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1 Introdução ao Controlo Numérico Computorizado II Referencial, Trajectórias João Manuel R. S. Tavares / JOF Introdução As ferramentas de uma máquina CNC podem realizar certos movimentos conforme o tipo de máquina. Num torno, estes movimentos compõem-se em movimento (paralelo à árvore) longitudinal (Z) e movimento transversal (X raio/diâmetro). Numa fresadora, existe outro movimento adicionado a esses movimentos fundamentais, chamado movimento transversal secundário (Y). Para controlar a ferramenta de forma precisa durante estes movimentos, todos os pontos dentro da área de trabalho da máquina devem permitir uma definição clara e universalmente compreensível. Os sistemas de coordenadas usam-se com este propósito, proporcionando uma referenciação ao programador durante o desenvolvimento dos seus programas. 2 JOF/João Manuel R. S. Tavares 1

2 Introdução Mov. vertical Movimento longitudinal Mov. transversal Mov. logitudinal Movimento transversal Movimentos associados ao torneamento. Movimentos associados à fresagem. 3 Sistemas de coordenadas de dois eixos Um sistema de coordenadas com dois eixos permite uma descrição/definição precisa de todos os pontos (vértices, centros de círculos, etc.) no desenho de uma peça nesse plano. Normalmente, a geometria de uma peça descreve-se de maneira precisa mediante o seu desenho e as suas dimensões. Se localizarmos a peça, de forma criteriosa, num sistema de coordenadas, a forma da peça fica descrita, determinando a posição dos pontos em que há alteração da trajectória. 4 JOF/João Manuel R. S. Tavares 2

3 Sistemas de coordenadas de três eixos Para ser possível representar peças 3-D é necessário um sistema de coordenadas com três eixos. Os eixos de coordenadas são designados pela regra da mão direita (referencial directo). 5 Sistema de coordenadas máquina A maquinagem de uma peça mediante um programa de CN requer a aplicação de um sistema de coordenadas à máquina ferramenta. Quando se programa, deve-se assumir que a peça está estacionária e que a ferramenta se move no sistema de coordenadas. Tal possibilita que o controlo da ferramenta de trabalho seja claro e universalmente aceite, fixando as coordenadas correspondentes. 6 JOF/João Manuel R. S. Tavares 3

4 Ângulo de rotação e coordenadas polares Algumas operações de maquinagem requerem a programação de ângulos de rotação sobre um ou vários eixos coordenados. A rotação sobre os eixos de coordenadas identifica-se pelos ângulos de rotação de endereço A, B e C. A direcção de rotação será negativa (-) quando a rotação é no sentido horário, observada do lado positivo do eixo que não está no plano de interpolação (ou aplicar a regra da mão direita). 7 Ângulo de rotação e coordenadas polares Os ângulos de rotação podem ser utilizados, por exemplo, para programar em coordenadas polares. Os ângulos das coordenadas polares identificam-se por A, B e C; esta designação deriva da regra da mão direita. 8 JOF/João Manuel R. S. Tavares 4

5 Pontos significativos na programação de CN Nas máquinas-ferramenta CNC, as trajectórias estão controladas mediante sistemas de coordenadas. As posições precisas das ferramentas e das peças, dentro da máquina-ferramenta, estabelecem-se a partir dos pontos de origem (máquina/peça). Além destas origens de coordenadas, as máquinas- ferramenta CNC dispõem de um certo número de pontos de referência de tal forma que possibilitam o funcionamento e a programação dos movimentos entre todos eles. 9 Pontos significativos na programação de CN Pontos de origem: Origem da Máquina M; Origem da peça W. Pontos de referência: Ponto de Referência da máquina R; Pontos de referência da ferramenta E e N. 10 JOF/João Manuel R. S. Tavares 5

6 Origem do programa O ponto zero da máquina M está estabelecido pelo fabricante da mesma. É a origem do sistema de coordenadas da máquina e é o ponto de início para todos os outros sistemas de coordenadas e pontos de referência da máquina. Posição da origem máquina em tornos de CN (neste caso, o Z = 0 coincide com um ponto da bucha). 11 Origem do programa FRESADORA TORNO VERTICAL FRESADORA A posição da origem em máquinas de CN varia de fabricante para fabricante e do tipo de máquina. 12 JOF/João Manuel R. S. Tavares 6

