Tcc Cnc Eng. Cont. Automação

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

WILLIAM RICARDO DE LIMA

Jaguariúna 2014

FACULDADE DE JAGUARIÚNA

Campus I: (19) 3837-8800 – Rua Amazonas, 504 – Jardim Dom Bosco Campus II: (19) 3837-8500 – Rod. Adhemar de Barros – Km 127 – Pista Sul Jaguariúna – SP – 13.820-000 http://www.faj.br – e-mail: [email protected]

2

FRESA CNC – SISTEMA DE CONTROLE E COMUNICAÇÃO PARA

INTERFACES

William Ricardo de Lima

RESUMO: O objetivo desta pesquisa é apresentar uma router CNC com sistema de

comunicação de interface diferenciada, demonstrando seus desvios dimensionais e

relativos à precisão da usinagem, o projeto foi dividido nas seguintes etapas,

metodologia, dimensionamento, programação, resultados e conclusão. A pesquisa

tem como objetivo demonstrar a precisão do equipamento para que futuramente

venha contribuir no desenvolvimento de novas maquinas com aplicação para

comunicações das interfaces de equipamentos CNCs com ênfase em hardwares e

softwares.

Palavras-chave: drivers, programação G, fresa CNC.

ABSTRACT: The objective of this research is to provide a CNC router with different

interface communication system, demonstrating its dimensional deviations and

relative precision machining, the project was divided into the following steps,

methodology, design, programming, results and conclusion. The research aims to

demonstrate the accuracy of the equipment that will eventually contribute to the

development of new machines with CNC application for communications equipment

interface with emphasis on hardware and software.

Keywords: drivers, programming G, CNC milling.



3

SUMÁRIO

Introdução 4

Descrição 5

Metodologia 5

Desenvolvimento 5

Mesa Linear 6

Analise de materiais 7

Aplicação do motor de passo 9

Dimensionamento do motor 10

Placa controladora 18

Características da placa 20

Comunicação porta paralela DB25 21

Software de comunicação para interfaces 22

Bloco de programação 23

Desenvolvimento da programação 26

Diagrama de interface 26

Cálculos de usinagem 27

Protótipo 30

Resultados 30

Projeto final 34

Conclusão 36

Considerações finais 36

Bibliografia 37

APÊNDICE 1 39

ANEXO 1 40

ANEXO 2 41

ANEXO 3 42



4

1. Introdução

O objetivo desta pesquisa é apresentar um sistema de comunicação de

interface de uma Fresa CNC com sua precisão na usinagem, o estudo foi feito para

avaliar as diferentes placas existentes no mercado e indicar algumas das suas

principais características, todo desenvolvimento foi feito através de medidas

retiradas de um disco através de um micrometro convencional.

O desenvolvimento com estudo de novas tecnologias ao decorrer dos anos

alavancou o crescimento na indústria, a usinagem é uma área responsável que pode

ser reconhecida como fator de melhoria de processo, como a automatização de

máquinas e equipamentos que aumentou a produtividade e precisão. Um exemplo

foi á criação do CNC (comando numérico computadorizado) que tem seu controle

por comandos numéricos, com este estudo foi possível controlar com precisão de

milésimos de milímetros as coordenadas dos eixos cartesianos algo que para o

homem executar manualmente é algo praticamente impossível (SENAI, 2005).

Segundo Soprana (2007) a forma de avaliar o resultado de uma medida é

aplicada com um conceito de exatidão, que pode ser entendida com a proximidade

do valor mensurável do seu valor objetivo. Mas não se deve esquecer algo

importante que é o grau de precisão, este pode ser dado entre a distância das

medidas repetidas entre mesmas condições.

A padronização é imprescindível no desenvolvimento de uma pesquisa, o

estudo proposto tem como embasamento normas da NR (norma regulamentadora),

NBR (norma brasileira regulamentadora), neste trabalho será apresentado normas

da NBR 10647 – Desenho Técnico e NBR 6158 – Sistemas de tolerâncias e ajustes.



5

2. Descrição

O projeto consiste em apresentar uma router CNC que tem sua validação de

precisão através de medidas retiradas de um disco de madeira mdf onde é possível

avaliar os resultados e mensurar a qualidade de usinagem do equipamento. A

maquina é capaz de usinar materiais como: madeira mdf, acrílico e metais leves, sua

interface é constituída dos seguintes materiais (computador, placa controladora,

fonte chaveada, motor de passo, chaves fim de curso). Todo processo do

equipamento é controlado por um painel onde fica acoplada a placa controladora,

fonte chaveada entre outros itens eletrônicos.

3. Metodologia

A metodologia desenvolvida foi avaliada sob 30 medidas retiradas aleatoriamente

sob o diâmetro de um disco usinado em madeira mdf, o instrumento utilizado para

medição foi um micrometro convencional com resolução de 0,001 milímetros, todo

estudo tem intuito de verificar a simetria da usinagem e sua precisão, utilizando

como referência um valor mínimo do disco de 30 milímetros.

