Pesquisa & Desenvolvimento26

A importância do recurso de associatividadeentre os sistemas CAD/CAM na geraçãodo programa NC

1. Introdução

avanço da economia mundial em direção à redução de lotes, per-sonalização de produ-tos, grande diversidade

de produtos, redução de seu tempo de vida e, principalmente, redução do tempo de lançamentos de novos produtos, inicia a transformação das fases de desenvolvimento do produ-to, onde a busca por reduções do tempo de desenvolvimento e custos tornam-se pontos fundamentais.

Em virtude disso, inicia-se um movimento por parte da indústria em busca da integração entre as fa-ses de desenvolvimento do produto, através da utilização de sistemas computacionais e desenvolvimento virtual e simultâneo do produto.

No entanto, a particularidade e diversidade de sistemas computa-cionais fazem com que sua aplica-ção nas fases de desenvolvimento do produto e a integração entre as mes-mas não seja necessariamente uma conseqüência [1, 2]. Dentre os siste-mas computacionais mais aplicados na indústria destacam-se:

• Sistema CAD: aplicado na fase de concepção e detalhamento do produto;• Sistema CAM: aplicado na fase de manufatura do produto.

Como resultado da integração entre esses dois sistemas, é possível obter um programa NC (Numeric Control) que contém a trajetória da ferramenta para a sua execução numa máquina CNC. Assim, este trabalho tem por objetivo analisar os fatores que infl uenciam na gera-ção de forma integrada de um pro-grama NC a partir da aplicação de um sistema CAD/CAM.

2. Descrição do Ciclo CAD/CAM/CNC

Através de um sistema CAD/CAM a manufatura de um produto qual-quer é realizada pela geração de seu modelo geométrico num sistema CAD e transferência do mesmo ao sistema CAM.

Após essa etapa, o programador do sistema fornecerá os dados da manufatura, tais como: dimensão da matéria prima, estratégias de usina-gem e parâmetros tecnológicos, para que o sistema calcule a trajetória da ferramenta e gere primeiramente um arquivo nativo, conhecido como CL-DATA (cutter location data fi le) [3], que contém apenas o percurso da ferramenta representado por coorde-nadas no plano cartesiano.

Este arquivo nativo pode ser reco-nhecido apenas pelo sistema CAM, não tendo função para a máquina CNC, por não estar na linguagem de programação ISO 6983 [3], ou seja, comandos de movimento. Na maioria dos casos, um módulo adi-cional integrado ao sistema CAM, conhecido como pós-processador, será o responsável por transformar o arquivo nativo em programa NC, contendo a linguagem apropriada para o CNC em questão.

A Figura 1 ilustra as fases do ciclo CAD/CAM/CNC aplicadas na manu-fatura de moldes e matrizes.

Dentre as características da ca-deia CAD/CAM/CNC destacam-se:

O

Ilus

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A importância do recurso de associatividadeentre os sistemas CAD/CAM na geraçãodo programa NC

• menor tempo de geração do Pro-grama NC;• programação de peças com geo-metrias simples e complexas num pequeno espaço de tempo;• menor infl uência do programador, possibilitando assim, menores chan-ces de erro;• recursos gráfi cos para simulação da usinagem;• recursos de estratégias de usinagem.

Nos próximos tópicos serão deta-lhados os fatores relacionados com essa cadeia que infl uenciam na ge-ração do programa NC, conforme ilustrado na Figura 2.

2.1. Representação do modelo geo-métrico através do sistema CADConforme pode ser observado na

Figura 2, o início da cadeia CAD/CAM/CNC, assim como qualquer sistema voltado para o desenvolvimento virtual do produto, está baseado no modela- Figura 1: Fases da cadeia CAD/CAM/CNC [4].

Figura 2: Fatores relacionados com a geração do programa NC [4].

mento geométrico tridimensional reali-zado através de um sistema CAD.

O sucesso das fases seguintes está vinculado à capacidade do sis-tema CAD em representar fi elmente as características reais do produto. Para isso, os sistemas fornecem inú-meras ferramentas de modelamento aos projetistas.

Baseado nestes recursos de mo-delamento pode-se classifi car os sis-temas CAD em modeladores de só-lidos e modeladores de superfícies. Nos sistemas CAD modeladores de sólidos, o modelo geométrico tridi-

mensional será uma entidade sólida, obtida basicamente através de recur-sos de protusão e revolução de um perfi l defi nido num plano.

