Eixos Lineares e Rotativos em Máquinas CNC

Prof MSc Rafael Bertoncini rbertonciniprofunisabr Máquinas CNC Programação CNC II Eixos lineares principais X Y Z As máquinas de CNC possuem 3 eixos principais Eixo Z Eixo X Eixo Y Planos ortogonais 90º Fonte FITZPATRICK M 2014 Regra da mão direita horizontal Eixos lineares principais X Y Z X Geralmente o eixo mais longo geralmente paralelo ao chão Y O eixo perpendicular a X e Z Z O eixo paralelo ao fuso principal Fresadora vertical Fresadora horizontal Torno Fonte FITZPATRICK M 2014 Eixos rotativos principais A B C Algumas máquinas CNC possuem eixos programáveis que giram ou articulam Existem três eixos rotativos principal identificados pelo eixo linear principal central em torno dos quais giram A gira em torno de uma linha paralela a X B gira em torno de uma linha paralela a Y C gira em torno de uma linha paralela a Z Eixo de furação auxiliar Movimento rotativo do eixo C Fonte FITZPATRICK M 2014 Eixos rotativos principais A B C Regra da mão direita Fonte FITZPATRICK M 2014 Cabeçote articulado de fresadora AB Eixo de rotação B Eixos rotativos CNC Eixo Z Eixos complementares de deslocamento U V W Para identificar os eixos complementares de deslocamento determine os paralelos lineares principais X Y Z Se o eixo complementar for paralelo a X é o eixo U Y é o eixo V Z é o eixo W Fonte FITZPATRICK M 2014 Eixo complementar linear Eixo Z Base programável Cabeçote Eixo W Coordenadas polares G90 As coordenadas cartesianas não atendem a todas as identificações de pontos necessárias Às vezes pensamos na identificação do ponto em termos de quão longe ele viajou desde a origem coordenadas polares Definições Coordenadas absolutas valores baseados na origem do conjunto de eixos PRZ Coordenadas cartesianas conjunto de coordenadas retangulares que referenciam os pontos aos eixos de referência Coordenar eixos CNC mover fisicamente a ferramenta para uma posição conhecida em relação à geometria da peça e em seguida definir os registros dos eixos para representar essa posição Padrão condição CNC um valor ou modo esperado ou predefinido Entidade uma linha reta ou arco curvo com uma coordenada de ponto inicial e final Definições Referência flutuante completa capacidade de colocar o PRZ em qualquer lugar dentro do envelope de trabalho e às vezes além em situações especiais Retorno máquina CNC conduzir a máquina para uma posição fixa dela a posição casa Valor incremental valor relativo coordenadas com base na entrada anterior Valores de saltoasalto às vezes chamadas de coordenadas relativas porque cada entrada é baseada na última Posição inicial da máquina Machine Home MH posição da utilidade que nunca muda usada para estacionamento seguro atualização de precisão e propósitos de configuração Definições Entrada nula um comando modo ou coordenada que foi definida anteriormente e pode ser opcionalmente omitida de uma instrução de programa Coordenadas polares identificação de pontos por deslocamento radial e angular desde a origem Referência zero do programa Program Reference Zero PRZ origem mestre para a geometria do programa e da peça Escolhido pelo programador o PRZ é coordenado pelo operador durante a configuração Ele pode ser colocado em qualquer lugar dentro do envelope em máquinas modernas Quadrante um dos quatro possíveis segmentos 90º que se encontram em um plano criado pela interseção dos dois eixos que definem o plano Os valores absolutos de coordenadas dependem do quadrante em que um ponto se encontra Definições Fonte FITZPATRICK M 2014 Dimensionamento incremental Dimensionamento absoluto Coordenação PRZ Registros de posição absoluta definidos como zero Ferramenta tocando o topo no canto de referência do trabalho Definições Fonte EVANS K 2016 Fonte FITZPATRICK M 2014 Quadrantes do sistema de coordenadas polares Valores absolutos nos quatro quadrantes Definições Referência zero da máquina Machine Reference Zero MRZ Fonte KANDRAY D 2010 Pontos geométricos ou de referência Os pontos de coordenadas se dividem em duas categorias pelo modo como serão usados no programa como identificação de posição ou referência Pontos geométricos são aqueles a serem usados para posição ou movimento um local a ser usinado eles são o final de um corte Fonte FITZPATRICK