FAPEN ON-LINE. Ano 2, Volume 10, Série 13/10, 2021.
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| Professores da FAPEN do curso de Tecnologia em
Mecatrônica Industrial. Orientadores do Projeto. Claudenir Tersetti, Marcos Fernandes de Souza, Solange Damaceno, Thiago Abraao dos Anjos da Silva, Vander Lunardelli, Vlamir Belfante. |
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| Alunos da FAPEN do curso de Tecnologia em
Mecatrônica Industrial. Autores do Projeto. Aldo Dams, Diego Wesley, Eduardo Fernando Gomes, Genilton da Silva
Carvalho, Pedro Henrique Gomes Santana, |
RESUMO: O
Protótipo de célula de marcação e manipulação de peças plásticas é um projeto
com o intuito de demonstrar o processo de marcação através de uma fresa em
pequenas peças plásticas. A máquina é equipada com dois motores de 12 Vcc
responsáveis pelo funcionamento de suas mesas rolantes, que se locomovem em X e
Y. Além disso, também conta com um braço articulado responsável por locomover a
peça plástica que será gabaritada até a mesa rolante, este braço utiliza uma
válvula comutadora, que é responsável por permitir a vazão do fluido sob
pressão por diferentes vias. A peça é apanhada através de um pistão pneumático
equipado com uma ventosa responsável por pegar o objeto e transportá-lo de A
até B. Depois de feita a marcação, a mesa rolante se locomove novamente ao seu
ponto de partida até que chegue a uma distância razoável para que o braço pegue
novamente o objeto e o leve ao ponto de partida, que é seguro para que alguém o
possa pegá-lo.
PALAVRAS-CHAVE: Máquina,
Braço, Funcionamento.
ABSTRACT: The
Prototype Plastic Marking and Handling Cell is a design to demonstrate the
marking process by milling small plastic parts. The machine is equipped with
two 12 Vdc motors responsible for running its moving tables, which move in X
and Y. In addition, it also has an articulated arm responsible for moving the
plastic part that will be molded to the treadmill; this arm uses a switch
valve, which is responsible for allowing the flow of fluid under pressure by
different routes. The part is picked up by a pneumatic piston equipped with a
suction cup responsible for taking the object and transporting it from A to B.
After marking, the treadmill moves back to its starting point until it reaches
a distance. It is reasonable for the arm to pick up the object again and take
it to the starting point, which is safe for anyone to pick up.
KEYWORDS: Machine,
Arm, Working.
1. INTRODUÇÃO.
Para aumentar a produtividade e a qualidade dos serviços e
produtos, começaram a estudar investir e aplicar, em um conceito, chamado
célula de produção. Um exemplo histórico da produção celular foi no início do
século XX, onde Henry Ford aplicou esse conceito, nas linhas de montagem do
Ford T. (NERIS E SILVA, 2014, p2).
Com um braço articulado e uma mesa de dois eixos, é
posicionado manualmente peças em formato de cubo ou paralelepípedo em ponto
fixo fora da mesa para que o braço articulado possa coletar e transportar o
mesmo até o ponto zero do sistema de marcação.
Após essa ação de pick and place a mesa trabalhará em X e Y
para levar a peça até uma ponta metálica que fará marcações em baixo relevo
simulando um processo de identificação para rastreabilidade.
Esse sistema será integrado utilizando motores de 12Vcc
para mesa, fins de curso mecânico para status de posição e presença, botões
para acionamento e um CLP Rockwell Micrologix 1000 (ROCKWELL AUTOMARION, 2021).
Uma fresadora é categorizada como vertical e horizontal.
Existem muitas tarefas que uma máquina de fresagem pode
executar como moldar, perfurar e rotear entre outros.
Embora esta máquina seja mais comumente usada para moldar
metais, outros materiais sólidos também podem ser moldados.
Na fabricação, uma das máquinas-ferramentas mais
importantes é a fresadora.
“Basicamente, é usada na moldagem de materiais sólidos,
especificamente metais. Mais do que qualquer outra coisa, a fresadora é usada
na moldagem de superfícies planas e irregulares. Além desta função principal, a
máquina de fresar também pode realizar outras tarefas, tais como perfuração,
roteamento, planejamento, engrenagens de corte e produção de ranhuras entre
outros” (MECÂNICA INDUSTRIAL, 2021).
