Máquinas-Ferramentas CNC e a Indústria 4.0

As máquinasferramentas CNC e a Indústria 40 Profª Ana Oliveira Descrição O desenvolvimento das máquinasferramentas incluindo os centros de usinagem CNC seus tipos e operações os princípios da programação CNC e o impacto da Indústria 40 na produção Propósito É fundamental para a formação do profissional engenheiro o entendimento das máquinasferramentas controladas por sistema CNC Comando ou Controle Numérico Computadorizado e os impactos da Indústria 40 na produção com o intuito de familiarizarse com as particularidades e facilidades dos processos em especial os industriais de fabricação por usinagem Objetivos Módulo 1 Máquinasferramentas CNC Identificar principais tipos de máquinasferramentas CNC incluindo centros de usinagem Módulo 2 Princípios de programação CNC aplicado às máquinasferramentas Analisar princípios de programação CNC aplicados às máquinasferramentas Módulo 3 Indústria 40 e Impacto na produção Analisar Indústria 40 e seu impacto na produção industrial Introdução No vídeo a seguir você conhecerá o desenvolvimento das máquinasferramentas nas operações de usinagem 1 As máquinasferramentas CNC Ao nal deste módulo você será capaz de identicar principais tipos de máquinasferramentas CNC incluindo centros de usinagem Vamos começar Das máquinas mecânicas controladas por mão de obra especializada ao sistema CNC de automação Assista o vídeo a seguir para conhecer os principais conceitos e aspectos que devem ser observados neste módulo Desenvolvimento tecnológico e Sistema CNC Atualmente na indústria o termo Máquina mãe como é conhecida a máquinaferramenta é bastante utilizado por ser considerada uma máquina que produz outras máquinas Com o avanço tecnológico as máquinasferramenta deixaram de ser mecânicas comandadas manualmente por mão de obra especializada e passaram a ter um comando numérico NC Cabe ressaltar que essa evolução permitiu maior precisão e maior velocidade de produção de peças usinadas O desenvolvimento das máquinas controladas por comando numérico NC inicialmente tinha por objetivo usinar peças com geometrias mais complexas e com precisão significativamente mais elevada Esse tipo de máquina teve sua primeira aplicação em máquinas fresadoras Todavia nos últimos tempos o NC tem sido utilizado para aumentar a produtividade em operações de torneamento centros de usinagem e máquinas perfuratrizes Vale ressaltar que o NC não se limitou aos processos convencionais de usinagem alcançando máquinas de processos não convencionais de usinagem como máquinas de eletroerosão a fio e corte a laser O surgimento de sistemas flexíveis de manufatura FMS e de automação flexível FA foi possível pela entrada da automação nos processos de produção das fábricas em que a tecnologia das máquinas NC aliada à automação facilitou a conexão de máquinas a dispositivos como robôs veículos guiados autônomos AGV entre outros Veja o esquema Estágios do mapeamento de operações na produção de peças por meio de máquinas NC Para a produção de uma peça por meio de uma máquina NC é possível aplicar um mapeamento de operações classificado em três grupos de tarefas Na tarefa offline inicialmente é realizada a modelagem de um protótipo geométrico no formato da peça desejada CAD que pode ser bidimensional 2D ou tridimensional 3D Ainda dentro do processo de modelagem da peça seguindo as etapas de desenvolvimento deverá ser feita sua avaliação Continuando o processo a próxima etapa é o Planejamento de Processos Auxiliado por Computador CAPP em que que serão geradas todas as informações necessárias para a usinagem da peça tais como a seleção das ferramentas ideais especificação dos melhores parâmetros de corte programação e sequência do processo de usinagem para a produção da peça A etapa seguinte da tarefa offline é o CAM Computer Aided Manufacturing que finalizará as etapas de CAD e CAPP Baseada nas informações geradas pelo CAD e pelo CAPP toda a programação de movimentos e caminhos das ferramentas de corte será gerada considerando minimização do tempo de usinagem trocas de ferramentas de corte pontos de contato prematuro da ferramenta com a peça que podem levar à fratura da ferramenta entre outros Na etapa de tarefas online encontrase a usinagem em máquinas NC propriamente dita Como vimos no estágio offline é gerado o processo de usinagem de uma peça por meio das etapas de CAD CAPP e CAM Na etapa online o usuário pode editar programas para peças simples através do NC Nesta fase o sistema NC interpreta os programas de peças gerados e coordena o movimento dos eixos controlando parâmetros como posição e velocidade Por meio da utilização de um servo motor empregados com o objetivo de se alcançar movimentos precisos e controlados obtémse um movimento linear controlado que pode ser da peça ou da ferramenta de corte permitindo a usinagem da peça Na etapa de tarefas postline é realizada a inspeção da peça usinada pelo computador CAI Computer Aided Inspection Também é feita uma leitura das dimensões da peça usinada dando origem ao desenho de uma peça por meio de engenharia reversa Desta forma podese comparar as Offline Online Postline dimensões da peça projetada e da usinada e caso seja necessário operações secundárias podem ser utilizadas tais como reusinagem e retificação da peça O sistema NC está relacionado a um dispositivo de controle que as máquinas alcançam através da transmissão de comandos a um dispositivo servomotor Resumindo O NC é um sistema que possibilita que máquinasferramentas usinem peças de geometrias variadas com precisão e rapidez Historicamente no final do século XVIII após a criação do motor a vapor surgiu a máquinaferramenta manual A partir de então surgiu o NC com a implementação por Jacquard de um método de controle automático para o controle de um tear por meio de utilização de cartões perfurados O avanço do NC foi paralelo ao avanço tecnológico Nas décadas de 1960 e 1970 os semicondutores e os motores elétricos respectivamente foram criados e aplicados ao NC entre outros avanços tecnológicos Esse avanço possibilitou que a máquina NC original evoluísse tecnologicamente dando vez a uma máquina NC composta por microprocessadores alimentada por energia elétrica e que funciona por meio de softwares A partir de então ambos os termos NC e CNC se referem a controlador numérico Portanto quando nos referimos a uma máquina NC estamos nos referindo a uma máquinaferramenta com sistema CNC Os avanços nos desempenhos computacionais e sua integração somados à redução de custos e de tamanho viabilizaram no princípio da década de 1970 a utilização de computadores dedicados