|
Fundamentos
dos CNCs
"Embora a intenção
desta apresentação seja lhe ensinar o uso dos CNCs,
ajudará também a entender por que estas máquinas
sofisticadas ficaram tão populares. Aqui estarão alguns
dos benefícios mais importantes que se oferece através
de equipamentos CNCs."
O primeiro benefício oferecido por todas as formas
de máquinas ferramentas CNC é sem duvida a automatização.
A intervenção de operador relacionada a peças
produto é drasticamente reduzida ou eliminada.
Muitas máquinas CNC podem rodar sem nenhum acompanhamento
humano durante um ciclo de usinagem completo, permitindo ao operador
tempo livre para desempenhar outras tarefas. Isto permite ao usuário
CNC vários benefícios que incluem fadiga de operador
reduzida, menos enganos causados por erro humano, usinagem consistente
e em tempo previsível para cada produto. Considerando que
a máquina estará correndo sob controle de um programa,
o nível de habilidade requerido do operador de CNC (relacionado
a pratica de usinagem é básico) também é
reduzido quando comparado a um operador de máquinas ferramentas
convencionais.
O segundo benefício
principal da tecnologia CNC são peças consistentes
e precisas. As máquinas CNC de hoje ostentam precisão
incrível das especificações e também
quanto a repetibilidade.
Isto significa que uma vez que um programa esteja testado e aprovado,
podem ser produzidos dois, dez, ou mil produtos idênticos
facilmente com precisão e consistência adequadas.
Um terceiro benefício
oferecido pela maioria das máquinas ferramentas CNC é
a flexibilidade. Desde que estas máquinas são rodadas
sob controle de programas, pois cortar um produto diferente quase
é tão fácil quanto carregar um programa diferente.
Uma vez que um programa foi verificado e foi executado para produção,
pode ser substituído facilmente por um próximo tipo
de peça a ser cortada. Isto nos leva a outro benefício,
o de trocas rápidas de "setup".
Desde que estas máquinas são muito fáceis de
se montar e produzir um certo produto, e considerando-se que podem
ser carregados programas facilmente, eles permitem tempos de "setup"
muito curtos. Isto é imperativo com as exigências de
produção dos nossos dias.
Controle de movimento
- O coração do CNC
Figura 1. O movimento
de uma mesa de máquina convencional é acionado pelo
operador que gira uma manivela (manípulo). O posicionamento
preciso é realizado pelo operador que conta o número
de voltas a ser dada na manivela com graduações no
dial (anel graduado) desta forma dependendo exclusivamente da perícia
do operador.
A função
mais básica de qualquer máquina CNC é o controle
de movimento automático, preciso, e consistente. Todos equipamentos
CNC que tenha duas ou mais direções de movimento,
são chamados eixos. Estes eixos podem ser preciso e automaticamente
posicionados ao longo dos seus movimentos de translação.
Os dois eixos mais comuns são lineares (dirigido ao longo
de um caminho reto) e rotativos (dirigido ao longo de um caminho
circular).
Em vez de serem movimentadas virando manivelas manualmente como
é feito em máquinas ferramentas convencionais, as
máquinas CNCs têm seus eixos movimentados sob controle
de servo motores do CNC, e guiado pelo programa de peça.
Em geral, o tipo de movimento (rápido, linear e circular),
Para os eixos se moverem, a quantidade de movimento e a taxa de
avanço (feed rate) é programável em quase todas
máquinas ferramentas CNC. A figura 1 (acima) mostra o controle
de movimento de uma máquina convencional. A figura 2 (abaixo)
mostra um movimento de eixo linear de uma máquina CNC.
Figura
2. Uma máquina CNC recebe a posição comandada
do programa CNC. O servo motor é acionado com a quantidade
correspondente de giros no fuso de esferas de aço, na velocidade
adequada para posicionar a mesa onde foi comandada ao longo de um
eixo linear. Um dispositivo de avaliação confirma
se a quantidade de giros no fuso guia realmente ocorreu.
Um comando CNC executado
dentro do controle (comumente por um programa) diz para o servo
motor girar um número preciso de vezes. A rotação
do servo motor gira o fuso que passa em um suporte da mesa que esta
montada sobre barramento, quando o fuso gira os sulcos do mesmo
força a mesa em uma direção e esta desliza
sobre o barramento de apoio gerando movimento em uma direção.
Este fuso movimenta o eixo linear. Um dispositivo de avaliação
no final oposto deste fuso roscado permite o controle para confirmar
que o número comandado de rotações aconteceu.
