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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS
Desenho e Tecnologia Mecnica030180
Prof Celso Martins
Usinagem em torno CNC
RAISA CRISTINE DOS SANTOS SANTANA
RA: 557927
So Carlos,
2013.
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Sumrio
Introduo .........................................................................................................................3
Histrico da usinagem ......................................................................................................4
O que usinagem? ............................................................................................................8
Tipos de usinagem ..........................................................................................................10
Usinagem em torno CNC ...............................................................................................11
Aplicaes ......................................................................................................................12
Funes bsicas de programao ....................................................................................13
Linguagens de programao ...........................................................................................15
Sistemas de coordenadas ................................................................................................16
Operaes bsicas em programao de maquinarias CNC ............................................18
Referncias bibliogrficas ..............................................................................................19
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Introduo
A operao de mquinas e a sua evoluo envolverem a robtica, desde que amesma surgiu, e foi se tornando cada vez mais importante para a humanidade, tendo
hoje muitas aplicaes, dentre elas podemos citar: auxlio em cirurgias complexas,
automao dos meios de produo de fbricas, e at mesmo trabalhar como
recepcionistas.
As mquinas que operam por CNC (Computer Numeric Control ), so
mquinas ferramentas que atuam como aparelhos automticos, capaz de executar
diferentes tarefas, de forma programvel pelo homem. Pode ser definida como tudo
aquilo que programvel e capaz de automatizar algum processo, poupando tempo e
trabalho ao homem, e aumentando a produtividade de uma indstria em srie.
altamente aplicada a automao de indstrias, pois torna a atividade de
produo e modificao de recursos, extremamente vivel e lucrativa para a economia
geral, em termos de eficincia e reduo nos preos dos produtos finais, e aos donos de
meios de produo, j que tais mquinas executam o trabalho com uma preciso erapidez muito maior do que pelos mtodos manuais.
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Histrico da usinagem
A Pr-Histria compreende o perodo que vai desde o surgimento do homem ato aparecimento da escrita, sendo subdividida em:
Idade da Pedra Lascada;
Idade da Pedra Polida;
Idade dos Metais.
A partir da Idade dos Metais, compreendida no Perodo Neoltico, foi quando a
usinagem comeou a ser empregada de forma cada vez mais intensa na fabricao de
armas e de utenslios para o cotidiano dos indivduos daquela poca, pois nessa poca
que os seres humanos comearam a manipular metais e ligas.
A usinagem foi muito importante para o aperfeioamento de ferramentas, armas
e utenslios aplicados no cotidiano daquela poca e das pocas posteriores, sendo umparmetro para medir o nvel de desenvolvimento de sociedades.
Dessa forma podemos dizer que a usinagem evoluiu em conjunto com a
humanidade, j que os processos de fabricao e aperfeioamento de itens
acompanhavam as necessidades humanas. Por isso, os processos de usinagem servem
como parmetro divisor de pocas, como pode ser visto acima.
O homem passou a usar metais na fabricao de ferramentas e armas no fim da
pr-histria, o referido Perodo Neoltico, durante a Idade dos Metais. Os primeiros
metais a serem conhecidos e trabalhados foram o cobre e o ouro, e em escala menor, o
estanho. O ferro foi o ltimo metal que o homem passou a utilizar na fabricao de seus
instrumentos.
A Evoluo da Ferramenta:
1.000 anos a.C.Surgem os primeiros tornosIdade do Bronze;
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3000 anos a.C. os egpcios utilizaram ferramentas, como serras, puas e
formes, confeccionadas em bronze;
700 anos a.C.processamento do ferro;
Sculo XIVDesenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa;
Surgem as serras circulares, de funcionamento manual manivela, que logo
evoluram para o acionamento a pedal.
Sc. XVI Torneamento ornamental Criado por Jacques Benson. Em 1555,
surgiu um engenho de desdobro de uma ou mais lminas montadas num chassi em
paralelogramo articulado, possuindo um peso de chumbo na extremidade inferior e um
chanfro na parte superior, onde um brao, ou dente, adaptado ao eixo de uma roda
d'gua suspendia o quadro de serras com a rotao de seu eixo, deixando-o cair pelo
peso de chumbo na outra extremidade. Em 1600, apareceu o mecanismo alternativo,
movimentado atravs de um sistema de biela e manivela adaptada ao eixo de uma roda
hidrulica.