como as unidades de controle de máquina MCU dando origem aos sistemas CNC comando numérico computadorizadoComputer Numeric Control Comando numérico computadorizado CNC do inglês Computer Numeric Control É um sistema que permite o controle de máquinas sendo utilizado principalmente em tornos e centros de usinagem Permite o controle simultâneo de vários eixos por meio de uma lista de movimentos escrita num código específico Processos de usinagem CNC Com o advento do sistema CNC os processos produtivos melhoraram significativamente Dentre os principais fatores que levaram a este impacto positivo nos resultados da indústria podemos citar a redução do desperdício do retrabalho e do erro humano assim como a simplicidade na produção de estruturas 3D Dentre as vantagens do sistema CNC podemos citar ainda ganhos na agilidade e flexibilidade dos processos Atualmente o Sistema CNC é empregado amplamente pela indústria mundial e pode ser utilizado em diversas máquinas de usinagem tais como fresadoras máquinas ferramenta tornos entre outras Para utilizar o sistema CNC é necessário gerar um conjunto de coordenadas que deverão ser seguidas através de um código denominado código G que descreverá os movimentos necessários para a confecção da peça Vale ressaltar que como os avanços tecnológicos nesta área são constantes o profissional que trabalha na área de programação em código G deve estar sempre se atualizando a fim de acompanhar as evoluções Os processos de usinagem podem ser divididos em dois grupos de acordo com o tipo de energia empregada para a remoção do material Usinagem convencional A ferramenta de corte promove inicialmente uma deformação plástica na superfície da peça usinada com a aplicação de uma tensão cisalhante Após alguma deformação o material se rompe dando origem ao cavaco Usinagem não convencional Não é utilizada uma ferramenta convencional de corte Serão empregados diferentes tipos de energia para o corte tais como laser plasma jato dágua e abrasivos ultrassom reações eletroquímicas entre outras Processos de usinagem convencionais Veja a seguir os principais processos usinagem convencionais Torneamento Processo mecânico de usinagem para se produzir superfícies de revolução A ferramenta é monocortante e a peça gira em torno do seu próprio eixo enquanto a ferramenta de corte avança longitudinalmente sobre a peça fazendo a remoção do material denominado cavaco Processo mecânico de usinagem no qual a remoção do material se dá através do movimento relativo entre a ferramenta de corte e a peça Neste processo a ferramenta de corte gira em torno de seu eixo e apresenta várias arestas cortantes O fresamento é amplamente utilizado na produção de peças considerando a diversidade de máquinas disponíveis e os diferentes tipos de ferramentas de corte existentes Processo de usinagem que utiliza uma ferramenta cilíndrica multicortante com o objetivo de fazer furos na superfície da peça Este processo pode ser empregado para abrir alargar ou melhorar o acabamento superficial de furos preexistentes Processo de usinagem realizado com ferramentas abrasivas de revolução denominadas rebolos que podem ser de diferentes formas tamanhos e tipos de grãos As máquinas são denominadas retificadoras e a remoção do material se dá pelos grãos abrasivos que compõem o rebolo Processo mecânico de usinagem que utiliza uma ferramenta monocortante empregado para a obtenção de superfícies planas assim como entalhes e rasgos longitudinalmente à peça Neste processo podese utilizar tanto a plaina limadora quanto a plaina de mesa Fresamento Furação Retificação Aplainamento Processo de usinagem empregado para aumentar um furo ou otimizar o acabamento de um furo preexistente sendo possível alcançar alta precisão dimensional Processo em que a ferramenta de corte é denominada serra e apresenta vários dentes dispostos de forma pouco espaçada As máquinas de serrar podem ser divididas em serras de lâminas serras circulares e serras de fita Principais processos usinagem não convencionais Novos processos não convencionais de usinagem vêm surgindo nos últimos tempos devido a novas tecnologias e a novos materiais Um bom exemplo a ser citado é o corte de novos materiais que apresentam altas resistência mecânica e dureza que podem levar ao desgaste prematuro ou fratura da ferramenta de corte Para estes casos os processos de usinagem não convencionais são muito adequados somados à redução nos custos de produção Vamos agora conhecer principais processos usinagem não convencionais Mandrilamento Serramento O processo de corte a laser pode ser aplicado em materiais metálicos e não metálicos de diferentes espessuras O corte ocorre pela incidência de um feixe de laser concentrado em geral 05mm de diâmetro que entra em contato com a superfície da peça elevando sua temperatura levando à fusão do material ou sua evaporação Dentre as vantagens do processo podemos citar a diversidade de materiais aço alumínio aço inoxidável plásticos vidro madeira ou cerâmica que podem ser cortados com segurança com elevada qualidade de várias espessuras de 05mm a 30mm Possibilidade de corte de geometrias complexas com acabamento liso e sem rebarbas O processo de eletroerosão por penetração é baseado na submersão da peça em um líquido denominado dielétrico Esse líquido dielétrico serve como isolante até que o eletrodo se aproxime o suficiente da peça para permitir a passagem de corrente elétrica que alcançará elevadas temperaturas na peça e promoverá a remoção do material O processo por jato dágua é utilizado para o corte preciso de peças sem gerar calor e resíduos contaminantes O corte se dá pela aplicação de um jato dágua muito fino em direção à peça com elevadas pressão 400MPa e velocidade 900ms Abrasivos como o Al2O3 podem ser adicionados à água O processo de corte por plasma é utilizado para o corte de chapas metálicas de aço carbono aço inoxidável alumínio cobre bronze latão e outros materiais bons condutores de eletricidade O corte a plasma ocorre por meio da abertura de um arco elétrico que é direcionado para o material juntamente com um jato de ar comprimido que facilita a retirada do material removido Pode cortar espessuras superiores a duas polegadas e apresenta um excelente acabamento superficial Usinagem a laser Usinagem por eletroerosão Usinagem por jato dágua e abrasivos Usinagem por plasma O processo de usinagem ultrassônica é indicado para o corte de ligas de titânio e aços inoxidáveis Neste processo abrasivos são lançados em direção à peça com alta velocidade baixa amplitude 0076mm e elevada frequência 20000Hz Dentre os abrasivos utilizados