Maquinação de um banco

A maquinação de um banco surgiu como um teste do post-processador da Autodesk CAM que é um CAM que trabalha integrado com um sistema de CAD, em particular o Fusion360 da Autodesk, ou Inventor HSM para este caso para gerar o código NC para a Ouplan 2015 do Laboratório de fabricação digital, o Fablab da Câmara Municipal de Lisboa. Gostaria de agradecer ao Arq. Francisco Alves, Bruno Maurício e à Designer Ariana Rupp.

Alguns conselhos sobre segurança:
- O uso indevido da máquina CNC pode causar sérios riscos à saúde e o risco de danos à máquina.
- Se estiver utilizar a máquina CNC é responsável pela segurança de todas as pessoas e equipamentos afetados pelo uso da máquina.
- Somente pessoas com formação adequada e conhecimento atualizados dos procedimentos das operações segurança devem operar com a máquina CNC.
- Apenas se podem utilizar os materiais que tenham sido designados como seguros conforme as normas do Laboratório de fabricação digital.
- Se houver alguma dúvida sobre a segurança duma determinada operação de corte ou desbaste da máquina CNC, deve requisitar assistência antes de operar a máquina.
- Alguma falta em operar a máquina CNC de uma forma segura e responsável pode resultar em consequências graves, como sendo responsabilizada por danos e ser proibido de usar a máquina no futuro.

Procedimento:
Os projectos devem ser submetidos através da inscrição no site do Fablab, tanto para dias abertos onde se podem realizar protótipos sem custos e noutros dias são pagos por hora de funcionamento da máquina utilizada dependente do preço de máquina.
Após a confirmação da reserva o utilizador pode trazer o material que deseja maquinar assim como o ficheiro ou ficheiros para serem produzidos. Sendo estes ficheiros depois tratados pelos voluntários e estimando o tempo de corte e se é possível ou se existe melhores métodos de processos para a produção do produto ou desenvolvimento do protótipo do produto.

Planeamento e dimensionamento do modelo
A dimensão máxima de corte da máquina CNC é 2120 mm x1600 mm
A espessura máxima dos materiais em todas na máquina é de 50 mm, esta altura é devido à altura da fresa, podendo o protótipo final uma altura superior.
Espumas de alta densidade são ideais para maquinar e já existem no mercado com a altura máxima referida. Outros materiais que podem ser maquinados são: MDF, Madeira, cortiça, acrílicos e plásticos, cera para maquinar, alumínio e bronze até 5 mm de altura.

Preparação dos ficheiros
A preparação dos ficheiros e dos desenhos é feita neste projecto através do Fusion 360
Para a preparação dos modelos CAD para o Fusion 360 que irá preparar as trajetórias é necessário seguir os seguintes passos.
- Os modelos 3D têm de estar em mm que é a dimensão do modelo físico;
- O modelo para corte tem que caber dentro das dimensões da mesa;
- Os modelos têm vir separados e não em desenhos conjunto;
- Os modelos para maquinar frente e verso têm ser num único modelo 3D;
- Os modelos de grandes dimensões para serem maquinados devem de ser fatiados como por exemplo maquinação em placas de esferovites têm de vir em modelos separados.
- Por favor forneçam modelos “limpos”, seja sem nenhum outro tipo de informação como layers, geometrias escondidas, mapeamentos de imagem, e outros.
- No que diz respeito às dimensões mínimas de detalhes por favor, mantenha em mente que podemos usar fresas diferentes como seja 8, 6, 3, 1.5 mm, e os orifícios, cantos ou ranhuras no seu modelo não serão removidos se forem menores do que a dimensão da fresa.

Por favor note que para a aplicação de fresagem CNC, não precisa de apresentar um modelo totalmente fechado, à prova d’água (em oposição a modelagem para a impressão 3D). Um modelo 3D pode conter superfícies ou sólidos que se cruzam, pois o software só irá considerar as superfícies superiores, e/ou selecionadas.

Esteja consciente de que a máquina de fresagem só tem 3 eixos, o que significa que se os seus modelos tiverem zonas concavas estas zonas não serão fresadas. Podendo ver na IMAGEM01 um ficheiro previamente preparado no Fusion360.