Sc. XVIIAperfeioamento nos processos de produo de ferro e ao;
Sc. XVIIIPrimeiras obras conhecidas sobre torneamentos;
Sc. XIX Com o advento da Revoluo Industrial, surgiram as primeiras
mquinas-ferramentas baseadas em princpios modernos. Houve tambm o incio da
fabricao em srie. E o ao se tornou o principal material de ferramentas de usinagem.
1900O ao rpido criado;
1930Vanner Bush inventa o primeiro computador analgico;
1935O ao duro criado;
1946 desenvolvido o primeiro computador eletrnico digitalo ENIAC;
1947 desenvolvido o primeiro transistor nos Laboratrios Bell;
1949 Primeiro estudo de viabilidade tecnolgica de um equipamento de
fabrico de peas por arranque de apara (fresadora), comandado por um sistema
programvel - (MITEUA);
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1950Primeira mquina-ferramenta por Controle Numrico Computadorizado,
conhecido como Mquina Controlada Numericamente, foi criada no MIT.
1952 Primeira fresadora vertical com trs eixos controlada por um novo tipo
de controlador composto por um sistema hbrido analgico/digital que usava uma fita
perfuradora como meio para armazenar o programa. Foi designada como Mquina
Controlada Numericamente;
1956 Inicia-se a construo de 100 fresadoras, controladas numericamente
para fabricar peas para empresas ligadas construo de aeronaves;
1955-1958Houve a primeira aplicao de computador para assistir na gerao
de programas de comando numrico. Foi designado por APT - Automatically
Programmed Tool- e corria em mquinas IBM do MIT;
1962 Essa tecnologia foi dessa vez aplicada a furadoras e desenvolvimentos
nos sistemas mecnicos para eliminar causas de ineficcia no controlo da trajetria da
ferramenta tais como folgas;
1980Incio das pesquisas sobre usinagem em alta velocidade.
1987Primeira FEIMAFE, lanamento do CNC 210 da MCS equipando o torno
Romi Centur30 e os tornos GPR Nardini. Com tecnologia 100% Nacional, os
Comandos Numricos CNC210 revolucionaram a indstria de mquinas CNC
produzidas no Brasil.
Em resumo, At 1950 existiam dois tipos principais de sistemas de produo:
Equipamentos operados manualmentepequeno ou mdio volume de produo
e grande flexibilidade;
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Sistemas automticos de produo grandes volumes de produo sendo a sua
tecnologia dedicada e baseada em hardware.
Atualmente contamos com:
Propagao da utilizao de sistemas CAD/CAM e equipamentos CNC em
outros tipos de indstria tais como a injeo de plsticos, indstria da madeira e
mobilirio e finalmente a indstria de produo de sistemas eletrnicos;
Pesquisas com o objetivo de aumentar o desempenho dos equipamentos emrelao ao nvel da velocidade de avano e velocidade de corte;
Desenvolvimentos em vista automatizao dos processos de produo
designados a sistemas de alimentao de matrias primas, sistemas de manipulao de
peas, e sistemas de mudana automtica de ferramentas;
Mudana nos processos de maquinaria com vista no aproveitamento das
capacidades dos equipamentos de CNC, principalmente nas ferramentas de corte;
Desenvolvimento de sistemas computadorizados para controlar e gerir
automaticamente sistemas de produo.
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O que usinagem?
A usinagem compreende todo processo mecnico onde a pea submetida remoo de material sobressalente para o seu aperfeioamento. Na prtica, usinar uma
pea significa submeter um material bruto ao de uma mquina ou ferramenta, para
ser modificado para um determinado fim.
Os processos de usinagem mais conhecidos so o serramento, o aplainamento, o
torneamento, o fresamento (tambm conhecido como fresagem), a furao, o
brochamento e a eletroeroso.
Ser destacado neste trabalho o processo de usinagem conhecido como
torneamento, especificamente, o torneamento em CNC, do ingls Computer Numeric
Control, que significa Controle Numrico Computadorizado, que um processo cuja
ferramenta uma mquina de usinagem de preciso elevadssima, chegando a trabalhar
na escala de mcrons ou micrometro (escala de 10-6 m).