Para padronizar as medidas foram utilizados os métodos, desvio médio e desvio

padrão e curva normal de Gauss todos inseridos em tabelas para indicar os valores

das amostras retiradas.

4. Desenvolvimento

A fresadora CNC tem diversos componentes em seu sistema operacional, o

estudo fica focado em uma área especifica, para está representação ter uma

visualização mais simples foi criado um diagrama de blocos, Figura 1 onde se

entende melhor o fluxo do processo representado.



6

A Figura 1 deixa visível à área principal da pesquisa, o objetivo do estudo é

especificar uma placa controladora adequada ao processo que suporte todos os

periféricos.

Figura 1 – Diagrama de blocos.

Fonte: (Autoria própria)

4.1 Mesa Linear

A guia linear retificada de material SAE 1045 e medida H7 conforme norma

NBR-6158, junto com rolamentos lineares foi utilizada na montagem da mesa de

usinagem Figura 2, com isso a máquina consegue alcançar alta precisão, pois guias

lineares têm baixos atrito o que atinge um ganho na velocidade de deslocamento,

pela sua baixa rugosidade resulta em pouco desgaste com sistemas utilizados para

acoplamentos deslizantes.

Figura 2 – Suporte da guia linear




7

4.2 Analise de materiais

Para Fialho (2008) auxiliar nos resultados de tensão e deflexão máxima dos

sistemas de guias lineares foi utilizado o software SolidWorks® no caso a ferramenta

que ele disponibiliza o SimulationXpress, que possibilita a análise do efeito da carga

aplicada em pontos específicos, com seus resultados alcançados de tensão é

possível identificar seus pontos críticos de carga aplicada Figura 3.

Figura 3 – Analise de URES


Utilizando a ferramenta Simulationxpress foi aplicada uma força de 100

Newtons, pois a carga total da mesa chega a 20 Kgf, dividindo por duas guias da

mesa temos uma distribuição de 10 Kgf para cada sistema de suportação, a carga

de maior tensão estática aplicada fica sob o centro de cada apoio, na Figura 3 pode-

se constatar que no URES (Resulting Displacement) conhecido como deslocamento

resultante, demonstra um deslocamento estático máximo de 4.539 x 10-1 o que

significa deslocamento do eixo de 0.4539 milímetros, os deslocamentos são

atribuídos de acordo com as cores no caso a cor azul demonstra a área com menor

deslocamento e a área em vermelho o maior ponto de deslocamento do eixo.



8

A tensão de Von Mises Figura 4 foi utilizada para descrever o estado da

tensão no material, utilizando o software através da tensão de Von Mises foi

encontrado o estado de ponto de colapso quando o material ultrapassa um

determinado valor.

Figura 4 – Analise de tensão Von Mises


Para Fonseca (2002) prevenir futuramente o aparecimento de deformações

claramente visíveis, ou até mesmo o rompimento do eixo deve ser utilizado um fator

de segurança maior que 1 para evitar a possibilidade de erro, no caso foi utilizado

como fator de segurança com o valor igual a 2, pois com o progresso que é obtido

constantemente na teoria estática e melhoria dos materiais, chegou-se permitindo

trabalhar com coeficientes relativamente baixos indicado no ANEXO 1 entre faixa de

1,5 a 2 para ambientes instáveis. No software utilizando um material SAE 1045 seu

rompimento ocorre apenas se tensão atingir 530 Mega Pascal, ou seja, na simulação

a tensão chega a 57.170 Mega Pascal, para calcular o coeficiente de segurança

(C.S.) que significa a relação da carga de ruptura e a carga admissível (HIBBELER,

2010) é utilizada a Equação 1.



9

Equação 1 – Cálculo de fator de segurança

C.S. = σrup.

σadm.

Onde;

C.S. = Coeficiente de segurança

σrup.= Tensão de ruptura

σadm.= Tensão admissível

C.S. = 530

57.170

C.S. = 9.27

O fator de segurança estabelecido para o tipo de trabalho foi 2, sendo que o

programa demonstrou um valor superior igual 9.27, entende-se que para o caso

deve ser preservado o valor de 9.27, pois ao redimensionar o eixo para redução de

material chegando ao valor muito próximo a 2 pode-se comprometer o deslocamento

do eixo, o que acaba afetando na precisão da máquina.

4.3 Aplicação do motor de passo

O uso do motor de passo é aplicado em equipamentos que necessitam de um

posicionamento preciso e uma rápida resposta de aceleração e desaceleração, não

é recomendada em casos de trabalho com alta velocidade, no caso da inércia do

rotor as bobinas se limitam a atrair para a mesma posição, assim perde-se a

resolução, em casos de alto torque também se deve manter atenção, pois o torque

do motor é adquirido pela atração do motor e bobina, compreende-se que existe

uma limitação do mesmo e sua projeção física, assim quando a carga exceder a



10

força do conjunto entre bobina e rotor o motor terá perda de resolução e não terá

mais controle.

