Controle e automação de Router CNC com dispositivo embarcado para monitoramento de vibrações mecânicas
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/44558 |
Resumo: | Desde a pré-história a fabricação de objetos é uma atividade essencial à civilização humana. No aspecto econômico, a riqueza material produzida por um país está intimamente ligada aos processos de fabricação. Mas o que tem acontecido com as formas de produção? Estamos na quarta revolução industrial, marcada pela indústria 4.0. No cenário atual, diante do fácil acesso às tecnologias, hardwares de baixo custo, materiais didáticos disponíveis de internet e softwares de acesso livre nasceram as máquinas-ferramenta de pequeno porte, muitas delas feitas por hobistas que, geralmente, desconhecem os princípios básicos de projetos mecânicos e das tecnologias envolvidas. Entre essas máquinas as routers são as mais populares e atendem a uma demanda de mercado principalmente voltada à fabricação de artefatos em madeira. No presente trabalho foi projetado, montado, instalado e testado um sistema de controle CNC para uma router em conjunto com um sistema de monitoramento de vibrações mecânicas embarcado. Para atingir esse objetivo foi realizado um estudo sobre os sistemas de controle CNC, como também foi construído um sistema para o monitoramento das vibrações mecânicas oriundas da usinagem. Numa última etapa, foi realizado um ensaio de avaliação, por meio da usinagem de uma peça-teste, adaptada da norma ABNT NBR NM ISO 10791-7:1999, a fim de obter-se os erros geométricos de cilindricidade, perpendicularidade, retitude, paralelismo, angularidade, circularidade, concentricidade e posição. O sistema de controle CNC foi instalado satisfatoriamente, assim como o sistema de monitoramento das vibrações. Em testes dinâmicos, o sistema de monitoramento da usinagem mostrou-se capaz de detectar variações na aceleração da vibração provocadas por variações nas condições de usinagem, conforme o comportamento previsto em literatura. A aceleração da vibração também foi correlacionada com a rugosidade superficial e os resultados obtidos podem ser úteis para inferir a rugosidade em condições específicas. A router automatizada no presente trabalho juntamente com o sistema de monitoramento das vibrações, proporcionam o domínio da capacidade da máquina na produção de peças usinadas. Adicionalmente, os equipamentos empregados na solução, de baixo custo em sua grande maioria, ampliaram a capacidade do que seria uma simples máquina CNC possibilitando a criação de um dispositivo IoT compatível com as necessidades da indústria 4.0. |
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No cenário atual, diante do fácil acesso às tecnologias, hardwares de baixo custo, materiais didáticos disponíveis de internet e softwares de acesso livre nasceram as máquinas-ferramenta de pequeno porte, muitas delas feitas por hobistas que, geralmente, desconhecem os princípios básicos de projetos mecânicos e das tecnologias envolvidas. Entre essas máquinas as routers são as mais populares e atendem a uma demanda de mercado principalmente voltada à fabricação de artefatos em madeira. No presente trabalho foi projetado, montado, instalado e testado um sistema de controle CNC para uma router em conjunto com um sistema de monitoramento de vibrações mecânicas embarcado. Para atingir esse objetivo foi realizado um estudo sobre os sistemas de controle CNC, como também foi construído um sistema para o monitoramento das vibrações mecânicas oriundas da usinagem. Numa última etapa, foi realizado um ensaio de avaliação, por meio da usinagem de uma peça-teste, adaptada da norma ABNT NBR NM ISO 10791-7:1999, a fim de obter-se os erros geométricos de cilindricidade, perpendicularidade, retitude, paralelismo, angularidade, circularidade, concentricidade e posição. O sistema de controle CNC foi instalado satisfatoriamente, assim como o sistema de monitoramento das vibrações. Em testes dinâmicos, o sistema de monitoramento da usinagem mostrou-se capaz de detectar variações na aceleração da vibração provocadas por variações nas condições de usinagem, conforme o comportamento previsto em literatura. A aceleração da vibração também foi correlacionada com a rugosidade superficial e os resultados obtidos podem ser úteis para inferir a rugosidade em condições específicas. A router automatizada no presente trabalho juntamente com o sistema de monitoramento das vibrações, proporcionam o domínio da capacidade da máquina na produção de peças usinadas. Adicionalmente, os equipamentos empregados na solução, de baixo custo em sua grande maioria, ampliaram a capacidade do que seria uma simples máquina CNC possibilitando a criação de um dispositivo IoT compatível com as necessidades da indústria 4.0.Since prehistory, the manufacture of objects has been an essential activity for human civilization. In the economic aspect, the material wealth produced by a country is closely linked to the manufacturing processes. But what has happened to the forms of production? We are in the fourth industrial revolution, marked by industry 4.0. In the current scenario, given the easy access to technologies, low-cost hardware, teaching materials available from the internet and free access software, small machine tools were born, many of them made by hobbyists who, generally, do not know the basic principles of projects mechanics and the technologies involved. Among these machines, routers are the most popular and meet a market demand mainly focused on the manufacture of wooden artifacts. In the present work, a CNC control system for a router was designed, assembled, installed and tested, together with an embedded mechanical vibration monitoring system. To achieve this goal, a study was carried out on CNC control systems, as well as a system for monitoring mechanical vibrations from machining. In a last step, an evaluation test was carried out, by machining a test piece, adapted from the ABNT NBR NM ISO 10791-7:1999 standard, in order to obtain the geometric errors of cylindricity, perpendicularity, straightness, parallelism, angularity, circularity, concentricity and position. The CNC control system was installed satisfactorily, as was the vibration monitoring system. In dynamic tests, the machining monitoring system proved to be able to detect variations in vibration acceleration caused by variations in machining conditions, according to the behavior foreseen in the literature. Vibration acceleration was also correlated with surface roughness and the results obtained can be useful to infer roughness under specific conditions. The automated router in this work, together with the vibration monitoring system, provide the mastery of the machine's capacity in the production of machined parts. Additionally, the equipment used in the solution, which is mostly low cost, expanded the capacity of what would be a simple CNC machine, enabling the creation of an IoT device compatible with the needs of industry 4.0.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia MecânicaControle CNCRouter CNCMonitoramento de máquina-ferramentaEnsaios de máquina- ferramentaUsinagemIndústria 4.0Controle e automação de Router CNC com dispositivo embarcado para monitoramento de vibrações mecânicasinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisdoutoradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPEORIGINALTESE Alex Elton de Moura.pdfTESE Alex Elton de Moura.pdfapplication/pdf6337216https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/44558/1/TESE%20Alex%20Elton%20de%20Moura.pdf13874b0896b39534415b533cf45a7652MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; 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