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ESCOLA DE ENGENHARIA DE PIRACICABA FUNDAÇÃO MUNICIPAL DE ENSINO
Grupo 2
Processos de Fabricação I Processo de Usinagem em Torno CNC
Joaquim F. N. Jardim 250080601 Gustavo M. R. Kobayashi 250080574 Conrado A. Laperuta 250080569 Fernando Fischer 250080578 Marcos Aníbal Da Cunha 250080587 Leonardo Fenato Mariani 264080580 Silvio Alcantara de Almeida 250080592 Prof. Antonio Fernando Godoy
Relatório da Aula Prática de Usinagem da Disciplina Processos de Fabricação I Escola de Engenharia de Piracicaba 2
1. Objetivos
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2. Introdução
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2.1 - Centros de Usinagem
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3. Descrição da Prática
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4. Apresentação dos Resultados
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5. Análise dos Resultado
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6. Questões
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7. Conclusão
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1. Objetivos Visualizar o funcionamento de um torno CNC e ter uma noção de todas as operações que esta máquina pode realizar; Acompanhar a usinagem de uma peça de aço conforme a programação feita com base no desenho; Os alunos deverão observar todo o processo de preparação da máquina; Conhecer as ferramentas utilizadas nesta prática, assim como a seqüência de operações destacando o processo de usinagem; Ter noção também dos cuidados e da segurança em trabalhar com este equipamento;
2. Introdução 2.1 - Centros de Usinagem
Com o desenvolvimento tecnológico, que é impulsionado pela exigência dos consumidores e necessidades das industrias de produzirem peças complexas e com tolerâncias pequenas, para atender a normas técnicas e ainda terem competitividade para atender e sobreviver num mercado cada dia mais competitivo. O setor de usinagem também teve grandes avanços. Os primeiros sistemas automáticos de produção para grandes volumes tinham sua tecnologia dedicada e baseada em hardware. Neste caso para cada tipo ou modelo de peças a ser produzido a máquina precisava passar por alterações físicas. No caso do setor de usinagem as máquinas ferramentas tradicionais foram projetadas para executarem basicamente um tipo de operação, assim uma peça que necessita de uma variedade de operações como: fresamento, faceamento, furação, rosqueamento, alargamento e mandrilamento, precisam de passar por diferentes tipos de máquinas ferramentas até que a usinagem seja completa, este tipo de manufatura pode ser automatizado, montando-se várias máquinas ferramentas em sequência para produção em larga escala. Porém existem situações em que essas linhas de transferência não são viáveis, principalmente quando os tipos de produtos a serem usinados mudam rapidamente. Esse é um dos fatores que fazem com que os Centros de Usinagem sejam mais indicados no processo de fabricação dessas peças.
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Com o avanço da eletrônica e da informática foi possível desenvolver máquinas ferramentas com alta tecnologia embutida, como vemos hoje os Centros de Usinagem que são máquinas ferramentas controladas por computador, são conhecidos também como Centros de Torneamento ou máquinas CNC ( Computer Numeric Control ), Controle Numérico Computadorizado. Com essa tecnologia foram também desenvolvidas as tecnologias de CAD ( Desenho Assistido por Computador ) e CAM ( Manufatura Assistida por Computador ), que promovem fabricação de peças complexas com grande precisão e agilidade com pouca interferência de mão de obra. Descrevemos abaixo um breve histórico do desenvolvimento dessas máquinas: (http://pt.wikipedia.org/wiki/CNC) •
1949: Primeiro estudo de viabilidade tecnológica de um equipamento de fabrio de peças por arranque de apara (fresadora)comandado por um sistema programável (MIT-E.U.A.);
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1952: Primeira fresadora vertical com três eixos controlada por um novo tipo de controlador composto por um sistema híbrido analógico/digital que usava uma fita perfuradora como meio para armazenar o programa. Foi designada como Máquina Controlada Numericamente;
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1952-1955: Novos desenvolvimentos com a aplicação desta tecnologia a outros tipos de equipamentos - Força Aérea;
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1956: Inicia-se a construção de 100 fresadoras, controladas numericamente para fabricar peças para empresas ligadas à construção de aeronaves;