M 2014 Pontos geométricos Ponto de referência para o raio Pontos geométricos para furação Pontos geométricos ou de referência Identificando os pontos geométricos eles ocorrem na junção entre duas entidades quaisquer Uma entidade é um termo familiar para aqueles com treinamento em CAD são linhas retas ou arcos individuais cada um tem uma coordenada de ponto inicial e final onde quaisquer duas entidades se unem se tornam tangentes se interseccionam ou se cruzam há também um ponto geométrico único comum a ambas Fonte FITZPATRICK M 2014 Pontos tangentes Intersecção Vista de topo Ponto de intersecção Dois pontos de interseção empilhados Pontos geométricos ou de referência Pontos de referência além do PRZ existem dois outros tipos de pontos de referência utilizados no CNC Um que normalmente não é usado para execução de programas é o machine home MH não é um ponto flutuante está em um local exato e fixo repetível dentro do envelope da máquina geralmente com todos os eixos totalmente retirados do mandril ou mesa conduzir a máquina para MH é chamado de retorno é um local de utilidade usado principalmente para funções de configuração e para coordenação de precisão em máquinas mais antigas que não têm a capacidade de manter sua posição quando são desligadas Pontos geométricos ou de referência Pontos de referência além do PRZ existem dois outros tipos de pontos de referência utilizados no CNC Pontos de referência locais ao escrever um programa é possível alternar do PRZ para um ponto zero de referência local temporário Local Reference Zero LRZ que fica a uma distância conhecida do PRZ uma vez usinadas as características que lhe dizem respeito o LRZ é cancelado para se referir novamente ao PRZ Fonte FITZPATRICK M 2014 Referência local 3 Coordenadas incrementais G91 As coordenadas cartesianas incrementais são um segundo método útil para identificar um ponto Elas podem ser chamadas de coordenadas relativas porque cada movimento da ferramenta está relacionado ao último fuso ou posição da ferramenta A coordenada é a distância da posição atual até a próxima Coordenadas incrementais G91 Não há diferença na precisão usando valores incrementais ou absolutos o controle acompanha o progresso internamente sempre absolutamente No entanto quando entradas incorretas são feitas valores incrementais podem criar problemas maiores É possível alternar livremente entre valores absolutos e incrementais dentro de um programa e até mesmo dentro de uma única linha de comando o código de comando correto deve ser fornecido ao controle para que ele saiba se os valores absolutos ou incrementais estão sendo usados Costumamos usar coordenadas incrementais para edição onde devemos inserir um movimento extra ou para escrever uma configuração rápida ou programa de ferramentas no controle Coordenadas incrementais G91 Movimento Incremental Direção 1 2 O valor do eixo mais ou menos descreve a direção na qual o movimento da ferramenta deve ser feito da posição atual para a próxima O centro deve ser considerado como a localização atual da ferramenta Nesta posição as coordenadas X10 Y00 levam a ferramenta para a posição 1 No entanto um X10 Y00 a levaria na direção oposta Ponto 2 X21600 Y1000 Ponto 3 X20600 Y21400 Ponto 4 X1200 Y20600 Ponto 5 X1400 Y0000 Observe que a coordenada do Ponto 5 X1400 Y0000 pode ser reduzida para X1400 sem entrada Y pois não há movimento do eixo Y do Ponto 4 para o Ponto 5 isso é chamado de entrada nula as coordenadas nulas podem ser deixadas de fora ou não Fonte FITZPATRICK M 2014 Exemplo coordenadas absolutas e incrementais Ambos os exemplos a seguir possuem um erro de programação que não gera a figura apresentada você consegue identificar o erro Ponto Coord Abs Ponto Coord Incr Fonte FITZPATRICK M 2014 Coordenadas métricas As coordenadas métricas são tão simples de inserir quanto aquelas em polegadas o código correto deve ser fornecido para alertar o controle se as unidades que estão sendo inseridas são métricas ou imperiais Coordenadas conforme Electronic Industries Association EIA G20 Imperial G21 Métrico Coordenadas conforme ISO G70 Imperial G71 Métrico G21 X2000 esta linha define valores métricos e a entrada é de 2 mm G20 X2000 esta linha diz ao controle para retornar aos valores