automaÇao cadcam

API P. Oliveira Pág. 1

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CAD/CAM e Máquinas CNC

Prof. Paulo Oliveirapjcro @ isr.ist.utl.pt

Tel: 21 8418053 ou 2053 (interno)

LEEC / MEEC 2005-2006

AutomaAutomaçção ão de de

Processos IndustriaisProcessos Industriais

http://www.isr.ist.utl.pt/~pjcro/cadeiras/api0506/api0506.html

Docentes:

Prof. Pedro Limapal @ isr.ist.utl.pt

Tel: 21 8418274 ou 2274 (interno)


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Cap. 4 - GRAFCET (Sequential Function Chart) [2 semanas]... Cap. 5 – CAD/CAM e Máquinas CNC [1 semana]

Metodologia CAD/CAM. Tipos de máquinas CNC.

Métodos de Interpolação para geração de trajectórias.

Utilização em células de fabricação flexível.…Cap. 6 - Sistemas de Eventos Discretos [2 semanas]

Automação de Processos Industriais

Programa da Cadeira:Programa da Cadeira:


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Alguns ponteiros acerca de CAD/CAM e CNCAlguns ponteiros acerca de CAD/CAM e CNCResenha histórica: http://users.bergen.org/~jdefalco/CNC/history.html

Tutorial: http://users.bergen.org/~jdefalco/CNC/index.htmlhttp://www-me.mit.edu/Lectures/MachineTools/outline.htmlhttp://www.tarleton.edu/~gmollick/3503/lectures.htm

Editores (CAD): http://www.cncezpro.com/http://www.cadstd.com/http://www.turbocad.comhttp://www.deskam.com/http://www.cadopia.com/

Bibliografia: * Computer Control of Manufacturing Systems, Yoram Koren,McGraw Hill, 1986.* The CNC Workbook : An Introduction to ComputerNumerical Control by Frank Nanfarra, et al.

Cap. 5 – CAD/CAM e CNC


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Conceito

Ferramenta

Objectivos do CAD/CAM e CNCObjectivos do CAD/CAM e CNC


Protótipo


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Resenha HistResenha Históóricarica

Percursores do CNC

1947 – Necessidades da Força Aérea Americana levaram John Parsons a tentar desenvolver uma máquina para produzir uma peça descrita por uma função 3D.

1949 – Contrato com a Parsons Corporation para implementar o método proposto.

1952 – Demonstração no MIT de um modelo de uma máquina ferramenta (NC)capaz de produzir peças utilizando interpolação simultânea em vários eixos.

1955 – Aparecem os primeiros modelos comerciais de máquinas NC.

1957 - NC começa a ser a aceite pela indústria, com a instalação das primeiras máquinas a entrar em produção

197x - Com o aparecimento dos micro-processadores surgiu depois o CNC.



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EvoluEvoluçção a passos largos...ão a passos largos...

CAD/CAM e CNC

• Modificação de máquinas ferramentas existentes comsensores e sistemas de avanço automático

• Utilização de sistemas de controlo em cadeia fechada para controlo dos eixos.

• Incorporação dos avanços em sistemas computacionais nas máquinas CNC

• Utilização de sistemas de geração de trajectórias baseadosem algoritmos de interpolação de precisão elevada

• Utilização de sistemas CAD para desenho de peças egeração de programas para as máquinas CNC



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CAD/CAM e CNCCAD/CAM e CNC

Objectivos:

• Aumentar a precisão, repetibilidade e a capacidade para introduzir alterações

• Aumentar volume de produção

• Reduzir custos de produção

• Diminuir desperdícios devido a erros e fadiga

• Efectuar tarefas mais complexas, que seriam impossíveis sem CNC

• Aumentar precisão das peças efectuadas



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Vantagens:

• Reduz tempo para entrega de peças

• Reduz custos associados a peças e outros auxiliares

• Reduz problemas de armazenamento

• Menor tempo para começar a produção

• Menor tempo de maquinação

• Diminui tempo desde desenho/redesenho até produção



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Limitações:

• Investimento inicial elevado (30.000 a 1.500.000 de euros)

• Manutenção exigente e especializada

• Não elimina completamente os erros humanos

• Necessita operadores mais especializados

• Não tem vantagens tão evidentes para séries pequenas e muito pequenas



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Metodologia CAD/CAM

Usar base de dados técnica nos passos de desenho e produção. Informação de peças, materiais, ferramentase máquinas é integrada.

CAD (Computer Aided Design) Efectuar o desenho de peças assistido por computador

CAM (Computer Aided Manufacturing)Gerar programas que podem ser utilizados em CNC



IST / DEEC / SSC Cap. 5 – CAD/CAM e CNC


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Ferramentas:




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Ferramentas:

Atenção às restrições dosmateriais envolvidos!...