IMAGEM01IMAGEM01

Fresagem de ambos os lados:
Modelos que apresentam geometrias complexas ou aberturas podem por vezes ser maquinadas por ambos os lados do bloco, assim os ficheiros digitais precisam de ser produzidos de uma forma particular, de modo que o material possa ser rodado na máquina, mantendo o modelo firmemente no lugar. Isso geralmente é feito através da inclusão de um quadro, que também serve como uma base para calibrar a máquina, a fim de certificar de ambas as metades do modelo e com precisão.

Depois da maquinação das peças ter terminado são normalmente cortadas da estrutura usando um x-ato ou uma Dremel e os pontos de fixação são polidos para se obter uma geometria contínua.

Durante a preparação dos ficheiros para fresagem de dupla face, é importante manter as seguintes diretrizes:
- O modelo 3D tem de ter uma espessura mínima para ter estabilidade mecânica.
- Assim como para as espessuras de modelos de dupla face de maquinação manter um mínimo de 5 milímetros em todas as direções
- Incluir uma moldura em torno das peças a serem maquinadas com uma espessura mínima de 20 mm e uma altura de 45 mm;
- Mantenha um espaçamento mínimo de 20 milímetros entre as partes separadas;
- Incluir “pontes” entre o quadro e as peças, com uma largura mínima de 5 mm, altura de 50 mm;
- Colocar estas pontes em intervalos regulares em torno de todas as bordas do modelo de modo que não haja modelos com distâncias maiores que 40 mm ou que transpõe mais do que 80 mm.
- Colocar as pontes próximo ou a tocar exatamente os lados do modelo de modo que não haja necessidade intersectar as geometrias e deixar a uma distância ligeiramente menor do que o tamanho da fresa entre as distâncias das pontes e a parte de corte para permitir uma fácil remoção das peças e o seu acabamento ser mais simples. O caso do modelo para realizar uma fresagem com viragem na IMAGEM02.

IMAGEM02IMAGEM02

Cortes 2D
A máquina CNC pode ser usado para várias outras operações, tais como corte 2D, perfuração, desbaste de uma gravura e/ou um texto padrão. Estas operações podem ser realizadas sobre os materiais de um material plano como contraplacado, MDF ou acrílicos, ou combinar com maquinações 3D. Como por exemplo quando são necessários furos ou fresar ranhuras num modelo com maquinação 3D, é mais eficiente utilizar estratégias de maquinação 2D para uma maior optimização, rapidez e com resultados mais precisos.

Para preparar desenhos para processos de corte 2D é necessário:
- Pode-se importar um dwg para o modo de sketch e ir para o modo de CAM no Fusion 360, podendo realizar uma extrusão ao perfil importado.
- Podendo ser implementadas diferente tipo de maquinação no modelo.
- O desenho deve ser em mm na escala 1:1 modelo físico e em milímetros;
- Ter consciência da área de trabalho da fresa 2120 mm x1600 mm;
- Texto, furos, áreas e formas esboço do corte pode ser maquinado separadamente, gerando códigos de ficheiros NC diferentes;
- Os ficheiros NC das diferente estratégias devem de ser nomeadas com conforme as operação de maquinação “desbaste_*”, “corte_*”, sendo * o nome do projecto ou utilizador.
- Ao importar os desenhos 2D deve-se de verificar se as poly-linhas estão fechadas, assim como definir as dimensões do bloco exterior, podendo não ser necessariamente a dimensão do bloco real, isto para ajustamento da peça no bloco.
- Buracos para serem perfurados precisam ser marcados com um círculo ou um ponto e podendo ser furados com a broca ao invés de serem furados com a fresa.
- Formas ou objectos distintos precisam de estar separadas a uma distância mínima de 20 mm de cada um assim como das bordas da placa, isto para o bloco ter uma maior estabilidade, não partir nem mexer durante a maquinação. A IMAGEM03 é um exemplo de cortes 2D

IMAGEM03IMAGEM03

Fusion 360 e maquinação 2D
Alguns dos métodos generalistas de fixação da maquinação CNC para melhor compreender a configuração das trajetórias de maquinação a 2D:
A configuração das trajetórias de forma correta é importante para garantir que não haja risco de danificar a máquina ou o material, projeção de partes soltas, assim como ter noção do tempo que leva para produzir a peça de um modo optimizado.
Determinar o método certo é encontrar a combinação certa de configurações de ferramentas de corte, velocidade de corte, passo vertical, passo horizontal, e claro dependendo do tipo de material a ser utilizado, das características da geometria e da qualidade de acabamento que é adequado.

