Desenvolvimento e implementação de um sistema CNC, modular e reconfigurável, para processos laser

Abstract

A tecnologia LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Ra-diation) tem ganho grande importância e atenção nos meios produtivos, em meio à grande competitividade e contínua busca por aumento da qualidade, bem como a diminuição dos custos dos processos. É utilizada na realização de processos de união, adição e remoção de material. O desenvolvimento de fontes LASER de fibra com múltiplos módulos e a fusão de pacotes de fibras, tornou possível a geração de feixes com altíssimas potências em uma única fibra de saída. O uso destas fontes associadas a processos de fabricação tem se tornado frequente, carecendo de pesquisas para desenvolvimento e otimização destes. Os processos LASER estão associados a sistemas automatizados de produção, como células robotizadas e sistemas comandados numericamente - CNC. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema LASER de alta potência (10 kW), composto por módulos de comando e controle, sistemas periféricos, e um sistema mecânico de movimentação de três eixos (configuração cartesiana), empregando um CNC industrial, de forma a tornar o sistema apto na realização dos processos de soldagem LASER autógena, LASER cladding e tratamento térmico localizado a LASER, desenvolvido observando aspectos relacionados à modularidade e reconfigurabilidade. No processo de desenvolvimento, fez-se necessária a adequação da infraestrutura fí-sica do local de instalação e operação do sistema LASER de elevada potência, para a manutenção da segurança do operador do sistema, de pessoas do entorno e do próprio equipamento, em concordância com regulamentação e normas internacionais. Obtêm-se a total integração entre o LASER e o CNC e, a partir de programas inseridos em Código-G, é possível ajustar os parâmetros da fonte LASER e realizar os comandos para habilitar e desabilitar a emissão do feixe LASER. Com o CNC, também são acionados equipamentos periféricos para execução dos processos. Ao final é verificado o correto funcionamento do sistema LASER, de acordo com as especificações de projeto, determinadas na fase de projeto informacional do modelo de referência utilizado. Mostra-se que as especificações são, em boa parte, alcançadas e até superadas em alguns aspectos.<br>

Abstract : The LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) technology has won great importance and attention in the production en-vironment, amid great competitiveness and continuous search for quality increase and process cost decrease. It is used to obtain joints, to add and to remove material. After the development of fiber LASER with multiple modules sources, it was possible to generate high-power beams. The use of these sources associated to manufacturing processes became recurrent, lacking researches to develop and optimize it. The LASER processes are associated to automated manufacturing systems, such as robotized cells and numerically controlled systems (Computer Numerical Control ? CNC). This study presents the development of a high-power LASER sys-tem (10 kW), using an industrial CNC to control a three axis mechanical motion system (Cartesian configuration), in order to perform autogenous LASER welding processes, LASER cladding and localized LASER heat treatment. This LASER system presents characteristics of modularity and reconfigurability. To perform research experiments, it was necessary the adequate the physical infrastructure of the installation and equipment op-eration site, to guarantee the operator, as well as the surrounding people and own equipment safety, in accordance to the international regulation and standards. As result it was obtained the complete integration between the LASER system and the CNC, where program written in G-Code, per-mits to adjust the values of power and perform commands to enable and disable the LASER beam emission. The CNC system also activate periph-eral equipments necessary to execute the processes. The work concludes with the verification of the correct operation of the LASER system, ac-cording the specifications, defined on the informational design phase of the employed reference model and shows that all specifications are largely achieved and even surpassed in some aspects.