4.4 Dimensionamento do motor

O motor de passo utilizado no projeto foi dimensionado através do documento em

ANEXO 2, uma vez que dimensionando o motor foi necessário adquirir algumas

informações da forma de trabalho.

Na Figura 5 está demonstrada a forma de trabalho da mesa do eixo Y, eixo mais

crítico do projeto no qual tem maior comprimento de deslocamento.

Figura 5 – Sistema de fuso e guia linear

Fonte: (Catalogo Akiyama)

No Anexo 2 encontra-se as folhas com dados do motor de passo selecionado,

para desenvolver o calculo do torque requerido para deslocamento foi necessário

obter os dados de PPS inicial, PPS final, Inércia do rotor e PPR que foram retirados

do Anexo 2, dados como peso da mesa, passo do fuso, comprimento do fuso,

diâmetro do fuso, material do fuso, coeficiente de fricção, eficiência do fuso, fator de

segurança e tempo de aceleração foram retirados do desenvolvimento mecânico do

equipamento todas as especificações estão identificadas na Tabela 1.



11

Tabela 1 – Tabela entrada de dados.

ENTRADA DE DADOS PRINCIPAL:

Peso da mesa: m[Kg] 20

Passos por revolução do motor: PPR 200

Tempo de aceleração: t[s] 0,1

Passos por segundo inicial: PPS 100

Passos por segundo final: PPS 10000

Inércia do motor: Jm [Kgf.m²] 2,80E-05

passo do fuso: p[m] 0,002

Comprimento do fuso: L[m] 0,6

Diâmetro do fuso: D[m] 0,01

Material do fuso AÇO

Coeficiente de fricção: u aço[0.57] / u alum[1.4] 0,57

Eficiência do fuso: n (valore entre 0.85 a 0.95) 0,95

Fator de segurança: Ks (valores entre 1.5 e 2.0)

2

Fonte: (Autoria Própria)

Para determinar a velocidade inicial em RPM é utilizado à Equação 2

(AKIYAMA, 2009).

Equação 2, RPM (Rotações por minuto).

RPM = (PPS*60)/PPR

Onde;

RPM = Rotações por minuto

PPS = Passos por segundo (Hz)

PPR = Passos por revolução

RPM = (100*60)/200

RPM = 30



12

Para passar a velocidade inicial de RPM para velocidade inicial em ω0

(Radianos por segundos) é utilizado à Equação 3 (AKIYAMA, 2009).

Equação 3, ω0 (Radianos por segundo).

ω0 = (2π.N)/60

Onde;

ω0 = Radianos por segundo

N = Rotações por minuto (RPM)

ω0 = (2π.30)/60

ω0 = 3,14 Rad/s

Para determinar a velocidade final em RPM é utilizado à Equação 2

(AKIYAMA, 2009).

Equação 2, RPM (Rotações por minuto).

RPM = (PPS*60)/PPR

RPM = (10000*60)/200

RPM = 3000

Para passar a velocidade inicial de RPM para velocidade final em ω1

(Radianos por segundos) é utilizado à Equação 3 (AKIYAMA, 2009).

Equação 3, ω1 (Radianos por segundo).

ω1 = (2π.30)/60

ω1 = 314 Rad/s



13

Para determinar a velocidade inicial em Rps é utilizado à Equação 4

(AKIYAMA, 2009).

Equação 4, Rps inicial (Rotações por segundo).

Rps = RPM/T

Rps = 30/60

Rps = 0,5

Para determinar a velocidade final em RPS é utilizado à Equação 4

(AKIYAMA, 2009).

Equação 4, Rps final (Rotações por segundo).

Rps = RPM/T

Rps = 300/60

Rps = 50

Para determinar a velocidade linear inicial em (mm/min) é utilizado à Equação

5 (AKIYAMA, 2009).

Equação 5, velocidade linear inicial (mm/min).

Vinicial = Rps.P.60

Onde;

Rps inicial = Rotações por segundo

P = Passo da rosca

Vinicial = 0,5.0,002.60

Vinicial= 0,06 m ou 60 mm/min



14

Para determinar a velocidade linear final em (mm/min) é utilizado à Equação 6

(AKIYAMA, 2009).

Equação 6, velocidade linear final (mm/min).

Vfinal= Rps.Passo.60

Vfinal= 50.0,002.60

Vfinal = 6 m ou 6000 mm/min

A inércia da carga pode ser definida pela Equação 7 (AKIYAMA, 2009).

Equação 7, Inércia da carga.

JL= Mw+T(P/2π)²

Onde;

JL = Inércia da carga.

