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SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JOINVILLE
GIOVANE GONÇALVES
MANUTENÇÃO EM MÁQUINAS CNC HELLER
JOINVILLE
2005
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SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL
FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JOINVILLE
GIOVANE GONÇALVES
MANUTENÇÃO EM MÁQUINAS CNC HELLER
RELATÓRIO DE ESTÁGIO APRESENTADO NO 6º
PERÍODO DO CURSO DE TECNÓLOGO EM
MECATRONICA INDUSTRIAL COMO REQUISITO
PARCIAL DE APROVAÇÃO, SOB ORIENTAÇÃO
DO PROFESSOR ORIENTADOR ESPECÍFICO
JOSÉ CARLOS BUCHOLDZ
JOINVILLE
2005
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DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a meu pai Jair, minha
mãe Rute, minha irmã Jaqueline, minha noiva
Jaqueline Susan por terem contribuído para
eu chegar até aqui e pelos exemplos de
perseverança e simplicidade.
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AGRADECIMENTOS
Ao Senhor Deus, que teve misericórdia neste tempo de graduação, dando-me
sabedoria e inteligência para superar as barreiras que se apresentaram
principalmente nestes últimos três anos. Aos meus pais, Jair bento Gonçalves e
Rute Luzia de Souza Gonçalves, que estiveram presentes em todos os momentos
dando-me força e animo. A minha irmã Jaqueline Gonçalves, que se mostrou
prestativa nos momentos de dificuldade. A minha noiva Jaqueline Susan Soares, a
qual se mostrou disposta a me ajudar em todos os momentos em que passei.
A empresa Schulz S.A., ao pessoal da Manutenção da Usinagem Automotiva
pela convivência e pelo aprendizado adquirido durante o período de confecção do
relatório, principalmente a Sérgio Rodrigues, pelo apoio e ajuda na confecção do
mesmo.
Aos amigos de classe pelo companheirismo em todas as noites de estudo,
aos professores do SENAI pelos conhecimentos fornecidos à mim.
A todos os familiares e amigos que, direta ou indiretamente, participaram da
minha vida e contribuíram para este momento de grande importância e felicidade.
Amém.
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SUMÁRIO
DEDICATÓRIA .......................................................................................................3
AGRADECIMENTOS..............................................................................................4
LISTA DE ILUSTRAÇÕES .....................................................................................6
RESUMO ................................................................................................................7
1. INTRODUÇÃO ...............................................................................................8
2. HISTÓRICO DA EMPRESA.........................................................................10
3. COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO ........................................14
3.1. HISTÓRICO CNC.....................................................................................14
3.2. ESTRUTURA DE UM CNC ......................................................................14
4. MANUTENÇÃO............................................................................................19
4.1. MANUTENÇÃO CORRETIVA ..................................................................19
4.1.1. Manutenção Corretiva Não Planejada ..............................................20
4.1.2. Manutenção Corretiva Planejada......................................................20
4.2. MANUTENÇÃO PREVENTIVA ................................................................20
4.3. MANUTENÇÃO PREDITIVA ....................................................................22
4.3.1. Analise de Vibração ...........................................................................23
4.3.2. BallBar – Geometria em Centros de Usinagem ...............................25
5. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ................................................................31
5.1. ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO CORRETIVA......................................31
5.2. ATIVIDADES NA MANUTENÇÃO PREVENTIVA ....................................35
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................41
7. REFERÊNCIAS............................................................................................43
8. APÊNDICE A – EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS XZ.......44
9. ANEXO.........................................................................................................47
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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1. Antigas Instalações ..............................................................................10
Figura 2. Presente...............................................................................................12
Figura 3. Estrutura Genérica ...............................................................................15
Figura 4. CNC - CLP e Acionamentos.................................................................17
Figura 5. Heller MCP 250 comando GE Fanuc 180 ............................................18
Figura 6. Mazak FH-4000....................................................................................18
Figura 7. Software Ball Bar pronto para o teste...................................................26
Figura 8. Teste em XY ........................................................................................27
Figura 9. Relatório de pontos críticos..................................................................28
Figura 10. Circunferência não perfeita ..................................................................29
Figura 11. Circunferência com vibração................................................................29
Figura 12. Eixo Y e Splindle ..................................................................................30
Figura 13. Pontos de limpeza importantes na Preventiva .....................................36
Figura 14. Drivers de Comunicação......................................................................36
Figura 15. Painel Heller Comando GE Fanuc 160i................................................38
Figura 16. Painel Refrigeração Heller Comando GE Fanuc 160i ..........................39
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RESUMO
A qualidade de todos os componentes produzidos em máquinas CNC está
diretamente ligada à performance da máquina. Assim, problemas com a máquina,
inevitavelmente resultam em perda de produção e refugo de peças, e de modo a
minimizar estes transtornos, são implementados sistemas de inspeção mais
intensivos (manutenção preditiva ou preventiva), entretanto isto ocorre quando já
houve peças refugadas ou perda de produção, quando a máquina já parou por
manutenção corretiva.
Palavras Chave: Manutenção; Preventiva; Centros de Usinagem;
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1. INTRODUÇÃO
Não se perceber, mais a manutenção ou manus tenere, que significa manter o
que se tem, nos acompanha desde que o homem começou a manusear
instrumentos de produção. Com a Revolução Industrial o aumento da produção
começou a se tornar constante, aumentando também a automatização de
equipamentos, pequena inicialmente, porém que já apresentava resultados
consideráveis.
Apartir da metade do século XX, começam as pesquisas sobre os Comandos
Numéricos, também conhecidos como CN. Posteriormente vieram tecnologias
avançadas nos CNs, o elevando até mesmo a CNC. O Comando Numérico
Computadorizado (vulgarmente chamado de CNC), é, até o momento, a tecnologia
atual para as industrias de transformação de fundidos em usinados. Essa tecnologia
se funde para tornos e Centros de Usinagem. A tecnologia, como citado, evolui
bastante nos CNCs, chegando a ponto de termos controles de rotação
computadorizados (acionamentos) dos motores dos eixos. Outra tecnologia bastante
interessante foi a fusão dos CNC com o CLP para um controle da máquina mais
preciso e ágil. Também hoje podemos contar com redes industriais nos centros de
usinagem, por exemplo, Profibus e rede AS-Interface.
É possível notar também que com o decorrer do avanço destas tecnologias
dos CNCs e das industrias de um modo geral, surgiram também outras formas de
manutenções. Hoje se fala muito de manutenções sem quebra, a chamada
Manutenção Preditiva, onde é feita uma análise do comportamento da máquina, por
exemplo um Centro de Usinagem, se verifica a vibração ou a geometria da mesma,
e podemos determinar o estados de algum componentes como rolamentos, fusos,
motores, enfim conjuntos da máquina.
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Determinando o estado destes conjuntos pode-se determinar o tempo de vida
dos mesmos e substituindo eles, no seu desgaste total. Já na Manutenção
Preventiva fazemos a substituição de alguns itens após uma determinada hora de
produção. Neste caso não utilizamos a vida total do componente que foi substituído,
desperdiçando o mesmo as vezes. Na corretiva podemos utilizar os componentes
até sua quebra, porém isto pode gerar a quebra de outros componentes.
Passando essas informações poderemos analisar o que mais se enquadra em
nossas empresas, para a obtenção de mais produção e satisfação de todos desde a
parte de operação até a gerência.
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2. HISTÓRICO DA EMPRESA
Fundada em 1963 como uma pequena fundição em Joinville, contava com
apenas 26 empregados e produzia sua própria linha de produtos.
1972 – Nasce à linha de Compressores de Ar com dois modelos.
Figura 1. Antigas Instalações
Fonte: www.schulz.com.br
1977 – A empresa começa a construção de sua nova planta.
1978 – A Fundição passa a operar na nova planta.
1979 – Schulz começa a produzir peças para o setor automotivo.
1982 – Schulz conquista a liderança do mercado brasileiro de compressores
de ar.
1982 – São fabricados os primeiros cubos raiados, já em linha de produção
normal.
1983 – Começam as exportações da linha de compressores de ar.
1985 – Schulz Compressores torna-se líder em toda a América Latina.
1989 – A linha de Compressores de Ar passa a operar na nova planta.
1989 – Lançados os Compressores de Ar de Parafuso, tornando-se a única
empresa genuinamente brasileira a atuar neste mercado.
1993 – Schulz começa a oferecer serviços de usinagem.
1994 – Aquisição da Tecnomecânica, fabricante de compressores da marca
Wayne.
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2000 – A Schulz adquire um moderno sistema de pintura final de peças,
visando oferecer competitividade.
2001 – Peças automotivas começam a serem exportadas.
Hoje, a Schulz está presente no mercado automotivo de maneira forte e
competitiva, capaz de oferecer peças brutas e usinadas para ônibus, caminhões,
tratores e outros segmentos.
A Schulz S.A. é uma empresa de capital aberto, com ações negociadas na
Bolsa de Valores de São Paulo (Bovespa). Atualmente a Schulz ocupa uma área de
319 mil m² onde 72.000 m² são de área construída que seguem padrões mundiais
de tecnologia e qualidade.
Com uma força de trabalho constituída por mais de 1450 colaboradores e um
grande complexo industrial, a Schulz S.A. é uma das mais completas fábricas de
compressores de ar do mundo, produzindo desde compressores alternativos de
pistão, de diafragma e compressores de parafuso de 5hp a 250hp.
Possui uma moderna fundição de ferro nodular e cinzento, além de uma
Usinagem com máquinas de última geração produzindo componentes para as
indústrias automotivas.
Conta com equipamentos modernos como centros de usinagem horizontais e
verticais de última geração, tornos verticais e horizontais "CNC" e máquinas de corte
a laser, avançados laboratórios químicos, metalográfico e de análise dimensional,
além de um completo centro de pesquisa e desenvolvimento de novos produtos com
estações CAE - CAD - CAM e engenheiros altamente especializados.
Os investimentos constantes, assim como as arrojadas metas da Schulz S.A.,
lhe permitem, não só manter a sua liderança no segmento de compressores de ar
alternativos de pistão e de diafragma, como também atuar fortemente na linha de
compressores a parafuso, além de evoluir continuamente no segmento de
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componentes fundidos e usinados para o setor automotivo.
Figura 2. Presente
Fonte: www.schulz.com.br
A Schulz Automotiva é uma área de usinagem de peças para o setor
automotivo nacional e internacional e é composta de máquinas de centros de
usinagem, tornos CNC, retificas e máquinas convencionais (tornos, furadeiras, etc).
Dentro das máquinas podemos citar fabricantes como Heller, Romi, Cincinatti,
Famup, Tyessen, dentre outras.
Além de contar com tecnologia de ponta e os mais modernos equipamentos
em todos os setores produtivos e laboratoriais, Schulz Automotiva dispõe do mais
completo sistema de tratamento de base por fosfatização tricatiônica, pintura primer
e pintura eletrostática a pó, com uma capacidade instalada para produzir até 35.000
m² /mês.
Nos Sistemas de Pintura Automotiva Schulz, cada peça passa por até 3
estágios de tratamento superficial.
1ª Estágio – Fosfatização Tricatiônica: Nesta primeira etapa todas peças
recebem uma camada de fosfato tricatiônico em processo de aplicação em spray
com 10 etapas. No final desta etapa, as peças são encaminhadas para uma estufa
de secagem com aquecimento a gás natural.
2ª Estágio – Pintura Primer Epóxi: Na segunda fase do processo de
tratamento superficial, as peças recebem uma cobertura de primer epóxi. Nesta fase
são asseguradas as características de resistência à corrosão e química das peças.
Posteriormente as peças passam por um resfriador líquido (cooler), seguido de
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polimerização em estufa.
3ª Estágio – Pintura Eletrostática a Pó: Nesta etapa as peças recebem a
última camada: a pintura eletrostática a pó, com base poliéster. As peças adquirem,
além da cor especificada pelo cliente, incremento nas propriedades de resistência
mecânica e à luz UV. Depois de passar pelo terceiro estágio, as peças são
embaladas e encaminhadas diretamente para as linhas de produção de cada cliente.
Todas as peças pintadas pelo setor de pintura são usinados no próprio setor
de usinagem da Schulz.
Os produtos usinados pela Schulz Automotiva são marcas renomadas no
Brasil e no mundo, dentre elas podemos citar: Scania, Volvo, Wabco, MWM, dentre
outros. A Schulz Automotiva também usina peças para a Schulz Compressores,
sendo este um cliente interno e integrado no mesmo parque fabril.
