Equipamento Didático de Torneamento CNC

Equipamento Didático de Torneamento CNC Andreilton Carvalho dos Santos Lima Graduando, Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC. E-mail: [email protected]

Claudio Abílio da Silveira Graduando, Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC. E-mail: [email protected]

Gustavo Luis de Sousa Graduando, Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC. E-mail: [email protected]

Leonardo Santana Graduando, Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC. E-mail: [email protected]

Matheus Santos da Silva Graduando, Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, IFSC. E-mail: [email protected]

Resumo- Este trabalho descreve o desenvolvimento de um minitorno CNC (Comando Numérico Computadorizado) com viés didático para ser utilizado em aulas praticas de usinagem. A máquina apresenta estrutura simples, dimensões reduzidas, interface amigável e baixo custo de construção e operação. É destinada a usinagem de materiais como poliacetal, polietileno, poliamida e outros polímeros de baixa dureza. A integração da tecnologia CNC é baseada na utilização do controlador MACH3, o que configura a máquina como minitorno automatizado. Os testes com a máquina ocorreram em três etapas distintas, com o objetivo de identificar erros como histerese, comparar as peças usinadas com o modelo CAD das mesmas, e por último o monitoramento da velocidade do eixo árvore afim de conferir se a mesma estava de acordo com a indicada no software de controle. A análise dos resultados comprovou que apesar de algumas limitações construtivas, o equipamento apresentou resultados satisfatórios para as atividades ao qual foi submentido. Palavras-Chave: Minitorno. CNC. MACH3.Usinagem. Polímeros. Equipamento Didático. Abstract- This project’s goal is to develop a small turn CNC with didactic characteristics, to be used in classroom. The machine presents simple structure, reduced dimension, friendly interface e low cost production and operation. It is intended for machining of materials such as polyacetal, polyethylene, polyamide and other polymers of low hardness. The integration of CNC technology is based on the use MACH3 controller, which configures the machine as small turn automated. The tests with the machine occurred in three distinct stages, with the aim of identifying errors as hysteresis, compare the machined parts with the same CAD model, and finally monitoring the speed of the spindle in order to check whether it was consistent as indicated in the control software. The results showed that despite some limitations on the construction, the device showed satisfactory results for the activities to which it was submitted.

Keywords: Small Turn. CNC. MACH3. Machining. Polymers. Didactic Equipment.

1 Introdução Quando se pensa em processos de usinagem, um dos mais comuns é os de torneamento, que se caracteriza por um procedimento no qual a peça usinada realiza um movimento rotativo de corte e a ferramenta, um translativo de avanço. A imagem que se tem das máquinas usadas na operação geralmente são aquelas de grande porte, utilizadas nas indústrias para a usinagem dos mais diversos tipos de materiais. Porém é possível encontrar versões com dimensões reduzidas, aplicadas a trabalhos que exigem precisão em peças muito pequenas, como, a indústria joalheira, de modelismo, aeromodelismo, plástico modelismo, próteses dentárias e ortopédicas. São os mini e micro tornos; o que difere uma categoria da outra é o quão pequeno é cada um. Partindo do atual cenário onde a cada dia mais se vê a importância de se relacionar a teoria com a prática nas mais diversas áreas do conhecimento, principalmente naquelas com caráter tecnológico como engenharias, cursos superiores de tecnologia e técnicos, o projeto que aqui se segue apresenta a proposta de desenvolvimento de uma máquina com características dos mini tornos comerciais, porém direcionada a atender o contexto didático. Desta forma os alunos terão a oportunidade de materializar aquilo que foi desenvolvido nos softwares, e para os professores uma boa ferramenta de trabalho. Além de colaborar nas aulas de usinagem, o equipamento também pode ser utilizado com uma ferramenta de estudo aplicado a configuração de controladores CNC, como por exemplo, o Mach3. Esse viés didático se dá principalmente pelo equipamento apresentar uma estrutura simples, compacta - como o próprio nome propõe -, com uma interface amigável, e baixo custo para construção e operação. O produto será aplicado à usinagem de materiais poliméricos, em virtude de apresentarem baixa dureza e facilidade de usinagem por remoção de material, como poliacetal, polietileno, poliamida, entre outros. A estrutura mecânica de fácil compreensão, destaca-se na comparação com os outros mini tornos encontrados no mercado, uma vez que se tem como principal fundamento a didática. Em contra partida, minitornos como o produzido pela empresa Sherline Products e

