, em materiais diversos, que irão compor estes produtos.

82

13 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS SANTOS, Aldeci Vieira dos – BEZERRA, Alexandre Araújo – MACHADO, lisson Rocha – HELLENO, André Luíz – NETTO, Antonio Borges – LANDI, Domenico Carmino – OLIVEIRA, Fernando Garcia de – MARCONDES, Francisco Carlos – CAVICHIOLLI, Francisco de Assis – TANIO, Franco Hiroyoshi – SCHULZ, Herbert – GOMES, Jefferson de Oliveira – GAMARRA, José Roberto – SCHÜTZER, Klaus – SILVA, Marcio Bacci da – ORNAGHI, Marco Antônio – ICE, Marcos Soto – COELHO, Reginaldo Teixeira – VALLEJOS, Rolando Vargas – BAUCO, Silvio Antonio – “Usinagem em altíssimas velocidades”, 2ª edição – Editora Érica Ltda, 2003. SILVA, Sidnei Domingues da – “CNC: Programação de comandos numéricos computadorizados: torneamento” 4ª edição – Editora Érica Ltda, 2005. BOYLESTAD, Robert L. – “Dispositivos eletrônicos e teoria de circuitos”, 8ª edição – Pearson Education do Brasil, 2004 – pp.: 568, 569, 570, 571, 576, 577, 578, 579, 579. MANFÉ, Giovanni – POZZA, Rino – SCARATO, Giovanni – “Desenho técnico mecânico: curso completo”, Volume 1 – Hemus-Livraria Editora Ltda, 1989 MANFÉ, Giovanni – POZZA, Rino – SCARATO, Giovanni – “Desenho técnico mecânico: curso completo”, Volume 2 – Hemus-Livraria Editora Ltda, 1989. MANFÉ, Giovanni – POZZA, Rino – SCARATO, Giovanni – “Desenho técnico mecânico: curso completo”, Volume 3 – Hemus-Livraria Editora Ltda, 1989. OMURA, George - “Dominando o AutoCAD 14”, LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1999. ZUFFO, João Antônio – WOLFF, Mathias M. – “Eletrônica: passo a passo”, Volume 3 – Nova Cultural Ltda, 1990. BARBI, Ivo – “Eletrônica de potência”, 4.ª Edição - Edição do Autor, 2002. LILEN, H. – “Tiristores y triacs”, Marcombo, S.A., 1974. SOARES, Márcio José – “Placa buffer para proteger seu PC”, Mecatrônica Fácil. São Paulo, n.º 8, junho/fevereiro 2003 SOUZA, Adriano Fagali de – “A importância de um sistema CAD para integração da cadeia produtiva”, Mecatrônica Fácil. São Paulo, n.º 24, setembro/outubro 2005. SOARES, Márcio José – “Controle de motores de passo com PIC”, Mecatrônica Fácil. São Paulo, n.º 10, maio/junho 2003.

83

SANDVIK – Divisão Coromant - CoroGuide Web. Disponível em Acesso em 20 de out. 2005. I/O Robotics para iniciantes. Disponível em Acesso em 18 de mar. 2005. SYMPHONY – Robótica Eduacacional. Disponível em Acesso em 12 de mar. 2005. VALENÇA, Antonio Carlos de V. – ROQUE, Carlos Alberto – SOUZA, Priscila Zeraik de – “MDF – Medium Density Fiberboard”. Disponível em Acesso em 18 de mar. 2005. MAKITA. Disponível em Acesso em 25 de abr. 2005. Tabela Para Fresamento. Disponível em Acesso em 28 de abr. 2005. CTCNC. Disponível em Acesso em 22 de mar. 2005. FACILCNC. Disponível em Acesso em 22 de mar. 2005. Histórico do CNC. Disponível em Acesso em 22 de mar. 2005. BARDELLI, Rubens – “Bard HP”. Disponível em Acesso em 22 de mar. 2005. Parâmetros de Corte. Disponível em Acesso em 12 de out.2005. SIEMENS. Disponível em Acesso em 10 de out.2005. DAK Engineering. Disponível em Acesso em 25 de mar.2005

84

ENC – 2003 – ENGENHARIA MECÂNICA. Disponível em Acesso em 26 de set.2005.