Esse processo de usinagem, como alguns dos outros processos existentes so
completamente baseados na cincia metalrgica, j que os materiais trabalhados neleso metais ou ligas metlicas.
A usinagem comeou em tempos remotos, cerca de 6000 anos a.C., durante a
pr-histria, no perodo conhecido como Neoltico, durante a Idade dos Metais, onde as
primeiras ferramentas para o processamento e manipulao de metais e ligas se iniciou.
As primeiras ferramentas eram rudimentares, como plainas e furadeiras confeccionadas
a partir de materiais como madeira e ossos, culminando em processos totalmente
manuais.
Ao decorrer da histria, houve a evoluo das ferramentas empregadas em
diversos setores, com aperfeioamentos segundo as necessidades do cotidiano de cada
era. No estgio atual contamos com a confeco e uso de mquinas de alta preciso,
como as mquinas CNC, criadas em meados do sculo passado (sculo XX), no MIT.
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Hoje em dia, a usinagem est presente em diversas indstrias pesadas baseadas
na cincia metalrgica, como a automotiva, a naval, a aeroespacial, a aeronutica, a
eletrnica e a de eletrodomsticos.
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Tipos de usinagem
Os processos de usinagens so divididos em:
Usinagem qumica: se refere a processos qumicos como foto-usinagem(PCM) e gravura de metal e acabamento.
Usinagem convencional: se refere a processos de usinagem manual, emque um operador supervisiona moinho, torno, ou broca imprensa.
Usinagem por eletroeroso: usa descargas eltricas como a principalferramenta com a qual forma ou da outra forma a uma pea. Existem doistipos gerais de usinagem por eletroeroso: a penetrao e a fio.
Usinagem CNC: processo de usinagem automatizado que ser discutidomais a fundo nesse trabalho.
Maquinao: um processo de usinagem utilizado para gerar um grandevolume de pequenas peas.
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Usinagem em torno CNC
Ao fim da dcada de 1940 a fora area americana, aps muitos estudosincluindo estudos aerodinmicos, concluiu que a velocidade de suas aeronaves e
rendimento do combustvel fornecido a elas, estava diretamente ligada sua geometria.
Geometrias mais complexas e curvilneas produziam melhores efeitos aerodinmicos,
ou seja, os efeitos das foras dissipativas so menores nesses modelos de aeronaves.
Dessa forma, quo maior fosse a complexidade da geometria das aeronaves, maior era o
seu desempenho, porm para usinar geometrias mais complexas os custos tambm eram
mais elevados. A partir disso a Fora Area Americana realizou um projeto em conjuntocom o MIT (Massachusetts Institute of Technology), visando diminuir custos e
aumentar a capacidade produtiva de produzir aeronaves com geometrias mais
complexas que, segundo estudos, obtinham melhor desempenho, que culminou nas
mquinas ferramentas CNC, em imediato a essa poca, no torno CNC.
Foi em 1952 que ento apresentaram o primeiro prottipo de uma mquina
ferramenta CN (comando numrico), que era controlada por meio de instrues
fornecidas por uma fita ou carto perfurado com o auxlio de um computador. Essasmquinas ferramenta CN no possuam memria (a possibilidade de armazenamento de
dados era um limitante), sendo assim liam cada comando da fita ou do carto para poder
execut-lo posteriormente.
Com a evoluo dos computadores e o seu respectivo armazenamento de dados,
ficou possvel ento criar o CNC (comando numrico computadorizado), e, a partir
desse momento as mquinas j comearam a possuir em si mesmas um comando
numrico computadorizado que armazena inmeras linhas de coordenadas a serem
executadas.
Todos os tipos de mquinas ferramenta convencionais tambm existem no
formato CNC, essas mquinas funcionam sem a presena do elemento humano e
conseguem movimentar simultaneamente at 5 eixos, porm o mais comum na indstria
so mquinas ferramenta CNC que movimentam at 3 eixos simultneos (x, y e z).
