8- APALPADORES PARA MÁQUINAS CNC

1 - O APALPADOR DE MEDIÇÃO

A palavra "apalpador" é encontrada em literaturas estrangeiras como "probe" (inglês) e "messtaster" (alemão).

CONCEITO IMPORTANTE: Centro de usinagem é um equipamento de alto investimento e sua função é retirar cavaco. É isto que agrega valor ao produto processado. O apalpador somente deverá ser utilizado como um recurso na solução de um problema ou como uma proteção ao processo, nunca para medir com objetivo de efetuar um controle dimensional. Este controle deve ser feito fora do centro de usinagem em máquinas específicas destinadas exclusivamente à esta tarefa.

O apalpador de medição é um instrumento eletrônico que trabalha tocando uma superfície, visando reconhecer a real posição desta, em relação a algum ponto de origem, num determinado eixo do sistema de coordenadas cartesianas da máquina ou da peça.

Para realizar a medição, o apalpador toca a superfície medida com ponta de medição. Quando ocorre o toque, internamente é gerado um sinal que é enviado à máquina através de placas eletrônicas. Este sinal é recebido pelo comando CNC através de uma interface do apalpador com um outro aparelho receptor da máquina. Esta ação de contato da ponta com a superfície, gerando o sinal de medição é conhecida popularmente como "Trigger", palavra de origem inglesa.

Ao receber o sinal, um software específico registra o valor recebido dentro de uma determinada variável (parâmetro) correspondente ao eixo medido. Este valor é a posição medida no eixo em relação a uma origem pré-determinada.

O apalpador de medição é montado em uma máquina CNC, seguindo as mesmas regras de registro e gerenciamento de uma ferramenta de corte normalmente usada no processo de usinagem.

Quando carregado ao fuso da máquina, o apalpador usa todas as funções de troca e compensação que são utilizadas em uma ferramenta de corte normalmente usada. Exemplo de aplicação em Fanuc:

.........

N1490 ......

N1500 T1 M6 (troca ferramenta)

N1510 G54 G90 G17 G0 X100 Y200 Z300 (posiciona XYZ)

 

N......

As movimentações para medições e registro de informações medidas, são realizadas por funções apropriadas como: G31 em comandos Fanuc e MEAS em Siemens. Para esta tarefa, na maioria das vezes, utilizam-se sub-rotinas específicas como O9810, O9812, etc. em Fanuc e L3001, L3002, etc. em Siemens, descritas com melhores detalhes adiante.

2- APLICAÇÕES DO APALPADOR EM MÁQUINA CNC

a) - Reconhecer a posição exata da peça no dispositivo de fixação

Quando se realiza um processo de usinagem com um dispositivo de fixação que não garanta a repetibilidade de posicionamento da peça de um ciclo para outro, a origem da peça (Zero Peça) do sistema de coordenadas cartesianas de cada ciclo é localizada em posições diferentes da peça.

Neste processo, a usinagem também varia em ralação ao fundido (bloco/matéria-prima), fazendo com que aconteçam diversos problemas. O maior deles é o aparecimento de falhas na superfície usinada.

Neste caso, de um lado da peça foi retirado material em excesso, faltando material para a usinagem do outro lado, provocando erros dimensionais e geométricos no produto final acabado.

Quando o material é retirado em excesso, acontece uma sobrecarga na condição normal de trabalho da ferramenta, fazendo com que a vida útil da mesma seja drasticamente reduzida. Outro fator é o acabamento superficial que devido à sobrecarga, pode provocar vibrações e riscos e - mesmo com uma usinagem posterior de acabamento - ainda permanecem na superfície final.

Para eliminar este problema, um apalpador de medição é colocado no início do processo de usinagem, como uma primeira ferramenta.

Sua função é apalpar a peça em locais estratégicos, reconhecendo a real posição da peça em relação à origem zero máquina. Com esta medição, nova origem zero peça é definida. Neste caso, as coordenadas de usinagem são posicionadas com base nas superfícies encontradas pela apalpação com a real localização da peça.