85

14 – ANEXOS

14.1 – TABELA DUREZA ROCKWELL E VELOCIDADES DE CORTE E AVANÇOS CONSIDERADOS Fresamento de canal – 2 cortes Dureza

Até 10 HRC - Aço com Baixo Teor de Carbono - Ferro Fundido Material - Latão d1 Veloc. Velocidade de 60 m/min. Avanço mm 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 11 12

rpm 12.000 9.800 8.150 6.100 4.900 4.100 3.100 2.500 2.000 1.750 1.500

Dureza

mm/dente mm/min. 0.0053 130 0.0078 150 0.0093 150 0.0125 150 0.0156 150 0.0186 150 0.0328 200 0.0508 250 0.0635 250 0.0726 250 0.0847 250

10 a 22 HRC

- Aço de alta resistência a tração -Aço inox - Aço com médio teor de carbono -Titânio Veloc. Veloc. Velocidade de Velocidade de 45 m/min. 40 m/min. Avanço Avanço rpm 9.500 7.100 6.000 4.750 3.550 2.800 2.300 1.800 1.400 1.300 1.100

mm/dente mm/min. 0.0047 90 0.0072 100 0.0085 100 0.0107 100 0.0143 100 0.0181 100 0.0221 100 0.0282 100 0.0363 100 0.0391 100 0.0462 100

38 a 43 HRC - Ligas resistentes a altas - Aço de alta resistência a tração temperaturas - Aço ferramenta - Inconel 718 Material - Aço temperado d1 Veloc. Veloc. Velocidade de Velocidade de 33 m/min. 18 m/min. Avanço Avanço mm 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 11 12

22 a 30 HRC

rpm 8.400 6.250 5.200 4.200 3.100 2.350 2.100 1.500 1.250 1.150 980

mm/dente mm/min. 0.0026 40 0.0049 60 0.0073 80 0.0091 80 0.0123 80 0.0162 80 0.0181 80 0.0254 80 0.0305 80 0.0331 80 0.0389 80

30 a 38 HRC

rpm 7.100 5.300 4.400 3.550 2.650 2.000 1.800 1.300 1.060 950 830

mm/dente mm/min. 0.0021 30 0.0029 30 0.0035 30 0.0043 30 0.0058 30 0.0076 30 0.0085 30 0.0117 30 0.0144 30 0.0160 30 0.0184 30

rpm 3.800 2.800 2.400 1.900 1.400 1.200 900 700 600 520 450

mm/dente mm/min. 0.0027 20 0.0036 20 0.0042 20 0.0053 20 0.0073 20 0.0085 20 0.0113 20 0.0145 20 0.0169 20 0.0195 20 0.0226 20

- Ligas de alumínio - Materiais não ferrosos Veloc. 150 m/min.

Velocidade de Avanço

rpm 30.500 24.500 20.500 15.000 12.000 10.000 7.600 6.100 5.100 4.300 3.800

mm/dente mm/min. 0.0033 200 0.0062 300 0.0074 300 0.0127 380 0.0159 380 0.0203 410 0.0334 510 0.0416 510 0.0498 510 0.0591 510 0.0668 510

86

14.2 – LINGUAGEM G-CODE (DAK Engineering) Code G00 G01 G02 G03 G04 G16 G17 G18 G19 G20 G21 G28 G31 G32 G33 G50 G53 G54 G55 G56 G57 G58 G59

Function Rapid positioning Linear interpolation CW circular interpolation (3D) CCW circular interpolation (3D) Dwell Set implicit planes (obsolete) Set XY plane Set XZ plane Set YZ plane Inch units Metric units Home all axes Probe move Probe cycle Single pass threading Probe hole ID Master coordinates (fixture 0) Fixture offset 1 Fixture offset 2 Fixture offset 3 Fixture offset 4 Fixture offset 5 Fixture offset 6

Code G70 G71 G72 G73 G76 G77 G78 G80 G81 G82 G83 G90 G91 G92 G93 G94 G95 G97 G178 G183

Function Inch units Metric units CW helical interpolation (obsolete) CCW helical interpolation (obsolete) Multi-pass threading cycle Turning/Boring cycle Peck motion (general) Cancel canned cycle Drill cycle Drill cycle with dwell Drill cycle with peck Absolute coordinates Incremental coordinates Preload of registers Inverse time feed rate Inches/mm per minute Inches/mm per rev Set spindle rpm Speed peck motion Speed peck drill cycle

87

14.3 – PROJETO CAD – PLANTA A-4 – CIRCUITO ELÉTRICO – LAY-OUT MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA 78X

