Msc. Domingos F. O. Azevedo 2013

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1 2013

2 Quantidade e qualidade em harmonia Agrupando máquinas (CNC, robô e processo), otimizando tempo e custo Automação racional (planejada em função da necessidade) Supervisão por seres humanos FMS e CIM (filosofias de produção)

3 FMS - SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA GLOBALIZAÇÃO CONCORRÊNCIA ACIRRADA DESEJOS DOS CLIENTES PRODUTOS PERSONALIZADOS CIM/FMS Integração das economias mundiais que trocam entre si matérias primas, produtos e entre outras coisas produzidas internamente. E, com o advento de novas tecnologias e desenvolvimentos das tecnologias de comunicação e de transporte possibilitam a troca de informação e de mercadorias.

4 EXEMPLOS DE PRODUTOS PERSONALIZADOS

5 COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING (CIM) Integração das diversas atividades da empresa, relacionadas com a produção, através da utilização de tecnologias de informação, como sejam, bases de dados, sistemas de comunicação, etc. Deste modo, os vários departamentos associados às atividades, podem comunicar entre si através da partilha ou troca de informações. Integração apenas das atividades de engenharia e de produção. Integração de todas as atividades relacionadas com a fabricação Integração dos sistemas de informação da empresa com os dos clientes e fornecedores.

6 VANTAGENS DO CIM Produtividade A eliminação da redundância da informação, conduz a um melhor controle e gestão dos recursos, podendo ser atingidas melhorias de 40 a 70%. Flexibilidade Maior rapidez de resposta aos eventos externos (variações do mercado,...) e aos internos (avarias e defeitos de qualidade,...). Qualidade A integração de sistemas automatizados permite diminuir o número de erros ocorridos, devido à garantia da não duplicação da informação (aumento da qualidade de 2 a 5 vezes). Tempos de concepção A partilha de informação entre os vários departamentos de projeto permite a redução do tempo de concepção de um produto entre 15 a 30%. Work In Progress (WIP) Uma gestão otimizada permite uma redução do material que circula na fabrica em valores que podem variar entre 30 a 60%.

7 VANTAGENS DO CIM Decremento dos custos de produção. Msc. Domingos F. O. Azevedo Com a produção realizada conforme pedido do cliente, se reduz os suprimentos (matériaprima, mão de obra, etc.) apenas ao necessário. Há a partilha dos recursos produtivos (máquinas, equipamentos, dispositivos, ferramentas, etc.). Redução de estoques. Evita-se produzir para formar estoque, pois, a estocagem envolve altos custos, tais como, local para armazenagem, controle de entrada e saída de produtos, segurança, etc. Redução da necessidade de manter documentação em papel. A maior parte da documentação é mantida em meio eletrônico. Decremento do tempo de resposta. Como a produção é realizada conforme pedido do cliente, evita-se produzir para formar estoque, tendo-se assim, a fabricação dedicada aos pedidos e assim, agilizando a resposta. Produtos feitos à medida do cliente. Com a adequação do produto às necessidades e preferências dos clientes, uma quantidade de maior de clientes se associa àquele produto.

8 DESVANTAGENS E PROBLEMAS O CIM é mais uma questão mais estratégica do que tecnológica. Não existe uma especificação genérica de CIM, nem um sistema normalizado que se possa comprar, portanto, é sempre personalizado. Alto custo do sistema. Heterogeneidade dos equipamentos existentes no sistema. Fatores sociológicos, tais como: necessidade de treinamentos, adaptação do pessoal ao sistema, impacto sobre os costumes da empresa e região.

9 NATUREZA DOS ELEMENTOS DO SISTEMA CIM Concepção do Produto Concepção da funcionalidade do produto Modelagem geométrica - CAD Análise e verificação de engenharia - CAE Definição da programação dos equipamentos e processo - CAM Integração destas atividades com as restantes do ciclo de vida de um produto: DFM (Design for Manufacturing), DFA (Design for Assembly) e CE (Concurrent Engineering). Planejamento da Produção Planejamento de requisitos de matérias primas - MRP Planejamento da capacidade - CRP Planejamento do processo de produção - CAPP Escalonamento de longo prazo

10 NATUREZA DOS ELEMENTOS DO SISTEMA CIM Controle da Produção Dimensionamento auxiliado por computador - modelagem, simulação, escalonamento dinâmico. Aquisição de dados em tempo real relativas a ordens de fabricação e recursos. Equipamento dinâmico CNC FMS Robôs Sistemas de manipulação/armazenamento Sistemas de inspecção Etc.

11 Funções Msc. Domingos F. O. Azevedo SISTEMA DE CONTROLE (CIM) Controle de cada estação de trabalho. Distribuição das instruções de controle às estações de trabalho. Controle da produção. Controle dos sistemas de manipulação e armazenamento de materiais. Controle das ferramentas. Monitoração do desempenho do sistema. Dados armazenados Programas para as máquinas CNC. Folhas de encaminhamento. Parâmetros de produção de cada peça. Dados relativos a contentores e fixações. Dados das ferramentas de cada máquina.

12 FMS - SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA DEFINIÇÃO: Sistema de produção altamente automatizado e capacitado a produzir uma grande variedade de diferentes peças e produtos, usando o mesmo equipamento e o mesmo sistema de controle. Um sistema de fabricação flexível consiste num conjunto de estações de trabalho (normalmente máquinas de controle numérico), interligadas por um sistema de transporte e manuseamento de materiais e controladas por um sistema computadorizado integrado de manufatura (CIM).

13 FMS - SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA Exemplo de sistema flexível manufatura :

14 FMS - SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA Exemplo de sistema flexível manufatura na Chance- Vought Aircraft (Cincinnati Milacron)

15 ÂMBITO DOS SISTEMAS DE MANUFATURA Produtividade Flexibilidade Âmbito dos sistemas de manufatura. Adaptado de: Groover.

16 CARACTERÍSTICAS DO FMS Msc. Domingos F. O. Azevedo Capacidade de processar uma variedade de diferentes tipos de peças, simultaneamente, nas várias estações de trabalho. Objetivo: preencher o vazio entre a produção em massa (caracterizada pelas linhas de produção) e as pequenas produções realizadas em máquinas CNC isoladas.

