UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ELETROTCNICA

CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM AUTOMAO INDUSTRIAL

FELIPE DOMENI DA SILVA FERNANDES

GABRIEL MARTIN CASTANHO

LEANDRO DE OLIVEIRA GOMES

FRESA CNC CONTROLADA POR MICROCONTROLADOR

TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO

CURITIBA

2017

FELIPE DOMENI DA SILVA FERNANDES

GABRIEL MARTIN CASTANHO

LEANDRO DE OLIVEIRA GOMES

FRESA CNC CONTROLADA POR MICROCONTROLADOR

Trabalho de Concluso de Curso de graduao, apresentado como pr-requisito para a obteno do ttulo de Tecnlogo, do Curso Superior de Tecnologia em Automao Industrial do Departamento Acadmico de Eletrotcnica DAELT da Universidade Tecnolgica Federal do Paran UTFPR. Orientador: Prof. Dr. Marcelo Rodrigues

CURITIBA

2017

FELIPE DOMENI DA SILVA FERNANDES GABRIEL MARTIN CASTANHO

LEANDRO DE OLIVEIRA GOMES

FRESA CNC CONTROLADA POR MICROCONTROLADOR Este Trabalho de Diplomao foi julgado e aprovado como requisito parcial para a obteno do Ttulo de Tecnlogo em Automao Industrial, do Curso Superior de Tecnologia em Automao Industrial da Universidade Tecnolgica Federal do Paran.

Curitiba, 29 de junho de 2017.

____________________________________ Prof. Me. Ednilson Soares Maciel

Coordenador de Curso Departamento Acadmico de Eletrotcnica

____________________________________ Prof. Me. Thiago Alberto Rigo Passarin

.

Responsvel pelo Trabalho de Diplomao da Tecnologia Departamento Acadmico de Eletrotcnica

BANCA EXAMINADORA

________________________________ Prof. Dr. Marcelo Rodrigues Universidade Tecnolgica Federal do Paran Orientador

_____________________________________ Prof. Me. Jos da Silva Maia Universidade Tecnolgica Federal do Paran _____________________________________ Prof. Dra. Lilian Moreira Garcia Universidade Tecnolgica Federal do Paran _____________________________________ Prof. Dra. Luciane Brandalise Universidade Tecnolgica Federal do Paran

A Folha de Aprovao assinada encontra-se na Coordenao do Curso.

A equipe dedica esse trabalho as famlias

Pelos momentos de ausncia E a comunidade acadmica da UTFPR

Pelo aprendizado

RESUMO

FERNANDES, Felipe D. S., CASTANHO, Gabriel M. GOMES, Leandro O. FRESA CNC CONTROLADA POR MICROCONTROLADOR. 2017. 63p. Trabalho de concluso de curso de tecnologia em automao industrial Departamento acadmico de eletrotcnica, Universidade Tecnolgica Federal do Paran, Curitiba, PR 2017. O presente trabalho aborda a evoluo das mquinas ferramentas as quais so responsveis pela criao de peas e tambm pela criao de outras mquinas. Tendo em vista a movimentao da mquina, que antes era capaz de mover apenas um eixo por vez, para controles mais modernos capazes de mover simultaneamente os trs eixos. Sendo as mquinas ferramentas mais primitivas controladas por mos humanas e que normalmente exigiam mais de um operador, os sistemas atuais evoluram radicalmente, onde apenas um operador atua no controle geral da mquina. Essa forma de usinar dispensando a mo de obra excedente exigiu a insero dos computadores nos meios industriais. Com a necessidade de criar cada vez mais peas iguais e com menores desperdcios e tempo de produo, os comandos numricos tiveram seu destaque no setor industrial. Por conseguinte, o uso de controles computadorizados, antes considerados artigo de luxo, nos tempos atuais se fazem indispensveis. Assim objetivou-se construir um prottipo de uma fresadora CNC (comando numrico computadorizado). O desenvolvimento da mesma exigiu integrar vrios softwares a fim de obter um prottipo totalmente automatizado. Para tal, a comunicao entre o Arduino e o computador foi feita utilizando o Software Universal Gcode Sender, o qual somado ao GRBL permitiu a programao do microcontrolador. A modelagem em 3D foi executada com o auxlio do Sketchup Make. Todos os programas utilizados so gratuitos e apresentaram uma boa interao entre si e o Arduino. Para comprovar o funcionamento geral da estrutura foram usinadas peas em dois materiais diferentes, sendo eles o acrlico e o MDF os quais permitiram comprovar que projetos CNC baseados em microcontroladores funcionam corretamente. Palavras-chave: Mquina ferramenta. Fresa CNC. CNC com microcontrolador.

ABSTRACT

FERNANDES, Felipe D. S., CASTANHO, Gabriel M. GOMES, Leandro O. CNC MILLING CUTTER CONTROLLED BY MICROCONTROLLER. 2017. 63p. Course conclusion work of technology in industrial automation Academic department of electro technics, Federal Technological University of Paran, Curitiba, PR 2017. The following task talks about the evolution of the tool machines that are responsible for the creation of pieces and even of other machines. Looking for the machine moves, that in the past was able to move only one axis for attempt, for more modern controls that are capable of moving the three axes simultaneously. The most primitive tool machines were controlled by human hands and normally needed more than one operator, the current systems radically evolved to a system that only one operator acts in the general control of the machine. This way to machine avoiding the over manpower demanded the inclusion of computers in the industrial environment. With the need of create each time more equal pieces and with less waste of time and production, the numerical control had their feature in the industrial department. Consequently, the use of computerized controls, previously considered lux articles, currently is indispensable. Thereby it was aimed to construct a prototype of a CNC milling (computer numeric control). The development of the machine required the integration of several computer programs in order to obtain a prototype full automatized. For such, the communication between the Arduino and the computer was done using the software Universal Gcode Sender, which in addition to GRBL allowed the programming of the microcontroller. The 3D modeling was done with the software Sketchup Make. All the software used are open source and had a fine interaction between them and Arduino. To prove the general operation of the structure were machined pieces in two different materials, being them acrylic and MDF those allowed prove that CNC projects based on microcontrollers work correctly. Keywords: Tool machine. CNC milling cutter. CNC with microcontroller.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1- Modelo 3D fresa CNC ................................................................................ 38

Figura 2 - Simulao da placa Fritzing ................................................................... 39

Figura 3 - PCB ........................................................................................................... 40

Figura 4 - Esquema eltrico Fritzing .......................................................................... 41

Figura 5 - Motor de passo NEMA 17 ......................................................................... 43

Figura 6 - EasyDriver ................................................................................................ 44

Figura 7 - Chaves fim de curso ................................................................................. 45

Figura 8 - Arduino UNO ............................................................................................. 47

Figura 9 - Mini furadeira AD-19 ................................................................................. 49

Figura 10 - Confeco PCB....................................................................................... 50

Figura 11 - Gabinete ................................................................................................. 51

Figura 12 - Botoeiras ................................................................................................. 52

Figura 13 - Corredias metlicas ............................................................................... 53

Figura 14 - Parafuso de rosca sem fim com porca .................................................... 54

Figura 15 - Teste de calibrao 36 pontos ................................................................ 58

Figura 16 - Teste de calibrao 100 pontos .............................................................. 59

Figura 17 - Pea de teste para preciso e exatido .................................................. 60

Figura 18 - Pea usinada em acrlico ........................................................................ 61

Figura 19 - Pea usinada em MDF ............................................................................ 61

LISTA DE SIGLAS

3D Trs dimenses APR Anlise Preliminar de Riscos CLP Controlador lgico programvel CN Comando Numrico CNC Comando Numrico Computadorizado FAA Fora Area Americana FTA Fault Tree Analysis

PPR Passos Por Revoluo

RPM Rotaes Por Minuto

TPM Total Productive Maintenance

UGS Universal Gcode Sender

USP Universidade de So Paulo

VCC Volts em corrente contnua

LISTA DE ACRNIMOS

CAD Computer Aided Design CAE Computer Aided Engineering CAM Computer Aided Manufacturing EAP Estrutura Anlitica do projeto FMEA Failure Mode and Effect Analysis MIT Massachusetts institute of technology NEMA National Electrical Manufacturing Association NIST National Institute of Standards of Technology

SUMRIO

1. INTRODUO ...........................................................................................08

1.1 TEMA ..........................................................................................................10

1.1.1 Delimitao do Tema ..................................................................................10

1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS ....................................................................11

1.3 OBJETIVOS ...............................................................................................12

1.3.1 Objetivo geral .............................................................................................12

1.3.2 Objetivos especficos ..................................................................................12

1.4 JUSTIFICATIVA..........................................................................................13

1.5 METODOLOGIA DE PESQUISA APLICADA .............................................14

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO ...................................................................15

2. FUNDAMENTAO TERICA .................................................................16

2.1 EVOLUO DOS PROCESSOS DE PRODUO INDUSTRIAL..............16

2.2 PROGRAMAO CNC ..............................................................................18

2.3 SOFTWARES UTILIZADOS .......................................................................19

2.3.1 SketchUp Make ..........................................................................................20

2.3.2 GRBL 0.9J ..................................................................................................21

2.3.3 SketchUCam ..............................................................................................21

2.3.4 Makercam ...................................................................................................22

2.3.5 Universal G-Code Sender ...........................................................................22

2.4 PLANO DE MANUTENO .......................................................................23

2.5 TIPOS DE MANUTENO ........................................................................24

2.3.6 FMEA (Anlise de modos e efeitos de falha) ..............................................26

2.3.7 Funcionamento Bsico do FMEA ...............................................................29

2.4 NR 12 NORMA REGULAMENTADORA PARA MQUINAS E EQUIPAMENTOS ...................................................................................................35

3. DESENVOLVIMENTO DO PROTTIPO ...................................................38

3.1 MODELAGEM TRS DIMENSES ...........................................................38

3.2 PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO ............................................................39

