Apresentação final

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Apresentação sobre o projeto de mini-torno CNC

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Apresentação final

  1. 1. INTEGRADORA V Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica ENGENHARIA INVERSA - TORNO CNC
  2. 2. Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Grupo 1 Regente: Prof. Joaquim Barbosa Tutor: Prof. Caetano Monteiro A52760 Miguel Marques Machado A68592 Afonso Oliveira Baptista A68595 Stéphane José Costa A68598 Inês Varela Gomes A68628 Diogo Henrique Antunes Ramôa A68634 Guilherme Oliveira Capela A68635 Helena Sofia Martins Lopes A68643 Tiago José Alves Gonçalves A68661 Guilherme Botelho Simões A68665 Marta Catarina Fernandes Pinto
  3. 3. Engenharia Inversa “You need to study other people’s work. Their approaches to problem solving and the tools they use give you a fresh way to look at your own work” Gary Kildall Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica IEEE Senior Engineer http://images.tcdn.com.br/img/img_prod/ 229827/2148_1.jpg http://www.celmar.com/uploads/images/ 11034.jpg http://prodigystore.com/store/691- thickbox/mini-torno-cnc-140x250.jpg
  4. 4. Análise do funcionamento do mini-torno CNC Fabrico de componentes Estudo dos materiais e processos de fabrico Verificação do dimensionamento mecânico de componentes Estudo de softwares de comando CNC Modelação CAD Manual de Funcionamento Tópicos de estudo Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  5. 5. Análise de conteúdos Estado da arte Relatórios de anos anteriores Catálogos de vendasDesenhos técnicos Manuais de fabricantes Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Desenvolvimento de tarefas Manual de Instruções de Funcionamento e Manutenção Estado da Arte Relatório Final
  6. 6. Identificação e caracterização dos componentes do torno mecânico Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica 1. Fuso principal Componente Motriz 4. Caixa Norton 8. Fuso 11. Fuso do carro superior 2. Bucha Componente Funcional 3. Porta-Ferramentas 13. Carro principal 14. Carro superior 22. Cabeçote Fixo 26. Contraponto 28. Ferramenta de corte 5. Barramento Componente Estrutural 6. Cabeçote Móvel 9. Guias 27. Resguardo de proteção
  7. 7. Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Materiais e processos de fabrico Elementos Processo Componentes (cabeçote fixo e cabeçote móvel) Fundição+Maquinagem Moldes Maquinagem Caixas de machos Maquinagem Sistemas de enchimento, distribuição e alimentação Maquinagem Materiais Vantagens Desvantagens Aço Boa maquinabilidade, Custo e Boas propriedades mecânicas Massa volúmica elevada Temperatura de fusão elevada Ferro Fundido Custo, Elevado módulo de elasticidade e Baixa condutibilidade térmica Massa volúmica elevada Temperatura de fusão elevada Ligas de Alumínio Massa volúmica reduzida e Temperatura de fusão baixa Custo Liga oxidável
  8. 8. Estudo do desenho e análise dos defeitos de vazamentos anteriores Modelação 3D dos componentes Fabrico de protótipos dos componentes Modelação 3D final Construção de protótipos dos componentes Projeto de fundição Modelação 3D das caixas de machos Dimensionamento do sistema de alimentação Construção das caixas de machos Dimensionamento do sistema de enchimento e distribuição Construção Sistema Alimentação Simulação do conjunto no software NovaFlow&Solid™ Fabricodecomponentes Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  9. 9. Análise dos defeitos de vazamentos anteriores Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Estudo do desenho
  10. 10. Protótipos das Caixas de Machos Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Construção das Caixas de Machos
  11. 11. Caixas de Machos Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Moldes
  12. 12. Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Placa Molde
  13. 13. Modelação 3D
  14. 14. Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Simulação numérica do processo de fundição
  15. 15. 1. Determinação dos pontos quentes da peça Cabeçote fixo Regra de Heuvers Software NovaFlow&Solid™ Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição
  16. 16. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Cabeçote móvel Regra de Heuvers Software NovaFlow&Solid™ Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  17. 17. Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica 2. Dimensionamento dos alimentadores Cabeçote fixo Analiticamente Software NovaFlow&Solid™ Características do alimentador Diâmetro mínimo 47.8 mm Altura mínima 71.7 mm Volume mínimo 0.130 dm3 Massa 0.311 kg Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Características do alimentador Diâmetro mínimo 38.5 mm Altura mínima 104 mm Volume mínimo 0.121 dm3 Massa 0.324 kg