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1955-1958: Desenvolvimento da primeira aplicação de computador para assistir na geração de programas de comando numérico. Foi designado por APT Automatically Programmed Tool - e corria em máquinas IBM do MIT;
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1962: Continuou o desenvolvimento desta tecnologia com a aplicação a furadoras e desenvolvimentos nos sistemas mecânicos para eliminar causas de ineficácia no controlo da trajectória da ferramenta tais como folgas;
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1970: Aplicação dos microprocessadores e memória ROM aos controladores numéricos; o
Aparecimento dos Sistemas CAD
o
Incorporação de um computador dedicado no controlador numérico Controle Numérico Computadorizado;
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1980 - Atualidade:
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o
Propagação da utilização de sistemas CAD/CAM e equipamentos CNC em outros tipos de indústria tais como a injeção de plásticos, indústria da madeira e mobiliário e finalmente a indústria de produção de sistemas eletrônicos;
o
Desenvolvimentos para aumentar o desempenho dos equipamentos nomeadamente ao nível da velocidade de avanço e velocidade de corte;
o
Desenvolvimentos com vista à automatização dos processos de produção designadamente sistemas de alimentação de matérias primas, sistemas de manipulação de peças, sistemas de mudança automática de ferramentas;
o
Desenvolvimentos
dos
processos
de
maquinagem
com
vista
ao
aproveitamento das capacidades dos equipamentos de CNC particularmente nas ferramentas de corte; o
Desenvolvimento de sistemas computorizados para controlar e gerir automaticamente sistemas de produção.
Existem dois tipos básicos de Centros de Usinagem, os de cabeçote vertical e cabeçote horizontal, porém exitem os Centros de Usinagem Universal, este é equipado com cabeçotes vertical e horizontal. Todo Centro de Usinagem possui um magazine que tem função de alojar um certo número de ferramentas, que pode chegar a mais de uma centena. Para efetuar a troca de uma ferramenta que está o cabaçote por uma que está no magazine existe um mecanismo denominado Trocador Automático de ferramentas que possibilita a troca de ferramenta sem interferencia do operador. Possuem capacidade de manipular grande variedade e tamanhos de peças, onde o que muda na usinagem de uma peça para outra é a programação do equipamento. O tempo necessário para alimentar e retirar peça, troca de ferramentas, calibração e ajustes são reduzidos. São altamente automatizados e compactos, monitoram a condição da ferramenta e quebras das mesmas, possuem calibração em processo e pós processo. Mesmo com tantas ventagens, é necessário considerar o alto investimento para ser adquirir um Centro de Usinagem, se há demanda suficiente para manter esse alto custo.
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3. Descrição da Prática O torno CNC foi apresentado como uma máquina utilizada principalmente para usinar e obter uma melhora do acabamento das peças. Houve a explicação de como o torno convencional foi desenvolvido até chegar nesse torno CNC, onde é programado por um computador, tendo uma melhor precisão e controle para a usinagem. O instrutor demonstrou como os comandos eram programados e executados diretamente no torno. A programação pode ser tanto manual como digital, tendo uma melhor precisão. Antes da programação, foi realizada a centralização das ferramentas a serem usadas, pois durante a troca das peças, pode haver a mudança do centro da peça. Após a programação do centro da peça, foi programado o formato da peça desejada, e foram realizados testes para verificar se durante o processo da usinagem não ocorra nenhum erro durante a troca ou posicionamento das ferramentas. Com os testes terminados, o processo de usinagem foi iniciado. Durante a usinagem foi utilizado um refrigerante, pois a peça esquenta e no final poderia apresentar alguns defeitos ou danificar a ferramenta. Com o processo de usinagem terminado, a peça já está pronta para sua devida utilização. O torno CNC é visto como vantajoso comparado com o torno convencional, pois pode ser programado e os projetos salvos através de um computador, isso faz com que o processo seja mais rápido, eficiente e mais preciso.
4. Apresentação dos Resultados De acordo com o instrutor a peça seria feita em um torno convencional em aproximadamente uma hora por um operador experiente e com o torno CNC foi elaborada em aproximadamente dez minutos mesmo sendo feita em baixa rotação para que a a pratica ficasse mais didática. Não foi utilizado liquido refrigerante, pois ao rotacionar o líquido seria projetado da peça criando uma nevoa que impediria de ver a operação, por isso a peça se encontrava extremamente quente e difícil de ser manuseada.