podemos citar o CBN nitreto cúbico de boro SiC carbeto de silício Si3N4 nitreto de silício e diamante Principais tipos de máquinasferramentas CNC A chegada do sistema CNC à indústria transformou os processos de produção A confecção de peças de geometrias complexas e tridimensionais se tornou simples aliada à excelente precisão das peças produzidas àredução do tempo de produção à redução dos custos e ao aumento do volume de produção Outros aspectos positivos envolvem uma operação muito mais automatizada reduzindo significativamente a participação de operadores durante a execução da usinagem diminuindo o índice de erro humano A flexibilização das linhas de montagem é outro ponto importante tendo em vista que uma mesma linha de montagem pode ser rapidamente adaptada para produzir outra peça A utilização das máquinas CNC permite que os processos de usinagem ocorram com alta velocidade e precisão possibilitando eficiência e qualidade Dentre as principais máquinas CNC utilizadas destacamos Tornos mecânicos Fresadoras Retíficas Máquinas de corte a laser Máquinas de eletroerosão Mandriladoras Centros de usinagem Entre outras Usinagem ultrassônica Centros de usinagem O setor industrial avança continuamente por meio da aplicação de pesquisas e inovação permitindo o aperfeiçoamento de suas máquinas e de seus processos otimizando os sistemas produtivos e a qualidade das peças produzidas Como um dos principais avanços podemos citar o advento dos centros de usinagem CNC Mas o que é um centro de usinagem CNC Os centros de usinagem CNC entraram em evidência nos últimos anos tendo em vista que são máquinas totalmente computadorizadas capazes de executar diferentes tipos de operações de usinagem através da remoção de material para a fabricação ou acabamento de peças em uma única máquina O fresamento a furação o mandrilamento o rosqueamento são exemplos de alguns dos processos Vale ressaltar que o centro de usinagem consegue realizar operações diversas durante a produção de uma peça sem a necessidade de interrupções do processo para mudança de peças eou ferramentas de corte Centro de usinagem Além da vantagem de poder executar diversas operações em uma única máquina de forma ininterrupta estas máquinas permitem a produção de peças com altos níveis de precisão e qualidade aumentando a velocidade e capacidade de produção Esses fatores somados resultam em uma produção em série de peças precisas e com excelente acabamento superficial Relembrando Para alcançar os excelentes resultados disponibilizados pelos centros de usinagem CNC é de suma importância o investimento em profissionais altamente capacitados para planejar e operar todos os processos necessários Uma observação necessária é de que a capacitação do operador deve acompanhar o avanço tecnológico contínuo da área Veja agora alguns aspectos devem ser considerados para se escolher o centro de usinagem adequado Geometria das peças a serem fabricadas e seu material que estão diretamente relacionados à potência necessária Espaço físico necessário para a instalação e operação da máquina De acordo com o grau de complexidade das peças que serão usinadas podemos considerar o número de eixos disponíveis de 3 a 7 eixos e a orientação do eixoárvore horizontal e vertical Principais vantagens dos centros de usinagem A introdução dos centros de usinagem CNC nos meios de produção industriais ampliou a capacidade de produção gerando peças com alta qualidade otimizando o tempo de produção e minimizando o desperdício de matéria prima por consequência a menores perdas Dentre as vantagens da utilização dos centros de usinagem destacamos Configurar o centro de usinagem é um passo fundamental para ajustálo à peça a ser usinada Sempre configure a máquina para tornála mais adequada à peça a ser usinada considerando fatores como a complexidade e o número de peças a serem produzidas Esses fatores auxiliarão na definição do número de setups necessários durante a produção das peças Mas o que é o setup Realizar o setup da máquina é deixála pronta para usinar de acordo com a o código desenvolvido para a usinagem de uma peça específica Dentre as operações previstas no setup está a colocação das ferramentas de corte em seus slots entre outras A quantidade e a geometria da peça vão influenciar na definição do número de setups necessários Tipos de centro de usinagem CNC Elevada precisão e excelente acabamento superficial das peças usinadas Produção mais rápida e eficiente Possibilidade de produção em larga escala devido à possibilidade de reprodução das peças Otimização do processo devido à baixa necessidade de manutenção das máquinas Centros de usinagem vertical x horizontal O que determina se um centro de usinagem é horizontal ou vertical é o posicionamento do eixo de corte principal eixoárvore Vários tipos estão disponíveis no mercado de diferentes marcas e com as mais variadas configurações Ambos os tipos de centro de usinagem possuem diferenciais Centros de usinagem horizontais como o nome já indica apresentam o eixo de corte principal posicionado horizontalmente o que possibilita a confecção de cortes em ângulos de pequena amplitude e favorece a saída do cavaco É ideal para usinar peças grandes pesadas especialmente em operações que envolvem muitos lados da peça Além disso são indicados para a produção de peças com geometrias complexas assim como para o fresamento de ranhuras e superfícies planas Centro de usinagem horizontal Fabricante ROMI Por sua vez os centros de usinagem verticais apresentam o eixo de corte principal eixoárvore vertical ou seja as ferramentas de corte atuam realizando cortes pela parte superior da peça sendo ideal para a produção de ferramentas Também possibilita a usinagem de peças grandes acessando qualquer parte da peça de forma automática Centro de usinagem vertical Fabricante Eurostec Número de eixos O número de eixos necessários para a usinagem da peça está associado à complexidade de sua geometria Estão disponíveis no mercado centros de usinagem de 3 a 7 eixos sendo que os de 5 eixos são os mais utilizados Neste conteúdo focaremos nos centros de usinagem de 3 4 e 5 eixos É possível conseguir um quarto eixo caso se adicione uma mesa rotativa permitindo a produção de peças mais complexas Podese utilizar um dispositivo para possibilitar a integração de 4 setups de peças na mesa resultando em um maior volume de produção Pode apresentar 5 eixos simultâneos ou podem ser máquinas de 3 eixos2 No primeiro caso a máquina com cinco eixos simultâneos a ferramenta de corte pode se movimentar concomitantemente nos três eixos X Y e Z e girar em dois eixos rotativos