17 COMPONENTES DE UM FMS Estações de Trabalho Células de manufatura (com máquinas-ferramenta de controle numérico, robôs, etc.), células de montagem, células de inspeção, etc. Manipulação e armazenamento de materiais Manipulação de materiais entre as diversas estações de trabalho. Exemplos: Armazéns automáticos, sistemas automáticos de esteiras, AGV, etc. Sistema de controle por computador Sistema de controle, sistema de informação e sistema de comunicação.

18 Leiautes (Layout) do FMS Msc. Domingos F. O. Azevedo O leiaute do FMS é estabelecido pelo sistema de manuseio de material Cinco tipos básicos de leiautes 1. Em linha 2. Ciclo (Loop) 3. Escada (Ladder) 4. Campo Aberto (Open field) 5. Robô centrado

19 Em linha Msc. Domingos F. O. Azevedo CONFIGURAÇÃO DE FMS Esta configuração é apropriada para sistemas em que o progresso dos materiais de uma estação para a próxima está bem definido. O transporte de materiais é realizado através de esteiras. Entrada Máquina Máquina Máquina Máquina Saída

20 CONFIGURAÇÃO DE FMS EM LINHA (Cincinnati Milacron)

21 Ciclo (Loop ) Msc. Domingos F. O. Azevedo CONFIGURAÇÃO DE FMS Os materiais fluem entre estações, tal como na configuração anterior, com a diferença da estação de entrada coincidir com a de saída. O transporte de materiais é realizado através de esteiras, trilhos ou roletes. Máquina Máquina Máquina E/S Máquina Máquina

22 CONFIGURAÇÃO DE FMS Ciclo (Loop ) Outro exemplo de configuração.

23 Escada (Ladder ) CONFIGURAÇÃO DE FMS Esta configuração é semelhante à anterior, apresentando a vantagem de possuir caminhos alternativos, de forma a reduzir os tempos de transporte. O transporte de materiais é realizado através de esteiras ou de AGVs. Msc. Domingos F. O. Azevedo Fluxo de materiais E/S

24 Campo aberto (OpenField) CONFIGURAÇÃO DE FMS Esta configuração assenta na divisão da planta fabril em células, cada uma das quais responsável pela execução de um determinado conjunto de funções, podendo ter internamente Loops e várias escadas, adequado para grandes famílias de peças. O transporte é realizado através de esteiras ou de AGVs. Msc. Domingos F. O. Azevedo Centros de Usinagem Armazenamento Intermediário Paletização e Limpeza Estações de Carga e Descarga Montagem Inspeção e Testes

25 Robô centrado CONFIGURAÇÃO DE FMS Msc. Domingos F. O. Azevedo Esta configuração é típica de aplicações em que o robô é o elemento central do processo produtivo, sendo o manuseamento de materiais efectuado através de robôs industriais.

26 FATORES QUE INFLUENCIAM O PLANEJAMENTO E CONCEPÇÃO DE UM FMS Volume de trabalho a ser produzido pelo sistema. Variações nos encaminhamentos do processo. Características físicas das peças. Famílias de peças definidas de acordo com semelhanças geométricas e de processo. Requisitos de operações humanas (um gestor do sistema, uma equipe de manutenção para cada 10 máquinas, etc.). Volume de produção adequado ( peças por ano). Número mínimo de máquinas: 4

27 CÉLULAS DE FABRICAÇÃO FLEXÍVEIS Conjunto de várias máquinas CNC, alimentadas por um ou vários robôs e ocasionalmente com a possibilidade de sistemas de armazenamento e manipulação de materiais. Todo este equipamento é controlado e supervisionado por uma aplicação computorizada, pertencente à um componente de software. Células de Manufatura

28 TECNOLOGIA DE GRUPO O conceito de fabricação flexível significa que a célula pode produzir variados produtos, com um pequeno ou nenhum tempo de setup, e que a sequência de operações, designado por routing, para cada produto não é necessariamente igual. A tecnologia de grupo representa grupos ou famílias de peças ou produtos com características semelhantes em termos de geometria e de processos. Tempo de Setup: Tempo despendido para configurar ou alterar a célula, por forma a prepará-la para receber uma nova produção (por exemplo, mudar as posições dos mordentes, mudar as ferramentas, mudar as garras do robô, etc.).

29 CÉLULAS RECONFIGURÁVEIS DE MANUFATURA Alteração da configuração do layout da célula, preparando-a para otimizar a fabricação de novos itens (mudança da disposição física dos equipamentos, remoção e/ou adição de novos dispositivos). Estas células apresentam uma grande desvantagem que é a dificuldade de manuseamento das máquinas e robôs, devido às grandes dimensões e elevado peso destes recursos pelo que só em poucos casos é que são utilizadas.

30 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA VEÍCULOS GUIADOS AUTOMATICAMENTE

31 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA ROBÔS MANIPULADORES INDUSTRIAIS

32 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA SISTEMAS DE INSPEÇÃO

33 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA SISTEMAS DE TRANSPORTE

34 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO

35 COMPONENTES DAS CÉLULAS DE MANUFATURA MÁQUINAS FERRAMENTA CNC

36 Célula de Manufatura N 1 Msc. Domingos F. O. Azevedo INTEGRANDO AS MÁQUINAS Célula de Manufatura N 2 Sistema Flexível de Manufatura - FMS

37 SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA CLP torno estoque automatizado fresadora transportador AGV mesa de medição por coordenadas host Instalado na universidade do Kuwait

38 VISÃO GERAL DE UM FMS

39 Rede de computadores na automação (CIM com FMS) Internet Banco de Dados, Históricos, Otimizadores, etc. Operator Workplaces Rede Fabril (Plant Network) OPC Server OPC Server OPC Server (OLE for Process Control) OLE (Object Linking and Embedding) Rede de Controle Controlador IEC station bus Fieldbus HART mux Hart Profinet Proteção & Controle Instrumentos Instrumentação do Processo Eletrificação Geração de energia Automação de Subestação Gerenciamento de energia

40 MÁQUINAS FERRAMENTAS DE CONTROLE NUMÉRICO Msc. Domingos F. O. Azevedo 2013

41 Significados de algumas siglas: CAM Computer Aided Manufacturing (Manufatura Auxiliada por Computador) NC Numerical Control (Controle Numérico) CNC Computerized Numerical Control (Controle Numérico Computadorizado) MF Máquina Ferramenta

42 Definição de CAM Com os softwares de CAM, se produzem programas com uma série de instruções que devem ser interpretadas pelo sistema de controle numérico e traduzidas em movimentos da ferramenta e comportamento funcional da máquina.

