Guia Completo de Usinagem CNC: Técnicas, Aplicações e Melhores Práticas

A usinagem de Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um processo de manufatura subtrativo moderno, eficiente e automatizado que permite aos fabricantes produzir peças repetíveis de qualidade consistente a partir de uma ampla gama de materiais, incluindo plásticos, metais e compósitos. Hoje, peças usinadas CNC podem ser encontradas em diversas indústrias, de aeroespacial a automotiva a médica.

Os primórdios das tecnologias CNC podem ser rastreados a alguns pontos diferentes na história. As primeiras ferramentas de usinagem modernas apareceram em 1775, quando industriais desenvolveram uma ferramenta de mandrilamento que permitia fabricar cilindros de motores a vapor com graus mais consistentes de precisão e exatidão.

Os antecessores tecnológicos da computação moderna apareceram antes no século, emergindo da indústria têxtil. Em 1725, Basile Bouchon começou a usar um sistema de furos perfurados em fita de papel para codificar dados. Décadas depois, em 1805, Joseph Marie Jacquard refinou o processo, trocando a fita de papel por cartões perfurados resistentes. Quando amarrados em sequência, os cartões perfurados direcionavam como o tecido era adicionado ao tear, simplificando o processo e fornecendo um dos primeiros exemplos de programação. Esta máquina, o tear de Jacquard, é de certa forma o antecessor de nossas modernas soluções de computação e automação.

Tipos de Usinagem CNC

Hoje, existem vários processos técnicos incluídos sob o guarda-chuva da usinagem CNC.

Usinagem de 3 Eixos: Fresamento e Torneamento

Uma vez que o operador insere as instruções de usinagem, máquinas CNC de 3 eixos executarão as operações de entrada usando ferramentas de corte para cortar ao longo de três eixos: X (esquerda-direita), Y (frente-trás) e Z (cima-baixo). Fresamento CNC e torneamento CNC são dois exemplos comuns de usinagem de 3 eixos.

O fresamento CNC de 3 eixos envolve fixar o bloco de material — também chamado de peça de trabalho ou "bruto" — com um torno ou mesa de máquina. Isso mantém a peça de trabalho estacionária enquanto ferramentas de corte e brocas rotativas, conectadas a um fuso central, fazem cortes para remover material e moldar o componente final. Máquinas de fresamento CNC de 3 eixos são fáceis de programar e operar e podem ser usadas para criar a maioria das peças com designs geométricos simples.

Como as ferramentas de corte e brocas são limitadas a três eixos, alguns recursos de design ou áreas do bruto podem ser difíceis de completar ou alcançar (ex: formas não convencionais ou cavidades profundas e estreitas). No entanto, múltiplas configurações (setups) podem ajudar a orientar a peça de trabalho para que as máquinas alcancem esses recursos. Embora quase todo trabalho de usinagem de 3 eixos tenha mais de uma configuração por peça, muitas configurações por peça podem aumentar rapidamente os custos de produção. Processar peças geometricamente complexas pode, por exemplo, exigir que operadores reposicionem manualmente as peças de trabalho, o que pode impactar a velocidade de processamento, aumentar custos relacionados à mão de obra e criar mais oportunidades para erro humano.

Torneamento CNC

O processo de torneamento CNC opera de forma diferente. O bruto é fixado a um fuso rotativo, e um torno então molda os perímetros internos e externos da peça ou fura furos ao redor do eixo central da peça de trabalho. A restrição de design mais significativa com tornos CNC é que eles sempre produzem peças simétricas rotacionalmente. O processo é ideal, portanto, para a manufatura de peças como parafusos, tigelas ou pernas de cadeira. Para esses tipos de peças arredondadas, tornos podem produzir peças mais rápido e a custos menores que máquinas de fresamento CNC, especialmente na produção de peças em altos volumes.

Usinagem de 5 Eixos ou Multi-Eixos

Processos de usinagem multi-eixos permitem que as ferramentas de corte tenham maior liberdade de movimento enquanto a peça de trabalho é fresada ou torneada. Processos de 3 eixos permitem que o bruto ou a ferramenta de corte gire, mas não ambos. Em contraste, processos de 5 eixos permitem que tanto a peça de trabalho quanto a ferramenta girem e se movam ao longo dos eixos X, Y e Z simultaneamente. A usinagem CNC de 5 eixos economiza tempo e é ideal para criar peças complexas e precisas como as encontradas nas indústrias médica, petróleo e gás, e aeroespacial.

