Aula 16 máquinas cnc

1. Máquinas CNC

indo seu neto contou que havia visto,
numa feira de tecnología, tornos Kabalhando sozinhos, seu Adamastor ndo.
acreditou. Riu com pouco caso e mergulhou novamente nas noticias do jornal.
—Essarapaziadaacha que pode enganar um velho torneiro aposentadocomo cu
= pensou seu Adamastor.

Foi s6 quando António, seu vizinho, torneiro ainda na ativa, contou a
mesma história, que Adamastor achou que aquela conversa do seu neto talvez.
o fosse 10 fantástica assim.

_ Pois 6, Adamastor, foi da noite para o dia. Agora a fábrica só tem tornos.
computadorizados. Dizem que € um tal de comando numérico ou sei 16.0 qué.
Disseram que para concorrer com os produtos importados, só assim mesmo.
Automatizando. Ou se modernizavam, ou a fábrica acabava sendo engolida
pelos americanos, alemáes e japoneses.

Controle de máquinas

‘© homem sempre crio utensilios para facilitar sua vida. A medida que
aumentava seu conhecimento dos fenómenos da natureza, crescia também
2 complexdade desses utensfios, que evoluram até se tomarem méquinas.

Paratornear uma poga, porexemplo, partimos dedispositivosrudimentaros,
progredimos por meio de tornos mecánicos manuais, tornos acionados por
motores elétricos, tornos automáticos com controle mecánico, tornos
computadorizados e chegamos 3s chamadas cólulas de torneamento,
uma verdadeira minifäbrica de pogas torneadas.

compétents kommen

‘evolu do proceso de toreamento

16

Um problema

2. Todas as máquinas devem ter seu funcionamento mantido dentro
de condigdes saisfatória, de modo a atingir com éxito o objetivo desejado.

A forma primitiva de controle é a manual. O homem, por meio de seu
cérebro e seu corpo, controla as variáveis envolvidas no processo. No caso do
torno mecánico, porexemplo, de acordo como materiala ser usinado, o torneo
seleciona a rotaçäo da placa, 0 avango a ser utilizado, a quantidade de material
aser removido, e verifica se vai utilizar ou náo fluido de corte etc

O tomeiro é 0 controlador do torno mecánico. Com um instrumento.
de medio, ele verifica a dimensio real da pega.

A informacio chega ao seu cérebro através dos olhos. Também através dos
olhos, océrebro recebe informacdes da dimensdo desejada, contida no desenho
da pesa,

[No cérebro, ambas as informagdes sáo comparadas: a dimensäo desejada
+ a dimensao real. O resultado dessa comparado - o desvio ~ € uma nova
informaçäo, enviada agora através do sistema nervoso aos músculos do bragoe
da mio do tomeiro,

O torneiro, entao, gira o manípulo do torno num valor correspondente a0,
desvio, deslocando a ferramenta para a posigdo desejada e realizando um novo
passe de usinagem.

A seguir, mede novamente a peca eo ciclo se repete até que a dimensio da
pesacorrespondaarequeridano desenho,ousda,atéqueo desviosejaigualazero.

sie ge] poso
esac CEE
B
abo E

poo

esquema de conte manual de um torno mecánico

Mas o homem percebeu que quando tinha que usinar várias pecas iguais,
trabalho tornava-se monótono e cansativo. Repetir diversas vezes as mesmas
‘operacbes, alm de ser desestimulante, 6 perigoso, pois a concentracáo eatencio
do operador da máquina diminuem ao longo do día.

¡Que bom seria se 0 tono pudesse funcionar sozinho! Bastaria ao operador
supervisionar o trabalho, corrigindo algum imprevisto surgido durante
processo.

Assim, o controle manual, exercido pelo homem, foi substituído pelo
controle mecánico. Esse controle era realizado por meio de um conjuntode pegas.
mecánicas, constituido principalmente de cames. Todos esses componentes
mecánicos tinham a fungio de transformar rotacio de um motor elétrico numa
seqiiéncia de movimentos realizados pela ferramenta.

3. tern com eonteie mecánico

A existencia desse controle mecánico fez com que a máquina conseguisse
maior independéncia em relag3o ao ser humano. Fla passou a ser uma máquina.
automática.