imperiais e que a entrada é de 2 pol Convenções na programação de comandos Regra do nulo absoluto Se um valor de coordenada absoluta tiver sido inserido em uma instrução de comando anterior essa entrada de ordenadas do eixo poderá ser ignorada entradas nulas a parte duplicada pode ser deixada de lado por conveniência e para criar programas mais curtos Conjunto completo Do começo para PRZ Para apontar A Para o ponto B Nulos removidos Z00 X25 Y20 Z10 X00 Y00 Z00 X25 Y00 Z00 X25 Y220 Z10 Convenções na programação de comandos Ordem de entrada Controles modernos podem ser programados em qualquer ordem XYZ com resultados aceitáveis A coordenada X10 Y20 Z30 pode ser inserida Y20 X10 Z30 ou Z30 X10 Y20 A maioria dos controles não requer ordem de dados desde que seja concluída em um comando no entanto ordenálo em ordem alfabética é a norma Convenções na programação de comandos Zeros à esquerda e à direita Nos controles modernos as entradas de números decimais precisam apenas ter seu decimal no lugar certo e os dígitos significativos organizados corretamente Ex X37 e X037000 são aceitáveis Comandos não estruturados Comandos estruturados Convenções na programação de comandos Números inteiros Algumas entradas devem ser inseridas como números inteiros sem decimal Números de linha nunca têm um ponto decimal N001 não pode ser N0010 Números das ferramentas T10 não pode ser T100 Mas ele pode ser T0010 se o controle tiver muitas ferramentas Movimentos da CNC Definições Curso rápido rapid a velocidade axial mais rápida que a máquina pode produzir usado como um movimento de posicionamento para eficiência Pode variar de 100 polmin IPM em treinos e programação até 1000 IPM É uma entrada de velocidade única não há variação de especificação Um controle de substituição típico rapid override pode reduzir o deslocamento rápido abaixo da velocidade máxima da máquina 50 do curso rápido Curso rápido de substituição Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimentos da CNC Definições Curso rápido rapid rápido linear versus não linear O caminho que uma CNC percorre durante o deslocamento rápido se divide em duas versões dependendo da velocidade do microprocessador no controlador Movimento do eixo X apenas para completar o comando Acionamento completo dos eixos X e Y até que o eixo Y seja posicionado Acionamento coordenado X e Y em linha reta para o alvo B Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimentos da CNC Definições Altura de retração R a posição segura para a qual uma ferramenta é posicionada em curso rápido ou afastada do trabalho antes do curso rápido Ao planejar um programa devese determinar o movimento de aproximação rápida mais próximo do trabalho A ferramenta deve ser desacelerada para uma taxa de avanço nessa distância do material de trabalho A distância segura deve levar em consideração grampos morsas garras de mandril e outras ferramentas de fixação Como programador iniciante pare o deslocamento rápido da ferramenta de corte quando ela estiver a 12 mm da superfície de trabalho Movimentos de retração do trabalho geralmente são feitos em deslocamento rápido Movimentos da CNC Definições Interpolação linear usinagem em um ou mais eixos em linha reta com o avanço especificado O movimento linear ocorre na velocidade de avanço especificada no programa Quando a máquina CNC é comandada para se mover em interpolação linear um dois ou três eixos devem se mover em velocidades coordenadas para chegar ao destino em linha reta Quando mais de um motor de eixo está acionando a ferramenta cada um deve estar girando em alguma velocidade abaixo daquela especificada seu efeito combinado produz o movimento da ferramenta na taxa especificada interpolação encontrar um valor entre dois outros A ação combinada dos avanços diferenciais X e Y cria o caminho linear com o avanço programado O eixo X percorre 37587 mmmin O eixo Y percorre 13781 mmmin Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimentos da CNC Definições Interpolação linear anulação da velocidade de avanço Similar ao controle de substituição do curso rápido As velocidades de avanço podem ser anuladas pelo operador para ajustar a ação de corte Mas há uma diferença entre o controle de substituição do curso rápido e de avanço A