Este tipo de sistema CAD permi-te realizar fi elmente o modelamento geométrico tridimensional de produ-tos que contenham formas geométri-cas simples, conforme pode ser ob-servado na Figura 3.

Nos sistemas CAD modeladores de superfície, o modelo geométrico tridimensional é representado por uma superfície obtida através de ele-mentos geométricos, que variam de

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uma simples reta até curvas geradas por complexos modelos matemáti-cos. Além disso, possuem sofi stica-dos recursos para a manipulação desta superfície, permitindo ao pro-jetista alterar interativamente sua forma para obter o produto deseja-do. A manipulação da superfície é realizada através da movimentação de qualquer ponto do polígono de controle da superfície, conforme ilustrado na Figura 4.

2.2. Integração entre sistemas CAD/CAM

Nos sistemas CAD, todos os dados geométricos do produto são armaze-nados no modelador geométrico do sistema, sendo este, uma caracterís-tica de cada sistema [2]. Quando os sistemas CAD/CAM apresentam o mesmo modelador geométrico, a transferência geométrica ocorre de forma direta, ou seja, o modelo ge-ométrico do sistema CAD é transferi-do para o sistema CAM sem auxílio de interfaces normalizadas.

Apesar desta forma de transfe-rência estar limitada à utilização de sistemas CAD/CAM do mesmo fabricante (modelador geométrico), apresenta um recurso extremamente interessante chamado de associati-vidade. Ele é responsável por criar um link entre o modelo geométrico do sistema CAD e o sistema CAM, através do qual qualquer alteração neste modelo geométrico é automa-ticamente reconhecida e atualizada no sistema CAM. Com isso, é possí-vel desenvolver simultaneamente de forma efi caz as etapas de projeto e manufatura do produto, conforme ilustrado na Figura 5.

Caso este recurso não esteja dis-ponível, qualquer alteração do mo-delo geométrico no sistema CAD resultará num retrabalho (operações repetidas) total de sua manufatura, conforme ilustrado na Figura 6.

No entanto, em decorrência da

Figura 3: Sistema CAD modelador de sólidos.

Figura 4: Manipulação de superfícies complexas.

Figura 5: Interface entre Sistemas CAD/CAM com associatividade.

Figura 6: Interface entre Sistemas CAD/CAM sem associatividade.

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grande quantidade e características personalizadas, os sistemas CAD/CAM normalmente apresentam di-ferentes modeladores geométricos, fazendo com que a transferência geométrica ocorra com o auxílio de interfaces normalizadas, conforme ilustrado na Figura 7 [5].

Neste caso, a conversão geomé-trica é realizada através dos recursos geométricos das interfaces normali-zadas, ou seja, através de sua capa-cidade de reconhecimento e conver-são dos elementos geométricos do modelo original [6]. Atualmente, os sistemas CAD/CAM apresentam vá-rias opções de formatos de interfa-ces normalizadas, tais como: IGES, STEP, VDAFS, etc., sendo que cada um destes formatos apresenta dife-rentes recursos geométricos, confor-me ilustrado na Figura 8.

Durante a conversão, se o mode-lo original apresentar elementos ge-ométricos que não fazem parte dos recursos geométricos do formato de interface escolhido, este será elimi-nado ou substituído por outro ele-mento geométrico gerando, assim, problemas com a qualidade e a pre-cisão do modelo convertido e, con-seqüentemente para o produto fi nal.

Para que a qualidade e a preci-são do modelo convertido seja as-segurada, o usuário deve utilizar formatos de interface com o maior número de recursos geométricos, principalmente para os modelos com superfícies complexas, que normalmente são representadas por

elementos geométricos do tipo poli-nomial, B-Spline e NURBS [6]. Com isso, observando a Figura 8 conclui-se que a utilização do formato STEP assegura uma melhor qualidade e precisão do modelo convertido.

Uma outra possibilidade é a con-versão do modelo geométrico do Sis-tema CAD em um modelo matemáti-co, através da geração de malhas de triângulos sobre a geometria original. Desta maneira, ao invés de elemen-tos geométricos serão transferidas informações de pontos defi nidos por coordenadas cartesianas (XYZ), per-

mitindo assim uma comunicação sim-ples entre os sistemas CAD/CAM [7].Como a malha de triângulo consiste de elementos planos, é necessária a introdução de uma tolerância de con-torno, usada principalmente no caso de superfícies complexas (curvas) [6].

