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CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIIntrodução ao ControloNumérico Computorizado – IConceitos GeraisJoão Manuel R. S. TavaresJoaquim Oliveira FonsecaBibliografia Controlo Numérico Computorizado, ConceitosFundamentaisCarlos RelvasPublindústria, Edições Técnicas Curso Básico de Control ult.htm Curso Avanzado de Programacion de Control fault.htm2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I21
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoOs componentes típicos de uma máquina de comando numérico incluem: eixos de deslocamento; transmissões; dispositivos de medida de posição e de deslocamento; ferramenta principal ou cabeça (árvore); sistemas de aperto das peças; sistemas de mudança das ferramentas; eixos complementares de rotação e de deslocamento.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I3Componentes das máquinasde comando numéricoEixos lineares principaisNa designação das máquinas decomando numérico utiliza-sesempre o conceito de eixoslineares: direções dosdeslocamentos principais daspartes móveis da máquina como,por exemplo, da mesa portapeças, da cabeça, da torreta, etc.YEixos de deslocamento de umafresadora.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I42
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoEixos lineares principais X, Y, ZAs máquinas de comando numérico estão providas de umnúmero de eixos principais característico.Convencionalmente estes eixos designam-se por X, Y, Z.A designação e a descrição dos eixos de cada tipo demáquina de comando numérico é normalizada (Z // árvore).Os tornos dispõem de dois eixos lineares principais enquanto(árvore)as fresadoras estão dotadas de três.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I5Componentes das máquinasde comando numéricoEixos complementaresAlgumas máquinas de comando numérico dispõem de mesasgiratórias e/ou cabeça orientável. Os eixos sobre os quais giramessas mesas e cabeça, são controlados de forma independente esão designados por eixos complementares de rotação. A suavelocidade é também regulada de forma autónoma.Os eixos complementares de rotação (paralelos a X, Y, Z) sãodesignados, em programação de CN, por A, B, C.Devido às exigências impostas pela complexidade de certas peças,outras máquinas de comando numérico estão dotadas com mais doque três eixos de deslocamento linear principal.Os eixos complementares de deslocamento (paralelos a X, Y, Z)são designados, em programação de CN, por U, V, W.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I63
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoEixos complementaresZBBCCWYMesa giratória e cabeçabasculante.2012@JST/JOFCentro de maquinagem com 6eixos (4 lineares e dois giratórios).CFAC: Introdução ao CNC - I7Componentes das máquinasde comando numéricoSistemas CN básicosNas primeiras máquinas ferramentas, dotadas de unidades decontrolo numérico, o programa era implementadoexternamente, e devia ser transferido para o controladormediante algum suporte físico (cartão, cinta perfurada,disquete). Estes programas podiam ser iniciados ou paradosmas não podiam ser modificados ou editados.As correcções geométricas, devidas às dimensões dasferramentas e dos dispositivos de suporte, tinham que serprevistas antecipadamente, durante a programação e ooperador deveria montar as ferramentas segundo asconsiderações efectuadas (correcção manual).2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I84
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoSistemas CNC (controlados por computador)Presentemente um computador, como UC, permite ao operadorcomeçar/terminar o programa e também realizar modificações(editar) sobre o mesmo, junto da máquina, manipulando osdados através de periféricos de entrada e de saída.As dimensões das ferramentas (comprimento, raio, etc.)definem-se durante a operação ou na inicialização dasmesmas, de forma independente do programa. Estes dados sãoautomaticamente incorporados na programação (códigospróprios) durante a execução para que sejam levadas a cabo ascorreções pertinentes. Por esta razão o operador pode, noinício do trabalho, editar os programas com menos informação,limitando-se nessa fase a designar as ferramentas (correçãoautomática).2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I9Componentes das máquinasde comando numéricoTipos de controloOs conceitos de interpolação linear ou circular estão relacionados com osdeslocamentos dos eixos básicos das máquinas de comando numérico:Interpolação linear: Neste tipo de trajetória o sistema de CNC calcula umconjunto de posições intermédias ao longo de um segmento de retadefinido entre o ponto inicial e o final. Durante o deslocamento, deuma posição intermédia a outra, os movimentos de cada um doseixos considerados corrigem-se continuadamente, de maneira que atrajetória não se desvie, da reta teórica definida, mais do que atolerância permitida.Interpolação circular: O sistema CNC calcula um conjunto de posiçõesintermédias ao longo do segmento circular definido entre o pontosinicial e final. Durante o deslocamento, de uma posição intermédia aoutra, os movimentos de cada um dos eixos considerados corrigemse continuadamente, de maneira que a trajetória não se desvie, doarco de circunferência teórico, mais do que a tolerância permitida.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I105