faixa de ajuste usual para a velocidade de avanço é de 0 a 150 da velocidade programada A menos que a velocidade programada esteja próxima ou já esteja na velocidade mais rápida da máquina o avanço pode ser aumentado acima da taxa programada Movimentos da CNC Definições Interpolação circular G02 horário G03 antihorário usinagem de um arco em dois ou mais eixos com o avanço especificado Produz um círculo completo ou um arco com o avanço programado O movimento circular inclui um desafio adicional para o computador além da interpolação linear Ao produzir um círculo verdadeiro o controle deve alterar continuamente as relações entre os motores de acionamento para cada incremento de arco Cada eixo está interpolando abaixo da velocidade de avanço especificada mas sua ação combinada cria a velocidade correta da ferramenta Lembrese de que além dos cálculos de controle do motor do eixo a CPU também está comparando o feedback resultante para garantir a movimentação especificada Movimentos da CNC Definições Interpolação circular G02 horário G03 antihorário Variando constantemente as taxas X e Y um círculo verdadeiro pode ser produzido na velocidade de avanço programada Diferentes proporções de movimento X e Y combinamse para mover a ferramenta na velocidade de avanço especificada em cada incremento do arco Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimentos da CNC Definições Velocidade padrão valor ou condição um número de reserva ao qual a máquina fará referência quando as entradas excederem os limites do eixo ou do controlador Durante a interpolação circular devido ao alto número de cálculos por segundo algumas CPUs mais antigaslentas devem limitar as velocidades de avanço a uma velocidade máxima padrão Esses controles não podem produzir círculos na mesma velocidade que linhas retas Mesmo que o programa esteja em uma velocidade mais alta o controle irá retroceder ou entrar em velocidade padrão durante o movimento circular O termo padrão será usado em outras partes do CNC significa uma reserva ou um viés predefinido embutido no controle um padrão também ocorre quando uma escolha deve ser feita pelo controle quando outras informações não estão disponíveis Movimentos da CNC Definições Controle 2D um controle capaz de usinar um círculo usando apenas dois eixos ao mesmo tempo O controle 2D de nível inferior está restrito a mover dois eixos enquanto produz um círculo arcos apenas nos planos primários de XY XZ ou YZ um plano por vez O programa deve incluir o comando G17 para indicar a interpolação circular no plano XY G18 para produzir um círculo no plano XZ G19 para a interpolação circular YZ Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimentos da CNC Definições Controle 25D um controle capaz de interpolação circular em quaisquer dois eixos enquanto realiza interpolação linear no terceiro eixo A maioria dos controles atualmente produzem movimento circular em um dos planos primários XY XZ ou YZ enquanto move o terceiro eixo em linha reta ao mesmo tempo Esse movimento chamado de 25D dois eixos circulares enquanto um se move linearmente produz uma espiral semelhante a um fio sempre paralela a um eixo primário Máquinas com controle 25D são capazes de usinar a passagem de rampa espiral que discutimos anteriormente no fresamento Fonte FITZPATRICK M 2014 Movimento circular XY Movimento simultâneo linear do eixo Z Movimentos da CNC Definições Controle 3D realização de interpolação circular em três eixos com uma taxa de avanço especificada não limitado a três planos para arcos Uma fresadora 3D requer um processador rápido ou velocidades de avanço muito lentas Deve interpolar e conduzir três eixos simultaneamente para produzir arcos O movimento circular perfeito da ferramenta envolvendo os eixos X Y e Z na velocidade de avanço programada é um grande desafio para o processador Os controles 3D não são comuns na indústria Interpolação circular de três eixos Fonte FITZPATRICK M 2014 Bibliografia EVANS K Programming of CNC Machines 4ª edição South Norwalk Industrial Press 2016 FITZPATRICK M Machining and CNC Technology 3ª edição Nova Iorque McGrawHill 2014 KANDRAY D Programmable Automation Technologies An Introduction to CNC Robotics and PLCs 1ª edição Nova Iorque Industrial Press 2010