possibilitando a produção de peças complexas em um único processo Contudo a demanda é de alto investimento para sua aquisição A opção de máquinas de 3 eixos2 requer menor investimento mas há restrições quanto aos processos de usinagem possíveis limitandose a peças de geometria pouco complexas realização de desbastes etc O funcionamento deste tipo de centro de usinagem se dá por meio do movimento da ferramenta de corte nos três eixos X Y e Z juntamente com a possibilidade de se realizar a usinagem em uma determinada posição com certa inclinação que é possível devido aos dois eixos de rotação 3 eixos 4 eixos 5 eixos Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 A chegada do sistema CNC à indústria transformou os processos de produção fazendo com que a usinagem de peças de geometrias complexas e tridimensionais se tornassem tarefas simples A utilização das máquinas CNC possibilita que os processos de usinagem ocorram com alta velocidade e precisão possibilitando eficiência e qualidade Dentre as principais máquinas CNC utilizadas podemos destacar Parabéns A alternativa C está correta A máquinas de corte a plasma máquinas de corte a laser e triturador B fresadoras gotejador e máquinas de eletroerosão C máquinas de eletroerosão mandriladoras e centros de usinagem D fresadoras gotejador e máquinas de corte a laser E máquinas de corte a laser máquinas de eletroerosão e trituradores Dentre as principais máquinas CNC utilizadas destacamos as fresadoras as retíficas as máquinas de corte a laser as máquinas de eletroerosão as mandriladoras os centros de usinagem entre outras Trituradores e gotejadores não se aplicam Questão 2 Os centros de usinagem CNC contribuíram para o setor industrial com algumas vantagens tais como Parabéns A alternativa E está correta Algumas das vantagens da utilização dos centros de usinagem CNC são alta precisão e acabamento superficial das peças usinadas eficiência na produção possibilidade de produzir em larga escala e melhoria do processo já que a manutenção das máquinas não é tão frequente A produção mais rápida e limitado acabamento superficial B maior necessidade de manutenção das máquinas C impossibilidade de reprodução das peças D produção mais rápida mas menos eficiente E elevada precisão e excelente acabamento superficial das peças usinadas 2 Princípios de programação CNC aplicado às máquinasferramentas Ao nal deste módulo você será capaz de analisar princípios de programação CNC aplicados às máquinasferramentas Vamos começar Sistemas de coordenadas em programação CNC Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais conceitos e aspectos que devem ser observados neste módulo Sistemas de eixos e coordenadas Sistemas de eixos Para formular um programa para a usinagem de uma peça em uma máquina CNC o programador se baseará em coordenadas que estão diretamente relacionadas ao formato da peça projetada Algumas normas regulamentam o movimento e a posição axial dos eixos tais como a EIARS267B e o ISO International Standards Organization Para a usinagem CNC nove eixos são empregados plenamente divididos em 3 grupos Eixos lineares primários X Y Z Estão relacionados a movimentos em linha reta Eixos de rotação primários AB e C Estão relacionados a movimentos circulares ou a um arco Eixos lineares auxiliares U V W Eixos lineares primários X Y e Z O sistema de eixos é ortogonal ou seja as linhas do sistema de eixos tridimensional se interceptam em um ponto com um ângulo de 90 entre si Quando combinamos os eixos primários em pares podemos formar três planos distintos XY XZ e YZ Eixos Lineares Primários X Y e Z Planos obtidos pela união de dois eixos primários XY XZ e YZ De acordo com o tipo de máquina os eixos podem estar rotacionados e portanto dispostos de forma diferente Uma forma simples de identificar os eixos em caso de dúvida é aplicar a regra da mão direita Para a aplicação da regra o mais indicado é identificar inicialmente o eixo Z em tornos leva a ferramenta até a peça e em fresadoras aproxima a peça do fuso Após identificar o eixo Z podemos aplicar a regra da mão direita e identificar os eixos X e Y U V e W São eixos secundários em linha reta sendo empregados para produção multiaxial multitarefa Regra da mão direita para identificação dos eixos Eixos de rotação primários A B e C São eixos articulados ou que giram e podem estar presentes nas máquinas CNC Esses eixos estão relacionados a um central primário específico onde o eixo A gira em torno de uma linha paralela ao eixo X da mesma forma B está associado ao eixo Y e C está associado ao eixo Z girando em torno de linhas paralelas aos respectivos eixos Eixos de rotação primários A e C Como saber se o movimento de rotação é positivo ou negativo Neste caso podemos usar a regra do polegar para determinar a direção na qual o movimento de rotação deverá ocorrer sentido horário e antihorário aos quais se atribui os valores positivo e negativo respectivamente Devese primeiramente identificar o sentido positivo do eixo central em torno do qual está havendo rotação X Y ou Z Identificado o eixo devese posicionar o polegar da mão direita longitudinalmente a essa direção positiva do eixo primário e assim ao movermos os deles estes se curvam no sentido positivo do eixo de rotação Regra do polegar Eixos lineares secundários U V e W São empregados eventualmente em máquinas que necessitam de acionamento duplo como a adaptação de eixos secundários para colocação de guias auxiliares com funções de usinagem auxiliares Estes eixos lineares secundários podem ser facilmente identificados pois são paralelos aos eixos lineares primários Desta forma os eixos primários X Y e Z são paralelos a U V e W respectivamente Exemplo de eixo linear secundário W Sistemas de coordenadas A usinagem em CNC aplica o sistema de coordenadas cartesianas para identificar pontos em duas dimensões X e Y ou três dimensões XY e Z Desta forma uma determinada coordenada pode ser alvo de diferentes operações pois pode ser o local onde deverá ser feita uma operação de furação assim como pode ser o ponto inicial de algum movimento Contudo em alguns casos é necessário o uso de coordenadas polares nas quais o ponto é identificado por meio de um deslocamento radial e um deslocamento angular da origem Coordenadas absolutas e incrementais Coordenadas absolutas ou medidas de referência estão relacionadas ao ponto zero do programa ou ponto zero da peça PZP ou seja cada coordenada está relacionada à sua distância até o ponto zero onde X0 Y0 e Z0 Durante o processo de usinagem o posicionamento do PZP deve ser o mesmo na peça física Assim é importante determinar o ponto zero