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3. COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO
3.1. HISTÓRICO CNC
As pesquisas para o desenvolvimento do CNC iniciaram-se durante a
segunda guerra mundial. A necessidade de produzir peças de precisão em grandes
lotes para fabricação de aviões de guerra uniu esforços de duas entidades: Instituto
de Tecnologia da Massachussetts (MIT), e a U.S. Air Force (Força Aérea dos
Estados Unidos).
Em 1949 surgiu a primeira máquina equipada com comando numérico e,
finalmente, em 1953 ocorreu sua demonstração pratica. Já no final da década de 50,
os principais fabricantes de aviões utilizavam máquinas com comando numérico.
A grande precisão de usinagem e alta capacidade produtiva eram, e são até
hoje, características fundamentais para indústria aeronáutica daqueles tempos.
No início da década de 60 essas máquinas começaram a modernizar, e os
padrões EIA 244 e ASCII já eram utilizados com sistemas de introdução de dados.
Com o surgimento dos circuitos integrados, as máquinas ficaram mais
compactas e versáteis. No inicio dos anos setenta, as máquinas com CNC foram
equipadas com Microprocessadores (μp). Hoje essas máquinas podem operar com
números indefinidos de eixos. Os recursos gráficos em 3D, e a manutenção via
Internet já fazem parte da nossa realidade.
3.2. ESTRUTURA DE UM CNC
A figura 3 ilustra a estrutura genérica de uma máquina CNC.
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Figura 3. Estrutura Genérica
Essa figura mostra somente dois eixos, Spindle e o Eixo X, porém os eixos Y
e o Z tem a mesma estrutura do Eixo X (Régua Digital + Encoder + Motor).
Os programas, informações sobre a usinagem, configurações, status, diagnose,
podem ser introduzidas ou lidas através da IHM (Interface Homem Máquina). Ela
está diretamente ligada ao poder tecnológico da máquina e exerce um papel
importante no funcionamento do sistema. Os dados do sistema, informações sobre
sensores, atuação de cilindros, e demais dispositivos da máquina se dão através
dos drivers de comunicação. Antigamente o CNC e o CLP eram dois componentes
separados no painel da máquina onde se comunicavam e trocavam informações
através de cabos. Hoje em dia estão integrados na mesma placa eletrônica onde a
mesma gerencia os comandos do programa de usinagem e também monitora a
atuação de sensores, liga ou desliga o hidráulico da máquina, cuida da segurança
da máquina, que é o mais importante.
Para controlar e ativar os eixos, são utilizados os acionamentos. Hoje temos
uma tecnologia de acionamentos para um gerenciamento de diversas potências,
podendo controlar um ou mais motores. Esses acionamentos são constituídos de:
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Fonte
Acionamento do Spindle ou Eixo Árvore
Acionamento do Eixo X
Acionamento do Eixo Y
Acionamento do Eixo Z
Acionamento do Eixo B (Também conhecida como mesa)
Acionamento do Eixo A (Também chamado de magazine)
A fonte recebe energia elétrica, 380V – 440V trifásico alternado, converte em
200V continuo e os acionamentos dos eixos (Spindle, X, Y,...) recebem essa energia
e transformam em alternado novamente (380V) de acordo com o comando do CNC.
Essa ultima transformação sai do acionamento se dirige até os motores o qual gera
movimento, que é monitorado pelo Encoder e a Régua Digital Absoluta. Porém o
único que somente é monitorado pelo Encoder é o Spindle ou Eixo Árvore, pois seu
movimento somente é de rotação e não gera deslocamento. Quando o Encoder e a
Régua monitoram o deslocamento de um eixo especifico, por exemplo o Eixo X,
estão verificando se o mesmo irá se deslocar até o ponto determinado pelo
programa e/ou pelo CNC. Se o mesmo não se deslocar ou deslocar além do ponto é
gerado um alarme na IHM para se tomar a providências cabíveis. Os sistemas
tradutores (Encoder e a Régua Digital) quando chamados de absolutos, não
necessitam de referência pois, ao serem ligados já emitem um sinal da localização
do eixo que está conectado. Com o avanço da tecnologia os sistemas transdutores
estão hoje conectados nos acionamentos e não no CNC. Isso para poupar tempo,
pois o próprio Acionamento, do respectivo eixo, monitora o movimento do eixo
baseado na informação vinda do CNC. Na figura 4 temos um exemplo do CNC –
CLP e ao lado está à fonte e os acionamentos da máquina.
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Figura 4. CNC - CLP e Acionamentos.
Hoje em dia pode-se esperar muitas coisas de CNC do que a algum tempo
atrás. Uma das características mais decisivas na escolha de um CNC é a opção
multitarefa. Por exemplo, os CNCs (Comandos Numéricos Computadorizados) da
GE Fanuc, Séries 160i, 180i, 210i e 160is, 180is, 210is, são multitarefa. Mesmo
estando na operação de usinagem podemos acessar o estado da máquina, entrar
nos parâmetros do CLP, verificar status. Esta técnica flexibiliza a operação e otimiza
a produção.
Outra característica importante dos CNCs da atualidade é a quantidade de
eixos em que o mesmo pode controlar.
Não somente os eixos da máquina (Spindle, X, Y,...), por exemplo, uma
determinada célula de usinagem possui um robô cartesiano que retira as peças da
máquina. Esse robô pode ser controlado através de um acionamento externo sem
dúvida. Porém se ele for acionado pelo CNC da máquina, a célula terá um passo a
mais nos chamados Sistemas Flexíveis de Manufatura (SIM), e será controlado pelo
18
mesmo computador digamos assim.
Nas figuras 5 e 6 tem-se alguns exemplos de máquinas CNC.
Figura 5. Heller MCP 250 comando GE Fanuc 180
Figura 6. Mazak FH-4000
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4. MANUTENÇÃO
Tem-se como manutenção: "a arte" de manter um equipamento ou máquina
em pleno funcionamento. A definição de manutenção surge na década de 50, nos
Estados Unidos. Porém existe a manutenção a eras na raça humana, desde que
começamos a manusear instrumentos de manufatura.
Há, em várias empresas no Brasil e do mundo, vários tipos de manutenção
que não são mais do que a forma de atuação de um equipamento onde ocorre um
funcionamento indevido. As manutenções abordadas neste relatório serão:
Manutenção Corretiva
Manutenção Preventiva
Manutenção Preditiva
4.1. MANUTENÇÃO CORRETIVA
A ação principal da manutenção corretiva é corrigir ou restaurar as condições
e funcionamento do equipamento ou sistema.
Este tipo de manutenção é conhecido com a "Apaga Incêndio". Porém, de
acordo com a ABNT, a manutenção corretiva é a "manutenção efetuada após a
ocorrência de uma pane, destinada a colocar um item em condições de executar
uma função requerida" (ABNT NBR 5462 1994).
A ocorrência de falhas e desempenho deficiente são características claras de
que o mesmo necessita da manutenção corretiva.
A manutenção corretiva pode ser dividida em duas manutenções:
Manutenção Corretiva Não Planejada
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Manutenção Corretiva Planejada
4.1.1. Manutenção Corretiva Não Planejada
Pode ser definida como “Manutenção Corretiva Não Planejada é a correção
de Falhas de maneira aleatória” (KARDEC e XAVIER, 2001, p. 37).
Caracterizada quando o equipamento já está em falha e/ou defeito. É a
manutenção que ainda predomina nas industrias de hoje.
É caracterizada pelo alto custo, pois após a quebra de uma peça pode ocorrer
a quebra de outras peças do conjunto, e também pela parada de produção
inesperada.
4.1.2. Manutenção Corretiva Planejada
“Manutenção Corretiva Planejada é a correção do desempenho menor que o
esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto, é, pela atuação em função de
acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a quebra” (KARDEC e
XAVIER, 2001, p. 38).
A Manutenção Corretiva Planejada é mais precisa, pois atua no conjunto de
peças em que existe, realmente, o problema, tornando se mais barata. Ela é
também mais rápida, porém não perde a segurança, pois é conhecido o defeito e as
peças que estão com problema. Conseqüentemente este trabalho se torna de maior
qualidade que o da Manutenção Corretiva não Planejada.
4.2. MANUTENÇÃO PREVENTIVA
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“Podemos classificar a manutenção Preventiva, todo o serviço de manutenção
realizado em máquinas que não esteja em falha, estando com isto em condições
operacionais ou em estado de zero defeito” (VIANA, 2002, p. 10).
A manutenção Preventiva procura evitar a ocorrência de falhas ou queda do
desempenho esperado de um determinado equipamento. Este tipo de manutenção
ocorre com critérios e intervalos de tempo pré-determinados. Por exemplo: Troca do
rolamento X1 do conjunto Y em um período de 2 meses.
Não se pode determinar com exatidão o tempo de degradação de
equipamentos, pois não operam sobre o mesmo somente condições operacionais
bem como também contaminantes e influentes ambientais.
Como não é possível prever o tempo de quebra de um equipamento, o tempo
de cada preventiva é estipulado pelos técnicos da manutenção após a analise de
determinados itens que afetam direta ou indiretamente o equipamento quanto ao seu
desgaste (condições ambientais, operacionais e contaminantes).
O serviço executado pela preventiva é de maior qualidade que a corretiva,
pois evita a possibilidade de improvisação, pois é trocado todo o conjunto com
defeito.
Um equipamento que, periodicamente, passa por uma manutenção preventiva
não está imune de uma manutenção corretiva, pois como foi mencionado
anteriormente, o tempo de degradação é impossível de se determinar.
Com isso nota-se que um almoxarifado de manutenção para uma empresa
que implantou um plano de preventiva tem considerável redução de itens de
estoque. Porque alguns itens que, por exemplo, serão substituídos de 2 em 2
meses, somente serão comprados para a data da substituição.
Normalmente em preventivas temos uma série de itens a serem revisados
e/ou substituídos de acordo com a necessidade. Esses itens são pré-determinados
22
pelo fabricante da máquina e/ou pelos técnicos da manutenção. São itens que
podem de alguma maneira interferir no funcionamento da máquina.
Um exemplo disto é checar o nível de óleo hidráulico, o acúmulo de cavacos
em sistemas com movimentos, a limpeza de bóias de nível, etc.
Um exemplo de plano para a manutenção preventiva de um centro de
usinagem pode ser observado no ANEXO A e no ANEXO B.
4.3. MANUTENÇÃO PREDITIVA
É definida, segundo Viana (2002, p 11-12).:
“São tarefas de manutenção preventiva que visam acompanhar a
máquina ou a peça, por monitoramento, por medição ou por controle
estatístico e tentam predizer a proximidade da ocorrência da falha. O
objetivo de tal tipo de manutenção é determinar o tempo correto da
necessidade da intervenção mantenedora, com isso evitando
desmontagem para inspeção, e utilizando o componente até o
Maximo de sua vida útil”.
De uma forma mais simples podemos entender que a manutenção preditiva
previni as falhas através de análise de variáveis e possibilitando que o equipamento
opere o máximo do tempo possível sem interferir em tolerâncias na peça que
produz. Um termo relacionado a este tipo de manutenção é o de prever as
condições do equipamento.
Pode-se concluir as definições como:
“De forma mais rápida direta, podemos dizer que a manutenção preditiva
prediz as condições os equipamentos, e quando a intervenção é decidida o que faz
na, realidade, é uma manutenção corretiva planejada”. (KARDEC e NASCIF, 2001,
p. 42).
Normalmente o custo envolvido em uma manutenção preditiva é elevado,
devido a equipamentos de alta precisão. Por isso a implementação de um plano de
23
manutenção preditiva deve ser analisado quanto à aquisição ou a terceirização do
serviço.
No mercado os mais conhecidos sistemas de analise preditiva são:
Ensaios por ultra-som
Analise de vibrações mecânicas
Analise de óleo lubrificantes
Analise Termográfica
Também para o campo de usinagem de pecas temos o Ball Bar, que analisa a
geometria da máquina.
4.3.1. Analise de Vibração
“A vibração é uma oscilação de um corpo em torno de uma posição de
referência”. (Almeida & Góz, s. p.).