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Torno CNCComputadorizado por Controle Numrico
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Aplicaes
A usinagem em torno CNC empregada na confeco de peas de geometria dealta complexidade com o intuito de obter alta produtividade dessas peas, como na
produo em srie de peas do setor automobilstico, e nos ramos aeronutico, naval,
ramos da cadeia produtiva de petrleo e gs, e no setor aeroespacial.
Alm disso, pode ser empregada na indstria pesada, e na produo de quaisquer
peas que exijam um alto nvel de preciso.
Indstria Naval
Indstria Petroqumica
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Indstria Automobilstica
Indstria Aeronutica
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Funes bsicas de programao do Torno CNC:
As funes aplicadas a maquinarias CNC (por controle numricocomputadorizado), so escritas em linguagem especfica (Linguagem G), e
podem ser divididas em:
Funes Miscelneas:
M00: Parada do programa para troca de ferramenta
M01: Parada opcional do programaM02: Fim de programa
M03: Liga eixo rvore sentido horrio
M04: Liga eixo rvore sentido anti-horrio
M05: Desliga eixo rvore
M06: Giro da torre
M08: Liga refrigerante de corte
M09: Desliga refrigerante de corteM11: Seleciona faixa baixa de rotao
M12: Seleciona faixa alta de rotao
M30: Fim de programa
Funes Preparatrias:
G00: Posicionamento rpido.
G01: Interpolao linear.
G02: Interpolao circular (anti-horrio), para torre dianteira, torre
traseira inverter o sentido.
G03: Interpolao circular (horrio), para torre dianteira, torre traseira
inverter o sentido.
G20: Programao em dimetro.
G21: Programao em raio.
G73: Interpolao linear ponto a ponto.
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G74: Ciclo de torneamento e furao.
G75: Ciclo de faceamento e de canais.
G66: Ciclo automtico de desbaste longitudinal.
G67: Ciclo automtico de desbaste transversal.
G53: Cancela todos offset de placa.
G54: Ativa o primeiro offset de placa eixo z.
G55: Ativa offset de placa eixo z.
G92: Origem do sistema de coordenadas.
G99: Cancela G92, define programao em funo do zero mquina.
G40: Cancela compensao do raio da ponta da ferramenta.
G41: Compensao do raio da ponta da ferramenta (esquerda).
G42: Compensao do raio da ponta da ferramenta (direita).
G04: Tempo de permanncia.
G33: Ciclo de roscamento (bsico).
G37: Ciclo de roscamento automtico.
G70: Admite programa em polegada.
G71: Admite programao em milmetros
G90: Programao em coordenadas absolutas.
G91: Programao em coordenadas incrementais.
G94: Estabelece avano em pol/min ou mm/min.
G95: Estabelece avano em pol/rot ou mm/rot.
G10: Cancela monitor de tempo de vida da ferramenta.
G11: Ativa o monitor de tempo de vida da ferramenta.
G30: Cancela imagem espelho.
G31: Imagem espelho eixo X.
G32: Imagem espelho eixo Z.G60: Cancela rea de segurana.
G61: Ativa rea de segurana.
G68: Ciclo automtico desbaste perfil final.
G76: Ciclo de roscamento.
G80: Cancela G83.
G83: Ciclo de furao com quebra de cavaco.
G96: Programao em VC constante.G97: Programao em RPM.
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Linguagens de programao para CNC
Para a elaborao de programas CNC, so necessrios linguagens ou cdigos,
que traduzam os comandos a ser executados para sinais compreensveis para a mquina.
Dentre os cdigos existentes para tal aplicao, os mais usados so:
Linguagem de programao automtica APT:No surgimento do CN, no incio dos anos 50, a primeira linguagem de
programao utilizada foi a APT (Automatic Programmed Tool). Atualmente s
utilizada como ferramenta auxiliar na programao de peas com geometrias muito
complexas, principalmente para mquinas de 4 e 5 eixos. A linguagem APT uma
linguagem de alto nvel, ou seja, mais prxima da linguagem humana do que do
cdigo de mquina.
Linguagem EIA/ISSO:Linguagem de cdigos, tambm conhecida como cdigos G. na atualidade a
mais utilizada universalmente, tanto na programao manual, como na programao
grfica, onde utilizado o CAM.
