Usinagem CNC Explicada: Guia Definitivo para Manufatura Moderna

 

Controle Numérico Computadorizado (CNC) tornou-se cada vez mais comum na manufatura. A tecnologia CNC oferece um meio versátil e automatizado para produzir grandes volumes de peças de alta qualidade. Os altos níveis de precisão e repetibilidade oferecidos por processos de usinagem CNC tornam-na uma ferramenta ideal para a maioria dos fabricantes.

O Que é Usinagem CNC?

Em geral, usinagem CNC refere-se a um de muitos processos redutivos que removem material de uma peça de trabalho para atender a um design. Processos CNC usam controles computadorizados para gerenciar todo o processo de usinagem do início ao fim, produzindo consistentemente peças precisas. Equipamentos de usinagem CNC podem seguir os mesmos conjuntos de instruções repetidamente para facilitar pequenas ou grandes produções de peças idênticas.

Máquinas CNC vêm em múltiplas variedades e níveis de complexidade. Algumas máquinas podem segurar múltiplas ferramentas ao mesmo tempo ou trabalhar ao longo dos eixos X, Y e Z para remover excesso de material de qualquer lado ou ângulo.

Usinagem CNC é usada para criar peças e componentes para quase todas as indústrias e aplicações. Isso inclui a indústria aeroespacial e outras indústrias altamente complexas que precisam de trabalho de usinagem em peças grandes. Fabricantes podem usar este processo em substratos como:

• Materiais compósitos
• Espuma
• Vidro
• Metais
• Plástico
• Madeira

A usinagem CNC é particularmente vantajosa devido à sua funcionalidade automatizada. A automação permite que as máquinas operem de forma auto-suficiente, exigindo menos mão de obra humana para produzir peças precisas. Uma crescente escassez na indústria de maquinistas e trabalhadores qualificados tem sido um contribuinte primário para o avanço da tecnologia CNC nos últimos anos.

Os Três Processos de Fabricação

De modo geral, existem três tipos de processos de fabricação:

• Redutivo. Processos redutivos ou subtrativos como usinagem removem material de uma peça de trabalho para criar um design.
• Aditivo. Processos de fabricação aditiva combinam ou montam diferentes elementos para criar um produto acabado. Impressão 3D é a forma mais comum de fabricação aditiva.
• Formativo. Fabricação formativa dobra ou altera a forma do substrato para atender aos requisitos de design. Fabricação formativa inclui processos como moldagem por injeção, na qual o substrato é derretido e depois prensado em um molde para manter uma certa forma. Também inclui muitos processos de conformação de metal, como dobra ou laminação.

Visão Geral do Processo de Usinagem CNC

O predecessor da usinagem CNC — usinagem de controle numérico (NC) — usava cartões de fita perfurada e comandos rudimentares. A usinagem CNC segue comandos mais complexos e usa uma variedade maior de controles. Esses sistemas instruem as ferramentas de corte e conformação que removem material, mas equipamentos de usinagem CNC podem seguir conjuntos complexos e personalizados de instruções que vêm de designs CAD ou CAM complexos.

Diferentes equipamentos de usinagem CNC podem lidar com diferentes ferramentas, capacidades e operações. O processo de usinagem CNC tipicamente inclui estes passos gerais:

1. Projetando o Modelo CAD

Antes do processo de usinagem CNC começar, os fabricantes precisam criar o design do produto. Software de design assistido por computador (CAD) pode ser usado para criar modelos detalhados bidimensionais (2D) ou tridimensionais (3D). Esses arquivos de design incluem detalhes como geometrias, dimensões e outras especificações técnicas das peças. O software CAD leva em conta as limitações dos processos de usinagem e as propriedades dos materiais selecionados.

Por exemplo, se um design contém furos formados por ferramentas cilíndricas, o software CAD pode informar engenheiros de design quando designs são muito complexos para um dado substrato ou identificar problemas potenciais devido a limitações no processo selecionado. Essas verificações automatizadas ajudam serviços de design CAD/CAM e engenheiros a evitar muitos erros potenciais durante o processo de renderização, tornando a fase de prototipagem mais eficiente.