7 O 8 u X t X G N D I n

O f f

O n

LAY-OUT - MÓDULO 78X LADO COMPONENTES ESCALA = 1:1

" o d a v u o L a j e S s u e D "

LAY-OUT - MÓDULO 78X LADO TRILHAS ESCALA = 1:1

7 O 8 u X t X G N D I n

LAY-OUT - MÓDULO 78X LADO COMPONENTES (CIMA) E TRILHAS (BAIXO) ESCALA = 1:1

FRESADORA CNC HELDER CAROZZI HELDER CAROZZI

MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA 78X

88

14.4 – PROJETO CAD – PLANTA A-4 – CIRCUITO ELÉTRICO – LAY-OUT MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA LM317X

A L d M j 3 1 V 7 o u t V i n

LAY-OUT - MÓDULO LM317X LADO COMPONENTES ESCALA = 1:1

" o d a v u o L a j e S s u e D "

LAY-OUT - MÓDULO LM317X LADO TRILHAS ESCALA = 1:1

A L d M j 3 1 V 7 o u t V i n

LAY-OUT - MÓDULO LM317X LADO COMPONENTES (CIMA) E TRILHAS (BAIXO) ESCALA = 1:1

FRESADORA CNC HELDER CAROZZI HELDER CAROZZI

MÓDULO ELETRÔNICO DE POTÊNCIA LM317X

89

14.5 – FRESA SANDVIK COROMANT - R216.32-06030-AC10A H10F

90

14.6 – RECURSOS FINANCEIROS

Os custos totais foram: 1) Mecânica: 1.1)

03 (três) Hastes rosqueadas padrão comercial “M” n.º 12 (12 mm);

1.2)

02 (dois) rolamentos 686 ZZ CMC (Ø interno = 6mm, Ø externo = 13mm e Largura = 5mm;

1.3)

6 (seis) rolamentos (dimensões em mm) para Hastes rosqueadas padrão comercial “M” n.º 12 (12mm) com passo de 10mm (Ø interno rolamento = 10mm);

1.4)

6 (seis) mancais de fixação conjugada: a) para rolamentos das hastes rosqueadas, b) hastes rosqueadas, c) eixo CNC e d) Juntas a metais - Articulações Elásticas;

1.5)

3 (três) Juntas a metais - Articulações Elásticas.

Total: R$ 340,00 (TREZENTOS E QUARENTA REAIS)

2) Mecânica/Elétrica: Fresa elétrica MAKITA (30.000)

Total: R$ 85,00 (OITENTA E CINCO REAIS)

91

3) Obras: 3.1)

“Usinagem em altíssimas velocidades” ,

autor Aldeci e outros –

Editora Érica – R$ 55,00 (CINQÜENTA E CINCO REAIS); 3.2)

“CNC:

Programação

computadorizados:

de

torneamento”

comandos

numéricos

– autor SILVA, Sidnei

Domingues da - Editora Érica, 2002 – R$ 80,00 (OITENTA REAIS).

Total (Obras): R$ 55,00 + R$ 80,00 = R$ 135,00 (CENTO E TRINTA E CINCO REAIS)

4) Estrutura: Chapa de MDF Stander de 15 mm de espessuara – 1 (uma) unidade

Total: R$ 72,00 (SETENTA E DOIS REAIS)

5) Materiais diversos (marcenaria/mecânica): 5.1) Cola – R$ 60,00 (SESSENTA REAIS) 5.2) Parafusos – R$ 20,00 (VINTE REAIS) 5.3) Outros – R$ 25,00 (VINTE E CINCO REAIS)

Total: R$ 60,00 + R$ 20,00 + R$ 25,00 = R$ 105,00 (CENTO E CINCO REAIS)

92

6) Semicondutores/Resistores/Capacitores 6.1) Circuitos integrados: R$ 30,00 (TRINTA REAIS) 6.2) Transistores: R$ 15,00 (QUINZE REAIS) 6.3) Resistores: R$ 5, 00 (CINCO REAIS) 6.4) Capacitores: R$ 10,00 (DEZ REAIS)

Total:

R$ 30,00 + R$ 15,00 + R$ 5,00 + R$ 10,00 = R$ 60,00

(SESSENTA REAIS)

7) Energia Elétrica Energia elétrica consumida pelas ferramentas elétricas utilizadas nos corte, furações e demais ajustes na confecção da estrutura.

Total: R$ 40,00 (QUARENTA REAIS)

O somatório do total de recursos financeiros efetivamente aplicados no protótipo foi de R$ 837,00 (OITOCENTOS E TRINTA E SETE REAIS).

