4. IMPLEMENTAÇÃO E FUNCIONAMENTO DO SISTEMA
4.2 BANCADA DE TESTE
Uma máquina fresadora é um sistema de usinagem, constituído por uma associação de componentes mecânicos como fusos, mancais, rolamentos, mandril, além de componentes eletro-eletrônicos como motores e sensores, de modo que possam proporcionar elevada exatidão e confiabilidade.
Na Figura 4.1, é mostrado o projeto, em três dimensões, da máquina fresadora vertical construída para a realização deste trabalho. Nesse tipo de máquina, o eixo-árvore localiza-se perpendicularmente à mesa da fresadora, sendo caracterizado o fresamento frontal ou de topo.
No mandril, centrado no eixo-árvore, acoplou-se uma ferramenta de fresa de topo, também conhecida como fresa de haste, apresentada na Figura 4.2. Essa fresa é do tipo “W”, constituída por material de aço rápido, com 6,35 mm de diâmetro e quatro arestas de corte.
Figura 4.1 – Projeto da máquina fresadora vertical.
Figura 4.2 – Ferramenta de fresa de topo.
Para o acionamento da fresa, foi usado um motor de corrente contínua de 230 V, 0,9 A e 150 W. Essa ferramenta pode ser acionada aplicando-se rotações de 100 a 1500 rpm, conforme especificação mostrada na Figura 4.3. Por meio do painel de acionamento da ferramenta de corte, Figura 4.4, define-se o sentido de rotação da fresa, horário ou anti-horário, e a rotação dessa ferramenta em rotações por minuto.
Figura 4.3 – Especificações para acionar a fresa.
Figura 4.4 – Painel de acionamento da fresa do sistema de usinagem.
Uma mesa de coordenadas X-Y, composta por duas bases perpendiculares entre si X e Y, foi utilizada na montagem da máquina fresadora. A base X da mesa (base superior) possui um curso de 200 mm e a base Y (base inferior) de 100 mm, cujos fusos trapezoidais possuem um passo de 4 mm. Essas bases se movimentam linearmente no plano horizontal, sendo cada uma acionada por um motor de indução trifásico.
Para o acionamento da mesa, os motores de indução trifásicos usados foram do tipo “gaiola de esquilo”, 380 V, 60 Hz. Por meio de conjuntos redutores, esses motores
rotação (rpm)
liga ou desliga sentido de
estão conectados aos fusos das bases da mesa. Desse modo, o movimento angular do eixo do motor resulta no movimento linear do sistema.
Como o passo do fuso da mesa é de 4 mm e uma volta completa do eixo do motor corresponde a 2π rad, obteve-se um fator numérico de 0,032 mm/rad, ou seja, a cada deslocamento angular de 1 rad do eixo do motor ocorre um deslocamento linear de 0,032 mm da base da mesa.
Um encoder incremental foi acoplado ao eixo do motor da base X para a realização da medição da posição angular e, consequentemente, obter-se a velocidade de rotação do eixo do motor, assim como verificação do seu sentido de rotação, horário ou anti-horário. Por meio da aquisição dessas informações foi fornecido ao sistema a posição, a velocidade de avanço e o sentido de deslocamento da base X da mesa. Na Figura 4.5, são apresentados a conexão mecânica do motor da base X ao fuso dessa base e o encoder incremental utilizado, série 02 do fabricante Hohner®, o qual possui resolução de 5000 pulsos por rotação.
Figura 4.5 – Conexão para a medição da posição.
Com a finalidade de garantir uma maior proteção ao sistema eletromecânico estudado, instalou-se um par de chaves fim de curso em cada base, delimitando o alcance máximo de movimentação nas direções X e Y. O objetivo disso é evitar danos a ambos os conjuntos redutores, caso as bases chegassem ao fim de seus cursos com velocidade elevada, por ocorrência de falhas de controle ou instabilidade no sistema.
motor eixo do motor conjunto redutor acoplamento do fuso da base X encoder
Para acionar a base Y da máquina fresadora, um inversor de frequência, série CFW-08 da WEG, funcionando no modo local, foi ligado ao motor dessa base. O acionamento da base X realizou-se por meio de um hardware inversor, mostrado na Figura 4.6, utilizando um módulo inversor trifásico Three Phase Inverter SKS 25F B6U + B6CI 09 V12 do fabricante Semikron®. Esse hardware foi conectado ao motor da base X, proporcionando o acionamento dessa base superior da mesa. A alimentação do hardware inversor foi realizada usando um variador de tensão trifásico, varivolt, conectado à rede elétrica com tensão de linha de 380 V.
Figura 4.6 – Hardware inversor para o acionamento da base X.
Um processador digital de sinais modelo TMS320F28335 da Texas Instruments foi utilizado para a comunicação do sistema de usinagem com o computador. Por meio da interface computacional do Code Composer StudioTM IDE versão 3.3, usando linguagem C, desenvolveu-se a programação do DSP para o acionamento e controle do sistema de usinagem. A placa de desenvolvimento eZdspTM F28335 contendo o DSP, localizado ao centro, é apresentada na Figura 4.7. Essa placa possui diversas portas de expansão, permitindo sua conexão ao sistema.
A máquina fresadora vertical do sistema de usinagem é mostrada na Figura 4.8. Na base X da mesa da fresadora, fixaram-se os corpos-de-prova que foram submetidos aos processos de usinagem. A utilização de um relógio comparador digital fixado no eixo-árvore da fresadora, conforme Figura 4.9, possibilitou definir a posição da fresa, no eixo z, em relação à superfície do corpo-de-prova, com a finalidade de aplicar a profundidade de corte para a usinagem das peças.
Figura 4.7 – Placa eZdspTM F28335 com processador digital de sinais.
Figura 4.8 – Bancada de teste da máquina fresadora vertical.
motor (base X) motor (base Y) encoder motor CC fresa base X base Y
Figura 4.9 – Relógio comparador digital.