Bom dia pessoal,
tudo bem?

Vou criar esse tópico aqui para ensinar o como começar trabalhar com o quarto eixo em sua CNC.

As máquinas CNC possuem 3 eixos: X, Y, Z dispostos num plano ortogonal, podendo usinar peças em 3 dimensões.
Quando instalamos o quarto-eixo da máquina continuamos trabalhando em 3 dimensões, porém abrimos a possibilidade da peça rotacionar podendo fazer diversos outros serviços e abrindo novas possibilidades.

[hs width=400 height=400]http://1.bp.blogspot.com/-fw-PiAnpeo0/UaD5m1nbIKI/AAAAAAAAAn0/F0oUyrWcoxA/s1600/4th-axis_large.jpg[/hs]

Existem diversos softwares capazes de gerar o percurso da ferramenta (o G-code) direto para o quarto eixo (chamado de eixo A no Mach3). Porém vou ensinar aqui como fazer isso imaginando a peça planificada, utilizando somente desenhos 2D.

O maior problema para converter um desenho 2D para o quarto eixo é que os desenhos tem as medidas em unidade linear, por exemplo milímetro, enquanto que o quarto eixo é referenciado em unidade angular, em graus. Portanto precisamos de alguma forma converter a unidade de milímetros para graus. Apesar de parecer "uma tarefa simples", tem um pequeno truque que veremos mais pra frente.

Para o nosso exemplo vou usar um tubo de alumínio de 20mm de diâmetro por 147mm de comprimento.
E eu quero escrever a palavra "Hookah" na superfície externa desse tubo.

Ao invés de trabalhar com um tubo, nós vamos planificar nossa figura transformando-a em um retângulo.
Podemos imaginar a superfície externa do tubo como um plano retângular: "X" e "Y":

[hs width=400 height=400]http://www.eb23-cmdt-conceicao-silva.rcts.pt/sev/mat/images/cilindro4.GIF[/hs]

Nosso retângulo terá a dimensão de: X=147mm por Y=62,83mm - A medida de "Y" que antes era uma circunferência é exatamente o perímetro do nosso circulo, calculado através da fórmula:
Perímetro = pi * diâmetro
Perímetro = 3,1415 * 20
Perímetro = 62,83 [mm]

Vou criar um retângulo nessas dimensões no ArtCAM:

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/01.png[/hs]

Esse retângulo representa a superfície externa do nosso tubo, que é exatamente a nossa peça planificada.

Você pode fazer qualquer desenho desde que ele esteja dentro da área de impressão.
No meu caso eu desejo escrever no tubo a palavra "Hookah".
Porém como eu desejo que esse escrito fique legível, eu não posso escrever muito grande ocupando toda lateral da peça, pois será necessário ter que ficar "girando" a peça para conseguir ler. Então vou escrever somente na metade da peça, assim quando olhar a peça de frente terei toda a visão da palavra "Hookah".
Como o meu retângulo possui 147 x 62,83 [mm], vou escalar a minha imagem para ter uma altura de 30mm, que é aproximadamente metade da altura 62,83 mm.

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/02.png[/hs]

Desenho pronto, podemos gerar o Gcode!

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/03.png[/hs]


Agora que temos tudo pronto, ou melhor, quase pronto. Chegamos na parte mais importante.
O problema a resolver é que o nosso Gcode está referenciado como X e Y, é óbvio. Afinal nós mesmos criamos um plano "XY" para trabalhar ao invés de um plano angular.
Dessa forma devemos referenciar o nosso plano para "X" e "A". Vamos SUBSTITUIR todas as letras "Y" e "y" do Gcode para "A".
Vocês podem fazer essa tarefa usando um editor de texto qualquer, ou se quiser podem usar esse programa que eu fiz em C++:
LINK: https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/quartoeixo.exe
Para usar esse programa você DEVE renomear o seu arquivo Gcode para: arquivo.tap - somente letras minúsculas OK?!
O programa vai ler o arquivo original e gerar um arquivo chamado arquivo2.tap - substituindo todas letras "Y" e "y" por "a" e "A".
Deixe o programa .EXE e o arquivo.tap no mesmo diretório (por exemplo no Desktop) e pode abrir o programa quartoeixo.exe

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/04.png[/hs]

Agora vamos para a etapa final e MAIS importante que é como fazer a conversão de milímetros para graus.
O nosso circulo possui uma circunferência (perímetro) de 62,83mm (que nós calculamos através da fórmula: Perímetro = pi * Diâmetro)
E nós também sabemos que uma volta completa em um circulo equivale a 360 graus.
Então temos a seguinte relação: 360º = 62,83mm
Dividindo um pelo outro: 360/62,83 = 5,73 [º/mm]

Portanto nosso: FATOR DE CORREÇÃO É: 5,73 [º/mm]

Agora basta a gente colocar esse fator de correção no Mach3 para ele corrigir o movimento do quarto eixo. (Eixo A)
Para isso clique na barra superior: Function Cfg's >> Formulas
Não se esqueçam de deixar "checkado" a opção: Formulas Enable - e de entrar com o valor usando PONTO e NÃO VÍRGULA!

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/05.png[/hs]
[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/06.png[/hs]

Tudo pronto, podemos usinar a peça!