durante o projeto da peça levando em consideração seu desenho Posição PZP da peça Já as coordenadas incrementais utilizam as coordenadas da posição anterior como referência Coordenadas incrementais e absolutas Programação ISO CNC Para que uma máquina CNC usine uma peça projetada é necessário que este projeto seja transcrito em uma linguagem específica No caso essa linguagem denominada linguagem G é controlada pela Organização Internacional de Normalização ISO A padronização da linguagem G pela ISO permite que seja considerada como um sistema de linguagem universal pois contém funções básicas que não podem ser alteradas Outras funções específicas podem ser implementadas por fabricantes como forma de introduzir diferenciais a seus sistemas Sistema de coordenadas cartesianas A programação de máquinas CNC é realizada a partir do sistema cartesiano podendo ter valores coordenadas positivas e negativas como exemplificado a seguir X Z A 25 0 B 25 15 C 10 20 D 20 10 E 10 20 Tabela 1 Coordenadas cartesianas em máquinas CNC Ana Lúcia Nascimento Oliveira Observe o gráfico Gráfico sistema de coordenadas cartesianas empregado em sistemas CNC Ana Lúcia Nascimento Oliveira Vale ressaltar que para se representar coordenadas CNC o sinal negativo é colocado após a letra da coordenada e em caso de coordenadas positivas o sinal não é colocado Veja um exemplo de coordenadas X 01220 Y 01100 Z 01050 Portanto podemos utilizar o sistema de coordenadas para identificar a localização de um ponto Acompanhe a imagem Identificação do sistema de coordenadas cartesianas empregado em sistemas CNC As coordenadas dos pontos A B C e D na imagem são dadas por A X 20000 Z 00000 B X 20000 Z 47250 C X 27250 Z 47250 D X 27250 Z 60000 Coordenadas nulas podem ser removidas Assim o ponto A mencionado acima A X20000 Z00000 poderia ser representado simplesmente como A X 20000 Em geral as coordenadas são colocadas em ordem crescente mas a ordem das coordenadas não interfere no posicionamento Então podemos utilizar B X 20000 Z 47250 ou B Z 47250 X 20000 Os zeros antes e depois da vírgula também podem ser suprimidos sem que haja nenhuma alteração na leitura do código Portanto podemos escrever D X 27250 Z60000 Ou D X 2725 Z 60 Embora esses pontos não sejam obrigatórios para o entendimento do código a padronização facilitará o seu entendimento Observe N005 G66 G96 N005 G66 G96 N010 G95 M13 G04 N010 G95 M13 G04 N020 M3 N020 M3 N025 G0 X5 Y06 Z5 N025 G0 X5 Y06 Z5 N030 X2 Y02 Z06 N030 X2 Y02 Z06 N035 G1 X01 Y03 Z04 N035 G1 X01 Y03 Z04 N040 Y20 Z30 N040 Y20 Z30 N045 X15 N045 X15 Tabela 2 Padronização do código para melhor visualização Ana Lúcia Nascimento Oliveira Movimentos dos eixos Interpolação linear Para se obter uma movimentação em linha reta é necessário que os eixos se movimentem com velocidades coordenadas a fim de se obter o trajeto desejado Interpolação linear Interpolação circular Por meio da interpolação circular podemos traçar desde uma parte de um círculo arco a um círculo completo sendo um dos movimentos mais utilizados em programação CNC Neste tipo de movimento ocorre pela variação de movimentos nos eixos X e Y que se combinam para mover a ferramenta de corte com a velocidade de avanço programada Interpolação circular Prexos de palavrascódigo Os programas para utilização em máquinas CNC utilizam vários caracteres como letras números espaços pontos entre outros Esses caracteres se combinam para formar instruções do código As letras determinam o tipo de operação ou função a ser executada Quando unimos a letra a um valor numérico formamos as palavrascódigo Exemplo G41 M02 Veja agora os tipos de palavrascódigos São as principais palavrascódigo dos programas e estão relacionadas à preparação e movimentação Seguem alguns exemplos de palavrascódigo G código G G00 Movimento de posicionamento rápido um ou mais eixos G01 Movimento linear na velocidade de avanço um ou mais eixos G04 Espera parada por um tempo específico G17 Usinagem no plano XY apenas fresagem G18 Usinagem no plano XZ fresagem G19 Usinagem no plano YZ fresagem G41 Compensa o raio do cortador para a esquerda da linha geométrica G81 Ciclo de furação G90 Entrada de coordenadas com valores absolutos G91 Entrada de coordenadas com valores incrementais G99 Reset da memória São funções auxiliares que introduzem atividades como troca de ferramentas uso de fluidos refrigerantes acionamento ou interrupção de eixos Alguns exemplos de palavrascódigo M M00 Parada do programa parada de utilidade para ações do operador M02 Final de programa reiniciar para começar M03 Movimentar o fuso para frente Palavrascódigo G Palavrascódigo M M13 Fuso para frente e refrigeração ligada M06 Troca de ferramenta M08 Refrigerante ligado bico de refrigeração A M09 Refrigerante desligado Podem estar relacionadas à ferramenta ou ao tempo Relacionada à ferramenta indicase diretamente o código seguido do número Ex T0101 desloca o tambor de ferramentas para a posição 1 realiza a troca da ferramenta e insere o deslocamento 1 na memória de ferramentas Relacionada ao tempo quando a palavracódigo T for relacionado ao tempo pode ser necessária em alguns controles a inserção de alguma notação preestabelecida para denotar o tempo podendo ser usado apenas G4 T105 ou M4T105 por exemplo Estão relacionadas a velocidades de avanço É importante ver como cada controlador determina a especificação dos avanços métricos para colocar da forma adequada G95 G71 F100 A palavracódigo F100 estabelece a velocidade de avanço em 10 mmrotação G95 G71 F8 ou G95 G71 F0008 Ambas palavrascódigo estabelecem a velocidade de avanço em 08mmrotação Contudo os controladores de avanços métricos são diferentes devendose verificar no manual do controlador a forma adequada Relacionadas às velocidades Este código resulta na rotação do eixoárvore em rpm Ex S2000 M03 determina a rotação do eixo árvore em 2000rpm Palavrascódigo T Palavrascódigo F Palavrascódigo S Podem ser usadas para representar o número da linha de endereço embora não seja obrigatória Também podem indicar o número de entrada ou repetição de uma determinada operação Ex N 025 indicando número da linha N10 divide a profundidade total de corte em 10 partes Palavrascódigo N Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 O controle dos movimentos da ferramenta de corte durante o processo de produção de uma peça por meio do sistema CNC se dá a partir de um sistema de coordenadas cartesianas que podem ser absolutas ou incrementais De acordo com a imagem a seguir indique a opção que define adequadamente tais coordenadas A Parabéns A alternativa D está correta Coordenadas absolutas estão