A usinagem CNC é um processo de fabricação no qual o software de computador pré-programado determina o movimento das máquinas e ferramentas da fábrica. O processo pode ser usado para controlar uma variedade de máquinas complexas, de retíficas e tornos a moinhos e roteadores. Com a usinagem CNC, tarefas de corte tridimensionais podem ser realizadas em um único conjunto de avisos.

Abreviação de “controle numérico por computador”, o processo CNC contrasta – e, portanto, substitui – as limitações do controle manual, onde os operadores ativos são necessários para solicitar e orientar os comandos das ferramentas de usinagem por meio de alavancas, botões e rodas. Para o espectador, um sistema CNC pode se parecer com um conjunto regular de componentes de computador, mas os programas e consoles empregados na usinagem CNC o diferenciam de todas as outras formas de computação.

Coisas para aprender sobre usinagem CNC

Quando um sistema CNC é ativado, os cortes desejados são programados no software e ditados às ferramentas e máquinas correspondentes, que executam as tarefas dimensionais conforme especificado, como um robô.

Na programação do CNC, o gerador de código no sistema numérico geralmente assume que os mecanismos são perfeitos, apesar da possibilidade de erros, o que é maior sempre que uma máquina CNC é direcionada a cortar em mais de uma direção simultaneamente. A colocação de uma ferramenta em um sistema de controle numérico é descrita por uma série de entradas conhecidas como programa de peça.

Com uma máquina de controle numérico, os programas são inseridos por meio de cartões perfurados. Por outro lado, os programas para máquinas CNC são fornecidos aos computadores através de pequenos teclados. A programação do CNC é retida na memória do computador. O código em si é escrito e editado pelos programadores. Portanto, os sistemas CNC oferecem capacidade computacional muito mais expansiva. O melhor de tudo é que os sistemas CNC não são estáticos, uma vez que novas solicitações podem ser adicionadas a programas pré-existentes por meio de código revisado.

PROGRAMAÇÃO DE MÁQUINAS CNC

No CNC, as máquinas são operadas via controle numérico, em que um programa de software é designado para controlar um objeto. A linguagem por trás da usinagem CNC é alternadamente chamada de código G e é escrita para controlar os vários comportamentos de uma máquina correspondente, como velocidade, taxa de avanço e coordenação.

Basicamente, a usinagem CNC permite pré-programar a velocidade e a posição das funções da máquina-ferramenta e executá-las via software em ciclos repetitivos e previsíveis, todos com pouco envolvimento de operadores humanos. Devido a esses recursos, o processo foi adotado em todos os cantos do setor de fabricação e é especialmente vital nas áreas de produção de metal e plástico.

Para iniciantes, um desenho CAD 2D ou 3D é concebido, que é convertido em código de computador para o sistema CNC executar. Depois que o programa é inserido, o operador faz uma tentativa para garantir que não haja erros na codificação.

Sistemas de usinagem de malha aberta / fechada

O controle de posição é determinado através de um sistema de malha aberta ou de malha fechada. Com o primeiro, a sinalização corre em uma única direção entre o controlador e o motor. Com um sistema de malha fechada, o controlador é capaz de receber feedback, o que possibilita a correção de erros. Assim, um sistema de malha fechada pode corrigir irregularidades na velocidade e posição.

Na usinagem CNC, o movimento é geralmente direcionado através dos eixos X e Y. A ferramenta, por sua vez, é posicionada e guiada por motores de passo ou servomotores, que reproduzem movimentos exatos conforme determinado pelo código G. Se a força e a velocidade forem mínimas, o processo poderá ser executado via controle de malha aberta. Para todo o resto, o controle em circuito fechado é necessário para garantir a velocidade, consistência e precisão necessárias para aplicações industriais, como trabalhos em metal.

A usinagem CNC é totalmente automatizada

Nos protocolos CNC atuais, a produção de peças via software pré-programado é principalmente automatizada. As dimensões de uma determinada peça são fixadas no software CAD (desenho auxiliado por computador) e, em seguida, convertidas em um produto acabado real com o software CAM (fabricação auxiliada por computador).

