Comando Numérico Computadorizado - aula 01

Introdução

No desenvolvimento histórico das Máquinas Ferramentas de Usinagem, sempre se procurou soluções que permitissem aumentar a produtividade com qualidade superior e a minimização dos desgastes físicos na operação das máquinas. Muitas soluções surgiram, mas até recentemente, nenhuma oferecia flexibilidade necessária para o uso de uma mesma máquina na usinagem de peças com diferentes configurações e em lotes reduzidos.

Um exemplo desta situação é o caso do torno. A evolução do torno universal levou à criação do torno revólver, do torno copiador e torno automático, com programação elétrica ou mecânica, com emprego de “cames”, etc. Em paralelo ao desenvolvimento da máquina, visando o aumento dos recursos produtivos, outros fatores colaboraram com sua evolução, que foi o desenvolvimento das ferramentas, desde as de aço rápido, metal duro às modernas ferramentas com insertos de cerâmica. As condições de corte impostas pelas novas ferramentas exigiram das máquinas novos conceitos de projetos, que permitissem a usinagem com rigidez e dentro destes, novos parâmetros. Então, com a descoberta e, consequente aplicação do Comando Numérico à Máquina Ferramenta de Usinagem, esta preencheu as lacunas existentes nos sistemas de trabalho com peças complexas, reunindo as características de várias destas máquinas.

Histórico

Em 1950, já se dizia em voz corrente, que a cibernética revolucionaria, completamente, as Máquinas Ferramentas de usinagem, mas não se sabia exatamente como. Houve tendências iniciais de aplicar o computador para comando de máquinas, o que, de certa forma, retardou o aparecimento do CN. Somente quando este caminho foi abandonado por ordem econômica, principalmente, abriu-se para a pesquisa e o desenvolvimento do que seria o “Comando Numérico”.
No conceito “Comando Numérico”, devemos entender “numérico”, como significando por meio ou através de números. Este conceito surgiu e tomou corpo, inicialmente nos idos de 1949/50, nos Estados Unidos da América e, mais precisamente, no Massachussets Institute of Tecnology, quando sob a tutela da Parsons Corporation e da Força Aérea dos Estados Unidos, desenvolveu-se um projeto específico que tratava do “desenvolvimento de um sistema aplicável às máquinas-ferramenta para controlar a posição de seus fusos, de acordo com os dados fornecidos por um computador”, ideia, contudo, basicamente simples.
Entre 1955 e 1957, a Força Aérea Norte-Americana utilizou em suas oficinas máquinas C.N., cujas ideias foram apresentadas pela “Parson Corporation”. Nesta mesma época, várias empresas pesquisavam, isoladamente, o C.N. e sua aplicação. O M.I.T., Massachussets Institute of Tecnology, também participou das pesquisas e apresentou um comando com entrada de dados através de fita magnética. A aplicação ainda não era significativa, pois faltava confiança, os custos eram altos e a experiência muito pequena. Da década de 60, foram desenvolvidos novos sistemas, máquinas foram especialmente projetadas para receberem o C.N., e aumentou muito a aplicação no campo da metalurgia. Este desenvolvimento chega a nossos dias satisfazendo os quesitos de confiança, experiência e viabilidade econômica.
A história não termina, mas abrem-se novas perspectivas de desenvolvimento, que deixam de envolver somente Máquinas Operatrizes de usinagem, entrando em novas áreas. O desenvolvimento da eletrônica aliado ao grande progresso da tecnologia mecânica garante estas perspectivas do crescimento.
Atualmente, as palavras “Comando Numérico” começam a ser mais frequentemente entendidas como soluções de problemas de usinagem, principalmente, onde não se justifica o emprego de máquinas especiais. Em nosso país, já se iniciou o emprego de máquinas com C.N., em substituição aos controles convencionais.

Definição de CNC

Como definição, pode-se dizer que o Comando Numérico é um equipamento eletrônico capaz de receber informações através de entrada própria de dados, compilar estas informações e transmiti-las em forma de comando à máquina ferramenta de modo que esta, sem a intervenção do operador, realize as operações na sequência programada.
O CN é composto de uma unidade de assimilação de informações, recebidas através da entrada manual de dados, micro e outros menos usuais.
Uma unidade calculadora, onde as informações recebidas são processadas e retransmitidas às unidades motoras da máquina-ferramenta.
O circuito que integra a máquina-ferramenta ao CN é denominado de interface, o qual será programado de acordo com as características mecânicas da máquina.
O projeto da máquina-ferramenta deverá objetivar os recursos Máquina-Ferramenta operacional oferecido pelo CN. Quanto mais recursos oferecer, maior a versatilidade.

Vantagens do comando numérico

O Comando Numérico pode ser utilizado em qualquer tipo de máquina-ferramenta. Sua aplicação tem sido maior nas máquinas de diferentes operações de usinagem, como Tornos, Fresadoras, Furadeiras, Mandriladoras e Centros de Usinagem.
Basicamente, sua aplicação deve ser efetuada em empresas que utilizem as máquinas na usinagem de séries médias e repetitivas ou em ferramentarias, que usinam peças complexas em lotes pequenos ou unitários.
A compra de uma máquina-ferramenta não poderá basear-se somente na demonstração de economia comparado com o sistema convencional, pois, o seu custo inicial ficará em segundo plano, quando se analisa os seguintes critérios na aplicação de máquinas a CN.