3.3 MOTORES DE PASSO NEMA17 ...............................................................41

3.4 EASYDRIVER STEPPER MOTOR .............................................................43

3.5 CHAVES FIM DE CURSO ..........................................................................44

3.5.1 FUNES HOMING E HARD LIMIT ..........................................................45

3.6 ARDUINO UNO ..........................................................................................46

3.7 ESTRUTURAS MECNICAS .....................................................................47

3.8 ASPECTOS DE MANTENABILIDADE .......................................................52

3.8.1 Motores de passo: ......................................................................................53

3.8.2 Corredias metlicas: .................................................................................53

3.8.3 Eixos de transmisso (parafuso de rosca sem fim): ...................................54

3.9 MANUTENO AUTNOMA ....................................................................55

4. DESEMPENHO E TESTES ........................................................................56

4.1 FUNCIONAMENTO GERAL DA MQUINA ...............................................56

4.2 CALIBRAO DA MQUINA .....................................................................57

4.3 TESTES DE PRECISO E EXATIDO ......................................................60

4.4 ANLISE DOS RESULTADOS DOS TESTES ...........................................63

5. CONCLUSO.............................................................................................64

5.1 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS ..........................................66

REFERNCIAS .......................................................................................................67

APNDICE - 1 .........................................................................................................70

APNDICE - 2 .........................................................................................................74

APNDICE - 3 .........................................................................................................75

8

1. INTRODUO

Este captulo abordar a utilizao de um microcontrolador (Arduino

UNO) para realizar o controle de uma fresa CNC, a qual permitir a criao de peas

a partir de um projeto pr-definido no controlador. O detalhamento do problema de

pesquisa e as premissas adotadas, metodologias aplicadas, bem como os objetivos

e suas justificativas, contando com o auxlio de um fluxograma do desenvolvimento e

o diagrama de Gantt utilizado ao decorrer do projeto tambm sero partes

integrantes deste captulo.

Dentro do processo fabril o desenvolvimento de mquinas para

aumentar a velocidade da produo, repetibilidade, bem como a melhoria da

qualidade da mesma, se fez ao decorrer dos anos cada vez mais necessrio. Esse

fato trouxe consigo a necessidade de criar e aprimorar tambm as mquinas que

fazem peas e mquinas para fazerem mquinas, a fim de aprimorar a qualidade

das mesmas. Assim as mquinas usadas para criar peas, as mquinas

ferramentas, que eram limitadas a movimentao de um eixo por vez e dependiam

totalmente da execuo manual comearam a ganhar maior importncia.

Amrico Luiz de Azevedo (2008) afirma que a FAA - fora area

americana, em 1947 se deu conta da importncia das mquinas ferramenta e de

como elas poderiam representar um grande avano na fabricao de avies e

materiais blicos. A partir disso custeou projetos para pesquisa e desenvolvimento

de tecnologias que aprimorassem a qualidade das mesmas, sendo que em 1953

demonstrou o prottipo da mquina de comando numrico no MIT.

Inicialmente as mquinas de comando numrico tinham rotinas

baseadas em diversos mtodos, os quais ainda necessitavam da ao humana para

poderem executar corretamente. Avanos em estudos sobre novas tecnologias

permitiram que os cartes magnticos, fitas perfuradas e afins fossem ao longo do

tempo sendo substitudos por tecnologias mais avanadas e cada vez mais

independentes, como os disquetes e sistemas de dados centralizados (AZEVEDO

2008).

O desenvolvimento dos comandos numricos acompanhou tambm a

evoluo dos sistemas CAD (Computer Aided Design) e CAM (Computer Aided

9

Manufacturing), os quais integrados tecnologia empregadas nos CN permitiram

que os mesmos conseguissem executar tarefas de maior complexidade. Joo Paulo

Marciano professor da USP afirma que o CNC o dispositivo eletrnico que permite

a mquina executar suas tarefas sem a necessidade de uma interveno do

operador. A associao dos sistemas CAD/CAM aos comandos numricos exigiu

que os mesmos passassem por melhorias e que os sistemas pudessem ser mais

automatizados, reduzindo assim o grau de dependncia dos operadores e ao

mesmo tempo aumentando o nvel de complexidade dos sistemas.

Amrico Luiz de Azevedo em seu artigo os primrdios do controle

numrico (2008) afirma que com a necessidade de sistemas mais complexos a

sada encontrada foi padronizar as operaes e com isso foi criada uma linguagem

padro para a programao dos CNCs, o cdigo G. No decorrer da dcada de 50 os

primeiros CN passaram a obedecer a ordens diretas de computadores, assim

caracterizando o incio da era CNC. Em meados de 1970, os sistemas CAD

comearam a ter uma aplicao maior na indstria substituindo os desenhos

manuais.

A revoluo das mquinas com a tecnologia CAD/CAM embutida

permitiu a interpretao das geometrias das peas, que de acordo com Marciano, ao

serem traduzidas para cdigo G possibilitou as peas mais complexas serem

usinadas pelas mquinas ferramentas de uso industrial como tornos, fresas, tupias

entre outros.

O avano tecnolgico permitiu que cada vez mais fossem utilizados

computadores menores dedicados a uma funo especfica devido a eletrnica que

permitiu utilizar processadores com capacidade de executar funes de

computadores avanados a preos muito menores. Azevedo (2008) afirma que a

necessidade de criar diversas peas iguais, com menor o tempo de produo e alto

grau de complexidade, comeou a ser sanada com tecnologias de carto magntico

e fita perfurada, as quais permitiram criar cpias de modelos, porm no eram to

eficientes, considerando o tempo demandado para que o operador pudesse preparar

a fita ou o carto. O segundo avano foi quando passaram a ser utilizados o

disquete e os sistemas de dados centralizados, capazes de executar um mesmo

programa para vrios sistemas simultaneamente, bastante prtico, porm com uma

confiabilidade baixa.

10

Ao perceber a importncia desses sistemas, a FAA fez os maiores

investimentos na rea na dcada de 50, fazendo com que o sistema deixasse de ser

manual e passasse a utilizar os comandos numricos (AZEVEDO, 2008), os quais

evoluram para comandos numricos computadorizados.

Os controles CNC so capazes de controlar os eixos X, Y e Z,

simultaneamente, permitindo o tempo de produo menor, a repetibilidade da

mquina ser maior e os projetos mais complexos serem executados com maior

perfeio cuja tecnologia foi barateada pela utilizao de microprocessadores a

partir do ano 2000, possibilitando aos mesmos serem utilizados alm dos meios

industriais, tambm por hobbystas e microempresas.

1.1 TEMA

Um projeto iniciado no NIST (National Institute of Standards and

Technology) foi desenvolvido a fim de que os CNCs tivessem cdigo aberto, o qual

entrou em domnio pblico e virou open source (PROTOTIMUS, 2012). Em 2009 foi

liberada a primeira verso open source de um firmware o qual permitiu que

mquinas cartesianas de trs eixos (X, Y, Z) fossem controladas por um

microcontrolador. O Firmware GRBL permite que o Arduino UNO seja programado e

execute as rotinas no CNC.

1.1.1 Delimitao do Tema

Dentre os diversos equipamentos que utilizam CNC, entre eles:

impressoras 3D, mquinas de corte a laser, corte a plasma, mquinas de desenho e

pintura, furadeiras automticas entre outros, o tema de controles numricos

computadorizados delimitado neste trabalho ao uso do microcontrolador Arduino

UNO para controlar uma fresa CNC.

Na gama de softwares existentes para o controle de comandos

numricos, o presente projeto delimita esse universo utilizao de softwares

11

gratuitos que no se limitam a trabalhar com fabricantes ou famlias especficas para

cada componente como os drivers e motores de passo.

O projeto em sua estrutura dimensionado para usinar peas em

acrlico e MDF, com superfcies de no mximo 200mm de comprimento, com 180mm

de largura, e espessura de at a 50mm. Para tal conta com uma mini furadeira de

12000 RPM, alimentada a uma tenso de 12Vcc, esta com uma pina limitadora de

fresa com dimetro de 3mm.

Para a movimentao do prottipo, so necessrios motores

responsveis pelo deslocamento da mesa de cortes bem como para deslocamento

da ferramenta no sentido vertical. O presente projeto conta com motores de passo

NEMA 17.

1.2 PROBLEMAS E PREMISSAS

Sendo o microcontrolador um pequeno componente eletrnico, dotado

de uma inteligncia programvel que pode ser utilizado nos controles de processos

lgicos (SOUZA 2005) e que tem um custo baixo em relao CLPs, cada vez mais

est presente em tudo que envolve eletrnica, diminuindo o tamanho, facilitando

manuteno e gerenciando tarefas internas de aparelhos eletrnicos (VII CONNEPI,

2012).

Tendo em vista a necessidade de construir projetos cada vez mais

enxutos e funcionais surge a grande dificuldade de se colocar todos os recursos

necessrios em um mesmo sistema.

Dentro de todas as disciplinas do curso, foi possvel enxergar uma

oportunidade de construir um projeto totalmente automatizado que integrasse os

conhecimentos gerados e principalmente focasse na utilizao de

microcontroladores por serem dispositivos de controle de baixo custo e alta

eficincia, capazes de agregar diversos recursos em espaos reduzidos.

A utilizao do microcontrolador exige criatividade para desenvolver os

projetos de hardware e software, uma vez que o mesmo capaz de efetuar vrias

funes que necessitam de uma gama de outros componentes, tornando assim a

12

programao deste uma tarefa de aprender a resumir circuitos em um componente

nico.

A partir do conhecimento supracitado, este projeto tem por finalidade

responder a seguinte pergunta:

possvel desenvolver um sistema de controle numrico

computadorizado utilizando microcontroladores e softwares livres?

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo geral

O presente trabalho tem como objetivo geral desenvolver um projeto de

automao utilizando o microcontrolador Arduino UNO com a finalidade de controlar

uma fresadora CNC a partir de softwares gratuitos.

1.3.2 Objetivos especficos

Modelar um projeto mecnico em um software de desenho 3D.

Desenvolver um prottipo que execute as aes programadas.

Programar o microcontrolador Arduino UNO para executar os

comandos da fresa CNC.

Testar programaes iniciais de parametrizao.

Desenvolver G-code a fim de que o CNC execute os comandos do

Arduino.

