Usinagem CNC Explicada: Como Computadores Moldam Peças de Precisão

Fabricantes e oficinas de usinagem frequentemente usam máquinas de Controle Numérico Computadorizado, ou CNC, para controlar sua diversa gama de ferramentas de máquina. O conceito de usinagem CNC surgiu nos anos 1940 e 1950. Na época, tecnologia de armazenamento de dados analógicos como fita perfurada era usada. Hoje, a produção CNC depende de software sofisticado de Fabricação Assistida por Computador (CAM) ou Desenho Assistido por Computador (CAD) para entregar instruções de design a máquinas que produzem peças e protótipos de produtos.

Um processo de manufatura subtrativa, a usinagem CNC permite um maior grau de complexidade. Agora é viável para produções de baixo, médio e alto volume que exigem alta precisão e exatidão.

As máquinas CNC que os fabricantes usam podem fresar, retificar, furar e realizar várias outras operações. Alguns sistemas são capazes de acabamento também. Dispositivos eletromecânicos usados no trabalho de máquinas CNC variam em sofisticação e nas ferramentas que podem manipular. Eles podem funcionar em três a cinco eixos, cada eixo sendo uma dimensão específica em que a ferramenta pode se mover.

• Movimento lateral (para cima ou baixo, esquerda ou direita) é habilitado pelos eixos x e y.
• Movimento longitudinal é tipicamente controlado no eixo z.
• Rotação e movimentos adicionais são habilitados com eixos adicionais.

Quanto mais eixos uma máquina tem, mais liberdade de movimento há para corte e precisão.

Materiais para Usinagem CNC

A maioria das máquinas CNC é bastante versátil. São comumente usadas para fresar metal, pois uma máquina de produção é capaz de cortar aço, alumínio, cobre, latão e titânio. Outros materiais usináveis incluem vários tipos de plástico, incluindo polipropileno, e diferentes formas de madeira, fibra de vidro ou espuma.

Como a Usinagem CNC Difere de Outros Sistemas Computacionais?

O computador usado para controlar uma máquina CNC não é como seu computador doméstico ou empresarial médio. Código é escrito por programadores experientes e requer alto grau de capacidade computacional. Este código também pode ser revisado ao longo do tempo para que programas pré-existentes possam ser modificados e atualizados. Isso torna a programação de máquinas CNC um processo automatizado em constante evolução. No entanto, é usado em virtualmente todos os setores de manufatura que dependem do software para controlar velocidade, posição, repetição e previsibilidade sem intervenção de operadores humanos.

Como Funciona a Produção CNC?

O processo geralmente começa com material bruto não processado. Um bloco de plástico, por exemplo, pode ser colocado na máquina antes do início do processo de remoção de material. Instruções digitais de um programa de software são enviadas à máquina, não muito diferente da impressão 3D. Instruções dessas instruções digitais, também chamadas de G-code, são convertidas em instruções de como cortar as peças.

Um processo que uma vez foi altamente técnico e intensivo em mão de obra agora é mais rápido e mais preciso. Peças de protótipo podem ser

feitas com alto grau de produtividade. Ao longo do processo de usinagem, múltiplas ferramentas podem ser usadas. Por exemplo, a máquina pode retirar de um inventário de tamanhos de brocas. Movimento lateral no eixo x ou y, movimento longitudinal no eixo z, e até movimento rotacional podem ser possíveis.

Com uma máquina multi-eixos, peças podem ser viradas e posicionadas automaticamente, sem intervenção humana. Não há necessidade de parar o processo para mover peças manualmente. Uma vez que a peça é posicionada automaticamente, cortes adicionais são feitos, e assim por diante.

Uma máquina CNC é altamente precisa. Medidas são calculadas em milésimos de polegada, significando que um processo de usinagem fina pode ter tolerâncias de cerca de ±0,001". Se uma máquina é usada para polimento, este número pode ser tão apertado quanto ±0,00005". A espessura de um fio de cabelo humano é cerca de 0,00069, para comparação.¹ Isso é bastante preciso, considerando o quão intrincado e repetível o processo é.

