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Maquina de eletroerosao

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  • PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DO PARAN

    ESCOLA POLITCNICA

    ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAO

    WAGNER DE OLIVEIRA PRESTES

    MQUINA DE ELETROEROSO DE FASCAS UNITRIAS

    CURITIBA

    2013

  • WAGNER DE OLIVEIRA PRESTES

    MQUINA DE ELETROEROSO DE FASCAS UNITRIAS

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Curso de Graduao em Engenharia de Controle e Automao da Pontifcia Universidade Catlica do Paran, como requisito parcial obteno do ttulo de Engenheiro de Controle e Automao. Orientador: Prof. Dr. Luciano Antnio Mendes

    CURITIBA

    2013

  • Pgina reservada para ficha catalogrfica que deve ser confeccionada aps

    apresentao e alteraes sugeridas pela banca examinadora.

    Deve ser impressa no verso da folha de rosto.

    A Biblioteca da PUCPR oferece o servio gratuitamente.

    Para solicitar, necessrio enviar o trabalho para o email

    biblioteca.processamento@pucpr.br

    Em at 48h a ficha ser encaminhada para o email do solicitante.

  • WAGNER DE OLIVEIRA PRESTES

    MQUINA DE ELETROEROSO DE FASCAS UNITRIAS

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Curso de Graduao em Engenharia de Controle e Automao da Pontifcia Universidade Catlica do Paran, como requisito parcial obteno do ttulo de Engenheiro de Controle e Automao.

    COMISSO EXAMINADORA

    _____________________________________

    Roberto Zanetti Freire

    Pontifcia Universidade Catlica do Paran

    _____________________________________

    Curitiba, 04 de novembro de 2013.

  • Dedico este trabalho aos pesquisadores

    de EDM, a meu orientador e a todos que

    colaboraram no desenvolvimento deste.

  • AGRADECIMENTOS

    Agradeo aos meus amigos da graduao: Bruna Vieira, Bruno Srgio, Cleiton

    Santos, Fernando van den Tempel, Gabriel Maidl, Gustavo Campana, Gustavo

    Bettega, Joo Zaiatz, Kenji Higashi, Lucas Mocelin, Rafael Mocelin, Ricardo Knaf,

    Paulo Piratelo, Thalita Mertens, Tiago Savares, Victor Pimentel e Vinicius Monteiro

    pelo apoio e companheirismo, muitas ideias deste projeto surgiram a partir de nossas

    conversas. Agradeo aos professores Fred Lacerda Amorim e Valter Klein Jr. que

    muito contriburam ao presente trabalho. Agradeo aos tcnicos e colaboradores do

    laboratrio de usinagem e da oficina de modelos da PUCPR, em especial ao Jlio

    Cezar. Agradeo a Gilberto Cugler que me incentivou a buscar uma formao de

    ensino superior e me inspirou com sua sabedoria. Agradeo aos meus melhores

    amigos Edson Rodrigues, Jean Tiago, Rudson Souza, Robson Oliveira e Wilker

    Fernandes, que desde a infncia esto ao meu lado nos bons e maus momentos da

    vida. Agradeo aos amigos, colegas e a toda comunidade de Barra do Turvo, cidade

    onde vivenciei os melhores momentos da minha vida. A busca por conhecimentos

    para contribuir para o desenvolvimento dessa cidade foi a principal motivao para

    ingressar neste curso de graduao.

    Em especial agradeo ao meu professor orientador Luciano Antnio Mendes, que

    sempre me proporcionou timas oportunidades acadmicas desde o incio da minha

    graduao, juntos desenvolvemos dois trabalhos de iniciao cientifica e um trabalho

    de iniciao tecnolgica, contribuindo expressivamente na minha formao

    profissional.

    Agradeo imensamente a minha famlia, especialmente aos meus pais, que

    inicialmente discordaram da minha vontade de realizar uma formao profissional,

    mas sempre forneceram excelentes condies para que eu pudesse desenvolver os

    estudos e hoje so as pessoas que mais me apoiaram nos estudos.