43 Definição de NC e CNC A operação de máquinas ferramentas por meio de instruções codificadas especificamente para o sistema de controle da máquina. Controladores NC não permitem edição do programa. Controladores CNC permitem edição, criação, além da execução do programa.

44 Definição de MF É uma máquina que através de ferramentas possibilita a fabricação de peças, por meio de sua movimentação mecânica.

45 Resumo histórico das MF com NC 1942 John T. Parsons inicia os trabalhos para a Sikorsky Aircraft Realiza-se um contrato entre John T. Parsons, MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) e Força aérea norte-americana (5 de maio) realizou um pedido de patente para sua máquina NC (setembro) é apresentada publicamente a máquina do MIT.

46 Primeira máquina NC Msc. Domingos F. O. Azevedo Custo de US$ (1952)

47 Programação com fitas perfuradas Cinzeiro fresado com linguagem APT II

48 Desenvolvimento de computadores: Unidade aritmética Whirlwind Desenvolvido entre as décadas de 1940 e Ocupava em torno de 230 metros quadrados. Consumia 150 kwatts. Possuía válvulas. Aproximadamente um décimo do total do computador

49 Primeiros computadores Msc. Domingos F. O. Azevedo Colossus Mk2 (Dez/1943) Eniac (Fev/1946) Whirlwind (Abr/1951)

50 Criação do transistor Jack Kilby criou o primeiro circuito integrado na Texas Instruments para provar que resistências e condensadores podem existir na mesma peça de material semicondutor. Seu circuito consistia de uma lasca de germânio, com cinco componentes ligados por fios. Msc. Domingos F. O. Azevedo

51 Número de transistores em um circuito integrado Msc. Domingos F. O. Azevedo Quantidade de transistores de cada processador Intel ao longo do tempo. (Fora de escala). ±1 Bilhão de transistores Haswell DEZ/2013 I3, i5 e i milhões de transistores Ano

52 Desenvolvimento de computadores: TX-0 / TX-2 Desenvolvidos a partir de Possuía 3500 transistores ao custo de US$ 80. TX-2 possuía 64kBytes memória. Realizava até adições e subtrações por segundo. Dr. Ivan E. Sutherland com o TX-2 Caneta de luz usada com o TX-2

53 Desenvolvimento de computadores: Gravações em rolos de fitas magnéticas TRS-80, da Radio Sharck (Ago/ 1977) Apple (Abr/ 1976) Macintosh (Jan/ 1984) Discos magnéticos

54 Desenvolvimento de linguagem CNC A força aérea americana decidiu patrocinar o desenvolvimento de máquinas ferramentas NC e encorajar as pesquisas no MIT para desenvolvimento de uma linguagem de programação para as máquinas de controle numérico. Esta pesquisa resultou no desenvolvimento de padronização APT Automatically Programmed Tooling como uma linguagem de programação.

55 O pai do CADD/CAM Patrick J. Hanratty enquanto trabalhava para a General Electric desenvolveu o primeiro sistema comercial de programação de controle numérico (NC), denominado PRONTO. Msc. Domingos F. O. Azevedo

56 O pai do CADD/CAM Msc. Domingos F. O. Azevedo Patrick J. Hanratty foi transferido para os laboratórios de pesquisa da General Motors, onde auxiliou no desenvolvimento do programa DAC, (Design Augmented by Computer) Desenho Aumentado por Computador, o primeiro sistema CADD/CAM Patrick J. Hanratty funda a MCS (Manufacturing and Consulting Services Inc.) e escreve o programa ADAM (Automated Drafting And Machining) Manufatura e Desenho Automatizado.

57 Desenvolvimento de linguagem NC 1972 Uma organização foi formada por um grupo de indústrias, instituições educacionais, e agências governamentais denominada Computer-Aided Manufacturing International ou CAM-I. Década de 1970 houve a padronização e posterior normalização da linguagem NC.

58 Características dos softwares de CAM atuais Definir e visualizar a matéria prima Definir meios de fixação da peça Configurar as ferramentas a serem utilizadas e os melhores parâmetros de usinagem Verificar se no trajeto da ferramenta haverá colisão com a peça Verificar se com a utilização das ferramentas selecionadas restará algum material a remover da peça ao final do programa Visualizar rapidamente a simulação da usinagem permitindo que o programador teste várias estratégias e escolha a melhor para cada peça. Prever com grande exatidão o tempo de usinagem Visualizar a peça pronta

59 Vantagens qualitativas de programas CAM Melhoria na qualidade dos programas NC Maior satisfação dos operadores das máquinas Mais previsibilidade no tempo de execução Redução no tempo entre as etapas de projeto e manufatura Redução de estoque de peças Maior garantia de desempenho do produto Melhor confiabilidade e utilização de recursos de capital Ganhos na competição mundial com redução de custos

60 SISTEMAS DE CONTROLE E OPERAÇÃO FANUC TORNO CENTRO DE USINAGEM

61 COMANDO CINCINNATI (MOTOR LINEAR) Entrada de dados no comando pelo toque em tela

62 SISTEMA DE CONTROLE NUMÉRICO Lê e interpreta o programa NC É responsável pelos cálculos de trajetória entre outros cálculos Lê e interpreta os sinais oriundos dos sensores e botões. É responsável por decisões e ações da máquina Coordena a execução de todas as operações de usinagem na sequência estabelecida pelo programa NC. Verifica eventuais requisições de interrupção: Emergência, limites de curso, sobrecarga de corrente, etc.

63 TRANSMISSÃO DE DADOS PARA O SISTEMA DE CONTROLE Manual apenas em CNC; Cartões ou fitas perfuradas; Discos e fitas magnéticas; Memórias sólidas (pendrives) via USB ou cartões de memória (micro discos) SD; Bluetooth; Conexões por rede ethernet, intranet e até internet.