Testar programao com desenhos.

Demonstrar que projetos microcontolados podem apresentar uma qualidade elevada e resultados muito satisfatrios para projetos com grandes exigncias.

13

1.4 JUSTIFICATIVA

De acordo com Marcio Venturelli (2016), vive-se um perodo de

transio entre e a terceira e a quarta revoluo industrial, no qual a insero dos

computadores no meio industrial para fazer o controle de processos permite a

padronizao da qualidade, reduzindo os custos de processo.

O surgimento de novas tecnologias trouxe com elas novos conceitos,

como o caso de projetos microcontrolados, os softwares livres e os open source,

os quais permitem um processo de melhoria contnua, advindos da comunidade de

usurios. A grande vantagem destes a maleabilidade que eles oferecem,

permitindo aos mesmos serem alterados por qualquer usurio, sem a necessidade

de comprar uma licena, ou existirem bloqueios em seus cdigos fonte, o que

permite que sejam adaptados a diferentes projetos e adequados a todas as

necessidades que estes venham a apresentar.

Essa integrao entre a comunidade de usurios de softwares livres e

open source permite que os mesmos possuam atualizaes mais rpidas e

frequentes do que as plataformas que necessitam de uma licena ou possuam

quaisquer bloqueios totais ou parciais em seus cdigos.

A utilizao de microcontroladores para tais processos permite que a

produo em massa possa ocorrer de forma rpida e eficaz, assim como a

personalizao pode ocorrer da mesma forma.

Os conhecimentos desenvolvidos no curso permitiram entender estas

vantagens de se aplicar microcontroladores para fazer o controle eletrnico de

mquinas. A possibilidade de integrar vrios sistemas e criar projetos padres, os

quais podem ser replicados diversas vezes com a mesma qualidade, faz com que a

procura pela utilizao de microcontroladores aumente e se torne uma cada vez

mais comum a presena dos mesmos no meio industrial. De acordo com o artigo

Indstria 4.0 (EXAME, 2016) para que a indstria nacional possa ter competitividade

no mercado mundial produtividade precisa aumentar diminuindo custos, assim a

utilizao dos microcontroladores passa a ser uma necessidade nos tempos

modernos.

14

1.5 METODOLOGIA DE PESQUISA APLICADA

Para dar incio ao trabalho, a primeira etapa consistiu em definir um

projeto a partir das anlises levantadas durante o curso em relao s tendncias de

mercado no ramo industrial. Com isso foi feito o levantamento de referncias

bibliogrficas, com o intuito de obter informaes necessrias para a sua

estruturao. Feito isso, a pesquisa de natureza cientfica e aplicada, a partir das

informaes obtidas durante a pesquisa, visa cumprir os objetivos previamente

listados.

Com o projeto definido e realizadas as revises bibliogrficas, a etapa

seguinte constitui em definir um projeto que atenda aos objetivos supracitados. A

partir da escolha da fresa CNC como projeto a ser desenvolvido e estudado, o

trabalho se subdivide em duas partes: a primeira a confeco mecnica e a segunda

a programao do microcontrolador.

A parte mecnica consiste em uma mesa que se movimenta em duas

direes, tratadas como eixos X e Y, a qual conta com o auxlio de dois motores de

passo para fazer sua movimentao (um motor para cada eixo). E com um terceiro

eixo capaz de se movimentar verticalmente, a fim de fazer a funo de eixo Z. Este

terceiro eixo tambm conta com um motor de passo dedicado a fazer os movimentos

de subida e descida, alm disso, ele conta tambm com uma mini furadeira a qual

ter a funo de acionar as ferramentas (fresas) para fazer as usinagens das peas.

A parte de programao consiste em programar um microcontrolador

Arduino UNO para executar a funo de controlar a fresadora CNC, para tal ser

necessrio integrar alguns softwares que faro desde a transformao dos

desenhos em G-code at a programao do controlador propriamente dita.

Concludas a parte mecnica e de programao necessrio fazer as

simulaes e testes individuais de cada uma e com as simulaes funcionando

atrelar as duas partes a fim de que o projeto mecnico obedea programao.

Com toda a parte mecnica e de programao funcionando corretamente, depois de

atreladas, possvel desenvolver as medidas de segurana do projeto, bem como

definir os aspectos de mantenabilidade.

Por fim realizar-se-o os testes finais e as concluses sobre o projeto.

15

1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO

O captulo 1 iniciou com a introduo do projeto, o tema, objetivos do estudo,

mostrando o problema e premissas, a justificativa, e uma breve apresentao da

metodologia aplicada.

O captulo 2 apresentar detalhes dos sistemas de automatizao,

tecnologias CAD, CAM e CAD/CAM, e tambm abordar questes de segurana, a

tratar de FMEA, FTA, plano de manuteno e NR12.

O captulo 3 explica a metodologia aplicada, abordando todos os passos da

execuo mecnica e eletrnica do projeto, bem como apresenta os aspectos de

segurana e mantenabilidade.

O captulo 4 demonstra a aplicao da metodologia exposta no captulo 3

para o sistema apresentando as simulaes dinmicas do projeto (testes, falhas e

resultados).

Por fim, no captulo 5 encerra-se o estudo com as consideraes finais e

proposies de trabalhos futuros para a continuao e aprimoramento da linha de

pesquisa iniciada nesse trabalho.

16

2. FUNDAMENTAO TERICA

O presente captulo tem por objetivo apresentar as estruturas utilizadas

no projeto, sua fundamentao terica, apresentando assim os sistemas

automatizados e as tecnologias CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer

Aided Manufacturing) e CAE (Computer Aided Engineering). Bem como apresentar

os softwares utilizados para o funcionamento do prottipo explicando as funes de

cada um e tambm a aplicao especfica no projeto. Este captulo ainda conta com

os aspectos de manuteno, aplicaes da NR 12, FMEA (Failure mode and effect

analysis), FTA (Fault Tree analysis) aplicados sobre o projeto.

A fim de obter vantagem competitiva e sobreviver com sucesso no

atual ambiente empresarial globalizado, a indstria tem incorporado tcnicas de

automao visando suprir a necessidade de uma rpida adaptao s mudanas no

sistema de produo, garantindo aceitvel volume de produo e variabilidade de

produtos (MAGGIO, 2005).

Para tal, desenvolver e aprimorar mquinas capazes de desenvolver

produtos com maiores graus de preciso e variaes para uma mesma pea a fim

de torn-la diferente do que j existe no mercado se faz uma necessidade urgente. A

integrao da tecnologia com a evoluo e desenvolvimento de softwares de

desenho e manufatura, ainda mais imprescindvel, tem seu papel fundamental para

que essas exigncias sejam atendidas.

2.1 EVOLUO DOS PROCESSOS DE PRODUO INDUSTRIAL

As exigncias do mercado em relao ao design industrial em busca de

objetos mais funcionais e esteticamente melhor apresentveis aliadas ao

desenvolvimento de mtodos e softwares para modelagem e manipulao de

superfcies (CHOI E JERARD, 1998), bem como a reduo dos custos de hardware,

possibilitam o desenvolvimento de objetos e produtos com formas complexas, o que

os torna mais competitivos e atraentes para os consumidores (SAVIO et al., 2007).

17

A dcada de 50 trouxe consigo diversos aspectos de melhorias e

integrao de tecnologias, muitas dessas aprimoradas e utilizadas at os tempos

atuais. As primeiras aplicaes de computadores em processos de engenharia

tiveram incio nessa dcada atravs do MIT, o qual iniciou as discusses sobre a

tecnologia CAD/CAM. Nesta poca os sistemas CAD eram limitados descrio de

entidades geomtricas em duas dimenses, criao e manipulao de desenhos

em terminais grficos monocromticos (BZIER, 1993).

No princpio, os sistemas automatizados funcionavam de forma

fechada e dedicada somente a processos especficos, controlando individualmente

cada processo de uma instalao. Com o passar dos tempos os sistemas se

tornaram mais complexos e robustos, permitindo que os processos industriais

fossem capazes de se comunicar e abranger mais processos a fim de aperfeioar o

funcionamento da planta como um todo.

A dcada de 70 trouxe um grande avano para a tecnologia CAD, a

qual ficou marcada pelos softwares que ganharam um incremento bastante

significativo, o desenvolvimento de tcnicas para a representao de objetos em trs

dimenses (3D) (ENGEP, 2003). Atualmente essa ferramenta indispensvel e

assume diversas funcionalidades que vo alm da simples modelagem em duas

dimenses, mas tambm capaz de fazer:

Modelagem 3D de produtos com formas complexas;

Analises de interferncias entre peas;

Analises das formas geomtricas a fim de auxiliar a manufatura;

Definio de reas, volume e centro de massa do produto;

Padronizao de medidas e detalhamentos;

Criao de banco de dados de manufatura.

Os sistemas CAD tem a grande vantagem de serem sistemas

altamente flexveis, o que permite ter sua aplicao para modelagem dentro de

diversas reas tcnicas como aeroespacial, arquitetnica, mecnica, automotiva,

eltrica, eletrnica entre outras (KONG apud ENGEP, 2003) Sabendo que os

sistemas CAD trazem consigo uma padronizao estes esto diretamente ligados

aos sistemas CAE (Computer Aided Engineering) e CAM, responsveis por fazer os

clculos e executarem os projetos de engenharias, respectivamente, baseados nos

croquis CAD.

18

O termo CAE compreendido como um conjunto de tcnicas capazes

de avaliar os aspectos de um produto, geralmente concebido por CAD (MORAIS,

2003). A principal aplicao de tais tcnicas se baseia em testar os termos prticos

de limitaes que um produto pode ou no apresentar como, por exemplo, testar a

suspenso de um veculo, uma estrutura metlica sujeita a cargas mecnicas entre

outros exemplos. A maior vantagem desse recurso a possibilidade de substituir

experimentos em laboratrios, os quais demandam muito tempo e recursos, por

programas altamente confiveis alimentados com informaes reais capazes de criar

prottipos virtuais que apresentam resultados bastante fidedignos a realidade.