Uma região da peça muito comum para a realização desta operação é a apalpação de um furo, onde a medição é feita em quatro pontos internos na defasagem de 90º de um para outro, na seqüência cruzada de 180º de uma medição para outra. Assim, é definido o centro real deste furo, onde é definido um novo centro de origem do sistema de coordenadas peça (zero peça).

 

Outro exemplo é a apalpação de duas superfícies perpendiculares ou inclinadas, onde o ponto de cruzamento destas duas retas é considerado a nova origem do sistema de coordenadas cartesianas para a usinagem da peça.

Após a apalpação, com o reconhecimento exato da posição real da peça, a usinagem será realizada segundo uma origem orientada pelo material e não pelo dispositivo de fixação. Conseqüentemente, se obterá uma usinagem bem distribuída em torno do furo ou superfície de referência. Isto também fará com que a usinagem seja realizada com a retirada do cavaco numa profundidade uniforme, gerando uma melhor condição de obtenção das dimensões e tolerâncias geométricas desejadas, além de um melhor acabamento superficial.

b) Localizar centro ou superfície da matéria-prima (fundido, barra, chapa, bloco etc.)

Quando o fornecimento da matéria-prima em fundidos ou similar (barras, chapas, blocos etc.) não tem a qualidade compatível com a que o processo necessita, ou quando os equipamentos de corte de barras ou chapas, da mesma forma, não garantem a repetibilidade geométrica nem dimensional, tem-se, então, um sério problema de fornecimento da matéria-prima.

É muito comum as justificativas para má qualidade como: os preços baixos sem concorrência no mercado; o custo-benefício deste problema ainda compensa os problemas que temos, em relação a outro de melhor qualidade com custo muito superior etc. Para conviver com um problema desses, sem alterar a qualidade do produto final usinado, utiliza-se o apalpador de medição no processo de usinagem.

Quando existe variação geométrica ou dimensional da matéria-prima, de um ciclo para outro, a origem do sistema de coordenadas cartesianas é localizada em posições diferentes da peça.

Neste processo, a usinagem também varia em relação ao fundido (bloco de matéria-prima), fazendo com que aconteçam diversos problemas idênticos aos citados anteriormente quando da variação da repetibilidade de posicionamento por dispositivo de fixação. Da mesma forma anteriormente citada é aplicado o apalpador de medição para solução do problema.

Então, a usinagem é realizada segundo uma origem orientada pelo material, considerando suas imperfeições e, como conseqüência, uma usinagem bem distribuída em torno desta origem.

c) Reconhecer localização de peças vindas de outras máquinas (tornos, fresadoras etc.)

Na seqüência de usinagem de um processo de fabricação, certas operações precedem outras. É muito comum que uma operação realizada num centro de usinagem seja executada após uma operação de torneamento ou fresamento.

Os dispositivos para fixar peças em centros de usinagem, mesmo se bem-projetados e bem-construídos, garantem dentro de certos limites uma boa localização e repetibilidade de posicionamento. Estes dispositivos, na maioria das vezes, não atendem as tolerâncias solicitadas nas peças em relação a uma usinagem anterior. Então, esta usinagem gera um número muito grande de refugos e retrabalhos.

Para garantir uma seqüência da usinagem de qualidade, aplica-se o apalpador de medição no início do processo, como se fosse uma primeira ferramenta. Sua função é apalpar a peça em superfícies previamente usinadas, reconhecendo a real posição da usinagem anterior em relação à origem de referência. Esta medição vai fazer com que a nova definição da origem zero peça seja feita com grande precisão, baseada na usinagem anterior. Neste caso as coordenadas de usinagem, serão de posicionamentos com base nas superfícies encontradas pela apalpação real da peça pré-usinada.

Com este processo de apalpação, garante-se uma usinagem bem-distribuída em relação às dimensões e tolerâncias da peça previamente usinada.

