Controlo Numérico Computadorizado – O que é realmente o CNC?

Os controlos numéricos, também conhecidos como controlos NC, são dispositivos para o controlo direcionado de máquinas. Convertem os dados codificados fornecidos ao controlo NC num suporte de dados em comandos de controlo correspondentes e nas sequências de trabalho e movimento resultantes. A introdução do computador abriu novas possibilidades para melhorar os controlos NC e aprofundá-los integrando o computador nos controlos CNC. Ambos estes sistemas são examinados em maior detalhe neste artigo. Além disso, abrange o controlo PLC, que também é uma abordagem para controlar máquinas e equipamento industrial e é frequentemente utilizado em combinação com controlos (C)NC.

Como funciona um controlo NC?

Os primeiros controlos NC foram realizados na década de 1970, instalando componentes com fios. Havia uma solução personalizada para cada aplicação. O controlo NC lê os comandos de controlo, que são previamente introduzidos como código através de um suporte de dados, e o controlo converte depois estes comandos de controlo em sequências de trabalho ou movimento. A adaptação a vários produtos é relativamente fácil no âmbito das capacidades da máquina e dos parâmetros disponíveis, razão pela qual os controlos NC são utilizados principalmente em máquinas-ferramenta.

A desvantagem dos controlos NC é que são limitados em termos da sua capacidade de memória e comandos de controlo utilizáveis. Por conseguinte, os controlos NC puros já não são utilizados. Em vez disso, são utilizados em conjunto com computadores nos controlos CNC.

Estrutura do programa

DIN 66025 define a seguinte estrutura de programa para um controlo NC:

• A primeira linha começa com um caractere % seguido pelo nome do programa.
• As linhas adicionais são iniciadas com N e um número consecutivo, idealmente em passos de dez.
• O segundo parâmetro é um comando iniciado pela letra G.
• As informações de caminho são então fornecidas especificando valores para X, Y, Z, U, V e W. Se ocorrer um movimento circular, são adicionados valores para I, J e K.
• Outras opções são: Funções T para a seleção da ferramenta, funções S para a velocidade do fuso e funções F ou M para a alimentação.
• Existe sempre uma função M no fim do programa. Isto repõe o programa.

Exemplo:

%MSM

N10 G00 T32

N20 G01 X-10 Y0 Z-10

N30 M20

É importante notar que os comandos permanecem ativos até serem substituídos por novos comandos:

Por exemplo, se introduzir coordenadas para os eixos X, Y e Z na linha 2 e se este alinhamento também permanecer o mesmo no futuro, não tem de ser repetido nas linhas subsequentes. A nova coordenada só é introduzida quando a orientação guardada tiver de ser alterada.

Avanço para o controlo CNC

Com a integração de computadores, é possível utilizá-los diretamente para controlar máquinas. Os controlos CNC permitem uma flexibilidade significativamente maior do que apenas os controlos NC. O software CAD ou CAM pode facilmente adaptar parâmetros de processamento sem ter de alterar o hardware da própria unidade de controlo.

Princípios do controlo CNC

Um programa é executado através de um computador ou microcontrolador para o controlo CNC. Os sinais desejados são então enviados através de um circuito elétrico para o sistema de controlo da máquina e implementados lá. Normalmente, um controlo CNC consiste nos seguintes componentes:

• Sistema de acionamento: Consiste em motores e componentes eletrónicos de controlo. O sistema de acionamento serve o movimento dos eixos CNC. Motores de passo, servomotores, etc. Os inversores são usados.
• Memória: A memória contém o código G (programa de controlo) e outras informações para operar a máquina CNC.
• CPU: A Unidade de Processamento Central processa comandos e controla movimentos e funções.
• Interface de entrada e saída: As interfaces permitem a comunicação entre o controlo CNC e os sensores e outros dispositivos ou sistemas.
• Painel de controlo: O painel de controlo é a interface homem-máquina. Isto permite ao utilizador definir parâmetros, monitorizar o processo ou executar programas.

Durante a implementação física dos comandos para as máquinas, são utilizados vários componentes, tais como transmissões de parafuso esférico, atuadores, etc. guias lineares, motores, codificadores e suportes de ferramentas. Também pode encontrá-los numa variedade de versões na MISUMI.

Tipos de controlos CNC

Os conceitos de controlo podem ser divididos em controlo de pontos, controlo de pistas e controlo de caminhos.

Controlado por ponto refere-se ao controlo de um ponto específico ou um posicionamento individual da máquina, por exemplo, para perfuração ou perfuração. A ferramenta é movida exactamente para uma posição da peça de trabalho, onde a ferramenta começa depois com o processamento. O posicionamento é feito de ponto a ponto. Não é possível influenciar de forma flexível, por exemplo, a velocidade de deslocação para a nova posição em si.

Ao contrário do controlo de ponto, os controlos de caminho permitem o controlo de um eixo de cada vez em termos de velocidade e posição. Isto significa que as distâncias axiais ou paraxiais também podem ser percorridas. Os movimentos estão limitados à esquerda, direita, lado frontal ou traseira.

Controlado por caminho significa que a máquina move vários eixos simultaneamente para seguir um caminho com a ferramenta. O controlo de alimentação é geralmente utilizado para o controlo de percurso. Dependendo do sistema, os caminhos podem ser quaisquer linhas retas a correr em qualquer lugar no espaço ou curvas e círculos.

Outra opção de diferenciação é o número de eixos controlados. As possíveis variantes aqui são o controlo de 3, 4 ou 5 eixos. Quanto mais complexa for a peça de trabalho a ser processada, mais eixos são utilizados. Basicamente, o eixo X, o eixo Y e o eixo Z são sempre controlados. Os eixos rotativos ainda podem ser adicionados como quarto e quinto eixos. Cinco eixos permitem o processamento de formas espaciais complexas.

