Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-23T17:43:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 262175.pdf: 11738175 bytes, checksum: 0b7ca9c4815c50966e3e8e09fb548cb7 (MD5) / Este trabalho apresenta a implementação de um observador de estados não-linear aplicado a máquinas de corte a LASER acionadas por correias sincronizadoras. O acionamento por correias é comumente encontrado na conversão de movimento angular em linear em máquinas de corte a LASER. Este tipo de acionamento permite que o sistema de movimentação atinja velocidades altas e um grande campo de trabalho, porém reduz a rigidez do sistema devido a inclusão da correia, que é um elemento elástico. Os controladores existentes, que consideram a elasticidade da correia nesses sistemas de acionamento, utilizam medição direta da posição linear do efetuador final, o bico de corte LASER, na malha de controle. Neste trabalho é apresentada uma alternativa à utilização de medição direta da posição linear, que é a utilização de um observador de estados para estimar a posição do efetuador final. Este trabalho ainda considera o atrito existente no sistema e apresenta um controlador com compensação do atrito. Os estados internos do atrito, necessários para realizar a compensação do mesmo, também é estimado pelo observador de estados implementado. Com o intuito de comparar os resultados obtidos com e sem a consideração da elasticidade da correia na malha de controle, são implementados dois controladores: um com a malha de controle de posição sendo realimentada com a posição angular medida no motor, e outro com a realimentação da posição linear observada no efetuador final.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T11:42:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 236622.pdf: 14151173 bytes, checksum: fd71ee3fa932dbaba20bf2f5a740700f (MD5) / Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de controle de movimento para a utilizac¸ #ao em m´aquinas de corte a LASER. Dados os requisitos atuais de custo e desempenho deste tipo de m´aquina, um acionamento freq¨uentemente utilizado ´e o acionamento por correias sincronizadoras. A presenc¸a da correia na convers#ao do movimento angular em linear introduz um elemento din#amico na cadeia de transmiss#ao, n#ao sendo mais v´alido assumir que a carga ´e r´ýgida como tradicionalmente ´e feito. Al´em disto este sistema apresenta atrito, que ´e uma n#ao-linearidade importante e que usualmente n#ao ´e tratada de forma adequada quando do projeto do controlador. O objetivo deste trabalho ´e desenvolver um sistema de controle de movimento de um manipulador cartesiano de dois eixos, com estrutura em ponte, acionado por correias, tratando a elasticidade da correia e o atrito presente no sistema de forma adequada. Uma restric¸ #ao importante no projeto do controlador proposto ´e a aus#encia de medic¸ #ao direta de posic¸ #ao do efetuador final, neste caso, a lente focalizadora. A introduc¸ #ao de um transdutor de posic¸ #ao ao final da cadeia de acionamento acarretaria em custos de produc¸ #ao e manutenc¸ #ao indesejados. Este problema ´e considerado no contexto deste trabalho. O controle proposto neste trabalho ´e comparado com o controle cl´assico, encontrado em diversos produtos no mercado para controle de movimento. Resultados simulados e experimentais, obtidos sobre uma maquina de optica movel, permitem avaliar o desempenho do sistema de controle proposto. This work presents the development of a motion control system applied to LASER cutting machines. With today#s requisites in cost and performance on this kind of machines, it#s usual to have them driven by timing belt drives. The presence of a belt in the transformation of angular in linear motion includes a dynamic element in the drive chain, therefore, the assumption usually made that the drive system is rigid is no longer valid. The friction is an important nonlinearity that is frequently not considered properly in the project of the controller. The objective of this work is to develop a motion control system, with adequate coverage of friction and belt elasticity, for a timing belt driven two axis cartesian manipulator with a gantry structure. An important restriction imposed to the project of the controller is the absence of direct position measurement of the end effector, in this case, the focusing lens. The use a a position transducer at the end of the drive chain would add undesirable costs to both production and maintance. This problem is taken into account in the context of this work. The controller proposed in this work is compared to the traditional one, found in many motion control products available in the market. Results are shown both for the simulation model and for experiments conducted in a flying optics machine. These results allow an evaluation of the proposed system#s performance.