Mw+T = Massa da mesa + Massa do Trabalho

P = Passo do fuso

JL= 20kg (0,002m/2π)²

JL= 2,028x10^-6 Kgf.m²

A inércia do fuso de aço pode ser definida pela Equação 8 (PARKER, 2003).



15

Equação 8, Inércia do fuso de aço.

Js= 761.d^4.L

Onde;

Js = Inércia do fuso de aço

d = Massa diâmetro do fuso

L = Comprimento do fuso

Js= 761.(0,01)^4.0,6

Js= 4,566x10^-6 Kgf.m²

A inércia total do sistema pode ser definida pela Equação 9 (AKIYAMA, 2009).

Equação 9, Inércia total.

Jt = Jm + JL + Js

Onde;

Jt = Inércia total

Jm = Inércia do rotor do motor

JL = Inércia da carga

Js = Inércia do fuso de aço

Jt = 0,28x10^-4 + 2,028x10^-6 + 4,566x10^-6

Jt = 3,46x10^-5 Kgf.m²

Para determinar o tempo de aceleração (rad/s²) é utilizado à Equação 10

(AKIYAMA, 2009).

Equação 10, Aceleração (rad/s²).



16

ω = (ω1- ω0)/t

ω = (314- 3,14)/0,1

ω = 3108,6 rad/s²

Para determinar o tempo de aceleração (rot/s²) é utilizado à Equação 11

(AKIYAMA, 2009).

Equação 11, aceleração (rot/s²).

ω = (ω1- ω0)/t

ω = (50-0,5)/0,1

ω = 495 rot/s²

Para determinar o torque de aceleração (N.m) é utilizado à Equação 12

(AKIYAMA, 2009).

Equação 12, torque de aceleração (N.m).

Ja = Jta

Ja= 3,46x10^-5.3108,6

Ja=2,877x10^-1N.m

Para determinar o torque da carga (N.m) é utilizado à Equação 13 (AKIYAMA,

2009).

Equação 13 torque da carga, (N.m)



17

TL= Mw+T.g.P (sinα+µcosα)

2πN

TL= Mw+T.g.P (sinα+µcosα)

2π.0,95

TL = 0,03745 N.m

Para determinar o torque total (N.m) é utilizado à Equação 14 (AKIYAMA,

2009).

Equação 14, torque total (N.m)

TT= TL + Ta

TT= 0,03745 + 0,1075

TT = 0,145 N.m

Para determinar o torque requerido do motor (N.m) é utilizado à Equação 15

(AKIYAMA, 2009).

Equação 15, torque requerido (N.m)

TM= Ks . TT

TM= 2 . 0,145

TM = 0,29N.m ou 2,90 Kgf.cm

O torque máximo que o motor chega a atingir para deslocar o fuso é de 2,90

Kgf.cm, no caso do projeto foi utilizado um motor recondicionado de 9,5 Kgf.cm o



18

que atende aos requisitos, pois em relação ao custo os motores recondicionados

com torque entre 3 kgf.cm a 10 kgf.cm não se tem dispersão de custo muito elevado,

o que acaba sendo mais viável utilizar o mais potente no caso da produção de um

único equipamento, caso seja utilizado para uma produção de equipamento em

grande escala pode-se utilizar motores acima de 3 Kgf.cm.

5. Placa controladora

A placa utilizada em todo estudo tem de atender foi selecionada através de

uma ferramenta chamada Analise de Similares, para Marques (2008) a ferramenta é.

capaz de identificar através de uma pesquisa seletiva de mercado um determinado

produto disponível na indústria.

A analise de similares consiste em avaliar as condições de uso de um

determinado produto, para o projeto desenvolvido avaliamos 3 tipos de placas

controladoras existentes no mercado, que tinham que atingir os requisitos de tensão

mínima de 24 Volts, corrente mínima de 15A, comunicação com software mach2 ou

mach3, 3 eixos, entrada para acionamento de motor da ferramenta, entrada para

periféricos como chaves fim de curso e botão de emergência.

A placa (A) indicada na Figura 3 contém a comunicação com software

Mach2/3, trabalha com 3 eixos seu limite de corrente é de 6 amperes por fase e

pode trabalhar com tensão nominal de até 55 Vdc sua comunicação é dada por

porta paralela DB25, ela atende quase todos os requisitos mais é descartada pois

não tem entradas para periféricos.



19

Figura 3 – Placa controladora.

Fonte: (CNCAX)

A placa (B) indicada na Figura 4 contém a comunicação com software

Mach2/3, EMC2, Kcam4, trabalha com 3 eixos seu limite de corrente é de 3 amperes

por fase e pode trabalhar com tensão nominal de 12 até 36 Vdc sua comunicação é

dada por porta paralela DB25, tem entrada para periféricos ela atende quase todos

os requisitos mais é descartada por não ter controle de regulagem de corrente dos

motores e pela dificuldade de ser encontrada no mercado nacional, dificultando

também sua manutenção e auxilio técnico.

