A Máquina CNC Na Engenharia

MÁQUINA CNC

Artur Diego de Souza Andrade e Fabricio Oliveira de Souza

IFAM-CMDI

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RESUMO

Este trabalho trata-se de uma máquina CNC. Nele será mostrada a criação de uma máquina CNC de movimentação em três eixos (X, Y e Z), feita com materiais prototipados em impressora 3D e comandada por uma placa Arduino UNO. As CNCs são muito utilizadas em industrias para diversos trabalhos, como os de fresamento e até de impressão em 3D. A CNC desenvolvida neste trabalho é focada em realizar desenhos em qualquer superfície plana, sendo útil em aplicações como desenho de plantas ou objetos.

Palavras-chave: CNC -  Arduino UNO – Desenhos.  

Abstract

        This work is a CNC machine. In it we will show the creation of a machine capable of moving the three axes (X, Y and Z). As CNC`s are widely used in industrial jobs for various jobs, such as milling and even 3D printing. The development of machines has revolutionized the industrial world. However, in this work, our CNC is more focused on realization drawings, on any type of flat surface, this form is useful in many everyday applications or even for the use of engineers, for the design of plants or objects

Keywords: CNC. Machine. Graphics

INTRODUÇÃO

        As máquinas CNC (Computer Numeric Control) são essenciais para o mundo industrial contemporâneo. As suas primeiras criações foram nos anos 50, sendo elas inicialmente apenas maquinas NC, pois não utilizavam computadores para o controle, e sim através de cartões perfurados (Site: Protoptimus). São equipamentos programáveis, que possuem a capacidade de controlar a velocidade e posicionamento de eixos ou ferramentas através de programas do tipo CAD (Desenho Auxiliado por Computador, do inglês Computer Aided Design).

Figura 1 – Modelo genérico de uma CNC

[pic 1]

As CNC`s são controladas para permitir a furação, fresagem, torneamento e aplicar várias ações, permitindo usinar diversas peças em grande velocidade e com alta precisão (Site: Mundo CNC). Como resultado disso, houve uma melhora na qualidade dos produtos nas linhas de produção, diminuindo o trabalho humano.

As máquinas CNC podem funcionar sem nenhum acompanhamento humano durante um ciclo de produção, permitindo ao operador tempo livre para desempenhar outras tarefas. Isto permite que o usuário não fique fadigado enquanto a máquina opera, possibilitando até mesmo mais precisão na formação do produto, pelo simples fato de não ocorrer algum erro humano.

De forma geral, as CNC`s são trabalhadas em três coordenadas. Porém, a CNC projetada será utilizada em apenas duas coordenadas, fazendo assim com que ela trabalhe apenas com desenhos em 2D, sendo útil, por exemplo, em aplicações como corte de placas metálicas, soldagem de componentes em placas de circuito impresso, furação e desenho de assinaturas.

MATERIAL E MÉTODOS

        

        A primeira etapa para a realização do projeto foram as pesquisas na internet. As pesquisas feitas na WEB foram procurar o funcionamento de várias CNCs. Um vídeo mostrando o funcionamento de uma CNC Axidraw serviu de base para a parte mecânica do projeto, modelo produzido pela empresa Evil Mad Scientist.

Figura 2 - Axidraw

[pic 2] 

        Escolhido o modelo de base para a parte mecânica, a segunda etapa foi a escolha da placa de controle. Foi cogitado inicialmente utilizar um Mini-microcomputador, mais especificamente uma Raspberry Pi, o qual tem memória suficiente para controlar todos os motores, e também para realizar outras funções. O preço inacessível foi o fator principal para não utilizar a Raspberry Pi. A saída mais viável seria a utilização de um Arduino UNO, Figura 3, que através de algumas pesquisas na Internet, constatou-se que seria possível usá-lo para o projeto (Sites: Atividade  Maker e Professor Marlon Nardi).

Figura 3 – Arduino UNO

[pic 3]

        A terceira etapa consistiu na definição do arquivo de imagem para a reprodução do desenho. Como a CNC desenvolvida era de ponto a ponto, um arquivo Bitmap não seria uma opção viável, já que o desenho não sairia com uma boa resolução. Com isto, pensou-se no uso de arquivos de imagem vetorizada, cujas linhas são funções matemáticas ao invés de pixels como utilizados nos arquivos Bitmap, o que facilita para a reprodução de imagens com bordas para a realização de um desenho (Site: Veterizar.com).

        A próxima etapa foi o processamento e envio da imagem do desenho para o Arduino. A pouca memória impossibilitou a leitura e processamento de uma imagem dentro do mesmo. Logo tudo teria que ser feito em um computador e enviado para o Arduino usando comunicação serial. Para configurar o Arduino para receber comandos em G-Code, que é uma programação padrão de toda máquina CNC, foi utilizada a biblioteca GRBL (Site: Github). Já para comunicação com o computador e envio dos dados foi utilizado o software Universal G-Code Sender (Site: Github).

        Para processamento da imagem, optou-se por usar um programa denominado Inkscape, o mesmo utilizado para a Axidraw, pois ele permite criar imagens vetorizadas (Site: Inkscape). Para criar um G-Code da imagem foi necessário usar uma expansão do Inkscape, o Gcodetools, que possibilita transformar um arquivo de imagem em arquivo ngc para o Universal G-Code Sender ler e enviar os dados para o Arduino.

Para a montagem da parte elétrica da CNC, foram usados dois motores de passo bipolares modelo NEMA17 (Figura 4) para os eixos X e Y da CNC, um motor de passo simples, encontrados em impressoras comuns, para a movimentação da ferramenta e três drivers A4988 da Pololu (Figura 6). Para o suporte dos drivers, utilizou-se um Shield apropriado para uso no Arduino, mostrado na Figura 5.