93

14.7 – ROTINA MATLAB

clc; clear all; close all; dio = digitalio('parallel','LPT1') % acesso a LPT1 %get(dio,'PortAddress') hwlines = addline(dio,0:7,'out')

% acesso as portas de 2 3 4 5 e 5 6 7 8

hwlinesz = addline(dio,0:3,2,'out') % acesso as portas 1 14 16 17 %hwinfo = daqhwinfo(dio) %hwinfo.Port(1) %hwinfo.Port(2) %hwinfo.Port(3) %getvalue(dio)

delay = .001; for n = 1 : 50 putvalue(hwlines,logical([0 0 0 0 1 0 0 0])) % 6 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 0 0 0 0 1 0 0])) % 7 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 0 0 0 0 0 1 0])) % 8 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 0 0 0 0 0 0 1])) % 9 pause(delay); end;

94

for n = 1 : 50 putvalue(hwlines,logical([1 0 0 0 0 0 0 0])) %2 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 1 0 0 0 0 0 0])) %3 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 0 1 0 0 0 0 0])) %4 pause(delay); putvalue(hwlines,logical([0 0 0 1 0 0 0 0])) %5 pause(delay); end;

for n = 1 : 50

pause(delay); putvalue( hwlinesz ,logical([ 1 1 1 1])) %16 pause(delay); putvalue( hwlinesz ,logical([ 1 1 0 0])) %17 pause(delay); putvalue( hwlinesz ,logical([ 0 1 0 1])) %1 pause(delay); putvalue( hwlinesz ,logical([ 1 0 0 1])) %14 pause(delay); end;

95

14.8 – PROJETO CAD – PLANTA A-1 – FRESADORA CNC – ESTRUTURA MECÂNICA

VISTALATERAL DIREITA ESCALA1:5

VISTAFRONTAL (ANTERIOR) ESCALA 1:5

VISTAPOSTERIOR(TRASEIRA) ESCALA1:5

VISTALATERALESQUERDA ESCALA 1:5

FRESADORACNC HELDER CAROZZI

ESTRUTURAMECÂNICA

HELDER CAROZZI

1

1

1 2 1 2

25

3

26

3 4

MontanteFrente/TrásMesaEixo X

Material: ChapadeMDF Dimensões: 15mmx 431mmx90mm

Material: ChapadeMDF Dimensões:15mmx431mm

26 MontanteFixação HasteseBarraRosqueada

ChapadeMDF Dimensões:15mmx431mm

x63mm

27

MontanteFixação HasteseBarraRosqueada

Eixo X 12 13 Material:

28


28

x63mm

31

3

Material:Chapade MDF Dimensões: 15mmx350mm x350mm

12


13

x63mm

29


Eixo X 15 Material:


11

x63mm

34

30 BaseEstruturaSuporte Fresa EixoZ

10

32

19

Material: ChapadeMDF 1617 Dimensões:15mmx95mm

x35mm

Lateral Esquerdo/DireitoEstruturaSuporte FresaEixo Z

29

18 19 Material:

20

Material: Chapa deMDF Dimensões:15mm x 632,426mmx96mm MotorEixoY

Fabricante:ASTROSYN-MINEBEACO.,LTDA Made inThailand Modelo: 23LM-C004 Nominal(Vdc/fase): 6,0V Corrente (A/fase): 1,2A Ângulode Passo(DEG/STEP): 1.8º Holding Torque(Kgf.cm):Nãoinformado.

38

7

36

24 22

Fabricante:ACTIONMOTORS Madein Brazil Modelo:SM1.8-B2-SE Nominal (Vdc/fase): 12,0V Corrente(A/fase): 0,6A Ângulo de Passo (DEG/STEP): 1.8º HoldingTorque(Kgf.cm):5,0

7 5 9 8

4

7

2

8 9

Porca HasteRosqueada M-8/M-10

Material: Aço Dimensões:

Modelo: Tensãode alimentação(Vac): 127Vac Potência(W):350W Velocidade:30.000 rpm Diâmetrofresa:(opcinal)6 mm Corte: Metaisnãoferrosos.