64 TRANSMISSÃO DE DADOS PARA O SISTEMA DE CONTROLE ETHERNET (CIM) Integração convencional entre CADD/CAM/CNC Máquina ferramenta CNC Sistema CADD Sistema CAM

65 TRANSMISSÃO DE DADOS PARA O SISTEMA DE CONTROLE ETHERNET / WIRELESS (CIM)

66 Controle numérico por DNC Direct numerical control (DNC) Controle de múltiplas máquinas ferramentas por apenas um computador através de conexão direta e em tempo real Tecnologia dos anos 1960 Dois sentidos de comunicação Distributed numerical control (DNC) Rede que consiste de um computador central conectado a várias unidades de controle de máquinas, que são CNC Tecnologia atual Dois sentidos de comunicação

67 Configuração Geral de um sistema Direct Numerical Control Na configuração direta a conexão era feita com o leitor de fita perfurada.

68 Configuração Distribuída Distributed Numerical Control Switching network (Rede de comutação) Nos sistemas NC distribuídos, programas inteiros são transferidos para cada MCU (Machine Control Unit), que é CNC ao invés de NC convencional

69 Configuração Distribuída Distributed Numerical Control Local area network (LAN) (Rede de comunicação local)

70 MÁQUINA FERRAMENTA CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo Inter travamento limites de curso chaves datum MOTOR emergência Servo-motor HD, FITA, DNC, ETC. CN/CP eletrônica FANUC/GE DIADUR SIEMENS DIGICON HEIDENHEIN Acionamento eletrônico árvore/avanço (weg-siemensabb-motor) CAPTADOR DE POSIÇÃO Mecânica ROCCO VOTAN ROMI MORI SEIKI Z FUSO DE ESFERAS TECLADO, BOTOEIRA, ETC. VIDEO peça Ferram. fresa

71 PAINEL DE COMANDO NUMÉRICO

72 TIPOS DE COMANDO Msc. Domingos F. O. Azevedo comando de ponto a ponto eixos posicionados um a um (máquina de soldagem, roscadeira, etc.) comando de percurso deslocamento da ferramenta é linear em apenas um dos eixos (máquina de corte de chapas e soldagem linear) comando de trajetória máquinas CNC com interpolações linear e circular (tornos, fresas, eletro erosão, etc.)

73 TIPOS DE CONTROLADORES Msc. Domingos F. O. Azevedo código controlador G/M DIN/ISO (torno MIRAC/FANUC) competência em programação e mecânica programação OFF-LINE controlador interativo recurso computacional gráfico estabelece diálogo (máquina/operador) sobre movimentos desejados competência em mecânica (fresa Bridgeport -TNC 145- Heidenhain)

74 TIPOS DE CONTROLADORES Msc. Domingos F. O. Azevedo controlador semiautomático recurso computacional gráfico avançado geometria traçada na própria máquina seleção de ferramenta e simulação na própria máquina geração do programa G/M na própria máquina torno churchil- comando fanuc

75 TIPOS DE CONTROLADORES Msc. Domingos F. O. Azevedo Controlador automático (CAD\CAM) recurso computacional gráfico CAD - (Computer Aided Design and Drafting Projeto e Desenho Auxiliado por Computador) AutoCAD, CADKEY, Autodesk Inventor, Creo, etc. CAM - (Computer Aided Manufacturing - Manufatura Auxiliada pelo Computador) MASTERCAM, SMARTCAM, etc. Geometria a ser usinada desenhada por um computador de propósito geral (CLDATA) Seleção de ferramenta, etapas de usinagem e dados de corte Simulação, post-processamento Post-processamento (geração do programa de máquina G/M) Transmissão DNC (Direct Numerical Control)

76 TORNOS HORIZONTAIS CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo Mori Seiki CTX 310 ecoline

77 CENTROS DE USINAGEM COM CNC Mori Seiki DMC 1035 V ecoline

78 MÁQUINAS FERRAMENTA CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo hand-held pendant Fresadora CNC (TIPO PONTE)

79 CENTRO DE TORNEAMENTO CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo x C z Máquina com eixo C (rotação em torno de Z)

80 USINAGEM EM INTERPOLAÇÃO ESPACIAL Processo de pós-digitalização

81 CARACTERÍSTICAS MAIS COMUNS ÀS MF CNC Barramento ou estrutura base rígida; Carros ou mesa rígida e estável quanto a altas cargas e vibrações; Motores elétricos com elevada potência e capacidade de torque; Eixos árvores com capacidade de altas rotações e variação contínua; Torre ou trocador de ferramentas automático; Fusos de esferas recirculantes para movimentação dos carros ou mesas; Servomotores para acionamento dos fusos; Guias lineares com patins sob as mesas de fresadoras e centros de usinagem; Sistema de refrigeração direcionada; Encoders ou réguas óticas.

82 ACIONAMENTO DA MÁQUINA CNC As transmissões de rotação para a peça nos tornos são realizadas pelo eixo-árvore. O acionamento da árvore é realizado através de um motor de corrente alternada ou de corrente contínua.

83 ACIONAMENTO DA MÁQUINA CNC Motor de Acionamento dos Fusos Os movimentos de avanço devem ser realizados de forma a gerar a geometria desejada da peça atendendo exigências de uniformidade de movimentos e de rapidez de reação na alteração de velocidades. A interferência de forças externas, como a força de corte e de atrito, provoca erros nos movimentos dos carros. Isso aumenta a dificuldade do controle dos movimentos pelo CN e de acionamento dos motores. Motores elétricos são usados para o acionamento dos fusos, são regulados por um circuito de potência e podem acionar ou frear em ambas as direções de movimento.

84 ACIONAMENTO DA MÁQUINA CNC Transmissão de Movimento por Fuso de Esferas Recirculantes O sistema de transmissão de movimento para os carros porta-ferramentas é o sistema de fuso e porca, que permite converter a rotação de um motor em um movimento linear. No caso das maquinas CNC, faz-se o uso dos sistemas parafuso/porca com esferas, chamados de fusos de esferas recirculantes.

