Usinagem CNC Explicada: Principais Processos, Operações e Benefícios

A fabricação moderna de produtos exige processos e técnicas que garantam precisão e exatidão devido à crescente complexidade do design de produtos. Consequentemente, há uma corrida por desenvolvimento e inovação em técnicas de fabricação, especialmente com a introdução da automação.

Graças à automação, a usinagem CNC é um processo de fabricação comum, conhecido por sua precisão, exatidão e capacidade para designs complexos. Este artigo abordará os fundamentos da usinagem CNC, seu processo, aplicações e benefícios.

O Que Significa Controle Numérico Computadorizado (CNC)?

O controle numérico computadorizado (CNC) envolve o controle de uma ferramenta de máquina usando um microcomputador acoplado à ferramenta. O microcomputador faz isso respondendo a uma linguagem de programação chamada G-code e M-code, que contém instruções sobre parâmetros de usinagem, como taxa de avanço, velocidade do fuso, ferramenta de corte e fluxo de refrigerante.

O microcomputador então retransmite as instruções à ferramenta de máquina. Portanto, a usinagem CNC não requer operação manual, tornando-a adequada para criar peças sem erros, independentemente da complexidade do design do produto.

O Que é Usinagem CNC?

A usinagem CNC é um processo de fabricação subtrativo que envolve a remoção de parte de uma peça de trabalho usando instruções de um modelo CAD para fabricar um produto. A máquina CNC remove partes da peça de trabalho por meio de operações de usinagem, como torneamento, furação ou fresamento, de acordo com códigos (G-code e M-code) obtidos do modelo CAD e contendo instruções sobre parâmetros de usinagem.

O processo de usinagem CNC é compatível com muitos metais, plásticos, madeira e materiais compósitos. Juntamente com processos de fabricação aditiva e conformativa, como impressão 3D e injeção de plástico, ele forma um processo essencial para a fabricação de peças. No entanto, a usinagem CNC tem algumas vantagens sobre esses métodos, como alta tolerância. Vamos continuar lendo.

4 Passos Principais para o Processo de Usinagem CNC

Existem quatro passos básicos para a usinagem CNC, independentemente do seu processo de usinagem CNC. Abaixo está um procedimento passo a passo de como eles geralmente funcionam:

Passo 1: Preparar um Modelo CAD

Isso envolve criar um modelo de design 2D ou 3D do produto. Existem muitos softwares adequados para o processo, sendo os mais populares o AutoCAD e o SolidWorks. Além disso, é possível converter designs 2D em designs 3D, dependendo da necessidade do produto.

Embora alguns designs de produtos possam ser simples, a preparação de alguns modelos CAD pode exigir conhecimento avançado, especialmente designs complexos.

O modelo CAD deve ser projetado adequadamente e mostrar sem esforço ao operador características críticas, como tolerância, linhas de construção, roscas e outros parâmetros para uma operação de usinagem eficaz.

Passo 2: Conversão para Formato Compatível com CNC

Máquinas CNC não entendem o modelo CAD. Portanto, você deve transformar o modelo CAD em um formato compatível com CNC para que a máquina possa interpretá-lo. Para este passo, você pode usar software CAM, como AutoCAD, Fusion 360 ou outros serviços de software online.

Esse software pode converter para um formato compatível com CNC e instruirá a máquina CNC sobre parâmetros como movimento rotacional e linear, sequência de corte, caminho da ferramenta, peça de trabalho, velocidade da máquina, etc., associados à operação de usinagem.

Passo 3: Configuração e Execução

Isso envolve escolher o tipo certo de máquina CNC e configurar certas operações antes do início da usinagem. A seleção da máquina certa depende da peça de trabalho, da complexidade do design do produto e do custo. Em seguida, a peça de trabalho é fixada na máquina.

Passo 4: Usinar a Peça

O operador anexará as ferramentas de corte necessárias e iniciará o processo. O processo é automatizado e será executado até ser considerado completo pelo programa de computador. Durante e após o processo de usinagem, os maquinistas farão vários níveis de inspeção para garantia de qualidade.

O Papel Importante dos Maquinistas na Usinagem CNC

Embora o processo de usinagem CNC seja automatizado, existem maquinistas CNC para atender a falhas previstas e imprevistas. Abaixo estão os papéis importantes dos maquinistas CNC:

• Encontrar especificações do produto.
• Ler plantas, esboços e arquivos CAD/CAM.
• Criar modelos CAE.
• Alinhar e ajustar ferramentas de corte e outros materiais da máquina.
• Instalar, usar e desmontar ferramentas de máquinas CNC.
• Observar a velocidade da máquina.
• Inspecionar e testar produtos acabados quanto a falhas.
• Garantir que uma peça esteja alinhada ao modelo CAD.