Figura 4 – Placa TB6600.

Fonte: (Data Sheet TB6600)

A placa (C) indicada na Figura 5 contém a comunicação com software

Mach2/3, EMC2 e Kcam4, trabalham com 3 eixos seu limite de corrente é de 3,5

amperes por fase e pode trabalhar com tensão nominal de 12 até 36 Vdc sua

comunicação é dada por porta paralela DB25, tem entrada para periféricos, tem

cooler para proteção de sobrecarga de corrente e temperatura, sendo assim ela

atende todos os requisitos do projeto a mesma foi aplicada em todo



20

desenvolvimento de controle das interfaces de comunicação.

Figura 5 – Placa TB6560.

Fonte: (Foto da placa do projeto)

5.1 Características Placa Tb6560

A placa contém 4 parâmetros de ajustagem de corrente sendo 100, 75, 50, 25

por cento sendo que cada saída para motor de passo suporta corrente máxima de

3.5A, para a aplicação do projeto foi aplicada corrente máxima de 75 por cento do

suportado pelo drive, totalizando o valor de 2,25A para cada motor, esta seleção

pode ser identificada no Quadro 1.

Para que o sistema funcione sem danificar a placa é utilizada a configuração

do Quadro 1 abaixo retirado do datasheet da placa TB6560, utilizado para aplicação

de um motor de passo de 5vdc por fase e pico de corrente de 1.5A por fase.

As chaves dips na placa mostram a configuração na placa sob a chave dip do

eixo X, na placa existem 3 chaves dips, sendo cada uma especifica para um eixo

podendo selecionar um pico de corrente máxima de 3.5A para cada motor de passo,



21

no desenvolvimento do projeto foram utilizados todos os motores de corrente

máxima de 1.5A tensão de 5vdc, assim os eixos Y e Z seguem com configurações

semelhantes do eixo X.

Quadro 1– Configuração para motor de passo de 2A.

Corrente de saída 1 2 Modo de decaimento

(buffer) 3 4 Resolução MicroStep 5 6

75% ON OFF 25% ON OFF 1/2 ON OFF

Fonte: (Data sheet – Placa controladora Tb6560)

O modo de decaimento pode ser selecionado em 4 parâmetros na placa, no

projeto foi selecionado em 25%, pois foi o que obteve a melhor resposta de

acionamento dos motores de passo quando estavam durante exercício ou

bloqueados e minimizou o ruído dos motores. Já a resolução de microstep tem os

parâmetros de resolução de (1, ½, 1/8, 1/16) passos, o que obteve o melhor

desempenho foi 1/2 passo de resolução, pois não tinha menos perda de torque no

que ocasionou uma menor vibração da ferramenta e não tiveram interferência na

precisão da medida, outros parâmetros de resolução quando selecionados variaram

muito na precisão das medidas da peça.

5.2 Comunicação porta paralela DB25

O Quadro 2 mostra a entradas e saídas utilizadas nos acionamento dos

periféricos da porta paralela DB25, cada entrada de pino corresponde a um sinal que

é enviado do programa Mach3® instalado no computador para a placa TB6560 que

interpreta os sinais de entrada e saída e os envia para os periféricos.



22

Quadro 2 – Entradas e saídas da porta paralela DB25.

Porta Paralela Entrada/Saída Sinal

2 Saída Direção do passo X

3 Saída Direção do passo X

4 Saída Direção do passo Y

5 Saída Direção do passo Y

6 Saída Direção do passo Z

7 Saída Direção do passo Z

8 Saída Habilita Y

9 Saída Habilita Z

14 Saída Habilita X

10 Entrada Botão Emergência

11 Entrada Chave limite eixo X

12 Entrada Chave limite eixo Y

13 Entrada Chave limite eixo Z

1,15,16,17 N/A Não utilizados

18-25

GND (Comum)


5.3 Software de comunicação para interfaces

O software selecionado para comunicação da placa controladora e o

computador foi Mach3®, esse meio de comunicação trabalha em cima da linguagem

de programação G, utilizando os números para deslocamentos das coordenadas

cartesianas X, Y, Z. Os seus principais ganhos estão nos requisitos mínimos da

placa mãe que controlam o sistema com processador de 1 GHz, memória RAM

512MB e placa de vídeo off board com no mínimo 32MB de RAM.



23

O código G funciona como função preparatória, podendo ter vários blocos

com caracteres variados em uma única linha SENAI (2005), para entendimento

podemos identificar os principais caracteres da programação G na legenda abaixo.

N - Número de bloco.

G – Funções preparatórias.

X, Y, Z – Coordenadas nos eixos.

F – Velocidade de avanço.

S – Velocidade de Rotação.

T – Número da ferramenta.

M – Funções auxiliares.

5.4 Blocos de programação

No inicio de programação do software foi utilizado uma cabeçalho padrão

para programação de uma usinagem simples de um bloco demonstrada na Tabela 2.