O processo CAM pode ser entendido como um programa auxiliar do

processo da manufatura via computador, dentre eles podemos citar o CNC (controle

numrico computadorizado) e o CLP (controlador logico programvel). No modelo de

programao CNC a lgica de programao normalmente se baseia nos desenhos

obtidos do sistema CAD e modelados para obter os movimentos das ferramentas

para construo das peas, como tambm para funes auxiliares como, por

exemplo, a refrigerao das ferramentas.

2.2 PROGRAMAO CNC

Amrico Luiz de Azevedo (2008) afirma que o surgimento de mquinas

ferramentas com controle numrico (CN) aconteceu na dcada de 50 atravs de

pesquisas aplicadas desenvolvidas no MIT. Em sua maior parte patrocinados pela

Parsons Corporation, houve a necessidade de substituir as fitas perfuradas, de baixa

capacidade de produzir cpias, por computadores capazes de executar com mais

preciso e velocidade as mesmas tarefas. Tal controle foi desenvolvido,

complementando a sigla CN para CNC (controle numrico computadorizado) o qual

reduziu a operao manual e aumentou a confiabilidade dos processos industriais.

Para que os CNCs atendam as necessidades das plantas e possam

produzir peas iguais com uma boa confiabilidade e repetibilidade, os mesmos

devem ser programados. Existem trs maneiras de se programar o CNC, em

projetos de pequena complexidade ou em pequenas modificaes o programador

define a movimentao da ferramenta e assim define o programa, essa

19

programao chamada de direta. A segunda, programao direta na maquina, o

programador interpreta o desenho e calcula a trajetria da maquina preenchendo um

formulrio que depois poder ser digitado direto na maquina. A terceira e mais

tradicional, a programao auxiliada por computador uma linguagem padro onde

o programador gera o cdigo fonte com a definio da geometria e da trajetria da

ferramenta (SAYURI TAHARA, 2009).

Todo o conhecimento supracitado possibilitou ao presente projeto ter

seu desenvolvimento auxiliado por alguns softwares, que permitem que a fresadora

CNC execute os comandos enviados pelo microcontrolador Arduino UNO. Os

programas escolhidos para as aplicaes no projeto, dentre tantos existentes foram

utilizados pelo fato de serem de software livre e apresentarem uma boa interao

nas comunicaes entre si atendendo as necessidades do trabalho.

2.3 SOFTWARES UTILIZADOS

Os softwares selecionados para a execuo do projeto sero

apresentados neste tpico, bem como o funcionamento de cada um e o motivo da

escolha dos mesmos. Em primeiro lugar, para desenvolver o projeto, foi necessrio

idealizar um prottipo da fresadora, e para tal foi utilizado o Sketchup Make, que

serviu para fazer a modelagem 3D do prottipo. Posteriormente foi necessrio

utilizar um Firmware para o Arduino, o GRBL 0.9J, que responsvel pela

programao do microcontrolador e tambm a comunicao do mesmo com o

computador servidor.

Com o prottipo montado e o microcontrolador devidamente

programado em suas funes bsicas, se faz necessria a utilizao de outro

software, o Scketchucam, o qual faz a converso das imagens, geradas no Sketchup

Make, em G-code. Tal cdigo interpretado pelo Arduino, a fim de que este execute

a rotina de programao para comandar a ferramenta, no caso fresadora, para

executar a tarefa de corte, ou furo dependendo da solicitao. Paralelo a este

programa, o projeto conta tambm com o software Makercam, capaz de transformar

uma imagem que no precisa ter sua origem em um programa de modelagem ou

tecnologia CAD, em linguagem CNC (G-code).

20

Por fim necessrio utilizar um software capaz de fazer o

interfaceamento entre o microcontrolador e o computador, a fim de que a

programao G-code possa ser transmitida, interpretada e executada e para tal o

projeto conta com o Universal G-code Sender.

2.3.1 SketchUp Make

O SketchUp Make uma ferramenta com tecnologia CAD, que possui

sua nfase em desenhos 3D, se trata de um software com verso gratuita,

desenvolvido pelo Google, que permite ao usurio importar arquivos de quaisquer

outras plataformas CAD. O mesmo possui extenses add-on que permitem ao

programa resolver todo o tipo de problemas com modelagem, alm de uma ampla

biblioteca virtual de arquivos 3D, que permite ao usurio encontrar e compartilhar

modelos para as mais diversas utilidades, que abrangem desde os primeiros

estgios do design at o final da construo.

De acordo com o fabricante (SKETCHUP), o programa tambm conta

com um site interativo e diversos vdeos tutoriais os quais ensinam a utilizar todas as

ferramentas. O programa inclui diversas opes de modelagem que abrangem todas

as reas de modelagem entre elas a criao de formas geomtricas, manipulao

das faces, arestas, vrtices, e ferramentas que permitem fazer detalhes mais

elaborados como iluminao e textura.

A escolha deste software para fazer a modelagem da planta foi feita em

primeiro lugar devido a possuir uma verso gratuita, as outras caractersticas so a

facilidade de modelar em 3D com essa ferramenta bem como os recursos

disponveis serem suficientes para atender as necessidades de desenho do projeto.

Enquanto os softwares que poderiam ser utilizados em seu lugar exigiam uma maior

habilidade com ferramentas de desenho e em sua maioria no eram gratuitos, o

Sketchup Make atendeu todas as necessidades do projeto. Dentro das opes

disponveis existem os softwares: TinkerCAD, Blender, 3DSlash e openSCAD.

21

2.3.2 GRBL 0.9J

O firmware embarcado GRBL 0.9J, se trata de um conjunto de

instrues operacionais programadas diretamente no hardware do Arduino. Este

uma ferramenta de alto desempenho para controle CNC e interpretao de Gcodes

escrito em uma linguagem C optimizada a fim de que o mesmo funcione diretamente

no Arduino. Trata-se de um firmware open source utilizado em larga escala na

confeco de impressoras 3D.

Este tem alto desempenho para controle do movimento de mquinas,

sendo utilizadas em mbito industrial em diversos projetos como mquinas de corte

a laser, furadeiras, mquinas de desenho entre outras. Sendo um programa

embarcado simples e bastante enxuto este no exige que a plataforma a ser

instalada tenha grandes requisitos e por ser um firmware open source, permite ao

usurio fazer as modificaes que julgar necessrias para o seu projeto. De acordo

com o desenvolvedor a origem open source deste firmware se deu em 2009,

inspirado no interprete G-code do Arduino.

A seleo deste Firmware para o presente projeto foi baseada no fato

deste ser direcionado plataforma Arduino, de cdigo aberto. Sua vantagem em

relao aos demais est em ser open source, ao contrrio de seus concorrentes. O

fato de o firmware no ser open source impossibilita ao usurio fazer qualquer tipo

de alterao em seu cdigo base, deixando o preso a atualizaes do fabricante.

2.3.3 SketchUCam

O SketchUCam um plugin gratuito open source, com a funo de

escrita, desenvolvido especificamente para o SketchUp, o qual permite a criao de

G-Codes para controlar maquinas CNC, possibilitando modelar e usinar os

desenhos do SketchUp. O fabricante (SKETCHUCAM) afirma que um dos ltimos

avanos desta ferramenta foi o fato de permitir criar uma soluo CAM completa

dentro do SketchUp, dispensando interveno de outros softwares.

22

A aplicao desta ferramenta no presente projeto fazer a converso

dos desenhos gerados no SketchUp Make em G-Code, a fim de que a pea possa

ser usinada pela fresadora CNC. O SketchUCam foi criado especificamente para a

aplicao em CNCs e teve sua escolha para o projeto por ser um Plug-in livre, open

source, compatvel com a plataforma do SketchUp Make.

2.3.4 Makercam

O software MakerCam um programa executvel diretamente na web

baseado na filosofia CAM. Essa ferramenta permite criar os caminhos para a

ferramenta a qual pode ser utilizada com trs eixos. O fabricante (MAKERCAM)

afirma que esse software interpreta a imagem e transforma em G-code, a fim de que

a pea possa ser usinada. Essa imagem pode ser tirada da internet, desde que a

mesma esteja no formato svg.

A escolha do MakerCam foi feita para o presente projeto por ser uma

plataforma livre, que no precisa ser baixado no computador permitindo que os

desenhos sejam traduzidos para G-code direto pela internet e apenas sejam salvos

no computador, j no formato .cn, o qual pode ser interpretado por quaisquer

softwares de programao CNC.

2.3.5 Universal G-Code Sender

O Universal G-code Sender (UGS) uma plataforma livre, que contm

em sua estrutura aplicao Java, o qual inclui todas as dependncias externas,

assim basta a mquina possuir o ambiente Java para que o Setup do UGS

providencie o resto e com isso, de acordo com o desenvolvedor (Universal G-Code

Sender) dispensa a instalao do programa na mquina. Essa ferramenta

responsvel por fazer a transferncia de todos os cdigos G gerados do software de

origem, ou do arquivo por ele criado, para o Arduino. O UGS uma plataforma

23

completa que se destaca por ser compatvel com controladores CNC avanados

como o GRBL e o TinyG.

Esse software estabelece a comunicao entre o Arduino e o PC, e

executa os cdigos G criados por outros softwares, sendo ele o ultimo da cadeia de

funcionamento, ou seja, a partir do momento que a informao chega ao UGS, ela

interpretada e transferida para o Arduino. Ao receber esse sinal o Arduino atua suas

portas de sada, fazendo com que a ferramenta seja ligada e execute as tarefas

necessrias para desenvolver a usinagem.

A escolha do UGS foi feita para o projeto por ser um software livre e o

mesmo possuir um amplo campo de compatibilidade, assim atendendo as

necessidades do Arduino.

2.4 PLANO DE MANUTENO

Segundo Kardec e Nascif (2013 p. 26), possvel entender a

manuteno como o conjunto de cuidados tcnicos indispensveis ao

funcionamento regular e permanente de mquinas, equipamentos, ferramentas e

instalaes. Para tanto devemos prevenir, conservar, adequar, restaurar, substituir.

A manuteno tem como objetivo manter equipamentos e mquinas

em condies de pleno funcionamento para garantir uma produo normal e a

qualidade dos produtos fabricados pelas mesmas em uma determinada indstria.