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T23:42:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 321220.pdf: 2611712 bytes, checksum: 5e257f3ef16139833451f0180be8afa0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Este trabalho avalia a exatidão de posicionamento angular de um sistema de servoacionamento WEG que integra um servoconversor SCA06 e motores da série SWA 40 que serão futuramente empregados em sistemas LASER para corte e soldagem. Para esta avaliação desenvolveu-se uma bancada experimental de um grau de liberdade translativo constituida de: servoacionamento, fuso de esferas recirculantes e guias lineares, encoder incremental de referência, sistema de condicionamento de sinais compatível e computador. Os ensaios de posicionamento angular se baseiam na norma ISO 230-2 que abrange máquinas-ferramenta, com enfoque na precisão e repetibilidade de posicionamento. Realizaram-se deslocamentos angulares sequenciais com incremento de 45º e 225º, e ainda ensaios com deslocamentos angulares puntuais de 180º, 360º, 720º e 1800º. Além disto, foram realizados ensaios com deslocamentos angulares sequenciais de mesmo ângulo com sentidos opostos (ensaios de ida e volta), para a determinação da histerese. Os ensaios tiveram como objetivo qualificar o sistema quanto à exatidão de posicionamento angular e repetibilidade. A partir dos dados coletados nos ensaios foram determinados os valores médios e o desvio-padrão dos deslocamentos angulares, indicadores da exatidão do sistema. <br> / Abstract : This work evaluates the accuracy of angular positioning of a WEG servo system wich integrates a servodriver SCA06 and motors of SWA 40 series, that will be applied at cutting and welding LASER systems in future. For this evaluation an experimental equipament was developed with one translative degree of freedom, composed of: servo, recirculating ball screw and linear guides, reference incremental encoder, compatible signal conditioning system, and computer. The tests of angular positioning were based on ISO 230-2 standard that covers machine-tool, focused on precision and repeatability of positioning. Sequential angular displacements were performed with an increment of 45º and 225º, and, tests with punctual angular displacements of 180º, 360º, 720º and 1800º. Futhermore, sequential angular displacements tests were performed with opposites directions (going and returning tests), for the determination of hysteresis. The tests had the goal of qualify the systems as angular positioning accuracy and repeatability. From the collected data of the tests, averages values and the standard deviation of the angulars displacements were determined, accuracy indicators of the system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:01:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308794.pdf: 3550251 bytes, checksum: 0f43cd710233a570a83e092535f7c0cd (MD5) / O presente trabalho tem por objetivo avaliar a eficiência de uma tubeira do tipo sapata desenvolvida por Lopes (2007) para ensaios de desgaste radial de um rebolo de nitreto de boro cúbico (CBN) na retificação do ferro fundido classe GGG70, mediante aplicação de emulsão lubrirrefrigerante. Os objetivos específicos são: analisar a influência da fenda entre tubeira e rebolo e a influência da vazão de fluido lubrirrefrigerante sobre o desgaste radial do rebolo e a rugosidade da superfície da peça. O trabalho é embasado por uma revisão de literatura sobre a retificação com rebolos, com ênfase aos rebolos de CBN; a distribuição de força e energia na retificação; os fluidos lubrirrefrigerantes e seus métodos de aplicação; a usinagem do ferro fundido; e a qualidade da superfície usi- nada. Para avaliar o resultado de trabalho são realizados ensaios de reti- ficação com velocidade de corte de 100 m/s, sem variar os parâmetros de entrada, exceto aqueles relacionados ao sistema de lubrirrefrigeração. Assim torna-se possível isolar a influência dos parâmetros de corte so- bre os resultados do trabalho da influência dos parâmetros de lubrirre- frigeração. Conclui-se que a tubeira tipo sapata, com a geometria otimizada por Lopes, permite a redução da vazão de fluido lubrirrefrige- rante para valores de até 10 l/min, apresentando uma relação de remoção G de 11526, 42% melhor que os resultados obtidos por Weingärtner (2005). Pra um volume retificado de 