Noentanto, o homem náo ficou completamente saisfeito, po ainda havia
um problema ser solucionado. A cada novo tipo de pega, oscames precisavam.
ser trocados por outros com perfis diferentes. Os demais componentes da
máquina precisavam ser novamente ajustados. Tudo isso era trabalhoso e
demorado. A máquina, sem duivida, era automática, mas adaptácla a um novo
servigo exigia muitas modificagdes. Era uma máquina “rígida”.

‘Que bom seria se tivéssemos uma máquina “flexivel”, capaz de se adaptar
facilmente a uma mudanga no tipo de pega a ser produzidat

Mas esse problema ficou sem soluçäo até o desenvolvimento dos
computadores na década de 1950. Os computadores, entre outros beneficios,
possibilitaram à indstria automatizar suas máquinas de uma maneira que
pudessem se adaptar mais facilmente a uma mudanga no tipo de produto.

Além de automáticas, eram máquinas flexiveis.

Os computadores utilizados para controlar movimentos de máquinas
reccberam um nome especial: comandos muméricos computadorizados ou
controles numéricos computadorizados. Abreviadamente, CNC. Eles foram
utilizados, pela primeiravez,em1952, para automatizar uma fresadoradestinada
aproduzirpegasparaavides ehelicópteros Naquela época, ocomando numérico
era muitas vezes maior que a propria máquina. Falhava freqüentemente e
possuía uma capacidade de cálculoridícula quandocomparadoaos atuais CNC.
‘A bem da verdade, nem era um computador como os de hoje, pois ndo possuía
microprocessador. Era constituído apenas de relés e válvulas eletrônicas.
A figura mostra um torno moderno, controlado por meio de um comando.
‘numérico computadorizado.

4. me com console numérico

Controles flexiveis

‘Uma das vantagens do comando numérico em relagio aos tipos anteriores
de controle 6a possibilidade de mudar rapidamente a segúéncia de operagdes
que a máquina deve realizar, Por meio de um programa específico, essa
segliéncia é alterada para realizar uma determinada segúéncia de fungdes.

Um programa é uma lista de instrugdes escritas numa linguagem que a
máquina € capaz de entender. Um cozinheito, para preparar um bolo, deve
seguir fielmente os passos descritos na receita. A máquina também precisa
obedecer As instrucdes do programa para executar sua tarefa com perfeiçäo.

Mudaro programa de operagäo da máquina 6, portanto, muito mais rápido
do que fabricar novos cames ou realizar regulagens mecánicas.

Vocé ainda pode estar se perguntando por que o controle € chamado
numérico.

A resposta parece dbvia: Porque utiliza números. Certo! Mas... quais

Bem, um comando numérico, como já vimos, é um computador com a
missio especial de controlar movimentos de máquinas, Eos computadores sio
máquinas clétricas. Logo, essas máquinas só sdo capazes de distinguir duas
situagBes ou estados: existencia, ou náo, de um certo valor de tensáo elétrica.
Se houver tenso, podemos indicar esse estado com o número um. Se ndo
houver tenso, usamos O número zero, como vimos na aula de circuitos digitais
(Aula 9).

Af estio nossos números. Controlamos a máquina usando combinagies
de zeros e uns.

Mas imagine-seescrevendo um programa usando apenas zeros e uns. Coisa
delouco, ndo? Dafa necessidade das linguagens de programacio dos comandos
numéricos. Flas permitem que a tarefa do programador fique um pouco mais

5. fácil, pois essa linguagem acaba sendo intermediária entre a linguagem de
máquina (aquele punhado de zeros e uns) ea linguagem natural do ser humano.
(portugués, no nosso caso).

Vejamos um trecho de um programa:
0200;

105;

8751200;

M3;

M8;

G0 x20. Z2.

Para uma pessoa que náoconhecealinguagem de programagioda máquina,
asletras enúmeros acima ndo fazem sentido. À máquina, no entanto,écapaz de
entender e, o que 6 melhor, obedecer as instrugóos descritas por esses códigos.
Se fóssemos traduzir para o portugués, as linhas acima diriam algo assim:

Esse programa foi batizado com o número 2000.
‘Trabalhe com a ferramenta número 5.