  1. Conferir Medida Importante

Se dentro de um histórico de produção, observa-se que determinada característica de usinagem é responsável pela rejeição de peças numa inspeção realizada em final de processo, evidencia-se um grande prejuízo. Este fato poderia ser detectado durante o processo, evitando perda de tempo posterior.

A indicação é que as causas deste refugo sejam eliminadas no processo de usinagem, mas, enquanto não se tem uma solução, aplica-se o Apalpador de Medição. Sua tarefa é medir a característica que acabou de ser usinada. Se detectado o erro, interrompe-se o processo neste exato momento, evitando desperdícios de tempo de usinagem em peças que já estão refugadas. Quando as peças estão aprovadas, é dada a seqüência normal no processo de usinagem.

Conforme o tipo de característica medida, normalmente utilizam-se sub-rotinas apropriadas para cada medição, por exemplo: furos, canais, nervuras, cantos, planos, pinos, inclinações etc.

Note que a medição na máquina é improdutiva, por não agregar valor à peça. Portanto, só deve ser feita em situações especiais.

  • e) Selecionar o Programa CNC da Peça em Processo

    Um processo em um centro de usinagem pode ser otimizado com a realização da usinagem de peças diferentes no mesmo turno de trabalho. Então os modelos diferentes utilizam-se de programas CNC diferentes para cada peça. Se o comando CNC não conseguir gerenciar mais de um programa CNC para cada mesa de trabalho e nem mesmo consiga reconhecer automaticamente qual é a peça (programa) que está entrando na área de trabalho para usinagem, a seleção do programa a ser processado é feita pelo operador da máquina.

    Muitas vezes ocorre que o operador equivocadamente escolhe um programa errado e acontece uma colisão, provocando muito prejuízo, pois a máquina vai processar um programa que não corres)ponde a peça que está na área de trabalho.

    Neste caso, o mais indicado é utilizar-se dos recursos do apalpador para realizar a seleção da peça (programa), através de um simples toque em uma superfície com dimensão conhecida. De acordo com a medida encontrada, há um desvio de sentença no programa CNC gerenciador, saltando para a linha de processamento correspondente ao programa desta peça, como se fosse uma sub-rotina. Com isto reduz-se o tempo do operador na seleção a cada peça carregada e, principalmente, elimina-se o risco de colisão.

    Por exemplo: num centro de usinagem está sendo realizada a usinagem de blocos de motores. O dispositivo de fixação admite a fixação dos cinco modelos de blocos: quatro cilindros modelo A, modelo B e modelo C e de seis cilindros modelo A e modelo B. Esta linha de centros de usinagem alimenta a linha de montagem de motores.

    Para que nenhum setor da montagem seja afetado com falta de blocos, os mesmos alimentam os centros de usinagem por meio de uma esteira linear. O fluxo de fundidos é feito com os modelos misturados sem nenhum critério.

    Ao carregar a estação de carga da máquina com um determinado modelo, o operador vai até o painel da máquina e seleciona o programa correspondente àquele modelo carregado no palete. Quando a peça é levada à estação de trabalho, o programa selecionado é processado e usina o bloco.

    Com a introdução do processo de apalpação, o operador não tem mais esta tarefa de seleção. O apalpador é introduzido no fuso da máquina no início de cada ciclo de usinagem e apalpa a lateral do bloco. Caso encontre a medida entre 400 mm a 450 mm, "sabe" que se trata do bloco 4 cilindros modelo A, se encontrar medida entre 470 mm e 530 mm, "sabe" que se trata do 4 cilindros modelo B, e assim por diante. Através de um desvio condicional "IF" o processamento salta para a sentença correspondente a execução da sub-rotina correspondente ao bloco a ser usinado.

  • f) Corrigir posição da peça rotacionando o eixo da mesa

    Muitos erros de posicionamento da peça para usinagem são corrigidos por ações baseadas em medições realizadas com Apalpador de Medição.