  18. 18. Cabeçote móvel Analiticamente Software NovaFlow&Solid™ Características do alimentador Diâmetro mínimo 36.4 mm Altura mínima 54.6 mm Volume mínimo 0.058 dm3 Massa 0.158 kg Características do alimentador Diâmetro mínimo 33.9 mm Altura mínima 50.9 mm Volume mínimo 0.046 dm3 Massa 0.123 kg Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  19. 19. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição 3. Dimensionamento dos canais de ataque Dados iniciais Cabeçote fixo Cabeçote móvel Nº de ataques 2 2 Velocidade do metal nos ataques (m/s) 1 1 Tempo de enchimento (s) 3.5 3.5 Volume (peça+alimentador) (dm3) 0.635 0.251 Caudal (dm3/s) 0.181 0.072 3691Área de cada ataque (mm2) Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  20. 20. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Dados iniciais Área total de ataques (cabeçote fixo) 182 mm2 Área total de ataques (cabeçote móvel) 72 mm2 Área total de ataques 254 mm2 4.1. Dimensionamento do canal de distribuição Geometria do canal Trapezoidal Base maior (mm) 24 Base menor (mm) 20 Altura (mm) 12 Área (mm2) 264 4. Dimensionamento dos canais de distribuição e de enchimento De acordo com a equação da continuidade Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  21. 21. 4.2. Dimensionamento do canal de descida Geometria do canal Troncocónico Diâmetro menor (mm) 18 Diâmetro maior (mm) 24 Altura (mm) 75 Área mínima da secção (mm2) 254 Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição De acordo com a equação da continuidade Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  22. 22. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Bacia de vazamento + canal de descida + canal de distribuição + canais de ataque Alimentadores Cabeçote fixo Cabeçote móvel Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  23. 23. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Simulação do processo de fundição recorrendo ao software NovaFlow&Solid™ Importação geometria sistema Parâmetros iniciais Menu Simulação Análise Resultados •abertura do ficheiro .stl • posicionamento do sistema • gravação do ficheiro em formato .cvg • abertura do ficheiro .cvg • definição dos materiais • definição dos pontos de vazamento e de alimentação • definição dos parâmetros de enchimento • simulação do processo de fundição dos componentes • análise dos resultados obtidos -tempo de solidificação - distribuição da temperatura ao longo do processo - percentagem de rechupe Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  24. 24. Dimensionamento do sistema de alimentação Dimensionamento dos sistemas de enchimento e distribuição Modelação 3D dos sistemas Simulação do processo de fundição Resultados obtidos Tal como esperado, verificou-se a ocorrência de rechupe nos alimentadores e na bacia de enchimento Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  25. 25. Cadeia de Acionamentos da Máquina e respetivo Comando Componente Tipo de movimento Transmissão de movimento Acionamento Comando Manual Comando Automático Carro Deslocamento em x Contacto Direto Alavanca/Manivela Motor de passo Árvore Rotação da peça Contacto Direto Ligação Flexível Caixa de velocidades Motor que permite mudança de velocidade Cabeçote móvel Deslocamento em z Contacto Direto Alavanca/Manivela Motor de passo Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  26. 26. Comando automático e análise dos softwares CNC Interpretação das informações/instruções definidas no programa e controlo dos motores de passo Transmissão das instruções/informações (Código G) à placa de controlo via USB ou Wi-fi Formulação de instruções (manualmente ou por CAM) a serem interpretadas e executadas pela máquina CNC Utilização de software CAM obtendo informações do processo de fabrico do componente Modelação do componente em Software CAD Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  27. 27. Placa de controlo • Interpreta as informações/instruções definidas no programa; • Controla os motores de passo; • Permite o controlo dos dois eixos necessários para o funcionamento do mini- torno: • Movimento do carro longitudinal (eixo Z) • Movimento do carro transversal (eixo X) Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  28. 28. Software NINOS Tournage™ • Permite a interação CAD/CAM Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  29. 29. Dimensionamento mecânico de componentes Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Determinação da situação crítica de maquinagem Cálculo das forças Torneamento sem recorrer ao contraponto Forças totalmente suportadas pelo cabeçote móvel Reações nas guias Dimensionamen to do motor