Tipos de Máquinas CNC

Cada processo de usinagem CNC tem sua máquina. Por exemplo, máquinas para fresamento CNC são chamadas de máquinas de fresamento CNC, e aquelas para torneamento CNC são chamadas de tornos CNC. No entanto, o tipo de máquinas CNC está mais relacionado aos eixos nos quais elas podem se mover e girar. Aqui estão as mais comuns usadas na fabricação de peças:

Máquinas CNC de 2 Eixos

Máquinas CNC de 2 eixos podem usinar uma peça apenas nos eixos X e Z, ou seja, vertical e horizontalmente. Portanto, são as máquinas CNC mais simples usadas na fabricação de peças.

Máquina CNC de 3 Eixos

Máquinas CNC de 3 eixos dão um passo adiante em relação às de 2 eixos, pois podem se mover nos eixos X, Y e Z. São as máquinas mais comuns usadas na usinagem CNC. No entanto, pode haver uma limitação na capacidade de usinar peças com designs complexos devido à falta de rotação.

Máquinas CNC de 4 Eixos

A máquina CNC de 4 eixos tem um fuso que pode percorrer os três eixos. Em termos simples, a máquina pode subir e descer, mover-se lateralmente, para frente e para trás, e girar ao longo dos eixos X e A. Tudo isso acontece sem a peça de trabalho se mover. São as máquinas CNC mais comuns usadas na usinagem de peças complexas devido à sua velocidade, precisão e exatidão.

Máquinas CNC de 5 Eixos

Uma máquina CNC de 5 eixos tem um fuso e ferramenta de corte que podem se mover de forma semelhante à máquina de 4 eixos. No entanto, ao contrário da máquina de 4 eixos, elas podem girar ao longo de quaisquer dois dos três eixos. São consideradas as máquinas CNC multi-eixos mais completas devido à sua capacidade de abordar a peça de trabalho de todas as direções sem reposicionamento manual durante a usinagem. A usinagem CNC de 5 eixos permite operações perfeitas de peças de precisão e complexas.

3 Softwares de Suporte Comuns para Usinagem CNC

Dependendo do requisito do processo de usinagem CNC, cada usinagem usa um ou mais dos softwares listados abaixo:

1. Software CAD

O software CAD permite ao operador produzir modelos 2D e 3D de componentes físicos usados no design e fabricação de produtos. Além disso, eles funcionam no fornecimento de dados de design aos fabricantes. Exemplos incluem AutoCAD (2D e 3D), Inventor (3D), Blender e SketchUp.

2. Software CAM

O software CAM é adequado para criar G-codes a partir de modelos CAD para aqueles que controlam máquinas CNC. Consequentemente, uma máquina CNC tem automação. Principais exemplos incluem Fusion 360, SolidWorks e AutoCAD.

3. Software CAE

O software CAE permite que designers de produtos imitem o desempenho de um produto pretendido. Consequentemente, eles podem melhorar designs de produtos e ajudar engenheiros a resolver problemas relacionados à engenharia. Exemplos incluem análise de elementos finitos, dinâmica de corpos múltiplos e dinâmica de fluidos computacional.

Diferentes Tipos de Operações de Usinagem CNC

A usinagem CNC compreende várias técnicas envolvendo a remoção subtrativa de parte de uma peça de trabalho para fabricar o produto pretendido. No entanto, o estilo de remoção depende do processo. Operações comuns de usinagem CNC usadas na fabricação de peças incluem:

Furação CNC

A furação CNC envolve o uso de uma ferramenta de corte rotativa para criar furos cilíndricos em uma peça de trabalho estacionária. É uma operação importante de usinagem CNC usada na fabricação de produtos que precisam de montagem de peças.

Fresamento CNC

O fresamento CNC é a operação de usinagem mais comum que envolve o uso de uma ferramenta de corte que pode girar e mover-se ao longo dos eixos para remover material de uma peça de trabalho. A facilidade de corte depende da sofisticação da máquina CNC.

Torneamento CNC

O torneamento CNC é uma operação de usinagem que envolve girar um produto enquanto o alimenta a uma ferramenta de corte produzida para fabricar a peça usinada.

Outras Operações de Usinagem

• Retífica
• Brochamento
• Lapidação
• Serragem
• Brunimento

Materiais Compatíveis com Usinagem CNC

Metais: cobre, ligas de aço inoxidável, titânio, latão, ligas de alumínio, aço, magnésio, etc.

Plásticos: acetal, PEEK, policarbonato, nylon, acrílico, PVC, polipropileno, etc.

Compósitos: epóxi, fenólicos, fibra de vidro e fibra de carbono.

Madeira: madeira dura e compensado.

Espuma: espuma rígida e de escultura.

A usinagem CNC é compatível com muitos materiais. No entanto, antes de escolher um material para CNC, considere o seguinte:

• Dureza
• Propriedades mecânicas
• Funções da peça
• Tolerância dimensional
• Temperatura de operação
• Custo

Quais São os Benefícios da Usinagem CNC?

A usinagem CNC tem amplas aplicações na fabricação industrial de peças devido a várias vantagens. Abaixo estão alguns benefícios do processo em relação a outras operações de fabricação.

Precisão e Exatidão

A usinagem CNC é precisa, permitindo que fabricantes de produtos fabriquem peças de acordo com o design pretendido. Além disso, tem alta precisão e tolerância; portanto, você pode fabricar diferentes lotes de um produto sem perder a precisão. Além disso, por ser um processo automatizado, reduz os erros durante a usinagem.