  • RESUMO

    O presente projeto trata-se do desenvolvimento e implementao de uma mquina de

    eletroeroso de fascas unitrias. A execuo do projeto consiste na integrao de

    solues para a automao do posicionamento de eletrodos com preciso

    micromtrica, proteo e isolamento eltrico entre circuitos de alta e baixa tenso de

    uma fonte de pulsos, integrao de osciloscpio de alto desempenho para captura

    das formas de onda de tenso e corrente de processos de eletroeroso, sensor de

    corrente de alta velocidade e interface de usurio para operao do sistema atravs

    de computador. Tem-se como objetivo desenvolver um sistema que possibilite realizar

    experimentos prticos de processos de eletroeroso acessando via interface de

    usurio (aplicativo) uma mquina de usinagem por descargas eltricas (EDM),

    especialmente projetada para uso em pesquisa, assim constituindo uma ferramenta

    alternativa para o desenvolvimento de pesquisas de eletroeroso. Partindo-se de

    abordagens sistmicas de desenvolvimento de projetos, especificaes tcnicas para

    o processo de eletroeroso atravs da mquina de fascas unitrias foram inicialmente

    elaboradas, que ento serviram de referncia para projetos de firmware (software),

    hardware e estrutura mecnica do sistema. Como resultados, obteve-se um conjunto

    de solues tcnicas que viabiliza o sistema proposto, compondo-se de um mdulo

    de eletroeroso, um mdulo de posicionamento de eletrodos e um sistema de captura

    de sinais de tenso e corrente integrados em PC atravs de software. A partir da

    definio dos requisitos da Mquina de Eletroeroso de Fasca Unitrias e suas

    funcionalidades, foram projetados com sucesso vrios subsistemas mecatrnicos,

    que integrados compem o equipamento supracitado. A implementao do sistema

    resultou num equipamento capaz de executar experimentos de avaliao de

    desempenho do processo de eletroeroso, dispondo recursos de visualizao,

    controle e de aquisio de dados do processo de eletroeroso.

    Palavras-chave: Eletroeroso, Automao e Instrumentao Virtual

  • ABSTRACT

    This project depicts the development and implementation of a unitary spark EDM

    machine. The execution of the project required the integration of solutions for

    automating the placement of electrodes with micrometer precision, electrical protection

    and isolation between high and low voltage of a power pulsed circuit; integration of

    high-performance oscilloscope for capturing voltage and current waveforms of EDM

    process; a high speed current sensor and user interface to system operation via

    computer. The project objective is to develop a system that allows practical EDM

    experiments with a computer user interface (software), resulting in an EDM machine

    specially designed for research purposes. Based on systemic approaches to project

    development, technical specifications for the unitary spark EDM machine were initially

    prepared, which then served as reference for the design of firmware (software),

    hardware and mechanical structure for the system. As result, it was obtained a set of

    technical solutions that were integrated to compose the overall system, including: an

    EDM module; an electrodes positioning module and a voltage and current signals

    acquisition system - integrated with a PC via a specific software. Starting from the

    requirements, the mechatronic subsystems that integrated compose the system were

    successfully designed and built. The resulting system is a device capable of performing

    experiments to evaluate the performance of the EDM process, providing visualization

    capabilities, control and data acquisition.

    Key-words: Electrical Discharge Machine. Automation. Virtual Instrumentation.

  • LISTA DE ILUSTRAES

    Figura 1 - Classificao de pesquisas EDM .............................................................. 14

    Figura 2 - Formas de onda de tenso e corrente de um arco eltrico ....................... 20

    Figura 3 - Fluxo de dados geral de um sistema automatizado de testes .................. 23

    Figura 4 Etapas e procedimentos para o desenvolvimento do projeto ................... 25

    Quadro 2 - Lista de requisitos do sistema ................................................................. 26

    Figura 5 - Estrutura funcional do mdulo de fascas ................................................. 28

    Figura 6 - Transformador de fora ............................................................................. 30

    Tabela 2 - Especificaes do transformador ............................................................. 31

    Figura 7 - Construo do transformador ................................................................... 32

    Tabela 4 - Teste do transformador ............................................................................ 32

    Figura 8 - Circuito de potncia .................................................................................. 33

    Figura 9 - Circuito de dissipao de energia dos capacitores ................................... 34

    Figura 10 - Esquemtico do acoplador ptico linear HCNR200 ................................ 36

    Figura 11 - Esquemtico do sensor de tenso .......................................................... 37

    Figura 12 - Eletroeroso em alumnio com gap de 25um .......................................... 38

    Figura 13 - Modelagem do sistema de carregamento de capacitores em Simulink .. 39

    Figura 14 - Carregamento do banco de capacitores ................................................. 40

    Figura 15 - Sinais de corrente e potncia da carga dos capacitores ......................... 40

    Figura 16 - Etapas do processo gerador de fascas .................................................. 41

    Figura 17 - Esquemtico do gerador de pulso fasca ................................................ 42

    Figura 18 - Filtro RC retificador de PWM .....................