68135 mm3/mm o desgaste radial do rebolo de CBN foi de 4,6 µm. A variação dos valores da fenda entre tubeira e rebolo no intervalo de 0,3 a 1,0 mm interfere pouco nos resultados de desgaste do rebolo e rugosidade da superfície usinada. / This study aims to evaluate the efficiency of a shoe nozzle designed by Lopes (2007) in tests of a grinding wheel radial wear of cubic boron nitride (CBN) grinding on cast iron GGG70, applying water-based emulsion. The specific objectives are: to analyze the influence of the gap between nozzle and wheel and influence of coolant flow rate on the grinding wheel wear and workpiece surface roughness. The work is backed by a literature review on the grinding wheels, emphasizing the CBN grinding wheels; the distribution of power and energy in the grinding; coolants types and supply; the machining of cast iron, and the quality the machined surface. To valuate the result of work, grinding tests are conducted with cutting speed 100 m/s, without varying the input parameters, except those related to coolant supply. Thus it becomes possible to isolate the influence of the cutting parameters on the results of study of the influence of the parameters of lubrication and cooling. It follows that the shoe nozzle, the geometry optimized by Lopes, allows reducing the coolant flow rate values of up to 10 / min, with a G-ratio of 11,526, 42% better than the results obtained by Weingärtner (2005). Grinding to a volume of 68,135 mm3/mm the radial wear of the CBN wheel was 4.6µm. The variation of the gap between nozzle and the wheel in the range 0.3 to 1.0 mm, little affects the results of grinding wheel wear and roughness of the machined surface.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2013. / Made available in DSpace on 2013-12-05T22:54:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 319572.pdf: 16638386 bytes, checksum: bf64256195d022ef56845aeeb0fa6552 (MD5) Previous issue date: 2103 / Materiais fabricados pela metalurgia do pó utilizados em componentes automotivos, especificamente em assentos de válvulas de motores de combustão interna, exigem elevada resistência ao desgaste decorrido da submissão a esforços mecânicos em altas temperaturas e em meio químico agressivo. Para esta aplicação são empregadas ligas específicas de aço-rápido obtidas pela metalurgia do pó, e para sua usinagem de acabamento são necessárias ferramentas de alto desempenho, como as de nitreto de boro cúbico policristalino (PCBN). O objetivo principal deste trabalho é investigar a influência da microgeometria do gume e da classe de PCBN sobre o corte ortogonal de aço rápido fabricado pela metalurgia do pó temperado e revenido. Foram utilizados insertos de PCBN com microgeometria de gume chanfrado e arredondado (tipo S) e apenas arredondado (tipo E) de alto e baixo teor de CBN, na faixa de velocidades de corte entre 100 e 220 m/min. Para a realização da pesquisa foi preparada a infraestrutura para a condução de ensaios, projetando-se dispositivos e interfaces mecânicas para a fixação de corpos de prova e o sistema de medição de força na máquina ferramenta, de dispositivo de medição de desgaste no microscópio de ferramentaria, elaborou-se programas para aquisição de dados e respectiva documentação. Foram analisados o desgaste dos insertos de PCBN em que se procurou identificar os mecanismos de desgaste dominantes avaliando-se imagens digitais obtidas por microscópio eletrônico de varredura (MEV) das regiões do flanco e da face afetadas pelo desgaste, bem como através da análise química realizada por espectroscopia por dispersão em energia (EDS) de regiões de interesse nas marcas de desgaste dos insertos e aquisição das componentes força de corte (Fc) e força de avanço (Ff) através de plataforma piezelétrica. Foram observados traços de material dos corpos de prova aderidos aos flancos de todos os insertos e, para todas as velocidades de corte utilizadas. Os desgastes predominantes observados foram os de adesão seguidos dos de arrancamento e em menor intensidade a abrasão. Foram verificados indícios de formação de desgaste de cratera para algumas situações. Os insertos de alto teor de CBN, de gume chanfrado e de gume arredondado, apresentaram lascamentos na face. A menor influência sobre o desgaste dos insertos, para ambas microgeometrias dos gumes foi verificada para a velocidade de corte de 100 m/min. Melhores resultados foram encontrados para o inserto com microgeometria de gume apenas arredondado (tipo E). Os maiores valores alcançados para a componente força de corte (Fc) e de avanço (Ff) foram para os insertos com microgeometria