O que é CAM (Manufatura Auxiliada por Computador)?

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Manufatura auxiliada por computador (CAM):a introdução completa para a mente do iniciante

Em um mundo cheio de coisas físicas – sejam produtos, peças ou locais – a Manufatura Auxiliada por Computador (CAM) torna tudo isso possível. Somos nós que damos o poder do voo aos aviões ou o estrondo da potência aos automóveis. Quando você precisa de algo feito, não apenas projetado, o CAM é sua resposta. O que acontece nos bastidores? Continue lendo, e você descobrirá.

O que é CAM? A Manufatura Auxiliada por Computador (CAM) é o uso de software e máquinas controladas por computador para automatizar um processo de fabricação.

Com base nessa definição, você precisa de três componentes para que um sistema CAM funcione:

• Software que informa a uma máquina como fazer um produto gerando caminhos de ferramentas.
• Máquinas que podem transformar matéria-prima em produto acabado.
• O pós-processamento converte os caminhos da ferramenta em uma linguagem que as máquinas podem entender.

Esses três componentes são colados com toneladas de trabalho humano e habilidade. Como indústria, passamos anos construindo e refinando as melhores máquinas de fabricação do mercado. Hoje, não há projeto muito resistente para qualquer oficina mecânica capaz de lidar.

Processo CAD para CAM

Sem CAM, não há CAD. O CAD se concentra no design de um produto ou peça. Como parece, como funciona. O CAM se concentra em como fazê-lo. Você pode projetar a parte mais elegante em sua ferramenta CAD, mas se não conseguir fazê-lo com eficiência com um sistema CAM, é melhor chutar pedras.

O início de cada processo de engenharia começa no mundo do CAD. Os engenheiros farão um desenho 2D ou 3D, seja um virabrequim de um automóvel, o esqueleto interno de uma torneira de cozinha ou os eletrônicos ocultos em uma placa de circuito. Em CAD, qualquer projeto é chamado de modelo e contém um conjunto de propriedades físicas que serão usadas por um sistema CAM.

Quando um projeto é concluído em CAD, ele pode ser carregado no CAM. Tradicionalmente, isso é feito exportando um arquivo CAD e importando-o para o software CAM. Se você estiver usando uma ferramenta como o Fusion 360, CAD e CAM existem no mesmo mundo, portanto, não há necessidade de importação/exportação.

Uma vez que seu modelo CAD é importado para o CAM, o software começa a preparar o modelo para usinagem. A usinagem é o processo controlado de transformar a matéria-prima em uma forma definida por meio de ações como corte, furação ou mandrilamento.

O software Computer Aided Manfacturing prepara um modelo para usinagem por meio de várias ações, incluindo:

• Verificar se o modelo tem algum erro de geometria que afetará o processo de fabricação.
• Criando um percurso para o modelo, um conjunto de coordenadas que a máquina seguirá durante o processo de usinagem.
• Definir quaisquer parâmetros de máquina necessários, incluindo velocidade de corte, tensão, altura de corte/perfuração, etc.
• Configurar o agrupamento em que o sistema CAM decidirá a melhor orientação de uma peça para maximizar a eficiência da usinagem.

Uma vez que o modelo está preparado para usinagem, todas as informações são enviadas para uma máquina para produzir a peça fisicamente. No entanto, não podemos simplesmente dar a uma máquina um monte de instruções em inglês. Precisamos falar a linguagem da máquina. Para fazer isso, convertemos todas as nossas informações de usinagem em uma linguagem chamada código G. Este é o conjunto de instruções que controla as ações de uma máquina, incluindo velocidade, taxa de alimentação, refrigerantes, etc.

O código G é fácil de ler quando você entende o formato. Um exemplo se parece com isso:

G01 X1 Y1 F20 T01 S500

Isso se divide da esquerda para a direita como:

• G01 indica um movimento linear com base nas coordenadas X1 e Y1.
• F20 define uma taxa de avanço, que é a distância que a máquina percorre em uma revolução do fuso.
• T01 instrui a máquina a usar a Ferramenta 1 e S500 define a velocidade do fuso.

Uma maneira mais visual de entender as coordenadas do código G. Imagem cortesia de Make:.

Uma vez que o código G é carregado na máquina e um operador aperta o start, nosso trabalho está feito. Agora é hora de deixar a máquina fazer o trabalho de executar o código G para transformar um bloco de matéria-prima em um produto acabado.

