6ª Jornada Científica e Tecnológica da FATEC de Botucatu 23 a 27 de Outubro de 2017, Botucatu São Paulo, Brasil

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Diego César
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1 COMPARATIVO ENTRE SUPERFÍCIE MODELADA EM SOFTWARE 3D E MODELO FÍSICO OBTIDO POR USINAGEM EM BLOCO DE MDF Renato Guassu Carvalho¹, Ricardo Gasperini 2 ¹Graduando em Tecnologia da produção Industrial pela Faculdade de Tecnologia de Botucatu, renato.guassu@gmail.com ²Mestre em Design e Docente da Faculdade de Tecnologia de Botucatu, rgasperini@fatecbt.edu.br 1 INTRODUÇÃO Observa-se uma crescente evolução nos modelamentos gerados virtualmente através softwares de modelagem matemática em 3 Dimensões (3D) e com essa evolução surge cada vez mais a necessidade de se fabricar modelos físicos que consigam reproduzir o mais real possível essas geometrias a fim de que o que foi idealizado virtualmente possa ser fabricado. Segundo Fitzpatrick (2013) não é possível modelar manualmente com exatidão os modelos desenhados atualmente em 3D devido a sua complexidade, detalhamento e qualidade de superfície pois, esses desenhos são criados em softwares de modelamento modernos e precisos, então surge a necessidade do emprego de máquinas de usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado) e softwares CAM (Computer-Aided Manufacturing). O software CAM transforma o modelo 3D em linguagem de máquina NC (Numeric Control), são gerados códigos numéricos (G0, G1, G2, G3 e etc.) bem como funções miscelâneas (M3, M4, M8 dentre outras) e rotinas de usinagem e assim através de ferramentas rotativas (Fresas, Brocas, Escareadores e Discos de corte) a geometria idealizada no modelamento 3D é usinada. (Souza, 2013). Azevedo (2013) cita algumas vantagens qualitativas da utilização de softwares CAM para a usinagem de itens em máquinas CNC, são elas: Melhoria na qualidade dos programas NC; Maior satisfação dos operadores das máquinas; Mais previsibilidade no tempo de execução na execução; Ganhos na competição mundial com redução de custos; Redução no tempo do ciclo projeto e manufatura; Maior garantia de desempenho do produto; Melhor confiabilidade e utilização de recursos de capital;

2 Redução de estoque de peças; Observa-se em alguns casos que há um limite entre o que pode ser usinado e a geometria desenhada no software 3D, gerando assim imperfeições e geometrias não idênticas ou similar às reais projetadas, tendo assim uma necessidade de estudo e análise das causas raízes mais prováveis para essas variações e diferenças de geometrias. O Objetivo do trabalho foi determinar o motivo pelo qual a geometria projetada em 3D no computador não era possível de ser reproduzida fielmente ao desenho 3D através de usinagem em Centro de Usinagem CNC e também gerar uma alternativa para a redução desse problema a fim de minimizar, reduzir ou até mesmo eliminar essa imperfeição gerando assim uma qualidade geométrica e superficial bem próxima ao modelamento 3D. 2 MATERIAL E MÉTODOS Para o trabalho foi utilizado um Centro de Usinagem Vertical de 3 Eixos da fabricante Veker Bener modelo MVK-1700C equipado com Comando Numérico Computadorizado: Siemens 828D (Figura 1); Microcomputador equipado com Software CAM Mastercam X7; Fresas rotativas de Metal-Duro nos diâmetros de 50mm, 25mm, 12mm, 10mm e 8mm; Bloco de Chapas de MDF coladas e sobrepostas até que juntas formassem a dimensão necessária para a usinagem do item em questão. Também para a operação da máquina CNC foram utilizados equipamentos de proteção individual (EPI s): protetor auricular, botina com biqueira de aço e óculos de proteção (FIGURA 2). A peça modelada em 3D foi desenhada em software Solidworks e Catia V6 por um Engenheiro da fabricante de carrocerias de ônibus sediada na cidade de Botucatu SP. A peça foi usinada em máquina CNC em uma empresa fabricante de moldes para peças em Fiberglass e Plástico, sendo a mesma também fornecedora de peças e sub conjuntos em fibra de vidro (Fiberglass). Esta empresa também está sediada em Botucatu SP. Para tal foram utilizados softwares CAD, CAM, máquina de usinagem CNC e dispositivo de mídia móvel: pen-drive para a transferência do programa NC para a máquina CNC.