de gume chanfrado e arredondado (tipo S). <br> / Abstract : Material manufactured by powder metallurgy used in automotive components, specifically valve seats of internal combustion engines require high wear resistance by being submitted to mechanical stresses at high temperatures and aggressive chemical environment. Specific alloy of high speed steel obtained by powder metallurgy are employed in this application, and tools of high performance, such as Polycrystalline Cubic Boron Nitride (PCBN), are required for finishing machining. The main objective is to investigate the influence of microgeometry of the edge and PCBN grade in orthogonal cutting of the quenched and tempered M2 high speed steel obtained by powder metallurgy. PCBN inserts were used with microgeometria chamfered edge and rounded (type S) and only rounded (type E) with high and low CBN content in the range of cutting speeds between 100 and 220 m/min. For the research, an infrastructure for conducting tests was prepared, by designing devices and mechanical interfaces for clamping specimens and force measurement system on the machine tool, device for measuring wear in the toolmaker microscope, programs for data acquisition and documentation were elaborated. We analyzed the wear of PCBN inserts which sought to identify the dominant wear mechanisms evaluating digital images obtained by Scanning Electron Microscope (SEM) of the flank regions of the face affected by wear, as well as by chemical analysis performed by Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) of regions of interest in the marks of wear inserts. Were also performed acquisition of components cutting force (Fc) and thrust force (Ff) through piezoelectric platform.. Were observed traces of materials of the specimens adhered in flank of all the inserts and for all cutting speed used. The predominant wear observed was adhesion followed by pullout and abrasion in lower intensity. It was found trace of formation of crater wear for some situations. The inserts of high CBN content, chamfered edge and rounded, presented chipping on the face. The smaller influence on the wear of the inserts for both edges microgeometry was verified for the cutting speed of 100 m/min. Better results were found for the inserts with edge microgeometry only rounded (E type). The highest values obtained for the components cutting force (Fc) and feed (Ff) were for inserts with edge microgeometry chamfered and rounded (S type).

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-18T07:41:43Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:49:57Z : No. of bitstreams: 1 179768.pdf: 2868247 bytes, checksum: 51a7cfa5d43c404acd90ce080b8fbd1c (MD5) / Neste trabalho são apresentadas características da resultante de força Fxy, seu ângulo de direção e, em alguns casos, as componentes Fx, Fy e Fz em dois modos de fresamento: topo reto com velocidades de corte convencionais e topo esférico com altas velocidades de corte. No primeiro modo foram avaliados os efeitos da excentricidade, da vibração auto-excitada e de parâmetros de corte (d, z e ae). Nos ensaios com vc convencional também foram avaliadas a influência do fresamento a seco, com emulsão, com minimização de fluido de corte, além da vc e do uso de 5% de cobalto no aço-rápido na evolução de Fxy com o desgaste. Nos ensaios com alta vc, devido à limitação da freqüência de ressonância do dinamômetro piezelétrico, analisou-se somente a componente estática de Fxy, medida para várias inclinações da fresa em relação à superfície fresada, no fresamento concordante, discordante e combinado. Obtiveram-se padrões de comportamento que podem ser utilizados na determinação de estratégias de fresamento.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais. / Made available in DSpace on 2013-03-04T20:04:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 307630.pdf: 2744246 bytes, checksum: 78750cbf9c27cbcc674c211743b54ed2 (MD5) / Esta tese de doutorado está relacionada ao estudo de material vitrocerâmico do sistema LZS e ao projeto e à obtenção de uma ferramenta de usinagem com geometria definida. Essa ferramenta foi caracterizada do ponto de vista de suas propriedades típicas, visando a uma aplicação específica que inclui a definição de parâmetros de usinagem e tipos de materiais para usinagem. Uma composição vitrocerâmica de formulação 9,56Li2O.22,36.ZrO2.68,08SiO2 (% em massa) foi preparada e obtida, sob a forma de uma frita, a qual foi caracterizada química e fisicamente e, posteriormente foi moída, compactada uniaxialmente (100 MPa) e tratada termicamente (sinterização/cristalização) nas