    Quando existe variação na repetibilidade de posicionamento de uma peça fixada na mesa da máquina (palete) no sentido de giro do palete (eixo B em centros de usinagem horizontais e C nos verticais), pode-se corrigir este erro com giro no ângulo correspondente ao erro encontrado na apalpação da face da peça. A apalpação frontal é realizada em dois pontos em uma distância conhecida. Baseado na diferença das medidas encontradas entre os dois pontos na medição frontal, processa-se um cálculo trigonométrico via programa CNC que coloca em uma variável o valor angular do erro na face. Na seqüência é solicitado um giro do palete no valor do ângulo carregado dentro desta variável.

    Com isto, a peça fica alinhada perpendicularmente ao fuso e a usinagem é iniciada com a peça na posição correta. Por exemplo, se encontrado um desvio de 6 graus, este é carregado na variável como:

    N1490 #750=6 (Fanuc)

    ou

    N1490 R750=6 (Siemens).

     

    O giro do palete deve ser com:

    N1500 G0 B#750 (Fanuc)

    ou

    N1550 G0 B=DC(R750) (Siemens).

    A partir de N1560..... é iniciada a usinagem.

     

    g) Corrigir posição rotacionando o sistema de coordenadas (G68 Fanuc ROT Siemens)

    Quando existe variação na repetibilidade de posicionamento de uma peça fixada na mesa da máquina (palete) no sentido de tombamento palete (rotação do eixo C em centros de usinagem horizontais), pode-se corrigir este erro com giro no ângulo correspondente ao erro encontrado na apalpação horizontal da peça. A apalpação pelo eixo vertical Y é realizada em dois pontos em uma distância conhecida. Baseado na diferença das medidas encontradas entre os dois pontos na medição vertical, processa-se um cálculo trigonométrico via programa CNC que coloca em uma variável o valor angular do erro no sistema de coordenadas cartesianas. Na seqüência é solicitado um giro do sistema de coordenadas "Zero Peça" no valor do ângulo carregado dentro desta variável.

    Com isto, o sistema de coordenadas fica posicionado de acordo com a posição da peça e a usinagem é realizada acompanhando a posição da mesma.

    Por exemplo, se encontrado um desvio de 6 graus, este é carregado na variável como:

    N1490 #750=6 (Fanuc)

    ou

    N1490 R750=6 (Siemens).

    O giro do sistema de coordenadas cartesianas deve ser programado:

    N1500 G68 X0Y0 R#750 (Fanuc)

    ou

    N1500 ROT RPL=R750 (Siemens).

    A partir de N1560..... é iniciada a usinagem com o sistema de origem rotacionado em 6 graus. Após a usinagem, para desligar a rotação do sistema de coordenadas cartesianas deve ser programado:

    N2500 G68 X0Y0 R0 (Fanuc)

    ou

    N2500 TRANS (Siemens trans cancela todos os frames).

    N.........

    h - Verificar se algum componente existe em um local


    Embora não seja uma condição indicada, em alguns casos existe a necessidade de o operador interrompa o ciclo de usinagem para remover um grampo de fixação ou outro componente do dispositivo. Isto às vezes ocorre porque uma usinagem pesada não pode ser feita sem um apoio numa determinada região que posteriormente também receberá usinagem. Então logo após esta solicitação de esforço, o programa CNC deve ser interrompido (normalmente com M0) e este grampo removido para que esta usinagem seja realizada sem obstruções.

    Caso o operador esqueça de remover este grampo, haverá obstrução de movimento e acontecerá uma colisão da ferramenta com o mesmo. Para garantir a segurança do processo, é introduzido o apalpador no fuso da máquina antes que a ferramenta que realizará tal usinagem entre em operação.

    O apalpador deverá deslocar-se procurando tocar o grampo. Caso ele toque o grampo, houve medição e o processo será interrompido por um desvio de programa. Caso não encontre, não haverá medição e então o programa CNC é processado normalmente na seqüência de usinagem. 

    i - Checar se um fundido tem ou não tem determinada parte (ex: furo, bolacha, ressalto, rebaixo, etc.)