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5. Análise dos Resultado Para usinarmos a peça foram utilizadas algumas ferramentas para realizarmos o desbaste, canal, furo de centro, furo, rosca. Analisando todo o processo realizado pelo Torno CNC, podemos ver a qualidade e a
velocidade
do
mesmo
quando
comparado
aos
tornos
convencionais,
para
exemplificarmos a peça realizado no Torno CNC realizou todo o processo em cerca de 3 a 4 minutos, e por ser uma peça com bastantes detalhes o acabamento ficou excelente. O que mais se destaca em um Torno CNC é a velocidade de corte, no qual a maquina consegue relacionar a rotação com o diâmetro da peça, gerando assim um melhor acabamento e um desgaste de ferramenta menor.
6. Questões 6.1 Explique o comando numérico computadorizado CNC. Apresente um breve histórico da evolução do comando numérico.
O CNC é um sistema que interpreta um conjunto de instruções pré-gravadas, codificadas em alguns formatos simbólicos, permitindo a maquina executar as instruções e ainda verificar os resultados para que a precisão seja mantida. A função do CNC numa maquina é fazer com que as ferramentas de corte ou usinagem sigam, automaticamente, uma trajetória pré-programada através de instruções codificadas, com a velocidade da trajetória e a rotação da ferramenta ou peça também pré-programadas;ou seja através das instruções codificadas(pré-progamadas) e dos sinais dos sensores de (posição e velocidade) o CNC processa essas informações e gera um sinal elétrico enviando para os drivers que amplificam esse sinal elétrico e após enviam para o motor da maquina. Há diversas formas de executar essa programação, algumas manuais, outras auxiliadas por computador (CAP – Computer Aided Programming). Existem também casos em que o próprio CNC pode ser utilizado para auxiliar na programação, usando métodos interativos com o operador, ou métodos de digitalização e cópia. Histórico Em 1949, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e a “U.S. Air Force” uniram esforços para desenvolver o primeiro comando numérico. O protótipo foi testado com sucesso em uma fresadora de três eixos, da Cincinnati Milling Machine Company, 8
que até hoje é uma das maiores fabricantes mundiais de máquinas-ferramenta e injetoras de termoplásticos (entre outros equipamentos) do mundo. Os primeiros comandos numéricos eram programados a partir de fitas ou cartões perfurados. Devido ao tempo e esforço necessários para editar programas em fitas, posteriormente
computadores
foram
introduzidos
para
auxiliar
a
programação
Em 1962, auge da Guerra Fria, os maiores fabricantes estavam empenhados no controle numérico, estimulados pela demanda militar. No início dos anos setenta, outra onda de incentivo ao comando numérico surgiu. Dessa vez, oriunda do desenvolvimento dos microprocessadores. Já no início da década de 1980, esse equipamento era comum no parque industrial mundial. Nessa época “apenas” o comando numérico, passou a ser o comando numérico computadorizado (CNC).Atualmente, diversos recursos existem para facilitar a programação, por exemplo: - programas podem ser gerados diretamente a partir de um desenho de uma peça, utilizando sistemas CAD/CAM (Computer Aided Design/ Computer Aided Manufacturing). - programas podem ser gerados interativamente no próprio CNC, utilizando editores e simuladores gráficos, ou diálogos para peças simples. - programas podem ser gerados a partir de uma peça-modelo, através de digitalização executada pelo CNC.
6.2 Quando uma empresa deve adotar / implantar máquinas de usinagem CNC.
Uma empresa deve adotar ou implantar máquinas de usinagem CNC quando houver a necessidade de melhorar a qualidade de usinagem de seu processo e também uma demanda alta da sua produção principalmente de peças iguais, uma vez que as maquinas CNC possuem uma alta repetibilidade na fabricação das peças; baixo tempo de usinagem; facilitam a usinagem de peças com geometrias complexas; possuem um ótimo acabamento superficial das peças; flexibilidade de produção.
6.3 Comparando-se a usinagem de uma mesma peça no torno CNC e no torno convencional, quais parâmetros / fatores diferem significativamente?
