Abaixo encontra-se um esboço da concepção selecionada onde é possível entender os diferentes aspectos escolhidos na elaboração da concepção 3. O esboço apresentado não demonstra o invólucro da máquina.
Quadro 19 - Detalhamento da concepção selecionada
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
A concepção selecionada utiliza arranjo estrutural com ponte fixa e mesa móvel, este arranjo confere maior estabilidade estrutural, uma vez que a maior parte da vibração produzida no processo de usinagem é transferida diretamente para a estrutura da torre e a mesa de trabalho.
Figura 22 - Ilustração ponte fixa
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
71 Este tipo de arranjo estrutural também permite que a máquina seja compacta, preservando boa área de trabalho.
Outro fator de extrema relevância para a estabilidade estrutural do equipamento é a utilização de materiais rígidos de forma a garantir uma robustez da estrutura como um todo. No caso da concepção selecionada optou-se pela utilização de tubo de aço para a construção estrutural da máquina.
Os tubos de aço são facilmente encontrados o que facilita a fabricação conforme identificado em um dos requisitos da etapa de projeto informacional.
A utilização de aço confere alta resistência mecânica, robustez à estrutura, além da facilidade de trabalhar e soldar. Também estão disponíveis em diversos tamanhos e espessuras. Permite fabricar roscas na próprio tubo o que simplifica a montagem. Via de regra, quanto menor a quantidade de componentes o equipamento possuir, melhor. Também podemos utilizar alumínio para a composição estrutural da máquina, o que garantirá menor peso específico, porém tornará os custos do projeto elevados e inviáveis.
Outro aspecto muito relevante considerado na elaboração desta concepção, foi a utilização de Guias lineares apoiadas, que evitam o efeito torção que ocorre em guias lineares suspensas. Embora esta opção aparente possuir um custo mais elevado em comparação com as guias lineares suspensas, ela proporciona que a montagem seja feita utilizando um número inferior de peças. A quantidade de elementos necessários para instalação dos componentes é menor, aspecto essencial para o sucesso de um design otimizado.
Figura 23 – Comparativo do sistema guia linear com sistema roldanas e eixos
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
72 A opção de escolha por apoiar os eixos em trilhos e roldanas se torna totalmente inviável devido ao nível de precisão e estabilidade que se pretende com este projeto o qual não é alcançado com a utilização deste tipo de apoio.
Em termos de tração, foram selecionados componentes que permitam alcançar um nível satisfatório de precisão e torque e velocidade de usinagem. Fusos convencionais e motores de passo com nível intermediário de torque para proporcional a precisão desejada, mas manter os custos do projeto baixos. Não há necessidade da utilização de fusos de esferas devido a pouca diferença na precisão e considerável aumento dos custos de projeto. A opção de utilização de correia dentada e engrenagens de transferências não é desejável para o projeto em questão devido ao aumento de componentes necessários, além de prejudicar o design, não conferem precisão necessária.
As correias dentadas de espessuras pequena geralmente sofrem influência das condições ambientes como temperatura e humidade, ocasionando o estiramento ou relaxamento da correia dentada dependendo das condições em que esteja operando.
Também necessita de um fluxo maior de manutenção onde é sempre necessário conferir a tensão das correias antes do início de cada usinagem. Todos estes fatores provocam erro dimensional durante o processo de usinagem, e podem ocasionar tração em falso dos componentes durante usinagens que requerem maior resistência.
Figura 24 – Comparativo do sistema correia com sistema fuso
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
73 Este tipo de sistema só é vantajoso para máquinas que usinam em materiais moles onde exista a necessidade de percorrer grandes metragens de movimentação nos eixos da máquina.
Os motores de passo foram projetados com torque intermediário devido a pequena distância que precisarão promover a movimentação dos eixos. Caso a máquina tivesse distâncias maiores à movimentar os eixos, precisaríamos instalar motores com torque maior para manter a velocidade e desempenho necessário no projeto.
Ao que diz respeito a parte de fixação do spindle, a melhor opção foi a utilização de um suporte robusto em alumínio, que confere a resistência necessária de fixação como também baixo peso no conjunto da torre.
Figura 25 - Suporte alumínio
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
Para a fixação de peça a melhor opção dentre as concepções elaboradas está na utilização de mesa perfurada em alumínio, onde será possível utilizar grampos fixadores de diferentes tamanhos e posições parafusados as diversas posições de fixação. Esta opção garante maior resistência na fixação das partes devido a ancoragem dos parafusos ao longo do segmento de rosca.
74 Figura 26 – Comparativo da fixação parafuso e grampo, com trilho e grampo
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
Em comparação com a mesa de trilhos em alumínio, a mesma oferece uma força de fixação limitada, pois após determinado ponto as abas de fixação dos trilhos podem empenar, causando danos graves a mesa.
Optou-se pelo controle de rejeitos através da utilização de um invólucro na estrutura da máquina, em outras palavras, uma “carcaça” para a máquina. Este invólucro irá permitir não só a segurança de quem estiver operando a máquina, por evitar que lascas de material voem no operador, mas também garantir que todos os cavacos originários da usinagem fiquem contidos na área de usinagem da máquina.
Não será possível utilizar o método da sucção em volta do spindle, pois pretende-se utilizar sistema de lubrificação à ar comprimido e fluído de arrefecimento diretamente na ferramenta de usinagem, uma vez que a qualidade e desempenho da máquina está diretamente relacionada a capacidade de usinar o material à temperaturas controladas.
A utilização de Sucção em volta do spindle é usada principalmente em usinagem de materiais que não necessitam lubrificação da ferramenta durante o processo, como madeira ou polímeros.
75 Figura 27 – Comparativo do sistema de sucção com sistema de lubrificação
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
Como opção de controle da máquina, selecionamos a utilização de um software CAM de código aberto, definido por GRBL. Este software utiliza a plataforma Arduino para comunicar as informações enviadas pelo software para os motores de passo.
Desta forma podemos ter uma plataforma de controle intuitivo, com alto volume de informações de apoio na comunidade online, como também custo baixo. As demais opções de softwares CAM oferecem melhores desempenho, mas necessitam de placas específicas como também licenças de software para utilização.
Figura 28 - Esquema de funcionamento da comunicação da CNC
Fonte: Elaborado pelo Autor, 2021.
O comando dos motores é efetuado através dos módulos TB6600 escolhidos para a concepção, que permitem a utilização e motores de 10kg, os quais consomem amperagem superior a amperagem fornecida pela placa CNC SHIELD. Os módulos de controle TB6600 também oferecem precisão e controle consideráveis à um bom custo-benefício. Para otimização da precisão de controles precisaríamos optar pelos modelos DM556 quem possuem custo 4x maior que os módulos TB6600.
76 6 PROJETO PRELIMINAR