Sistema de aquisição de dados de potência

O medidor analógico existente na máquina CNC (Figura 3.13) mostra dados de potência elétrica do eixo-árvore com resolução de 5%, tendo como fundo de escala 180%. Isso significa que, em certas faixas de aceleração, o acionamento pode suportar até 80% a mais sobre a potência nominal por curto tempo (inferior a 1 s). Após esse período a máquina diminui automaticamente a rotação do eixo-árvore para diminuir o consumo de potência, evitando desarmar a proteção do motor e parar seu giro durante a usinagem.

A máquina CNC não possui recurso de digitalização e transmissão desses dados a um computador. Foi contatada a empresa GE Fanuc, fabricante do Comando Numérico, para verificar se existiria alguma possibilidade de poder ter esses dados disponíveis digitalmente, porém fomos informados que não é possível no atual comando. Por esse motivo foi projetado, montado e instalado dentro do CNC um Controlador Lógico Programável (CLP) usando tecnologia do microcontrolador PIC. Embora com capacidade para monitorar 8 portas de entrada, foi utilizada uma entrada para discretizar o sinal analógico do medidor de potência elétrica do

potencia elétrica é de 0,7%. Esse sinal é transmitido a um computador via porta paralela, onde um software elaborado em Visual Basic captura o sinal digital a cada 170 ms. Esse tempo é constante de forma que se for necessário trocar o computador por outro de configuração diferente, a velocidade de amostragem será mantida.

Para facilitar a detecção de problemas na leitura, o software mostra 8 leds, um para cada bit do sistema de leitura (Figura 3.14). Para processar os dados coletados, é gerada uma tabela em Excel, de duas colunas, uma com o instante de amostragem e outra com o dado lido. Uma terceira coluna coleta o valor lido e o converte em % de potência máxima da máquina, multiplicando pelo fator: 180/256 = 0,703 .

O intuito da coleta digital dos dados é monitorar indiretamente a potência de usinagem. O sistema digital implementado captura dados da potência elétrica consumida pelo motor principal da máquina. Esta potência, afetada por um rendimento, é um indicador da potência mecânica, que por sua vez fornece informações sobre a potência de usinagem. Neste trabalho interessa conhecer se o desgaste da ferramenta influencia no consumo de potência de usinagem em magnitude representativa que possibilite utilizar essas informações para monitorar a vida da ferramenta.

Figura 3.13 - Sistema de coleta digital de potência instalado no CNC Medidor analógico de potência CLP para digitalizar e transmitir dados de potência

Figura 3.14 - Software de coleta de dados de potência

3.3.3 Ferramentas

O grande desafio foi realizar a otimização da usinagem das três superfícies com uma única fresa. Pode-se ver que, para se usinar as três superfícies com a mesma fresa, é necessário que ela tenha ângulo de posição de 900, por causa do rebaixo que deve ser usinado na superfície 1 e tenha no mínimo um diâmetro de 63 mm, devido a largura maior de parte da superfície 3. Porém, boa parte do corte das três superfícies vai ser feito com a largura da superfície bem menor que metade do diâmetro da fresa, com os inconvenientes já citados no capítulo anterior. A usinagem com uma única fresa é uma exigência do produto, já que no meio industrial o produto tem as três superfícies, e deseja-se usiná-las com a mesma fresa para ter-se um número menor de ferramentas.

Para o diâmetro de 63mm existia a opção de cabeçote de fresar com 6 ou 8 pastilhas. Foi escolhido o de 8 pastilhas por ser desejável passo pequeno, visto que se utilizaria a mesma fresa no desbaste leve e acabamento em ferro fundido (cavaco curto, sem problemas de entupimento dos bolsões) e onde é desejável elevada taxa de remoção de cavaco.

Nos ensaios foram utilizadas pastilhas de metal duro e cerâmica, tanto no processo de desbaste quanto de acabamento. Pelo fato de existir uma superfície com rebaixo foi selecionado um único cabeçote de fresar de 63 mm de diâmetro, 8 pastilhas e ângulo de posição 90°. Todos os

cabeçote de fresar, código 63A08RP90 (segundo DIN 8029) cujas características são: diâmetro 63mm, arraste por chaveta, 8 pastilhas, corte a direita, fixação pelo furo, ângulo de posição 90°. O cabeçote foi cedido pela empresa Kennametal para a realização dos ensaios e apresenta a característica de usar pastilhas de metal duro e cerâmica com a mesma geometria, possibilitando inclusive 8 arestas de corte por cada pastilha, 4 de um lado e 4 do outro lado.

Figura 3.15 - Cabeçote de fresar montado no eixo-árvore

A Figura 3.16 mostra as geometrias possíveis de cabeçotes de fresar disponíveis comercialmente. O cabeçote utilizado nos ensaios apresenta geometria negativo-positiva (Figura 3.16c), isto é, ângulo positivo radialmente (ângulo de saída de 12°) e negativo axialmente. O ângulo axial negativo dirige as forças de corte para o eixo-árvore e também faz com que o impacto inicial fresa-peça se dê em um tempo mais prolongado, isto é, cada ponto da aresta entra na peça em um instante diferente do próximo ponto.

Figura 3.16 – Geometrias possíveis em cabeçotes de fresar (KENNEDY, 2002) a) Duplo negativa b) Positivo-negativa c) Negativo-positiva

Para o desbaste com metal duro foi utilizada uma pastilha com código do fabricante (DIN 4987) SPHX1205PCERGPB-KC925M (desenho especial com 8 arestas, tamanho de aresta 12 mm), equivalente a classe ISO K25, com características adequadas de tenacidade. Suas principais características são:

Tamanho de grão : 165 µm

Porcentagem de Cobalto (aglomerante) : 11,5%

Coberturas : TiN e Al2O3 , processo CVD com espessura total de 5 µm.

Nos ensaios relativos ao processo de acabamento foi utilizada uma pastilha com código do fabricante (DIN 4987) SPHX1205PCERGPB-KC915M, equivalente a classe ISO K15, com dureza superior a da pastilha usada nos ensaios de desbaste, apresentando as seguintes características:

Tamanho de grão : 230 µm

Porcentagem de Cobalto (aglomerante) : 6 %

Coberturas : as mesmas da ferramenta de desbaste, porém com espessura total de 7 µm.

Nos ensaios de desbaste e acabamento com cerâmica foi utilizada a mesma pastilha de Nitreto de Silício (Si3N4), conhecida como Sialon com estrutura micro-grão, com código do

fabricante (DIN 4987) SPHX1205PCTRGPBK-KY3500, equivalente a classe ISO K20. A geometria da pastilha é a mesma do metal duro. Embora a pastilha aceite trabalhar com refrigeração, os ensaios foram realizados a seco. Também no processo de acabamento com cerâmica foram realizados ensaios utilizando uma pastilha alisadora de cerâmica dentro do conjunto de pastilhas cerâmicas da fresa.