Os principais parâmetros significativos que diferem o torno CNC do convencional são: -Alta repetibilidade na usinagem de peças iguais; - Tempo de Usinagem; 9
- Acabamento da peça; - Troca rápida de ferramenta; -Possuem vários tipos de ferramentas de corte na mesma maquina - Sistema de fixação da peça na placa; - Velocidade de corte
6.4 Porque máquinas CNC operam geralmente com Velocidade de Corte constante? Faça uma comparação do sistema de variação contínua de rotações do torno CNC com o sistema de variação discreta de rotações.
As maquinas CNC variam sua RPM de acordo com o diâmetro da peça usinada, ou seja, conforme o diâmetro da peça diminui a rotação da maquina CNC aumenta proporcionalmente isso faz com que a velocidade de corte permaneça praticamente constante, propiciando um melhor acabamento da peça usinada. No sistema de variação discreta de rotações (torno convencional) a variação da RPM da maquina é realizada entre um conjunto de engrenagens com diferentes relações de transmissão, sendo que nesse sistema a rotação da maquina é definida antes de iniciar a usinagem não variando durante o processo. O torno CNC possui uma grande gama de rotações disponíveis, ele pode ter sua RPM partindo do zero até uma rotação máxima nominal. Essa variação da rotação é realizada através de um inversor de freqüência que alimenta o motor da maquina. Durante o processo usinagem no torno CNC conforme o diâmetro da peça diminui a rotação da maquina aumenta proporcionalmente, mantendo uma velocidade de corte praticamente constante.
6.5 Quais os tipos de ferramentas (forma e material) podem ser utilizadas num torno CNC?
Devido o torno CNC possuir uma grande gama de ajustes (velocidade de corte, avanço da ferramenta, profundidade e arrefecimento da ferramenta de corte) podemos usar praticamente todos os tipos de ferramentas compostas de (aço rápido,ligas fundidas, metal duro,cermets,cerâmicas e diamante) Das ferramentas citadas as mais utilizadas são as de metal duro com ou sem revestimento, devido ao baixo custo e suas características operacionais (durabilidade, avanço e velocidade de corte). 10
6.6 Devido às altas velocidades de cortes que se atingem em máquinas CNC, o sistema de fixação tanto das ferramentas quanto das peças devem garantir total segurança, tanto para o próprio equipamento quanto para o operador. Neste sentido, apresente e explique os sistemas de fixação (peça e ferramenta) usados atualmente.
O torno CNC utiliza um tambor como porta ferramentas onde podem ser fixado de seis a vinte ferramentas diferentes, de acordo com o tamanho e complexidade do torno. A mudança de ferramenta é realizada automaticamente pelo programa CNC, e a cada mudança, o carro onde é fixado o tambor retrocede a uma posição onde se produz o giro e a selecção da ferramenta adequada para prosseguir o ciclo de usinagem. As ferramentas têm que ser ajustadas a coordenadas adequadas em um acessorio externo aos tornos de acordo com as cotas que indique o programa. Na maioria dos casos trabalha-se com pastilhas intercambiaveis de metal duro, com o qual, quando necesita repor essas pastilhas, não precisa remover o porta ferramenta de seu alojamento. Para a fixação das peças o torno CNC possui uma placa pneumatica,acionada atraves de um pedal para facilitar o trabalho do operador ja que o mesmo fica com as mãos livres para manusear a peça;sendo assim
para fixar a peça
basta apenas o
operador pressionar o pedal para a placa abrir introduzir a peça , e apos acionar o pedal nonamente para o fechamento da placa finalizando a fixação da peça.
7. Conclusão Para usinagens que necessitam ser mais precisas ou executadas rapidamente, o torno CNC é uma boa opção de uso. A programação em si necessita de bastante pratica do programador pra visualizar a sequencia de eventos do processo, mas hoje tem-se a alternativa de softwares CAM, que ajudam a visualizar o processo e a fazer programação. O único porem da pratica é não ser abordado o assunto da programação. Mesmo sendo um assunto que requer conhecimentos prévios de torneamento, seria interessante mostrar como o programa é feito.
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Bibliografia http://pt.wikipedia.org/wiki/CNC, Acessado em 7 de Novembro de 2010
MARCICANO, J. P. P., Tópicos em Fabricação Mecânica. São Paulo, 2001. 58 pg.
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