Manrod, apresentam maior robustez mecânica, pois utiliza uma base fundida deixando seu eixo árvore e motor - principais fontes de vibração - solidários a base do produto, retirando a necessidade de união por parafusos, melhorando o acabamento e o controle das dimensões da peça, diferente do equipamento desenvolvido, onde todas as uniões são feitas por parafusos. Outra vantagem do equipamento dá-se pelo controle computadorizado dos eixos 'X' e 'Z', características essas que não foram encontradas nos tornos de linhas semelhantes. Essa propriedade do equipamento permite a usinagem de elementos mais sofisticados,

como elementos esféricos, cônicos, outras superfícies complexas, e também permite o aprimoramento de técnicas de usinagem e controle de motores de passo por parte dos operadores. Como principal desvantagem está o fato do equipamento operar apenas entre pontos, necessitando de uma pré-usinagem (corte, faceamento e furo de centro), em uma máquina equipada com placa de 3 castanhas. Essa característica deve-se a necessidade de construir o equipamento com baixo custo de desenvolvimento. Apesar das limitações citadas, o equipamento atende os requisitos de integração entre software e hardware, bem como a aplicação dos conceitos de CAD/CAM de forma satisfatória.

2 Metodologia O projeto segue a metodologia baseada no modelo PRODIP (Projeto integrado de produtos) onde se seguem etapas de desenvolvimento bem definidas, que garantem que o fluxo de informações, materiais e conhecimento, se materializem na forma de um produto com características e funcionalidades que atendam o foco do projeto, que nada mais é que a satisfação do cliente. As etapas propostas por este modelo são: projeto informacional, conceitual, preliminar e detalhado. A etapa informacional se caracteriza pelo primeiro contato com os clientes, que neste projeto dá-se por professores e alunos da instituição, e com base nestes que irá se determinar suas necessidades e expectativas em relação ao produto. Cabe a esta etapa também desenvolver pesquisas de produtos existentes no mercado e normas e leis que o afetam, com o intuito de estabelecer as especificações metas do projeto. A conclusão do projeto informacional se define como a entrada da etapa conceitual, que busca desenvolver a concepção do produto, isto é, descrever aproximadamente todas as tecnologias e princípios de funcionamento que o mesmo poderá ter. Já o projeto preliminar está destinado a elaborar o layout final do produto, bem como a analise de sua viabilidade técnica e econômica, com construção do protótipo do produto. O projeto detalhado é a ultima etapa proposta pelo PRODIP, tendo como metas a aprovação do protótipo, a finalização e especificação dos componentes, o detalhamento do plano de manufatura e a solicitação de investimento. Para o projeto que aqui se segue, como o objetivo neste momento não é a produção em série, e sim o desenvolvimento de uma pesquisa acadêmica, tem-se apenas a construção do protótipo do produto, ou seja, a última etapa é o projeto preliminar. No projeto preliminar, a fabricação foi auxiliada por máquinas comuns da indústria metal-mecânica como tornos e fresadoras convencionais, equipamentos de ajuste manual e equipamentos CNC e com isso, cada componente projetado pôde ser fabricado atendendo as formas e dimensões requeridas. Sendo que a maioria das peças seguiram a cadeia CAD-CAM, em que foram auxiliadas tanto no projeto como na manufatura por computador. Já para a montagem do conjunto, o que mais influenciou na etapa foi o