A vibração é um fenômeno encontrado ao nosso derredor, em nossa casa,
durante algumas viagens e principalmente na industria. A vibração é um processo
destrutivo, ocasionando, por fadiga, falhas em elementos de máquinas. Em uma
máquina o movimento vibratório é gerado devido às forças dinâmicas que ocorrem
no processo. Essas vibrações ocorrem em uma faixa de freqüência e as vibrações
se propagam por toda a máquina e estruturas próprias. As vibrações podem
ocasionar fadigas e desgastes, e ao longo do tempo pode ocasionar a quebra do
conjunto.
A analise destas vibrações é um processo que detecta a taxa de vibração das
forças dinâmicas geradas através da falha ou fadiga de partes mecânicas ou
conjuntos de máquinas. Essas análises devem ser feitas com a máquina em
funcionamento, para se analisar a real vibração. Podemos detectar as vibrações em
24
grandes amplitudes em todo o conjunto da máquina, ou até mesmo na estrutura.
Uma máquina irá gerar um movimento vibratório, caracterizado por suas partes
móveis, em uma freqüência caracterizada por seus componentes mecânicos.
Quando um equipamento é novo, é gerada uma Assinatura Espectral Original, já em
condições normais de operação será gerada uma Assinatura Espectral Operacional.
Através dessas assinaturas podemos constatar a freqüência e a amplitude de
vibração de cada componente existente no conjunto da máquina. Essas Freqüências
e amplitudes dependem de diversos fatores tais como rotação, carga, características
de construção e projeto.
Quando fazemos uma análise de vibração de uma máquina ou equipamento,
encontramos nos dados coletados, algumas componentes de diferentes freqüências,
que são relacionadas com os movimentos das peças da máquina. Por isso que
através da análise de freqüência podemos detectar a causa das vibrações, e através
de um acompanhamento da máquina, por um tempo, prever com antecedência a
ocorrência de falhas e/ou quebras.
As mais comuns vibrações indesejáveis são:
Desequilíbrio de massas girantes (desbalanceamento)
Desalinhamento de eixos, correias e correntes.
Folgas e bases soltas ou rolamento desbalanceado.
Contato de dentes de engrenagens.
Corrente elétrica ou campo magnético desequilibrado (motores elétricos)
Transporte
Tráfego férreo e rodoviário.
Escoamento fluido em alta pressão.
Os efeitos principais das vibrações são:
Altos riscos de acidentes.
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Desgaste prematuro de componentes.
Quebras inesperadas.
Aumento dos custos de manutenção.
Perda de energia.
Fadiga estrutural.
Desconexão de partes.
Baixa qualidade dos produtos.
Ambiente de trabalho inadequado.
Em processos mais antigos podíamos constatar uma vibração em um motor,
por exemplo, através do contato da mão na superfície, de uma barra de metal ou
através do estetoscópio. Nestes casos a analise era subjetiva sem a definição da
quantificação numérica exata da amplitude da vibração.
Hoje pode-se contar com aparelhos eletrônicos que captam essas vibrações e
convertem em números e gráficos fornecendo os mesmo para uma analise critica do
equipamento em teste.
4.3.2. BallBar – Geometria em Centros de Usinagem
É uma ferramenta da Manutenção Preditiva direcionada para o diagnostico de
Máquinas Operatrizes ou Centros de Usinagem.
Um Centro de Usinagem produz seus usinados (peças) de acordo com sua
geometria. Se a mesma, digamos assim, “estiver fora de ângulo”, produzirá peças
refugadas, gerando custos altos para a produção. O teste Ball Bar foi desenvolvido,,
para verificar sem o desmonte de conjuntos, o estado da geometria ou a linearidade
de movimentos da máquina a ser testada.
Determinamos o estado da máquina com o auxilio de um sensor, um
26
Notebook, o software Ball Bar 5, e alguns adaptadores para a fixação do sensor na
máquina. É digitado um programa na máquina a se testar de forma a gerar uma
circunferência com a interpolação de dois eixos (XY, YZ e ZX para uma máquina de
três eixos de usinagem). Assim para cada interpolação será gerado um relatório
informando os pontos preocupantes (um “ranking”) da máquina e através de uma
apostila pode se determinar a causa raiz para esses pontos. Por exemplo se no
relatório ocorrer como ponto critico uma Folga Lateral Desigual (Lateral Play
Unequal), ao ler a apostila será conhecido o possível defeito, também um exemplo
de gráfico gerado pelo teste e a possível determinar a causa raiz. Não quer dizer
que esse defeito pode ocorrer somente por essa causa raiz, mais é um ponto a ser
analisado.
Pode-se executar o teste com bastante facilidade, pois é todo rodado em
Windows e o operador é guiado para a calibração do sensor e início do teste.
A figura 7 tem um exemplo da estrutura do software.
Figura 7. Software Ball Bar pronto para o teste.
27
Logo após que é iniciado o teste, e executa-se o programa no CNC da
máquina ela interpola por exemplo, os eixos X e Y gerando uma circunferência. A
figura 8 mostra a interpolação dos eixos XY de um centro de usinagem Heller
modelo MC 25K:
Figura 8. Teste em XY
Após ser executado a interpolação ou o programa é gerado um relatório dos
pontos críticos da máquina nesses dois eixos. Através disso podemos determinar
uma Manutenção Corretiva Planejada (figura 9).
28
Figura 9. Relatório de pontos críticos
O software gera um gráfico da interpolação do eixo, onde podemos identificar
se o eixo está com alguma folga ou vibração. Também é constatado se a
interpolação não gera uma circunferência perfeita. Por exemplo, a figura 10 nos
mostra que a interpolação dos eixos que não formou uma circunferência perfeita. O
exemplo da figura 11, nos mostra que a interpolação gerou uma circunferência, mas
também, que existe uma vibração nos eixos. Com estes dois relatórios poderemos
planejar uma manutenção corretiva planejada, para a manutenção dos eixos
defeituosos. Por exemplo, a vibração na figura 11, por ser relacionada com o fuso de
esferas.
29
Figura 10. Circunferência não perfeita
Figura 11. Circunferência com vibração
As medidas de Manutenção Corretiva Planejada após a apresentação destes
relatórios não são baseadas somente nos relatórios e nos gráficos gerados. A
30
própria experiência profissional e o comportamento da máquina nos testes podem
determinar o defeito. Por exemplo, quando há uma vibração na carcaça da máquina
normalmente o fuso de esferas está danificado.
A colisão da máquina interfere muito na geometria. Normalmente após uma
colisão ocasionada por descuido do operador ou mesmo por problemas na máquina
é feito um teste de geometria na máquina. Quando é uma colisão leve muitas vezes
não acarreta grandes defeitos de geometria. Já quando a colisão é de grande escala
pode acarretar grandes custos na manutenção da máquina. Isso sem contar em
componentes onde fica impossível se substituir, e foram afetados, por exemplo às
colunas da máquina. Temos um exemplo de coluna na figura 12. No caso desta foto,
a coluna não está danificada, somente um meio de ilustração.
Figura 12. Eixo Y e Splindle
Na figura 12 têm-se ilustrado os eixos Y e Splindle. O primeiro se desloca na
vertical (circulado o fuso de esferas do eixo Y) e o Splindle seria o motor (circulado
em vermelho), onde o mesmo somente proporciona movimento de rotação.
31
5. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
Neste capitulo serão descritas as atividades desenvolvidas no estágio e estas
variam entre manutenções corretivas e manutenções preventivas.
5.1. ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO CORRETIVA
Nas atividades descritas abaixo serão descritas manutenções feitas
basicamente em Centros de Usinagem Heller (Comandos: GE Fanuc 160i e 180i), e
também em alguns tornos e máquinas convencionais.
Máquina: FU001 – Desliga Emergência Liga Comando
Defeito: Quando a Furadeira (FU) estava em emergência o comando estava
desligado, quando, porém a emergência estava desativada, a máquina ligava o
comando, sendo este defeito intermitente.
Solução: Uma das micros da lateral da máquina que determinavam o fim de
curso estava com um dos cabos dando passagem para a carcaça. Como as
mesmas estavam em série com a emergência e eram ligadas com a bobina, quando
este cabo encostava na carcaça e dava a condição de a bobina de comando ser
atuada. Apertado os parafusos da micro e isolada com fita isolante os cabos. Ligada
a máquina e feito algumas peças para teste, foi liberada para a produção.
Máquina: Heller – MC25k Comando GE Fanuc 160i
Alarme: Refrigerador não pronto para operar (X3. 2).
Solução: O Refrigerador da marca BKW, que foi tinha voltado de uma
manutenção externa, não estava funcionando, com isso ocasionando o alarme.
Olhando no esquema elétrico da máquina, na página 92 temos a alimentação para
sistema de refrigeração e também o sinal de “PRONTO PARA OPERAR!” que é
32
gerado do refrigerador e segue para o CLP Fanuc na cartela A20.0 B2 O problema
era que o refrigerador não refrigerava a água que passava no motor Spindle e
também refrigerava o painel elétrico, gerando o alarme para a máquina. Seguindo a
fiação do sinal (5 e 6) vimos, que o cabo 5, era alimentado pelo + 24 Volts e seguia
para o refrigerador, passando por um relé no refrigerador e voltava para a máquina
através do cabo 6. Este relé era o que fornecia a mensagem “PRONTO PARA
OPERAR!”. Porém foi constatado que o relé estava funcionando! Ao analisar o
circuito elétrico constatou que o relé era acionado por dois pressostatos, um para
alta pressão e outro para baixa pressão. Para via de teste foi colocados em curto-
circuito os dois pressostatos, e o pressostato F7 ao ser posto em curto-circuito
liberou o relé e informou para a máquina a mensagem “PRONTO PARA OPERAR!”.
Assim o pressostato foi analisado e constatou que a ligação estava invertida! Após a
correção da ligação, o refrigerador e a máquina voltaram a funcionar corretamente.
Máquina: Heller – MCP-250 Comando GE Fanuc 180i
Alarme: “Supervisão de tempo ponte giratória” X9.0
Defeito: Eixo B subia para a movimentação porém não indexava (não
retornava)!
Solução: Verificado que o sensor “Fixa Pallet / Indexa Mesa” estava acionado
com a mesa em cima, o que ocasionará a falha. Ao ser regulado o sensor para que
o mesmo não esteja atuado com a mesa em cima montado as proteções retiradas e
feito alguns testes a máquina foi liberada para a produção.
Máquina: Heller – MC 25 Comando GE Fanuc 180i
Defeito: Refrigeração Desligava Aleatoriamente (M7 e M8)
Causa: O motor M34 que era responsável pela movimentação do óleo de
33
refrigeração estava desligando aleatoriamente. Ao ser medida sua corrente, de 4.98
A (4,98 Ampères), constatou-se que estava normal pois a nominal é de 5 A. Porém
aleatoriamente o disjuntor-motor Q34B desligava o motor M34. O mesmo estava
regulado para o desarme em 5 A. A corrente do circuito girava em torno da corrente
regulada, depois de um certo tempo o disjuntor-motor desarmava, não por uma
sobre corrente, mais por a corrente estar bem próximo da nominal.
Solução: Regulado o disjuntor-motor para aproximadamente 5,3 A.
Máquina: Heller – MC25k Comando GE Fanuc 160i
Defeito: Máquina Perdia o M119.
Causa: O M119 é um comando para o CNC, usado normalmente para uma
troca de ferramentas, onde o Splindle é referenciado e pára em uma posição para o
perfeito encaixe do trocador de ferramenta. Como estava parando fora, quando o
trocador de ferramentas executava a troca de ferramentas, não pegava
corretamente a ferramenta, causando um alarme na máquina. Ao ser desmontada
as peças que componham o eixo Splindle para se ter acesso ao encoder, foi
constatado que o a engrenagem do encoder estava solta. Quando era solicitado a
referencia do Splindle (M119), o mesmo rotacionava até achar o ponto de referência.
Quando era encontrado parava imediatamente. Com a força da inércia a
engrenagem rodava mais um pouquinho o que ocasionava o trocador “pegar” a
ferramenta erroneamente.
Solução: Apertada a engrenagem do encoder, montada as peças do conjunto.
E após testes efetuados, liberado para a produção.
Máquina: Heller – MC 16 Comando GE Fanuc 180i
Defeito: Vibração no eixo Y em determinados pontos.
34
Solução: Foi desabilitada a régua do eixo correspondente e movimentado o
eixo. Foi verificada a ausência da vibração. Retirada a régua e feita a limpeza em
bancada.