As etapas típicas de produção CNC incluem:

• Design do modelo CAD: Designers podem criar um design CAD vetorial 2D ou peça sólida 3D incorporando todas as dimensões, geometrias e outras especificações técnicas aplicáveis. As propriedades da peça são limitadas pelas capacidades da máquina. A maioria das ferramentas CNC pode criar apenas cantos curvos, restringindo geometrias de peças, enquanto a espessura mínima da peça, tamanho máximo da peça e capacidade de produzir características internas complexas de cada máquina devem ser consideradas também.
• Conversão de arquivo: Uma vez que um arquivo CAD é executado através de software CAM, a geometria da peça é extraída. O código de programação digital é então gerado e usado para controlar a máquina e suas ferramentas. Código geométrico, ou G-code, diz à máquina quando, onde e como mover, enquanto código de função miscelânea, ou M-code, controla a remoção/substituição de capas da máquina e outras funções auxiliares.
• Configuração da máquina: Após a programação da máquina CNC, o sistema deve ser preparado. Trabalhadores devem dar passos iniciais como colocar a peça de trabalho na máquina ou em um fuso ou torno. Equipamentos de fixação da peça devem ser fixados antes que as ferramentas sejam ativadas. Em alguns casos, brocas e fresas de topo devem ser anexadas aos componentes adequados antes que a máquina possa começar a executar o programa.
• Execução: O operador inicia o programa para solicitar que a máquina inicie o processo. Comandos são então emitidos pelo programa CNC e instruem o computador dentro da máquina a prosseguir com a operação e manipulação de suas ferramentas. O programa faz o resto, guiando o sistema na execução de cada operação até que uma peça ou produto personalizado seja concluído.

Tipos de Máquinas e Processos CNC

Sistemas CNC modernos combinam tecnologias de usinagem convencionais e inovadoras, tornando-os altamente versáteis em uma ampla gama de aplicações. Os tipos mais convencionais de equipamentos incluem:

• Fresadoras (Mills): Máquinas de fresar são sistemas flexíveis, com ferramentas de corte rotativas, que podem ser programadas com G-code ou linguagem proprietária desenvolvida por um fabricante. As unidades mais básicas têm três eixos, mas as mais novas podem ter até três a mais.
• Furadeiras (Drills): Uma ferramenta de furação gira uma broca, dimensionada de acordo com a operação específica, que faz o corte no contato com uma peça de material estacionária. Furadeiras são altamente eficientes no corte e na melhoria da produtividade de uma operação.
• Tornos (Lathes): Um torno opera girando um bloco de material contra uma broca, em vez do contrário. Capazes de produzir designs complexos, tornos geralmente operam nos eixos x e z e movem lateralmente um material para fazer um corte progressivo.

As tecnologias mais inovadoras usadas hoje incluem usinagem por descarga elétrica (EDM), na qual faíscas elétricas são usadas para remover seções de peças de trabalho, moldando-as de acordo com o design digital. Descargas elétricas são acionadas pela redução do espaço entre eletrodos, o que intensifica o campo elétrico. Duas formas comuns incluem EDM a fio, no qual um fio é usado para essencialmente queimar (ou erodir) pedaços, e EDM de penetração (sinker EDM), no qual a peça de trabalho e o eletrodo são imersos em um fluido dielétrico.

Corte a plasma envolve o uso de uma tocha para cortar metal. Gás de ar comprimido e arcos elétricos são combinados para gerar plasma. No entanto, um meio mais familiar, a água, pode ser usado para usinagem CNC. Cortadores a jato d'água usam jatos concentrados de água de alta pressão para cortar metal, granito e outros materiais duros. Em alguns casos, areia ou outras substâncias abrasivas fortes podem ser misturadas para melhorar o efeito. Corte a jato d'água é frequentemente empregado com materiais menos tolerantes ao calor.

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