Introdução ao Controlo Numérico Computorizado II Referenciais e Trajectórias. João Manuel R. S. Tavares Joaquim Oliveira Fonseca

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1 Introdução ao Controlo Numérico Computorizado II Referenciais e Trajectórias João Manuel R. S. Tavares Joaquim Oliveira Fonseca

2 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

3 Introdução Mov. vertical Movimento longitudinal Mov. transversal Mov. logitudinal Movimento transversal Movimentos associados ao torneamento. Movimentos associados à fresagem. 3

4 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 trajetória. 4

5 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 direto). 5

6 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

7 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 direção 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

8 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

9 Pontos significativos na programação de CN Nas máquinas-ferramenta CNC, as trajetórias 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 máquinasferramenta 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

10 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

11 Origem máquina 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

12 Origem máquina origem máquina FRESADORA TORNO VERTICAL A posição da origem em máquinas de CN varia de fabricante para fabricante e do tipo de máquina. FRESADORA 12

13 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 elétrica, a máquina-ferramenta tem que voltar a posicionar-se neste ponto de referência para voltar a estabelecer os valores corretos da posição. 13

14 Pontos de referência (exemplos) Ponto de referência R Z Y X Ponto de referência num torno. Ponto de referência R Ponto de referência numa fresadora. 14

15 Origem peça O ponto de origem peça 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 origem peça Fresadora origem máquina Torno origem peça origem peça Exemplo da origem peça para torno e para fresadora. 15

16 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

17 Dimensões da ferramenta/porta-ferramenta Ao maquinar uma peça, é essencial poder controlar 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. Árvore 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. 17

18 Deslocamentos Para as operações de maquinagem que se efetuam nas peças, as ferramentas têm que percorrer, de forma precisa, as trajetórias correspondentes a cada tipo de operação. As trajetórias 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. O tipo de configuração do controlo, por exemplo, controla deslocamentos retos, 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

19 Deslocamentos Interpolação circular Interpolação linear Movimento a um eixo Exemplos de deslocamentos da ferramenta. 19

20 Deslocamentos lineares Quando a ferramenta se desloca desde um ponto inicial (atual) até um ponto objetivo ou destino dado e, este deslocamento se realiza ao longo de uma reta, 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 trajetória reta da ferramenta. Ponto destino Ponto inicial 20

21 Deslocamentos lineares Para sistemas de controlo de 3 eixos existem duas possibilidades diferentes: Programação de retas em um ou vários planos fixos: Neste caso, a ferramenta desloca-se numa única direção axial (normalmente eixo de rotação de corte) e nos outros dois eixos tem lugar a interpolação linear. 21

22 Deslocamentos lineares Programação de retas arbitrárias no espaço : A ferramenta pode ser deslocada ao longo de uma reta até qualquer ponto no espaço em que a interpolação linear dá-se nos três eixos em simultâneo. 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

23 Deslocamentos circulares Se a ferramenta se desloca de um ponto inicial até um ponto final dado, mediante uma trajetória 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 direto). Se o sistema de controlo tem mais de 2 eixos, é necessária a definição do plano no qual se descreve o arco de circunferência: plano XY, YZ ou XZ. G18 G19 G17 23

24 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

25 Compensação automática da ferramenta Até agora falou-se das trajetórias das ferramentas sem mencionar as dimensões das mesmas, quando estas afetam 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 trajetória equidistante : segue o contorno a uma distância uniforme que depende do raio da ferramenta. 25

26 Compensação da ferramenta Na maioria dos sistemas CNC modernos, a trajetória 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

27 Compensação da ferramenta G41 G42 G40 anula correcção No torneamento, o raio da fresa é substituído pelo raio da ponta radial da pastilha da ferramenta de tornear. 27

28 Compensação da ferramenta Durante a programação do contorno do torneamento assumese 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 trajetória equidistante apropriada. Para assegurar que esta trajetória equidistante é sempre definida do lado correto do contorno é necessário introduzir no controlador o quadrante correto. Tal informação determina a direção pela qual a ponta da ferramenta segue o contorno. 28

29 Compensação da ferramenta Alteração da forma na inclinação Efeito da ponta redonda da ferramenta nos quadrantes de torneamento. 29

30 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 G91. 30

31 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, deverá coincidir com o ponto de referência para as cotas absolutas ou com o ponto inicial para as cotas incrementais. 31

32 Eleição da origem peça O programador deverá considerar os planos da peça de forma que se simplifique a conversão de cotas em coordenadas. Dever-se-á prestar especial atenção ao tipo de cotagem, e à correspondente definição do zero peça, de forma a causar a mínima necessidade de cálculos. Frequentemente a conversão de cotas em coordenadas provoca erros de programação. 32

33 Definição de retas 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 reta e de uma coordenada. 33

34 Definição de retas 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: Além do ponto final, devem ser definidas as coordenadas do centro da circunferência. O controlador calcula o raio. Raio Centro 34