Embora uma analogia
bastante rústica, o mesmo movimento linear básico
pode ser encontrado em uma máquina convencional. Quando se
gira a manivela, você girará um eixo com rosca (parafuso
sem fim), o qual movimenta a mesa em uma direção específica.
Por comparação, um eixo linear em uma máquina
ferramenta CNC é extremamente preciso. O número de
rotações do fuso dirige precisamente o servo motor
e controla a quantidade de movimento linear ao longo deste eixo.
Como é comandado
o movimento de um eixo - Entendendo os sistemas de coordenadas.
Seria inconcebível
para o usuário CNC gerar movimento de eixo tentando controlar
o servo motor de cada eixo, quantas vezes deveria girar este fuso
para comandar uma determinada quantidade de movimento linear. (Isto
estaria como ter que entender quantas voltas da manivela em um anel
graduado para movimentar a mesa em um milímetro exatamente!).
Em vez disto, todos os controles CNC permitem comandar o movimento
do eixo de um modo muito mais simples e mais lógico utilizando
alguma forma de sistema de coordenada. Os dois sistemas de coordenadas
mais populares da maioria usado nas máquinas CNCs é
o sistema de coordenada cartesiano ou coordenada retangular e o
sistema de coordenada polar. Sem dúvida, o mais comum é
o sistema de coordenada retangular, e nós o usaremos para
todas as discussões feitas nesta apresentação.
Uma aplicação
muito comum para o sistema de coordenada retangular são os
gráficos.
Quase todo o mundo já teve que fazer ou interpretar um gráfico.
Desde que a necessidade para se utilizar gráficos é
tão trivial, e isto se assemelha muito ao que é exigido
para causar movimento de eixo em uma máquina de CNC, revisemos
os fundamentos dos gráficos.
Figura
3. O gráfico ilustra o uso de linhas básicas, os incrementos
usados para cada linha básica, e a origem pontual para as
duas linhas básicas (horizontal e vertical).
Figura 3 (acima) é
um gráfico da produtividade de uma companhia durante ano
passado. Como em qualquer gráfico de duas dimensões,
este gráfico tem duas linhas de base. Cada linha básica
é usada para representar algo. O que a linha básica
é representa por incrementos, além do que, cada linha
básica tem seus limites. Em nosso exemplo de produtividade,
a linha básica horizontal está sendo usada para representar
tempo. Para esta linha básica, o incremento de tempo está
em meses.
Note que esta linha básica tem inicio em janeiro e final
em dezembro. A linha básica vertical representa produtividade.
A produtividade está dividida de dez em dez por cento cada
incremento, inicia-se em zero por cento de produtividade e finaliza-se
nos cem por cento.
A pessoa que fez o
gráfico observou a produtividade da companhia para janeiro
do ano passado e à posição de produtividade
no gráfico durante janeiro, um ponto então foi apontado
no gráfico. Isto então foi repetido em fevereiro,
março, e cada mês do ano. Uma vez que todos pontos
foram lá colocados, uma linha ou curva é passada em
cada um dos pontos o que tornar mais claro o desempenho da companhia
no ano passado.
Tomamos o que sabemos
agora sobre gráficos e relacionamos ao eixo de movimento
do CNC. Em vez de plotar os pontos teóricos para representar
idéias conceituais, o programador de CNC plotará os
pontos do final físico para cada movimento de eixo. Cada
eixo linear da máquina ferramenta pode ser pensado como uma
linha básica do gráfico. Como os gráficos de
linhas básicas os eixos estão divididos em incrementos.
Mas em vez de estar dividido em incrementos de idéias conceituais
como tempo e produtividade, cada eixo linear do sistema de coordenada
retangular de uma máquina CNC está dividido em incrementos
mensuráveis em mm (medida de distancia). No modo de polegadas
modo, o incremento menor pode ser 0.0001 polegada. No modo métrico,
o incremento menor pode ser 0.001 milímetro. (A propósito,
para eixo rotativo o incremento é 0.001 graus.)
Assim como os gráficos,
cada eixo no sistema de coordenadas da máquina CNC tem que
iniciar em algum lugar. Com o gráfico, a linha básica
horizontal começou a janeiro e a linha básica vertical
começou na produtividade de zero %. Este lugar aonde as linhas
básicas verticais e horizontais se encontram é chamado
o ponto de origem do gráfico. Para propósitos de CNC,
este ponto de origem é chamado pelo programa comumente: ponto
zero (também chamado de zero de trabalho, zero peça,
ou origem do programa).
Figura
4. O sistema de coordenada retangular para o plano XY. O ponto zero
do programa estabelece o ponto de referência para movimento
comandado em um programa de CNC. Isto permite para ao programador
especificar movimentos de um local comum. Se o zero de programa
for sabiamente escolhido, normalmente podem ser tomadas as coordenadas
precisas para o programa diretamente.