projeto do mesmo, pois a prioridade por uso de parafusos padronizados, que já nos havia ficado claro nos requisitos de produto como facilidade de manutenção, tornou a tarefa mais prática e suscetível a correções de tolerância, como alinhamento de eixos e paralelismo de guias. Para arrecadar os dados foi adotada uma estratégia que buscou dividir a fase de teste em três etapas distintas. Em um primeiro momento realizou-se testes a fim de identificar a histerese encontrada nos eixos X e Z da máquina, ou seja, o erro entre as medições na ida e na volta do carro móvel e mesa, utilizando como instrumento de medição um relógio comparador solidário a uma base magnética e posicionado de forma paralela ao eixo de movimentação a ser avaliada. Num segundo momento foi aferida a velocidade do spindle, para avaliar o controle feito via software, empregando um tacômetro. Por último, foi feito o teste de usinagem, onde todas as funções do equipamento foram testadas em conjunto. Para tal teste foi criada uma peça padrão utilizando o software CAD SolidWorks e foi gerado o código CNC por meio da trajetória criada pelo programa EdgeCam. O código CNC foi por sua vez executado pelo programa Mach3, que interpreta e comanda todas as funções do equipamento. Posteriormente a usinagem, as peças foram aferidas e comparadas com o modelo CAD gerado anteriormente. 3 Descrição do equipamento Para um melhor entendimento do produto e para facilitar a busca por soluções ao longo do projeto, foi necessário dividir o mesmo em três frentes de desenvolvimento que se caracterizam pelos módulos mecânico, eletrônico e de programação, como pode ser observado na síntese funcional apresentada abaixo (figura 1), e que será descrita ao longo deste artigo. Energia Material bruto Comando CNC

Figura 1- Síntese Funcional

Controlar

Intertravar

Monitorar fins de curso Monitorar emergência Provocar parada

MÓDULO DE PROGRAMAÇÃO

Alimentar

Spindle Eixos

Interfacear

Periféricos

Utilizar código G

Spindle Eixos Placa Interface

Comandar movimento

Software Hardware

MÓDULO MECÂNICO

Guiar

Receber código externo Gerar código G

Monitorar rotação Spindle Definir posição dos eixos

Transmitir movimento

Energia Dissipada Peça usinada Cavaco

Controlar eixo-árvore Interpolar motores Definir trajetória

Fixar peça Fixar ferramenta Sustentar estrutura

Usinar

Para o Spindle Para os eixos

Definir posição

Rotacionar Spindle Movimentar eixos Posicionar

Fixar

TORNEAR PEÇA

MÓDULO ELETROELETRÔNICO

3.1.1

Modulo Mecânico O módulo mecânico do produto apresenta todos os elementos que constituem o

“corpo da máquina”. Esta estrutura busca garantir que o produto tenha robustez e rigidez suficientes para que o equipamento funcione da melhor forma possível durante a execução das tarefas as quais é submetido. Dentre as principais características deste modelo destacam-se o sistema de fixação das peças no processo de usinagem que será feito entre pontos, ou seja, a peça se encontra entre uma ponta fixa ao eixo árvore da máquina, e a outra denominada contraponto, que dispõe de um rolamento para permitir que a peça gire. A justificativa para a utilização deste princípio dá-se pelo fato de ter sido uma exigência do cliente e por as outras tecnologias encontradas para esta função, como as placas de três castanhas, apresentarem um custo elevado dentro das restrições orçamentárias do projeto. A fixação das ferramentas será feita utilizando dois suportes, pois o produto irá dispor de apenas duas ferramentas, dispensando o uso de um carrossel de ferramentas, em virtude do alto custo dessas tecnologias. Para a sustentação da estrutura da máquina foram adotados perfis de alumínio, pois garantem baixo peso e resistência mecânica que suprem as necessidades do produto. O monitoramento da rotação do Spindle será feito com o auxílio de um encoder incremental rotativo, principalmente por este apresentar maior compatibilidade com o servodriver Dugong, utilizado para controlar o Spindle, e com o software Mach3, que será o centro de comando da máquina proporcionando o interfaceamento com o usuário. Os motores para os acionamentos dos sistemas foram definidos conforme a necessidade de cada eixo, no caso Spindle devido à exigência de altas rotações e potência no eixo, que tende a motivar a escolha de um motor de indução como solução mais adequada devido as suas características mecânicas e baixo índice de manutenção, porém, em virtude da disponibilidade, aplicou-se o uso de um servo-motor DC. Já a movimentação dos demais eixos, X e Z, parte da utilização de motores de passo de alto torque e acoplados diretamente aos eixos, assegurando o uso da precisão nos movimentos de cada motor. Os motores terão seu controle e alimentação feitos pelo driver STR8 da fabricante Applied Motion, que faz parte de uma série de equipamentos da empresa que apresenta um conjunto de características que foram fundamentais para o bom desempenho da máquina. Dentre essas características podemos citar a sua capacidade de operar com uma alta tensão de barramento, em torno de 75V, o que melhora a qualidade da curva torque versus velocidade do motor. Além disso, possui um sistema, denominado smooth step, que garante passos suaves através de um acionamento por micro passos, que busca diminuir as vibrações mecânicas oriundas das transições, seja ela em meio passo ou passo completo. A propagação do movimento de rotação desses motores para a forma linear se dará pelo uso de porca e barra roscada. Em conjunto a elas, decidiu-se pelo uso de