Os cdigos EIA/ISO foram criados antes mesmo do aparecimento das mquinas
CNC, eles eram usados nos escritrios em mquinas de escrever automticas que
utilizavam cartes perfurados. A linguagem EIA/ISO considerada de baixo nvel, e
portanto mais prxima do cdigo de mquina, do que da linguagem humana.
Linguagem interativa:Programao por blocos parametrizados que possui blocos prontos e no usa
cdigos.
Ex. linguagem MAZATROL aplicando s mquinas MAZAK.
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Sistemas de coordenadas
Nomenclatura dos eixos e sistemas de coordenadas
A nomenclatura dos eixos e movimentos est definida como um padro criado
pela norma internacional ISO 841 para mquinas de operao CNC (Computadorized
Numerical Control), e aplicvel a todo tipo de mquina-ferramenta. Tais mquinas
possuem dois tipos de eixo de operao: eixos rotativos, que so designados pelas letras
A, B e C; e os eixos principais de avano, designados pelas letras X, Y e Z.
O sistema de eixos pode ser representado com auxlio da mo direita, aplicando-
se a regra da mo direita, onde o polegar aponta para o sentido positivo do eixo X, o
indicador para o sentido positivo do Y, e o dedo mdio para o sentido positivo do Z.
Este sistema denominado Sistema de Coordenadas Dextrgiro, pois possui trs eixos
perpendiculares entre si, que podem ser representados com o auxlio dos dedos da mo
direita.
Torno CNC
uma mquina-ferramenta programvel, onde o controle dos movimentos dos
eixos feito por um computador especifico.
Pontos de Referncia:
Ponto Zero da Mquina: M
O ponto zero da mquina definido pelo fabricante. a origem do sistema decoordenadas da mquina e o ponto inicial para todos os demais sistemas de coordenadas
e pontos de referncia para dar incio programao dessa mquina.
Ponto de Referncia: R
Serve para aferio e controle do sistema de medio dos movimentos da
mquina.
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Ponto Zero da Pea: W
Este ponto definido pelo programador e usado por ele para definir as
coordenadas durante a elaborao do programa. Recomenda-se colocar o ponto zero da
pea de tal forma que se possam transformar facilmente as medidas do desenho da peaem valores de coordenadas, e por isso, em geral so adotados como ponto zero, os eixos
de simetria da pea
No sistema de programao de maquinarias CNC possvel utilizar dois tipos
diferentes de coordenadas, que so:
Coordenadas absolutas
Coordenadas incrementais.
Sistemas de coordenadas: Absolutas e Incrementais
definido como sistema de coordenadas absolutas o sistema de coordenadas
onde o ponto a ser atingido pela ferramenta dado tomando-se como referncia o ponto
zero da pea, ou seja, como se todo ponto tomado fosse baseado na origem do
sistema de coordenadas.
Define-se como sistema de coordenadas incrementais o sistema de coordenadas
onde o ponto a ser atingido pela ferramenta dado, tomando-se como referncia um
ponto anterior.
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Operaes bsicas em programao de maquinarias CNC
So algumas das operaes bsicas de programao as Funes de
posicionamento, as Funes especiais, a Funo O, a Funo N, a Funo T, as Funes
G (Modais e No-modais), alm da sequncia de funes miscelnias j listadas. Cada
uma dessas funes possui uma operao diferente, tomando diferentes
coordenadas(incrementais ou absolutas), como base nas suas operaes.
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Referncias
1. UFPR. I ntr oduo aos Processos de Usinagem Engenhari a I ndustrial.2010, UFPR. Retirado de: , em 13 de junho de 2013.
2. WIKIPEDIA. CNCControle Numrico Computador izado. Retirado de: , em12 de junho de 2013.
3. MANUTENO E SUPRIMENTOS. Tipos de usinagem na indstria.Retirado: < http://www.manutencaoesuprimentos.com.br/conteudo/3249-tipos-de-
usinagem-na-industria/>, em 13 de junho de 2013.
4. GIANACCINI, T. Usinagem CNCA Evoluo da Manu fatura. Retiradode: , em 13 de junho de2013.
5. SENAI. Comando numrico compu tador izado. SENAI, Campinas. Retiradode: ,em 13 de junho de 2013.