A manuteno ideal de uma mquina ou equipamento aquela que

permite alta disponibilidade para produo durante todo o tempo em que ela estiver

em servio e a um custo adequado, sem um bom programa de manuteno, os

prejuzos sero inevitveis, pois mquinas com defeitos ou quebradas podem

causar:

Diminuio ou interrupo da produo;

Atrasos nas entregas;

Perdas financeiras;

Aumento dos custos;

Insatisfao dos clientes;

24

Perda de mercado.

A manuteno ideal a que permite alta disponibilidade para a

produo durante todo o tempo em que ela estiver em servio e a um custo

adequado. Kardec e Nascif (2013) afirmam que a vida til de um componente o

espao de tempo que este componente desempenha as suas funes com

rendimento e disponibilidades mximas. Ciclo de vida de um componente a

variao dos nmeros de defeitos acumulados em funo do nmero de horas

trabalhadas de um componente.

Para que ocorra manuteno, h necessidade que exista disposio

os seguintes recursos:

a) Recursos materiais equipamentos de teste e de medio, ferramentas

adequadas, espao fsico satisfatrio, entre outros;

b) Recursos de mo de obra dependendo do tamanho da empresa e da

complexidade da manuteno aplicada, h a necessidade de uma equipe

formada por profissionais qualificados em todos os nveis;

c) Recursos financeiros necessrio para uma maior autonomia dos trabalhos;

d) Recursos de informao responsvel pela capacidade de obter e armazenar

dados que sero a base dos planos de manuteno.

2.5 TIPOS DE MANUTENO

De acordo com Kardec e Nascif (2013) os tipos de manuteno

existem: a corretiva, a preventiva, a preditiva e a detectiva. Pode-se entender como

manuteno corretiva, os sistemas de consertos aps a falha, podendo ser dividida

em manuteno corretiva planejada e manuteno corretiva no planejada.

Os autores definem como manuteno no planejada aquela que

ocorre quando no h uma programao de data e hora, e pode ocorrer a qualquer

momento, e conhecida como corretiva, e visa corrigir problemas, podendo ser:

25

a) Inesperada tem o objetivo de localizar e reparar defeitos repentinos em

equipamentos que trabalham em regime contnuo.

b) Ocasional so consertos de avarias que no param a mquina. Ocorrem

quando h a parada de mquina por outro motivo que no o defeito.

Enquanto a manuteno Planejada a correo do desempenho

menor que o esperado ou da falha, por deciso gerencial, isto , pela atuao em

funo do acompanhamento preditivo ou pela deciso de operar at a quebra

(KARDEC E NASCIF 2013).

A adeso para este tipo de manuteno pode advir de vrios fatores:

A falha no oferece qualquer possibilidade de risco s pessoas e

instalaes;

Possibilidade de conciliar a necessidade de interveno com os

objetivos de produo;

Garantia de disponibilidade de sobressalentes e ou, ferramentas

necessrias execuo da manuteno;

Existncia de recursos humanos necessrios execuo da

atividade.

a) Preventiva o conjunto de procedimentos e aes

antecipadas que visam reduzir ou evitar a falha ou quebra de desempenho,

obedecendo a um plano previamente elaborado baseado em intervalos definidos no

tempo.

b) Preditiva ao preventiva baseada no conhecimento das

condies de cada um dos componentes das mquinas e equipamentos. Os dados

so obtidos atravs de testes peridicos para determinar a poca adequada para

substituio e reparao das peas.

Existem algumas condies bsicas para que seja estabelecida este

tipo de manuteno:

O equipamento, sistema ou instalao deve permitir algum tipo de

monitoramento, deve ter este tipo de manuteno justificada pelos custos

26

envolvidos, as falhas devem ser originadas de causas que podem ser monitoradas e

ter sua progresso acompanhada, adoo de um programa de acompanhamento,

anlise e diagnstico sistematizados.

c) Detectiva a atuao efetuada nos sistemas de proteo,

buscando detectar falhas ocultas ou no perceptveis ao pessoal de operao e

manuteno. Sendo esta deteco primordial para garantir a confiabilidade.

Atualmente crescente a utilizao de computadores digitais em instrumentao e

controle de processos nos mais diversos tipos de plantas industriais.

2.3.6 FMEA (Anlise de modos e efeitos de falha)

uma ferramenta da qualidade contida num pacote de ferramentas

que servem para melhorar e alavancar os processos. Dentre elas tem-se o diagrama

de Ishikawa, a Matriz de Causa e Efeito, Mapas de Processos, Diagrama de Pareto,

controle estatstico de processos entre outras.

Matriz de Causa e Efeito ou Diagrama Ishikawa (seis Ms Material,

Mo de obra, mquina mtodo de trabalho, Meio ambiente, Medidas)

O Diagrama de Causa e Efeito uma tcnica que mostra a relao

entre um efeito e as possveis causas que podem estar contribuindo para que ele

ocorra.

usado para visualizar, em conjunto, causas principais e secundrias

de um problema. Amplia a viso das possveis causas de um problema,

enriquecendo a sua anlise e a identificao de solues, analisando processos

para sua melhoria.

Possui trs tipos de ao:

1. Ao Preventiva: atua nas causa do problema antes que ele ocorra,

2. Ao Corretiva: aps a deteco do problema, busca-se eliminar a

causa.

27

3. Ao de Conteno: quando no possvel eliminar a causa do

problema, tomada uma ao para que o problema no se propague.

Categorizao das causas:

o Mtodo: causas relacionadas ao processo e aos procedimentos, ou

seja, como o trabalho realizado.

o Mo de Obra: causas relacionadas s pessoas envolvidas com o

efeito, tais como, capacitao, jornada de trabalho, etc.

o Mquina: causas relacionadas a mquinas e equipamentos que podem

estar relacionadas com o efeito.

o Material: causas relacionadas ao material e insumos utilizados no

processo.

o Medidas: causas relacionadas como o processo mensurado,

calibrao dos instrumentos de medio, etc.

o Meio Ambiente: caractersticas do ambiente em que o processo ocorre,

tais como, temperatura, umidade, clima organizacional, etc.

Para o projeto foi realizado o diagrama Ishikawa com um efeito

relacionado ao projeto, onde as medidas de tolerncia da pea usinada se

encontram fora dos padres exigidos pelo projeto apresentado.

Para tal, o diagrama relaciona as possveis causas, sendo estas

discutidas para que seja dirimido o problema.

Para tanto a mquina apresenta uma variao de medidas que esto

relacionadas com a fabricao dos eixos (fusos) que fazem o movimento da mesa

no sentido horizontal, e o movimento da ferramenta no sentido vertical. Tambm

est relacionado com as corredias metlicas que tem seu movimento efetuado por

pista de rolamento com esferas metlicas, o que no confere preciso absoluta.

Neste sentido a preciso est relacionada com a mquina no diagrama Ishikawa.

Para soluo deste problema devemos mudar os parafusos sem fim

com porca para fusos e flanges usinados com preciso em milsimos de milmetros

e as corredias metlicas por guias lineares.

O diagrama de Ishikawa do projeto pode ser observado no diagrama 1.

28

Diagrama1, diagrama de Ishikawa.

Fonte: Autoria prpria.

O FMEA uma ferramenta para analisar os modos de falhas e seus

efeitos, um mtodo detalhado quantitativo que serve para analisar e documentar

os modos de falhas de um processo ou produto.

Analisa e identifica potenciais erros chaves;

Atribui a severidade destes erros, ou seja, os quo crticos estes erros podem

ser para o processo;

Determina com que frequncia esses erros ocorrem;

Determina qual a facilidade de deteco dos erros.

O FMEA fornece trs grandes benefcios;

1. Fornece uma avaliao quantitativa de todos os defeitos e controles atuais

para cada passo do processo;

2. Permite ter um profundo conhecimento do processo uma vez que todas as

ocorrncias e todas as aes que so recomendadas para que se conclua e

se reduza os modos de falha ficam armazenadas como uma memria tcnica

Produto final fora de especificao (medidas)

MQUINA

Parafuso sem fim c/ porca

MEDIDA MEIO AMBIENTE

MTODO MO DE OBRA MATERIAL

Motor de Passo

Procedimento de controle

Operador inexperiente

Corredias metlicas

Instrumento de medio de baixa confiabilidade

Temperatura

Fragilidade do material

29

para os futuros colaboradores ou para que precise ter acesso a estas

informaes;

3. Permite a equipe de manuteno rastrear as aes, histrico e melhorias

feitas no processo, alm da melhoria do projeto.

Existem trs tipos diferentes de FMEA, so eles:

a) FMEA de Sistemas, que o de mais alto nvel, usado na face inicial de

anlise, e usado nas fases preliminares de projeto;

b) FMEA de Projeto analisa o sistema, subsistemas, partes e componentes de

um produto na fase de projeto;

c) FMEA de Processo tem foco no fluxo, na sequncia, nos equipamentos

inseridos, nos inputs e outputs e nos setpoints ou configuraes para cada

modo de falha do processo.

O FMEA pode ser utilizado para identificar riscos em um processo atual

ou para avaliar riscos em um novo. Ao encontrar riscos em um processo estes

podem ser corrigidos antes que ocorram, sendo assim uma abordagem proativa de

avaliao de risco. Quando em uma nova soluo se utiliza este dispositivo para

prevenir erros no futuro e desta forma manter os processos livres de falhas. O FMEA

deve ser Dinmico o que significa que quando o processo mudar o este tambm

dever ser mudado.

Ele deve ser atualizado durante todo o ciclo de vida do projeto. A

principal entrada (input) vem do mapa de processo e de algumas entradas

prioritrias da Matriz de Causa e Efeito (Diagrama Ishikawa). As sadas (outputs),

conjunto de aes corretivas para reduzir as falhas.