Podemos ver nas IMAGEM04, IMAGEM05, IMAGEM06, IMAGEM07 métodos diferentes de fixar o material da na mesa de maquinação.

IMAGEM04IMAGEM04

Na IMAGEM04 poder-se à observar o método de fixar o material com grampos em locais estratégicos para que o cabeçote da fresa não colida com nenhum grampo. Sempre que forem colocados os grampos devem-se colocar apoios para realizar uma força maior de fixação sobre o material.

IMAGEM05IMAGEM 05

Na IMAGEM05 pode-se observar que não existe espaço nas bordas do material para colocar grampos porque haveria uma colisão com o cabeçote da fresa, então encastra-se o material como se observa na IMAGEM05. Na IMAGEM05 também se observa que existe a fixação com um grampo porque existe espaço e uma zona não paralela com os blocos de encastração.

IMAGEM06IMAGEM06

O caso da IMAGEM06 o material está fixo com parafusos em locais estratégicos, e a cabeça do parafuso deve ficar ligeiramente abaixo da face de topo do material a fresa.

IMAGEM07IMAGEM07

Na IMAGEM07 observa-se a fixação de uma placa de roofmate por vácuo. Como o vácuo funciona por bandas, basta neste exemplo, ligar apenas o vácuo das três primeiras bandas, e para não haver percas na força de sucção neste caso as primeiras três bandas têm estar devidamente tapadas.

IMAGEM08IMAGEM08

O vácuo pode ser limitado a três zonas da mesa: o primeiro conjunto de três bandas (1), o segundo (2) e as últimas duas bandas da ponta (3). Rodar as maçanetas que se encontram nas costas da fresadora, em baixo, para ligar o vácuo nessas zonas, como se observa na IMAGEM08. Quanto menos zonas estiverem acionadas mais forte é o vácuo.

IMAGEM8.1IMAGEM8.1

Na IMAGEM8.1 pode-se observar a fixação por fita-cola de dupla face, este método de fixação é aplicado quando o material possui pouca altura, neste caso a placa de cobre tem uma espessura de 1mm.

Ferramentas de corte:
Existe uma vasta gama de diferentes ferramentas de corte para escolher. Tais como ferramentas de diferentes diâmetros, formas, o corte da geometria flauta e propriedades do material.
Os tipos mais comuns usados ​​para a prototipagem são as fresas de topo raso, para desbastes e cortes 2D, e fresas em V e bola para operações de acabamento.
O comprimento total da ferramenta de corte determina a profundidade que a ferramenta pode cortar o material no total, uma vez que um determinado comprimento é preciso de para fixar ao cabeçote da máquina CNC.
O comprimento da zona de corte na ponta inferior da ferramenta determina a profundidade do material que pode ser cortado através da operação que é designada por passo vertical máximo. Este valor do passo vertical só será usado para o seu máximo quando o material que está a ser cortado é suave; para materiais mais duros muitas vezes é necessário um valor menor, definindo os percursos da fresa e desbastando camadas de materiais em várias passagens separadas.
O diâmetro da ferramenta de corte determina o quanto a distância entre cada passagem pode ser definida e quando se utiliza numa operação é designada por passo lateral, a distância máxima do passo lateral não pode ser maior do que o diâmetro da ferramenta e geralmente apenas se utiliza uma percentagem do diâmetro sendo isso recomendado para libertar a pressão sobre a fresa.

IMAGEM09IMAGEM09

Podemos observar na IMAGEM09 a configuração de uma fresa de topo raso com diâmetro de 6mm, e altura máxima de corte e altura máxima de entrada no material.

Criação de várias passagens numa trajetória:

IMAGEM10IMAGEM10

No caso da IMAGEM10 pode-se observar que com a fresa de 6mm o mínimo de passagem a serem feitas teria de ser duas pelo que a altura de corte máxima da fresa é 20 mm e o material têm 32 mm de altura. Neste caso também se pode verificar que o existem mais do que duas passagens porque o material tem uma maior resistência mecânica. Podendo os primeiros desbastes neste caso ser de 3 mm e depois os últimos de 2 mm, para manter uma boa estabilidade mecânica.

