Torno Cnc

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Universidade Metodista de Piracicaba (UNIMEP) Faculdade de Engenharia Arquitetura e Urbanismo (FEAU) Curso de Engenharia de Controle e Automação Grupo 2 PROCESSO DE FABRICAÇÃO E METROLOGIA: Torno CNC Santa Bárbara D’ Oeste – SP Abril / 2009 Torno CNC Ivan De Latorre Monfrinato RA: 0609248 Lucas Jacette RA: 0605667 Rubens da Silveira Lara Jr. RA: 0605667 PROFESSOR: Antonio Fernando Godoy Relatório de Experimento apresentado para avaliação da Disciplina de Processos de Fabricação e Metrologia Engenharia Universidade do de 7º semestre, Controle Metodista e de do Curso Automação, Piracicaba orientação do Prof. Antônio Fernando Godoy. Data da realização: 01/04/2009 Data da entrega: Santa Bárbara D’ Oeste – SP Abril / 2009 15/04/2009 de da sob SUMÁRIO 1 OBJETIVO ............................................................................................................ 4 2 INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 5 3 DESCRIÇÃO DA PRÁTICA .................................................................................. 7 3.1 Materiais Utilizados ............................................................................................. 7 3.2 Método ................................................................................................................. 7 4 RESULTADOS ....................................................................................................10 5 ANÁLISE DE RESULTADOS ..............................................................................11 6 RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DO ROTEIRO DA AULA PRÁTICA....................12 7 CONCLUSÃO ......................................................................................................15 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................16 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1 Centro de Usinagem Fadal............................................................................6 Figura 3.1 Torno CNC.....................................................................................................8 Figura 3.2 Interface do operador com o torno.................................................................8 Figura 3.3 Ferramentas do torno CNC............................................................................8 Figura 3.4 Etapa de zeramento das ferramentas............................................................8 Figura 3.5 Simulação do Programa.................................................................................9 Figura 3.6 Amostra sendo usinada.................................................................................9 Figura 4.1 Desenho da peça usinada...........................................................................10 Figura 4.2 Peça obtida. Vista de frente.........................................................................10 Figura 4.3 Peça obtida. Vista Horizontal.......................................................................10 4 1 OBJETIVO A prática de torneamento por comando numérico computadorizado tem como principais 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; - Observar todo o processo de preparação da máquina; - Conhecer as ferramentas utilizadas nesta prática, assim como a sequência de operações destacando o processo de usinagem; - Ter noções dos cuidados e da segurança em trabalhar com este equipamento. 5 2 INTRODUÇÃO Com a evolução da informática, da eletrônica, dos componentes mecânicos e das ferramentas de corte, os tornos automáticos, que usinam peças a partir de barras, tiveram um enorme avanço tecnológico, proporcionando aos seus usuários a possibilidade de produzir peças de alta complexidade de forma completa, eliminando operações secundárias, como fresamentos, furações, trabalhos de retífica e operação de corte. Os projetistas de máquinas-ferramenta, em sintonia com os desejos e as necessidades do mercado consumidor, vêm, cada vez mais, desenvolvendo equipamentos que oferecem melhores resultados e desempenho que os tornos automáticos. Dentre esses equipamentos, podemos citar o Centro de Torneamento, também chamado de Centro de Usinagem. Um centro de usinagem, nada mais é do que fresadoras às quais se juntaram outros sistemas mecânicos e eletrônicos, para se obter uma máquina mais versátil. Todo centro de usinagem tem um dispositivo conhecido como magazine de ferramentas. O magazine tem a função de alojar certo número de ferramentas, o qual pode chegar a mais de uma centena. Esses magazines constituem-se, normalmente, de um cabeçote giratório e de esteiras. O cabeçote giratório comporta poucas ferramentas. As esteiras arrastam os portas-ferramenta e comportam uma grande quantidade de ferramentas. Para efetuar a troca de ferramenta que está no cabeçote por uma que se encontra no magazine, é necessário um mecanismo conhecido como Trocador Automático de Ferramentas (ATC). Os magazines e os ATCs possibilitam a troca automática da ferramenta e independência da máquina em relação à presença do operador. Uma máquina pode fazer operações de fresamento, furação, mandrilamento, alargamento, rosqueamento, entre