SISTEMAS PRODUTIVOS II ENG 09014
Dia 11 de setembro
Cap. 7 controle numérico - introdução
PROFa. Giovana Savitri Pasa
[email protected]
2012-2
1
SISTEMAS PRODUTIVOS II ENG 09014
1)http://www.youtube.com/watch?v=SQRURZm-lsw
2)http://www.youtube.com/watch?v=RfnoAFW2L2c
3)http://www.youtube.com/watch?v=hthnzblFxyw
4)http://www.youtube.com/watch?v=UqO6L8CxSkU
5)http://www.youtube.com/watch?v=NMib3WqBq4k
6)
http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=kjYMt6PpoNU&feature
=endscreen
7) http://www.youtube.com/watch?v=NR50g3QFvp8
8) http://www.youtube.com/watch?v=Z4W-doPpuAA
2
CN Controle Numérico
3
Níveis de automação
5
1
2
3
4
Dispositivo
Máquina
Célula ou
Sistema
Planta
corporativo
Sensor,
atuador
Máquinas
individuais (CN),
esteiras
Grupos máquinas
( células, linhas)
Sistema de
Produção
Informações
corporativas
4
Controle Numérico - CN
“O Controle numérico (NC) é uma forma de
automação programável na qual as ações
mecânicas de um equipamento ou da
ferramenta de uma máquina são controladas
por um programa contendo dados
alfanuméricos codificados (GROOVER,
2001).”
5
Máquina-ferramenta
Máquina dotada de um conjunto de
ferramentas acionadas mecanicamente, e
que se destina a dar forma à matériaprima
6
CNC
As máquinas de CNC utilizam
sistemas de coordenadas para
posicionar um cabeçote (onde
está presa uma ferramenta) em
relação a uma peça que está
sendo processada.
7
CNC
8
Sistemas de coordenadas
Eixos das coordenadas
coordenadas Cartesianas
o plano horizontal definido como
xy
e o vertical como z.
9
Sistemas de coordenadas
peças planas são utilizados os eixos
x, y, z.
peças rotacionais cada eixo possui
também uma referência angular
eixo x  ângulo de rotação a
eixo y  ângulo de rotação b
e eixo z  ângulo de rotação c.
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Flexibilidade
A capacidade de modificar a
programação permite o uso de CNC na
produção de baixas e médias
quantidades.
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Os componentes básicos de um
sistema de CNC são:
um programa de instruções;
uma unidade de controle de
máquina (MCU);
e um equipamento de processamento
que realiza algum trabalho.
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programa de instruções
Comandos detalhados, em linguagem
de programação própria
especificam:
as posições relativas da
ferramenta em relação à peça
velocidades
ferramenta selecionada
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unidade de controle de máquina
(MCU)
Consiste de um microprocessador e
equipamentos de controle que
armazenam as instruções
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equipamento de processamento
É a parte mecânica
furações, laminações,
torneamento, montagens, soldas,
etc
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Sistema CNC
Equipamento de processamento
programa
MCU
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MCU - unidade de controle
Memória
CPU
Interfaces I/O
Barramento de
comunicação
Controles
das
ferramentas
Controles
da
máquinaferramenta
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MCU - unidade de controle
Memória
Sistema operacional
programas para fabricação das
peças
18
MCU - unidade de controle
CPU
Unidade de processamento central
similar ao computador
19
MCU - unidade de controle
Interfaces I/O
painel do operador
comunicação com outros computadores
comunicação com outros dispositivos
(robôs, esteiras, sensores,...)
20
MCU - unidade de controle
posicionamento
velocidade
Controles
das
ferramentas
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MCU - unidade de controle
Dispositivos de resfriamento
fixação da peça trabalhada
troca de ferramentas
Controles
da
máquinaferramenta
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MCU - unidade de controle
Memória
CPU
Interfaces I/O
Barramento de
comunicação
Controles
das
ferramentas
Controles
da
máquinaferramenta
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As máquinas de CN são mais
apropriadas para aplicação em:
– produção em pequenos e médios lotes;
– os mesmos lotes de produtos são produzidos
repetidamente e de forma aleatória;
– a geometria da peça é complexa;
– é necessária a remoção de grande quantidade de
material;
– são necessárias muitas operações em diferentes
máquinas para a produção da peça;
– as peças são caras.
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Vantagens
Redução de tempo não produtivo;
Maior precisão e repetibilidade;
Menores taxas de refugo;
Redução do nº de inspeções;
Facilita alterações de projeto;
As fixações das peças são facilitadas;
Possibilita menores lead times;
Reduz o inventário;
Requer menor espaço;
Reduz o nível de habilidade requerido do operador.