Para a limpeza de uma régua normalmente usa-se água com sabão neutro e
posteriormente secado com ar a uma baixa pressão. Já para o cabeçote de leitura
usa-se um liquido volátil, exemplo álcool Eco-Thinner, no caso da Schulz usa-se
normalmente o Eco – Thinner para a limpeza do cabeçote de leitura com a ajuda de
um pincel bem macio. Após a limpeza com Eco – Thinner, o cabeçote é colocado em
uma estufa devidamente identificado, com dados de quem limpou, estado, de que
máquina pertence e a data do dia. Após algum tempo, normalmente duas horas do
cabeçote na estufa, e montada a régua e efetuado um teste em máquina. Se o
defeito persistir o próximo passo é a substituição do cabeçote de leitura.
Máquina: Heller – MC 25K Comando GE Fanuc 160i
Defeito: Máquina posicionava para a troca de ferramenta, porém não
desligava a refrigeração de alta pressão (interna da ferramenta), acusando o alarme:
“Tempo de supervisão do fluxo de alta pressão”.
Solução: Ao ser aberto o painel de refrigeração, foi constatado que a
contactora do motor de alta pressão estava “colada” (acionada, mesmo a
refrigeração estando desligada). Após a troca da contactora, o defeito foi sanado. A
titulo de curiosidade, foi aberta a contactora (desmontada), e foi verificado que os
contatos estavam fundidos, permitindo assim que o motor permanece-se ligado
mesmo à bobina não recebendo tensão.
Máquina: Heller – MC 25 Comando GE Fanuc 180i
Defeito: O Operador salvava o programa de usinagem no disquete, após
35
retirar e colocar novamente a máquina indicava que o disquete estava corrompido
ou o programa não tinha sido gravado corretamente.
Solução: Foi substituído o Drive de disquete, persistido assim o problema foi
substituído o flat cable (cabo de comunicação entre o drive e a CPU da máquina).
Após a substituição o programa leu normalmente o programa no disquete e assim foi
sanado o problema.
5.2. ATIVIDADES NA MANUTENÇÃO PREVENTIVA
Inicialmente são desmontadas algumas proteções onde são limpas, pois
embaixo das mesmas era constante o acumulo de cavacos. O trocados de
ferramentas também era limpo, e a parte de trás da máquina também. Entre os itens
do check list da Preventiva, alguns eram primordiais.
Um dos principais era a limpeza do conversor analógico digital do sensor do
trocador de ferramentas, pois o mesmo era gerenciado por um potenciômetro sem
fim.
Na figura 13, temos a visão do trocador de ferramentas o seu sensor de
posição (circulado em vermelho, ao fundo atrás do cabo verde) e o conversor AD
(circulado em preto). Somente se abrir para a limpeza o conversor, pois o mesmo
normalmente ao se abrir estava impreguinado de óleo. Essa sujeira, as vezes,
interferia em sue funcionamento, muitas vezes ocasionando alarme na máquina. Já
o potenciômetro, não havia a necessidade, pois o mesmo era muito bem isolado
contra sujeiras. Eram revisados os conectores dos motores dos eixos X, Y, Z e
Splindle e do magazine. Tanto o conector de força como o do encoder é revisado.
São revisados ao aperto e acumulo de sujeira em torno do conector.
36
Figura 13. Pontos de limpeza importantes na Preventiva
Também outro ponto a ser revisado e limpo muitas vezes eram os Drivers de
Comunicação ProfiBus da máquina. Na figura 14 temos a representação de um jogo
dos Drivers que gerenciam a parte de trás da máquina.
Figura 14. Drivers de Comunicação
37
Esses Drivers são responsáveis pela movimentação de dados dos sensores
até o CLP e também do CLP até as válvulas também. Esses, quando o acumulo de
sujeira for grande, podem ocasionar mau contato nos sensores e nas válvulas.
Outro ponto a ser analisado é a limpeza da tampa do motor de refrigeração e
a sua ventoinha de refrigeração. Os mesmos sempre estavam com uma crosta de
sujeira. Essa sujeira provia do acumulo de óleo solúvel (refrigeração) que estava no
ar.
Era atraído pela ventoinha e impreguinava a tampa do motor. Esse acumulo
de sujeira pode chegar ao ponto de trancar o motor e a rotação do motor e desarmar
o disjuntor-motor correspondente.
O que também tem de ser revisado é o motor do ventilador de refrigeração do
motor do Splindle. Este sempre, ao longo de dois meses estava com muita sujeira
acumulada.
São limpas a carcaça de plástico e as aletas do ventilador. Após isso era
deixado por um tempo na estufa para evitar qualquer acumulo de umidade no
bobinado.
Após isso era montado e verificado o sentido de giro. O mesmo tem que girar
no sentido anti-horário, retirando o calor do motor. São também revisadas as bóias
num total de quatro: uma no transportador de cavacos, duas no filtro, e outra no
tanque de óleo solúvel. As mesmas eram revisadas e limpas no local, tirado uma
“borra”, que impreguina o material flutuante (a bóia em si). Limpado também os
contatos da bóia, para evitar mau contato.
Existe também uma parte importante da preventiva que a revisão do painel
elétrico. No painel elétrico é revisado a parte de organização, limpeza e revisão do
estado dos componentes. Em falhas complicadas de máquinas CNC a revisão de
38
software nem sempre é eficaz porém ao revisar o painel, lá pode estar um fio em um
borne com mal contato, ou mesmo solto.
Pode-se, com o simples fato de revisar o estado de aperto do borne como
também o estado de fixação e o de funcionamento de componentes (ex.
contactoras, disjuntores) evitar varias falhas que podem ocasionar uma parada por
um longo período de tempo. Temos um exemplo de painel elétrico de uma máquina
Heller comando GE Fanuc 160i na figura 15.
Figura 15. Painel Heller Comando GE Fanuc 160i
Na figura pode-se identificar os acionamentos e o CLP e o CNC (circulado em
vermelho), as cartelas de CLP (circulado em azul), e os demais componentes como
contactoras disjuntores-motor e em cima os bornes que são revisados.
39
Não esquecendo que o painel da refrigeração também é revisado (figura 16).
Figura 16. Painel Refrigeração Heller Comando GE Fanuc 160i
Após a revisão dos itens da Preventiva era efetuado o teste de geometria na
máquina (Ball Bar). A preventiva na empresa Schulz S.A., inicia com a parada da
máquina no inicio do primeiro turno e se estende até o final do turno comercial
(aproximadamente entre as 5:30hs da manhâ até as 18:00hs) e é composta por um
eletricista e três mecânicos (dois para a limpeza da máquina e um para a revisão
dos itens mecânicos do “check list”).
Após a revisão dos itens da Preventiva era efetuado o teste de geometria na
máquina (Ball Bar).
A preventiva na empresa Schulz S.A., inicia com a para da máquina no inicio
do primeiro turno e se estende até o final do turno comercial (aproximadamente
entre as 5:30hs da manhâ até as 18:00hs) e é composta por um eletricista e três
mecânicos (dois para a limpeza da máquina e um para a revisão dos itens
mecânicos do “check list”).
As máquinas têm uma freqüência de dois meses entre uma preventiva e
40
outra. Quando a máquina precisa de uma manutenção planejada e seu prazo de
preventiva esta se esgotando normalmente é agendado uma Manutenção Preventiva
junto com a Planejada. Aproveitando a parada para efetuar a preventiva e já a
planejada. Isso em concessão de ambas as partes (Chefias, pessoal da preventiva e
planejada).
41
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Tem-se um avanço considerável na manutenção atual. Antigamente, o
paradigma predominante era que o homem de manutenção ficava satisfeito com um
reparo executado. Hoje já temos outro, que o homem de manutenção sinta-se bem
quando evita a necessidade de executar um reparo ou uma quebra de máquina.
Num futuro próximo teremos um paradigma predominante onde o mantenedor
(homem de manutenção) ficará satisfeito em não fazer nenhum reparo, quando
evitar a manutenção corretiva. Temos que aplicar esse conceitos de manutenções
principalmente as manutenções programadas e preditivas, pois será o diferencial da
manutenção nas empresas do futuro. Existe uma frase na revista Mecatrônica Atual
onde diz que “O único Produto em que a operação deseja comprar da manutenção
chama-se disponibilidade”. (Comitti, 2004, p. 62)
A disponibilidade está diretamente ligada ao estilo da manutenção empregada
em uma determinada empresa. Se a manutenção aplicada for a corretiva não
planejada, terá um índice de disponibilidade baixo e ainda terá um auto custo.
Porém se for uma manutenção preditiva aliado com uma manutenção corretiva
planejada, o índice aumentará drasticamente, pois o equipamento irá parar de
produzir somente para a manutenção programada e o Almoxarifado da manutenção
será menor em número de itens, pois será preciso a compra da um ou dois dias
antes da manutenção.
Claro que uma manutenção corretiva não planejada vai ocorrer, não podemos
negar. Porém a mesma terá sido controlado, ou terá um índice muito pequeno. Na
verdade ocorrerá em equipamentos onde a preditiva não é aplicada, em maquinários
muito antigos ou convencionais, ou em itens em que a manutenção preditiva não
abrange em seu teste.
42
Pode-se analisar a citação de Comitti (2004, p. 63), a qualidade na
manutenção:
“Neste cenário não existe mais espaços para improvisos e arranjos:
competência, criatividade, flexibilidade, velocidade, cultura de
mudança e trabalho em equipe são características básicas das
empresas e das organizações que têm a competitividade como razão
de ser de sua sobrevivência. Para as pessoas, estas características
são essenciais para garantir a empregabilidade de cada um”.
Esta mudança não irá acontecer de uma hora para outra terá de ser
incentivada sobre os mantenedores. A visão dos mesmos tende ser mudada para
que a manutenção tenha resultados espetaculares e seja vista pela gerência como
uma setor importante e não mais como um centro de custo.
O estágio desenvolvido na empresa Schulz S. A., mostra que houve um bom
relacionamento entre a teoria lecionada na instituição SENAI e realmente a prática
do dia a dia de uma manutenção. Uma boa porcentagem das matérias vista em aula
tem grande relação com o campo de atuação deste Estágio Curricular. Algumas
dificuldades foram encontradas no decorrer do estágio, mas foram sanadas pelos
companheiros de trabalho e pelos professores da instituição.
Uma das grandes dificuldades vista no campo de trabalho foi a interpretação
dos esquemas elétricos das máquinas, tanto os Centros de Usinagem quanto as
máquinas convencionais.
Avaliando de maneira geral, foram de grande importância todo o
conhecimento adquirido no decorrer do curso e a prática desenvolvida na empresa
durante o Estágio Curricular.
43
7. REFERÊNCIAS
ALMEIDA, Marcio Tadeu e GÓZ, Ricardo Damião Sales, Apostila: Análise
de Vibração I – Medidas e Diagnósticos, FUPAI, Itajubá Minas Gerais.
CASSANIGA, Fernando Aparecido, Fácil Programação do Controle
Numérico FANUC, Editora CNC Tecnologia, 1º Ed., 2005.
CASSANIGA, Fernando Aparecido. Histórico do CNC. Disponível em:
<www.cnctecnologia.com.br>. Acesso em: 13 nov 2005.
COMITTI, Alexandre, Por que investir em Manutenção Preditiva?.
Mecatrônica Atual, São Paulo, ano 3, n. 16, p. 60-63.jun. 2004.
COMITTI, Alexandre, Máquinas-Ferramenta com CNC. Mecatrônica Atual,
São Paulo, ano 3, n. 16, p. 38-41.jun. 2004.
COMITTI, Alexandre, Manutenção Preditiva e Pro-Ativa. Mecatrônica
Atual, São Paulo, ano 2, n. 9, p. 44-45.abr.. 2003.
COMITTI, Alexandre, Kramer, Wellington Rossi, Michalak, Edson Jorge,
Manutenção Preditiva – Análise de Vibrações. Mecatrônica Atual, São
Paulo, ano 2, n. 12, p. 57-62.out.. 2003.
FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda, Dicionário da Língua
Portuguesa, Editora Nova Fronteira, 2005.
PINTO, Alan Kardec e XAVIER, Júlio de Aquino Nascif. Manutenção –
Função Estratégica, Editora Qualitymark, 2º Ed., 2001
SCHULZ S.A.. Histórico da Empresa. Disponível em:
<www.schulz.com.br>. Acesso em: 6 nov 2005.