AA rotaçäo da placa será igual a 1.200 rpm.

Ligue à placa no sentido horärio(olhando-se da placa para
a contrapont),

Ligue o fuido de core.

Desloque a ferramenta, com o maior avango disponivel
na máquina, para o ponto de coordenadas X = 20 mm
eZ=2mm.

No entanto, vocé deve estar pensando: “Tudo bem, mas como 0 comando.
‘numérico toma conhecimento dessasinstrugies?”.

Ojeito mais fel seria conversar com o comando numérico, contar-Ie todas
asinstrugóes emandd-lo obedecer. Bem, talvez um dia cheguemos esse estágio

de desenvolvimento. Atualmente, no entanto, temos que nos valer de outros
modos de entrada de dados, como os apresentados abaixo.

2 & © _-
DA es
AS

modos de armazenamento e

remis de programas

Com o programa em sua memöria, cabe ao comando numérico executé-o,
fazendo com que a máquina obedega As instrugdes. Mas como isso ocorre?

Vocd se lembra do controle manual realizado pelo tomeiro ao operar
um torno mecánico? Bem, vamos entio estudar como transformar esse controle
num controle numérico.

6. A primeira coisa substituirocérebrodo tomeiropor um comandonumérico,

Em seguida, precisamos de algum dispositive que seja capaz de saber
quantoamäquinase deslocou. Assim seremoscapazes de controlaras dimensdes.
¿da pega. Portanto, devemos substituir o instrumento de mediçäo utilizado no
controle manual por um sensor de posicio. Um encoder rotativo, por exemplo.

Finalmente, para movimentar a máquina näo podemos mais contar com o
operador. Seus músculos, braco, mio, bem como o manípulo da máquina, sero
substituides por um servomotor de corrente alternada. Essas mi

podem ser observadas a seguir

coreiaçso entra componentes dos contes manual e numérico

Agrupando-se os novos componentes, podemos observar a malha
de controle da máquina.

a

ps

mana de entre numérico

Máquinas controladas numericamente

Geralmente, quando falamos em máquinas CNC estamos nos referindo a
máquinas-ferramenta. No entanto, as máquinasferramenta corresponder
apenas a um tipo de máquina CNC.

Assim, apesar de os comandos numéricos serem tradicionalmente usados
emmäquinas-ferramenta,essa ndoésuaúnicaaplicacio, Em principio, qualquer
máquina que deva ter seu posicionamento, velocidade e aceleracio controlados
pode ser automatizada por meio deste tipo de controle.

7. Portanto,miquinascontroladasnumericamentetambém podem serencontradas
ras indüstras txt, alimenticia, de embalagens, calgados, plásticos et.

Como Já vimos, um comando numérico tem a fungdo de controlar
movimentos. Uma máquina pode possuir varios movimentos, normalmente
classifiados em movimentos de translagdo ou rotagdo. Costuma-se dizer que
cada um desses movimentos 6 um “eixo” da máquina, associando-Se uma letra
a cle. Nas figuras a seguir, tomos uma mandriladora com os cixos X, Y e Z,
correspondendo respectivamente aos movimentos longitudinal, vertical €
transversal, e uma fresadora com quatro eixos lineares,X, Y, Ze W, e dois eixos
rotativos, Be C.

Embora uma máquina possa apresentar vários movimentos, nem sempre
la &capaz de realizar todos ao mesmo tempo. Assim, amandriladorada figura,
embora possua très eixos, pode, devido a restrigdes de hadware e software, ser
capaz apenas de realizar dois movimentos ao mesmo tempo. Assim, costuma-
se dizer nesse caso que, embora a máquina possua fisicamente trés, ela 6 na
realidade uma máquina de dois eixos. Logo, “exo” pode ser um conceito
relacionado a quantos movimentos a máquina tem ou aquantos movimentosela.
pode realizar ao mesmo tempo. O significado depende da situado descrita
naquele momento.