* Velocidade de avanço

* Velocidade de rotação

* Tipo de ferramenta




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Ferramentas:

Especificidade das ferramentas para efectuar diferentes operações.




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Ferramentas: Qualidade no acabamento de superfície (µm)



0.5

PolirQuinar

Desgaste ElectrolíticoExtrudir com rolosAfiar

Alargar (furos)Feixe de ElectrõesCorte a LaserCorte ElectroquímicoTornear

PerfurarMaquinação QuímicaDescarga EléctricaFrezar

Cortar por ChamaSerrarAplainar

50 25 12 6 3 1.5 .8 .4 .2 .1 .05 .025 .0125Método


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Ferramentas: capacidade de desbaste




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Áreas de maior aplicação industriais:

• Aeroespacial

• Maquinaria

• Electricidade (fabrico de placas)

• Automóvel

• Instrumentação

• Moldes



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A evolução do Controlo Numérico

• Numerical Control (NC)• Dados enviados por papel ou via porta série• Máquina NC não efectua cálculos• Interpolação por hardware

• Direct Numerical Control (DNC)• Computador central contral várias máquinas DNC ou CNC

• Computer Numerical control (CNC)• Pôr um computador na máquina ferramenta• Cálculos e interpolação efectuados localmente

•Distributive numerical control • scheduling• controlo de qualidade• monitorização



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Controlo Numérico

Arquitetura de um sistema NC

Cadeia aberta

Cadeia fechada


caixa sem-fim mesa

motorpasso a passo

referência

caixa sem-fim mesa

motorDC

referênciaDAcontrolador

encoder


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InterpolaçãoMotivação: integração numérica


t∆t

∆p

p

p(t)

∑∫ =∆≅=

k

i i

ttpdptz

10)()( ττ

Área da função

Introduzindo zk, como o valor de z em t=k∆t

tpzzztptpz kkkkkk

i ik ∆=∆∆+=∆+∆= −−

=∑ ,11

1

O integrador funciona a um ritmo f=1/∆t e a função p é aproximada por:

kkk ppp ∆±= −1

Para que o integrador possa ser implementado com registos de n bits tem de se ter que pk<2n .


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Implementação de umDigital Differential Analyzer


p register

adder

q register

∆z+∆p

−∆p

f

A entrada para o registo p é +1, 0 ou –1.

O registo q acumula os valores da integração da área

.1 kkk pqq += −

Se o valor do registo q fôr superior a (2n-1), ocorre um overflow e ∆z=1:

kn

k pz −=∆ 2Definindo C=f/2n, e tendo em conta que f=1/∆t:

tCpz kk ∆=∆


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Passo q ∆z Σ ∆z-------------------------------------------1 5 02 2 1 13 7 14 4 1 25 1 1 36 6 37 3 1 48 0 1 59 5 5

... 1 2

4 8 12 16

5

0

10

f

∆p∆t

∆zf0

nkk

fCondeCptzf

2,0 ==⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

∆∆

=

Seja q=5 e utilize-se um registo de 3 bits

DDA para Interpolação Linear:


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Desaceleração Exponencial:


Seja

O diferencial de p(t) é (aproximado)

( ) αt0eptp −= .0

tk eCpCp

tz α−==

∆∆

e,

tpp k ∆=∆− α

Ajustando C=α,

zp ∆=∆−

f

−∆p ∆zf0

+∆p

0 10 20 30 40 50 600

5

10

15

Time iterations

p(t)

pk

∆ zp(t)

Exemplo: p(t)=15e-t


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Interpolação Circular:


Seja

O diferencial é

( ) 222 RYRX =+−( )( )

( )tRtR

YX

ωω

sincos1−

==

ou

( )( )

( )( )( )( )ωtRsindωtRcosd

dtωtωRcosdtωtωRsin

dYdX −

==

==

0 5 10 15-15

-10

-5

0

X

Y

pkp(t)

Exemplo: Circunferência de raio 15,centrada na origem.