Máquinas CNC em resumo

Até este ponto, falamos sobre as máquinas em um sistema CAM como simplesmente máquinas, mas isso realmente não lhes faz justiça. Assistir a uma fresadora Haas deslizar por um bloco de metal como se fosse manteiga coloca um sorriso no meu rosto todas as vezes. Sem essas máquinas, meu trabalho seria impossível.

Imagem cortesia da Haas Automation.

Todos os centros de fabricação modernos estarão operando várias máquinas de Controle Numérico Computadorizado (CNC) para produzir peças de engenharia. O processo de programação de uma máquina CNC para realizar ações específicas é chamado de usinagem CNC.

Antes que as máquinas CNC surgissem, os centros de fabricação eram operados manualmente por veteranos maquinistas. É claro que, como todas as coisas que os computadores tocam, a automação logo se seguiu. Atualmente, a única intervenção humana necessária para operar uma máquina CNC é carregar um programa, inserir matéria-prima e, em seguida, descarregar um produto acabado.

Na oficina do Autodesk Pier 9, temos uma amostra decente de máquinas CNC, incluindo:

Roteadores CNC

Essas máquinas cortam peças e esculpem uma variedade de formas com componentes de fiação de alta velocidade. Por exemplo, um roteador CNC usado para marcenaria pode facilitar o trabalho de corte de madeira compensada em peças de gabinete. Ele também pode lidar facilmente com gravuras decorativas complexas em um painel de porta. Os roteadores CNC têm recursos de corte de 3 eixos, o que permite que eles se movam ao longo dos eixos X, Y e Z.

Cortadores de água, plasma e laser

Essas máquinas usam lasers precisos, água de alta pressão ou uma tocha de plasma para realizar um corte controlado ou acabamento gravado. As técnicas de gravação manual podem levar meses para serem concluídas à mão, mas uma dessas máquinas pode concluir o mesmo trabalho em horas ou dias. Os cortadores de plasma são úteis para cortar materiais eletricamente condutores, como metais.

Máquinas Fresadoras

Essas máquinas desbastam uma variedade de materiais como metal, madeira, compósitos, etc. As fresadoras têm enorme versatilidade com uma variedade de ferramentas que podem atender a requisitos específicos de material e forma. O objetivo geral de uma fresadora é remover massa de um bloco bruto de material da forma mais eficiente possível.

Tornos

Essas máquinas também removem matérias-primas como uma fresadora. Eles fazem diferente. Uma fresadora possui uma ferramenta de fiação e um material estacionário, onde um torno gira o material e corta com uma ferramenta estacionária.

Imagem cortesia da Halsey Manufacturing.

Máquinas de Descarga Elétrica (EDM)

Essas máquinas cortam a forma desejada da matéria-prima por meio de uma descarga elétrica. Uma faísca elétrica é criada entre um eletrodo e a matéria-prima, com a temperatura da faísca atingindo 8.000 a 12.000 graus Celsius. Isso permite que um EDM derreta quase tudo em um processo controlado e ultrapreciso.

Imagem cortesia de Absolute Wire EDM.

O Elemento Humano da Manufatura Auxiliada por Computador (CAM)

O elemento humano sempre foi um assunto delicado desde que o CAM entrou em cena na década de 1990. Na década de 1950, quando John T. Parsons introduziu a usinagem CNC pela primeira vez, a operação de máquinas com habilidade exigia uma enorme quantidade de treinamento e prática. O vídeo abaixo do NYC CNC mostra um ótimo exemplo de como as máquinas manuais são diferentes das máquinas CNC atuais:



Nos dias de usinagem manual, ser um maquinista era um distintivo de honra que levava anos de treinamento para ser aperfeiçoado. Um maquinista tinha que fazer tudo – ler projetos, saber quais ferramentas usar, definir avanços e velocidades para materiais específicos e cortar cuidadosamente uma peça à mão. Não se tratava apenas de destreza manual precisa. Ser maquinista era, e ainda é, uma arte e uma ciência.

Imagem cortesia de ITABC.CA

Hoje em dia, o maquinista moderno está vivo e bem como humano, máquina e software se combinam para impulsionar nossa indústria. Habilidades que costumavam levar 40 anos para serem dominadas agora podem ser conquistadas em uma fração do tempo. Novas máquinas e software CAM nos deram mais controle do que nunca para projetar e fabricar produtos melhores e mais inovadores do que nossos antepassados, o que eles admitem... a contragosto.