A Figura 9 ilustra a geração da malha de triângulos sobre um mo-delo geométrico.

Observa-se que quanto menor a to-lerância da geração da malha de triân-gulos, melhor será a exatidão do mo-delo geométrico e, conseqüentemente o produto fi nal. No entanto, o número

Figura 7: Transferência geométrica com auxílio de interfaces normalizadas.

Tipo de ElementoPontoVetorRetaArco do círculoCurva de secção cônicaCurva polinominal Curva b-splineCurva nurbsPlanoCilindroConeEsferaElipsóideSuperfície anelarSuperfície polinomialSuperfície b-splineSuperfície nurbsCurva em superfície polinomialSuperfície de regulagemSuperfície polinomial limitadaSólidos

VDAFSXXUX X

U

X

XEX

IGESX

XXX UXXXXXXXEUXUUXUE

STEPXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXX

Figura 8: Recursos geométricos das interfaces normalizadas [6].

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de triângulos e o tamanho fi nal do ar-quivo também aumentam com a redu-ção da tolerância de triangularização.

3. ConclusõesA interface entre os sistemas CAD/

CAM através de formatos normaliza-dos e até mesmo através da triangulari-zação do modelo geométrico, permite uma maior fl exibilidade com relação à integração de diversos sistemas CAD/CAM, porém não conseguem criar um link entre o modelo CAD e o Modelo CAM que será utilizado para a geração do programa NC.

Com isso, qualquer alteração do modelo CAD não será reconhecida no modelo CAM e, conseqüentemente, a integração entre eles para a geração do programa NC. Essa falta de integra-ção resultará num aumento do custo e, principalmente, num aumento do tempo de desenvolvimento do pro-duto. No entanto, atualmente existem inúmeras pesquisas trabalhando em formas de garantir a associatividade, principalmente através da interface com formatos normalizados (STEP).

Em virtude disso, a interface nati-va, mesmo limitando as possibilidades quanto ao sistema CAD/CAM a ser utilizado, apresenta-se como a única possibilidade de manter associativida-de entre os sistema CAD/CAM comer-ciais e, consequentemente, a integra-ção com o programa NC.

Modelo original

Tolerância: 0,1 mmTamanho: 76KBTriângulos: 1.554

Tolerância: 0,01 mmTamanho: 156KBTriângulos: 3.182

Tolerância: 0,001 mmTamanho: 1041KBTriângulos: 21.312

Figura 9: Malha de triângulo sobre o modelo geométrico.

Referências Bibliográfi cas

[1] MAHON, MC.; BROWNE, J., CAD/CAM from Principles to Practice. UK, Suffolk: Addison-Esley, 1993. 508 p. ISBN 0-201-56502-1[2] BEDWORTH, D.D.; HENDERSON, M.R.; WOLPE, P.M., Computer Integr-ated Design and manufacturing. USA, New York: McGraw-Hill, 1991. ISBN 0-07-100846-2.[3] CHOI, B.K.; JERARD, R.B., Sculp-tured Surface Machining - Theory and applications. Netherlands, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1998. 368 p. ISBN 0-412-78020-8. [4] SCHÜTZER, K. et al., Usinagem em Altíssimas Velocidades. São Paulo: Editora Érica, 2003. 214 p.[5] SCHÜTZER, K.; HENRIQUES, J. , “Intercâmbio de dados no desenvolvi-mento do produto”, in Engenharia Au-tomotiva e aeroespacial, São Paulo, v. 3, n. 11, p. 26-36, 2002. [6] DÜRR, H.; SCHÜNEMANN, R.; SCHULZE, J., “Cadeia de processo ba-seada em NURBS”, in Máquinas e Me-tais, São Paulo, v. 33, n. 415, p. 18-27, ago. 2000.[7] KNOPPERS, R.; GUNNINK, J. W., “Ferramental de compactação de tempo usando tecnologia e arquivos STL”, Máquina e Metais, São Paulo, v. 36, n. 415, p. 124-137, ago. 2000. Klaus SchützerAndré Luís HellenoUniversidade Metodista de Piracicaba - SCPM

Hanna