Vantagens e desvantagens do controlo CNC

Os controlos CNC são muito precisos e permitem a realização de processos de fabrico complexos. Isto permite a produção em massa e reduz o trabalho humano. Ao mesmo tempo, no entanto, é necessário pessoal mais qualificado. Os elevados custos de aquisição também resultam em despesas iniciais elevadas. No entanto, estes devem ser rapidamente compensados pela otimização do processo a longo prazo e pelo aumento dos números de produção.

PLC – O controlador lógico programável

O PLC é outra abordagem para controlar máquinas e sistemas industriais. No entanto, os PLC não são usados apenas para controlar o movimento, mas são usados principalmente para monitorizar e controlar processos industriais. Realizam operações lógicas complexas e controlam entradas e saídas digitais e analógicas.

O design mínimo de um controlo PLC consiste sempre numa unidade de entrada, uma unidade de processamento e uma unidade de saída, o chamado princípio EVA. Além disso, existem indicadores de estado, um meio de armazenamento e uma fonte de alimentação. Por conseguinte, os componentes são semelhantes aos de um controlo CNC. As entradas, como sensores e scanners, comunicam com as saídas, como motores e luzes, através de uma CPU. As funções podem ser realizadas através de vários módulos. Para este fim, são utilizados os chamados módulos de lógica.

Modo de operação e funções lógicas de um PLC

O PLC executa fundamentalmente as seguintes funções: recolha de dados, processamento de dados, tomada de decisões e controlo do atuador. Por exemplo, os dados são obtidos de sensores que monitoram o estado do sistema durante a recolha de dados.

Os parâmetros podem ser: temperatura, informações de posição, pressão, etc. Estes dados constituem a base para os próximos passos: A temperatura ambiente é demasiado elevada? Houve queda de pressão?

Em seguida, o processamento de dados compara valores ou realiza operações lógicas para decidir quais ações precisam ser realizadas. A decisão tomada, por exemplo, alterar os parâmetros da máquina, é agora implementada através do acionamento dos atuadores. O PLC envia sinais de controlo para os atuadores (por exemplo, motores, válvulas, etc.), que depois implementam a ação pretendida.

As funções lógicas que são usadas e conectam as entradas podem ser:

• Operação AND: Se ambos os valores de entrada forem verdadeiros, é sinalizado “verdadeiro” e a função é executada. Exemplo: uma porta deve ser protegida automaticamente com um alarme de segurança ativo após fechá-la. A função de alarme só pode ser ativada se a porta estiver bloqueada e o alarme de segurança estiver ativado.
• Operação OR: Sinaliza “verdadeiro”, se pelo menos um valor de entrada for verdadeiro. Exemplo: Tenho uma porta que pode ser aberta com um cartão-chave ou um código PIN. Ambas as opções abrem a porta.
• Funcionamento XOR: significa “OR exclusivo” (apenas OR). Sinaliza “verdadeiro” quando exatamente um valor de entrada é verdadeiro. É adequado para comparar várias entradas. Exemplo: Comutação pré-execução/retorno de um guincho de cabo com dois botões. Se não for premido nenhum botão, não há sinal (motor desligado). Se premir o botão de pré-execução ou retorno, é encaminhado o sinal de pré-execução ou retorno. Se ambos os botões forem premidos, não há sinal (motor desligado).
• NÃO funcionamento: Inverte o valor de entrada. Exemplo: O sistema de alarme de uma porta só deve estar ativo se a porta estiver fechada.

A ligação lógica das variáveis de entrada e saída é mostrada num plano de funções: Aqui, todas as entradas e saídas, blocos de funções, bem como as conexões e direções são visualizadas num tipo de diagrama de circuito. O plano de funções suporta o projeto, a implementação e a análise dos sistemas de controlo PLC.

Vantagens e possíveis aplicações do controlo PLC

Muitas aplicações industriais podem beneficiar do uso do controlo PLC. Na automação, são usados para controlar máquinas, automatizar linhas de produção e aumentar a eficiência. Também são ideais para o controlo de processo devido às funções lógicas que podem ser conectadas conforme desejado.

As vantagens do controlo PLC incluem:

• as alterações e correções são fáceis de fazer sem modificações
• os erros podem ser corrigidos rapidamente, uma vez que o circuito pode ser testado directamente no dispositivo de programação
• podem ser observadas curvas de sinal

interação de diferentes modos de controlo

Para exemplos de aplicações mais complexas, os controlos PLC e (C)NC podem ser utilizados em conjunto, por exemplo, para executar as seguintes tarefas:

• troca de dados e comunicação
• Controlo principal
• Segurança e Monitorização

Os controlos PLC são, por exemplo, muito flexíveis e podem ser facilmente adaptados. Os controlos CNC, por sua vez, asseguram um elevado grau de precisão e são otimizados para tarefas de processamento específicas. Em conjunto, é criado um sistema preciso e simultaneamente flexível para várias aplicações industriais. Combinar controlo de processo (PLC) e de máquina (CNC) cria uma coordenação transparente para uma produção eficiente.

Exemplo de aplicação

Os controlos NC e PLC podem ser utilizados, por exemplo, para regular a temperatura. Por exemplo, uma tira bimetálica pode ser ligada a um PLC e a uma caldeira. Quando a temperatura correta é alcançada, o circuito fecha e o PLC recebe o sinal de que a caldeira pode agora ser desligada. Se a temperatura descer, a caldeira será ligada novamente da mesma forma.