relacionadas ao ponto zero do programa ou da peça Já as incrementais utilizam as coordenadas da posição anterior como referência Questão 2 Determine as coordenadas cartesianas para os pontos A B C D e E Coordenadas incrementais utilizam as coordenadas da posição posterior como referência B Coordenadas absolutas utilizam as coordenadas da posição anterior como referência C Coordenadas incrementais estão relacionadas ao PZP ou seja cada coordenada está relacionada à sua distância até o ponto zero onde X0 Y0 e Z0 D Coordenadas absolutas apresentam cada coordenada relacionada à sua distância até o ponto zero E Coordenadas incrementais e absolutas são opostas A A X10000 Z50000 B X65000 Z92500 C X65000 Z12000 D X00000 Z 96000 E X00000 Z50000 Parabéns A alternativa B está correta Temos que X Z A 0 5 B 65 925 C 65 12 D 0 96 E 1 5 A X00000 Z50000 B X65000 Z92500 C X65000 Z12000 D X00000 Z96000 B A X00000 Z50000 B X65000 Z92500 C X65000 Z12000 D X00000 Z 96000 E X10000 Z50000 C A X10000 Z50000 B X00000 Z96000 C X65000 Z12000 D X65000 Z92500 E X00000 Z50000 D A Z00000 X50000 B Z65000 X92500 CZ 65000 C12000 D Z00000 X 96000 E Z10000 X50000 E A X00000 Z50000 B X65000 Z92500 C X65000 Z12000 D X00000 Z96000 E X10000 Z50000 E X10000 Z50000 3 Indústria 40 e impacto na produção Ao nal deste módulo você será capaz de analisar a Indústria 40 e seu impacto na produção industrial Vamos começar Você sabe como a produção será impactada pela Indústria 40 Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais conceitos e aspectos que devem ser observados neste módulo Indústria 40 Denominase Revolução Industrial todos os períodos que registram grandes avanços tecnológicos Vamos conhecer melhor esses períodos Indústria 10 1a Revolução Industrial Com início no final do século XVIII por volta de 1780 foi responsável pela saída do homem dos campos em direção às cidades em busca de melhores condições de vida Ela está associada à mecanização da produção pelo aperfeiçoamento das máquinas a vapor Indústria 20 2a Revolução Industrial Deuse no final do século XIX e foi caracterizada pelo advento da energia elétrica e uso de combustíveis fósseis nos meios de produção em massa e a utilização do aço nestes processos A Indústria 40 tem dentre as tecnologias envolvidas a Inteligência Artificial IA a Realidade Aumentada AR a Internet das Coisas IoT Machine Learning Big Data entre outras Atualmente já se fala em Internet do Corpo Humano IoB como uma realidade cada vez mais presente O desenvolvimento tecnológico dos últimos anos levou a grandes transformações na indústria e nos processos de produção Tal desenvolvimento trouxe como consequência processos cada vez mais rápidos precisos e com menos desperdício tornandoos mais sustentáveis e com uma grande redução de custos Para se alcançar esses resultados é imperativo a criação de empresas mais competitivas que acompanhem as tendências do desenvolvimento tecnológico e necessidades do mercado bem como o investimento em inovação e acompanhar as evoluções Existem ainda empresas que continuam utilizando processos obsoletos e ultrapassados de fabricação e portanto não são competitivas frente aos modernos processos e suas vantagens inerentes Indústria 30 3a Revolução Industrial Deuse final do século XX e foi caracterizada pela aplicação de sistemas eletrônicos para a automatização de processos e consequentemente levando ao aumento da capacidade de produção Indústria 40 4a Revolução Industrial Deuse no início do século XXI no momento em que se passou a agregar aos sistemas de produção grandes avanços tecnológicos nas áreas de automação controle e tecnologia da informação tornandoos mais eficientes e autônomos Várias empresas se destacam no mercado por seu investimento em tecnologia visando à melhoria dos processos e logística redução do tempo e por fim resultando na satisfação do cliente em um nível mais alto A Amazon por exemplo se tornou um modelo por ser uma das grandes empresas do mercado que se destaca pelo alto investimento em tecnologia Um estudo realizado pela Confederação Nacional da Indústria CNI avalia que o Brasil demorará mais de cinquenta anos para alcançar o PIB de países desenvolvidos caso mantenha a média de crescimento do PIB da década passada Ainda de acordo com a CNI a redução desse prazo poderia ser obtida pela expansão do setor industrial que apresenta um impacto direto no desenvolvimento de inovações tecnológicas O estudo também destaca o importante papel da Indústria 40 na mudança desse cenário tornando a indústria nacional mais competitiva no cenário global O objetivo principal quando se pensa numa produção utilizando o desenvolvimento da Indústria 40 é buscar uma alteração de todo sistema de produção interconectando os equipamentos industriais possibilitando que estes consigam alterar suas próprias programações frutos de mudanças que possam ocorrer tanto dentro da própria indústria como também fora do ambiente industrial Essa interconexão é o que possibilita a junção dos ambientes físico e virtual Discutir a Indústria 40 atualmente significa entender toda transformação social que ela causa Essa transformação é experimentada em termos de mudança comportamental das pessoas materializada em um nível de aceitação dessa evolução A Indústria 40 permite alcançar maior agilidade dos processos garantir uma autonomia de ações e assim atingir a eficiência desejável em todo processo Princípios da Indústria 40 Visando à implementação e ao desenvolvimento da Indústria 40 foram definidos seis princípios como um norte para este segmento Tempo real Um dos gargalos que dificultam a tomada de decisão é o acesso a informações relevantes que traz como consequência um forte impacto na cadeia de produção O advento da Indústria 40 permite a possibilidade de obter analisar e armazenar uma enorme quantidade de dados trazendo praticidade em todos os níveis desde o operacional até o estratégico Virtualização Consiste no monitoramento em tempo real de todas as etapas do processo de forma virtual por meio de identificadores sensores em várias etapas Este princípio permite uma correção muito mais rápida em qualquer problema que possa ocorrer no processo por meio de ações preventivas e corretivas de eventos indesejáveis Descentralização Esse princípio é totalmente baseado no aprendizado de máquina a qual é capaz de se autocorrigir ou se ajustar por meio dos dados obtidos e gerados por ela própria Orientação a serviços Consiste na utilização de softwares que ajudam a monitorar o processo interligando os diversos setores de maneira eficiente Modularização A modularização industrial tornouse uma