85 ACIONAMENTO DA MÁQUINA CNC Transmissão de Movimento por Fuso de Esferas Recirculantes 1. Alto Rendimento: A redução de atrito possibilita um rendimento mecânico em torno de 90%; 2. Movimento Regular: Os fusos de esferas possuem movimento regular também a rotações muito baixas, eliminando possíveis trepidações (efeito stick-slip ) características dos fusos de rosca trapezoidal; 3. Folga Axial Zero: A alta eficiência do contato por esferas permite pré-carga reduzindo bastante a folga axial; 4. Maior velocidade permitida: Os fusos de esferas permitem maior velocidade de rotação e possuem ponto de velocidade crítica muito superior aos fusos trapezoidais. 5. Maior vida útil: Os sistemas com fusos trapezoidais necessitam de mais intervenções de manutenção devido ao aparecimento de folga; 6. Repetibilidade de posição: A redução de desgaste por atrito e as folgas muito pequenas permite a repetitividade de posicionamentos requeridos em certas máquinas de alta precisão; 7. Mínima Lubrificação: Os fusos de esferas eliminam a necessidade constante de lubrificação, característica dos fusos de rosca comum (trapezoidal). A lubrificação é feita somente na montagem da máquina conforme instrução dos fabricantes.

86 CONTROLE DE POSICIONAMENTO RÉGUAS ÓTICAS E ENCODERS Os encoders são transdutores de movimento capazes de converter movimentos lineares ou angulares em informações elétricas que podem ser transformadas em informações binárias e trabalhadas por um programa que converta as informações passadas em algo que possa ser entendido como distância, velocidade, etc.

87 CONTROLE DE POSICIONAMENTO ENCODERS

88 CONTROLE DE POSICIONAMENTO RÉGUAS ÓTICAS E ENCODERS Usa a medição de retorno para confirmar a posição da mesa é a aquela especificada pelo programa

89 CONTROLE DE POSICIONAMENTO RÉGUAS ÓTICAS E ENCODERS As réguas óticas são um tipo de encoder e possuem a mesma função, porém realizam a medição diretamente, conforme o carro se desloca pulsos são gerados pela luz que chega ao receptor ótico.

90 DISPOSITIVOS DE TROCA DE FERRAMENTAS GANG TOOLS Dispositivo para posicionamento dos suportes de ferramentas em linha, oferecendo flexibilidade de montagem de ferramentas para múltiplas aplicações.

91 DISPOSITIVOS DE TROCA DE FERRAMENTAS TORRE ELÉTRICA Neste sistema a troca automática de ferramentas é realizada através do giro da mesma que é comandado pelo programa CNC, deixando a ferramenta na posição de trabalho.

92 DISPOSITIVOS DE TROCA DE FERRAMENTAS REVÓLVER No sistema de revólver a troca é realizada com o giro do dispositivo, que também é comandado pelo programa CNC, até que a ferramenta desejada fique na posição de trabalho.

93 DISPOSITIVOS DE CALIBRAÇÃO DE DESGASTE E QUEBRA DE FERRAMENTAS

94 DISPOSITIVOS DE TROCA DE FERRAMENTAS MAGAZINE / CARROSSEL No sistema magazine as ferramentas são armazenadas em locais numerados. Um braço com duas garras tira: de um lado a nova ferramenta do magazine e do outro lado a ferramenta que estava operando na árvore principal da máquina.

95 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO Algumas máquinas apresentam sistemas onde o fluído refrigerante é conduzido através de canais no interior do suporte porta-ferramentas ou da própria ferramenta. Outras utilizam mangueiras flexíveis. Em alguns casos utiliza-se ar comprimido com mínima quantidade de fluído, evitando a contaminação do meio ambiente pelos fluidos refrigerantes.

96 SISTEMA DE TRANSPORTE DE CAVACO A maioria das máquinas CNC pode ser equipada com transportador automático de cavacos. O transportador pode ser de esteira mecânica, magnética ou rosca.

97 VANTAGENS DAS MÁQUINAS CNC SE COMPARADAS COM MÁQUINAS CONVENCIONAIS Redução no tempo de preparação da máquina; Redução do tempo não produtivo; Redução no tempo de usinagem; Redução de não conformidades e sucateamentos; Redução da necessidade de estocagem de peças (menos espaço ocupado); Maior conjunção de exatidão e repetitividade; Possibilita a usinagem de formas complexas, mais facilmente; Reduz a necessidade de inspeções dimensionais; Assegura simplificação do ferramental e trabalho; Tempo de corte consistente (mais homogêneo); Reduz a necessidade de habilidade manual do operador; As mudanças de engenharia são mais fáceis de fazer; Aumento geral da produtividade.

98 ALGUMAS DESVANTAGENS DE MÁQUINAS CNC Custo mais elevado da máquina; Alto custo de manutenção preventiva e corretiva; Manutenção capacitada em eletromecânica (mão de obra e equipamentos); Necessita de fundações especiais; Necessita de instalações especiais com alimentação elétrica isenta de ruídos, alimentação pneumática, etc.; Preferivelmente devem-se utilizar ferramentas intercambiáveis; Necessita de programadores qualificados; Necessita investir tempo em novas peças (A repetição de ordens de serviço é mais fácil, pois o programa da peça já está pronto); Requer utilização frequente.

99 TIPOS DE MF CNC MAIS COMUNS Fresadoras e Centros de usinagens Tornos e Centros de torneamento Furadeiras Mandrilhadoras e Perfiladoras Máquinas de eletro-erosão Puncionadoras e Guilhotinas Máquinas de corte por chama Roteadores Máquinas de corte à laser e água Retificadoras cilíndricas Máquinas de soldagem Dobradeiras, enroladeiras, etc.