Figura 1 Centro de Usinagem CNC equipado com NC Siemens 828D. Fonte: http://www.bener.com.br/produtos/veker. Figura 2 Equipamentos de proteção individual (EPI s). Fonte: https://www.3m.com.br/3m/pt_br/epi.

O que ocorria era que a geometria desenhada era muito complexa ou que muitas vezes tinha cantos, arestas, raios ou vincos que não eram possíveis de serem reproduzidos fieis ao modelo 3D, isso

3 Figura 1 Centro de Usinagem CNC equipado com NC Siemens 828D. Fonte: Figura 2 Equipamentos de proteção individual (EPI s). Fonte: 3 RESULTADOS E DISCUSSÕES Foi constatado que durante a usinagem da peça algumas superfícies e cantos não eram representados fieis a geometria desenhada. O que ocorria era que a geometria desenhada era muito complexa ou que muitas vezes tinha cantos, arestas, raios ou vincos que não eram possíveis de serem reproduzidos fieis ao modelo 3D, isso gerava arredondamentos ou suavizações que não estavam desenhadas, ou seja, a ferramenta em questão não era com o diâmetro suficientemente pequeno para adentrar nas curvas adequadas daquela geometria especifica (FIGURA 3).

4 Figura 3 Imagem da Simulação no Software CAM da usinagem. Fonte: Imagem retirada do software MasterCam X7. Outro fator agravante para os modelos desenvolvidos em software 3D é o fato do desenhista ou projetista não ter o domínio do processo de fabricação que será utilizado para a fabricação do molde da peça em questão, gerando ele não propositalmente geometrias e superfícies de difícil usinagem. Deve-se levar em consideração que quando são usinadas peças em máquinas CNC as desvantagens atreladas a esse processo. Segundo Azevedo (2013) há desvantagens, de máquinas CNC se comparadas a máquinas convencionais, entre elas: 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;

5 Uma alternativa para a redução dos defeitos de geometria apresentados é a adoção de várias ferramentas (fresas) com diâmetros e geometrias diversas (cônica, esférica, dentre outras) sendo feita uma análise prévia dos locais de maior complexidade ou restrição do acesso de ferramentas convencionais e posteriormente a utilização de ferramentas especificas, esse método aproximou o resultado a níveis mais bem satisfatório da geometria idealizada em modelamento 3D. 4 CONCLUSÕES Conclui-se, portanto, que após os testes realizados bem como estudos e análises de geometrias desenhadas em software 3D, estudos de usinagens em máquina CNC, empregos de diversos métodos de usinagem, a solução apresentada é o emprego de ferramentas variadas, especificas e de diâmetros menores o que de fato gerou uma redução nos problemas geométricos citados e discutidos. Porém quando houve a adição de várias ferramentas no processo de usinagem do modelo em MDF isso gerou um aumento considerável no tempo de fabricação do mesmo, gerando um custo maior para a empresa fabricante do modelo. Para resolver esse problema foi feito um estudo de aumento dos parâmetros de usinagem onde, os avanços, as velocidades de corte, e as rotações das ferramentas foram aumentados nas operações de desbaste e pré-acabamento. Também houve uma análise com o projetista e desenhista da peça modelada em 3D onde após discussões o mesmo indicou áreas que geometricamente eram difíceis para a usinagem porem não teriam impacto ou interferências na montagem do produto final, isso equilibrou os custos de fabricação e tornou viável a usinagem do item. 5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AZEVEDO, Domingos Flávio de Oliveira. Linguagem de programação CNC: Torno e centro de usinagem FITZPATRICK, Michael. Introdução à Usinagem com CNC. Editora MC Graw Hill, 2013 SOUZA, Adriano Fagali de. Engenharia Integrada por Computadores e Sistemas CAD/ CAM/ CNC. 2ª edição Editora Art Liber, 2013 SOUZA, Dílson José Aguiar. Usinagem de superfícies definidas em CAD. Estudos Tecnológicos em Engenharia, v. 3, n. 1, p , 2007.

6 AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente à Deus por iluminar e guiar meu caminho. Agradeço à minha esposa Talita por me apoiar e me amar da forma mais sincera.

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