patins e guias lineares para guiar o movimento nestes eixos. Além disso, uma característica que se mostrou muito funcional no equipamento foi o uso de um sistema anti-backlash. Neste projeto, para solucionar este problema, optou-se por aplicar uma pré-carga no conjunto porca-parafuso fazendo com que as duas faces dos filetes de rosca permanecessem em contato em qualquer sentido de movimentação. A pré-carga foi estabelecida ao se utilizar duas porcas de mesmo passo separadas por uma junta de material polimérico que possibilita a deformação do mesmo ao se comprimir as porcas contra si, realizando o contato das faces do filete de rosca. Para atender aos requisitos de segurança do equipamento foram encontradas soluções baseadas no uso de relés em conjunto com botões de emergência, contatos de fim de curso mecânico, encapsulamento do equipamento e uma programação via software que interrompe o fornecimento de energia. A figura a seguir mostra o conceito escolhido para a estrutura mecânica do conjunto, onde se destaca a presença dos motores de passo de movimento dos eixos à direita e próximo ao centro da figura. O motor do Spindle também tem destaque pelo seu tamanho sendo disposto na parte superior da figura.

Figura 2- Concepção mecânica adotada.

Todo

o

conjunto

listado

anteriormente

apresenta

uma

característica

de

funcionamento que deve permitir a integração de todos os princípios de solução apresentados até então, incluído o conjunto mecânico, que devido à automação introduzida pelo controle numérico computadorizado necessita funcionamento integrado entre as diferentes partes da concepção. 3.1.2

Módulo Eletrônico e de Programação Os módulos eletrônico e de programação são complementares e podem se

descritos de forma conjunta. Estes são responsáveis pelas funções de comandar e

coordenar as ações do equipamento. Dentro desse conjunto podemos citar as funções de interfaceamento, que busca garantir a comunicação do usuário com a máquina, e toda a transmissão de comandos para a realização das tarefas. O funcionamento do minitorno CNC é baseado na capacidade do sistema de integrar as tecnologias envolvidas para permitir que o código CNC, com as determinações de usinagem, possa se realizado fisicamente sobre a matéria-prima existente. O funcionamento simplificado do sistema, que é resultado da junção das tecnologias que foram selecionadas pode ser conferido na figura a seguir, onde os principais blocos são apresentados juntamente com suas ligações. O bloco que representa o computador (PC MACH3) inclui os programas CAD, CAM e CNC, teclado e display, o operador é representado pelo bloco usuário.

EIXO X EIXO Z

PC MACH3

GABINETE ELÉTRICO

INTERFACE SOFTWARE

INTERFACE HARDWARE

FIM DE CURSO HOME SPINDLE

USUÁRIO

ENCODER

SINAIS ENERGIA

ESTRUTURA MECÂNICA

Figura 3- Diagrama de funcionamento do sistema.