100 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo 2013

101 FLUXOGRAMA DO PROCESSO DE PROGRAMAÇÃO DADOS DE CORTE TABELA DE COORDENADAS DE CORTE X=9,990mm Z=10,567mm X=5,556mn Z=4,890mm X=9,970mm z=10,556mm N=2000 RPM F=200 mm/min pmax=2mm a=0,1mm óleo de corte = on sobremetal = 0,5mm tipo de ferramenta Tool 1 Tool 2 Tool 3 DESENHO CADD CLDATA CAM POST - PROCESSADOR N10 G21; N20 G96 S200; N30 G50 S5000; N40 G28; N50 M06 T01; N60 G00 X15 Z2 M03; N500 M30; (FIM)

102 PLANEJAMENTO DA PROGRAMAÇÃO 1. Estudar das informações iniciais (desenhos e métodos); 2. Avaliar o material a ser utilizado (fundido, forjado, laminado, etc.); 3. Conhecer as especificações da máquina ferramenta (capacidades e demais características); 4. Conhecer as características do sistema de controle (instruções especiais, limitações, etc.); 5. Estabelecer a sequência das operações de usinagem; 6. Realizar a seleção das ferramentas de corte e estabelecer seu arranjo na máquina; 7. Realizar a preparação da peça (corte, fixação, etc.); 8. Estabelecer os melhores parâmetros de usinagem (velocidades, avanços, etc.); 9. Realizar os cálculos matemáticos e rascunhos de trabalho (para as roscas, cones, concordâncias, etc.); 10. Determinar o percurso das ferramentas (coordenadas de contorno e aproximação); 11. Escrever o programa; 12. Testar o programa no simulador e realizar as correções necessárias; 13. Preparar a transferência de dados; 14. Testar o programa na máquina, e realizar os ajustes necessários; 15. Documentar o programa NC (identificar o programa associando-o com a peça).

103 TERMOS BÁSICOS DE PROGRAMAÇÃO CNC CARACTERES PALAVRAS BLOCOS PROGRAMA São algarismos de 0 até 9, 26 letras e vários símbolos. Obs. não deve ser usada a cedilha, acentuação ou vírgula. Exemplos: 123, ABCD, -. ; ( % [ Palavras são formadas por uma letra de endereçamento seguida de um número representando um código ou valor. Exemplos: N25, G01, F150, S1400 Bloco é uma linha ou mais que contenha várias instruções iniciada pela letra N. Exemplo: N45 G00 X38 Z2 M03 S800; Conjunto de blocos que indicam a sequência de execução. É identificado pela letra O seguida de um número. Exemplos: O4567, O5555, etc.

104 Sequência de execução do programa

105 ESTRUTURA DOS PROGRAMAS Estrutura de bloco (DIN/ISO) representa uma linha de programa de máquina. diversas palavras com ; indicando o final do bloco. exemplo: N100 G02 X40 Z-50 I00 K-10 F100 S2000 M03; número máximo de 80 caracteres (tela roda-> sai de visualização). poderá ser colocado comentários no programa (orientação do programador) através do início com parênteses (. outras diretivas estão a disposição do programador iniciados com colchete [.

106 ESTRUTURA DOS PROGRAMAS Formato dos dados de geometria Msc. Domingos F. O. Azevedo componente a ser usinado (peça) informações que regem o deslocamento dos eixos da máquina. formato típico X ± 4.3 exemplo: X mm Z mm Estrutura das palavras letras (endereços) e uma sequência de dígitos (dados) exemplo: G01 X50 Z-40 F100 G, X, Z e F => endereços 01, 50, -40 e 100 => dados

107 INSTRUÇÕES EM MF CNC Normalizadas pelo padrão DIN/ISO (66024 e 66025) NBR Instruções ou funções preparatórias (G) determinam condições funcionais da máquina (ações físicas ou de ajuste) formato G = 2.0 (G00 a G99)separadas por grupos podem ser modais (não será necessário repeti-las nas linhas de programa posteriores se ativas) modalidade é cancelada com funções do mesmo grupo

108 FUNÇÕES EM MF CNC Função miscelânea ou auxiliar (M) Determina ações físicas(saídas ou entradas) na máquina como ligar o eixo árvore, óleo de corte, etc. Funções de tecnologia. Formato M = 2.0. Comunicação externa Funções associadas ao Inter travamento (CLP) Robôs manipuladores E outros equipamentos de entradas e saídas tipo CLP.

109 EIXOS DE UMA MÁQUINA CN Eixo árvore (spindle axis) Msc. Domingos F. O. Azevedo Eixo principal rotativo (peça no caso dos tornos e ferramenta no caso das fresadoras)). Endereço de rotação S (spindle). Exemplo de palavra de rotação => S4000 (4000 RPM) Eixos de avanço (graus de liberdade na direção X, Z (tornos) e X, Y e Z (fresadoras)). Endereço de velocidade de avanço (feedrate) F. Exemplo de palavra de avanço => F200 (200mm/min).

110 FUNÇÕES EM MF CNC Msc. Domingos F. O. Azevedo Função ferramenta (T) Estabelece um endereço na torre de ferramentas e poderá ser associado a um corretor de ferramenta. Formato T Posição na torre ou revólver Exemplo Ferramenta T Rn Xf Corretor de ferramenta Zf (dados de geometria das ferramentas) MEMÓRIA FERRAMENTA T01 T02 T03 T05 T06 Xf Zf Rn

111 NOMENCLATURAS DE EIXOS E MOVIMENTOS NAS MÁQUINAS CNC Padrão EIA(Electronic Industries Association) (NBR NM 155) Programação avançada necessitando intercâmbio entre vários CAD/CAM e máquinas distintas -X +v +Y -Z +B +w +C +u +A +Z -Y +X

112 SISTEMA DE COORDENADAS CARTESIANAS 1 As orientações dos eixos seguem o sistema de coordenadas cartesianas. 2 O plano utilizado em tornos é o XZ 3 Cada plano terá quatro quadrantes. 4 As coordenadas podem ser positivas ou negativas.

113 QUADRANTES DO SISTEMA DE COORDENADAS

114 ORIENTAÇÃO DOS EIXOS

115 POSICIONAMENTO EM COORDENADAS ABSOLUTAS As posições são estabelecidas através da localização de pontos. Os pontos são determinados através de valores numéricos juntos ás identificações dos eixos. As coordenadas dos pontos podem ser positivas ou negativas. A trajetória da ferramenta se dá através da ligação sequencial destes pontos. Os valores do eixo X serão sempre em diâmetro.