Figura 4 (acima) mostra
como são comandados os movimentos de eixo comumente em máquinas
CNC. Por exemplo, os dois eixos que nós estamos mostrando
são chamados de X e Y, mas lembre-se de que no programa o
zero pode ser aplicado a qualquer eixo. Embora o nome de cada eixo
mude em cada tipo de máquina CNC a outros (outros nomes comuns
incluem Z, A, B, C, U, V, e W), este exemplo deveria ser usado para
mostrá-lo bem como o movimento de eixo pode ser comandado.
Como pode ver, a posição mais baixa no canto e mais
a esquerda da peça será correspondente à posição
zero para cada eixo. Quer dizer, o canto mais baixo à esquerda
da peça é o ponto zero do programa. Antes de escrever
o programa, o programador deverá determinar a posição
zero do programa. Tipicamente, o ponto zero do programa é
escolhido como o ponto onde todas as dimensões se iniciam.
Com esta técnica, se o programador deseja enviar a ferramenta
a uma posição 10 milímetros à direita
do ponto zero do programa, X10.0 é comandado. Se o programador
deseja que a ferramenta mova se a uma posição de 10
milímetros sobre o ponto zero do programa, Y10.0 é
comandado.
O controle determinará quantas vezes automaticamente ira
girar o servo motor de cada eixo e assim fazer o eixo alcançar
o ponto de destino comandado. Isto faz com que o programador comande
o movimento de eixo de uma maneira muito lógica.
Com os exemplos dados,
todos os pontos aconteceram para cima e à direita do ponto
zero do programa zero. Esta área, acima e à direita
do ponto zero do programa é chamado de primeiro quadrante
(neste caso, quadrante número um). Não são
raras máquinas CNC que trabalhem em outros quadrantes. Quando
isto acontecer, pelo menos um das coordenadas deve ser especificado
como negativa. Figura 5 (abaixo) mostra a relação
dos quatro quadrantes como também as representações
"mais e menos" que requereram para cada. Figure 6 (abaixo)
mostra uma aplicação comum onde os pontos finais ocorrem
entre os quatro quadrantes e coordenadas negativas devem ser especificadas.
Figura
5. Se um ponto aparecer num programa CNC em qualquer quadrante diferente
do primeiro quadrante, um sinal de menos deverá ser incluído
em pelo menos um dos seus eixos.
Absoluto versus
incremental
Todas as discussões sobre este ponto assumem que o modo absoluto
de programar deve ser usado. No modo absoluto, as coordenadas dos
pontos de todos os movimentos serão especificadas a partir
do ponto zero do programa. Para novatos, normalmente este é
o melhor e mais fácil método de especificar as posições
para comandos de movimento. Porém, há outro modo de
especificar os movimentos de eixo.
O modo incremental onde se é especificado os movimentos a
partir da posição atual da ferramenta, não
do zero do programa. Com este método de movimento dominante,
o programador tem que estar perguntando. "Quão distante
eu deveria mover a ferramenta?", são tão raras
as vezes que este método é útil que atualmente
esta se transformando em coisa do passado, em geral, este método
é mais incômodo e difícil.
É importante tomar muito cuidado ao se fazer os comandos
de movimento. Os novatos têm a tendência para pensar
incrementalmente. Trabalhando se no modo absoluto (como deveria
ser feito), o programador sempre deveria estar perguntando "A
que posição a ferramenta deveria ser movida?"
Esta posição é relativa ao zero do programar,
não da posição atual da ferramenta. Figura
6 (abaixo) mostra duas séries idênticas de movimentos,
um no modo incremental e a outra no modo absoluto.
Movimento
absoluto versus movimento incremental
Figura
6. É muito fácil de dizer o local preciso da ferramenta
em qualquer comando dado pelo modo absoluto. No modo incremental,
pode ser muito difícil determinar a posição
atual da ferramenta para um determinado comando de movimento.
Alem de ser muito fácil de determinar a posição
atual para qualquer comando, outro benefício de se trabalhar
no modo absoluto tem a ver com enganos feito durante comandos de
movimento.
No modo absoluto, se um erro de movimento é cometido em um
comando do programa, só um movimento estará incorreto.
Por outro lado, se um erro é cometido durante movimentos
por incrementos, todos os movimentos a partir deste ponto também
estarão errados.
