Automacao Industrial Cnc

Departamento de Engenharia Mecânica Curso de Tecnologia em Automatização Industrial Curso de Engenharia Mecânica

DISCIPLINA AUTOMATIZAÇÃO INDUSTRIAL V

Prof. Carlos Alberto Costa Bloco D - Ramal 2511 Semestre 2004/4

CNC - Conceitos Básicos

Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

CNC - Conceitos Básicos

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CNC - Conceitos Básicos

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CNC - Conceitos Básicos “é uma técnica para dar instruções para a máquina no formato de um CÓDIGO que consiste de números, letras, pontuações e outros símbolos - a máquina responde esta informação codificada numa maneira precisa e ordenada para realizar várias funções de um processo específico” “o CÓDIGO de instruções é formado por BLOCOS de informações, que são grupos de comandos suficientes para permitir que a máquina realize uma operação individual” “cada BLOCO tem uma seqüência e é executado numa ordem numérica” “um conjunto de instruções forma um PROGRAMA NC” Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

CNC - Conceitos Básicos Entre os principais benefícios trazidos com a implantação de máquinas CNC, pode-se citar: • O aumento do nível de automação de um processo, minimizando, ou eliminando, a intervenção do operador. Isto propicia: • redução do número de operadores; • menor habilidade requerida pelo operador (processo); • minimização e erros humanos; • tempos de processo consistentes e previsíveis. • Maior precisão e repetibilidade nas peças processadas; • Maior flexibilidade com relação a variação de trabalho; Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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O conceito fundamental no CNC - Controle dos movimentos

• A função mais básica de qualquer CNC é o controle do movimento de forma automática, precisa e consistente; • Toda máquina CNC tem dois ou mais movimento de direção chamados de eixos; • Os dois tipos mais comuns de eixos são os Lineares e os Rotacionais. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

O conceito fundamental no CNC - Controle dos movimentos

• O comando da máquina CNC “diz” para o motor girar um determinado número de vezes, que gira um fuso que guia um eixo; • Um dispositivo de “feedback” permite então que o controle confirme o número de vezes que o fuso foi girado. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

O conceito fundamental no CNC - Controle dos movimentos

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O conceito fundamental no CNC - Controle dos movimentos

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Máquina CNC versus Máquinas Convencionais • A máquina convencional depende da habilidade do operador; • Para chegar a dimensão final, há uma necessidade constante de medir a peça; • Necessidade de intervenção do operador para troca e “pre-set” de ferramenta; • Necessidade de ajuste da matéria prima; • Tempo de corte; • Definições de rotações e avanços; • Repetibilidade e tolerâncias; • “Lead-time” Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Características das Máquinas CNC • precisa da presença de um programa da peça para ser utilizada; • armazenagem do programa CNC na memória da máquina; • edição e modificação dos programas da peça ; • armazenagem de rotinas (ciclos e sub-programas) que podem ser subseqüentemente utilizados por diferentes programas de peças; • permite a compensação de diâmetro da ferramenta; • permite uma otimização das condições de corte; • facilidade de comunicação com outros sistemas computacionais; • permite a simulação do programa no visor da máquina; • possui auto-diagnóstico; • permite o gerenciamento de informações (Vc; S, F...) Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Aplicações Industriais do CNC

• Usinagem; • Soldagem; • Corte (puncionadeiras, prensas, etc.); • Injeção de materiais; • Inspeção e medição; • Sistemas de montagem; • Manuseio de materiais; • ...

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Aplicações Industriais do CNC

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Aplicações Industriais do CNC

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Aplicações Industriais do CNC

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Aplicações Industriais do CNC

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Aplicações Industriais do CNC

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Principais Razões para a Adoção de CNC • automação flexível que pode ser adaptada para diferentes necessidades; • produção com repetibilidade de tolerâncias em dimensões e formas; • a operação da máquina sobre as mãos da gerência; • produção econômica de pequenos e médios lotes; • menor tempo-morto, uniformidade na produção, mínimos tempos de usinagem, menos refugo e retrabalhos; • permite resposta rápidas as mudanças de projeto; • redução do custo com pessoas; • primeiro passo para manufatura flexível. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Razões para a adoção de CNC em relação a peça • Peças processadas frequentemente em pequenos lotes; • A geometria das peças é complexa; • Tolerâncias muito pequenas devem ser mantidas; • Muitas operações devem ser realizadas na peça em seu processamento; • Grande quantidade de metal a ser removida; • Mudanças constantes na geometria da peça; • Custos de erros/refugos muito altos; • Peças que necessitem inspeção constante.

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Razões para a adoção de CNC em relação a peça

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Principais limitações para a Adoção de CNC

• alto capital inicial; • manutenção; • facilidades de programação e planejamento; • treinamento / qualificação de pessoal;

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Relação do CNC com outros setores da empresa

CNC

CNC

CNC

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Relação do CNC com outros setores da empresa • CNC e o projeto: um melhor dimensionamento e tolerâncias da peça; geometria X ferramental; cotas detalhadas; • CNC e o Planejamento do Processo: necessidade de se planejar fixações, ferramentas, condições de corte, e seqüências de processos adequadas; • CNC e Planejamento da Produção: tempos mais precisos para mudanças de trabalhos, e melhor estimativa de custos; • CNC e Controle da Qualidade: necessidade de planejar o controle de qualidade e adequar os processos estatístico de qualidade, integração com máquinas CMM; • CNC e gerência: necessidade de conhecer esta tecnologia para poder lidar com os operadores das máquinas. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Planejamento do Processo