    Quando existe o risco de recebimento de peças fundidas fora de especificação, que às vezes vêm faltando partes, como um furo importante, um ressalto, ou uma nervura. Ou ainda partes que deveriam existir, como um ressalto em local errado, flange fora de local, pode haver conseqüências graves ao processo. Inclusive colisões. Exemplificando uma das situações acima: tem-se uma barra de mandrilar "caríssima" que entra em processo e desloca-se em avanço rápido para mandrilar um furo que por acaso não existe no fundido, mas que em condições normais deveria existir. A colisão é certa!

    Para garantir a segurança do processo, o apalpador é introduzido ao fuso da máquina antes que a ferramenta que realizará tal usinagem entre em operação. O apalpador deverá deslocar-se procurando penetrar o furo. Caso o apalpador toque a peça, houve medição e o processo será interrompido por um desvio de programa, pois o furo que deveria haver neste local inexiste. Caso não encontre superfície para apalpar, não haverá medição e então o programa CNC é processado normalmente na seqüência de usinagem, pois o furo existe neste local. Com este conceito pode-se verificar a existência ou não das partes e características num determinado local da peça. 

    j - Reconhecer a quantidade de sobremetal de usinagem

    Quando numa usinagem houver sobrecarga de esforço em uma das faces por excesso de sobremetal, no outro lado da peça pode haver menos material para remoção, acarretando um esforço de corte mínimo, ou mesmo a falta de material, o que acarretará falhas de usinagem na superfície. Este processo produzirá muitas peças refugadas, além da sobrecarga na máquina e na ferramenta de corte. Com isto haverá uma redução na vida útil da máquina e um aumento nos custos de produção.

    Aplica-se o apalpador de medição no início do processo para verificar a quantidade de sobremetal e efetuar a divisão do mesmo para que a usinagem seja realizada com um equilíbrio de esforço em ambas as faces. Pode também definir o sobremetal de forma constante. Por exemplo, define-se o sobremetal de 3 mm numa face. Apalpa-se a superfície bruta e armazena-se o valor da coordenada encontrada em uma variável. Se a usinagem final desta superfície for, por exemplo Z0 (eixo "Z" zero), considera-se este valor Z0 a 3 mm para dentro da superfície apalpada. 

    OUTROS - Inúmeras outras situações podem justificar as aplicações de um apalpador de medição. Cada situação deve ser avaliada e uma nova solução deve ser buscada. De acordo com a criatividade do programador, o apalpador de medição deve ser empregado no sentido de PROTEGER ou OTIMIZAR o processo.

    l) Importante - "Centro de usinagem é um equipamento cujo investimento justifica sua principal função que é retirar cavaco. É a remoção de cavaco que agrega valor ao produto processado. O apalpador somente deve ser usado como recurso na solução de um problema, na otimização ou como proteção do processo.

    Exceto numa situação extremamente especial, ´nunca utilizar o apalpador para medir´, com objetivo de efetuar controle dimensional. Este controle deve ser feito fora do centro de usinagem em máquinas específicas destinadas exclusivamente a esta tarefa".

    (*) Fernando Cassaniga é instrutor da Heller - cnctecnologia@terra.com.br 


    Se preferir, PROCURE NA LIVRARIA MAIS PRÓXIMA, e se não encontrar em prateleira, faça no balcão desta sua livraria um pedido , fazendo a gentileza de passar nosso telefone/E-mail, para nos peçam e que recebam rapidamente nossos livro e você possa tê-los em mãos para conhecê-lo e depois comprá-los pessoalmente.
    SOLICITE  também NOS BALCÕES DOS GRANDES MAGAZINES e HIPERMERCADOS em que faz suas compras de abastecimento.


    CNC Tecnologia Livraria e Editora Com. e Serv. Ltda. ME.

    FONE / FAX 
    (0XX15) 3232-2982 ou à Rua Dr. PEREIRA DA ROCHA, 76
    VILA HORTÊNSIA - SOROCABA SP CEP 18020-050 OU
    E-MAIL :
    cnctecnologia@terra.com.br


    CLIQUE AQUI PARA VOLTAR