[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/07.png[/hs]

[hs width=600 height=800]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/08.jpg[/hs]
[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/09.jpg[/hs]
[hs width=800 height=600]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/10.jpg[/hs]

Conclusão:
A formula para o fator de correção é: Fc = {360 / (pi * Diâmetro)} [º/mm]

Esse fator de correção é uma relação direta entre os 360 graus de uma volta completa, e o comprimento desenvolvido da superfície de uma circunferência (perímetro). Como trabalhamos com peças de diferentes diâmetros, devemos SEMPRE refazer essa relação quando o diâmetro da peça se altera. 

Muito bom!

Obrigado por compartilhar, em breve vou tentar trocar minha 3AX por uma 4 eixos e quero implementar este recurso.

Abraços,

Muito obrigado pela explicação.
Eu tenho duvida como configura o 4º eixo lá no motor tuning steps per.Você sabe?
Grato Reginaldo

Muito obrigado pela explicação.
Eu tenho duvida como configura o 4º eixo lá no motor tuning steps per.Você sabe?
Grato Reginaldo

Boa tarde,
tudo bem?

A primeira configuração é "Steps per Unit".
Você pode fazer de forma teórica ou experimental.
De forma teórica você precisa saber qual a configuração eletrônica está usando.
Por exemplo o meu caso:
Motor: 200 passos por volta
Driver: micro passo: 1/8 passo (ou seja, cada passo ele sub-divide em 8 passos)
Relação de Correia: 1:3 (ou seja, para cada 3 voltas do motor o eixo árvore dá 1 volta)

Aí você faz a conta de quantos passos são necessários para o eixo árvore dar 1 volta, e divide por 360 graus!
No meu caso ficou assim: (Passos_por_volta)*(Quantidade_micro_pa sso)*(Relação_de_correia)/360
(200*8*3)/360 = 13,33333333
Depois é só colocar no programa e pronto. Se você quiser você até pode mandar o programa girar umas 10 voltas pra ver se está parando alinhado: g00 a3600

O outro método é útil se você não tiver os dados da eletrônica que está usando.
Nesse caso no Mach3 clique em "Settings" >> "Set Steps Per Unit".
Esse método é feito meio na orelhada.
Vai aparecer uma caixa de diálogo:
*** How far would you like to move the A axis? Traduzindo: Quanto você deseja mover o eixo "A"?
Você digita: 360

Depois o eixo vai girar e vai parar... aí você mede quantos graus ele girou efetivamente.

How far did the A axis move? (Measured Value) Traduzindo: Quanto o eixo "A" se moveu? (Valor medido, REAL)
Você mede o valor que girou e digita.
(Repita o procedimento mais de uma vez, e faça esse ajuste sempre usando ângulos grandes para minimizar o erro. Exemplo, comece aferindo para 360 graus, e depois que parecer aferido, repita o procedimento para 3600 graus)

(Veja que o para o Mach3 não importa a unidade que estamos trabalhando... por convenção adotamos uma medida angular: GRAUS)

Claro que se o sei eixo estiver aferido ele vai girar os 360 graus... porém digamos que o seu software não esteja aferido, e o eixo tenha girado somente 270 graus. Aí você coloca que girou somente 270 graus. Aí o próprio Mach3 faz o ajuste para corrigir.
Caso logo de primeira o eixo esteja aferido, ótimo!
Caso contrário você repete novamente o procedimento sempre analisando se o valor que você digitou foi obtido na prática!

Quando terminar faça um teste de confirmação!
Digite no Mach3: G00 A3600
O eixo então vai dar 10 voltas, ou seja 3600 graus. E o eixo deverá parar alinhado na mesma posição mostrando que está aferido.

No meu caso antes de fazer pelo método teórico eu comecei fazer pela tentativa e erro.
Mandava o Mach3 dar 10 voltas e conferia se o eixo tinha parado na mesma posição. Fiz o procedimento umas 15 vezes e consegui chegar na relação: 13,335. Ou seja, um erro de 0,0125%.

Se você aferir seu eixo com base em 10 voltas, mesmo que exista um erro ele será realmente muito baixo, porque esse erro é acumulativo pela quantidade de voltas. Quando trabalhamos com o quarto eixo o máximo que utilizamos é 1 volta, 360 graus. Então estará OK.

O campo velocidade você deve deixar o maior possível sem que o motor perca passo.
Ou se você achar que ele gira muito rápido e isso está sendo prejudicial, diminua.
No meu caso deixei em 800.
E o campo aceleração é usual deixar em 10 ou 20% da velocidade máquina.

Apenas uma explicação:
O campo de aceleração é útil pois em alguns casos a nossa máquina possui uma mesa muito grande e pesada. Nesse caso o motor deve fornecer energia cinética gradativamente para mover a mesa. Porque se o motor tentar acelerar a mesa rapidamente, não terá torque o suficiente e perderá passo.
O caminho inverso também é verdadeiro. Uma mesa muito pesada terá muita inércia, e o motor não conseguirá pará-lá rapidamente. Nesse caso além da máquina poder perder precisão (não parar no local certo), poderá ocorrer do motor perder passo.
Esse problema de aceleração e inércia geralmente ocorre nos eixos X, Y e Z pois temos uma massa se deslocando com velocidade para determinado lado. No eixo "A" isso é mais raro acontecer porque as peças são cilíndricas, simétricas e balanceadas... então pode ser que você consiga trabalhar com uma aceleração de uns 40 até 50% da velocidade.

[hs width=450 height=450]https://dl.dropboxusercontent.com/u/45319171/artcam/11.png
[/hs]

Parabéns...

Parabéns. Ótima explicação.
 

Parabéns Carlos Eduardo, está ótimo este seu tutorial...

Grato