Planejamento da Produção Projeto do Produto

Clientes

Controle de Qualidade

Gerência

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Movimentação dos Eixos - Sistema de Coordenadas Para comandar os eixos de uma máquina CNC um sistema de coordenadas deve ser utilizado. Os dois tipos mais utilizados são: • Coordenadas retangulares (cartesianas) • Coordenadas polares

Um gráfico ilustra o uso dos eixos cartesianos, os incrementos utilizados para cada eixo, e o ponto de origem utilizado para traçar o gráfico

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Movimentação dos Eixos - Sistema de Coordenadas

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Movimentação dos Eixos - Sistema de Coordenadas Para a utilização de um sistema de coordenadas, algumas considerações devem ser feitas: • Incrementos de 0.001 mm / 0.001 Graus; • Ponto de origem (Zero-peça) - Modo Absoluto; • Eixos X e Y (Z, A, B, C, V, U, W)

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Movimentação dos Eixos - Absoluto versus Incremental Existem duas formas de se comandar os movimentos em uma máquina CNC: Absoluta e Incremental. • Em relação do Ponto Zero;

• Em relação a última posição da ferramenta; • Propagação de erros

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Movimentação dos Eixos - Definindo Ponto Zero O CNC necessita que seja dito a ele onde encontra-se o ponto zero da peça. Esta definição pode ser feita, normalmente, de duas formas: • Através do programa: o programador informa a distância do ponto zero em relação a origem da máquina (G92 ou G50); • Através de uma função de referência na máquina (comando de “offset”), que determina a distância entre a origem da máquina e o zero peça (G54).

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Conceitos Chaves para o CNC

6 Conhecendo a máquina CNC (perspectiva do programador); 6 Tipos de movimentos da máquina CNC; 6 Formas de compensações na máquina CNC; 6 A importância do formato do Programa CNC; 6 Métodos de Programação CNC; 6 Conhecendo a máquina CNC (perspectiva do operador); 6 Os modos de operação das máquinas CNC; 6 Seqüência de operação das máquinas CNC; 6 Verificando a segurança nos programas CNC;

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Conceitos Chaves para o CNC Componentes de um Ambiente CNC • Programa de Instruções: conjunto de informações que determinarão as operações/ações da máquina. É interpretado pela Unidade de Controle da Máquina; • Unidade Controle da Máquina: elementos de hardware /software que interpretam o programa de instruções, convertendo-o em ações mecânicas na máquina-ferramenta • Máquina-Ferramenta: responsável pela realização do trabalho útil. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Conceitos Chaves para o CNC Programa de Instruções • Conjunto de instruções detalhado, passo-a-passo, que “diz” a máquina o que fazer; • Movimentações relativas entre a mesa da máquina e ferramenta de corte; • Codificação formal - Código ISO (G): N; X,Y,Z, I, J, K, T, S, F, M, G, %, ... (Ex. N10 G02 X42. Y0. Z20. F300 S4000 T2 M6); • Informações Geométricas: comandos relacionados com a movimentação da ferramentada para obtenção da geometria da peça); • Informações Tecnológicas: comandos relacionados com as condições tecnológicas de corte do material. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Comparação entre Processo Convencional e CNC

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Fitas perfuradas utilizadas para transmitir os Programas CNC

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Conceitos Chaves para o CNC - Unidade de Controle

• Unidade de leitura; • Buffer de dados; • Canais de saída para a máquina; • Canais de retorno da máquina; • Controles sequenciais para a coordenação das operações

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Principais Tipos de Controles de uma Máquina CNC

• Controle de posição ou Ponto-a-Ponto; • Controle de posição linear; • Controle de posição contínuo.

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Controle do Tipo Ponto-a-Ponto • Aplicado onde a máquina-ferramenta deve atingir uma posição específica no menor tempo possível; • Nenhuma operação é executada até que o ponto seja atingido; • Não há necessidade de amortecimento; • O caminho de um ponto para outro não importa. Existem três tipos básicos de movimentos: eixo individual, linha reta, angulo de 45 graus - estes eixos não possuem velocidade controlada; • Processos típicos: furação, alargamento, máquinas de coordenadas para montagem (PCB´s), etc. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Controle de Linha Reta

• Controle de velocidade dos eixos individuais - Necessidade de controlar o avanço; • Pouca utilização - apenas nos primeiros CNC´s; • Não permite a combinação de movimentos em mais de uma direção simples.

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Controle Contínuo (de Contorno)

• São os sistemas NC mais complexos, flexíveis e caros • São capazes de executar os dois tipos de operações anteriores, além de permitir o movimento e o controle simultâneo da ferramenta em mais de um eixo; • Usa a interpolação (união dos movimentos de eixos separados) linear, circular ou parabólica;

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Controle Contínuo

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Conceitos Chaves para o CNC - Máquina-Ferramenta CNC

• Configuração básica igual a uma máquina convencional; • Acionamentos independentes para os diferentes eixos; • Acionamento para a árvore de ferramenta; • Ferramentas: troca automática (gerenciamento); • Dispositivos de fixação • Fluído de corte, retirada automática de cavacos.