−∆p X+∆p

−∆p ωRcos(ωt)dtY

ωRsin(ωt)dt

Clock

+∆p


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DDA Completo


X−∆p+∆p

Y

L

C

C

L

−∆p+∆p

circular linear

−∆p+∆p

desaceleração

f

f0


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Controlo de Máquinas CNC


caixa sem-fim mesa

motorDC

referênciaDAcontrolador

encoder

Modelo da dinâmica de um loop de controlo

fref

s1

1

2

kk

DAk

Ts

sk

τ+11

gk


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Programação CNC

Passos para a execução de uma peça

A) Leitura de desenhos técnicos



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Programação CNC

B) Escolha da máquina mais adequada ou dos diferentes estádios de maquinação mais convenientes

Tendo em conta:

• O espaço de trabalho de cada máquina e da peça a efectuar

• As opções disponíveis em cada máquina

• As ferramentas disponíveis

• A fixação necessária para as peças

• As operações que cada máquida pode efectuar



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Programação CNC

C) Escolha do conjunto de ferramentas mais convenientes

Tendo em conta:• O material a ser maquinado e as suas características

• O uso de ferramentas standard reduz o seu custo

• Qualidade da peça para fixação deve ter a ver com o número de peças a efectuar

• Utilizar sempre a ferramenta certa para a operação desejada

• Existem freeamentas de backup e em armazém

• Ter em consideração que ferramentas longas se podem deformar



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Programação CNC



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Programação CNC

D) Dados de Corte

• Spindle Speed – velocidade de rotação da ferramenta (RPM)

• Cutting Speed – velocidade de rotação de desbaste da ferramenta ou da peça a maquinar (RPM)

• Feedrate – velocidade linear de desbaste (mm por minuto)

• Depth of Cut – quanto está a ferramenta a desbastar em z (mm)



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Programação CNC

E) Escolha do plano de interpolação, em máquinas 2D 1/2



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Programação CNC

F1) Sistema de unidades

Em polegadas (G70) ou em milimetros (G71).

F2) Modos de comando*

Absoluto – em relação ao sistema de coordenadas (G90)

Relativo – deslocamento em relação ao ponto actual (G91)

* Existem outros métodos de comando, por exemplo helicoidal.



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Programação CNC

G) MANUAL DATA INPUTN Sequence NumberG Preparatory FunctionsX X Axis CommandY Y Axis CommandZ Z Axis CommandR Radius from specified centerA Angle ccw from +X vectorI X axis arc center offsetJ Y axis arc center offsetK Z axis arc center offsetF FeedrateS Spindle speedT Tool numberM Miscellaneous function



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Exemplo de programação CNC

N30 G0 T1 M6

N35 S2037 M3

N40 G0 G2 X6.32 Y-0.9267 M8

N45 Z1.1

N50 Z0.12

N55 G1 Z0. F91.7

N60 X-2.82

N65 Y0.9467

N70 X6.32

N75 Y2.82

N80 X-2.82

N85 G0 Z1.1

...



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Funções preparatórias mais usadas

G00 – Ida rápida G01 – Interpolação Linear

G02 – Interpolação circular (CW) G03 – Interpolação circular (CCW)



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Outras funções preparatórias• G04 - A temporary dwell, or delay in tool motion. • G05 - A permanent hold, or stopping of tool motion. It is canceled by the machine operator. • G22 - Activation of the stored axis travel limits, which are used to establish a safety boundary. • G23 - Deactivation of the stored axis travel limits. • G27 - Return to the machine home position via a programmed intermediate point• G34 - Thread cutting with an increasing lead. • G35 - Thread cutting with a decreasing lead.• G40 - Cancellation of any previously programmed tool radius compensation • G42 - Application of cutter radius compensation to the right of the workpiece with respect to the direction of tool travel. • G43 - Activation of tool length compensation in the same direction of the offset value • G71 - Canned cycle for multiple-pass turning on a lathe (foreign-made)•…



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• M02 - Program end

• M03 - Start of spindle rotation clockwise

• M04 - Start of spindle rotation counterclockwise

• M07 - Start of mist coolant

• M08 - Start of flood coolant


Funções miscelâneas


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G81 – Furar (Drilling cycle) múltiplos furos sem ser necessário efectuar um de cada vez


Ciclos Especiais or Canned Cycles


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G78 – Rectangular pocket cycle, utilizado para limpar uma zona quadrada


Ciclos Especiais or Canned Cycles


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Mudança de ferramenta

Nota: convém ser uma zona de fácil acesso (quando executada manualmente).


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Ver: http://www.ezcam.com/web/tour/tour.htm


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Linguagens de Programação evoluídas:

• Automatically program tool (APT) Desenvolvida no MIT em 1954

• Derivadas do APT:ADAPT (IBM)IFAPT (France)MINIAPT (Germany)

• Compact II

• Autospot

• SPLIT



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Operação

Regras de Segurança

• Segurança é essencial

• Os olhos devem estar sempre protegidos

• As ferramentas e as peças devem ser convenientemente fixadas na máquina ferramenta

• Evite usar roupa larga

• Use uma escova para limpar as peças. Nunca as mãos

• Use camisa de manga curta ou dobre as mangas



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Operação

Verifique tolerâncias e compensações das ferramentas que vai usar



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Operação

Carregar o programa.


Seguir a maquinação com atenção.

Verificar a peça produzida.

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