2. DESCRIÇÃO DO PROTÓTIPO DESENVOLVIDO.
O protótipo de célula de manipulação e marcação de peças
plásticas, é um projeto com inspiração sistemas robotizados, células de
manipulação industrial.
A ideia de desenvolver um projeto que replica esses
equipamentos, em dimensões aceitáveis para o ambiente estudantil de uma
faculdade, surgiu após a apresentação de uma bancada com uma mesa móvel que
estava disponível para melhorias.
Como o nosso projeto não dispunha de documentação mecânica
em 3D e precisamos fazer as devidas indicações de instalação dos equipamentos,
desenvolvemos um layout funcional, conforme figura 1.
Como a estrutura da bancada, assim como a mesa e seus elementos de apoio e movimentação, já estavam em estágio avançado, nós partimos para o desenvolvimento da parte elétrica do projeto, componente fundamente para o bom funcionamento da mesa de maneira automática.
Incluímos quatro sensores fins de curso nas quatro extremidades
da mesa para termos os status de posições máxima, instalamos quatro válvulas
pneumáticas, uma na base do braço, para que ele pudesse se movimentar em um
ângulo de 90°, do ponto de “pega” do objeto até o ponto de “dispensa” na mesa
móvel, uma segunda válvula para movimentar um cilindro instalado na extremidade
do braço principal que por sua vez dispunha de uma ventosa que trabalha em
conjunto com uma válvula geradora de vácuo que é o elemento responsável por
mandar a peça estável durante o tempo de movimenta do braço e por um instalamos
outra válvula em braço fixo aproximadamente no centro da mesa. Nesse braço
também instalamos um pistão que é responsável por ele a ferramenta na altura
certa para marcar a peça.
Aplicamos os nossos conhecimentos em desenvolvimentos de
projetos elétrico junto de um software especialmente dedicado para
desenvolvimento de documentações elétricas e pneumática, o software Eplan P8,
para documentar as instalações que já estavam feitas na bancada, assim como os
novos elementos que foram necessários incluir.
Fizemos todas as ligações elétricas necessárias, para que
fosse possível realizar a programação do CLP.
Nos utilizamos uma CLP da Allen-Bradley, modelo Micrologix
1000, conforme figura 2, utilizamos a lógica de programação Ladder, umas das,
se não a mais comum para esse tipo de programação.
Utilizamos o padrão de programa “linha a linha” mais
conhecido como ladder, uma forma simples
de programar que é muito semelhante a conceitos de comando elétricos, como pode
ser visualizado na figura 3.
3. METODOLOGIA DE PESQUISA.
Em agosto de 2019, o docente responsável, Vander Lunardeli,
nos apresentou proposta de trabalhos que poderiam ser desenvolvidos, um deles
era uma bancada com dois eixos de movimentação, desenvolvida pelo módulo de
mecânica.
Feito a escolha da bancada, começamos a pesquisar
equipamentos de referência.
As nossas referencias foram robôs industriais e células
robotizadas.
Apesar da nossa proposta ser a manipulação de pequenas
peças plásticas, o braço que faz a operação de “pick and place” faz referência
a necessidade de empresar de cerâmica, por exemplo, que precisam manipular
peças de grandes dimensões, e muitas vezes, com peso elevado.
O segundo braço, que pode suportar uma ferramenta de
marcação, como uma fresadora, partiu da referência de células robotizadas de
usinagem.
No nosso projeto, os braços não são articulados, o que nos
fez buscar referência em mais um equipamento, que são as fresadoras que
bancada, onde a ferramenta é um elemento fixo e uma “mesa móvel” conduz a peça
por todo o processo de modelagem.
Analisando esses equipamentos, chegamos na conclusão de
“replicá-los” no nosso protótipo.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES.
No primeiro semestre de 2019, iniciamos as atividades no
projeto de uma banca que se movimenta em X e Y remanescente de semestres
anteriores, projeto que posteriormente chamaríamos “Protótipo de Célula de
Marcação e Manipulação de Peças Plásticas”.
Nesse semestre, o módulo de mecânica, fizemos um
levantamento das necessidades de melhorias mecânicas que o equipamento
precisaria.