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Princípios construtivos das Máquinas CNC • Princípio de projetos: precisão, repetibilidade e confiável; • Avanços nas áreas de: estruturas; mecânica, sistemas de controle, sistemas auxiliares; • Configurações estruturais (forma física externa): horizontal, vertical; • Projeto estrutural (construção física): rigidez, deformações térmicas e vibrações; • Engrenagens/Correias dentadas; fusos/esferas recirculantes; guias de cilindros recirculantes. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios construtivos das Máquinas CNC

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Princípios de controle das Máquinas CNC • Sistema de controle: “um ou mais dispositivos interconectados que trabalham juntos para automaticamente manter or alterar a condição da máquina ferramenta, dentro de uma maneira prescrita” • Controle Aberto “X” Controle Fechado (direto e indireto) • Problemas do controle: precisão, resolução, repetibilidade, instabilidade, resposta

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Controle ABERTO (open) X FECHADO (closed)

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Dispositivos de Medição

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Dispositivos de Medição

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Dispositivos de Medição

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Dispositivos de Medição

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Conceitos Chaves para o CNC 1) Conhecendo a máquina CNC

6 Necessidade de conhecer o processo que a máquina executa; 6 Para um programador é necessário: 6 Entender os componentes básicos da máquina; 6 Estar familiarizado com os eixos da máquina; 6 Estar familiarizado com os acessórios da máquina; 6 Conhecer as funções programáveis da máquina.

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Conhecendo a máquina CNC - Componentes básicos 6 Necessidade de conhecer alguns dos seguintes itens: 6 Máxima e mínima RPM da máquina? 6 Máximo e mínimo avanço da máquina? 6 Potência dos motores dos eixos e da ferramenta? 6 Curso máximo de cada eixo da máquina? 6 Número de ferramentas que a máquina comporta? 6 Forma de construção da máquina? 6 Velocidade máxima de avanço rápido da máquina? 6 Velocidade máxima de corte? Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Conhecendo a máquina CNC - Acessórios da Máquina

6 Necessidade de conhecer alguns dos seguintes acessórios: 6 Sistema de medição; 6 Sistema de montagem e medição de ferramentas; 6 Sistema de troca automática de peças; 6 Sistema de controle adaptativo; 6 Barras de alimentação (no caso de tornos) 6 etc.

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Conhecendo a máquina CNC - Acessórios da Máquina

6 Atividade extra-classe (a ser entregue até 15/setembro): 6 Identificar na empresa que trabalha os tipos de máquinas CNC; 6 Identificar fabricante e modelo; 6 Identificar algumas das características básicas da máquina, como deslocamentos máximos, avanços e rotações máximas, potência máxima, etc.

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Conhecendo a máquina CNC - Funções programáveis 6 Necessidade de conhecer algumas das seguintes funções: O - Program number (Used for program identification) N - Sequence number (Used for line identification) G - Preparatory function (See below) X - X-axis designation Y - Y-axis designation Z - Z-axis designation R - Radius designation F - Feedrate designation S - Spindle speed designation H - Tool length offset designation D - Tool radius offset designation T - Tool Designation M - Miscellaneous function Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Conceitos Chaves para o CNC 2) Tipos de movimentos da máquina CNC

Interpolação Circular Interpolação Linear Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

2) Tipos de movimentos da máquina CNC

A movimentação nas máquinas CNC exigem total sincronia entre eixos de posição e velocidade. Isto é feito através de uma seqüência de pequenos passos (degraus), que são normalmente iguais ao valor da resolução da máquina (p.ex. 0,001mm), é definida; Existem diferentes tipos de interpolações que podem ser linear, circular, helicoidal, etc.. Dentro destas, três tipos mais comuns de movimentações de uma máquina CNC são: • Movimento rápido, • Movimento em Linha Reta, e • Movimento Circular.

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2) Tipos de movimentos da máquina CNC Movimento rápido: • também conhecido como de posicionamento (G00); • máxima velocidade - checar manual da máquina; • deve ser utilizado com bastante cautela; • normalmente todos os eixos movimentam-se na velocidade máxima (um pode alcançar a posição final antes do outro); Movimento em Linha Reta • propicia controle total de uma linha (furo, faceamento, fresagem, etc.); • permite a programação de velocidade de avanço (mm/min ou mm/rot); • normalmente é utilizado o G01 Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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2) Tipos de movimentos da máquina CNC

Movimento Circular: • aplica todos os conceitos discutidos para o movimento reto; • pode ser no sentido horário (G02) ou anti-horário (G03); • requer que seja especificado o valor de Raio (R); • pode ser feito em diferentes plano (XY, XZ e YZ).

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2) Tipos de movimentos da máquina CNC O0002 (Program number) N005 G54 G90 S350 M03 (Select coordinate system, absolute mode, and start spindle CW at 350 RPM) N010 G00 X-.625 Y-.25 (Rapid to point 1) N015 G43 H01 Z-.25 (Instate tool length compensation, rapid tool down to work surface) N020 G01 X5.25 F3.5 (Machine in straight motion to point 2) N025 G03 X6.25 Y.75 R1.0 (CCW circular motion to point 3) N030 G01 Y3.25 (Machine in straight motion to point 4) N035 G03 X5.25 Y4.25 R1.0 (CCW circular motion to point 5) N040 G01 X.75 (Machine in straight motion to point 6) N045 G03 X-.25 Y3.25 R1.0 (CCW circular motion to point 7) N050 G01 Y.75 (Machine in straight motion to point 8) N055 G03 X.75 Y-.25 R1.0 (CCW circular motion to point 9) N060 G00 Z.1 (Rapid away from workpiece in Z) N065 G91 G28 Z0 (Go to the machine's reference point in Z) N070 M30 (End of program)

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Conceitos Chaves para o CNC 3) Formas de compensações na máquina CNC Todas as máquinas CNC necessitam de alguma forma de compensação, que previne o usuário com relação as condições não previsíveis, ou facilita a programação. Offsets: os offsets podem ser comparados a posições de memória, onde valores numéricos podem ser armazenados, sendo pelo menos uma posição para cada ferramenta. Algumas razões para o uso de offsets são: • especificar o comprimento da ferramenta (desconsiderar o comprimento da ferramenta); • especificar o raio de corte da ferramenta (desconsiderar o raio da ferramenta) • definir o “zero-programa” (desconsiderar a referência da máquina) • ajustar desgastes da ferramenta (principalmente para tornos CNC)

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3) Formas de compensações na máquina CNC Organizando os offsets na máquina: de uma forma geral os comandos das máquinas CNC permitem a definição do conjunto de offsets associados a número da ferramenta no magazine de ferramentas.