outras funções, eliminando-se 6 o tempo gasto na preparação de várias máquinas e o transporte do produto ente elas. Assim o produto fica pronto mais rapidamente e a um custo menor. Os centros de torneamento são mais utilizados na produção de lotes médios e grandes peças. As principais características de um moderno centro de torneamento são: - Construção rígida para que possa tornear os mais diversos tipos de materiais, inclusive aqueles de difícil usinabilidade, que exigem elevados esforços de corte. - A máquina deve proporcionar alta precisão ao longo de sua vida útil, mesmo trabalhando em regimes severos. - Máquina versátil, com diversas ferramentas, trabalhando simultaneamente. - Presença de Magazine de ferramentas. Figura 2.1 Centro de Usinagem Fadal. (Exposto na Feira Brasileira de Mecânica – 2007 pelo seu fabricante Cross Heuller) Ilustração: RS2 comunicação 7 3 DESCRIÇÃO DA PRÁTICA 3.1 Materiais Utilizados - Torno CNC; - Ferramentas - Instrumentos de medição; - Barra de Aço 1020. 3.2 Método Primeiramente nos foi apresentado um pouco sobre a história dos tornos CNC, antigamente “programado” através de fitas perfuradas até o início da década de 70 quando surgem as primeiras máquinas controladas por comandos numéricos computadorizados. Após essa breve introdução sobre a evolução do torno CNC, foi mostrado o torno utilizado na prática, bem como suas ferramentas. Além disso, foi abordado brevemente sobre o sistema de programação direta, gerado por um software de manufatura CAD/CAM, onde após o projeto da peça, o próprio software gera o programa que, através de uma ligação em rede, é transferido para o microcomputador do torno. 8 Figura 3.1 Torno CNC. Figura 3.2 Interface do operador com o torno. Em seguida, foi explicado um pouco sobre a programação do torno mostrando alguns comandos básicos, como a rotação do torno, a escolha da ferramenta, entre outros comandos. Com todas essas breves apresentações, pode ser iniciado o processo de torneamento. Primeiramente o operador zerou a máquina, firmando suas posições no plano x e no plano z. A próxima etapa foi zerar a ferramenta. Para esse procedimento, fixou-se a barra a ser usinada na placa, atentando-se para que o comprimento a ser usinado fosse maior do que a dimensão da peça, evitando que a ferramenta encostasse na placa. Em seguida aproximou-se todas as ferramentas da face da peça, encostando-as levemente, podendo assim, zerá-las no plano x e no plano z. Figura 3.3 Ferramentas do torno CNC. Figura 3.4 Etapa de zeramento das ferramentas. 9 Com a máquina e as ferramentas já zeradas, foi feito uma simulação do programa gerado, evitando qualquer tipo de erro de usinagem. Depois de realizada a simulação e verificada que não apresentou erros, a porta do torno foi fechada e o processo de usinagem foi iniciado. É importante alertar que como as ferramentas apresentam desgastes, se faz necessária a correção das medidas, para assim obter uma peça nas dimensões desejadas. Figura 3.5 Simulação do Programa. Figura 3.6 Amostra sendo usinada. 10 4 RESULTADOS Depois de concluído o processo de usinagem, obteve-se uma peça semelhante ao desenho apresentado. As figuras abaixo ilustram a peça final. Figura 4.1 Desenho da peça usinada. Figura 4.2 Peça obtida. Vista de frente. Figura 4.3 Peça obtida. Vista Horizontal. 11 5 ANÁLISE DE RESULTADOS Para a realização da usinagem da peça, foram utilizadas as seguintes ferramentas: Desbaste: Ferramenta triangular de raio 0,8 mm; Rotação de 2500 rpm; Velocidade de corte de 200m/min. Canal: Bedame externo 3,0 mm; Rotação de 800 rpm; Velocidade de corte de 120m/min. Furo de Centro: Broca de centro; Rotação de 1000 rpm; Velocidade de corte de 100m/min. Furo: Broca de aço rápido; Rotação de 900 rpm; Velocidade de corte de 200m/min. Rosca: Ferramenta de rosca externa – Inserto 60º; Rotação de 800 rpm. Levando em consideração o processo de fabricação efetuado pelo Torno CNC descrito, fica evidente a qualidade e velocidade da fabricação com relação às máquinas convencionais, uma vez que todas as etapas de usinagem foram realizadas em menos de 4 minutos, obtendo uma peça com acabamento muito melhor, mesmo sendo uma peça de geometria complexa. Pode-se dar um destaque maior com relação à velocidade de corte, visto que nesse a mesma mantém constante devido a um controle da máquina que permite relacionar a rotação com o diâmetro da peça, garantindo uma maior qualidade no produto final e um menos desgaste da ferramenta, uma vez que no mercado atual se busca cada vez mais velocidade na fabricação e qualidade no produto. 