importante ação visando desacoplar segmentos que não estejam sendo utilizados ou mesmo acoplar novos segmentos na produção Ressaltase que a indústria que trabalha com linha de montagem não possibilita essa ação tão facilmente Interoperabilidade Consiste na sinergia entre os softwares que operam as máquinas bem como entre as máquinas e os seres humanos É a utilização da Internet das Coisas na área industrial Tecnologias utilizadas na Indústria 40 A tecnologia é a principal ferramenta da Indústria 40 Essa inovação é que direcionou todo esse novo processo de produção industrial Vejamos a seguir algumas das tecnologias que embasaram esse avanço tecnológico Essa inovação permitiu que as máquinas pudessem ganhar autonomia Fez com que também pudessem operar tomando decisões sem o auxílio do homem Para gerar essa autonomia muitos dados tiveram que ser inseridos nos programas Anteriormente os dados eram guardados em instrumentos que permitiam pouca armazenagem e segurança Atualmente o armazenamento é feito de forma remota dito na nuvem e para seu acesso basta que se tenha conexão à Internet Inteligência artificial Armazenamento em nuvem Segurança da informação Para que se possa trabalhar com essa grande quantidade de dados inseridos as informações precisam estar seguras garantindo privacidade principalmente às empresas quanto às suas ações e produções É a tecnologia que garante todo o processamento desses dados desde a coleta até a geração de informações que podem assessorar a tomada de decisão seja pelo homem ou pela própria máquina É o que permite todo esse envolvimento tecnológico conectando objetos via Internet e garantindo o acesso a diversos equipamentos É o cérebro da Indústria 40 Produção na Indústria 40 O termo Indústria 40 surgiu de um projeto alemão apresentado na Feira de Hannover em 2011 chamado Platform Industrie 40 A implantação da Indústria 40 na produção industrial teve como base a união da informatização da automação aliada a uma nova visão digital de negócios Esse processo permitiu integrar todo o sistema produtivo por meio da combinação de novas tecnologias transformando o processo produtivo de forma a conseguir aumentar a produtividade com resultados precisos e gerenciamento remoto de todo o sistema de produção O avanço tecnológico aliado à aplicação de Inteligência Artificial IA aos sistemas de produção possibilita a automação dos processos produtivos permitindo uma visão ampla de tais processos e seu controle sendo possível a identificação Big Data Internet das coisas imediata de falhas durante a fabricação e por conseguinte a otimização da qualidade do produto produzido Além disso a IA poderá auxiliar na tomada de decisões mas não poderá definilas Portanto é preciso ter bom senso e sensibilidade para se avaliar quando a conduta proposta pela Inteligência Artificial não é a mais interessante para a empresa O aumento da lucratividade da empresa também é um fator importante a ser considerado Vale ressaltar que a redução de erros no processo de manufatura está diretamente relacionada ao aumento de velocidade de produção e à redução de perdas desperdícios A automação ainda reduz a necessidade de trabalho manual impactando significativamente na redução do índice de acidentes de trabalho e evitando o afastamento de profissionais em decorrência de acidentes de trabalho Mas qual o impacto da Indústria 40 nos processos de usinagem Os processos de usinagem acompanham o movimento dos demais rumo à automação de máquinas com processos mais controlados interligados e inteligentes resultando em menos erros e desperdícios assim como o aumento de produção e menor índice de acidentes de trabalho de modo que o homem só participará do processo eventualmente em casos esporádicos que requiram sua intervenção Um importante fator positivo advindo de todo o avanço tecnológico que acompanha a Indústria 40 está relacionado à manutenção Horas de máquinas paradas impossibilitadas de operar independentemente da causa impactam negativamente nos resultados da empresa Comentário Por meio da adoção de sistemas de manutenções preventivas permitese um processo de manufatura mais contínuo eliminando períodos de máquinas paradas e reduzindo os custos com manutenção Nestes processos mais modernos e integrados a grande quantidade de dados possíveis de serem trabalhados com Big Data permite que eventuais problemas possam ser detectados e corrigidos rapidamente A economia de energia também pode ser outro ponto de destaque A utilização da energia de forma inteligente por meio da utilização de sensores permite o controle de utilização da energia de forma inteligente sendo ativada apenas quando demandada o que gera uma economia na energia necessária para a produção tornado o processo mais sustentável O controle de qualidade das peças produzidas é feito em tempo real concomitantemente com a produção de forma que qualquer ajuste ou correção necessária seja realizada evitando a produção de peças fora dos padrões previstos e desperdícios desnecessários Não se trata simplesmente da automação das máquinas otimizando os resultados e a produção mas de integrar no futuro homensmáquinasrobôs trabalhando em conjunto a fim de alcançar os melhores resultados de produção e segurança Ressaltando que todo o controle poderá ser realizado de forma remota Mas para que toda esta tecnologia e todos os benefícios destes processos inovadores de produção sejam bemsucedidos é preciso investimento tanto em tempo quanto em infraestrutura Primeiramente é preciso avaliar a nova logística da produção para se obter os melhores resultados de produção como instalação de sensores e conexão de máquinas e equipamentos à rede assim como redução de custos com energia e perdas na produção Os sensores permitirão que todo o processo produtivo seja controlado e possibilitará o monitoramento de falhas e necessidade de ajustes feitos em tempo real levando a resultados de produção muito superiores aos sistemas convencionais A utilização de robôs nos processos de produção apresentou um grande desenvolvimento nos últimos anos e atualmente os robôs convencionais estão sendo substituídos pelos robôs mais modernos capazes de desempenhar várias tarefas ao mesmo tempo Esses robôs realizam processos altamente precisos e por serem mais seguros é possível que interajam com os trabalhadores no mesmo ambiente sem a necessidade de estações de trabalho específicas isoladas Reexão Ainda é necessário um alto nível de investimento no desenvolvimento da Indústria 40 no Brasil para que se possa minimizar a diferença de capacidade produtiva das empresas nacionais tornandoas mais