Arruela FixaçãoRolamento Haste Rosqueada M-10

33

Material: Aço

15

24

32

19

34

34

33

Montante Fixação Hastes e Barra Rosqueada EixoX

19

5

5

HasteImpressoraRima xoX Ei

9 8

4

7

30

Material: ChapadeMDF Dimensões: 15mm x431mmx63mm

Material: ChapadeMDF Dimensões: 15mm x95mm x35mm

LateralEsquerdo/DireitoEstruturaSuporte Fresa EixoZ

MancalPara Barra RosqueadaEixo X

Encaixe Estrutura MesaEixo Y(Lado Motor)

ChapaMDF 36 Material: Dimensões:15mm x 293,35mmx55,713mm

Fabricante:ACTIONMOTORS Made inBrazil Modelo: SM1.8-B2-SE Nominal(Vdc/fase):12,0V Corrente(A/fase):0,6A ÂngulodePasso(D EG/STEP):.8º 1 HoldingTorque(Kgf.cm): 5,0

37 Motor) Material: ChapaMDF

Dimensões:15mm x 418,85mmx55,713mm

Estruturas LateraisMesaEixo Y

Material: ChapaMDF 38 Dimensões:15mm x 418,85mmx 9 6 m m

ArticulaçãoElástica

Material: Nylon 39 Desl ocamentos:axial, radial e angular. Dimensões:dimensõesprópriaspara de 8mm.

34

Tensãodealimentação(Vac): 127Vac Potência(W):350W Velocidade: 30.000rpm Diâmetrofresa: (opcinal) 6.5mm Corte:Madeira(ideal), Gesso(opcional)

Fresadora

Fabricante: SANDVIK-Coromant Made inGermany Modelo:R216.32-06030-AC10AH10F Material: Aço Diâmetro:6mm Comprimentoútil(mínimo): 10mm

SuporteFresa

34 Fabricante:MAKITA BarraRosqueada

32 Madein Fabricante: Nãodefinido Brazil

Modelo: M-12 Material:AçoCarbono Normatização: A.B.N.T. Diâmetromédio: M-12= 12mm.

Placa AnteriorEstruturaSuporteFresaEixo Z

20

Material: ChapadeMDF Dimensões: 15mm x355,20mm x128,75mm

6

Material:Chapade MDF Dimensões: 15mmx708,3mm x63mm

7

Material:Aço

8

Material:Aço

MontanteEsquerdo/ Direito MesaEixo X

33

PorcaHaste RosqueadaM-12

ArruelaPressão Porca HasteRosqueadaM--10

35 25

2

Fabricante:MECAF -MECÂNICAFINAS.A. Divisãode Periféricos Madein Brasil Modelo: Haste fixaaplicadaa impressoramodelo RIMAXT 250 Material: Ligaaço-pratade seçãocircular Diâmetro: 12mm Comprimento(útil): 510mm

31 Modelo: Fabricante:MAKITA Base Estrutura SuporteFresaEixo Z

Material: ChapadeMDF Dimensões: 15mm x340,20mm x95mm

AnoFabricação: 1989 Material: Polímerode Alta Densi dade Dimensões:21mm x 136,35mmx102,7mm

Encaixe Estrutura MesaEixo Y(Lado Oposto

Motor EixoZ


6

Fresadora

Fabricante:ASTROSYN-MINEBEACO.,LTDA Madein Thailand Modelo: 23LM-C004 Nominal (Vdc/fase):6,0V Corrente(A/fase):1,2A Ângulo dePasso (DEG/STEP):1.8º H o l dngi Torque (Kgf.cm): Não informado.

29



Carro Eixo X

Material: Ferro 24 Dimensões:25mm (Hexagonal)

MotorEixo Y

HasteImpressora Rima Eixo X

29 17 16

Fabricante: Não definido Made inBrazil Modelo:M-12 Material: AçoCarbono Normatização:A.B.N.T. Diâmetro médio:M-12=12mm.

Fabricante: SANDVIK -Coromant MadeinGermany Modelo:R216.32-06030-AC10AH10F Material: Aço Diâmetro: 6mm Comprimento útil (mínimo):10 mm

28



Dimensões:15mm x 153,2mmx102,7mm

23 Fabricante:SISTEMA Madein Brasil

96mm

Fresadora

18 16 17

BarraRosqueada

Fabricante:MECAF-MECÂNICA FINAS.A. DivisãodePeriféricos Made inBrasil Modelo: Hasteregulável(axial) aplicadaa impressoramodeloRIMAXT 250 Material: Ligaaço-pratade seçãocircular Diâmetro:12mm Comprimento (útil): 491mm

34

38 21

18

32

12 13

14

37 38

Fabricante:MAKITA 34 Madein Brazil

Arruela Pressão PorcaHaste Rosqueada M-8/M-10

Material: Aço Dimensões:

39

Base MóvelMenor FixaçãodoConjuntoao

Carro Eixo X 22 Material: ChapadeMDF

TampaSuperior EstruturaMesaEixo Y

Material:Chapade MDF 27 Dimensões: 5mmx632,426mmx 1


38

23

9 36

x128,75mm

MontanteEsquerdo/DireitoMesaEixoX

Material: Chapa deMDF Dimensões:15mm x 708,3mmx63mm

10 11

Base Móvel Eixo X

Material: Chapa deMDF 26 Dimensões:15mm x350mmx350mm

31

SuporteFresa

5 6

6

MotorEixo Z

28

9

Haste ImpressoraRimaEixo X

Fabricante: MECAF -MECÂNICAFINA S.A. Divisão dePeriféricos Madein Brasil Modelo: Haste fixaaplicada aimpressora modelo RIMAXT 250 Material:Liga aço-pratadeseção circular Diâmetro: 12mm Comprimento (útil):510mm

8 9

Placa AnteriorEstrutura SuporteFresaEixo Z

Material: ChapadeMDF 20 Dimensões:15mmx355,20mm

Tensãode alimentação(Vac): 127Vac Potência(W):350W R.P.M.: 30.000rpm Diâmetrofresa:(opcinal)6 mm Corte: Metaisnãoferrosos.

37

31 Fabricante:MAKITA

33 17

16

Fresadora

TampaSuperiorEstrutura Mesa Ei xoY

Fresa

ChapadeMDF Dimensões:15mmx340,20mm x95mm

34 18

Modelo: 23LM-K005-20 Nominal(Vdc/fase): 7.0V Corrente (A/fase):Nãoinformado Ângulode Passo(DEG/STEP): 1.8º Holding Torque(Kgf.cm):Nãoinformado.



Fabricante:MAKITA 31 Modelo:

35


Eixo X 14 Material:

15

14

3 4

39

26

BaseMóvel Eixo X

30

27

MotorEixoX

Fabricante:ASTROSYN-MINEBEACO.,LTDA 25 MadeinThailand

25

Modelo: 23LM-K005-20 Nominal (Vdc/fase): 7.0V Corrente(A/fase): Nãoinformado Ângulo de Passo (DEG/STEP):1.8º HoldingTorque (Kgf.cm): Não informado.

x63mm

Eixo X 10 11 Material:

MontanteFrente/TrásMesaEixoX

Material:Chapade MDF Dimensões: 15mmx431mm x90mm

MotorEixo X

Fabricante:ASTROSYN -MINEBEACO.,LTDA 25 Madein Thailand

MontanteFixação HasteseBarraRosqueada Eixo X

9

Arruela Fixação Rolamento HasteRosqueada M-8/M-10

Material:Aço Dimensões:

VISTAINFERIOR ESCALA 1:5

Haste Impressora RimaEixo X

Fabricante: MECAF -MECÂNICAFINAS.A. Divisãode Periféricos Madein Brasil Modelo: Haste regulável (axial)aplicadaa impressoramodelo RIMAXT 250 Material:Liga aço-prata de seção circular Diâmetro: 12mm Comprimento(útil): 491mm HasteImpressoraRima EixoY

Fabricante: MECAF -MECÂNICAFINAS.A. Divisão dePeriféricos MadeinBrasil Modelo: Hastefixaaplicadaa impressoramodelo RIMA XT250 Material: Ligaaço-pratade seçãocircular Diâmetro: 12mm Comprimento(útil): 510mm Base MóvelIntermediáriaEixo X

Material: Chapa deMDF 21 Dimensões:15mmx175mm

x 175mm

VISTASUPERIOR ESCALA 1:5

FRESADORACNC HELDER CAROZZI HELDER CAROZZI

ESTRUTURAMECÂNICA

furodeguia

96

14.9 - PROJETO CAD – PLANTA A-1 – HASTES ROSQUEADAS M12 EIXOS XYZ

EIXOX -HASTEROSQUEADA M 12 ESCALA=1:1

EIXOZ -HASTEROSQUEADA M 12 ESCALA=1:1

EIXOY -HASTEROSQUEADA M 12 ESCALA=1:1

FRESADORAC NC HELDER CAROZZI HELDER CAROZZI

HASTESROSQUEADASM12 EIXOSXY Z

Fresadora Cnc - Helder Jos Costa Carozzi

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