Lembre se de que o
controle CNC precisa saber onde você definiu o ponto zero
do programa assim como se passa informação de uma
pessoa para outra. Como isto varia dramaticamente de uma máquina
CNC para outra. Um método mais antigo e usual é nomear
o zero de programa no programa. Com este método, o programador
diz ao controle a posição do ponto zero do programa
em relação ao ponto zero da máquina. Isto é
comumente passado ao controle pelo código G92 (ou G50) este
comando é colocado pelo menos no começo do programa
e possivelmente no começo de cada ferramenta.
Um modo mais novo e
melhor para nomear zero do programa é por alguma forma de
compensação. Fabricantes de controle de centros de
usinagem normalmente chamam estas compensações de
"Offsets" do zero de instalação. Fabricantes
de centro de torneamento comumente chamam estas compensações
para cada tipo de desenho da ferramenta. Mais modos de como os programas
podem ser zerados serão apresentados durante conceito fundamental
número quatro.
Outros pontos sobre
movimentos de eixos
Até este ponto,
nossa preocupação primária foi lhe mostrar
como determinar o ponto de cada comando de movimento. Como você
pode perceber, enquanto fazendo isto foi requerida uma compreensão
do sistema de coordenada retangular. Porém, há outras
preocupações como um movimento acontecerá.
Por exemplo, o tipo de movimento (rápido, interpolação
linear, circular, etc.), e taxa de avanço também deve
ser uma das preocupações do programador. Nós
discutiremos estas outras considerações durante conceito
fundamental número três.
Programa CNC
Quase todos controles de CNCs atualmente usam um único formato
de endereço de palavra para se programar. (As únicas
exceções para isto são certos controles sociáveis).
Através deste formato de endereço de palavra, queremos
dizer que o programa CNC é feito sobre sentenças de
comandos. Cada comando é composto de palavras CNC e cada
qual têm seu endereço de letras e valores numéricos.
O endereço de letra (X, Y, Z, etc.) diz ao controle o tipo
de palavra e o valor numérico diz ao controle o valor da
palavra. Usado como palavras e sentenças no idioma português,
palavras em um comando CNC dizem as máquinas CNCs o que é
que desejamos fazer com este bloco de comando.
Uma analogia muito
boa para o que acontece em um programa CNC é encontrada em
qualquer conjunto de instruções passo a passo. Por
exemplo, você tem algumas visitas de outra cidade que estão
chegando para visitar sua companhia. Você precisa escrever
as instruções para se chegar do aeroporto local a
sua companhia. Para fazer isto, você deve primeiro visualizar
o caminho do aeroporto até sua companhia. Você vai
então, em seqüência, escrever cada instrução
uma em baixo da outra.A pessoa que segue suas instruções
executará a primeira instrução e então
seguirá para a próxima até que ele ou ela chegue
a suas instalações.
De modo semelhante,
um programador CNC manual deve poder visualizar as operações
de usinagem que deverão ser executadas durante a execução
do programa. Então, passo a passo, o programador dará
um conjunto de comandos que fazem a máquina se comportar
adequadamente.
Embora um pouco fora do assunto, nós desejemos fazer uma
observação importante sobre visualização.
Da mesma maneira que a pessoa dirige em uma viagem precisa visualizar
o caminho a ser tomado, assim deve o programador CNC poder visualizar
os movimentos que máquina CNC estará fazendo antes
mesmo do programa ser desenvolvido. Sem esta habilidade de visualização,
o programador poderá não desenvolver os movimentos
corretamente no programa. Esta é uma razão por que
os operadores de máquinas fazem os melhores programas de
CNC. Um operador experiente deve poder visualizar qualquer operação
de usinagem de modo fácil e efetivo.
Da mesma maneira que cada instrução de viagem concisa
será composta de uma sentença, assim vá cada
instrução dada dentro de um programa CNC será
composto de um comando. Da mesma maneira que a oração
de instrução de viagem é composta de palavras
(em português), assim é o comando CNC composto de palavras
de CNC (em linguagem CNC).
A pessoa que segue seu conjunto de instruções de viagem
os executará explicitamente. Se você cometer um erro
com seu conjunto de instruções, a pessoa se perderá
a caminho de sua companhia. Em modo semelhante, a máquina
CNC executará um programa CNC explicitamente. Se houver um
engano no programa, a máquina CNC não se comportará
corretamente.
A baixo está um exemplo de um programa curto onde se deseja
executar dois furos em uma peça em um centro de usinagem
CNC. Lembre-se de que nós não estamos acentuando os
comandos neste programa (entretanto as mensagens nas descrições
dos blocos deve deixar relativamente claro sobre o que está
acontecendo em cada comando). No entanto nosso principal propósito
aqui é acentuar a estrutura de um programa CNC e o fato que
será executado em uma seqüência de blocos.
Blocos
de comando Descrição dos bloco
|