Outra interface com o usuário, denominada de hardware, corresponde ao painel do gabinete elétrico onde estarão presente o botão de emergência, pausa, e outros comandos do minitorno CNC. A comunicação entre o PC e o gabinete é frequente e bidirecional, ou seja, sinais de comando são enviados do MACH3 para os componentes do gabinete e vive-versa por meio de uma interface de comunicação conhecida como porta paralela. Os blocos eixo x e eixo z representam os motores que fornecem energia mecânica para impulsionar os movimentos transversais e longitudinais da ferramenta de usinagem, sendo que o sentido da linha indica que eles apenas recebem a energia, não retonando nenhum informação de execução do comando enviado. O Spindle compreende o motor de acionamento do eixo árvore do minitorno que tem a característica de também receber energia proveniente do gabinete, mas com o diferencial de realimentar o sistema com uma informação proveniente do encoder que representa o posicionamento angular do eixo árvore. O gabinete também recebe informação quanto ao acionamento dos interruptores que monitoram o fim de curso dos eixos de movimentação que visam preservar o

equipamento contra colisões nos limites das guias. Também relacionado com a movimentação estão os sensores de home que informam a posição zero máquina do conjunto móvel no início do funcionamento do minitorno, para que os eixos tenham suas coordenadas referenciadas. O diagrama anterior trouxe uma visão geral do sistema, essa representação não inclui todos os elementos que são relevantes no funcionamento do minitorno, sendo que grande maioria deles está presente no gabinete elétrico. A figura a seguir abre espaço para visualizar esses elementos, mostrando a forma como ocorrem as ligações entre os blocos internos do gabinete com o meio externo:

PORTA PARALELA

GABINETE ELÉTRICO ESTRUTURA MECÂNICA

HOME X E Z

INTERFACE C10

MOTOR EIXO Z

DG

CHARGE PUMP

STR8

STR8

MOTOR EIXO X

SPINDLE ENCODER

C4

ALIMENTAÇÃO LOCAL 220V/60Hz

FONTE 5V

FIM DE CURSO INTERFACE HARDWARE

INTERTRAVAMENTO

FONTE FONTE 12V 24V

ESTOP LIBERAR TRAVAMENTO RELÉ POTÊNCIA

FONTE 50V

FONTE 70V

SINAIS ENERGIA

Figura 4- Diagrama de funcionamento elétrico gabinete.

O gabinete é formado por uma série de componentes que podem ser divididos segundo as funções que realizam dentro do sistema que compõe o minitorno. Um deles é formado pelas fontes de alimentação que são supridas pela rede de alimentação local com tensão AC de 220V que será adequada por cada uma delas segundo as necessidades os elementos consumidores. No caso a fonte de 70V alimenta o servodriver DC, a fonte de 50V os drivers dos motores de passo dos eixos X e Z, a fonte 24V os elementos presentes no intertravamento, à fonte 12V atua no fornecimento de energia para os circuitos lógicos do servodriver e para a fonte 5V que alimenta as placas C4 e C10. No canto superior esquerdo está a placa de interface C10 responsável por coletar os dados enviados pelo controlador por meio da porta paralela e transmiti-los ao restante dos blocos, além dos sinais de entrada a placa de interface também envia sinais ao computador onde que são empregados pelo software nos processos de referenciar os eixos, monitorar os fins de curso e identificar paradas de emergência.

A placa C4 conectada a interface é responsável por executar uma função de segurança denominada de Charge Pump. O Charge Pump é um dos sinais de saída do Mach3 que tem como função, manter um sinal de onda quadrada com frequência de 12,5kH enquanto o controlador estiver ativo e operando corretamente, durante uma situação de emergência ou por exemplo, um problema no PC, a falta do sinal do Charge Pump provocará a parada dos dispositivos eletrônicos do gabinete. A placa C4 por sua vez, fica monitorando esse sinal de onda quadrada enviado pelo Mach3 via porta paralela, se tudo estiver correto esta placa aciona um relé conectado ao circuito de intertravamento