Qualquer peça de trabalho pode exigir uma variedade de máquinas-ferramentas, como brocas e cortadores. Para atender a essas necessidades, muitas das máquinas de hoje combinam várias funções diferentes em uma célula. Como alternativa, uma instalação pode consistir em várias máquinas e um conjunto de mãos robóticas que transferem peças de um aplicativo para outro, mas com tudo controlado pelo mesmo programa. Independentemente da configuração, o processo do CNC permite consistência na produção de peças que seria difícil, se não impossível, replicar manualmente.

TIPOS DE MÁQUINAS CNC

As primeiras máquinas de controle numérico datam da década de 1940, quando os motores foram empregados pela primeira vez para controlar o movimento de ferramentas pré-existentes. À medida que as tecnologias avançavam, os mecanismos foram aprimorados com computadores analógicos e, finalmente, com computadores digitais, o que levou ao aumento da usinagem CNC.

A grande maioria dos arsenais CNC atuais são totalmente eletrônicos. Alguns dos processos mais comuns operados por CNC incluem soldagem ultrassônica, perfuração e corte a laser. As máquinas usadas com mais frequência nos sistemas CNC incluem o seguinte:

Moinhos CNC

As usinas CNC são capazes de executar programas compostos por avisos baseados em números e letras, que guiam as peças por várias distâncias. A programação empregada para uma máquina de moinho pode ser baseada no código G ou em alguma linguagem exclusiva desenvolvida por uma equipe de fabricação. Os moinhos básicos consistem em um sistema de três eixos (X, Y e Z), embora a maioria dos moinhos mais novos possa acomodar três eixos adicionais.

Tornos

Nas máquinas de torno, as peças são cortadas em uma direção circular com ferramentas intercambiáveis. Com a tecnologia CNC, os cortes empregados pelos tornos são realizados com precisão e alta velocidade. Os tornos CNC são usados para produzir projetos complexos que não seriam possíveis nas versões executadas manualmente da máquina. No geral, as funções de controle dos moinhos e tornos CNC são similares. Assim como no primeiro, os tornos podem ser direcionados por código G ou código proprietário exclusivo. No entanto, a maioria dos tornos CNC consiste em dois eixos – X e Z.

Cortadores a plasma

Em um cortador de plasma, o material é cortado com uma tocha de plasma. O processo é aplicado principalmente a materiais metálicos, mas também pode ser empregado em outras superfícies. Para produzir a velocidade e o calor necessários para o corte de metal, o plasma é gerado através de uma combinação de gás de ar comprimido e arcos elétricos.

Máquinas de descarga elétrica

A usinagem por descarga elétrica (EDM) – também chamada de usinagem de matrizes e usinagem de faíscas – é um processo que molda as peças de trabalho em formas específicas com faíscas elétricas. Com o EDM, ocorrem descargas de corrente entre dois eletrodos, e isso remove seções de uma determinada peça de trabalho.

Quando o espaço entre os eletrodos se torna menor, o campo elétrico se torna mais intenso e, portanto, mais forte que o dielétrico. Isso possibilita a passagem de uma corrente entre os dois eletrodos. Consequentemente, partes de uma peça de trabalho são removidas por cada eletrodo. Os subtipos de EDM incluem:

• Fio EDM , pelo qual a erosão por centelha é usada para remover partes de um material eletronicamente condutor.
• Sinker EDM, onde um eletrodo e uma peça de trabalho são embebidos em fluido dielétrico para fins de formação da peça.

Em um processo conhecido como descarga, os detritos de cada peça acabada são levados por um dielétrico líquido, que aparece quando a corrente entre os dois eletrodos é interrompida e visa eliminar outras cargas elétricas.

Cortadores a jato de água

Na usinagem CNC, os jatos de água são ferramentas que cortam materiais duros, como granito e metal, com aplicações de água de alta pressão. Em alguns casos, a água é misturada com areia ou outra substância abrasiva forte. As peças das máquinas de fábrica geralmente são modeladas por esse processo.