VIANA, Herbert Ricardo Garcia, PCM – Planejamento e Controle da
Manutenção, Editora Qualitymark, 1º Ed., 2002
44
8. APÊNDICE A – EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS XZ
45
APÊNDICE B – EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS YZ
46
APÊNDICE C – PAINEL DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA
47
9. ANEXO
48
49

Relatório estágio - maquinas cnc

  • 1.
    1 SENAI – SERVIÇONACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JOINVILLE GIOVANE GONÇALVES MANUTENÇÃO EM MÁQUINAS CNC HELLER JOINVILLE 2005
  • 2.
    2 SENAI – SERVIÇONACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI JOINVILLE GIOVANE GONÇALVES MANUTENÇÃO EM MÁQUINAS CNC HELLER RELATÓRIO DE ESTÁGIO APRESENTADO NO 6º PERÍODO DO CURSO DE TECNÓLOGO EM MECATRONICA INDUSTRIAL COMO REQUISITO PARCIAL DE APROVAÇÃO, SOB ORIENTAÇÃO DO PROFESSOR ORIENTADOR ESPECÍFICO JOSÉ CARLOS BUCHOLDZ JOINVILLE 2005
  • 3.
    3 DEDICATÓRIA Dedico este trabalhoa meu pai Jair, minha mãe Rute, minha irmã Jaqueline, minha noiva Jaqueline Susan por terem contribuído para eu chegar até aqui e pelos exemplos de perseverança e simplicidade.
  • 4.
    4 AGRADECIMENTOS Ao Senhor Deus,que teve misericórdia neste tempo de graduação, dando-me sabedoria e inteligência para superar as barreiras que se apresentaram principalmente nestes últimos três anos. Aos meus pais, Jair bento Gonçalves e Rute Luzia de Souza Gonçalves, que estiveram presentes em todos os momentos dando-me força e animo. A minha irmã Jaqueline Gonçalves, que se mostrou prestativa nos momentos de dificuldade. A minha noiva Jaqueline Susan Soares, a qual se mostrou disposta a me ajudar em todos os momentos em que passei. A empresa Schulz S.A., ao pessoal da Manutenção da Usinagem Automotiva pela convivência e pelo aprendizado adquirido durante o período de confecção do relatório, principalmente a Sérgio Rodrigues, pelo apoio e ajuda na confecção do mesmo. Aos amigos de classe pelo companheirismo em todas as noites de estudo, aos professores do SENAI pelos conhecimentos fornecidos à mim. A todos os familiares e amigos que, direta ou indiretamente, participaram da minha vida e contribuíram para este momento de grande importância e felicidade. Amém.
  • 5.
    5 SUMÁRIO DEDICATÓRIA .......................................................................................................3 AGRADECIMENTOS..............................................................................................4 LISTA DEILUSTRAÇÕES .....................................................................................6 RESUMO ................................................................................................................7 1. INTRODUÇÃO ...............................................................................................8 2. HISTÓRICO DA EMPRESA.........................................................................10 3. COMANDO NUMÉRICO COMPUTADORIZADO ........................................14 3.1. HISTÓRICO CNC.....................................................................................14 3.2. ESTRUTURA DE UM CNC ......................................................................14 4. MANUTENÇÃO............................................................................................19 4.1. MANUTENÇÃO CORRETIVA ..................................................................19 4.1.1. Manutenção Corretiva Não Planejada ..............................................20 4.1.2. Manutenção Corretiva Planejada......................................................20 4.2. MANUTENÇÃO PREVENTIVA ................................................................20 4.3. MANUTENÇÃO PREDITIVA ....................................................................22 4.3.1. Analise de Vibração ...........................................................................23 4.3.2. BallBar – Geometria em Centros de Usinagem ...............................25 5. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ................................................................31 5.1. ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO CORRETIVA......................................31 5.2. ATIVIDADES NA MANUTENÇÃO PREVENTIVA ....................................35 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS .........................................................................41 7. REFERÊNCIAS............................................................................................43 8. APÊNDICE A – EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS XZ.......44 9. ANEXO.........................................................................................................47
  • 6.
    6 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura1. Antigas Instalações ..............................................................................10 Figura 2. Presente...............................................................................................12 Figura 3. Estrutura Genérica ...............................................................................15 Figura 4. CNC - CLP e Acionamentos.................................................................17 Figura 5. Heller MCP 250 comando GE Fanuc 180 ............................................18 Figura 6. Mazak FH-4000....................................................................................18 Figura 7. Software Ball Bar pronto para o teste...................................................26 Figura 8. Teste em XY ........................................................................................27 Figura 9. Relatório de pontos críticos..................................................................28 Figura 10. Circunferência não perfeita ..................................................................29 Figura 11. Circunferência com vibração................................................................29 Figura 12. Eixo Y e Splindle ..................................................................................30 Figura 13. Pontos de limpeza importantes na Preventiva .....................................36 Figura 14. Drivers de Comunicação......................................................................36 Figura 15. Painel Heller Comando GE Fanuc 160i................................................38 Figura 16. Painel Refrigeração Heller Comando GE Fanuc 160i ..........................39
  • 7.
    7 RESUMO A qualidade detodos os componentes produzidos em máquinas CNC está diretamente ligada à performance da máquina. Assim, problemas com a máquina, inevitavelmente resultam em perda de produção e refugo de peças, e de modo a minimizar estes transtornos, são implementados sistemas de inspeção mais intensivos (manutenção preditiva ou preventiva), entretanto isto ocorre quando já houve peças refugadas ou perda de produção, quando a máquina já parou por manutenção corretiva. Palavras Chave: Manutenção; Preventiva; Centros de Usinagem;
  • 8.
    8 1. INTRODUÇÃO Não seperceber, mais a manutenção ou manus tenere, que significa manter o que se tem, nos acompanha desde que o homem começou a manusear instrumentos de produção. Com a Revolução Industrial o aumento da produção começou a se tornar constante, aumentando também a automatização de equipamentos, pequena inicialmente, porém que já apresentava resultados consideráveis. Apartir da metade do século XX, começam as pesquisas sobre os Comandos Numéricos, também conhecidos como CN. Posteriormente vieram tecnologias avançadas nos CNs, o elevando até mesmo a CNC. O Comando Numérico Computadorizado (vulgarmente chamado de CNC), é, até o momento, a tecnologia atual para as industrias de transformação de fundidos em usinados. Essa tecnologia se funde para tornos e Centros de Usinagem. A tecnologia, como citado, evolui bastante nos CNCs, chegando a ponto de termos controles de rotação computadorizados (acionamentos) dos motores dos eixos. Outra tecnologia bastante interessante foi a fusão dos CNC com o CLP para um controle da máquina mais preciso e ágil. Também hoje podemos contar com redes industriais nos centros de usinagem, por exemplo, Profibus e rede AS-Interface. É possível notar também que com o decorrer do avanço destas tecnologias dos CNCs e das industrias de um modo geral, surgiram também outras formas de manutenções. Hoje se fala muito de manutenções sem quebra, a chamada Manutenção Preditiva, onde é feita uma análise do comportamento da máquina, por exemplo um Centro de Usinagem, se verifica a vibração ou a geometria da mesma, e podemos determinar o estados de algum componentes como rolamentos, fusos, motores, enfim conjuntos da máquina.
  • 9.
    9 Determinando o estadodestes conjuntos pode-se determinar o tempo de vida dos mesmos e substituindo eles, no seu desgaste total. Já na Manutenção Preventiva fazemos a substituição de alguns itens após uma determinada hora de produção. Neste caso não utilizamos a vida total do componente que foi substituído, desperdiçando o mesmo as vezes. Na corretiva podemos utilizar os componentes até sua quebra, porém isto pode gerar a quebra de outros componentes. Passando essas informações poderemos analisar o que mais se enquadra em nossas empresas, para a obtenção de mais produção e satisfação de todos desde a parte de operação até a gerência.
  • 10.
    10 2. HISTÓRICO DAEMPRESA Fundada em 1963 como uma pequena fundição em Joinville, contava com apenas 26 empregados e produzia sua própria linha de produtos. 1972 – Nasce à linha de Compressores de Ar com dois modelos. Figura 1. Antigas Instalações Fonte: www.schulz.com.br 1977 – A empresa começa a construção de sua nova planta. 1978 – A Fundição passa a operar na nova planta. 1979 – Schulz começa a produzir peças para o setor automotivo. 1982 – Schulz conquista a liderança do mercado brasileiro de compressores de ar. 1982 – São fabricados os primeiros cubos raiados, já em linha de produção normal. 1983 – Começam as exportações da linha de compressores de ar. 1985 – Schulz Compressores torna-se líder em toda a América Latina. 1989 – A linha de Compressores de Ar passa a operar na nova planta. 1989 – Lançados os Compressores de Ar de Parafuso, tornando-se a única empresa genuinamente brasileira a atuar neste mercado. 1993 – Schulz começa a oferecer serviços de usinagem. 1994 – Aquisição da Tecnomecânica, fabricante de compressores da marca Wayne.
  • 11.
    11 2000 – ASchulz adquire um moderno sistema de pintura final de peças, visando oferecer competitividade. 2001 – Peças automotivas começam a serem exportadas. Hoje, a Schulz está presente no mercado automotivo de maneira forte e competitiva, capaz de oferecer peças brutas e usinadas para ônibus, caminhões, tratores e outros segmentos. A Schulz S.A. é uma empresa de capital aberto, com ações negociadas na Bolsa de Valores de São Paulo (Bovespa). Atualmente a Schulz ocupa uma área de 319 mil m² onde 72.000 m² são de área construída que seguem padrões mundiais de tecnologia e qualidade. Com uma força de trabalho constituída por mais de 1450 colaboradores e um grande complexo industrial, a Schulz S.A. é uma das mais completas fábricas de compressores de ar do mundo, produzindo desde compressores alternativos de pistão, de diafragma e compressores de parafuso de 5hp a 250hp. Possui uma moderna fundição de ferro nodular e cinzento, além de uma Usinagem com máquinas de última geração produzindo componentes para as indústrias automotivas. Conta com equipamentos modernos como centros de usinagem horizontais e verticais de última geração, tornos verticais e horizontais "CNC" e máquinas de corte a laser, avançados laboratórios químicos, metalográfico e de análise dimensional, além de um completo centro de pesquisa e desenvolvimento de novos produtos com estações CAE - CAD - CAM e engenheiros altamente especializados. Os investimentos constantes, assim como as arrojadas metas da Schulz S.A., lhe permitem, não só manter a sua liderança no segmento de compressores de ar alternativos de pistão e de diafragma, como também atuar fortemente na linha de compressores a parafuso, além de evoluir continuamente no segmento de
  • 12.
    12 componentes fundidos eusinados para o setor automotivo. Figura 2. Presente Fonte: www.schulz.com.br A Schulz Automotiva é uma área de usinagem de peças para o setor automotivo nacional e internacional e é composta de máquinas de centros de usinagem, tornos CNC, retificas e máquinas convencionais (tornos, furadeiras, etc). Dentro das máquinas podemos citar fabricantes como Heller, Romi, Cincinatti, Famup, Tyessen, dentre outras. Além de contar com tecnologia de ponta e os mais modernos equipamentos em todos os setores produtivos e laboratoriais, Schulz Automotiva dispõe do mais completo sistema de tratamento de base por fosfatização tricatiônica, pintura primer e pintura eletrostática a pó, com uma capacidade instalada para produzir até 35.000 m² /mês. Nos Sistemas de Pintura Automotiva Schulz, cada peça passa por até 3 estágios de tratamento superficial. 1ª Estágio – Fosfatização Tricatiônica: Nesta primeira etapa todas peças recebem uma camada de fosfato tricatiônico em processo de aplicação em spray com 10 etapas. No final desta etapa, as peças são encaminhadas para uma estufa de secagem com aquecimento a gás natural. 2ª Estágio – Pintura Primer Epóxi: Na segunda fase do processo de tratamento superficial, as peças recebem uma cobertura de primer epóxi. Nesta fase são asseguradas as características de resistência à corrosão e química das peças. Posteriormente as peças passam por um resfriador líquido (cooler), seguido de
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    13 polimerização em estufa. 3ªEstágio – Pintura Eletrostática a Pó: Nesta etapa as peças recebem a última camada: a pintura eletrostática a pó, com base poliéster. As peças adquirem, além da cor especificada pelo cliente, incremento nas propriedades de resistência mecânica e à luz UV. Depois de passar pelo terceiro estágio, as peças são embaladas e encaminhadas diretamente para as linhas de produção de cada cliente. Todas as peças pintadas pelo setor de pintura são usinados no próprio setor de usinagem da Schulz. Os produtos usinados pela Schulz Automotiva são marcas renomadas no Brasil e no mundo, dentre elas podemos citar: Scania, Volvo, Wabco, MWM, dentre outros. A Schulz Automotiva também usina peças para a Schulz Compressores, sendo este um cliente interno e integrado no mesmo parque fabril.