2.3.7 Funcionamento Bsico do FMEA

O principio da tecnologia o mesmo independente do tipo de FMEA e

a aplicao, ou seja, se FMEA de produto, processo ou procedimento e se

aplicado para produto/processos novos ou j em operao (ZAIONS, 2003). A

anlise consiste basicamente na formao de um grupo de pessoas que identificam

para o produto/processo em questo suas funes, os tipos de falhas que podem

ocorrer, os efeitos e as possveis causas desta falha. Em seguida so avaliados os

30

riscos de cada causa de falha por meio de ndices e, com base nesta avaliao, so

tomadas as aes necessrias para diminuir estes riscos, aumentando a

confiabilidade do produto/processo.

FMEA muito mais do que o preenchimento do formulrio, seu valor

est na discusso e reflexo dos membros do grupo sobre as falhas potenciais do

produto/processo e as aes de melhoria propostas pelo grupo.

a) Importncia

A metodologia FMEA importante porque pode proporcionar para a empresa: Uma

forma sistemtica de se catalogar informaes sobre as falhas dos

produtos/processos, Melhorar conhecimento dos problemas nos produtos/processos.

Fornece aes de melhoria no projeto do produto/processo, baseados em dados e

devidamente monitorados, melhoria contnua, diminuio dos custos por meio de

preveno de ocorrncias de falhas. E apresenta o grande benefcio de incorporar

na organizao a atitude de preveno de falhas, a atitude de cooperao e trabalho

em equipe e a preocupao com a satisfao dos clientes.

b) Etapas para a aplicao

1. Planejamento realizado pelo responsvel pela aplicao da

metodologia e compreende:

2. Descrio dos objetivos e abrangncia da anlise, onde so identificados os

produtos/processos a serem analisados;

3. Formao dos grupos de trabalho, que deve conter entre quatro e seis

pessoas e multidisciplinar;

4. Planejamento das reunies, sendo agendadas com antecedncia e com

consentimento de todos os participantes;

5. Preparao da documentao.

c) Analise de falha em Potencial

Esta etapa realizada pelo grupo de trabalho que discute e preenche o

formulrio e define:

31

o Funes caractersticas do produto/processo;

o Tipos de falha potencial para cada funo;

o Efeitos do tipo de falha;

o Causas possveis da falha;

o Controles atuais.

d) Avaliao dos riscos

So definidos pelo grupo os ndices de severidade (S), ocorrncias (O),

deteco (D), para cada causa de falha, de acordo com critrios previamente

definidos, depois so calculados os coeficientes de prioridade de risco (R), por meio

da multiplicao dos outros trs ndices.

e) Melhorias

Utilizando o a tcnica de brainstorming, so listadas todas as aes

que podem ser realizadas para diminuir os riscos, sendo elas: as medidas de

preveno total ao tipo de falha, medida de preveno total de uma causa de falha,

medidas que dificultam a ocorrncia de falhas, medidas que limitam o efeito do tipo

de falha, medidas que aumentam a probabilidade de deteco do tipo ou da causa

de falha. Estas so analisadas quanto a sua viabilidade. Sendo definidas as que

sero implantadas.

O formulrio FMEA um documento vivo, ou seja, uma vez realizada

uma anlise para um produto/processo, esta deve ser revisada sempre que

ocorrerem alteraes. Ainda deve-se regulamente revisar a anlise confrontando as

falhas potenciais, a fim de permitir a incorporao de falhas no prevista, bem como

a reavaliao, com base em dados objetivos, das falhas j previstas.

32

Para constatar o valor da ocorrncia de um evento tem-se a tabela 1.

Tabela 1 - Critrios de classificao de ocorrncias.

CLASSIFICAO CRITRIO

01 Chance remota de falha

02 Frequncia muito baixa: uma vez a cada cinco anos

03 Pouco frequente: uma vez a cada dois anos

04 Frequncia baixa: uma vez por ano

05 Frequncia ocasional: uma vez por semestre

06 Frequncia moderada: uma vez por ms

07 Frequente: uma vez por semana

08 Frequncia elevada: algumas vezes por semana

09 Frequncia muito elevada: uma vez por dia

10 Frequncia mxima: vrias vezes ao dia

Fonte: Autoria Prpria.

Para calcular a severidade utilizada a tabela 2.

Tabela 2 Critrios para clculo de severidade

CLASSIFICAO CRITRIO

01 Efeito no detectvel no sistema

02

Baixa severidade causando aborrecimento leve no cliente 03

04

Severidade moderada: cliente hora insatisfeito com perda de desempenho

perceptvel

05

06

07

Severidade alta com alta insatisfao do cliente 08

09 Severidade muito alta: risco potencial de segurana e problemas graves de

no conformidade 10

Fonte: Autoria Prpria.

33

Para achar o nvel de deteco deve ser utilizada a tabela 3.

Tabela 3 Critrios para nvel de deteco

CLASSIFICAO CRITRIO

01 Deteco quase certa de modo de falha

02 Probabilidade muito alta de deteco de modo de falha

03 Alta probabilidade de deteco de modo de falha

04 Moderadamente alta probabilidade de deteco de modo de falha

05 Moderada probabilidade de deteco de modo de falha

06 Baixa probabilidade de deteco de modo de falha

07 Probabilidade muito baixa de deteco de modo de falha

08 Probabilidade remota de deteco de modo de falha

09 Probabilidade muito remota de deteco de modo de falha

10 No possvel detectar o modo de falha

Fonte: Autoria prpria.

Para a construo do FMEA inicialmente foi elaborada a EAP

(Estrutura Analtica do Projeto) incluindo os dados que podem ser observados no

diagrama de construo da mesma, como pode ser observado no diagrama 2.

34

Diagrama 2, anlise de critrios para construo do FMEA, EAP.

Fonte: Autoria prpria.

O projeto conta com um FMEA baseado no projeto, o qual ainda no

apresentou defeitos que pudessem ser considerados causados por funcionamento

pois o mesmo est ainda em fase de desenvolvimento. O FMEA pode ser analisado

no APNDICE - 2.

Construir CNC

Comprar material

Preparar material

Montar estruturas e componentes

Testar CNC

Motor passo

Fusos

Guias

lineares

Componente

s eltricos

Estruturas

Envelopame

nto e dispositivos de

segurana

Cortar peas

Ajustar peas

mec.

Fabricar

painel elt.

Cortar

material de

envelopamento e de

segurana

Montar

estrutura do CNC

Montar

guias lineares

Montar

fusos e motores

Montar

painel eltrico

Envelopar e

montar as peas

de proteo e

segurana

Testar

motores

Testar guias

e fusos

Testar

componentes

eltricos

Testar

dispositivos de

segurana

35

2.4 NR 12 NORMA REGULAMENTADORA PARA MQUINAS E EQUIPAMENTOS

Esta norma estabelece as medidas preventivas de segurana e higiene

do trabalho a serem adotadas na instalao, operao e manuteno de mquinas e

equipamentos, visando preveno de acidentes de trabalho. O empregador deve

adotar medidas de proteo para o trabalho em mquinas e equipamentos, capazes

de garantir a sade e a integridade fsica dos trabalhadores, e medidas apropriadas

sempre que houver pessoas com deficincia envolvidas direta ou indiretamente no

trabalho. (ABNT. Associao Brasileira de Normas Tcnicas. Confiabilidade e

Mantenabilidade NBR 5642 Rio de Janeiro, 1994).

So consideradas medidas de proteo, a serem adotadas nesta

ordem de prioridade:

Medidas de proteo coletiva;

Medidas administrativas ou de organizao do trabalho;

Medidas de proteo individual.

As instalaes de mquinas estacionrias devem respeitar os

requisitos necessrios fornecidos pelos fabricantes ou, na falta desses, o projeto

elaborado por profissional legalmente habilitado, em especial quanto fundao,

fixao, amortecimento, nivelamento, ventilao, alimentao eltrica, pneumtica e

hidrulica, aterramento e sistemas de refrigerao.

As instalaes eltricas das mquinas e equipamentos devem ser

projetadas e mantidas de modo a prevenir, por meios seguros, os perigos de choque

eltrico, incndio, exploso e outros tipos de acidentes, conforme previsto na NR10.

Devem ser aterrados conforme as normas oficiais vigentes, as

instalaes, as carcaas, invlucros, blindagens ou partes condutoras das mquinas

e equipamentos que no faam parte dos circuitos eltricos, mas que possam ficar

energizados.

Os cuidados especiais que devem ser observados em mquinas e

equipamentos que possuem dispositivos de acionamento e parada so:

1. Sejam acionados ou desligados pelo operador na sua posio

de trabalho.

36

2. No sejam localizados na zona perigosa da mquina ou

equipamento.

3. Possa ser acionado ou desligado em caso de emergncia, por

outra pessoa que no seja o operador.

4. No possa ser desligado ou acionado, involuntariamente, pelo

operador, ou por qualquer outra forma acidental.

5. No acarrete riscos adicionais.

Como exemplo de mecanismos de segurana pode citar os seguintes:

Comando bi manual, o acionamento da mquina realizado com

ambas as mos. Feixes de luz: se a mo ultrapassar o feixe de luz a mquina para

imediatamente. Enclausuramento ou barreiras: protege o trabalhador devido ao

tamanho, da posio ou do formato da abertura para alimentao da mquina. Corte

automtico: a mquina para quando algum ou algo entra na rea de perigo.

Dispositivo para afastar as mos; operado por cabo de ao, preso

aos pulsos do operador ou aos seus braos, para afastar suas mos quando estas

se encontram na zona de perigo.

Para mquinas com elementos rotativos e sistemas de transmisso so

recomendados que sejam executadas limpezas e manuteno e reparos apenas

quando estas estiverem paradas, salvo se o movimento for indispensvel para sua

realizao.

O maior risco das mquinas para trabalhar madeira, acrlicos, entre

outras, o contato das partes do corpo (mos e dedos, sobretudo) com as

ferramentas de corte, o que pode causar seu esmagamento ou amputao.

As manutenes preventivas e corretivas devem ser registradas em

livro prprio, ficha ou sistema informatizado, com os seguintes dados:

Cronograma de manuteno;

Intervenes realizadas;

Data da realizao de cada interveno;

Servio realizado;

Peas reparadas ou substitudas.