Estes offsets são ativados a medida que o operador chama no programa

Offset para tornos CNC

Offset de comprimento e raio

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3) Formas de compensações na máquina CNC Compensação do comprimento da ferramenta • Permite ao programador ignorar o comprimento da ferramenta durante a confecção do programação CNC; • Antes de dar início ao programa o operador entrará com o valor de compensação de comprimento para cada ferramenta. Este valor pode ser definido na máquina, ou previamente, através de um dispositivo de medição; • O comando mais comum para ativar a compensação de comprimento num programa CNC é o G43, em conjunto com a letra Hxx, onde xx define o número do offsets onde está armazenado o valor de comprimento. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

3) Formas de compensações na máquina CNC

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Formas de compensações na máquina CNC Funções dos offsets -Exemplo Program O0001 (Program number) N005 T01 M06 (Place tool number one in the spindle) N010 G54 G90 S400 M03 N010 G00 X1.0 Y1.0 N015 G43 H01 Z.1 M08 N020 G01 Z-1.5 F4. ... N040 T02 M06 (Place tool number two in spindle) N045 G54 G90 S400 M03 N050 G00 X2. Y1. (Rapid to first XY position) N055 G43 H02 Z.1 M08 N060 G01 Z-1.2 F5.5 (Drill hole) Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Formas de compensações na máquina CNC Funções dos offsets - Diâmetro/Raio • Permite ao programador ignorar o raio da ferramenta durante a confecção do programação CNC;

• Este tipo de compensação é utilizado somente para operações de frescamente e principalmente quando este fresamento é periférico; • Vantagens deste tipo de compensação: • pode-se programar direto sobre as dimensões da peça, sem a necessidade de se calcular o centro da ferramenta; • flexibilidade no uso de diferentes tamanhos de ferramentas; • fácil ajuste de desgaste ou flexão da ferramenta; • trabalhando com desbaste e acabamento (mentindo o offset) Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Formas de compensações na máquina CNC Funções dos offsets - Diâmetro/Raio

• A programação da compensação do raio pode variar de controle para controle, e cada controle pode ainda ter regras bastante específicas quanto a ativar e desativar a compensação; • G41 - compensação de raio a esquerda da trajetória; • G42 - compensação de raio a direita da trajetória; • G40 - cancelar compensação

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Formas de compensações na máquina CNC Funções dos offsets - Diâmetro/Raio

Uma vez que G41 ou G42 é ativado, a ferramenta permanecerá do mesmo lado da trajetória até o cancelamento da compensação. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

3) Formas de compensações na máquina CNC O0001 (Program number) N005 G54 G90 S350 M03 (Select coordinate system, absolute mode, start spindle CW at 350 RPM) N010 G00 X-.6 Y-.6 (Rapid to point 1) N015 G43 H01 Z.1 M08 (Instate tool length compensation, move to clearance position in Z, turn on coolant) N020 G01 Z-.25 F30. (Fast feed to work surface)

N025 G42 D31 Y.25 F4. (Instate cutter compensation to point 2) N030 X4.25 (Feed to point 3) N035 G03 X4.75 Y.75 R.5 (Circular move to point 4) N040 G01 Y2.25 (Feed to point 5) N045 G03 X4.25 Y2.75 R.5 (Circular move to point 6) N050 G01 X.75 (Feed to point 7) N055 G03 X.25 Y2.25 R.5 (Circular move to point 8) N060 G01 Y.75 (Feed to point 9) N065 G03 X.75 Y.25 R.5 (Circular move to point 10) N070 G00 Z.1 M09 (Rapid away in Z, turn off coolant) N075 G40 (Cancel cutter radius compensation) N080 G91 G28 Z0 (Return to reference position in Z) N100 M30 (End of program)

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3) Formas de compensações na máquina CNC Compensação de Posicionamento • Permite ao programador ignorar o posicionamento da peça na mesa da máquina; • Como a programação de uma peça deve ser feita baseada num “ponto-zero peça”, o comando CNC deve ser informado do posicionamento deste ponto em relação ao “ponto-zero máquina”; • Ao programador cabe ativar, através do programa, esta compensação. Ao operador, cabe “medir”, e armazenar nas posições de memória correspondentes, os valores a serem compensados em X, Y e Z; • Normalmente os comandos utilizados são: G54; G55; ... G59.

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3) Formas de compensações na máquina CNC

Outros tipos de compensação: • Compensação dimensional da ferramenta; • Compensação de “fio” (EDM); • Máquinas lasers (feixe de laser), pensas (distância inicial); etc..