As principais vantagens são:

1- Maior versatilidade do processo
2- Interpolações lineares e circulares
3- Corte de roscas
4- Sistema de posicionamento, controlado pelo CN, de grande precisão.
5- Redução na gama utilizável de ferramentas.
6- Compactação do ciclo de usinagem.
7- Menor tempo de espera.
8- Menor movimento da peça.
9- Menor tempo de preparação da máquina.
10- Menor interação entre homem/máquina. As dimensões dependem, quase que somente, do comando da máquina.
11- Uso racional de ferramentas, face aos recursos do comando/máquina, os quais executam as formas geométricas da peça, não necessitando as mesmas de projetos especiais.
12- Simplificação dos dispositivos.
13- Aumento da qualidade de serviço.
14- Facilidade na confecção de perfis simples e complexos, sem a utilização de modelos.
15- Repetitividade dentro dos limites próprios da máquina.
16- Maior controle sobre desgaste das ferramentas.
17- Possibilidade de correção destes desgastes.
18- Melhor controle de qualidade.
19- Seleção infinitesimal dos avanços.
20- Profundidade de corte perfeitamente controlável.
21- Troca automática de velocidades (2 gamas).
22- Redução do refugo.
23- Menor estoque de peças em razão da rapidez de fabricação.
24- Maior segurança do operador.
25- Redução na fadiga do operador.
26- Economia na utilização de operários não qualificados.
27- Rápido intercâmbio de informações entre os setores de Planejamento e Produção.
28- Uso racional do arquivo de processos.
29- Troca rápida de ferramentas.

Principais Recursos do CN:

- Vídeo gráfico para o perfil da peça e visualização do campo de trabalho da ferramenta;
- Compensação do raio do inserto;
- Programação de áreas de segurança;
- Programação de quaisquer contornos;
- Programação de velocidade de corte constante;
- Programação com subprogramas;
- Comunicação direta com operador através do vídeo;
- Sistema de autodiagnostico;
- Programação absoluta ou incremental nos deslocamentos;
- Capacidade de memória 64 Kbytes;
- Memorização dos programas por entrada manual de dados e micro (redes, bluetooth e wireless);
- Monitorização da vida útil da ferramenta;
- Programação em milímetros ou polegadas;
- Programação em ciclos fixos de usinagem;
- “PRE-SET” realizado na própria máquina ou fora dela.

Coordenadas cartesianas

Todas as máquinas-ferramenta CNC são comandadas por um sistema de coordenadas cartesianas na elaboração de qualquer perfil geométrico.

EIXO X: Movimento transversal;
EIXO Z: Movimento longitudinal.

Norma ISO 6983

A Norma ISO 6983 descreve o formato das instruções do programa para máquinas de Controle Numérico. Trata-se de um formato geral de programação e não um formato para um tipo de máquina específica. A flexibilidade desta norma não garante intercâmbio de programas entre máquinas.

Os objetivos desta norma são:

- Unificar os formatos-padrão anteriores numa Norma Internacional para sistemas de controle de posicionamento, movimento linear e de contorno;
- Introduzir um formato-padrão para novas funções, não descritas nas normas anteriores;
- Reduzir a diferença de programação entre diferentes máquinas ou unidades de controle, uniformizando técnicas de programação;
- Desenvolver uma linha de ação que facilite o intercâmbio de programas entre máquinas de controle numérico de mesma classificação, por tipo, processo, função, tamanho e precisão;
- Incluir os códigos das funções preparatórias e miscelâneas.

Denominação dos eixos de movimento

A nomenclatura dos eixos e movimentos está definida na norma internacional ISO 841 (Numerical control of machines) e é aplicável a todo tipo de máquina-ferramenta. Os eixos rotativos são designados com as letras A, B e C; os eixos principais de avanço com as letras X, Y e Z.

Regra da mão direita

As designações dos eixos básicos principais e dos eixos de rotação são interdependentes, ou seja, obedecem a uma convenção fixada pela regra da mão direita e pela sequência das letras do alfabeto.
Todos os sistemas de coordenadas das máquinas CNC respeitam a regra da mão direita. Para um sistema tridimensional, são utilizados três eixos perpendiculares entre si, que podem ser designados com auxílio dos dedos da mão direita.
Polegar: indica o sentido positivo do eixo imaginário, representado pela letra X.
Indicador: aponta o sentido positivo do eixo Y.
Médio: mostra o sentido positivo do eixo Z.

Nas máquinas-ferramenta, o sistema de coordenadas determinado pela regra da mão direita pode variar de posição em função do tipo de máquina, mas sempre respeitará a norma onde os dedos apontam o sentido positivo dos eixos imaginários, com o eixo “Z” coincidente ou paralelo ao eixo da árvore principal.
Para o comando de avanço e penetração nos tornos, bastam apenas dois eixos imaginários.
Estes são designados pelas letras X e Z, onde o eixo X relaciona-se com o diâmetro da peça, e o eixo Z, relaciona-se com as dimensões longitudinais da peça.