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoTipos de controloDe acordo com o tipo de controlo os sistemas CNC subdividem-se em trêscategorias segundo um nível crescente de prestações: ponto a ponto, paraxial econtínuo.O controlo ponto a ponto permite, o posicionamento da ferramenta nos pontosprogramados, mediante movimentos simples em cada eixo, e sem corte.Tal supõe que em trabalho não se pode controlar a trajetória da ferramenta.Dependendo do tipo de controlo, os motores de cada eixo atuam separadamenteou em conjunto até que seja alcançada a posição ração, com posicionamento sem corteO controlo ponto a ponto usa-se, por exemplo,em sistemas de soldadura por pontos e furação.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I11Componentes das máquinasde comando numéricoTipos de controloO controlo paraxial permite, adicionalmente aosdeslocamentos rápidos em vazio, o avanço da ferramenta emcorte, segundo trajetórias paralelas aos eixos de base damáquina de comando numérico.Em tais trajetórias apenas atua um único motor (o que executao deslocamento ao longo desse eixo) controlando-se adistância a percorrer e a velocidade do avanço.Ferramenta em corte2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I126
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoTipos de controloO controlo contínuo permite: Os deslocamentos rápidos da ferramenta sem corte; Avanços em corte, paralelos aos eixos de base;Ferramenta em corte Avanços em corte, até qualquerponto arbitrário da peça, utilizandointerpolações lineares ou circulares.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I13Componentes das máquinasde comando numéricoTipos de controloExistem diferentes níveis de complexidade nos controlos contínuos,em relação à capacidade de atuar sobre vários eixos, emsimultâneo, para obter trajetórias das ferramentas por interpolaçãomais ou menos complexas. Neste contexto convém distinguir osplanos designados para interpolação. Assim se fala de contorno2D, 2D e 1/2, e 3D.As prestações de uma máquina de comando numérico não seclassificam pelo número de eixos disponíveis, mas sim pelonúmero de eixos que se podem mover (controlar) de formasimultânea para descrever as trajetórias.Um controlo de tipo contínuo pode atuar como paraxial ou ponto aponto, e um paraxial só como ponto a ponto. As situações inversasnão são viáveis.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I147
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoControlo de funções máquinaEm adição às funções geométricas para o controlo dosdeslocamentos, os sistemas CNC dispõem de outras para agestão da máquina: as funções máquina. O número destas ea forma como se executam dependem, tanto da própriamáquina de comando numérico, como das possibilidades daUC.Exemplos de funções máquina: Ligar a rotação e controlo da velocidade da árvore,posicionamento angular da cabeça, ligar o refrigerantede corte, manter a velocidade de avanço constante,manter a velocidade de corte constante, mudança daferramenta, .2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I15Componentes das máquinasde comando numéricoComponentes de um sistema de CNCO “coração” de um sistema CNC é um computador,que se encarrega de realizar todos os cálculosnecessários, bem como, as operações lógicas decontrolo.Atendendo a que osistema CNC é a ponteentre o operador e amáquina-ferramenta,são necessárias asrespetivas interfaces.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I168
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoComponentes de um sistema CN A interface do operador formada pelo painel decontrolo e vários dispositivos a ele ligados, geralmenterelacionados com o armazenamento (leitor de cintaperfurada, cassete, disquetes, etc.) ou de impressão.A interface de controlo da máquina-ferramenta queestá subdividida em múltiplas conexões de controlo eque afetam os atuadores dos eixos, da árvore principal,etc., até chegar ao sistema auxiliar de potência.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I17Componentes das máquinasde comando numéricoPainel de controloO aspeto externo do painel de controlo pode variarconsideravelmente em função do fabricante, noentanto, os componentes que nele aparecem podemse agrupar de forma genérica em: Monitor; Comandos para o controlo máquina; Controlos para programação.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I189
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoPainel de controloPara garantir o funcionamento correto da máquina decomando numérico e a aceitação das instruções para ocomputador, o painel de controlo apresenta um comutador domodo de operação. Os principais modos de operaçãopossíveis são: programação (edição e gestão); modificação dos dados da ferramenta; funcionamento manual; funcionamento automático.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I19Componentes das máquinasde comando numéricoOperar funções auxiliares máquinaOs comandos de controlo máquina iniciam ou paramatividades básicas da máquina de comando numérico.Em muitas ocasiões trata-se de interruptores ON/OFFassociados a funções individuais (tudo/nada), como porexemplo: ligar/desligar lubrificante de corte ou ligar/parar aárvore.Habitualmente estas funções aparecem representadasmediante um ícone (símbolo) inscrito no botão correspondente.Existem diversos tipos de comandos para começar e controlar oavanço dos eixos básicos da máquina de forma direta: botão,“joysticks” e volantes elétricos.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I2010