  30. 30. • Situação crítica: Parâmetros considerados Material utilizado Aço ao Carbono AISI 1060 (Aço duro) Avanço (f) 0.20 mm/rot Penetração (Ap) 2 mm Relação de Corte (G) 10 Ângulo de posição (χr) 75o Ângulo de Ataque (γ) 14o Velocidade de Corte (Vc) 15 m/min Diâmetro máximo maquinável 150 mm Força de corte (tangencial) 𝐹𝐹𝑐𝑐 = 852 𝑁𝑁 Força de penetração (axial) 𝐹𝐹𝑓𝑓 = 𝐹𝐹𝑐𝑐 × �1 5 = 171 𝑁𝑁 Força de avanço (axial) 𝐹𝐹𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐹𝐹𝑐𝑐 × �2 5 = 341 𝑁𝑁 Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  31. 31. • Dimensionamento do motor Momento máximo que o motor tem que ter 𝑇𝑇𝑀𝑀 = 63,9 𝑁𝑁𝑁𝑁 Velocidade angular máxima 𝜔𝜔 = 3,3 3 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟/𝑠𝑠 Potência máxima que o motor deve desenvolver 𝑃𝑃 = 212,8 𝑊𝑊 Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Número do Modelo 82zyt180- 150- 2000 Binário 716 mN.m Potência de saída 300W Comutação Escova Diâmetro externo 82mm Velocidade 2000 rpm Tensão 180 V
  32. 32. • Cálculo das forças Torneamento com a utilização de contraponto Estrutura hiperestática Situações analisadas i. Torneamento sem se recorrer ao contraponto Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Fc Ff Fap RxB RyB RxA RyA RzA Rtc RxB RyB RxA RyA RzA Rtc
  33. 33. • Cálculo das forças Situações analisadas ii. Situação hipotética: As forças aplicadas pela ferramenta à peça são suportadas pelo cabeçote móvel (à exceção da força de avanço) Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  34. 34. • Cálculo das forças nas guias Forças de corte, penetração e avanço Pastilha de corte Porta-ferramentas Guias de deslizamento i. Guia prismática de secção reta uniforme (guia retangular) • Restrição do tipo aberta • Transladação no sentido axial Forma geométrica mais comum Guia retangular Não permite deslocamentos em y Guia prismática Distribuição mais uniforme dos esforços (geralmente as mais utilizadas Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  35. 35. • Cálculo das forças nas guias ii. Guia cilíndrica sem restrição do tipo aberta • Transladação no sentido axial • Momento em torno do eixo dos xx e do eixo dos yy Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica
  36. 36. Previsão Inicial Se 1 Se 2 Se 3 Se 4 Se 5 Se 6 Se 7 Se 8 Se 9 Se 10 Se 11 Se 12 Se 13 Se 14 NATAL Se 15 Se 16 Se 17 Se 18 Se 19 Se 20 SEMINÁRIO 1 - Projeto para o Fabrico SEMINÁRIO 2 - Propriedade Intelectual Apresentação MEIA-VIDA Apresentação FINAL Entrega Relatório Final Discussão Individual do Relatório Final A. Análise de Conteúdo B. Redação do Estado de Arte C. Fabrico do Componente D. Estudo dos materiais dos comp. torno E. Estudo processos fabrico comp. F. Dimension. mecânico componentes G. Estudo cadeia cinemática mov. H. Estudo de softwares comando CNC I. Modelação CAD J. Manual de funcionamento Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Plano de Tarefas
  37. 37. Concretização Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Se 1 Se 2 Se 3 Se 4 Se 5 Se 6 Se 7 Se 8 Se 9 Se 10 Se 11 Se 12 Se 13 Se 14 NATAL Se 15 Se 16 Se 17 Se 18 Se 19 Se 20 SEMINÁRIO 1 - Projeto para o Fabrico SEMINÁRIO 2 - Propriedade Intelectual Apresentação MEIA-VIDA Apresentação FINAL Entrega Relatório Final Discussão Individual do Relatório Final A. Análise de Conteúdo B. Redação do Estado de Arte C. Fabrico do Componente D. Estudo dos materiais dos comp. torno E. Estudo processos fabrico comp. F. Dimension. mecânico componentes G. Estudo cadeia cinemática mov. H. Estudo de softwares comando CNC I. Modelação CAD J. Manual de funcionamento
  38. 38. Evolução face aos trabalhos anteriores Fundição de componentes • Construção da caixa de machos para o cabeçote móvel; • Correção do molde e da caixa de machos do cabeçote fixo; • Correção dos cálculos efetuados para o sistema de enchimento e alimentação de ambos os componentes; • Correção da localização do alimentador do cabeçote fixo; • Definição da localização do alimentador do cabeçote móvel; • Elaboração de diferentes simulações numéricas para análise de diferentes soluções; • Elaboração do manual de instruções para utilização do software NovaFlow&Solid™ Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Estado da arte • Organização e sistematização da informação recolhida.
  39. 39. Cálculo de esforços e dimensionamento de componentes • Correção do estudo realizado para as guias do barramento; • Realização do estudo dos esforços atuantes no torno; • Alteração dos parâmetros de maquinagem para novo estudo dos esforços atuantes no torno; • Dimensionamento e seleção do motor Universidade do Minho Escola de Engenharia - Departamento de Engenharia Mecânica Softwares CNC e placa de controlo • Estudo das plataformas de comunicação entre computador e máquina de controlo numérico; • Estudo dos softwares CNC disponíveis; • Estudo do software adaptado ao torno CNC - NinosTournage™; • Elaboração do manual de instruções para utilização do software NinosTournage™; • Estudo da placa de controlo a utilizar.

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