A operao, manuteno, inspeo e demais intervenes em

mquinas e equipamentos devem ser realizadas por trabalhadores habilitados,

qualificados, ou autorizados para este fim.

37

A fim de aprofundar os aspectos de manuteno apesentados na NR

supracitada, foi desenvolvida a APR (anlise preliminar de riscos), que pode ser

vista no APNDICE - 3.

38

3. DESENVOLVIMENTO DO PROTTIPO

O presente captulo tem por objetivo descrever todo o processo de

criao, desde a modelagem em trs dimenses que possibilitou a montagem e

desenvolvimento do prottipo, demonstrando o funcionamento geral da estrutura,

bem como os equipamentos necessrios para o desenvolvimento de cada parte do

projeto. Sero apresentados os motores de passo, os drivers necessrios para seu

acionamento, as estruturas mecnicas (barras roscadas, corredias metlicas e

afins), chaves fim de curso e suas funes de hard limit e homing, a placa de

circuitos impressos, e o microcontrolador Arduino Uno.

3.1 MODELAGEM TRS DIMENSES

A fim de desenvolver um projeto mecnico do prottipo, optou-se por

fazer a modelagem em trs dimenses, a qual permite simular com maior preciso

os objetos a serem utilizados no prottipo, conforme pode ser observado na figura 1.

Figura 1- Modelo 3D fresa CNC Fonte: Autoria prpria

O desenvolvimento do mecnico teve sua montagem baseada no

modelo encontrado no blog do professor Walendorff, o qual serviu para nortear a

39

construo da mquina. A confeco do projeto em 3D foi feita utilizando o software

SketchUp Make. O qual disponibiliza uma biblioteca online com uma grande

variedade de peas, a qual permitiu utilizar os motores, corredias metlicas, fusos e

botoeiras no modelo 3D.

3.2 PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO

Para a confeco da placa no presente projeto foi utilizado o Fritzing

por ser um programa open source gratuito e possuir em sua biblioteca de

componentes o Arduino e seus drives, enquanto outros softwares de confeco de

PCB como o Proteus, Merling PCB designer, CometCAD entre outros, ou so pagos

ou no possuem em sua biblioteca raiz o Arduino.

A simulao da placa no programa apresenta as trilhas em amarelo e

apenas o contorno do Arduino bem como de seus drivers, que podem ser

observados na figura 2.

Figura 2 - Simulao da placa Fritzing Fonte: Autoria prpria

40

A PCB pronta elaborada a partir do desenho desenvolvido no Fritzing,

pode ser observada na figura 3.

Figura 3 - PCB Fonte: Autoria prpria

O Fritzing permite tambm simular o circuito eltrico com os

componentes e suas funcionalidades permitindo ao usurio uma melhor

interpretao da logica de funcionamento da placa, como pode ser observado na

figura 4.

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Figura 4 - Esquema eltrico Fritzing Fonte: Autoria prpria

O circuito eltrico um grande facilitador na confeco da PCB,

evitando que o processo de montagem demande grandes perodos de tempo e

reduzindo os erros de montagem.

3.3 MOTORES DE PASSO NEMA17

Os motores de passo consistem em dispositivos eletromecnicos que

convertem pulsos eltricos em movimentos mecnicos, os quais geram variaes

angulares discretas, estas rotacionam o eixo em pequenos incrementos

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denominados passos (KALTECK, 2016). Tais pulsos eltricos quando aplicados

sobre o motor determinam, baseados em suas sequncias, o sentido de rotao a

qual o motor gira. A velocidade de rotao do rotor depende da frequncia de

disparo dos pulsos eltricos sobre o motor, a quantidade dos mesmos determina o

ngulo a ser rotacionado.

Em sua maioria, os motores de passo deslocam um ngulo de 1,8

para cada pulso recebido do driver de controle, com isso tais motores so os mais

indicados para movimentos de maior preciso solicitados pelo CNC. A aplicao

destes motores no presente projeto est atrelada a sua capacidade de controlar seu

ngulo de rotao, velocidade, posio e sincronismo. As maiores vantagens do

motor de passo esto em sua capacidade de funcionar bem em baixas velocidades

com torques elevados, permitirem trabalhar nos dois sentidos de rotao, ser um

motor brushless (sem escovas), poder ficar em inatividade por um longo perodo de

tempo, e tem um potencial de acelerar e desacelerar de acordo com a solicitao

(OFFICE TOTAL SHOP).

Devido a sua composio simples, no possuir escovas, comutadores

e nem encoder, os motores de passo so mais baratos que os servomotores e com

isso tem uma ampla utilizao em impressoras, scanners, robs, cmeras de vdeo

entre outros.

A classificao destes motores pelo tamanho feitas atravs da norma

NEMA. Baseado nas medidas das arestas dos flanges, a norma determina a

classificao da seguinte forma NEMA 17 tem uma flange de 1,7 polegadas

(aproximadamente 42 mm), (KALTECK, 2016).

O presente projeto conta com os motores de passo NEMA 17 (que

podem ser observados na figura 5) dentro das opes disponveis no mercado

(NEMA 17, 23 e 34) por ser o mais barato deles e atender a necessidade do projeto.

Outra vantagem dos motores de passo sobre os servomotores o fato de estes

serem altamente intercambiveis, ou seja, no necessitam de um driver do mesmo

fabricante e mesma famlia.

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Figura 5 - Motor de passo NEMA 17 disponvel em: https://www.sainsmart.com/sainsmart-nema-17-stepper-motor-1-5a-2-5a.html

Os motores de passos so os responsveis pela movimentao da

mesa de cortes do projeto, fazendo os movimentos dos eixos X e Y, e tambm a

movimentao do eixo Z. A resoluo de 200 PPR (Passos por rotao), ou 1,8

para cada passo, permite movimentos bastante precisos, possibilitando desenvolver

desde peas simples como quadrados, retngulos e tringulos at peas mais

elaboradas como crculos e elipses.

3.4 EASYDRIVER STEPPER MOTOR

O Easydriver stepper motor um hardware compatvel com qualquer

componente que possua uma sada de pulsos digitais entre 0 e 5V, desenvolvido

para motores de passo. Este mdulo necessita de uma fonte de 6 a 30V para

alimentar o motor e possui em sua placa um regulador de tenso para a interface

digital, o qual pode ser regulado para 3.3V ou 5V. De acordo com o fabricante

(SCHMALZ HAUS LLC) este driver pode controlar motores de passo bipolares e

motores ligados como bipolares de 4, 6 ou 8 cabos.

https://www.sainsmart.com/sainsmart-nema-17-stepper-motor-1-5a-2-5a.html

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Este hardware permite ao motor fazer um movimento chamado micro

stepping (micro passos), que significa dividir o passo mnimo em micro passos, no

caso 8 micro passo. A grande vantagem de utilizar micro passos a de permitir

controles mais suaves e precisos que os 200 PPR que o motor disponibiliza de

fbrica. Isso significa que para uma rotao completa o motor que originalmente

precisaria de 200 passos, passa a necessitar de 1600 (200 x 8). O driver pode ser

observado na figura 6 abaixo.

Figura 6 - EasyDriver

Disponvel em: https://www.sparkfun.com/products/12779

A escolha deste mdulo para o presente projeto foi feita devido ao fato

de o mesmo ser compatvel com qualquer controlador que possua sadas de pulsos

digitais, assim atende as necessidades do Arduino para o controle dos motores de

passo. Uma grande facilidade desse hardware o fato de ele utilizar apenas duas

sadas do Arduino para fazer o controle dos motores, uma para a quantidade de

passos e outra para o sentido de rotao.

3.5 CHAVES FIM DE CURSO

Chaves fim de curso so tambm conhecidos como interruptores de

final de linha ou micro switches, se tratam de comutadores eltricos que podem ser

https://www.sparkfun.com/products/12779

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atuados por foras fsicas. Estas chaves podem ter contatos normalmente abertos

ou fechados, os quais so atuados ao receber contato fsico em suas hastes. Elas

so muito aplicadas devido durabilidade que as mesmas possuem que

normalmente superior a um milho de ciclos de acordo com a empresa fabricante

Schemersal.

Estas chaves so de confeco simples como pode ser observado na

imagem da figura 7.

Figura 7 - Chaves fim de curso

Disponvel em: https://cdn.awsli.com.br/600x450/24/24550/produto/4224345/a026354bb1.jpg

O projeto conta com cinco chaves que possuem contatos normalmente

abertos, os quais ao receber o contato fsico em suas hastes atuam enviando um

sinal digital ao Arduino, que por sua vez manda o programa parar de girar o motor

de passo naquele sentido.

3.5.1 FUNES HOMING E HARD LIMIT

O projeto conta com as funes de homing e hard limit, as quais so

dependentes dos fins de curso. Estas funes so responsveis pelo

referenciamento da mquina em relao aos pontos zero dos seus eixos, bem como

a segurana da mesma, para evitar que a ferramenta ultrapasse os limites de

trabalho.

A funo Homing parte do programa GRBL 0.9J, responsvel por

fazer os reconhecimentos das posies, assim levando os eixos X e Y aos seus

valores mnimos, e depois levando a mesa a uma posio pr-definida pelo

https://cdn.awsli.com.br/600x450/24/24550/produto/4224345/a026354bb1.jpg

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programa, no caso desse projeto, essa posio foi definida como 1mm antes de

cada fim de curso. Para o eixo Z o projeto conta apenas com um fim de curso, o qual

define a posio mxima que o eixo pode subir, pois como se trata de uma

fresadora, estimar um valor mnimo deixaria a mquina limitada em relao ao

tamanho da pea a ser usinada. Sendo o eixo Z responsvel pela movimentao da

ferramenta o mesmo tem seu valor de referencia definido em relao ao limite

mximo de subida do eixo e o valor definido para home de 1mm abaixo do fim de

curso.

A funo de hard limit determina os valores de segurana da mquina,

evitando que tanto a mesa quanto a ferramenta ultrapassem valores seguros de

funcionamento, assim para os eixos X e Y a mesa fica limitada para que a mesma

no bata nos acoplamentos dos motores e nem saia dos limites do trilho das

corredias metlicas.