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Conceitos Chaves para o CNC 4) A importância do formato do programa CNC A máquina CNC executará um programa exatamente como ele foi escrito

todos os comandos necessários para fazer operações na máquina devem estar numa seqüência apropriada

O formato de um programa é importante pelas seguintes razões: • facilitar a escrita dos primeiros programas • consistência; • executar partes específicas do programa, por exemplo, a partir de uma determinada ferramenta - definição de todas as condições de corte, já que Avanço e RMP são comandos modais. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Conceitos Chaves para o CNC 4) A importância do formato do programa CNC Existem 4 cabeçalhos básicos de programas CNC: • Início de Programa • Início de Ferramenta • Fim de Ferramenta • Fim de Programa Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Conceitos Chaves para o CNC 4) A importância do formato do programa CNC Início de programa

Final de ferramenta Início de ferramenta

Final de programa

Program O0001 (Program number) N005 T01 M06 N010 G54 G90 S400 M03 T02 N010 G00 X1.0 Y1.0 N015 G43 H01 Z.1 M08 N020 G01 Z-1.5 F4. N025 G00 Z.1 M09 N030 G91 G28 Z0 M19 N035 M01 N040 T02 M06 N045 G54 G90 S400 M03 T01 N050 G00 X2. Y1. N055 G43 H02 Z.1 M08 N060 G01 Z-1.2 F5.5 N065 G00 Z.1 M08 N070 G91 G28 Z0 M19 N075 M30

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Conceitos Chaves para o CNC 5) Métodos de Programação CNC • Programação Manual

• Programação Interativa (chão-de-fábrica)

• Programação com sistema CAM

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5) Métodos de programação CNC - Programação Manual • Define uma linguagem universal de programação para as máquinas CNC; • Todos os programadores deveriam ter uma noção básica sobre este tipo de programação; • Exige grande conhecimento de aritmética; • Usada por muitas empresas onde as geometrias não são muito complexas e com quantidades de peças de médias para altas; • Propicia uma boa flexibilidade de correção de erros;

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5) Métodos de programação CNC - Programação Interativa • Tem se tornado cada vez mais popular, onde o programa é criado na própria máquina CNC; • É criada a partir de um menu gráfico ou interativo (funções), que permite ao programador verificar as diferente entradas feitas no programa; • Normalmente, permite um simulação daquilo que foi criado; • A maioria dos comandos atuais permite que a programação seja feita simultaneamente com a máquina operando; • Apesar de um programa ser gerado na máquina, normalmente ele é armazenado em algum computador central para posterior utilização Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

5) Métodos de programação CNC - Programação CAM • Trata-se de uma programação de alto nível, e ajuda o programador em três áreas principais: • cálculos matemáticos, • programação comum para diferentes tipos de máquinas, e • práticas de usinagem

Programação CAM

Programa Código G

•Existem dois tipos básicos de sistemas CAM: • Sistema CAM Linguagem (antigos) • Sistema CAM Gráfico (atuais) Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

5) Métodos de programação CNC - Programação CAM

• Sistema CAM Linguagem: • Neste tipo de sistema o programa é escrito em uma linguagem similar a BASIC, C ou outra linguagem qualquer, contudo numa forma semelhante a programação manual; • Sistema CAM Gráfico • Normalmente através de sistemas gráficos. Existe um “feedback” visual do programa feito.

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5) Métodos de programação CNC - Programação CAM Existe uma seqüência de passos sugerida para a Programação CAM: • Verificação das informações gerais: número da peça, material, prazos, nome do arquivo, etc.; • Definição da geometria e contornos: criando os elementos base da geometria e definindo (fechando) os contornos/superfícies que serão usinadas; • Ajuste da geometria criada (do CAD): verificar a escala do desenho, definindo a parte que interessa do desenho, retomando o ponto-zero, e analisando as características de desenho (p.ex. rosca) • Definição das operações de usinagem. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Conceitos Chaves para o CNC 6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador A relação do operador com a máquina CNC pode ser bastante complexa num primeiro momento. O contato do operador com a máquina CNC se dá através de dois Painéis básicos: • Painel de controle • projetado e construído pelo fabricante do controle; • manipulação de dados, como um computador; • entrada de programas para memória, edição, modificação; • Offset das ferramentas, posições dos eixos, diagnósticos, etc. • Painel da máquina • projetado e concebido pelo fabricante da máquina; • ajustes físicos na máquina (comportamento da máquina); • ativa funções da máquina (RPM, fluído de corte, etc.). Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador

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6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador Alguns dos botões encontrados no Painel de controle • Power (Liga/Desliga): normalmente existem 2 destes botões, sendo um para o comando (primeiro) e um para a máquina em si (depois); • Teclas de visualização do painel: mostram em que função o operador da máquina quer operar; • Botão de posição: permite acompanhar a posição da máquina; • Botão de programação: permite monitorar o programa ativo na memória do controle (usado para edição); • Botão Offset: mostra e permite que os offset sejam manipulados; • Teclas alfa-numéricas: entrada de caracteres alfa-numéricos (G, N, X, etc.) • Tecla de entrada (Input): para entrada real de dados, ex. offset Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador ... botões encontrados no Painel de controle • Tecla de controle do cursor (Control cursor): mostra o cursor na tela, indicando onde um dado seria colocado; • Teclas de edição do programa: permitem a alteração de programas armazenas na memória da máquina; • Botão de reset: normalmente serve para: quando editando um programa retornar o cursor para o início do mesmo; limpar o “lookahead buffer” e parar a execução de um programa; quando o alarme é acionado, esta tecla cancelará o alarme.