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    14 3. COMANDO NUMÉRICOCOMPUTADORIZADO 3.1. HISTÓRICO CNC As pesquisas para o desenvolvimento do CNC iniciaram-se durante a segunda guerra mundial. A necessidade de produzir peças de precisão em grandes lotes para fabricação de aviões de guerra uniu esforços de duas entidades: Instituto de Tecnologia da Massachussetts (MIT), e a U.S. Air Force (Força Aérea dos Estados Unidos). Em 1949 surgiu a primeira máquina equipada com comando numérico e, finalmente, em 1953 ocorreu sua demonstração pratica. Já no final da década de 50, os principais fabricantes de aviões utilizavam máquinas com comando numérico. A grande precisão de usinagem e alta capacidade produtiva eram, e são até hoje, características fundamentais para indústria aeronáutica daqueles tempos. No início da década de 60 essas máquinas começaram a modernizar, e os padrões EIA 244 e ASCII já eram utilizados com sistemas de introdução de dados. Com o surgimento dos circuitos integrados, as máquinas ficaram mais compactas e versáteis. No inicio dos anos setenta, as máquinas com CNC foram equipadas com Microprocessadores (μp). Hoje essas máquinas podem operar com números indefinidos de eixos. Os recursos gráficos em 3D, e a manutenção via Internet já fazem parte da nossa realidade. 3.2. ESTRUTURA DE UM CNC A figura 3 ilustra a estrutura genérica de uma máquina CNC.
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    15 Figura 3. EstruturaGenérica Essa figura mostra somente dois eixos, Spindle e o Eixo X, porém os eixos Y e o Z tem a mesma estrutura do Eixo X (Régua Digital + Encoder + Motor). Os programas, informações sobre a usinagem, configurações, status, diagnose, podem ser introduzidas ou lidas através da IHM (Interface Homem Máquina). Ela está diretamente ligada ao poder tecnológico da máquina e exerce um papel importante no funcionamento do sistema. Os dados do sistema, informações sobre sensores, atuação de cilindros, e demais dispositivos da máquina se dão através dos drivers de comunicação. Antigamente o CNC e o CLP eram dois componentes separados no painel da máquina onde se comunicavam e trocavam informações através de cabos. Hoje em dia estão integrados na mesma placa eletrônica onde a mesma gerencia os comandos do programa de usinagem e também monitora a atuação de sensores, liga ou desliga o hidráulico da máquina, cuida da segurança da máquina, que é o mais importante. Para controlar e ativar os eixos, são utilizados os acionamentos. Hoje temos uma tecnologia de acionamentos para um gerenciamento de diversas potências, podendo controlar um ou mais motores. Esses acionamentos são constituídos de:
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    16 Fonte Acionamento do Spindleou Eixo Árvore Acionamento do Eixo X Acionamento do Eixo Y Acionamento do Eixo Z Acionamento do Eixo B (Também conhecida como mesa) Acionamento do Eixo A (Também chamado de magazine) A fonte recebe energia elétrica, 380V – 440V trifásico alternado, converte em 200V continuo e os acionamentos dos eixos (Spindle, X, Y,...) recebem essa energia e transformam em alternado novamente (380V) de acordo com o comando do CNC. Essa ultima transformação sai do acionamento se dirige até os motores o qual gera movimento, que é monitorado pelo Encoder e a Régua Digital Absoluta. Porém o único que somente é monitorado pelo Encoder é o Spindle ou Eixo Árvore, pois seu movimento somente é de rotação e não gera deslocamento. Quando o Encoder e a Régua monitoram o deslocamento de um eixo especifico, por exemplo o Eixo X, estão verificando se o mesmo irá se deslocar até o ponto determinado pelo programa e/ou pelo CNC. Se o mesmo não se deslocar ou deslocar além do ponto é gerado um alarme na IHM para se tomar a providências cabíveis. Os sistemas tradutores (Encoder e a Régua Digital) quando chamados de absolutos, não necessitam de referência pois, ao serem ligados já emitem um sinal da localização do eixo que está conectado. Com o avanço da tecnologia os sistemas transdutores estão hoje conectados nos acionamentos e não no CNC. Isso para poupar tempo, pois o próprio Acionamento, do respectivo eixo, monitora o movimento do eixo baseado na informação vinda do CNC. Na figura 4 temos um exemplo do CNC – CLP e ao lado está à fonte e os acionamentos da máquina.
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    17 Figura 4. CNC- CLP e Acionamentos. Hoje em dia pode-se esperar muitas coisas de CNC do que a algum tempo atrás. Uma das características mais decisivas na escolha de um CNC é a opção multitarefa. Por exemplo, os CNCs (Comandos Numéricos Computadorizados) da GE Fanuc, Séries 160i, 180i, 210i e 160is, 180is, 210is, são multitarefa. Mesmo estando na operação de usinagem podemos acessar o estado da máquina, entrar nos parâmetros do CLP, verificar status. Esta técnica flexibiliza a operação e otimiza a produção. Outra característica importante dos CNCs da atualidade é a quantidade de eixos em que o mesmo pode controlar. Não somente os eixos da máquina (Spindle, X, Y,...), por exemplo, uma determinada célula de usinagem possui um robô cartesiano que retira as peças da máquina. Esse robô pode ser controlado através de um acionamento externo sem dúvida. Porém se ele for acionado pelo CNC da máquina, a célula terá um passo a mais nos chamados Sistemas Flexíveis de Manufatura (SIM), e será controlado pelo
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    18 mesmo computador digamosassim. Nas figuras 5 e 6 tem-se alguns exemplos de máquinas CNC. Figura 5. Heller MCP 250 comando GE Fanuc 180 Figura 6. Mazak FH-4000
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    19 4. MANUTENÇÃO Tem-se comomanutenção: "a arte" de manter um equipamento ou máquina em pleno funcionamento. A definição de manutenção surge na década de 50, nos Estados Unidos. Porém existe a manutenção a eras na raça humana, desde que começamos a manusear instrumentos de manufatura. Há, em várias empresas no Brasil e do mundo, vários tipos de manutenção que não são mais do que a forma de atuação de um equipamento onde ocorre um funcionamento indevido. As manutenções abordadas neste relatório serão: Manutenção Corretiva Manutenção Preventiva Manutenção Preditiva 4.1. MANUTENÇÃO CORRETIVA A ação principal da manutenção corretiva é corrigir ou restaurar as condições e funcionamento do equipamento ou sistema. Este tipo de manutenção é conhecido com a "Apaga Incêndio". Porém, de acordo com a ABNT, a manutenção corretiva é a "manutenção efetuada após a ocorrência de uma pane, destinada a colocar um item em condições de executar uma função requerida" (ABNT NBR 5462 1994). A ocorrência de falhas e desempenho deficiente são características claras de que o mesmo necessita da manutenção corretiva. A manutenção corretiva pode ser dividida em duas manutenções: Manutenção Corretiva Não Planejada
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    20 Manutenção Corretiva Planejada 4.1.1.Manutenção Corretiva Não Planejada Pode ser definida como “Manutenção Corretiva Não Planejada é a correção de Falhas de maneira aleatória” (KARDEC e XAVIER, 2001, p. 37). Caracterizada quando o equipamento já está em falha e/ou defeito. É a manutenção que ainda predomina nas industrias de hoje. É caracterizada pelo alto custo, pois após a quebra de uma peça pode ocorrer a quebra de outras peças do conjunto, e também pela parada de produção inesperada. 4.1.2. Manutenção Corretiva Planejada “Manutenção Corretiva Planejada é a correção do desempenho menor que o esperado ou da falha, por decisão gerencial, isto, é, pela atuação em função de acompanhamento preditivo ou pela decisão de operar até a quebra” (KARDEC e XAVIER, 2001, p. 38). A Manutenção Corretiva Planejada é mais precisa, pois atua no conjunto de peças em que existe, realmente, o problema, tornando se mais barata. Ela é também mais rápida, porém não perde a segurança, pois é conhecido o defeito e as peças que estão com problema. Conseqüentemente este trabalho se torna de maior qualidade que o da Manutenção Corretiva não Planejada. 4.2. MANUTENÇÃO PREVENTIVA
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    21 “Podemos classificar amanutenção Preventiva, todo o serviço de manutenção realizado em máquinas que não esteja em falha, estando com isto em condições operacionais ou em estado de zero defeito” (VIANA, 2002, p. 10). A manutenção Preventiva procura evitar a ocorrência de falhas ou queda do desempenho esperado de um determinado equipamento. Este tipo de manutenção ocorre com critérios e intervalos de tempo pré-determinados. Por exemplo: Troca do rolamento X1 do conjunto Y em um período de 2 meses. Não se pode determinar com exatidão o tempo de degradação de equipamentos, pois não operam sobre o mesmo somente condições operacionais bem como também contaminantes e influentes ambientais. Como não é possível prever o tempo de quebra de um equipamento, o tempo de cada preventiva é estipulado pelos técnicos da manutenção após a analise de determinados itens que afetam direta ou indiretamente o equipamento quanto ao seu desgaste (condições ambientais, operacionais e contaminantes). O serviço executado pela preventiva é de maior qualidade que a corretiva, pois evita a possibilidade de improvisação, pois é trocado todo o conjunto com defeito. Um equipamento que, periodicamente, passa por uma manutenção preventiva não está imune de uma manutenção corretiva, pois como foi mencionado anteriormente, o tempo de degradação é impossível de se determinar. Com isso nota-se que um almoxarifado de manutenção para uma empresa que implantou um plano de preventiva tem considerável redução de itens de estoque. Porque alguns itens que, por exemplo, serão substituídos de 2 em 2 meses, somente serão comprados para a data da substituição. Normalmente em preventivas temos uma série de itens a serem revisados e/ou substituídos de acordo com a necessidade. Esses itens são pré-determinados
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    22 pelo fabricante damáquina e/ou pelos técnicos da manutenção. São itens que podem de alguma maneira interferir no funcionamento da máquina. Um exemplo disto é checar o nível de óleo hidráulico, o acúmulo de cavacos em sistemas com movimentos, a limpeza de bóias de nível, etc. Um exemplo de plano para a manutenção preventiva de um centro de usinagem pode ser observado no ANEXO A e no ANEXO B. 4.3. MANUTENÇÃO PREDITIVA É definida, segundo Viana (2002, p 11-12).: “São tarefas de manutenção preventiva que visam acompanhar a máquina ou a peça, por monitoramento, por medição ou por controle estatístico e tentam predizer a proximidade da ocorrência da falha. O objetivo de tal tipo de manutenção é determinar o tempo correto da necessidade da intervenção mantenedora, com isso evitando desmontagem para inspeção, e utilizando o componente até o Maximo de sua vida útil”. De uma forma mais simples podemos entender que a manutenção preditiva previni as falhas através de análise de variáveis e possibilitando que o equipamento opere o máximo do tempo possível sem interferir em tolerâncias na peça que produz. Um termo relacionado a este tipo de manutenção é o de prever as condições do equipamento. Pode-se concluir as definições como: “De forma mais rápida direta, podemos dizer que a manutenção preditiva prediz as condições os equipamentos, e quando a intervenção é decidida o que faz na, realidade, é uma manutenção corretiva planejada”. (KARDEC e NASCIF, 2001, p. 42). Normalmente o custo envolvido em uma manutenção preditiva é elevado, devido a equipamentos de alta precisão. Por isso a implementação de um plano de
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    23 manutenção preditiva deveser analisado quanto à aquisição ou a terceirização do serviço. No mercado os mais conhecidos sistemas de analise preditiva são: Ensaios por ultra-som Analise de vibrações mecânicas Analise de óleo lubrificantes Analise Termográfica Também para o campo de usinagem de pecas temos o Ball Bar, que analisa a geometria da máquina. 4.3.1. Analise de Vibração “A vibração é uma oscilação de um corpo em torno de uma posição de referência”. (Almeida & Góz, s. p.). A vibração é um fenômeno encontrado ao nosso derredor, em nossa casa, durante algumas viagens e principalmente na industria. A vibração é um processo destrutivo, ocasionando, por fadiga, falhas em elementos de máquinas. Em uma máquina o movimento vibratório é gerado devido às forças dinâmicas que ocorrem no processo. Essas vibrações ocorrem em uma faixa de freqüência e as vibrações se propagam por toda a máquina e estruturas próprias. As vibrações podem ocasionar fadigas e desgastes, e ao longo do tempo pode ocasionar a quebra do conjunto. A analise destas vibrações é um processo que detecta a taxa de vibração das forças dinâmicas geradas através da falha ou fadiga de partes mecânicas ou conjuntos de máquinas. Essas análises devem ser feitas com a máquina em funcionamento, para se analisar a real vibração. Podemos detectar as vibrações em
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    24 grandes amplitudes emtodo o conjunto da máquina, ou até mesmo na estrutura. Uma máquina irá gerar um movimento vibratório, caracterizado por suas partes móveis, em uma freqüência caracterizada por seus componentes mecânicos. Quando um equipamento é novo, é gerada uma Assinatura Espectral Original, já em condições normais de operação será gerada uma Assinatura Espectral Operacional. Através dessas assinaturas podemos constatar a freqüência e a amplitude de vibração de cada componente existente no conjunto da máquina. Essas Freqüências e amplitudes dependem de diversos fatores tais como rotação, carga, características de construção e projeto. Quando fazemos uma análise de vibração de uma máquina ou equipamento, encontramos nos dados coletados, algumas componentes de diferentes freqüências, que são relacionadas com os movimentos das peças da máquina. Por isso que através da análise de freqüência podemos detectar a causa das vibrações, e através de um acompanhamento da máquina, por um tempo, prever com antecedência a ocorrência de falhas e/ou quebras. As mais comuns vibrações indesejáveis são: Desequilíbrio de massas girantes (desbalanceamento) Desalinhamento de eixos, correias e correntes. Folgas e bases soltas ou rolamento desbalanceado. Contato de dentes de engrenagens. Corrente elétrica ou campo magnético desequilibrado (motores elétricos) Transporte Tráfego férreo e rodoviário. Escoamento fluido em alta pressão. Os efeitos principais das vibrações são: Altos riscos de acidentes.