competitivas frente às empresas internacionais Sustentabilidade e mercado de trabalho na Indústria 40 Apesar de todo o avanço tecnológico e ganhos na velocidade e controle da produção a Indústria 40 ainda não consegue impactar diretamente na sustentabilidade Isso ocorre pois a sustentabilidade envolve diversos valores que muitas vezes não estão relacionados ao processo produtivo O crescimento do consumo faz com que sistematicamente não haja tempo de renovação de recursos naturais impactando de forma negativa na sustentabilidade Isso também impacta a biodiversidade recursos não renováveis entre outros A solução para tais problemas está relacionada diretamente à conscientização de empresas buscando novos processos e matériasprimas com impactos mais sustentáveis mas também está relacionada à conscientização do consumidor Atualmente com o apelo de políticas ambientais e de uma conscientização dos consumidores muitas empresas buscam adotar medidas mais sustentáveis a fim de agradar seu público e agregar valor à imagem da empresa Na velocidade que as empresas vêm adotando essa tecnologia haverá falta de milhões de profissionais qualificados para trabalhar nas indústrias nas próximas duas décadas Isto se deve ao fato de que as atividades simples como montagens e encaixes repetitivos que não demandam muito grau de conhecimento serão substituídas por operações automatizadas na Indústria 40 Todavia este novo modelo de produção necessita de profissionais capacitados para operar tais máquinas assim como para atividades estratégicas e para gerenciamento de projetos Existe um temor muito grande do desemprego gerado pela Indústria 40 Contudo a verdade é que o profissional precisará se capacitar para a nova realidade considerando que tarefas mais simples e rotineiras serão realizadas pelos robôs já aquelas que demandam raciocínio e tomadas de decisões serão realizadas pelo homem Falta pouco para atingir seus objetivos Vamos praticar alguns conceitos Questão 1 Dentre as afirmações a seguir sobre as tecnologias empregadas na Indústria 40 determine as que estão corretas I A Inteligência Artificial permite que os equipamentos possam ter autonomia nos processos II Big Data está relacionado ao fato de a Internet ser utilizada para a conexão dos objetos garantindo uma sincronia das ações III A Segurança da Informação consiste na garantia de que os dados sejam tratados de forma segura Parabéns A alternativa D está correta A Somente I B Somente II C Somente III D I e III E I e II A afirmativa I está correta porque a Inteligência Artificial é a inovação que permitiu essa autonomia às máquinas A afirmativa II está incorreta pois a definição dada seria para a Internet das Coisas A afirmativa III está correta uma vez que a Segurança da Informação é a prática que garante a privacidade dos dados Questão 2 Com relação à expectativa de aumento do desemprego devido ao avanço da Indústria 40 é correto afirmar que Parabéns A alternativa D está correta Nas próximas duas décadas haverá uma falta de profissionais qualificados para atuar de modo adaptado às demandas do momento operações típicas da Indústria 40 ou seja ações que envolvem A o profissional não precisa se preocupar com as mudanças trazidas por ela tendo em vista que o robô é incapaz de executar tarefas com o mesmo nível de precisão que o homem B o profissional não precisa se preocupar para a nova realidade do mercado tendo em vista que no Brasil o índice de desemprego é nulo e todos os profissionais serão realocados em novas empresas C o profissional não precisará se adaptar à nova realidade do mercado tendo em vista que o Brasil não tem interesse em investir na Indústria 40 D o profissional precisará se capacitar para a nova realidade do mercado deixando de executar as tarefas repetitivas e rotineiras e se preparando para tarefas que demandam raciocínio e tomadas de decisões E o profissional precisará se capacitar para a nova realidade do mercado procurando novas áreas de trabalho pois as fábricas funcionarão apenas com os robôs tomada de decisão criação de estratégias e gerenciamento de projetos Apesar de existir um temor sobre o futuro do emprego na Indústria 40 os profissionais precisam apenas se capacitar para essa realidade próxima tendo em mente que tarefas mais rotineiras serão postas em prática por robôs e as que envolvem tomada de decisão serão realizadas pelo homem Considerações nais Primeiramente trouxemos para análise a evolução das máquinasferramentas e a Indústria 40 Abordamos pontos importantes como o desenvolvimento tecnológico processos de usinagem CNC os principais tipos de máquinasferramentas CNC e centros de usinagem Analisamos os princípios de programação CNC aplicados às máquinasferramentas Foram abordados também conteúdos como definição do ponto zero e sistemas de coordenadas movimentos dos eixos e palavrascódigo Por fim evidenciamos a Indústria 40 mostrando a evolução industrial até chegar ao atual estágio Foram mostrados os princípios que norteiam esta nova Revolução Industrial bem como as tecnologias mais empregadas Além disso tratamos de pontos como sustentabilidade e o mercado de trabalho na Indústria 40 Assim você conheceu o funcionamento de máquinas CNC e suas vantagens em relação às máquinas ferramentas de controle mecânico além de compreender o conceito e o impacto da Indústria 40 nos processos de produção Podcast Escute agora uma entrevista sobre os principais tópicos do tema Explore Para ampliar as discussões trazidas neste conteúdo sugerimos a leitura dos seguintes artigos Comparação entre centros de usinagem CNC para a microusinagem de geometrias complexas de Taiuê Cavalheiro Hoffmann Jorge Santos e Adriano Fagali de Souza publicado em 2017 Indústria 40 desafios e oportunidades publicado na Revista Produção e Desenvolvimento em 2018 Indústria 40 competências requeridas aos profissionais da quarta Revolução Industrial de Regina Wundrack do Amaral Aires Fernanda Kempner Moreira e Patricia de Sá Freire Referências FITZPATRICK M Introdução aos processos de usinagem Série Tekne Porto Alegre Bookman 2013 KIMINAMI C S DE CASTRO W B DE OLIVEIRA M F Introdução aos processos de fabricação de produtos metálicos São Paulo Blucher 2013 SÁTYRO W C et al Indústria 40 conceitos e fundamentos São Paulo Blucher 2018 SILVA S D da CNC programação de comandos numéricos computadorizados torneamento 4 ed São Paulo Érica 2002 SUH S et al Theory and design of CNC systems Berlim Springer Science Business Media 2008 Material para download Clique no botão abaixo para fazer o download do conteúdo completo em 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