De imediato verificamos que o conjunto mecânico dos motores
estava em pleno funcionamento, mas com as engrenagens e correstes expostas, o
que pela norma regulamentadora NR-12 não é permitido, visto que esse pode ser
considerado um ponto de esmagamento de membros daqueles que possam vir a operar
o equipamento.
Visto isso, providenciamos dois conjuntos de proteção em
policarbonato transparente, para que esses elementos fossem protegidos e assim
eliminamos esses pontos de risco de acidente.
Como já tínhamos planejado incluir nesse equipamento um
braço que pudesse movimentar peças até a parte móvel da bancada, instalamos uma
placa de madeirar na lateral esquerda da bancada original, como um “extensor”,
para que esse braço pudesse ser instalado futuramente.
No semestre seguinte, o módulo de automação industrial,
começo a fazer as avaliações necessárias para a automatização do sistema. Instalamos
dois braços fixos, uma na extensão da bancada e outro no meio da região da mesa
móvel, um cilindro em cada um dos braços e uma válvula simples solenoide para
operar cada um desses cilindros, uma válvula simples solenoide na base do braço
instalado na parte estendida da bancada, para que o braço que faz a pega da
peça possa realizar um momento de ¼ de círculo (90°) do ponto de partida fixo
até a mesa móvel.
No cilindro instalado no braço posicionado na extensão da
bancada, instalamos uma ventosa associada a uma válvula geradora de vácuo para
que a peça permaneça fixa durante o movimento de “pick and place”.
No cilindro instalado no braço que está na região móvel da
bancada, instalamos um sistema que possa receber uma fresadora ou um marcador
para realizar na peça a inscrição desejada. Instalamos 4 sensores fins de curso
do tipo rolete com hastes nas exterminada da bancada móvel para que pudemos ter
os status de posição dos equipamentos e assim acionarmos o modo reverso dos
motores.
Ou seja, com as melhorias que fizemos nesse módulo, as
marcações a serem feitas nas peças só poderiam ser executas com base nas
distâncias de movimentação máxima da mesa, sem a possiblidade de um ajuste fino
para medidas diferentes.
Para que todos esses equipamentos pudessem operar e ser
controlador, desenvolvemos um novo painel para a nossa aplicação, isso porque o
painel que todos nós desenvolvemos no primeiro módulo do curso tem como função
operar um sistema genérico em partida direta.
Projetamos e montamos um painel com CLP para controle da
nossa bancada com um CLP da Allen-Bradley, modelo Micrologix 100 para captação
e tratamento dos sinais da peça.
Um CLP com limitação de 16 entradas e 8 saídas.
Com o painel montado, todos os elementos instalados e
devidamente ligados, começamos a fazer as programações de adequações.
Nesse momento, identificamos um problema em um dos fusos da
bancada, ele apresentava uma leve curvatura que por sua vez limitava a
velocidade da mesa além de causar um esforço adicional no seu motor de operação.
O resultou na queima do motor sobrecarregado.
Visto que essa variação era pequena, mais o fato da sua
troca implicar em gastos adicionais, naquele momento, que onerariam o nosso
projeto, optamos por instalar na ponta do eixo do motor um espaçador, e colocar
outro motor de “spare part” que tínhamos disponível para que a operação
voltasse ao normal e o esforço no motor diminuísse para assim prosseguirmos com
o desenvolvimento.
Feito essas adequações finalizamos as atividades desse
semestre e apresentamos o nosso trabalho no Work Shop da Fapen, a última
apresentação e modificação que trabalhamos.
No semestre seguinte, o quarto módulo do curso, tínhamos
como premissas a correção definitiva com relação a curvatura do fuso, faríamos
a troca da peça, a instalação de proteções de acrílico ou policarbonato entorno
de toda a bancada, criando uma espécie de grade, de forma que apenas a região
de entrada e saída de peça seria acessível por meio de uma pequena porta
monitorador por um sensor.
Essas proteções nos possibilitariam iniciar uma adequação
do projeto a NR-12, a norma que regulamenta a segurança no trabalho em máquinas
e equipamentos.