2. Convertendo Arquivos CAD em Instruções CNC Utilizáveis

Uma vez que o design está completo, as especificações de design precisam ser traduzidas em direções que máquinas CNC possam seguir. Os arquivos CAD são executados através de software de manufatura assistida por computador (CAM). Esses programas criam o código de programação que máquinas CNC usam para direcionar as ferramentas durante o processo de fabricação. Este software também extrai informações sobre a geometria da peça que operadores podem usar para garantir que a peça de trabalho inicial tenha as dimensões e orientação corretas.

Esses conjuntos de instruções compatíveis com CNC geralmente estão em um de dois tipos de arquivo: STEP ou IGES. Eles incluem linguagens de programação como G-code e M-code, que cada uma lida com áreas específicas da funcionalidade da ferramenta de máquina. Operações de G-code focam na operação real das ferramentas, como sua velocidade, direção de movimento e quão longe elas se movem. Operações de M-code focam em operações diversas, como ligar e desligar e outras funções auxiliares.

3. Preparando a Máquina CNC

Operadores humanos desempenham um papel muito menor na fabricação automatizada do que na fabricação manual, mas ainda lidam com operações importantes que a maquinaria não pode gerenciar. Isso inclui:

• Carregar o arquivo de programa CNC na máquina
• Adicionar a peça de trabalho aos fusos ou mordentes da maquinaria para que a máquina possa manipular a peça de trabalho
• Anexar as ferramentas de usinagem especificadas
• Inspecionar a área de trabalho, máquina e peça de trabalho

4. Executando Operações

Uma vez que o equipamento está preparado e o programa inicia, o equipamento de usinagem CNC executa os passos e conduz operações de usinagem na peça de trabalho. O programa pode completar os processos redutivos necessários do início ao fim sem entrada adicional do operador. Uma vez que as instruções foram completadas, a peça pode continuar através de processos de acabamento e embalagem.

Tipos de Operações de Usinagem CNC

Usinagem CNC é uma categoria muito ampla de operações e processos possíveis. Entre operações de usinagem CNC, furação, fresamento e torneamento são as mais comuns.

Furação

Processos de furação usam brocas com diâmetro do mesmo tamanho do diâmetro do furo desejado. O equipamento de usinagem insere a broca giratória perpendicularmente na peça de trabalho até perfurar um furo de um comprimento predeterminado. Equipamentos mais complexos podem produzir furos angulares, e ferramentas de furação podem fornecer capacidades como:

• Alargamento
• Escareamento
• Reamer
• Rosqueamento

Fresamento

O processo de fresamento remove cortes de material da peça de trabalho movendo o material contra uma aresta de corte giratória. As ferramentas têm múltiplos pontos de corte, e cada ferramenta gira para fornecer uma superfície de corte afiada com diferentes comprimentos e formas. Quando a peça de trabalho é pressionada contra ferramentas de fresamento, tiras finas ou cortes de material são removidos da borda existente. Isso pode criar cortes rasos, cortes largos ou cavidades de fundo plano para moldar a peça. Processos de fresamento periférico podem cortar mais fundo para criar ranhuras ou roscas na forma geral da peça.

Torneamento

Processos de torneamento giram a peça de trabalho em vez da ferramenta de corte. Eles incluem processos de corte como alargamento interno, ranhuração e faceamento. Eles cortam excesso de material de uma peça de trabalho usando ferramentas de corte de ponto único aplicadas precisamente à peça de trabalho rotativa. Torneamento cria peças cilíndricas que têm um diâmetro especificado. Torneamento pode criar características lineares tanto dentro quanto na borda externa das peças. Estas características incluem:

• Ranhuras
• Roscas
• Cones

Vantagens da Usinagem CNC

Muitos fabricantes preferem processos de usinagem porque criam peças ou componentes de uma única peça de trabalho. A usinagem CNC tem várias vantagens adicionais. Estas incluem:

• Produtividade aumentada. Instalações com usinagem CNC podem produzir peças 24/7. As máquinas podem funcionar continuamente com pouca ou nenhuma intervenção humana. As máquinas também requerem menos espaço que estações de trabalho ou configurações de usinagem manual, então uma instalação com uma metragem quadrada definida pode ter mais máquinas funcionando simultaneamente.
• Alto grau de precisão. A usinagem CNC usa operações de programação altamente detalhadas. As máquinas seguem estas instruções sem permitir qualquer variação indesejada ou erro humano. As peças serão de alta qualidade, precisas e idênticas. A usinagem CNC também pode produzir peças com designs intrincados e complexos.
• Conclusão de projeto mais rápida. Todo processo de usinagem CNC começa com um design CAD, então o processo de prototipagem será muito mais rápido. O software detecta ou previne muitas falhas de design possíveis ou riscos potenciais com diferentes materiais. Quando os processos de prototipagem e teste são encurtados, produtos podem ir do design para produção mais rápido. Instruções de usinagem CNC também podem ser modificadas ou substituídas rapidamente, então há pouco atraso entre mudanças em produções.
• Custo-efetividade. Designs de arquivos CAD e riscos reduzidos de erros de fabricação reduzem o custo por unidade de produção. A usinagem CNC também requer menos mão de obra humana, o que reduz ainda mais o preço de fabricação dos produtos.

Usinagem CNC da Pro-Type Manufacturing

Para clientes que buscam uma solução completa de fabricação, a Pro-Type Industries, Incorporated oferece um nível de valor e flexibilidade de processo inigualável na indústria. Operamos uma instalação de última geração equipada com alguns dos sistemas de usinagem CNC mais avançados disponíveis.

Estes são sistemas de alto torque e alto RPM que entregam precisão e produtividade tudo em um pacote. Um exemplo é nossa fresadora horizontal CNC 4-eixos Toyoda de 550 mm. Este sistema de última geração apresenta velocidades de fuso de até 15.000 RPM entregues através de um motor de 30 HP. Com um cubo de trabalho de 30" e posicionamento de 2400" por minuto, pode processar materiais como alumínio, aço e plásticos em altas velocidades com precisão máxima. Também nos permite trabalhar com materiais difíceis de usinar como Inconel, Invar, Monel e várias superligas.

No entanto, este é apenas um de nossos muitos sistemas de usinagem de precisão. Também operamos quatro fresadoras verticais CNC que podem acomodar peças de trabalho até 64" por 32" por 25", duas fresadoras horizontais equipadas com múltiplos pallets, e um torno CNC de alta produção com alimentação automática de barra, sub-fuso e ferramentas motorizadas. Nas mãos de nossa equipe de maquinistas experientes, estas usinagens de alta precisão podem entregar tolerâncias dentro de ±0.0005". Todas estas capacidades e recursos são aumentados pela fabricação interna de todas as ferramentas e dispositivos, nos dando ainda maior controle sobre produtividade.

Através de nossos quase 50 anos como fabricantes, aprendemos que poucos requisitos de projeto consistem apenas de usinagem. Para agregar ainda mais valor às nossas ofertas de serviço, também fornecemos serviços de valor agregado como:

• Soldagem
• Gravação
• Cromatação
• Passivação
• Montagem completa
• Relatórios dimensionais abrangentes
• Rastreabilidade de material

Todo nosso trabalho é respaldado por um robusto sistema de gestão de qualidade ISO 9001 e cultura que se estende a todas as partes de nossa organização.

De um único protótipo a ordens de cobertor de alto volume que duram muitos meses ou mais, a chave para nosso sucesso é nossa capacidade de fornecer o mesmo nível de valor e qualidade independentemente do tamanho da produção ou complexidade do design. Para saber mais sobre todas as nossas capacidades de fabricação, ou para solicitar um orçamento, entre em contato conosco diretamente.