12 6 RESPOSTAS ÀS QUESTÕES DO ROTEIRO DA AULA PRÁTICA 6.1 Explique o comando numérico computadorizado – CNC. Apresente um breve histórico da evolução do comando numérico. CNC é uma sigla utilizada para comando numérico computadorizado. Esse comando lê, interpreta e executa cada um dos códigos que compõem o programa de usinagem. Para executar uma ordem, o CNC envia uma mensagem ao motor. Essa ordem nada mais é que um sinal elétrico deixado do CNC para o motor. Porém esse sinal é muito fraco, então através dos drivers esse sinal é amplificado. Então a partir daí, o motor pode girar conforme o desejado. Todas essas operações que estão ocorrendo na máquina são controladas por sensores de posição e de velocidade. A primeira máquina-ferramenta controlada por computador foi uma fresadora. Ela surgiu em 1952 e era usada na fabricação de peças de aviões e helicópteros. Esse primeiro controlador possuía, em muitos casos, um tamanho maior do que da própria máquina, consumiam muita energia, falhavam frequentemente e sua capacidade de cálculo era muito limitada. Durante cerca de 8 anos, essa tecnologia foi testada em muitos países, porém os usuários não tinham muita confiança em relação à eficiência do equipamento, sem contar nos preços elevados dos mesmos. Isso fez com que não houvesse uma alta implantação dessas máquinas, se restringindo apenas aos setores automobilísticos e aeronáuticos. Com a redução dos custos e o aumento da capacidade de cálculo dos controladores, a tecnologia CNC popularizou-se entre as indústrias. Hoje é impossível imaginar uma indústria e, principalmente os setores mecânico e metalúrgico, sem a presença de máquinas desse porte. 13 6.2 Quando uma empresa deve adotar / implantar máquinas de usinagem CNC. As empresas devem implantar máquinas de usinagem CNC a partir do momento que houver uma demanda muita alta de peças iguais, uma vez que o torno CNC possui uma alta repetibilidade na fabricação das peças; necessidade de baixo tempo de usinagem; usinagem de peças com geometrias complexas; um ótimo acabamento superficial das peças; redução da fadiga do operador; 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? Comparando a usinagem de uma mesma peça em um torno CNC e em um torno convencional, os principais parâmetros a serem levados em consideração são: - Tempo de Usinagem; - Acabamento da peça; - Troca rápida de ferramenta; - 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. Em um torno CNC, sua RPM varia conforme o mesmo retira material, aumentando a rotação conforme o diâmetro da peça diminui. Isto faz com que a velocidade de corte permaneça praticamente constante, propiciando um melhor acabamento da peça usinada. Fazendo uma comparação entre as formas de variações de rotação, podese dizer que um torno convencional possui variações discretas de rotação, que são proporcionadas pelo cambiamento entre as engrenagens com diferentes relações de transmissão. Já o torno CNC não varia a sua rotação baseado em 14 engrenagens, mas sim em variação de freqüência, proporcionada pelo inversor de freqüência que alimenta seu motor. Assim, um torno CNC pode ter sua velocidade partindo do zero até o máximo nominal, além de ter uma gama grande de rotações disponíveis. 6.5 Quais os tipos de ferramentas (forma e material) podem ser utilizadas num torno CNC? Todos os tipos de ferramentas podem ser utilizados em um torno CNC (ferramenta de metal duro, cerâmica, material sinterizado e diamante), desde que sejam feitos os devidos ajustes na velocidade de corte, no avanço e na profundidade de cada passe da ferramenta, na lubrificação e no arrefecimento da ferramenta de corte. As ferramentas mais utilizadas são as de metal sinterizado, recobertas ou não, visto que estas apresentam baixo custo, boa durabilidade, altas taxas de avanço e altas velocidades de corte. Em alguns casos não se faz necessário à refrigeração. 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. A fixação das peças em um torno CNC é feita em uma placa pneumática, o que reduz o tempo de preparação, já que basta ao operador pressionar um pedal para abrir a placa, colocar a peça e logo em seguida pressionar o pedal novamente para que a placa se feche e a peça seja fixada. A fixação das ferramentas se dá em uma torre rotativa que possui 8 alojamentos, sendo 4 para fixação de ferramentas de desbaste, corte e acabamento, e 4 para ferramentas de furação. As ferramentas são selecionadas automaticamente pelo programa CNC ou pelo operador. 15 7 CONCLUSÃO Realizado a prática, verifica-se que as máquinas CNC são altamente rentáveis, pois são capazes de usinar peças com perfis geométricos muito complexos com muita flexibilidade. Pôde-se observar que a peça ao ser usinada fica com um bom acabamento e que o seu tempo de usinagem é altamente curto. Pode-se verificar também que esse tipo de torno tem a capacidade de manter uma velocidade de corte constante, uma vez que sua rotação aumenta conforme o diâmetro da peça diminui, evitando desgaste maior da ferramenta. Além disso, devido as suas funcionalidades, é imprescindível que uma indústria e, principalmente os setores mecânico e metalúrgico abram mão de uma máquina-ferramenta CNC. 16 8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Disponível em: http://www.engprod.ufjf.br/epd_automacao/EPD030_MaquinasCNC.pdf, Máquinas CNC, acessado em 11 de Abril de 2009, ás 14h03min. Disponível em: http://www.bibvirt.futuro.usp.br/textos/didaticos_e_tematicos/telecurso_2000_cursos_profi ssionalizantes/telecurso_2000_processos_de_fabricacao, Fresando com CNC, acessado 11 de Abril de 2009, ás 15h10min. Disponível em: http://www.omundodausinagem.com.br/edicoes/2006/3/pag30.pdf, Usinagens completas em Centros de Torneamento, acessado em 09 de Abril de 2009, ás 09h25min.