Apesar do nosso protótipo não operar em capacidade de
produção, onde acidentes de colisão e/ou esmagamento poderiam ser severamente
danosos, mas por fazer alusão a um equipamento de produção, proteger as partes
móveis do sistema e instalar equipamentos que nos permitam monitorar a operação
e manuseio de peças no protótipo, como uma pequena porta de acesso com
possibilidade de trava e monitorada por um sensor de segurança, é uma ação
necessária.
Outra ideia de melhoria para o nosso projeto é a de
monitorar a temperatura do fresador ou marcador a ser instalado na mesa
juntamente de um sistema supervisório para monitoramento de todo o processo.
Essa melhoria consiste na instalação de um sensor de
temperatura na região do marcador que fica em contato com a peça, associado a
um controlador de temperatura, para monitorarmos se durante o regime de
trabalho a ferramenta não excede o nível de temperatura aceitável.
Com isso tanto a ferramenta poderia ter a sua vida útil
prolongada, quanto a peça não correria riscos de dano por falhas no processo.
Sendo assim, desenvolvemos um sistema supervisório com o
software Elipse Scada que demonstra essa ideia, nesse momento apenas com a
teoria do monitoramento de temperatura.
Contudo, as premissas para o primeiro semestre de 2020 não
puderam ser realizadas, porque cerca de 5 semanas após o início das aulas, o
acesso a faculdade, assim como ao nosso projeto, foi impossibilitado devido as
restrições necessárias por conta da pandemia de COVID-19.
5. CONCLUSÃO.
Quando nos foi sugerido dar continuidade no projeto,
tivemos que fazer manutenções tanto mecânicas quanto elétricas, para validar a
viabilidade dos equipamentos.
Com o auxílio de todos os integrantes do grupo, materiais
como ventosas, fins de curso, espaçadores e cabos, não disponíveis no início
das atividades foram adquiridos e integrados ao sistema.
A experiência profissional dos integrantes da equipe e os
conhecimentos adquiridos nos dois semestres que antecederam esse trabalho foram
muito valiosos para o bom desenvolvimento das modificações e implementações
necessárias no equipamento, assim como os conhecimentos das matérias de lógica,
programação e instrumentação que nos ajudou a desenvolver o software e
especificar os equipamentos de automação empregados.
Esses conhecimentos, assim como o pronto auxílio do nosso
orientador, foram de suma importância para a solução de problemas como troca de
motor, especificação de equipamento para o ajuste no alinhamento do fuso e
redimensionamento de equipamentos pneumáticos.
Assim sendo, com todo o esforço e determinação empregado
para aprimorar esse trabalho pretendemos sugerir uma aplicação simples e eficaz
para atividades de manipulação de pequenas peças.
6. REFERÊNCIAS.
BRASIL. SISTEMA LADDER. Disponível em: < https://www.coladaweb.com/matematica/sistema-metrico-decimal>
Consultado em 23/05/2021.
BRASIL. O QUE É FRESADORA. Mecânica Industrial. Disponível
em: <https://www.mecanicaindustrial.com.br/o-que-e-fresadora/>
Consultado em 23/05/2021.
BRASIL. UNIDADES DE MEDIDA. Essel Engenharia.
Disponível em <https://essel.com.br/cursos/material/01/CalculoTecnico/aula1b.pdf>
Consultado em 23/05/2021.
BRASIL. TIPOS DE EIXOS. CRV Industrial. 14 nov. de
2017. Disponível em <http://www.crvindustrial.com/blog/tipos-de-eixos>
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BRASIL. LINGUAGEM LADDER: City Systems. Disponível
em <https://www.citisystems.com.br/linguagem-ladder/>
Consultado em: 23/05/2021.
BRASIL. IHM. Wonderware. Disponível em <https://www.wonderware.com/pt-br/hmi-scada/what-ishmi/>
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BRASIL. IHM Homem-Máquina, Máquina-Homem. LCDS.
Disponível em <https://www.lcds.com.br/blogger/ihm-homem-maquina/>.
Consultado em: 23/05/2021.
BRASIL. Sistemas de controlador lógico programável
MicroLogix 1000. Rockwell Automation. Disponível em <https://bit.ly/3yTPNee> Consultado em:
01/06/2021.