7 Pontos de referência O ponto de referência de máquina R, serve para calibrar e para controlar o sistema de medição dos deslocamentos das mesas/carros e os cursos das ferramentas. A posição do ponto de referência R está predeterminada, com precisão, em cada um dos eixos de deslocamento. Desta forma, as coordenadas deste ponto de referência são sempre as mesmas e o seu valor numérico, relativamente ao zero máquina é, também, conhecido com precisão. Importante: Depois de inicializar o sistema de controlo é sempre necessário levar a máquina ao ponto de referência R, em todos os seus eixos, com o intuito de calibrar o sistema de medição dos deslocamentos. Se os dados de posição das mesas/carros e das ferramentas são perdidos, por exemplo, devido a uma falha eléctrica, a máquina-ferramenta tem que voltar a posicionar-se neste ponto de referência para voltar a estabelecer os valores correctos da posição. 13 Pontos de referência (exemplos) Z Y X Ponto de referência num torno. Ponto de referência numa fresadora. 14 JOF/João Manuel R. S. Tavares 7

8 Origem peça - W O ponto de referência W, determina a posição do sistema de coordenadas da peça em relação à origem máquina. A origem de coordenadas da peça é escolhido pelo operador e introduz-se no sistema CNC na fase de preparação da máquina para o trabalho. Torno Fresadora Torno Exemplo da origem peça para torno e para fresadora. 15 Origem peça A posição do zero peça pode ser livremente escolhida pelo programador dentro do espaço de trabalho da máquina. Não obstante, é conveniente situá-lo de forma que as dimensões da peça (por exemplo, do desenho) possam ser facilmente transformadas em valores das coordenadas na máquina. Por vezes, o zero peça também é designado por ponto zero de programação. 16 JOF/João Manuel R. S. Tavares 8

9 Dimensões da ferramenta/portaferramenta Ao maquinar uma peça, é essencial poder comtrolar de forma precisa o ponto de ferramenta ou os fios de corte da mesma em relação aos contornos da peça durante as passagens da maquinagem. Dado que as ferramentas têm diferentes formas e dimensões, as dimensões precisas da ferramenta têm que ser estabelecidas antes de se realizar a maquinagem e introduzidas no sistema de controlo. Nota: Os pontos de referência das ferramentas são importantes para o seu posicionamento (coordenadas). A informação/dados da ferramenta têm que ser introduzidos na memória do controlador antes de serem operadas. Árvore 17 Deslocamentos Para as operações de maquinagem que se efectuam nas peças, as ferramentas têm que percorrer, de forma precisa, as trajectórias correspondentes a cada tipo de operação. As trajectórias possíveis da ferramenta, dependem de cada tipo de máquina e das capacidades dos sistemas de controlo. O tipo de máquina fixa os possíveis tipos deslocamentos ao longo dos eixos. Oti tipo de configuração do controlo, por exemplo, controla deslocamentos rectos, contornos 2D, etc., determina como pode coordenar-se os deslocamentos entre os eixos. É esta coordenação, que permite controlar os movimentos da ferramenta pelo sistema de controlo com a ajuda de cálculos internos, conhecida por interpolação. 18 JOF/João Manuel R. S. Tavares 9

10 Deslocamentos Interpolação circular Interpolação linear Movimento a um eixo Exemplos de deslocamentos da ferramenta. 19 Deslocamentos lineares Quando a ferramenta se desloca desde um ponto inicial (actual) até um ponto objectivo ou destino dado e, este deslocamento se realiza ao longo de uma recta, tem-se uma interpolação linear. No caso de sistemas de controlo de 2 eixos, isto implica que as velocidades em cada um dos eixos, operem de forma sincronizada, para se obter uma trajectória recta da ferramenta. 20 JOF/João Manuel R. S. Tavares 10

11 Deslocamentos lineares Para sistemas de controlo de 3 eixos existem duas possibilidades diferentes: Programação de rectas em um ou vários planos fixos: Neste caso, a ferramenta desloca-se numa única direcção axial (normalmente eixo de rotação de corte) e nos outros dois eixos tem lugar a interpolação linear. 21 Deslocamentos lineares Programação de rectas arbitrárias no espaço : A ferramenta pode ser deslocada ao longo de uma recta até qualquer ponto no espaço em que a interpolação linear dá-se nos três eixos. Em certos controladores a interpolação linear apenas é possível à velocidade de trabalho ou avanço. O movimento rápido utiliza-se apenas para alcançar posições, começando por se deslocar todos os eixos à velocidade máxima até se obter cada uma das suas coordenadas (sequencial parcial). 22 JOF/João Manuel R. S. Tavares 11