Tabela 2 – Cabeçalho padrão.

G00 G17 G21 G40 G80 G90 M5 M9 (CABEÇALHO)

T1 M6 H1 D1 Z10

S3000 M3 X0 Y0

Fonte: SENAI (2005)

O Quadro 3 abaixo indica a características das funções básicas aplicadas no

Mach3® para usinagem de um bloco simples, esses comandos constituem parte de

uma lógica de comandos numéricos computadorizados, cada um tem uma função

especifica no processo da programação.



24

Quadro 3 – Legenda de funções.

LEGENDA

G00 Avanço rápido

G17 Sistemas de coordenadas XY

G21 Unidade em milímetros

G40 Cancela compensação

G80 Cancela ciclo fixo

G90 Sistemas de coordenadas absolutas

M5 Desliga fuso

M9 Desliga refrigeramento

H Posição da ferramenta

Z Posição da ferramenta no plano cartesiano

T1 Busca ferramenta

M3 Rotação

M6 Troca da ferramenta

S Rotação ferramenta sentido horário

Fonte: SENAI (2005)

O método utilizado para realizar o estudo da precisão do equipamento foi feito

através da usinagem de uma amostra de disco de madeira em mdf com diâmetro de

30 milímetros e com espessura de 3 milímetros, da mesma foi retirada 30 amostras

para levantamento dos dados, esse método é utilizado, pois ao medir varias vezes

uma mesma grandeza, nota-se que os vários resultados nem sempre são iguais,

isso indica que realizar medidas todas iguais é praticamente impossível, ou seja,

quanto maior a quantidade de medidas, mais próximo se chega ao valor médio do

valor real da grandeza. A ferramenta utilizada para mensurar os valores foi um

micrometro convencional com resolução de 0,001 milímetros.

O programa foi feito a partir do ponto zero maquina que foi pré-estabelecido

pelo programador e se desloca para o centro do circulo indicado na Figura 6.



25

Figura 6 – Bloco de amostra.


Para entendimento da usinagem de um circulo é necessário compreender a

lógica de interpolação de uma programação G para isso é definido que:

I é a distância relativa do eixo X sob o centro do circulo em relação dos

pontos (X0, Y0 e Z0) do programa (SENAI, 2005).

J é a distância relativa do eixo Y sob o centro do circulo em relação dos

pontos (X0, Y0 e Z0) do programa (SENAI, 2005).

Para execução deste comando é necessário informar o plano de trabalho para

interpolação do plano XY assim ativamos o comando G17 no qual o programa

identifica a forma de trabalho como interpolação circular no plano XY, sendo que Z

fica parado no ponto determinado pelo programador enquanto a interpolação é

executada.



26

5.5 Desenvolvimento da programação

A usinagem da amostra para estudo parte de forma simples utilizando um

cabeçalho padrão desenvolvida em programação G e com as funções de execução

nas linhas seguintes. Na Quadro 4 segue a descrição de cada operação por linha

para compreensão funcional do programa.

Quadro 4 – Programação.

PROGRAMA DESCRIÇÃO DA OPERAÇÃO

G00 G17 G21 G40 G90 Cabeçalho padrão

T1 H1 D1 M6 Cabeçalho padrão

S15915 M3 Z10 Cabeçalho padrão, S15915 encontrado na Equação 16.

G00 X0 Y0 Vai para ponto pré-determinado

G00 X50 Y50 Vai para ponto X e Y inicial do circulo

G00 Z1

G01 Z0 F318

Aproxima 1 mm na peça no eixo Z.

G01 avanço programado, F318= 318mm/min encosta na face em Z.

Z-3 Aprofunda 3 milímetros no material

G02 X50 Y50 I-65 J50 F318 G02 Interpolação sentido horário

G01 Z10 Retorna o Z em 10 milímetros da face da peça.

G00 X0 Y0 Retorna ao ponto zero pré-estabelecido pelo programador

Z100 M5 M9 Z100 eleva a ferramenta 100 mm para cima do ponto 0 do preset,

M5 desliga fuso, M9 Desliga refrigeramento.

M30 Fim de programa


6. Diagrama da interface

A Figura 7 abaixo segue com esquema elétrico da placa TB6560 que funciona

com tensão de 12 a 36 Vcc, no projeto desenvolvido a placa suporta 3 motores de

passo de 9,9Kgf/cm com corrente nominal de 1.5A e tensão de 5vcc totalizando um

consumo da placa de 1.5A para cada motor de passo, para seu funcionamento foi

necessário dimensionar uma fonte chaveada com entrada de 127vca e corrente



27

máxima de 15A para suportar todos os periféricos conectados a placa controladora.

Figura 7 – Diagrama elétrico.