Acadaumdoseixos da máquina associa-se um servomotor,com velocidade
+ aceleragdo que podem ser controladas pelo comando numérico e por drivers.
© servomotor representa o elo de ligagio entre a mecánica e aeletrónica.

Acletronica, num primeiro momento simplifcou
a estrutura mecánica da máquina. Multas pegas.
deixaram de ser utilizadas gragas à presenga dos
servomotores. Esses motores fizeram com que as.
caixas de mudança de velocidade, compostas por
um grande número de engrenagens, praticamente
desaparecessem. Num torno où numa fresadora | weogerder
ENG, a rotaçao da placa ou do cabegote, bem como

as velocidades de translagño ou rotaçäo dos eixos, & wo oo
estabelecida simplesmente por meio de fungöes de
programaçäo. O comando numérico da máquina
envia uma ordem ao driver, encarregado do
acionamentodomotor,eodriveracionadiretamente er
‘omotor. Mecanicamente, isso émuito mais simples, | eer seanngo

NE

como pode ser visto na figura. O acionamento

os motores foi descrito na Aula 4 sistema contre de velocidad de motores

8. A tecnologia cletrônica, além de permitir simplificar estrutura mecánica,
criando comandos numéricos cada vez mais compactos, confiáveis, económicos
+ precisos, forgou o aprimoramento dos componentes mecánicos. Para evitar
que atrtos e folgas afetem a precisäo da máquina, a indústria mecánica
‘desenvolveu componentes cada vez mais sofisticados.

Assim, os fusos de perfil trapezoidal deram lugar ao fusos de esferas
recirculantes. Na figura a seguir, esses fusos apresentam maior rendimento
na transmissdo de esforgos mecánicos, pois é pequeno o atrio entre as esferas

eas pistas da castanha e do fuso.

put

usos glas usados am máquinas rama CNC

As guias de deslizamento das máquinas também foram substituídas por
guiss lineares, mais precisas e eficientes. A confabilidade e vida útil desses
componentes também 6 maior em relaçäo aos fusos e guias tradicion

Trocadores de ferramentas

Paraaumentara independóncia dooperador, grande maioriadas máquinas»
ferramenta CNC € equipada com dispositivos conhecidos como ATCS, sigla
de Automatic Tool Changer, ouscja, Trocador Automático de Ferramentas.

O trocador automático de ferramentas retira uma ferramenta e coloca outra
ra posiçäo subsegüente de usinagem. O trocador trabalha com um carrossel,
‘ondesio montadas as ris ferramentas participantes do processode usinagem.
Existem värios modelos de trocadores de ferramentas. Nos tornos, o carrossel
normalmente chamado de torre.

Alguns exemplos de ATCs e “magazines” (carrosséis) porta-ferramentas

a

modelos de vocadores de leramentas e magazines
ados om tomos Centros e uenagem

9. © “magazine” (carrossel) porta-ferramentas e o trocador de ferramentas
diferenciam as fresadoras dos chamados centros de usinagem.

Noscentrosdeusinagem atrocade ferramentasérealizadaautomaticamente.
Essa evolugioem relagioas fresadoras faz dos centros de usinagem as máquinas
mais importantes para aimplementaciode sistemas de usinagemautomatizados.

‘Teste sua aprendizagem. Faga os exereicos econfira suas respostas com as
do gabarito.

Marque com X a resposta correta.

Exercíciol
As células de tomeamento constituem uma:
2) (>) forma antiga de tomeamento;

D) (_) unidade de tomos
©) (.) miniábrica de pocas torneadas;
4) () técnica de tomear.

ExercícioZ
Apesar da evoluçäo da automasto, ainda necessário:
3) ( ) desenvolver programas para controle;
b) (_) mecanizar os processos automáticos;
9 ( ) perfurar cortes;
DC ) recortar pecas.

Exercício3
No controle manual de um torno mecánico deve haver interferénca do:
8) () operador;

B) ( ) comando;
9 ( ) computador;
SC) relógio comparador.

Exerciios
‘Os comandos numéricos computadorizados tim a fungto de:

2) ( ) produzi grficos;
B) €) numerar pesas;
©) (_) controlar movimentos das máquinas;
4) ( ) registrar produtos.

Exercícios