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6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador Alguns dos botões encontrados no Painel da Máquina • Mode Switch: é o coração da máquina CNC. Primeiro comando a ser verificado antes de qualquer outra função, e é baseado nele que qualquer ação pode ser executada na máquina; • Edit Mode: edição de programas CNC (editor de textos) • Memory or Auto: permite a execução do programa; • Tape Mode: permite a execução do programa via fita/externo; • MDI (Manual Data Input) Mode: permite a entrada de dados através do teclado; • Manual or Jog Mode: permite a máquina trabalhar como uma máquina manual (convencional) Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador ... botões encontrados no Painel da Máquina • Cycle Button: ativa o programa atual na memória da máquina, colocando a máquina em ciclo automático; • Feed Hold: para, temporariamente, o avanço dos eixos da máquina (tryouts). Pode ser reativado com o cycle start. Todos os outros comandos da máquina permanecerão executando. • Feed Rate Override: permite controlar o avanço durante a execução de movimentos com avanço programado (incrementos de 10%). Não tem ações sobre movimentos rápidos; • Feed Transverse Override: atua sobre o avanço rápido. Normalmente vem de suas formas: on/off (quando on atua em 25% do valor G00), e em 4 posições (5, 25, 50 e 100%). Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

6) Conhecendo a máquina sob a perspectiva do operador ... botões encontrados no Painel da Máquina • Emergency Stop: corta toda energia da máquina, mantendo, normalmente, a energia do controle. • Conditional Switches: normalmente do tipo on/off: • Dry Run: permite o controle do movimento de avanço (novos programas); • Single Block: força a máquina a executar um comando (bloco) por vez, parando no final de cada bloco; • Machine Lock: trava os eixos da máquina quanto ao movimento. Todos os outros comando continuam funcionando; • Optional Block Skip: usado em conjunto com a “/”. Quando ativado ele ignora as linhas de comando que iniciem com a “/”; • Optional Stop: quando ativado e detecta o código M01, faz uma parada. Continua com o comando cycle start. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Conceitos Chaves para o CNC 7) Modos de Operação da Máquina CNC Existem três tipos principais de modos de operação da máquina: Manual Mode, Mode, Manual Data Imput Mode e Programa Operation Mode • Manual Mode (Modo Manual): neste modo a máquina comporta-se como uma máquina manual, ou convencional. • As posições físicas na chave do comando para este modo são: Manual or Jog, Handwheel e Reference Return. • O operador pode pressionar botões de comando, que implicará numa resposta imediata da máquina; • Manual Data Input Mode (Modo de Entrada de Dados Manual): este modo possui duas posições: Posição de Edição e Posição de Entrada de Dados. Cont.. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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7) Modos de Operação da Máquina CNC Manual Data Input Mode: Mode: • Posição de Edição: usado para entrada e modificação de programa • Trabalha como um editor de textos; • Permite entrar com novos programas na memória do comando e modificar programas existentes; • Permite usar três funções básicas de edição: inserir; alterar e apagar, além de copiar/colar, encontrar/substituir, etc.; • Posição de Entrada de Dados: usado para entrada e execução de programas • quase tudo pode ser feito neste modo na máquina CNC; • Basicamente, o operador escreve o comando e executa através deste modo. O comando é executado a medida que ele é incluído. • Não há disponibilidade de verificação antes de executar o comando. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

7) Modos de Operação da Máquina CNC Program Operation Mode (Mode (Mode de Operação do Programa): é o modo utilizado para realmente executar o programa. Possui duas posições possíveis: • Memory or Auto (Automático): usado para executar o programa da memória do comando • somente um programa poderá estar ativo - será aquele que executará quando o cycle start for ativado; • Neste modo, enquanto o programa está sendo executado, o operador poderá ver o cursor do mesmo movimentando-se na tela • Tape (Fita): quando o programa for muito extenso, ele pode ser executado de fora da máquina. • Atualmente, se define este parâmetro associado a porta de comunicação da máquina. • Limitações: visualização e modificações Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

7) Modos de Operação da Máquina CNC

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Conceitos Chaves para o CNC 8) Seqüência chave de operação da máquina Para operadores experientes de máquinas CNC, operar uma máquina CNC é mais do que seguir uma série de procedimentos básicos. Entretanto, é sempre conveniente que cada máquina CNC possua um “manual” de procedimentos básicos, facilitando assim a familiarização dos operadores com estes tipos de máquinas. Alguns tipos mais comuns de seqüências são: • Seqüência Manual; • Seqüência MDI; • Seqüência de carregar e salvar programas; • Seqüência de editar e mostrar programas; • Seqüência de “setup” e • Seqüência de executar o programa; Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

8) Seqüência chave de operação da máquina Seqüência Manual; • To start machine • To do a manual reference return • To manually start spindle • To manually jog axes • To use the handwheel to cause axis motion • To manually load tools into spindle • To manually load tools into magazine • To manually turn on coolant • To make axis displays read zero or any number • To enter tool offsets (length and radius) • To manually turn on mirror image • To manually select inch or metric mode. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

8) Seqüência chave de operação da máquina Seqüência MDI • To use MDI to change tools • To use MDI to turn on spindle • To use MDI to do a reference return • To use MDI to move axes.

Seqüência de carregar e salvar programas • To load programs into memory by tape • To load programs into memory by RS-232 port • To load programs into memory through keyboard • To punch programs from memory to tape punch or computer.

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8) Seqüência chave de operação da máquina Seqüência de editar e mostrar programas • To display a directory of the programs in memory • To delete a whole program from memory • To search other programs in memory • To search to words inside a program • To alter words in memory • To delete words and commands in memory • To insert words and commands in memory.