temperaturas de 800, 850, 900 e 950ºC durante diferentes intervalos de tempo (15, 30, 60 e 120 min). As principais fases cristalinas, identificadas por difração de raios X, após os tratamentos térmicos, foram o silicato de zircônio e o dissilicato de lítio. Os vitrocerâmicos obtidos foram caracterizados do ponto de vista físico-mecânico e térmico. As melhores propriedades, tipicamente requeridas para uma ferramenta de corte, foram alcançadas para amostras tratadas a 900°C por 120 min. As amostras preparadas, na condição otimizada, apresentaram densidade relativa de 96,0±1,6% com resistência mecânica à flexão, ?f=191±12 MPa, dureza, HV300g=8,14±0,53 GPa , módulo de elasticidade, E=115,7±1,1 GPa e tenacidade à fratura, KIc=3,6±0,2 MPa.m-1/2. O coeficiente de expansão térmica linear foi ?=12,5±0,1x10-6 °C-1 e a condutividade térmica, k=4,89±0,03 Wm-1K-1. As ferramentas de corte produzidas foram submetidas a testes de usinagem de torneamento de longa duração em aço AISI/ABNT 1019, ferro fundido cinzento FC200 e bronze TM23, utilizando velocidade de corte entre 100 e 200 m/min, profundidade de corte de 1 mm e avanço de 0,2 mm/rot sem uso de fluido de corte. Os testes de usinagem indicaram que a ferramenta produzida é adequada para a usinagem de bronze com velocidades de corte de até 150 m/min. O mecanismo de desgaste da ferramenta, predominante na usinagem dos materiais considerados neste estudo, foi o desgaste por abrasão. / This doctoral thesis is related to the study of a glass-ceramic material belonging to the LZS system and to the design and production of a cutting tool with defined geometry which was characterized under the point of view of its typical properties aiming a specific application including the definition of machining parameters and selection of materials to be machined. A 9.56Li2O.22.36.ZrO2.68.08SiO2 (wt.%) glass-ceramic composition was prepared and obtained as a glass frit which was chemically and physically characterized and then milled, uniaxially compacted (100 MPa) and heat-treated (sintering/crystallization) at 800, 850, 900 e 950ºC during different time intervals (15, 30, 60 and 120 min). The main crystalline phases, identified by X-ray diffraction, after heat-treatments, were zirconium silicate and lithium dissilicate. The obtained glass-ceramics were characterized under the view point of its physical-mechanical and thermal properties. The best typically required properties for a cutting tool were achieved for samples heat-treated at 900ºC for 120 min. The samples prepared in the optimized condition showed relative density of 96.0±1.6% with bending strength, sf=191±12 MPa, hardness, HV300g=8.14±0.53 GPa, Young's modulus, E =115.7±1.1 GPa and fracture toughness, KIc=3.6±0.2 MPa.m-1/2. The coefficient of thermal expansion was a=12.5±0.1x10-6 °C-1 and the thermal conductivity, k=4.89±0.03 Wm-1K-1. The cutting tools produced were subjected to long time machining tests using an AISI/ABNT 1019 steel, a FC200 gray cast iron and a TM23 bronze by applying cutting speeds between 100 and 200 m/min, depth of cut of 1mm and advance of 0.2 mm/rotation without the use of cutting fluid. The tests indicated that the machining cutting tool produced is suitable for the machining of bronze with cutting speeds of up to 150 m/min. The predominant cutting tool wear mechanism for the machining of the materials considered in this study was the abrasion wear.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. / Made available in DSpace on 2012-10-20T07:39:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 188388.pdf: 2294580 bytes, checksum: a6d76b6fd9646c262d535b0f74889828 (MD5) / O ambiente altamente competitivo em que se encontram as empresas de usinagem, leva à necessidade crescente de redução de desperdícios. O excesso de ferramentas de corte, em estoque, que possuem altos valores de aquisição, contribui fortemente no desvio do capital de giro cada vez mais escasso, em compras desnecessárias e conseqüente diminuição de competitividade. O presente trabalho tem como finalidade apresentar um modelo de redução do nível de estoque de ferramentas de corte sem comprometimento da produtividade do chão de fábrica. O modelo proposto foi aplicado em uma grande empresa de usinagem de Santa Catarina, utilizando baixo investimento de capital e proporcionando uma redução de aproximadamente 39% no valor de estoque e aumento de produtividade de aproximadamente 311% em um ano, além da redução de aproximadamente 80% no custo de ferramentas de corte por peça usinada e diminuição do giro de estoque de 15 para 3 dias na área de ferramentas.