116 PONTOS DA TRAJETÓRIA DA FERRAMENTA Coordenadas dos pontos Pontos X Z Origem

117 REFERÊNCIAS DA TRAJETÓRIA Msc. Domingos F. O. Azevedo 1 A referência para as coordenadas absolutas é definida a partir do zero peça 2 O zero peça, geralmente, será estabelecido na extremidade da peça 3 A referência de posicionamento da Ferramenta é sua ponta

118 INSTRUÇÕES ou FUNÇÕES G (PREPARATÓRIAS) CÓDIGO G00 G01 G02 G03 G04 G20 G21 G28 G50 G70 G71 G72 G73 G74 G76 G81 Posicionamento rápido (Cancela G01, G02 e G03)* Interpolação linear (Cancela G00, G02 e G03)* DESCRIÇÃO Interpolação circular no sentido horário (CW) (Cancela G00, G01 e G03)* Interpolação circular no sentido anti-horário (CCW) (Cancela G00, G01 e G02)* Temporização / Tempo de espera (Dwell)* Coordenadas em sistema Inglês (Polegadas) (Cancela G21)* Coordenadas em sistema Internacional (Milímetros) (Cancela G20)* Retorna a posição de referência 1 (Zero máquina)* Definição de máxima rotação com S (não usar com outras palavras)* Ciclo de acabamento (GE Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180i-modelo A e B)* Ciclo de desbaste horizontal direção do eixo Z (GE Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180i-modelo A e B)* Ciclo de desbaste transversal (faceamento) direção do eixo X (GE Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180i-modelo A e B)* Ciclo de padrão repetitivo (GE Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180i-modelo A e B) ou Ciclo de desbaste paralelo ao perfil* ou Ciclo de furação em alta rotação para furos profundos. Ciclo de furação com quebra de cavaco ou Ciclo de roscamento à esquerda. Ciclo de roscamento automático com múltiplas passadas*. Ciclo de furação ou canais* G90 Ciclo de torneamento simples*, Posicionamento absoluto (Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180i-modelos B e C)ou Ciclo de corte. G92 Ciclo de Roscamento*, Limite de rotação ou Zeragem de eixos (mandatório sobre os G54...) ou Registrador de posição de ferramenta. G94 Ciclo de faceamento paralelo e cônico* ou Avanço em milímetros por minuto (Fanuc Séries T: 16i,18i,160i e 180imodelos B e C). G96 Velocidade de corte constante em m/min (Cancela G97)*. G97 G98 G99 Rotação constante do eixo árvore em RPM com o parâmetro S (Cancela G96)*. Taxa de avanço em milímetros por minuto com o parâmetro F (Cancela G99)*. Taxa de avanço em milímetros por revolução com o parâmetro F (Cancela G98)*.

119 INSTRUÇÕES ou FUNÇÕES G Msc. Domingos F. O. Azevedo Grupo de movimento de posicionamento e corte Funções do grupo 1 (simples) G00... posicionamento em marcha rápida G01... interpolação linear com avanço programável G02... interpolação circular horário com avanço programável G03... interpolação circular anti-horário com avanço programável A programação da taxa de avanço se faz com F Posicionamento em marcha rápida (G00) Posicionamento espacial da ferramenta na velocidade máxima (1200 mm/min até 40m/min, conforme capacidade da máquina). sintaxe => N... G00 X... Z...; X e Z ---- coordenadas finais de posicionamento

120 Interpolação linear com avanço programável (G01) Movimento de corte linear com velocidade de avanço programável através do parâmetro F (feedrate) Unidade da velocidade de avanço ajustada pelas funções do grupo 5: G98 => mm/min (in/min) G99 => mm/rot (in/rot) Ajuste do sistema de medida na máquina á ser utilizado é feito com as funções do grupo 6: G20... polegada (inglês) G21... milímetro (métrico) Sintaxe : N... G01 X... Z... F...; X e Z são as coordenadas destino e F endereço da vel. de avanço. Todos os elementos do bloco são modais. Coordenadas iniciais programadas no bloco anterior.

121 PONTOS DA TRAJETÓRIA DA FERRAMENTA AVANÇO RÁPIDO G00 AVANÇO CONTROLADO G01 P3 P4 P2 P1 ZERO PEÇA

122 TRAJETO DA FERRAMENTA Msc. Domingos F. O. Azevedo A sequência de programação: (Aprox.P1) N G00 X Z (P2) N G01 Z(W) (P3) N X(U) (P4) N G00 Z(W) (P5) N X(U) (P6) N G01 Z(W) (P7) N X(U) (P8) N G00 Z(W)

123 Torneamento Externo Msc. Domingos F. O. Azevedo Interpolação linear

124 CW CCW Msc. Domingos F. O. Azevedo Interpolação circular com avanço programável (G02/G03) Movimento de corte circular que dependerá do campo de trabalho da máquina (torno): campo atrás X G02 X G03 campo na frente Z Z Z Z G03 G02 X X

125 Ø30 Ø50 Msc. Domingos F. O. Azevedo PROGRAMANDO PELO RAIO DO CONTORNO: sintaxe: N... G... X... Z... R... F... ; G... => G02 ou G03 F... => velocidade de avanço X e Z => coordenadas finais R...=> raio do contorno exemplo: N100 G02 X50 Z-25 R10 F0.05; o parâmetro R poderá ser positivo ou negativo (comportamentos diferentes). X FC CC R10 IC => inicio do contorno FC => final do contorno IC Z R => raio do contorno CC => centro do contorno ZP

126 PROGRAMANDO ATRAVÉS DOS PARÂMETROS DE INTERPOLAÇÃO I E K Parâmetros de interpolação I e K são vetores paralelos aos eixos principais X (I) e Z (K) máquinas de três eixos X (I), Y (J) e Z (K). Sentido e direção : I+ X+ CC K- CC => centro do contorno IC => inicio do contorno FC => final do contorno I- FC R IC I+ Z+ -K +K

127 Torneamento Externo Msc. Domingos F. O. Azevedo Interpolação Circular S. Horário

128 Torneamento Externo Msc. Domingos F. O. Azevedo Interpolação Circular S. Anti-horário

129 FUNÇÕES AUXILIARES (MISCELÂNEAS) Código M M00 M02 M03 M04 M05 M06 Parada do programa DESCRIÇÃO Fim de programa (usualmente sem retorno ao início) Liga o eixo árvore no sentido horário (CW) Liga o eixo árvore no sentido anti-horário (CCW) Desliga o eixo árvore Mudança automática de ferramenta M08 Liga sistema de refrigeração numero 1 M09 M10 M11 M13 M14 M25 M26 M30 Desliga sistema de refrigeração Abre a placa do torno Fecha a placa do torno Liga a árvore no sentido horário e o refrigerante Liga a árvore no sentido anti-horário e o refrigerante Avanço do contra ponto Recuo do contra ponto Fim de programa com retorno ao seu início. Obs. Principais funções do simulador Denford Fanuc M