Seqüência de “setup” • To measure program zero positions • To measure tool length information. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

8) Seqüência chave de operação da máquina Seqüência de executar o programa • To verify programs • To run verified programs in production • To run from the beginning of any tool.

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NC versus CNC versus DNC • Os sistemas NC (Numerical Control) tiveram como enfoque principal o controle numérico automático dos movimentos de uma máquina-ferramenta, baseado num programa previamente definido (~1951); • Os sistemas DNC (Direct Numerical Control) surgiram após os sistemas NC e enfocaram o uso de computadores com grande capacidade e velocidade para controlar várias máquinas NC (~1965); • Os sistemas CNC (Controle Numérico Computadorizado) envolve a utilização da tecnologia de computadores conjuntamente com a máquina ferramenta (~1970). Resultados: modificações de programas nas máquinas, compensação de ferramentas, etc.. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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SISTEMAS DNC Com a utilização cada vez maior de sistemas CAD/CAM, e uma complexidade crescente das geometrias das peças, os programas CNC passam a ser gerados com milhares de pontos, o que torna-se inconveniente do ponto de vista de armazenamento no comando da Máquina CNC. Um típico programa CNC Vamos supor a seguinte situação: • que uma máquina CNC possa processar 100 passos/s ou, 6000 passos/min. • A tolerância de um movimento seja 0,001mm; • com isto, teríamos um avanço efetivo de 6 mm/min, o que é muito abaixo do avanço que pode ser utilizado pela maioria dos materiais

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SISTEMAS DNC - Componentes do DNC Existem três componentes típicos em um DNC: • o CNC (comando) • um computador • uma linha serial conectando os dois. • Cada comando é enviado do computador para o CNC, um por um, através da linha serial. Quando um comando inteiro é recebido pelo CNC, ele é processado e adicionado no “Look-Ahead Buffer”. • Este processamento significa: executar ciclo fixo; compensação de radio, e outros cálculos para transformar o código NC em movimentos da máquina. • O CNC divide sua atenção entre usinar a peça e calcular o que será executado em seguida. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

SISTEMAS DNC - Componentes do DNC Definição do “Look-Ahead Buffer”: “ é um meio de absorver as paradas entre os comandos e movimentos CNC”. • Sem este armazenamento, haveria uma vibração da máquina, de parada, entre cada movimento, implicando em um acabamento superficial de pior qualidade. • A linha serial também possui uma tipo de armazenamento temporário, uma vez que ela manda um comando após o outro sincronizado com o CNC.

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SISTEMAS DNC - Componentes do DNC

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SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Carregando o programa Carregando comandos

Processando comandos

Usinando comandos

Carregando comandos: • Existe uma velocidade que os comandos são enviados através da linha serial (RS232), chamada “Baud Rate” (No de bits/segundo); • A velocidades típicas são: 9.600, 19.200 e 38.400 baud rate; • Considerando que cada caracter (letra ou número) tem aproximadamente 10bits (1 + 8 + 1) => 9.600 baud rate = 960 caracteres/segundo

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SISTEMAS DNC - Carregando o programa Carregando comandos: • Considerando que cada comando tenha 10 caracteres, será possível, a 9.600 baud rate, enviar 96 comandos/segundo. • Mesmo que o CNC possa processar 1000 comandos/segundo, o máximo que poderá ser processado para esta velocidade é 96 comandos/segundo. Protocolo • o protocolo é uma conjunto de regras a serem observadas quando o computador e o CNC “conversam”; • o protocolo garante que o computador e o CNC não estarão enviando informações um ao outro ao mesmo tempo; • Protocolos mais populares: XON/XOFF e XModen. XOFF XON

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SISTEMAS DNC - Carregando o programa Protocolo • Os protocolos XON/XOFF são mais sujeitos a erros que não podem ser detectados até o final da usinagem (interferências); • O protocolo XModem permite detectar e prevenir erros, dividindo o programa em pequenos pedaços. Cada pedaço tem uma soma de referência (checksum) Checksum_A Checksum_B

Computador

ACKnowledge NAK(not acknowledge)

Comando CNC Compara A com B

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SISTEMAS DNC - Carregando o programa Enviando somente o necessário • evite usa número de blocos (N) • Remova todos os comentários excessivos; • Use X5 ao invés de X0.005 • Use códigos modais. Outros pontos a serem considerados no uso de DNC: • Pré-processando e comprimindo os programas; • Seleção do software de DNC: • verificar a eficiência; • verificar a facilidade de seu uso.

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SISTEMAS DNC Com a utilização cada vez maior de sistemas CAD/CAM, e uma complexidade crescente das geometrias das peças, os programas CNC passam a ser gerados com milhares de pontos, o que torna-se inconveniente do ponto de vista de armazenamento no comando da Máquina CNC. Um típico programa CNC Vamos supor a seguinte situação: • que uma máquina CNC possa processar 100 passos/s ou, 6000 passos/min. • A tolerância de um movimento seja 0,001mm; • com isto, teríamos um avanço efetivo de 6 mm/min, o que é muito abaixo do avanço que pode ser utilizado pela maioria dos materiais

•DNC (Direct Numerical Control) é um sistema que tem por objetivo Automatização IndustrialNC, V - Prof. Carlos Alberto Costa aos transmitir e gerenciar os programas integrando a produção

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SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Processando os comandos Carregando comandos

Processando comandos

Usinando comandos

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SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Processando os comandos Carregando comandos

Processando comandos

Usinando comandos

Processando os comandos: • Para um simples movimento, algumas considerações são feitas pelo CNC: • A compensação de zero-peça está ativa? • A compensação de ferramenta está ativa? • O movimento é em mm ou polegadas? • O posicionamento é incremental ou absoluto? • Existe algum modo especial ativado (p.ex. ciclos)?