Os jatos de água são empregados como uma alternativa mais fria para materiais que não conseguem suportar os processos intensivos de calor de outras máquinas CNC. Assim, os jatos de água são utilizados em diversos setores, como as indústrias aeroespacial e de mineração, onde o processo é poderoso para fins de entalhe e corte, entre outras funções. Os cortadores a jato de água também são usados para aplicações que exigem cortes muito complexos no material, pois a falta de calor impede qualquer alteração nas propriedades intrínsecas do material que podem resultar do corte de metal em metal.

USOS ADICIONAIS DE MÁQUINAS CNC

Como muitas demonstrações em vídeo de máquinas CNC demonstraram, o sistema é usado para fazer cortes altamente detalhados de peças de metal para produtos de hardware industrial. Além das máquinas mencionadas, outras ferramentas e componentes utilizados nos sistemas CNC incluem:

• Máquinas de bordar
• Roteadores de madeira
• Perfuradores de torre
• Máquinas de dobrar fios
• Cortadores de espuma
• Cortadores a laser
• Retíficas cilíndricas
• Impressoras 3D
• Cortadores de vidro

Quando cortes complicados precisam ser feitos em vários níveis e ângulos em uma peça de trabalho, tudo pode ser realizado em poucos minutos em uma máquina CNC. Desde que a máquina esteja programada com o código correto, as funções da máquina executarão as etapas conforme as instruções do software. Desde que tudo seja codificado de acordo com o design, um produto de detalhes e valor tecnológico deve emergir assim que o processo terminar.

PROGRAMAÇÃO DEFEITUOSA DA MÁQUINA CNC

A usinagem CNC não é exatamente um processo infalível. Em alguns casos, uma peça de trabalho ou a própria máquina podem ser direcionadas de maneira prejudicial. Quando isso acontece, pode ocorrer um acidente, no qual ferramentas ou peças de máquinas acabam quebradas. As ferramentas que podem ser danificadas por um acidente podem incluir os vices ou grampos que prendem a peça de trabalho no lugar. Quando ocorrem danos na máquina, isso pode variar de pequenas quebras de parafusos a graves deformidades estruturais.

O fato é que o equipamento CNC carece de sensibilidade para saber exatamente quais distâncias estão longe demais. Portanto, as ferramentas devem ser programadas exatamente para funcionar sem falhas. Se um código de programa for calculado incorretamente, uma máquina CNC poderá ser acionada fora de seus limites físicos e causar uma colisão interna. Embora a maioria das máquinas CNC atuais seja fabricada com limites de parâmetros, essas entradas podem ser manipuladas pelos operadores.

Da mesma forma, as ferramentas CNC são alheias a um determinado ambiente. Enquanto certas máquinas CNC são equipadas com sensor de carga do eixo, outras não possuem esse recurso. Neste último caso, o software deve ser codificado corretamente para garantir que nada saia do parâmetro, caso contrário, uma falha seria o resultado provável. Mesmo se uma máquina CNC estiver equipada com sensores de carga, ainda poderá ocorrer um acidente. Quando uma função da ferramenta se desvia, cabe ao operador corrigir a situação.

Prevenção de falhas em diferentes tipos de máquinas CNC

Com a instalação dos sensores de posição do disco do codificador, a possibilidade de uma falha pode ser detectada com antecedência e impedida. Como alternativa, os sensores de torque podem ajudar a determinar se uma máquina CNC está se movendo conforme o planejado e também detectar cortes indesejados.

Nos sistemas CNC de garagem, as ferramentas dependem da precisão rotacional dos motores de passo para o número correto de graus. Para monitorar a posição da ferramenta, os pulsos que vão para o stepper devem ser contados, porque na maioria dos casos, não há forma de monitoramento alternativo.

Nas máquinas CNC industriais, são utilizados controles de malha fechada, nos quais o controle sempre conhece a posição do eixo. Se controlado adequadamente, o potencial de falhas é reduzido significativamente, embora ainda seja responsabilidade dos programadores ver que os códigos são inseridos com precisão para garantir a máxima segurança.