informando

que

o

controlador

está

em

condições

plena

de

funcionamento. O intertravamento corresponde ao bloco que realiza a lógica de ativação da máquina CNC, sua função é impedir que os drivers sejam alimentados caso ocorra uma situação em que o controlador MACH3 não apresente condição normal, um acionamento de fim de curso, durante uma parada de emergência, por mau funcionamento de alguns dos drivers. Esse bloco é formado por um conjunto de chaves mecânicas que correspondem aos botões de emergência, sensores de fim de curso e por contatos de relés que são comandados pelos circuitos de segurança dos drivers e pela função Charge Pump. Caso alguma dessas chaves, ou contatos citados anteriormente sejam ativados por algum erro ocorrido no sistema o circuito elétrico formado pelos mesmos é interrompido provocando o desligamento das bobinas de um conjunto de relés,que por sua vez iram simultaneamente enviar o sinal de erro para o software, desabilitar os comandos lógicos dos drivers e cortar a alimentação da fonte que supre o acionamento do eixos transversais e do eixo árvore. O relé de potência, que está incluído no cinjunto de relés do intertravamento tem a função de cortar a alimentação de 220V enviada para o enrolamento primário da fonte de 70V que energiza os drivers. O intertravamento atua somente no corte de energia do circuito de potência, as demais fontes (24V, 12V e 5V) , os circuitos de comando (C10 e C4) e outros periféricos ( relés, ventuinha, optoacopladores etc) permanecem ligados normalmente. Os blocos denominados STR8 correspondem aos drivers que acionam os motores de passo presentes nos eixos X e Z, eles recebem sinais de controle da placa de interface, energia da fonte de alimentação e fornecem um sinal que ao intertravamento quando estão funcionados corretamente. DG faz referência ao servodriver DC que atua na alimentação do servo motor do eixo árvore, além das características de ligação dos drivers anteriores ele apresenta ainda uma entrada para conexão do encoder que enviará pulsos referentes à movimentação do eixo do motor. O software selecionado para controlar o minitorno denomina-se MACH3 e é disponibilizado pela empresa americana ArtSoft para aplicação em máquinas CNC. Ele disponibiliza modos diferentes de interface com o usuário, a que mais se adéqua a

aplicação no projeto é o perfil TURN, voltado especialmente para o controle de máquinas de torneamento como o minitorno, sua aparência pode ser observada na figura a seguir:

Figura 5- Tela do controlador MACH3 perfil TURN.

O MACH3 é principal agente da programação do equipamento, englobando funções de controle, geração de códigos CNC ou ainda, suportar códigos G gerados externamente. Isto tudo com um baixo custo de aplicação, uma vez que a instituição detém a licença para sua utilização, o MACH3 é tido como um controlador de grande flexibilidade, pois permite ajustar usas configurações aos mais variados parâmetros encontrados nas máquinas que utilizaram a tecnologia CNC. A parametrização dos eixos X, Z e Spindle, além das entradas e saídas configuradas no Mach3 estão representadas nas tabelas (1) e (2) abaixo. Tabela 1 – Parametrização dos eixos X, Z e Spindle Eixo

Aceleração (mm/s²)

Steps per mm

Velocidade Máx. em G0 (mm/min)

X

100

266,667

600

Z

80

266,667

799.8

Splindle

760

66

12000

Tabela 2 – Entradas e Saídas Motor Output

Step Pin

Dir Pin

X Axis

2

3

Z Axis

4

5

Spindle

6

7

Input Signal

Pin

Active Low

X Home

15

Não

Z Home

15

Não

Estop

13

Sim

4 Resultados No caso apresentado na figura 6, onde aferia-se o eixo 'Z', utilizamos um intervalo de medição de 0 mm até 18 mm, monitorando os pontos de 3 em 3 unidades. Foi criada uma tabela, figura 7, que identifica todos os valores encontrados nas duas sequências de medição para cada posição comandada, bem como os cálculos de histerese e os do método de mínimos quadrados que define uma reta de tendência dos resultados cujo a equação da reta é: Y=0,99824 * x + 0,01116, onde 'Y' é a posição real do eixo e 'X' é a posição comandada pelo software de controle.

Figura 6- Configuração de ensaio de deslocamento do eixo Z.

Figura 7- Planilha de cálculos dos parâmetros do eixo Z.

Por sua vez, o eixo 'X' teve seu curso monitorado a cada 1,5 mm na faixa de 0 mm até 9 mm. Como para o eixo 'Z', também foi criada uma planilha de tratamento de dados, que pode ser visualizada na figura abaixo. A reta de tendência tem como equação Y=0,99917 * x + 0,00589, onde 'Y' é a posição real do eixo e 'X' é a posição comandada pelo software de controle.

Figura 8- Planilha de cálculos dos parâmetros do eixo X.