• Após considerado estes aspectos e outros o movimento é então convertido em pulsos para os motores. Por exemplo: X1. F60 => 1mm/s. Se o motor é pulsado a 10 millisegundos (100 vezes por segundo) cada pulso eqüivale a 0,01mm Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Processando os comandos Reduzindo Complexidade: • Evitar usar a compensação de raio; • Evitar o uso de muitas referências peça Absoluto X Incremental e Milímetros X Polegadas • Normalmente o CNC vem com destes modos de programação definidos para fazer todos os cálculos; • Identifique qual modo é o definido pelo CNC e programa no mesmo modo. Modos de processamento de alta velocidade • Use este modo quando disponível. Ele permite ao comando fazer certas considerações/simplificações e processar mais rápido o programa Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Processando os comandos Arquitetura do CNC e Processos Múltiplos: • Número de processados de um CNC (+ processador + rapidez); • Dois tipos básicos de processadores: • Time-slicing: trabalha sobre várias tarefas, mudando de uma para outra centenas ou milhares de vezes por segundo. Exemplo de tarefas podem ser: atualizar a posição do eixo na tela, pulsar um motor, checar um tecla apertada, etc.. • In-Parallel: muitos processadores trabalham sobre o seu próprio conjunto de tarefas, de forma separada e independente de outros processadores. As tarefas são realizadas em paralelo. • Normalmente, um CNC pode possuir os dois tipos de processadores. Normalmente, o “in-paralel” é mais rápido que o “time-slicing” Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Processando os comandos Processamento paralelo e em cascata: • No processamento em paralelo o programa não esta competindo em termos de tempo de processamento com outras tantas tarefas; • A tela tem um processador, o teclado tem outro, os motores tem outro, e eles funcionam simultaneamente; • Contudo, o processamento do programa pode ser feito em cascata: o trabalho do processador serial é receber o programa; o processador principal converte o programa em pulsos; o processador de eixos envia os pulsos para o motor => ou seja, uma vez que um processador tem finalizado o seu trabalho ele passa para o trabalho seguinte. • Caso o processador trabalho com time-slicing, desabilite qualquer função que não é necessária. Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

Vantagens do Sistema DNC • Controle de mais de uma máquina por computador; Tempo compartilhado do processador (CPU); • Eliminação de fitas perfuradas, disquetes ou outros meios físicos para transmissão do programa CNC; • Distribuição da informação atualizada na fábrica; • Localização remota do computador (ambiente mais apropriado); • Tempos ociosos reduzidos; • Gerenciamento de informações sobre o chão-de-fábrica (máquinas CNC).

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SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Executando os comandos Carregando comandos

Processando comandos

Usinando comandos

Usinando/Executando Comandos: • Esta é a terceira limitação física do processo de DNC; Resolução: • O ponto chave para determinação da resolução de uma peça é o tamanho do ponto-a-ponto dos movimentos; • Quanto menor a resolução mais rápida irá a máquina. Por exemplo: um programa com seções transversais de 0,001mm demorará 10 vezes mais que um de 0,01mm. Contudo, isso implicará na qualidade superficial; Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

SISTEMAS DNC - Gargalos de um sistema DNC Executando os comandos Dentro do Motor do Eixo: • Os motores são comandados. Quanto maior o pulso mais rápido o motor gira; Resolução: • O ponto chave para determinação da resolução de uma peça é o tamanho do ponto-a-ponto dos movimentos; • Quanto menor a resolução mais rápida irá a máquina. Por exemplo: um programa com seções transversais de 0,001mm demorará 10 vezes mais que um de 0,01mm. Contudo, isso implicará na qualidade superficial;

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Programação do Movimento da Ferramenta

• Pelo centro: neste caso existe a necessidade de se compensar manualmente a posição do centro da ferramenta em relação a peça; • Pelo raio: pode-se utilizar de compensação do comprimento e do raio da ferramenta, para programar os movimentos (funções de apoio do CNC).

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Classificação Geral das Máquinas CNC

Categorias

Peça gira e ferramenta fixa, e Peça fixa e ferramenta gira.

Identificação dos Eixos

Z - sempre paralelo a principal rotação da máquina; X - sempre o eixo horizontal; Y - perpendicular ao X e Z

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Identificação dos eixos de uma máquina CNC

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Etapas na Programação Manual • Avaliação da peça propriamente dita: • Superfícies a serem usinadas; ângulos; dimensões; trabalhos não possíveis; tipo de máquina; • Avaliação das ferramentas disponíveis: • Dimensões; porta-ferramentas; referência “0” ferramenta; dados para a máquina (compensação); • Avaliação dos dispositivos de fixação: • Forma de fixação da peça; posicionamento de fixação; fixaçãoXferramentas; Automatização Industrial V - Prof. Carlos Alberto Costa

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Sistemas de Referências • Ponto de referência na máquina (invariável) • Ponto de referência “zero-máquina” (invariável) • Ponto de referência “zero-peça” (variável) • G53 - Sistema de coordenadas “zero-máquina” • G54 - G59 - Sistema de coordenadas “zero-peça” (modais) • Sistema de posicionamento (G90; G91): • G90 - Coordenadas absolutas; • G91 - Coordenadas incrementais.

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