Desbaste e percursos de acabamento:
Algumas ferramentas de corte são melhores em remover material rapidamente, enquanto outras ferramentas são melhores para um acabamento final altamente detalhado, removendo as primeiras camadas de material da distância designando-se por desbaste que pode ser feito com valores altos dos passos laterais e verticais o que economiza tempo, e o passo de acabamento pode ser definido com um valor pequeno de passo lateral usando a mesma ferramenta, ou utilizando uma ferramenta separada dependendo das características da forma da peça e dependendo do nível de detalhe, por exemplo com uma fresa de angulo ou de bola.

Maquinação CNC através do Fusion 360
Quando a criação de um projeto é para ser fresado em CNC, é crucial relacionar as configurações no modelo digital e a configuração física da máquina CNC.
Aspectos como as dimensões do material a posição dos grampos, encastres, parafusos, e as propriedades da ferramenta de corte têm de corresponder às configurações do Fusion 360. Qualquer discrepância entre estas definições irá resultar em erros que podem causar danos à peça ou à máquina.
É importante preparar o desenho CNC utilizando as seguintes instruções, assim como verificar novamente todas as definições se necessário antes de iniciar o processo de fresagem na fresa CNC.

IMAGEM11IMAGEM11

Após instalar o Fusion 360 e a criação da conta na Autodesk, deve de fazer o log in como se vê IMAGEM11.

IMAGEM12

IMAGEM12

Após a entrada na interface de projectos do Fusion360 deve de ser criado um novo projeto como se observa na IMAGEM12. O novo projeto deve ter um nome, e a sua respetiva designação, pode ser colocado o contacto do técnico que ira maquinar a peça ou as peças para colaboração e saber como é a execução da peça, podendo esses dados ser introduzido nas caixas que se apresentam na IMAGEM13

IMAGEM13IMAGEM13

Caso já tenha realizado o seu modelo CAD, pode importar “Upload” podendo ver o botão ao lado de “Create” como observa na IMAGEM13. Após a importação irá receber se a importação foi bem-sucedida ou não. Caso tenha importado o modelo CAD e seja diferente do sistema de CAD do Fusion360, deve realizar um “insert” como se observa na IMAGEM14.

IMAGEM14IMAGEM14

Após isso deve de passar para o módulo CAM360. Após abrir o ficheiro, ir ao separador CAM, e configurar o “Setup”, neste caso especifico para o zero da peça que é definido na face superior centrada, e o tipo de operação de “milling”, como se observa na IMAGEM15.

IMAGEM15IMAGEM15

Após isso deve de ao separador de Stock e para este caso selecionar as opções que estão descritas que se observam na IMAGEM16

IMAGEM16IMAGEM16

Para realizar a maquinação do suporte do banco são cortes simples e apenas é necessário o “2D Countour” com a fresa de 6 mm e o “Coolant” desativado “Disable”, como se observa na IMAGEM17

IMAGEM17IMAGEM17

Seleciona-se o contorno inferior conforme a IMAGEM18

IMAGEM18IMAGEM18

Define-se as alturas de segurança como a IMAGEM19

IMAGEM19IMAGEM19

Os paramentos são definidos como algo similar aos que estão na IMAGEM20

IMAGEM20
IMAGEM20

Após estas operações acabar carregando no OK, e será gerada as trajetórias, podendo clicar no botão do lado direito sobre [T1] para gerar a simulação, e ou para gerar o código NC, podendo observar na IMAGEM21, e escolher o post processador Ouplan.

IMAGEM21IMAGEM21

Após ter salvado o ficheiro NC terá que abrir o no programa “InoControl” (ícone da tesoura), que esta num computador ligado à CNC, apos “Abrir” o ficheiro NC como se observa na IMAGEM22.

IMAGEM22IMAGEM22

Para achar a origem da peça deverá ir ao “Jog” e com o teclado achar o zero da peça no material como se observa na IMAGEM23.

IMAGEM23IMAGEM23

A colocação da fresa no ponto zero definido na CAM que foi no centro superior do material deve de estar como está na IMAGEM24.

IMAGEM24IMAGEM24

Podendo observar como exemplo de maquinação a finalização do banco nas IMAGEM 25

IMAGEM25IMAGEM25