A Evolução das Máquinas CNC: Do Século 18 à Manufatura de Precisão Moderna

Um pilar moderno da manufatura e produção, o controle numérico computadorizado, ou CNC, remonta aos anos 1940, quando surgiram as primeiras máquinas de Controle Numérico (NC). No entanto, máquinas de torneamento apareceram antes disso. Na verdade, uma máquina usada para substituir técnicas artesanais e aumentar a precisão foi inventada em 1751. Levaria um tempo até que o conceito assumisse as capacidades de uma empresa moderna de produção CNC.

As técnicas de usinagem que levaram à manufatura CNC marcaram o início da industrialização. A definição atual de usinagem CNC é mais específica. Envolve inserir arquivos 3D em um computador, que executa um programa que controla o movimento das ferramentas dentro de um centro de usinagem. O processo é totalmente automatizado, desde o eixo e a velocidade de rotação das ferramentas de corte até a obtenção das dimensões desejadas da peça.

O que é uma Máquina CNC?

Uma máquina CNC é um sistema que combina múltiplas ferramentas (incluindo brocas, tornos e fresas), que são integradas em células das quais a máquina pode selecionar e usá-las. É projetada para fabricar peças tridimensionais. As máquinas mais simples movem-se em um ou dois eixos. Por outro lado, sistemas mais avançados apresentam movimento nos eixos X e Y e podem mover-se longitudinalmente no eixo Z. Muitas são capazes de movimento rotacional e até virar peças automaticamente para que o material possa ser cortado em todos os lados sem intervenção manual.

Os Primórdios do Trabalho CNC

Embora a ideia existisse há algum tempo, o primeiro conceito de Controle Numérico não foi desenvolvido até 1949. John T. Parsons, pioneiro da computação, desenvolveu-o como parte de um projeto de pesquisa da Força Aérea realizado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Uma fresadora experimental foi construída no Laboratório de Servomecanismos do instituto, com o objetivo de usar eixos motorizados para produzir pás de helicóptero e peles mais rígidas para aeronaves.

A Parsons Corporation em Traverse City, Michigan, começou a trabalhar no primeiro sistema mesmo antes da colaboração com o MIT. Parsons conseguiu usar um multiplicador IBM 602A para calcular coordenadas de aerofólio. Os pontos de dados foram alimentados em uma fresadora suíça alimentando cartões perfurados no sistema. Informações pré-programadas podiam ser usadas para produzir peças para helicópteros; este foi o precursor da programação de máquinas CNC.

A ideia foi desenvolvida ainda mais e, em 1952, Richard Kegg (em colaboração com o MIT) introduziu a Cincinnati Hydro-Tel, uma fresadora de contorno de fuso vertical de 28 polegadas. Sua introdução comercial veio com uma patente para "Aparelho Controlado por Motor com Ferramenta de Máquina de Posicionamento". O protótipo inicial, embora operado usando fita de papel de oito colunas, leitor de fita e sistema de controle eletrônico a vácuo, tornou-se foco para desenvolvimentos futuros.

As primeiras máquinas CNC nos anos 1940 e 1950 usavam fita perfurada, que era comumente usada em telecomunicações e armazenamento de dados. Essa tecnologia foi substituída por tecnologias de computação analógica. Dos anos 1960 aos 1970, tecnologias digitais surgiram, tornando o processo de produção automatizado e mais eficiente.

Parsons foi premiado por seu trabalho inicial. Em 1968, recebeu o primeiro Prêmio Memorial Joseph Marie Jacquard da Sociedade de Controle Numérico. A Sociedade de Engenheiros de Manufatura concedeu-lhe uma placa honorária em 1975, que nomeou Parsons "O Pai da Segunda Revolução Industrial".

Evolução da Fábrica CNC Atual

Os sistemas de controle de movimento altamente automatizados que os fabricantes usam hoje ainda se baseiam nos três componentes primários de seus predecessores. Eles requerem uma função de comando (seja um sistema digital ou analógico, um seguidor de came ou uma alavanca para ativá-lo); um sistema de acionamento/movimento como motor, cilindro, válvula ou embreagem; e um sistema que fornece feedback, como um encoder. Nas primeiras máquinas NC, um nível de controle deslizava sobre um came. Por sua vez, o motor girava para operar a máquina, mas, se o cabo de feedback quebrasse, o fluxo de fluido não podia ser parado.

As máquinas CNC modernas são controladas eletronicamente, então esse cenário é altamente improvável. Os resultados finais são agora mais previsíveis. Além disso, podem usar praticamente qualquer tipo de material, incluindo metal, madeira, plástico, fibra de vidro ou espuma.

Além disso, novas formas de usinagem foram desenvolvidas. Usando o mesmo conceito de usinagem CNC, incluem Usinagem por Feixe de Elétrons, Usinagem por Descarga Elétrica e Usinagem Fotoquímica. Estas e outras são frequentemente selecionadas dependendo do material usado no processo de produção em massa. Também são comuns máquinas de corte a laser, oxicombustível, jato d'água e plasma.

Construindo sobre Prototipagem Rápida

A perspectiva de prototipagem rápida mudou ao longo dos anos, mas o conceito foi aplicado desde a primeira fita perfurada, sistemas de controle numérico. Antes disso, todas as peças eram usinadas à mão; até sistemas de fita perfurada revolucionaram o processo. Hoje em dia, existem muitas opções de prototipagem para escolher dependendo do material usado, economia e complexidade das peças CNC.

As ferramentas disponíveis e eixos de rotação ainda tornam as máquinas CNC atraentes e extremamente úteis. Com o advento da impressão 3D, essas vantagens começaram a mostrar suas limitações. Uma impressora 3D pode produzir peças complexas, incluindo seus componentes internos. Dependendo da aplicação, as escolhas de material podem ser limitadas, então os sistemas CNC permanecem a escolha preferida, especialmente para desenvolvimento de protótipos.

Significado da Manufatura CNC Hoje

O papel dos torneiros mecânicos tradicionais está desaparecendo rapidamente. No século 21, a demanda por especialistas em CNC tem crescido. Organizações como o Instituto de Ofícios Técnicos oferecem treinamento para equipar torneiros com as habilidades necessárias para trabalhar para empregadores neste campo. Em muitas indústrias, a perspectiva de emprego é robusta; alguns preveem que empregos de tecnologia como operar equipamentos CNC representarão 40% das futuras vagas de emprego abertas.¹

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Somos uma empresa de produção CNC de serviço completo especializada em usinagem CNC e prototipagem rápida para as indústrias aeroespacial, petróleo e gás, dispositivos médicos, transporte, eletrônica e outras.

Nossas operações de usinagem incluem capacidades de quatro e cinco eixos. Podemos aplicar tornos, fresas, retificadoras, roteadores e guindastes em séries de produção.

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Fonte:

1. https://www.instituteoftechnicaltrades.com/blog/history-computer-numerical-control/