BRASIL. O que são sistemas supervisórios? Elipse
Knowledgebase. Disponível em <https://kb.elipse.com.br/o-que-sao-sistemas-supervisorios/>
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BRASIL. O que é fresadora. Mecânica Industrial.
Disponível em <https://www.mecanicaindustrial.com.br/o-que-e-fresadora/>
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NERIS, Johnatan Oliveira; SILVA, Rodrigo Avelino da. CÉLULA
AUTOMATIZADA PARA A MARCAÇÃO E FURAÇÃO DE BIELAS. FACULDADE DE TECNOLOGIA GARÇA.
Disponível em <https://bit.ly/3hIz4V4>
Consultado em: 23/05/2021.
7. AGRADECIMENTOS.
Agradecemos aos nossos colegas de grupo, convivemos
intensamente durante os últimos anos, pelo companheirismo e pela troca de
experiências que me permitiram crescer não só como pessoa, mas também como
profissionais.
Aos nossos colegas de turma, pessoas que mesmo não seguindo
conosco até o final, passaram por nossas vidas marcando nossa trajetória,
agradecemos por compartilharem conosco tantos momentos de descobertas e
aprendizado e por todo o companheirismo ao longo deste percurso.
A todos os alunos da nossa turma, pelo ambiente amistoso no
qual convivemos e solidificamos os nossos conhecimentos, o que foi fundamental
na elaboração deste trabalho de conclusão de curso.
Ao professor Vander, que além de confiar a nos esse projeto
que estava sobre sua tutela, nos amparou em todos os momentos de dificuldade
técnica, nos auxiliando constantemente nas etapas de programação e
disponibilizando materiais, que se nos comprássemos, demandariam muitos
recursos financeiros dos nossos orçamentos pessoais.
Ao professor Thiago, por nos iniciar no universo da coleta
de apresentação de dados em softwares de desenvolvimento de supervisórios e
ainda por nos guiar com muito foco e eficácia no desenvolvimento teórico do
nosso projeto.
8. SOBRE OS AUTORES.
Aldo Dams trabalha há 28 anos em
empresas automotivos na área de solda. As opções são muitas. Para montagem de
autopeças está entre um dos ramos que oferece uma grande quantidade de vagas
para soldador. No setor automobilístico. É necessário que o soldador esteja
preparado para trabalhar em conjunto com a tecnologia. Tem que estar preparado
para lidar com novidades e inovações do setor.
Diego Wesley de Barros
trabalha em empresa do ramo metalúrgico, na função de operador de máquina e
prensista. trabalhou durante 12 anos como Encanador Industrial, desenvolvendo
tubulações.
Eduardo Fernando Gomes trabalhou
15 anos na empresa Toledo do Brasil, como auxiliar e supervisor na área de
montagem de sistemas atualmente sou corretor imobiliário. No seu tempo livre
produz conteúdo nas páginas do Instagram que gerencia.
Genilton da Silva Carvalho trabalha
a 14 anos em empresas do ramo metalúrgica na área da mecânica de montagem,
desenvolvendo instalações industriais e montagens em geral. Trabalhou como
ajudante de montagem, montador de estruturas e há 9 anos exerce a função de
líder operacional. Nessa função é responsável pela distribuição das atividades,
controle da produtividade, segurança da equipe e qualidade na entrega.
Pedro Henrique Gomes Santana é responsável
pelo cadastro, atualização, análise e qualidade de todos os certificados de
calibração emitidos pela empresa, de acordo com a normas e metodologias da
empresa e do Inmetro. Responsável pelo cadastro e adequação do Escopo de
Calibração da empresa e de todas suas unidades do Brasil
Rodrigo Fernandes da Silva é
Técnico em Automação Industrial formado pelo SENAI, trabalha no setor de
engenharia como projetista elétrico há 10 anos com empresar do setor de
autopeças. Como projetista, trabalhou com desenvolvimento de painéis para
comando, controle e potência e nos últimos 5 anos, com desenvolvimento de
projetos de sistemas automatizados e robotizados para soluções de soldas,
manipulação e usinagem.
Vilson Alves de Souza trabalha
a 20 anos como eletricista de manutenção, formado técnico em mecatrônica, com
especialização em comandos elétricos e CLP.