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    25 Desgaste prematuro decomponentes. Quebras inesperadas. Aumento dos custos de manutenção. Perda de energia. Fadiga estrutural. Desconexão de partes. Baixa qualidade dos produtos. Ambiente de trabalho inadequado. Em processos mais antigos podíamos constatar uma vibração em um motor, por exemplo, através do contato da mão na superfície, de uma barra de metal ou através do estetoscópio. Nestes casos a analise era subjetiva sem a definição da quantificação numérica exata da amplitude da vibração. Hoje pode-se contar com aparelhos eletrônicos que captam essas vibrações e convertem em números e gráficos fornecendo os mesmo para uma analise critica do equipamento em teste. 4.3.2. BallBar – Geometria em Centros de Usinagem É uma ferramenta da Manutenção Preditiva direcionada para o diagnostico de Máquinas Operatrizes ou Centros de Usinagem. Um Centro de Usinagem produz seus usinados (peças) de acordo com sua geometria. Se a mesma, digamos assim, “estiver fora de ângulo”, produzirá peças refugadas, gerando custos altos para a produção. O teste Ball Bar foi desenvolvido,, para verificar sem o desmonte de conjuntos, o estado da geometria ou a linearidade de movimentos da máquina a ser testada. Determinamos o estado da máquina com o auxilio de um sensor, um
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    26 Notebook, o softwareBall Bar 5, e alguns adaptadores para a fixação do sensor na máquina. É digitado um programa na máquina a se testar de forma a gerar uma circunferência com a interpolação de dois eixos (XY, YZ e ZX para uma máquina de três eixos de usinagem). Assim para cada interpolação será gerado um relatório informando os pontos preocupantes (um “ranking”) da máquina e através de uma apostila pode se determinar a causa raiz para esses pontos. Por exemplo se no relatório ocorrer como ponto critico uma Folga Lateral Desigual (Lateral Play Unequal), ao ler a apostila será conhecido o possível defeito, também um exemplo de gráfico gerado pelo teste e a possível determinar a causa raiz. Não quer dizer que esse defeito pode ocorrer somente por essa causa raiz, mais é um ponto a ser analisado. Pode-se executar o teste com bastante facilidade, pois é todo rodado em Windows e o operador é guiado para a calibração do sensor e início do teste. A figura 7 tem um exemplo da estrutura do software. Figura 7. Software Ball Bar pronto para o teste.
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    27 Logo após queé iniciado o teste, e executa-se o programa no CNC da máquina ela interpola por exemplo, os eixos X e Y gerando uma circunferência. A figura 8 mostra a interpolação dos eixos XY de um centro de usinagem Heller modelo MC 25K: Figura 8. Teste em XY Após ser executado a interpolação ou o programa é gerado um relatório dos pontos críticos da máquina nesses dois eixos. Através disso podemos determinar uma Manutenção Corretiva Planejada (figura 9).
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    28 Figura 9. Relatóriode pontos críticos O software gera um gráfico da interpolação do eixo, onde podemos identificar se o eixo está com alguma folga ou vibração. Também é constatado se a interpolação não gera uma circunferência perfeita. Por exemplo, a figura 10 nos mostra que a interpolação dos eixos que não formou uma circunferência perfeita. O exemplo da figura 11, nos mostra que a interpolação gerou uma circunferência, mas também, que existe uma vibração nos eixos. Com estes dois relatórios poderemos planejar uma manutenção corretiva planejada, para a manutenção dos eixos defeituosos. Por exemplo, a vibração na figura 11, por ser relacionada com o fuso de esferas.
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    29 Figura 10. Circunferêncianão perfeita Figura 11. Circunferência com vibração As medidas de Manutenção Corretiva Planejada após a apresentação destes relatórios não são baseadas somente nos relatórios e nos gráficos gerados. A
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    30 própria experiência profissionale o comportamento da máquina nos testes podem determinar o defeito. Por exemplo, quando há uma vibração na carcaça da máquina normalmente o fuso de esferas está danificado. A colisão da máquina interfere muito na geometria. Normalmente após uma colisão ocasionada por descuido do operador ou mesmo por problemas na máquina é feito um teste de geometria na máquina. Quando é uma colisão leve muitas vezes não acarreta grandes defeitos de geometria. Já quando a colisão é de grande escala pode acarretar grandes custos na manutenção da máquina. Isso sem contar em componentes onde fica impossível se substituir, e foram afetados, por exemplo às colunas da máquina. Temos um exemplo de coluna na figura 12. No caso desta foto, a coluna não está danificada, somente um meio de ilustração. Figura 12. Eixo Y e Splindle Na figura 12 têm-se ilustrado os eixos Y e Splindle. O primeiro se desloca na vertical (circulado o fuso de esferas do eixo Y) e o Splindle seria o motor (circulado em vermelho), onde o mesmo somente proporciona movimento de rotação.
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    31 5. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS Nestecapitulo serão descritas as atividades desenvolvidas no estágio e estas variam entre manutenções corretivas e manutenções preventivas. 5.1. ATIVIDADES DE MANUTENÇÃO CORRETIVA Nas atividades descritas abaixo serão descritas manutenções feitas basicamente em Centros de Usinagem Heller (Comandos: GE Fanuc 160i e 180i), e também em alguns tornos e máquinas convencionais. Máquina: FU001 – Desliga Emergência Liga Comando Defeito: Quando a Furadeira (FU) estava em emergência o comando estava desligado, quando, porém a emergência estava desativada, a máquina ligava o comando, sendo este defeito intermitente. Solução: Uma das micros da lateral da máquina que determinavam o fim de curso estava com um dos cabos dando passagem para a carcaça. Como as mesmas estavam em série com a emergência e eram ligadas com a bobina, quando este cabo encostava na carcaça e dava a condição de a bobina de comando ser atuada. Apertado os parafusos da micro e isolada com fita isolante os cabos. Ligada a máquina e feito algumas peças para teste, foi liberada para a produção. Máquina: Heller – MC25k Comando GE Fanuc 160i Alarme: Refrigerador não pronto para operar (X3. 2). Solução: O Refrigerador da marca BKW, que foi tinha voltado de uma manutenção externa, não estava funcionando, com isso ocasionando o alarme. Olhando no esquema elétrico da máquina, na página 92 temos a alimentação para sistema de refrigeração e também o sinal de “PRONTO PARA OPERAR!” que é
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    32 gerado do refrigeradore segue para o CLP Fanuc na cartela A20.0 B2 O problema era que o refrigerador não refrigerava a água que passava no motor Spindle e também refrigerava o painel elétrico, gerando o alarme para a máquina. Seguindo a fiação do sinal (5 e 6) vimos, que o cabo 5, era alimentado pelo + 24 Volts e seguia para o refrigerador, passando por um relé no refrigerador e voltava para a máquina através do cabo 6. Este relé era o que fornecia a mensagem “PRONTO PARA OPERAR!”. Porém foi constatado que o relé estava funcionando! Ao analisar o circuito elétrico constatou que o relé era acionado por dois pressostatos, um para alta pressão e outro para baixa pressão. Para via de teste foi colocados em curto- circuito os dois pressostatos, e o pressostato F7 ao ser posto em curto-circuito liberou o relé e informou para a máquina a mensagem “PRONTO PARA OPERAR!”. Assim o pressostato foi analisado e constatou que a ligação estava invertida! Após a correção da ligação, o refrigerador e a máquina voltaram a funcionar corretamente. Máquina: Heller – MCP-250 Comando GE Fanuc 180i Alarme: “Supervisão de tempo ponte giratória” X9.0 Defeito: Eixo B subia para a movimentação porém não indexava (não retornava)! Solução: Verificado que o sensor “Fixa Pallet / Indexa Mesa” estava acionado com a mesa em cima, o que ocasionará a falha. Ao ser regulado o sensor para que o mesmo não esteja atuado com a mesa em cima montado as proteções retiradas e feito alguns testes a máquina foi liberada para a produção. Máquina: Heller – MC 25 Comando GE Fanuc 180i Defeito: Refrigeração Desligava Aleatoriamente (M7 e M8) Causa: O motor M34 que era responsável pela movimentação do óleo de
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    33 refrigeração estava desligandoaleatoriamente. Ao ser medida sua corrente, de 4.98 A (4,98 Ampères), constatou-se que estava normal pois a nominal é de 5 A. Porém aleatoriamente o disjuntor-motor Q34B desligava o motor M34. O mesmo estava regulado para o desarme em 5 A. A corrente do circuito girava em torno da corrente regulada, depois de um certo tempo o disjuntor-motor desarmava, não por uma sobre corrente, mais por a corrente estar bem próximo da nominal. Solução: Regulado o disjuntor-motor para aproximadamente 5,3 A. Máquina: Heller – MC25k Comando GE Fanuc 160i Defeito: Máquina Perdia o M119. Causa: O M119 é um comando para o CNC, usado normalmente para uma troca de ferramentas, onde o Splindle é referenciado e pára em uma posição para o perfeito encaixe do trocador de ferramenta. Como estava parando fora, quando o trocador de ferramentas executava a troca de ferramentas, não pegava corretamente a ferramenta, causando um alarme na máquina. Ao ser desmontada as peças que componham o eixo Splindle para se ter acesso ao encoder, foi constatado que o a engrenagem do encoder estava solta. Quando era solicitado a referencia do Splindle (M119), o mesmo rotacionava até achar o ponto de referência. Quando era encontrado parava imediatamente. Com a força da inércia a engrenagem rodava mais um pouquinho o que ocasionava o trocador “pegar” a ferramenta erroneamente. Solução: Apertada a engrenagem do encoder, montada as peças do conjunto. E após testes efetuados, liberado para a produção. Máquina: Heller – MC 16 Comando GE Fanuc 180i Defeito: Vibração no eixo Y em determinados pontos.