A fonte chaveada do projeto dispõe de saídas de 12 a 36vcc com corrente

máxima de 15A, o cabo de comunicação LPT DB25 faz a comunicação da interface

entre programação lógica e a placa TB6560, as chaves switches são responsáveis

por limitar o fim do curso dos fusos de deslocamento dos eixos X, Y, Z. O spindle

funciona com 24vcc e corrente máxima de 7,5A.

7. Cálculos de usinagem

O processo de usinagem pode ser definido como uma seleção de processo

ideal onde a relação entre custo e tempo é relacionada ao ganho e rendimento da

ferramenta. Assim um processo selecionado de maneira inadequada pode

influenciar no desgaste rápido da ferramenta e a qualidade da usinagem acaba



28

sendo de péssima qualidade reduzindo a precisão no momento da medição. Para a

seleção adequada da ferramenta utilizamos a Equação 16 SENAI (1990).

Equação 16 – Cálculo de rotação por minuto

n = 1000.Vc

d.π

Onde;

Vc = velocidade de corte

d= Diâmetro (mm)

n = Rotação do eixo árvore (rpm)

Para aplicação da fórmula utilizamos uma fresa topo de aço rápido com dois

dentes de corte com diâmetro nominal de 6 mm para corte em madeira mdf a

profundando o passo de 1.5mm no eixo Z e avanço de 300 metros por minuto

considerando um metal leve e processo de acabamento, vide Tabela 3.

Tabela 3 – Velocidade de corte para fresadora.

FRESA

CILÍNDRICAS

DESBASTE ACABAMENTO

DE ATÉ DE ATÉ

AÇO DURO 8 10 10 14

AÇO SEMIDURO 10 12 14 18

FERRO FUNDIDO 10 12 14 18

METAIS LEVES 150 200 200 300

BRONZE 30 40 40 60

Fonte: (SENAI-1990)



29

Equação 16 – Cálculo de rotação

n = 1000.Vc

d.π

n = 1000.300 = 15915rpm

6.π

A rotação adequada para usinagem na madeira mdf deve estar na faixa

mínima de 15915 RPM pode variar de acordo com o fabricante da ferramenta e a

matéria prima.

A equação 17 SENAI (2005) é aplicada para calcular a velocidade de avanço,

sendo que uma velocidade de avanço selecionada inadequadamente pode

influenciar na quebra ou desgaste da ferramenta, também influencia na rugosidade

do material usinado impactando na variação das medições do produto.

Equação 17 – Cálculo de velocidade do avanço em mm/min

Vf = 1000.Vc.Z.fz

d.π

Onde;

Vf = velocidade do avanço em mm/min

Vc = velocidade de corte

Z = numero de dentes da fresa

fz =avanço por dente em mm

d = diâmetro externo da fresa

Vf = 1000.Vc.Z.fz

d.π



30

Vf = 1000.400.2.0,010

6.π

Vf=318mm/min

8. Protótipo

O protótipo do projeto teve como fundamento auxiliar no estudo da estrutura e

dispositivos de fixação dos equipamentos e periféricos do painel, toda estrutura foi

projetada em software CAD/CAE sistema capaz de auxiliar em todo estudo e

melhoria da maquina Router CNC mostrado na Figura 8.

Figura 8 – Protótipo do projeto.


9. Resultados

Os resultados de precisão do equipamento foram obtidos através das

ferramentas de desvio padrão que demonstra a dispersão entre os valores retirados

sob a média e a curva de Gauss que dá o desempenho do equipamento relativo à



31

margem que existe entre as exigências de projeto ou tolerâncias com especificações

de suas determinadas características.

Amplitude com variação do processo da fabricação pode ser mensurada

calculando-se o desvio padrão e a curva de Gauss. Para calcular o desvio padrão

primeiro encontra-se a média dos dados coletados, identificados na Tabela 4, para

calcular a média utilizamos a Equação 18 (VIEIRA, 1999).

Equação 18 – Média das amostras

Onde;

ẋ = média das amostras

∑= somatória de todas as amostras

x= amostras retiradas

n= quantidade de amostras retiradas

x = 30,008.30,002.30,005.29,997.29,994.29,985....30,005

30

x = 899,932

30

Média = 29,997



32

Tabela 4 – Amostras de medidas.


Após encontrar o resultado da média pode-se aplicar o desvio padrão sob os

dados coletados na Tabela 4 e substituídos na Equação 19 (VIEIRA, 1999).