25
Robótica
industrial
I - 26
Níveis de automação
5
1
2
3
4
Dispositivo
Máquina
Célula ou
Sistema
Planta
corporativo
Sensor,
atuador
Máquinas
individuais (CN),
esteiras
Grupos máquinas
( células, linhas)
Sistema de
Produção
Informações
corporativas
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Robótica industrial
“Um robô industrial é uma máquina programável de
propósito genérico, que possui certas características
antropomórficas.”
(GROOVER, 2001).
“Robô é um equipamento multifuncional programável
projetado para movimentar e manipular materiais, partes,
ferramentas ou dispositivos especializados
através de movimentos variáveis programáveis
para execução de uma variedade de tarefas
especializadas.”
(RIA – Robot Institut of America).
28
Robótica industrial
“Os robôs são manipuladores de uso geral,
reprogramáveis,
de múltiplas funções e
que possuem algumas características dos seres humanos.”
(Gaiter e Frazier, 2001).
29
Outras características similares
ao homem:
Além das características como forma (braço, corpo),
também...
Capacidade de responder a entradas sensoriais
capacidade de comunicar-se com outras máquinas
Possibilidade de tomar decisões.
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Similaridades CN e robótica
O CN surge como tecnologia inovadora, que abre caminho
para o desenvolvimento da robótica
As tecnologias de CN e de robótica são muito similares,
envolvendo:
Controle coordenado de múltiplos eixos;
O uso de computadores dedicados no seu controle
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Diferenças
CNC - processos específicos, tais como
usinagem,
corte, solda
Robôs - ampla variedade de tarefas
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Algumas tarefas típicas de robôs:
Pintura
transporte/manuseio de material
solda
carregamento de máquinas (alimentação)
montagens
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Elementos de um robô
Base
hastes
links ou hastes
juntas
As juntas provém
graus de liberdade.
juntas
base
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Configurações de robôs
Os robôs são classificados em relação aos
movimentos
que são capazes de realizar e em relação aos eixos
de deslocamento (x, y, z, rotações).
Diversos tipos podem ser vistos, com mais detalhe, em
Groover (2001)
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Work envelope
- work volume
Diz respeito à área de abrangência que o robô domina
É o conjunto dos pontos físicos do espaço que podem ser
alcançados pela extremidade do braço do robô
É uma função da configuração do robô
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Work envelope
- work volume
hastes
juntas
base
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Sistemas de alimentação de robôs
A força para a movimentação dos braços dos robôs pode ser
elétrica
hidráulica
pneumática
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Sistemas de alimentação de robôs
Elétricos:
permitem aplicações mais sofisticadas
comercialmente são preferidos
facilidade de adaptação dos controles ao controle central
oferecem mais acurácia
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Sistemas de alimentação de robôs
Hidráulicos:
capazes de prover mais força e velocidade do que os
elétricos
Pneumáticos:
robôs menores, de movimentação de materiais
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Resposta dinâmica do robô
Resposta dinâmica depende:
- tipo de sistema de alimentação (drive system)
- sensores utilizados (velocidade de resposta)
- velocidade de movimentação do braço
- aceleração e desaceleração suaves
- overshoot e oscilação
- do objeto manipulado (peso)
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Resposta dinâmica do robô
Todas essas características também são chamadas de
velocidade de resposta do robô.
A velocidade de resposta do robô restringe o desempenho
do sistema ao qual este está integrado.
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Terminações: garras ou ferramentas
Garras
são terminações usadas para segurar as peças que estão
sendo trabalhadas
Podem ser:
- mecânicos
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Terminações ou ferramentas
Garras
Garras
- por vácuo
- magnéticas
- adesivas (para tecidos)
- ganchos
- conchas
- duplas (carregar e
descarregar ao mesmo
tempo)
- intercambiáveis, para
diferentes peças
- com sensores de força
- com sensores de presença
da peça
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Terminações ou ferramentas
Ferramentas
- pistola de solda
- pistola de pintura
- aparafusador automático
- ferramenta giratória para perfurar, desbastar, etc
- facho de aquecimento
- ferramenta de corte
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Sensores
Na robótica, dividem-se em:
- INTERNOS:
usados para controlar a velocidade e a posição das
juntas (realimentação)
- EXTERNOS
relacionais, para localizar o robô em relação ao
ambiente e às outras máquinas
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Sensores
OUTROS SENSORES SÃO:
Tácteis
Ópticos
"Visão"
Proximidade
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Aplicações industriais
1. Ambiente inadequado para seres humanos;
inseguro/perigoso
insalubre (encargos trabalhistas também)
2. Ciclos de trabalhos repetitivos;
oferecem maior consistência e repetibilidade
3. Tarefas difíceis para as pessoas
pesos excessivos, calor, posicionamento desconfortável
4. Operações que requeiram múltiplas modificações;
um robô é capaz de substituir mais de um funcionário, em
uma estação de trabalho
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Aplicações industriais
5. Produção de lotes de tamanhos que justifiquem a
reprogramação
paralelo com a TRF - troca rápida de ferramentas
6. Posicionamento e orientação do ciclo de trabalho fixos
e pré-estabelecidos na célula de trabalho
isso é um requisito para robôs que têm uma referência
posicional
49
FMS
Flexible Manufacturing System
I - 50
É um conceito que surgiu em 1960…
Primeiras implementações em 1967
I - 51
Definição
É uma célula altamente automatizada
Consiste de estações de trabalho –
usualmente CNCs – interconectadas por
equipamentos de manuseio e controladas
por um sistema de computadores.