130 FUNÇÕES INICIAIS DE UM PROGRAMA O2801 N10 G21; (O Número do programa.) (N10 Bloco número 10.) (G21 - Ajusta o sistema de medidas, no caso, métrico milímetros.) N20 G28; troca.) (G28 Move a ferramenta para local de N30 M06 T07; (M06 Realiza a troca da ferramenta pela T07 (Desbaste Externo.) N40 G99 F0.2 G97 S800 M03; (G99 Estabelece taxa de avanço em mm/rpm, F0.2 Taxa de avanço 0.2mm/rpm, G97 Estabelece rotação fixa, S800 Rotação 800rpm, M03 Liga o eixo árvore no sentido horário)

131 FUNÇÕES INICIAIS (SIMULADOR DENFORD FANUC) O2801 (O Número do programa.)!primeiro-programa-cnc (! Envia nova mensagem.) N10 G21; (N10 Bloco número 10.) (G21 - Ajusta o sistema de medidas, no caso, métrico milímetros.) [BILLET X40 Z35 (A diretiva [BILLET X Z define o tamanho da matéria prima para simulação, sendo X40 o diâmetro e Z35 o comprimento) [CLEAR mensagens.) ([CLEAR Limpa a área de!operador-inicio (! Envia nova mensagem.) N20 G28; de troca.) (G28 Move a ferramenta para local N30 M06 T07; (M06 Realiza a troca da ferramenta pela T07 (Desbaste Externo.) N40 G99 F0.2 G97 S800 M03;

132 EXEMPLO DE PROGRAMA COMPLETO O2901 (O Número do programa.) N05 G21; (N05 Bloco número 5.) (G21 - Estabelece unidade de medida, milímetro.) N10 G28; (G28 Move a ferramenta para local de troca.) N15 M06 T07; (M06 Realiza a troca da ferramenta pela T07 (Desbaste Externo).) N20 G00 X38 Z2 G97 S800 M03; (G00 Move a ferramenta rapidamente para a primeira posição de usinagem X38 Z2) (G97 Estabelece rotação constante) (S800 Define a rotação em 800 rpm.) (M03 Liga árvore no sentido horário.) N25 G99 F0.15 G01 Z-20; (G99 Define o avanço em mm/rotação.) (F0.15 Especifica o avanço em 0.15 mm/rotação.) (G01 Executa avanço controlado por F0.15.) (Z-20 Posição final de desbaste no comprimento.) N30 X41; (X41 Afasta a ferramenta da peça para o diâmetro X41.) N35 G00 Z2; (G00 Move rapidamente a ferramenta até posição inicial no comprimento.) N40 X36; (X36 Move rapidamente a ferramenta até posição inicial para a próxima passada.) N45 G01 Z-20; (G01 Executa avanço controlado da ferramenta por F até Z-20.) N50 X41; (X40 Afasta a ferramenta da peça para o diâmetro X41.) N55 G00 Z2; (G00 Move rapidamente a ferramenta até posição inicial no comprimento.) N60 X34; (X34 Move rapidamente a ferramenta até posição inicial no próximo diâmetro á ser desbastado.) N65 G01 Z-20; (G01 Executa avanço controlado da ferramenta por F até Z-20.) N70 X41; N75 G00 Z2; N80 X32; N85 G01 Z-20; N90 X41; N95 G28 M05; (G28 Move a ferramenta para local de troca.) (M05 Desliga o eixo árvore.) N100 M30; (M30 Finaliza o programa e retorna ao início.)

133 G96 - VELOCIDADE DE CORTE CONSTANTE. D. n Vc 1000 D=44mm D=11mm n Vc D Vc = 120m/min n=868rpm n=3472rpm G50 LIMITA A ROTAÇÃO Exemplo: G50 S3000

134 CICLOS FIXOS (CICLOS DE REPETIÇÃO) Msc. Domingos F. O. Azevedo 2013

135 G90 - CICLO DE DESBASTE SIMPLES Msc. Domingos F. O. Azevedo A instrução G90 requer: N G00 X Z (Coordenada de aproximação) N G90 X(U) Z(W) R F N X(U)

136 G71 - CICLO DE DESBASTE LONGITUDINAL

137 G71 - CICLO DE DESBASTE LONGITUDINAL A instrução G71 no primeiro bloco requer: N G71 U R ; onde: U = valor da profundidade máxima de corte durante o ciclo (diferença no raio) R = valor do afastamento no eixo transversal X (raio) antes do retorno ao Z inicial A instrução G71 no segundo bloco requer: G71 P _ Q _ U _ W _ F _; onde: P = número do bloco que define o início do perfil Obs. Uma das instruções G01, G02 ou G03 deve aparecer no bloco que define o início do perfil junto a coordenada em X, mas a coordenada em Z não deve aparecer nesta linha. Q = número do bloco que define o final do perfil U = sobremetal para acabamento no eixo X (positivo para o diâmetro externo e negativo para o interno) W = sobremetal para acabamento no eixo Z F = avanço de trabalho

138 G70 CICLO DE ACABAMENTO CONTORNANDO O PERFIL A instrução G70 requer apenas um bloco: G70 P Q F ; onde: P = número do bloco que define o início do perfil Q = número do bloco que define o final do perfil

139 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS: BEEBY, William D e Collier, Phyllis K. New Directions Through CAD/CAM. Dearborn : Society of Manufacturing Engineers, ISBN DENFORD. FANUC OM Programming Manual DOS version. West Yorkshire : Denford Limited, GE FANUC Automation North America. Operation and Maintenance Handbook GROOVER, M. P. Automação industrial e sistemas de manufatura. São Paulo: Pearson, ISBN MACHADO, Aryoldo. Comando numérico aplicado ás máquinas - ferramenta. São Paulo : Icone, SILVA, S. D. CNC: Programação de comandos numéricos computadorizados. Torneamento. São Paulo : Érica, ISBN SMID, P. CNC Programing Handbook. New York : Industrial Press, ISBN