Equação 19 – Desvio padrão

2

1

1

(

n

xx

s

N

i

i

Onde;

ẋ = média das amostras

∑= somatória entre as amostras menos a média elevada ao quadrado

x= amostras retiradas

n= quantidade de amostras retiradas

s= desvio padrão

s = 130

400006,0....000009,0000000,0000064,0000025,0000121,0

x (amostra) |x -ẋ|² x (amostra) |x -ẋ|² x (amostra) |x -ẋ|²

30.008 0.000121 29.997 0.000121 29.999 0.000004

30.002 0.000025 29.994 0.000009 29.987 0.000100

30.005 0.000064 29.991 0.000036 29.984 0.000169

29.997 0.000000 30.004 0.000049 29.984 0.000169

29.994 0.000009 30.008 0.000121 30.007 0.000100

29.985 0.000144 30.003 0.000036 30.004 0.000049

29.988 0.000081 30.001 0.000016 30.003 0.000036

29.991 0.000036 30.001 0.000016 29.996 0.000001

29.991 0.000036 30.005 0.000064 30.006 0.000001

29.987 0.000100 30.005 0.000064 30.005 0.000064



33

s= 0,00793

s=0,008

Para determinar qual o percentual das medidas retiradas é utilizada a

Equação 20 (FARIAS, 2009).

Equação 20 – Distribuição Normal Z

Z = x-ẋ

s

Onde;

Z = média das amostras

x= variação das amostras

ẋ= média

s= desvio padrão (σ)

Com os dados adquiridos ao longo dos cálculos temos:

Média = 29,997

Desvio padrão (σ) = 0,0079 = 0,008

Variação em x = 30 ± 0,008

Temos então:

Z= 008,0

997,29008,30

Z=1,375



34

Para determinar o percentual das medidas retiradas do processo utiliza-se a

Tabela em Anexo 4, onde 1,375 é igual à 0,9147 ou seja 91,47% das medições

estão dentro das especificações (área cinza) do Gráfico 2 e 8,53% fora das

especificações, entende-se que no caso da fabricação de mais peças a chance da

precisão estar entre a faixa dos valores de 30,00±0,008 é de 91,47%.

Gráfico1 – Curva normal


10. Projeto final

Os resultados atingidos no estudo foram obtidos através do desenvolvimento

de um protótipo. Para prever o comportamento de todo o sistema foi desenvolvido

um protótipo o mesmo pode ser capaz de gerar informações que se relacionaram

com os dados textuais da pesquisa, capaz de permitir a visão de futuras melhorias

no projeto final.

A etapa de execução física do equipamento foi projetada sob as pesquisas

dos seus componentes, os mesmos foram projetados virtualmente e selecionados

conforme as necessidades da pesquisa deve-se lembrar que o protótipo não é o

processo final e sim o estudo para melhoria e reprodução de um produto.



35

As montagens do projeto estão disponíveis na Figura 9, Figura 10 e Figura 11

onde pode se constatar o ponto de desenvolvimento alcançado durante o estudo da

pesquisa.

Figura 9 – Painel elétrico. Figura 10 – Montagem da Tb6560 e fonte.

Fonte: (Autoria própria) Fonte: (Autoria própria)

Figura 11 – Montagem da Router.




36

Conclusão

Ao selecionar uma placa controladora adequada para a comunicação das

interfaces utilizando a pesquisa de mercado pode-se concluir qualquer periférico

utilizado no projeto que não fosse considerado, teria afetado no desempenho do

estudo. No dimensionamento técnico foi identificado a necessidade tanto dos

equipamentos como tempo e velocidade de trabalho, sob esses estudos foram tendo

pequenos ajustes manuais para determinar o maior rendimento.

É importante ressaltar que os dados adquiridos nesta pesquisa partem de um

estudo amplo, em que vários aspectos, além dos cálculos, como aplicações dos

conhecimentos técnicos, experiências profissionais na área, também foram

avaliados para aplicar e auxiliar futuramente no desenvolvimento de futuras

ferramentas de comunicação de interfaces que venham beneficiar a engenharia na

melhoria de processo e sua precisão na automação das maquinas operatrizes CNC.

Considerações finais

Este estudo se propôs, como objetivo principal, desenvolver a pesquisa e

montagem de uma interface de Fresa CNC que se comunica perfeitamente com

seus periféricos, avaliando seu rendimento e precisão. Constatou-se que o

equipamento projetado é aplicável para usinagem de madeira MDF, obtendo

pequenas variações dimensionais sob sua usinagem, constatou-se também que

para a usinagem de superfícies e desenhos mais complexos teríamos que

redimensionar tanto placa controladora como os periféricos, pois os mesmos se

limitam se a uma alta qualidade em relação ao seu investimento utilizado para a

fabricação, sendo que vários itens do projeto eram recondicionados, ressaltando que

o equipamento é apenas um protótipo foi levado em conta um baixo investimento.



37

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VIEIRA, S. Estatística para a qualidade: como avaliar com precisão a qualidade

em produtos e serviços. Rio de Janeiro: Editora Campus, 1999.



39

APÊNDICE 1 - Desenho Técnico conforme Norma NBR 10647



40

ANEXO 1 – Coeficiente de segurança



41

ANEXO 2 – Data Sheet motor de passo 9,5Kgf.cm



42

ANEXO 3 – Tabela de Distribuição Normal Padrão P(Z<z)

Documents

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