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoTeclado de programaçãoNa botoneira que controla as funções de programação, podese distinguir as teclas utilizadas para a transcrição dos dadosde entrada (caracteres) e aquelas que iniciam qualquercomando do computador (como a tecla ENTER ou INTRO ).Para a escrita dos dados, os painéis de controlo incorporamum conjunto de caracteres reduzido composto pelas letras(maiúsculas) com significado na programação deCN (G, M, F, S, .), números e operadoresmatemáticos elementares ( ,-,/ ,.). Com esteconjunto tipográfico pode-se introduzir o texto doprograma de CN carácter a carácter.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I21Componentes das máquinasde comando numéricoTeclado de programaçãoAlguns painéis incorporam teclas com as funções deprogramação mais importantes ou usuais de forma explícita,o que reduz ou abrevia a introdução do programa. Taisfunções aparecem designadas de forma direta com o seutexto sobre a tecla ou com um ícone que a descreve (tal é ocaso dos deslocamentos).As teclas de comandos do computador utilizam-se para aexecução de tarefas como a correção, o armazenamento, alistagem e o arranque dos programas de CN, assim como,para a sua reprodução para os periféricos externos. Taiscomandos podem-se identificar porque incorporamabreviações ou símbolos.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I2211
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoEquipamento auxiliar externoOs sistemas de CNC dispõem de memória limitada para oarmazenamento de programas (que, como em todos osequipamentos informáticos, tende a crescer nos novosmodelos). Assim, é necessário, por diversas causas, dispor derecursos técnicos capazes de preservar tal informaçãoexternamente. Por outro lado, nunca se sabe quando se vaiutilizar novamente um programa; repetir a sua edição junto damáquina pode ser bastante tediosa e improdutiva.Os métodos mais habituais para o armazenamento externo deinformação são a porta RS 232 e a disquete, a fita perfuradae a cassete (em CNC antigos).2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I23Componentes das máquinasde comando numéricoEquipamento auxiliar externoPara levar a cabo a transmissão para os sistemas dearmazenamento (para os dispositivos que gravam e leem)utilizam-se várias conexões standard (por exemplo aRS232).Estes standards por um lado estabelecem a forma decodificar a informação para a sua correta interpretação, e poroutro, a velocidade e as unidades básicas detransmissão/receção que garantam a fluidez da mesma.Estes parâmetros estabelecem um protocolo decomunicação. Uma das variáveis mais comuns é avelocidade de transmissão [bits/s].2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I2412
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoMicroprocessadorOs sistemas de CNC incluem um computador que fisicamenteconsiste num ou vários processadores (CPU), e em circuitosintegrados para armazenamento de dados (módulos dememória).A CPU intervém no processamento dos dados do programa(cálculos, gestão, memorização) introduzidos pelo operadorque se traduzem em sinais elétricos que controlam a máquinade comando numérico.Os dados do programa são constituídos por instruções de CNe de inicialização ou estado da máquina e das ferramentas(por exemplo dimensões das ferramentas).2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I25Componentes das máquinasde comando numéricoInterface de controloAs funções que executa uma máquina-ferramenta, não podemser inicializadas de forma direta pelo computador do seusistema CNC. É necessária a intervenção de um filtro, ouelemento intermédio, que traduza os sinais emitidos e geremambos os dispositivos. A união entre a máquina-ferramenta eo computador do sistema CNC é constituída pela interface decontrolo, que atua sobre cada um dos controladores doseixos e sobre o sistema de alimentação auxiliar depotência. A interface de controlo tem como função aconversão dos sinais provenientes do sistema CNC noutrospróprios para os atuadores da máquina-ferramenta, para destaforma, efetuar as ações ou movimentos programados.2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I2613
CFAC: Introdução ao CNC - I2012@FEUP/DEMec-SDIComponentes das máquinasde comando numéricoPosicionamento dos eixosIndependentemente dos componentes que incorporem osistema CNC, e das relações que se estabelecem entre uns eoutros, aparece sempre um conjunto de dispositivoseletrónicos essenciais para qualquer configuração como, oscomparadores digitais básicos e os circuitos de controlo.2012@JST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I27ComputadorCPUSistema auxiliarde potênciaPainel decontroloInterface decontrolo dos eixosComponentes das máquinasde comando numéricoMáquinaSistema CNC2012@JST/JOFJST/JOFCFAC: Introdução ao CNC - I2814
CFAC: Introdução ao CNC - I 2012@FEUP/DEMec-SDI JST/JOF 6 2012@JST/JOF CFAC: Introdução ao CNC - I 11 Componentes das máquinas de comando numérico Tipos de controlo De acordo com o tipo de controlo os sistemas CNC subdividem-se em três categorias segundo um nível crescente de prestações: ponto a ponto, paraxial e contínuo.