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    34 Solução: Foi desabilitadaa régua do eixo correspondente e movimentado o eixo. Foi verificada a ausência da vibração. Retirada a régua e feita a limpeza em bancada. Para a limpeza de uma régua normalmente usa-se água com sabão neutro e posteriormente secado com ar a uma baixa pressão. Já para o cabeçote de leitura usa-se um liquido volátil, exemplo álcool Eco-Thinner, no caso da Schulz usa-se normalmente o Eco – Thinner para a limpeza do cabeçote de leitura com a ajuda de um pincel bem macio. Após a limpeza com Eco – Thinner, o cabeçote é colocado em uma estufa devidamente identificado, com dados de quem limpou, estado, de que máquina pertence e a data do dia. Após algum tempo, normalmente duas horas do cabeçote na estufa, e montada a régua e efetuado um teste em máquina. Se o defeito persistir o próximo passo é a substituição do cabeçote de leitura. Máquina: Heller – MC 25K Comando GE Fanuc 160i Defeito: Máquina posicionava para a troca de ferramenta, porém não desligava a refrigeração de alta pressão (interna da ferramenta), acusando o alarme: “Tempo de supervisão do fluxo de alta pressão”. Solução: Ao ser aberto o painel de refrigeração, foi constatado que a contactora do motor de alta pressão estava “colada” (acionada, mesmo a refrigeração estando desligada). Após a troca da contactora, o defeito foi sanado. A titulo de curiosidade, foi aberta a contactora (desmontada), e foi verificado que os contatos estavam fundidos, permitindo assim que o motor permanece-se ligado mesmo à bobina não recebendo tensão. Máquina: Heller – MC 25 Comando GE Fanuc 180i Defeito: O Operador salvava o programa de usinagem no disquete, após
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    35 retirar e colocarnovamente a máquina indicava que o disquete estava corrompido ou o programa não tinha sido gravado corretamente. Solução: Foi substituído o Drive de disquete, persistido assim o problema foi substituído o flat cable (cabo de comunicação entre o drive e a CPU da máquina). Após a substituição o programa leu normalmente o programa no disquete e assim foi sanado o problema. 5.2. ATIVIDADES NA MANUTENÇÃO PREVENTIVA Inicialmente são desmontadas algumas proteções onde são limpas, pois embaixo das mesmas era constante o acumulo de cavacos. O trocados de ferramentas também era limpo, e a parte de trás da máquina também. Entre os itens do check list da Preventiva, alguns eram primordiais. Um dos principais era a limpeza do conversor analógico digital do sensor do trocador de ferramentas, pois o mesmo era gerenciado por um potenciômetro sem fim. Na figura 13, temos a visão do trocador de ferramentas o seu sensor de posição (circulado em vermelho, ao fundo atrás do cabo verde) e o conversor AD (circulado em preto). Somente se abrir para a limpeza o conversor, pois o mesmo normalmente ao se abrir estava impreguinado de óleo. Essa sujeira, as vezes, interferia em sue funcionamento, muitas vezes ocasionando alarme na máquina. Já o potenciômetro, não havia a necessidade, pois o mesmo era muito bem isolado contra sujeiras. Eram revisados os conectores dos motores dos eixos X, Y, Z e Splindle e do magazine. Tanto o conector de força como o do encoder é revisado. São revisados ao aperto e acumulo de sujeira em torno do conector.
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    36 Figura 13. Pontosde limpeza importantes na Preventiva Também outro ponto a ser revisado e limpo muitas vezes eram os Drivers de Comunicação ProfiBus da máquina. Na figura 14 temos a representação de um jogo dos Drivers que gerenciam a parte de trás da máquina. Figura 14. Drivers de Comunicação
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    37 Esses Drivers sãoresponsáveis pela movimentação de dados dos sensores até o CLP e também do CLP até as válvulas também. Esses, quando o acumulo de sujeira for grande, podem ocasionar mau contato nos sensores e nas válvulas. Outro ponto a ser analisado é a limpeza da tampa do motor de refrigeração e a sua ventoinha de refrigeração. Os mesmos sempre estavam com uma crosta de sujeira. Essa sujeira provia do acumulo de óleo solúvel (refrigeração) que estava no ar. Era atraído pela ventoinha e impreguinava a tampa do motor. Esse acumulo de sujeira pode chegar ao ponto de trancar o motor e a rotação do motor e desarmar o disjuntor-motor correspondente. O que também tem de ser revisado é o motor do ventilador de refrigeração do motor do Splindle. Este sempre, ao longo de dois meses estava com muita sujeira acumulada. São limpas a carcaça de plástico e as aletas do ventilador. Após isso era deixado por um tempo na estufa para evitar qualquer acumulo de umidade no bobinado. Após isso era montado e verificado o sentido de giro. O mesmo tem que girar no sentido anti-horário, retirando o calor do motor. São também revisadas as bóias num total de quatro: uma no transportador de cavacos, duas no filtro, e outra no tanque de óleo solúvel. As mesmas eram revisadas e limpas no local, tirado uma “borra”, que impreguina o material flutuante (a bóia em si). Limpado também os contatos da bóia, para evitar mau contato. Existe também uma parte importante da preventiva que a revisão do painel elétrico. No painel elétrico é revisado a parte de organização, limpeza e revisão do estado dos componentes. Em falhas complicadas de máquinas CNC a revisão de
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    38 software nem sempreé eficaz porém ao revisar o painel, lá pode estar um fio em um borne com mal contato, ou mesmo solto. Pode-se, com o simples fato de revisar o estado de aperto do borne como também o estado de fixação e o de funcionamento de componentes (ex. contactoras, disjuntores) evitar varias falhas que podem ocasionar uma parada por um longo período de tempo. Temos um exemplo de painel elétrico de uma máquina Heller comando GE Fanuc 160i na figura 15. Figura 15. Painel Heller Comando GE Fanuc 160i Na figura pode-se identificar os acionamentos e o CLP e o CNC (circulado em vermelho), as cartelas de CLP (circulado em azul), e os demais componentes como contactoras disjuntores-motor e em cima os bornes que são revisados.
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    39 Não esquecendo queo painel da refrigeração também é revisado (figura 16). Figura 16. Painel Refrigeração Heller Comando GE Fanuc 160i Após a revisão dos itens da Preventiva era efetuado o teste de geometria na máquina (Ball Bar). A preventiva na empresa Schulz S.A., inicia com a parada da máquina no inicio do primeiro turno e se estende até o final do turno comercial (aproximadamente entre as 5:30hs da manhâ até as 18:00hs) e é composta por um eletricista e três mecânicos (dois para a limpeza da máquina e um para a revisão dos itens mecânicos do “check list”). Após a revisão dos itens da Preventiva era efetuado o teste de geometria na máquina (Ball Bar). A preventiva na empresa Schulz S.A., inicia com a para da máquina no inicio do primeiro turno e se estende até o final do turno comercial (aproximadamente entre as 5:30hs da manhâ até as 18:00hs) e é composta por um eletricista e três mecânicos (dois para a limpeza da máquina e um para a revisão dos itens mecânicos do “check list”). As máquinas têm uma freqüência de dois meses entre uma preventiva e
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    40 outra. Quando amáquina precisa de uma manutenção planejada e seu prazo de preventiva esta se esgotando normalmente é agendado uma Manutenção Preventiva junto com a Planejada. Aproveitando a parada para efetuar a preventiva e já a planejada. Isso em concessão de ambas as partes (Chefias, pessoal da preventiva e planejada).
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    41 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Tem-seum avanço considerável na manutenção atual. Antigamente, o paradigma predominante era que o homem de manutenção ficava satisfeito com um reparo executado. Hoje já temos outro, que o homem de manutenção sinta-se bem quando evita a necessidade de executar um reparo ou uma quebra de máquina. Num futuro próximo teremos um paradigma predominante onde o mantenedor (homem de manutenção) ficará satisfeito em não fazer nenhum reparo, quando evitar a manutenção corretiva. Temos que aplicar esse conceitos de manutenções principalmente as manutenções programadas e preditivas, pois será o diferencial da manutenção nas empresas do futuro. Existe uma frase na revista Mecatrônica Atual onde diz que “O único Produto em que a operação deseja comprar da manutenção chama-se disponibilidade”. (Comitti, 2004, p. 62) A disponibilidade está diretamente ligada ao estilo da manutenção empregada em uma determinada empresa. Se a manutenção aplicada for a corretiva não planejada, terá um índice de disponibilidade baixo e ainda terá um auto custo. Porém se for uma manutenção preditiva aliado com uma manutenção corretiva planejada, o índice aumentará drasticamente, pois o equipamento irá parar de produzir somente para a manutenção programada e o Almoxarifado da manutenção será menor em número de itens, pois será preciso a compra da um ou dois dias antes da manutenção. Claro que uma manutenção corretiva não planejada vai ocorrer, não podemos negar. Porém a mesma terá sido controlado, ou terá um índice muito pequeno. Na verdade ocorrerá em equipamentos onde a preditiva não é aplicada, em maquinários muito antigos ou convencionais, ou em itens em que a manutenção preditiva não abrange em seu teste.
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    42 Pode-se analisar acitação de Comitti (2004, p. 63), a qualidade na manutenção: “Neste cenário não existe mais espaços para improvisos e arranjos: competência, criatividade, flexibilidade, velocidade, cultura de mudança e trabalho em equipe são características básicas das empresas e das organizações que têm a competitividade como razão de ser de sua sobrevivência. Para as pessoas, estas características são essenciais para garantir a empregabilidade de cada um”. Esta mudança não irá acontecer de uma hora para outra terá de ser incentivada sobre os mantenedores. A visão dos mesmos tende ser mudada para que a manutenção tenha resultados espetaculares e seja vista pela gerência como uma setor importante e não mais como um centro de custo. O estágio desenvolvido na empresa Schulz S. A., mostra que houve um bom relacionamento entre a teoria lecionada na instituição SENAI e realmente a prática do dia a dia de uma manutenção. Uma boa porcentagem das matérias vista em aula tem grande relação com o campo de atuação deste Estágio Curricular. Algumas dificuldades foram encontradas no decorrer do estágio, mas foram sanadas pelos companheiros de trabalho e pelos professores da instituição. Uma das grandes dificuldades vista no campo de trabalho foi a interpretação dos esquemas elétricos das máquinas, tanto os Centros de Usinagem quanto as máquinas convencionais. Avaliando de maneira geral, foram de grande importância todo o conhecimento adquirido no decorrer do curso e a prática desenvolvida na empresa durante o Estágio Curricular.
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    43 7. REFERÊNCIAS ALMEIDA, MarcioTadeu e GÓZ, Ricardo Damião Sales, Apostila: Análise de Vibração I – Medidas e Diagnósticos, FUPAI, Itajubá Minas Gerais. CASSANIGA, Fernando Aparecido, Fácil Programação do Controle Numérico FANUC, Editora CNC Tecnologia, 1º Ed., 2005. CASSANIGA, Fernando Aparecido. Histórico do CNC. Disponível em: <www.cnctecnologia.com.br>. Acesso em: 13 nov 2005. COMITTI, Alexandre, Por que investir em Manutenção Preditiva?. Mecatrônica Atual, São Paulo, ano 3, n. 16, p. 60-63.jun. 2004. COMITTI, Alexandre, Máquinas-Ferramenta com CNC. Mecatrônica Atual, São Paulo, ano 3, n. 16, p. 38-41.jun. 2004. COMITTI, Alexandre, Manutenção Preditiva e Pro-Ativa. Mecatrônica Atual, São Paulo, ano 2, n. 9, p. 44-45.abr.. 2003. COMITTI, Alexandre, Kramer, Wellington Rossi, Michalak, Edson Jorge, Manutenção Preditiva – Análise de Vibrações. Mecatrônica Atual, São Paulo, ano 2, n. 12, p. 57-62.out.. 2003. FERREIRA, Aurélio Buarque de Holanda, Dicionário da Língua Portuguesa, Editora Nova Fronteira, 2005. PINTO, Alan Kardec e XAVIER, Júlio de Aquino Nascif. Manutenção – Função Estratégica, Editora Qualitymark, 2º Ed., 2001 SCHULZ S.A.. Histórico da Empresa. Disponível em: <www.schulz.com.br>. Acesso em: 6 nov 2005. VIANA, Herbert Ricardo Garcia, PCM – Planejamento e Controle da Manutenção, Editora Qualitymark, 1º Ed., 2002
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    44 8. APÊNDICE A– EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS XZ
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    45 APÊNDICE B –EXECUÇÃO DO TESTE BALL BAR NOS EIXOS YZ
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    46 APÊNDICE C –PAINEL DE OPERAÇÃO DA MÁQUINA
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