3.6 ARDUINO UNO

O Arduino UNO um microcontrolador baseado no ATmega328. Sua

tenso de alimentao de 5Vcc quando alimentada pela entrada USB,

normalmente em conexo com um computador, ou entre 6 e 20Vcc quando

alimentada por uma fonte externa, atravs de seu conector Jack. De acordo com o

fabricante (ARDUINO), o controlador possui 14 pinos digitais de entrada/sada (dos

quais seis podem ser usados como sadas PWM), seis entradas analgicas, um

clock de 16 MHz, uma conexo USB, um conetor de alimentao, um conetor ICSP,

e um boto de reset. Tal estrutura pode ser observada na figura 8.

47

Figura 8 - Arduino UNO

disponvel em https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3

Este controlador tem a funo de interpretar os sinais enviados do

computador e execut-los. Com o auxlio da IDE Arduino, o firmware (GRBL 0.9J) foi

gravado no microcontrolador a fim de que os comandos enviados em Gcode possam

ser interpretados e executados pelo Arduino.

3.7 ESTRUTURAS MECNICAS

As estruturas do projeto se dividem em partes eltricas e mecnicas.

Sendo a base deste construda em MDF 15mm, a parte estrutural e mecnica

constituda por um gabinete de madeira para alocar a placa eletrnica, fonte e

coolers, corredias metlicas para a movimentao da mesa e da ferramenta e

barras roscadas para a transmisso dos movimentos do motor.

A parte eltrica conta com trs motores de passo NEMA 17 com

acoplamentos flexveis, uma mini furadeira, uma fonte atx de 450W, uma placa

eletrnica de circuitos impressos, 2 coolers para refrigerao da placa de circuitos

com os drivers e Arduino, 5 chaves fim de curso, 2 botes para pausa e retomada do

programa, 1 boto de emergncia.

O projeto foi construdo inicialmente montando a estrutura para

posicionamento dos motores, mesa de corte e o eixo Z, aonde seria colocada a

ferramenta. A estrutura da mesa foi definida com um MDF 15mm apoiado sobre

48

duas corredias metlicas, as quais so responsveis pelo eixo X. Esta estrutura

por sua vez apoiada sobre outras duas corredias metlicas, que fazem parte do

eixo Y.

Para o eixo Z foi definida uma estrutura de madeira vertical aonde seria

afixada a ferramenta e para que a mesma pudesse se movimentar foi acoplado um

pedao de MDF sobre duas corredias metlicas, as mesmas fixadas na vertical a

fim de que a ferramenta pudesse subir e descer.

Nas pontas de cada eixo foram colocados os motores, e para a

transmisso do movimento de seus eixos foram colocadas barras roscadas de

bitolas de de polegada, com acoplamentos flexveis, a fim de compensar os

possveis desalinhamentos entre o eixo do motor e a barra roscada. Para que as

barras transmitissem o movimento s estruturas, foi soldada uma porca de de

polegada sob cada uma delas, na direo do eixo, assim, ao girar o eixo do motor o

movimento de rotao do mesmo convertido em movimento linear.

Definidas as posies dos eixos e motores, foram posicionados os fins

de curso a fim de definir os limites de segurana e operao da mquina, sendo

quatro nas extremidades dos eixos X e Y e um na parte superior do eixo Z. As

posies dos fins de curso foram definidas aproveitando a maior rea possvel da

mesa de cortes bem como a maior altura possvel para subida do eixo Z a fim de

que a mquina tivesse o maior aproveitamento da rea disponvel.

Com todas as bases mecnicas e estruturais prontas, foi escolhida a

ferramenta a ser utilizada para fazer a fresagem, sabendo que o material a ser

usinado seriam peas de acrlico e MDF. O projeto conta com uma mini furadeira

(Loud AD-19) a qual trabalha com uma tenso de operao de 12Vcc e uma

velocidade de giro de 12000 RPM (figura 9).

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Figura 9 - Mini furadeira AD-19

Disponvel em: http://www.estrela10.com.br/mini-furadeira-retifica-minidrill-12v-preta-ad19s-

loud-19072-p10837617

O projeto conta com um gabinete feito em MDF 15mm disposto na

parte traseira do mesmo a fim de alocar a fonte de alimentao, e a placa eletrnica

de circuitos impressos, na qual esto ligados o Arduino e os drivers de controle dos

motores. A fonte de alimentao do projeto uma fonte ATX ligada diretamente na

rede eltrica, alimentada por uma tenso alternada de 127V. Esta disponibiliza para

o projeto a tenso de 12Vcc, a qual faz a alimentao da placa de circuitos,

responsvel por alimentar os motores de passo e seus drivers, e tambm a mini

furadeira.

Para confeccionar a placa eletrnica (figura 10), foi adaptada uma

caneta de tinta permanente na estrutura do eixo Z, com isso foi possvel testar o

funcionamento das programaes, bem como o funcionamento geral da mquina.

http://www.estrela10.com.br/mini-furadeira-retifica-minidrill-12v-preta-ad19s-loud-19072-p10837617http://www.estrela10.com.br/mini-furadeira-retifica-minidrill-12v-preta-ad19s-loud-19072-p10837617

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Figura 10 - Confeco PCB

Fonte: Autoria prpria

Para um correto funcionamento do projeto, sabendo que as rotaes

dos motores de passo geram aquecimento em seus drivers, foram adicionados dois

coolers ao gabinete, um com a funo de ventilao (resfriamento) e o outro de

exausto, alinhados a placa de circuitos como pode ser observado na figura 11 a

baixo. Para uma melhor organizao e segurana foram colocadas canaletas dentro

do gabinete, a fim de que a menor quantidade de cabos ficasse exposta. O projeto

tambm conta com uma porta de acrlico para acesso a parte interna do gabinete,

assim permitindo uma fcil visualizao dos circuitos, dispensando a necessidade de

abrir a mesma para uma rpida inspeo visual.

51

Figura 11 - Gabinete

Fonte: Autoria prpria

O projeto tambm conta com botoeiras dispostas em uma caixa lateral

(que pode ser observada na figura 12) que permitem ao mesmo ser operado

diretamente da mquina, depois de o programa ter sido enviado ao Arduino, sem a

necessidade de o operador estar com o computador (que envia os comandos ao

Arduino) em mos durante a usinagem. A mquina conta com dois botes de pulso,

um de pausa e outro de retomada, os quais enviam sinais diretamente para o

Arduino, possibilitando que o processo de usinagem possa ser parado durante

qualquer momento da operao e retomado da mesma forma.

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Figura 12 - Botoeiras

Fonte: Autoria prpria

Alm desses botes de pulso a mquina conta tambm com um boto

de emergncia, o qual ao ser acionado, de imediato executa duas aes, sendo a

primeira cortar a energia da fonte de alimentao, forando a parada da mquina e a

segunda envia um sinal lgico para o Arduino, informando ao programa que o boto

de emergncia foi acionado e o mesmo para de executar qualquer comando.

3.8 ASPECTOS DE MANTENABILIDADE

Para o presente projeto sero apresentados os aspectos de

mantenabilidade dos trs itens com maiores defeitos em potencial, sendo eles os

motores de passo, corredias metlicas e barras de rosca sem fim.

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3.8.1 Motores de passo:

Por serem utilizados com muita frequncia, os motores de passo,

podem apresentar falhas e quando isso acontece importante realizar a

manuteno. Alguns defeitos que podem ser previstos na manuteno preventiva de

motores de passo:

Folga nos mancais

Possveis travamento de rolamentos

Futuras quebras de eixo

Desmagnetizao do rotor

Diminuio da isolao eltrica.

3.8.2 Corredias metlicas:

A manuteno nas corredias metlicas (figura 13) deve ser realizada

diariamente sendo limpas e lubrificadas a cada final de perodo de trabalho.

Figura 13 - Corredias metlicas Disponvel em:

http://diogodantevendedor.blogspot.com.br/2016_01_01_archive.html

As causas de maiores manutenes nas corredias so o travamento

de rolamentos por falta de limpeza e lubrificao, o que causa o desgaste excessivo

das guias de rolamento, e o desalinhamento das mesmas.

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3.8.3 Eixos de transmisso (parafuso de rosca sem fim):

O parafuso de rosca sem fim (figura 14) responsvel pela converso

de energia de rotao dos motores de passo em movimento linear. Na aplicao

mais comum, um parafuso de rosca sem fim para transmisso de movimento de giro

de um motor e, por contato direto provoca o deslocamento de uma castanha ou

porca (onde est presa a carga a ser movimentada).

Figura 14 - Parafuso de rosca sem fim com porca Disponvel em: http://g03.a.alicdn.com/kf/HTB1b_3THVXXXXaNXFXXq6xXFXXXa/M6x320-6-320-

Stainless-Steel-All-Thread-font-b-Threaded-b-font-Rod-Bar-Studs-machine.jpg

.

Algumas caractersticas que podem ser observadas nos equipamentos

que empregam parafusos de rosca sem fim e que, so fortes candidatos a uma

manuteno.

Perda de repetibilidade,

Perda da uniformidade dos movimentos,

Vibrao,

Rudo anormal,

Perda de preciso costumeira.

Para que haja um bom aproveitamento dos parafusos de rosca sem fim

se faz necessrio a limpeza e lubrificao diria do eixo.

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3.9 MANUTENO AUTNOMA

Ser na manuteno autnoma que os operadores, sero capacitados

a serem os mantenedores da mquina em primeiro nvel. Desta forma, o operador

poder de forma rpida e sistemtica, efetuar limpezas, inspees regulares,

registrar as ocorrncias, efetuar lubrificaes, e regulagens simples e aplicar a

ferramenta 5S. Estas atividades sero feitas observando o registro de manuteno

de rotina do operador, que estar disposto para visualizao na mquina.

O programa de manuteno autnoma criado para este projeto pode

ser analisado no APNDICE - 1.

56

4. DESEMPENHO E TESTES

O presente captulo aborda o funcionamento do prottipo, mostrando o

desempenho geral da mquina, as aes executadas pelo Arduino, motores de

passo, e da mini furadeira. Sero apresentadas as peas criadas bem como os

testes realiz