I - 52
Evolução
Células
processamentos
Células automatizadas
montagens
I - 53
características
Possuem diversas estações de trabalho
Integradas entre si
Capazes de executarem diferentes roteiros,
ou seja, diferentes peças ou produtos
I - 54
Utiliza:
CNCs
Controles computacionais
Elementos de manuseio de material
Tecnologia de grupo
I - 55
Situações que têm potencial de
aplicação:
A) produção de lotes de peças ou produtos
B) existem, atualmente, células operadas
manualmente; deseja-se automatizá-las
I - 56
Condições necessárias
Possibilidade de agrupar as peças em
famílias
Peças similares
Pertencem a um mesmo produto
Possuem geometrias similares
I - 57
Útil para:
Médios
volumes
Médias
variedades
I - 58
Por que não usaria para baixos volumes/alta
variedade?
Por que não usaria para altos
volumes/baixa variedade?
I - 59
Relação entre células operadas
manualmente e FMS
FMS
FMS
FMS
FMS
FMS
requer equipamentos mais caros
requer operários mais qualificados
reduz espaço requerido
reduz lead time
requer menos mão-de-obra direta
I - 60
Por que é flexível?
É capaz de processar simultaneamente uma
variedade de peças nas estações de
trabalho(**)
O mix pode ser ajustado para responder a
mudanças na demanda (**)
Capaz de se recuperar de erros e falhas sem
causar ruptura na produção (*)
Aceitar produtos novos (*)
(**) obrigatórios
recomendados
(*)
I - 61
O que confere flexibilidade ao
FMS?
1. identificar e distinguir entre
diferentes peças
2. mudar rapidamente as instruções de
processamento
3. rapidez no setup físico
4. opções de roteamento
5. gama de ferramentas
I - 62
Elementos do FMS
1
2
3
4
–
–
–
-
estações de trabalho
sistemas de manuseio de materiais
sistema de controle computacional
pessoas
I - 63
1. Estações de trabalho
Estações de carregar/descarregar
requerem controles e sistema de entrada
de dados para o operador se comunicar
com o sistema computacional
I - 64
1. Estações de trabalho
Estações de processamento
CNCs ou centros de usinagem
Estações de montagem
Abrangem inspeção, desmontagens,
colagens, limpeza,…
I - 65
2. Sistema de manuseio de
materiais
Utiliza diversos tipos deequipamentos
Fazer leitura recomendada!
Definem o layout
I - 66
layout
linha
laço
escada
I - 67
layout
Laço aberto
I - 68
layout
Centrado no robô
I - 69
3. Sistema de controle
computacional
Controlar cada estação de trabalho individual
Distribuir as instruções às estações de trabalho
Integrar/sincronizar o funcionamento das estações
Controlar a produção:
mix,
taxas de produção,
Roteiros (vide layout)
I - 70
3. Sistema de controle
computacional
Controlar o tráfego (vide layout)
Acoplar estações secundárias
Controlar ferramentas: localização,
desgaste
Monitorar e gerar relatórios de desempenho
Auto diagnóstico de problemas
I - 71
Classificação
Single machine cell - SMC
Uma máquina/
estação de trabalho
I - 72
Classificação
Flexible manufacturing cell - FMC
2 ou3 estações
de trabalho
I - 73
Classificação
Flexible manufacturing system – FMS
4 ou mais estações
abrange
manuseio de materiais,
controle e monitoramento,
Coordenada por computador
I - 74
pergunta
FMS é sinônimo de flexibilidade na
produção?
I - 75