O que tudo isso significa para o elemento humano da manufatura? O papel de um Maquinista Tradicional está mudando. Hoje estamos vendo um ambiente de Maquinistas Modernos desempenhado com três papéis típicos:

• O Operador. Esse indivíduo carrega matérias-primas em uma máquina CNC e executa as peças concluídas no processo de embalagem final.
• O Operador de Configuração. Esse indivíduo realiza a configuração inicial de uma máquina CNC, incluindo o carregamento de um programa de código G e a configuração de ferramentas.
• O programador. Esse indivíduo pega o desenho para um modelo CAD e decide como fazê-lo com suas máquinas CNC disponíveis. O trabalho deles é definir os caminhos da ferramenta, ferramentas, velocidades e feeds no código G para realizar o trabalho.

Em um fluxo de trabalho típico, o programador entregará seu programa ao operador de configuração, que então carregará o código G na máquina. Assim que a máquina estiver pronta para rolar, o Operador fará a peça. Em algumas lojas, essas funções podem se combinar e se sobrepor às responsabilidades de uma ou duas pessoas.

Fora das operações do dia-a-dia da máquina, há também o Engenheiro de Manufatura na equipe. Em uma nova configuração de fábrica, esse indivíduo normalmente estabelece sistemas e determina um processo de fabricação ideal. Para configurações existentes, um Engenheiro de Manufatura monitorará a qualidade do equipamento e do produto enquanto lida com outras tarefas gerenciais.

O impacto do CAM

Devemos agradecer a John T. Parsons por introduzir um método de cartão perfurado para programar e automatizar máquinas. Em 1949, a Força Aérea dos Estados Unidos financiou Parsons para construir uma máquina automatizada que poderia superar as máquinas NC manuais. Com alguma ajuda do MIT, Parsons conseguiu desenvolver o primeiro protótipo NC.

A partir daí, o mundo da usinagem CNC começou a decolar. Na década de 1950, o Exército dos Estados Unidos comprou máquinas NC e emprestou-as aos fabricantes. A ideia era incentivar as empresas a adotar a nova tecnologia em seu processo de fabricação. Durante esse tempo, também vimos o MIT desenvolver a primeira linguagem de programação universal para máquinas CNC:o código G.

A década de 1990 trouxe a introdução do CAD e CAM ao PC e revolucionou completamente a forma como abordamos a fabricação hoje. Os primeiros trabalhos de CAD e CAM eram reservados para aplicações automotivas e aeroespaciais caras, mas hoje softwares como o Fusion 360 estão disponíveis para fábricas de qualquer formato e tamanho.

Desde a sua criação, o CAM forneceu uma tonelada de melhorias no processo de fabricação, incluindo:

• Recursos de máquina aprimorados. Os sistemas CAM podem tirar proveito de máquinas avançadas de 5 eixos para fornecer peças mais sofisticadas e de maior qualidade.
• Melhor eficiência da máquina. O software CAM de hoje oferece caminhos de máquina-ferramenta de alta velocidade que nos ajudam a fabricar peças mais rápido do que nunca.
• Melhor uso do material. Com maquinário aditivo e sistemas CAM, podemos produzir geometrias complexas com desperdício mínimo, o que significa custos mais baixos.

Claro, esses benefícios têm algumas compensações. Os sistemas e máquinas de manufatura assistida por computador exigem um custo inicial enorme. Por exemplo, um Haas VF-1 custa cerca de US$ 45 mil; agora imagine um chão de fábrica inteiro desses. Há também o problema da rotatividade. Com a operação de máquinas se tornando um comércio menos qualificado, é difícil atrair e reter bons talentos.

CAM é o cara

CAM não é apenas controlar máquinas no chão de fábrica. Trata-se de reunir software, máquinas, processos e pessoas para construir peças realmente ótimas. Se esta é a primeira vez que você mergulha no mundo do CAM, recomendo que você entre em contato com uma loja local para obter um tour interno. Sinta o zumbido das máquinas CNC em seus pés ou deslize a mão sobre uma peça recém-saída da máquina. É uma experiência incrível que espero que as gerações futuras possam desfrutar. CAM tem tudo a ver com o toque humano.

Você ainda está brincando com uma ferramenta CAD e CAM separada? O Fusion 360 tem ambos. Experimente o Fusion 360 hoje.