Rápida e Eficiente

Você pode obter uma peça usinada CNC em poucos dias. Portanto, é eficiência de produção. No entanto, a velocidade e a eficiência dependem do tipo de máquina CNC e da complexidade do produto.

Custo-Benefício

A usinagem CNC tem um alto custo de investimento inicial. No entanto, tem um custo operacional menor. Além disso, a alta taxa de saída, pouco ou nenhum erro humano e baixo custo de produção aumentam sua relação custo-benefício. Além disso, para a maioria das operações de usinagem, menos treinamento é necessário, e o treinamento está mais disponível online.

Melhores Capacidades

A maioria das máquinas CNC pode transportar muitas ferramentas para diferentes propósitos. Além disso, elas têm software sofisticado que permite trabalhar em diferentes produtos e peças de trabalho complexas. Portanto, têm capacidades aprimoradas e compatibilidade com peças de trabalho de diferentes tamanhos, formas ou texturas.

Ampla Gama de Materiais Compatíveis

Operações de usinagem são compatíveis com uma grande base de materiais. Exemplos comuns são metal, plástico e compósito.

Processos Alternativos de Fabricação à Usinagem CNC

A usinagem CNC é um processo versátil amplamente aceito na fabricação de peças e produtos. No entanto, às vezes pode não ser o melhor método. Aqui estão vários métodos alternativos que você pode considerar:

Impressão 3D

A impressão 3D é um processo de fabricação aditiva que envolve derreter, depositar e solidificar um material usando instruções de um modelo CAD ou 3D digital. Como a usinagem CNC, é automatizada. No entanto, ao contrário da usinagem CNC, é mais adequada para designs simples.

Injeção de Plástico

A injeção de plástico é um processo de fabricação de plástico que envolve derreter e injetar material em um molde preparado e deixá-lo solidificar. Opera usando o mesmo mecanismo de outros processos de fabricação, como sopro, sobremoldagem e inserção de moldagem. É uma parte importante da fabricação em massa de produtos.

Fundição sob Pressão

A fundição sob pressão é semelhante à injeção de plástico. No entanto, é adequada para metais como alumínio. Envolve derreter o metal e injetá-lo em um molde preparado. O método de injeção pode ser de baixa ou alta pressão, dependendo da qualidade do produto.

Breve História da Usinagem CNC

Antes da era eletrônica, designers criavam peças à mão ou com máquinas operadas manualmente. Os processos de fabricação usados nessa etapa são limitados em precisão, exatidão, adequação para produtos complexos e, o mais importante, produção em massa de produtos. Como resultado, houve pesquisa e desenvolvimento para introduzir novos processos de fabricação.

O primeiro vislumbre do controle numérico foi quando John T. Parsons, em colaboração com o MIT, desenvolveu máquinas de controle numérico na fabricação de peças para a Força Aérea dos EUA nos anos 1940. Essas máquinas permitem que fabricantes controlem um conjunto de ferramentas usando instruções de cartões perfurados. No entanto, ainda careciam de automação total. Consequentemente, eram usadas com operadores presentes.

Com a invenção de computadores mais rápidos, a máquina CNC começou a usar códigos digitais em vez de cartões perfurados para controlar as ferramentas de máquina. A usinagem CNC pode produzir peças mais rapidamente e com mais precisão do que o sistema de usinagem anterior.

Conclusão

A usinagem CNC é um conjunto de processos amplamente aceito na fabricação de peças e produtos devido à sua precisão, exatidão e tolerância. Portanto, torna fácil para designers e fabricantes de produtos criar produtos de diferentes complexidades.

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Perguntas Frequentes

O que são M-code e G-code?

Por um lado, G-codes são um conjunto de códigos que instruem uma máquina CNC sobre como se mover. Por outro lado, M-code realiza as operações não de corte da máquina.

Quais são os principais desafios na usinagem CNC?

A personalização não é particularmente fácil com usinagem CNC. Maquinistas devem modificar os arquivos CAD na etapa inicial para fazer pequenos ajustes nos produtos acabados. Além disso, a melhoria tecnológica permite que apenas um operador qualificado escreva os programas.

Em quais indústrias a usinagem CNC é usada?

A usinagem CNC tem aplicações em muitas indústrias de fabricação. Indústrias comuns que adotam o processo de fabricação incluem automotiva, aeroespacial, militar, defesa, naval e médica.

Quais são as terminologias na usinagem CNC?

Terminologias comuns na usinagem CNC incluem:

-CAD: Software de Desenho Assistido por Computador
-CAM: Fabricação Assistida por Computador
-CAE: Engenharia Assistida por Computador
-DNC: Controle Numérico Distribuído
-G-code: Códigos Geométricos
-M-code: Códigos de Máquina Diversos

Quais são as tendências na indústria de usinagem CNC?

As tendências na indústria de usinagem CNC incluem automação total do procedimento, adição de mais eixos às máquinas CNC e desenvolvimento de mais recursos para fácil personalização.