Conforme é mostrado nas imagens, o erro de linearidade é na ordem de milésimos de milímetros, o que comprova a qualidade do dispositivo anti-backlash, empregado em ambos os eixos. Continuando o ciclo de testes, foi feita a aferição da velocidade do eixo árvore utilizando um tacômetro com mostrador digital. Foi testada a faixa de velocidade de 300 até 1800 RPM, utilizando como incremento 300 RPM, totalizando assim 6 pontos de

medição, conforme a figura 9. O maior erro percentual foi de 0,15%, na velocidade de 600RPM o que mostra a eficiência do controle feito pelo sistema.

Figura 9- Teste de Controle de Velocidade do Eixo Árvore.

Por último, foi realizado o teste de usinagem, onde foram cortados cinco corpos de prova com mesmas dimensões, porém com materiais diferentes, como pode ser visualizado na figura abaixo:

IDENTIFICAÇÃO

MATERIAL

CP 01

POLIACETAL

CP 02

POLIACETAL

CP 03

POLIACETAL

CP 04

POLIPROPILENO

CP 05

LATÃO

Figura 10- Identificação das amostras.

Todos os corpos de prova foram usinados e posteriormente comparamos suas medidas, retiradas utilizando um paquímetro digital (figura 11), com o corpo de prova padrão do modelo cad. Todas as dimensões podem ser vistas na figura 12:

Figura 11- Método de Medição do CP.

Figura 12- Recorte da tabela de medições.

Como podemos visualizar, o maior erro dimensional, considerando a média dos resultados foi de 0,26mm, no diâmetro. Esse erro ocorreu do lado mais próximo ao contra-ponto. O protótipo apresentou características negativas, consideradas como falhas decorrentes do projeto ou de comportamentos inesperados de alguns dispositivos, dentre elas a vibração, encontrada na rotação da peça, principalmente na extremidade mais próxima do contraponto devido às características de construção que levaram a uma baixa rigidez do conjunto. As proteções confeccionadas em chapas de aço que revestem o topo do eixo árvore e que atuam com proteções em torno da máquina, em virtude das vibrações inerentes do processo de usinagem, tendem a propagar o ruído produzido de forma mais acentuada. Situações de falha também foram encontradas no software de controle em virtude de características não previstas como, por exemplo, a perda das correções de ferramentas durante a mudança nas telas de visualização ou interferências na transmissão de dados através da porta paralela.

5 CONCLUSÃO Levando em consideração que os objetivos principais foram alcançados, como integração das tecnologias mecânicas, CAD, CAM, elétricas e CNC o resultado mostra que é possível atingir as competências necessárias para realizar a automação da manufatura em um equipamento com características didáticas e com baixo custo de desenvolvimento. No projeto, apesar de algumas limitações construtivas e de alguns problemas pontuais, o resultado demostra que é possível produzir geometrias geradas a partir de um modelo CAD mesmo com perfil circular ou de superfícies inclinadas, porém, são necessárias algumas adequações mecânicas e eletrônicas para reduzir os erros dimensionais, de ondulação e rugosidade, e também permitir a confecção de roscas.

Como sugestões para futuras melhorias, inclui-se o aumento da rigidez mecânica do conjunto para diminuição das vibrações, um sistema que permita um melhor sincronismo entre a movimentação dos eixos de translação e a rotação do Spindle para a usinagem de elementos roscados e a aplicação de um motor de indução como substituto ao DC com escovas para o acionamento do eixo-árvore.

Referências

ARTSOFT NEWFANGLED SOLUTIONS. The Home of Mach3 and LazyCam. Disponível em: . Acesso em: 20/03/2012.

BACK, Nelson; Et al. Projeto integrado de produtos. Planejamento, Concepção e Modelagem. Barueri, SP: Manole, 2008. INDÚSTRIAS ROMI SA. Catálogo de tornos ROMI – linha Centur. Disponível em: . Acesso em: 07/03/2012. TAVARES, MARCOS VINICIO FERRAZ. Readequação tecnológica de baixo custo em robô cartesiano. 2012. 77p. Dissertação (Mestrado em Mecatrônica) – Curso Superior de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, Instituto Federal de Educação,Ciência e Tecnologia de Santa Catarina, Santa Catarina.