12 Deslocamentos circulares Se a ferramenta e se desloca de um ponto inicial até um ponto final dado, mediante uma trajectória circular, está-se perante o que se designa por interpolação circular. Os arcos de circunferência podem ser percorridos no sentido horário ou no sentido anti-horário (retrógrado ou directo). Se o sistema de controlo tem mais de 2 eixos, é necessária a definição i do plano no qual se descreve o arco de circunferência: por exemplo, nos planos XY, YZ ou XZ. G18 G19 G17 23 Deslocamentos circulares Uma vez elegido o plano do arco, a maquinagem pode-se realizar em várias passagens alterando a profundidade. Normalmente, não é possível a interpolação circular à velocidade rápida. 24 JOF/João Manuel R. S. Tavares 12

13 Compensação automática da ferramenta Até agora a falou-se das trajectórias as das ferramentas e sem mencionar as dimensões das mesmas, quando estas afectam o contorno. Compensação do raio da ferramenta Para assegurar que o contorno é garantido, o centro da fresa deve-se deslocar deste, ao longo de uma trajectória equidistante : segue o contorno desejado a uma distância uniforme que depende do raio da ferramenta. 25 Compensação da ferramenta Na maioria i dos sistemas CNC modernos, a trajectória tó equidistante calcula-se automaticamente mediante a compensação do raio da ferramenta. Esta compensação requer a entrada no programa de CN dos seguintes dados: A dimensão do raio da fresa; De que lado (G42 - à direita ou G41 - à esquerda) do contorno final programado se situa a ferramenta. 26 JOF/João Manuel R. S. Tavares 13

14 Compensação da ferramenta G41 G42 G40 Sem correcção No torneamento, o raio da fresa é substituído pela ponta radial da pastilha da ferramenta de tornear. 27 Compensação da ferramenta Durante a programação do contorno do torneamento assume- se que a ponta da ferramenta é um ponto agudo em contacto com a peça. Na realidade, a ponta da ferramenta está arredondada e, o controlador deve compensar o espaço entre a ponta teórica da ferramenta e o fio cortante da mesma, calculando a trajectória equidistante apropriada. Para assegurar que esta trajectória equidistante é sempre definida do lado correcto do contorno é necessário introduzir no controlador o quadrante correcto. Tal informação determina a direcção pela qual a ponta da ferramenta segue o contorno. 28 JOF/João Manuel R. S. Tavares 14

15 Compensação da ferramenta Alteração da forma na inclinação Efeito da ponta redonda da ferramenta nos quadrantes de torneamento. 29 Coordenadas absolutas e incrementais A informação dimensional no plano da peça pode basicamente estabelecer-se no sistema de cotagem absoluto ou incremental. Os dados na cotagem absoluta fazem sempre referência a um ponto de referência fixo no plano. As cotas absolutas também são designadas por cotas de referência G90. Ao usar cotas incrementais, cada medida faz referência à posição anterior; as cotas incrementais são distâncias entre pontos adjacentes. Estas distâncias convertem-se em coordenadas incrementais ao tomar as coordenadas do último ponto como a origem de coordenadas para o ponto seguinte. As cotas incrementais também se designam por cotas relativas ou por cotas em cadeia/série G JOF/João Manuel R. S. Tavares 15

16 Eleição da origem peça O ponto zero peça é o ponto no qual se localiza a origem de coordenadas durante a programação. Fundamentalmente, este ponto pode definir-se livremente, apesar de que, por razões práticas, deveria coincidir com o ponto de referência para as cotas absolutas ou com o ponto inicial para as cotas incrementais. 31 Eleição da origem peça O desenhador deverá cotar os planos da peça de forma que se simplifique a conversão de cotas em coordenadas. Deverse-á prestar especial atenção ao tipo de cotagem, e à correspondente definição do zero peça, de forma a causar a mínima necessidade de modificações (cálculos). Frequentemente a conversão de cotas em coordenadas provoca erros de progra- mação. 32 JOF/João Manuel R. S. Tavares 16

17 Definição de rectas e círculos Para programar um elemento de contorno linear é suficiente estabelecer o ponto final do deslocamento (o ponto inicial é a posição da ferramenta no momento). O ponto final pode-se estabelecer em dimensões absolutas ou incrementais, e em certos controladores também mediante o estabelecimento do ângulo da recta (coordenadas polares). 33 Definição de rectas e círculos Existem duas possibilidades de programação de arcos de circunferência: Programação do raio: além do ponto final, esta opção apenas requer a entrada do raio. O controlador calcula o centro da circunferência de forma que o arco se situa entre os pontos inicial e final (o raio pode ser + ou - [>180º]), Programação do centro da circunferência: Neste caso, além do ponto final, devem ser definidas as coordenadas do centro da circunferência. O controlador calcula o raio (para o ponto inicial e final). Raio Centro 34 JOF/João Manuel R. S. Tavares 17

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