A família de usinagem CNC multi-eixos inclui três processos:

• Fresamento CNC de 5 eixos indexado: Durante operações de fresamento indexado de 5 eixos, não apenas as ferramentas de corte podem se mover ao longo dos três eixos lineares, mas entre operações, a mesa de usinagem e o cabeçote da ferramenta podem girar em duas direções. O benefício mais notável do fresamento de 5 eixos é que os brutos não precisam mais ser ajustados manualmente entre operações de corte, tornando possível criar componentes com geometrias complexas com mais precisão e eficiência. O fresamento indexado de 5 eixos é ótimo para fabricar componentes como carcaças, gabaritos e dispositivos de fixação. O processo fica entre fresamento CNC de 3 eixos e fresamento CNC contínuo de 5 eixos (veja abaixo) em termos de velocidade, precisão e capacidade de lidar com geometrias complexas.
• Fresamento CNC contínuo de 5 eixos: Máquinas de fresamento CNC contínuo de 5 eixos podem mover e girar tanto a ferramenta de corte quanto a peça de trabalho simultaneamente durante cada operação, permitindo a manufatura de peças com geometrias extremamente intrincadas e superfícies lisas. Embora esta seja a forma mais cara de usinagem CNC por peça, o custo do fresamento contínuo de 5 eixos é tipicamente compensado por acabamento superficial melhorado, velocidade e estabilidade dimensional.
• Usinagem fresa-torno com ferramentas vivas (Mill-turning): Mill-turning combina elementos de máquinas de torno CNC com ferramentas de fresamento. A peça de trabalho é fixada a um fuso rotativo enquanto ferramentas de corte removem material do bruto. Combinando elementos de máquinas de torno CNC com ferramentas de fresamento, o mill-turning CNC oferece altos níveis de precisão e versatilidade geométrica, sendo ótimo para criar peças com simetrias rotacionais soltas, como eixos de comando ou compressores centrífugos.

Escolhendo o Tipo Certo de Usinagem CNC

Ao selecionar um processo de manufatura para sua peça, você precisará avaliar se é mais adequado para usinagem de 3 eixos ou 5 eixos. Geralmente, peças com designs mais simples podem ser feitas rapidamente e de forma acessível usando máquinas de 3 eixos, enquanto máquinas de 5 eixos são melhores para criar peças geometricamente complexas com maior velocidade e precisão.

Se você está com orçamento limitado ou só precisa cortar uma superfície plana, máquinas de 3 eixos são o caminho. Além de serem mais acessíveis, máquinas de 3 eixos são mais simples de programar, então você não incorrerá no custo de trabalhar com programadores e operadores caros de 5 eixos. Além disso, o tempo de preparação é menor com usinagem de 3 eixos.

Se você precisa produzir uma peça mais profunda ou com geometria complexa, você vai querer usar usinagem de 5 eixos. Usar máquinas de 5 eixos permite usinar a peça de trabalho de todos os lados sem rotação manual necessária. Com usinagem de 5 eixos, você terá maiores rendimentos, maior precisão e maior liberdade de movimento, além da capacidade de fabricar peças maiores mais rápido.

Materiais Comuns para CNC

Uma das vantagens da usinagem CNC é que o processo é compatível com muitos materiais diferentes, plásticos e metais sendo as duas famílias de materiais mais comuns. Aqui estão alguns dos plásticos e metais que você provavelmente encontrará.

Polímeros de Alto Desempenho

• ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno): Termoplástico de engenharia resistente a impacto com excelentes propriedades mecânicas. Forte e rígido mantendo grau de flexibilidade, notável por ser mecanicamente forte, bom isolante e resistente a abrasão e tensão.
• PEAD (Polietileno de Alta Densidade): Um dos polímeros termoplásticos mais versáteis, material flexível e fácil de processar, altamente resistente a trincas por tensão, produtos químicos e corrosivos — mesmo em baixas temperaturas. Oferece excelente resistência a impacto. Comum em garrafas plásticas, tampões, vedações, isoladores, tubulações e muitos outros bens.
• PEBD (Polietileno de Baixa Densidade): Principalmente usado para criar órteses e próteses, este plástico resistente e flexível é fácil de soldar e selar a calor. Embora ofereça boa resistência química, não é ideal para aplicações que requerem rigidez, alta resistência estrutural ou resistência a altas temperaturas.
• Poliamida (PA) ou Nylon: Família de plásticos de baixo atrito adequados para substituir componentes metálicos, como mancais ou buchas, devido à combinação única de elasticidade, rigidez e rigidez. Nylons podem ser reforçados com aditivos para criar propriedades materiais e químicas específicas ou combinados com outros plásticos para maior desempenho.
• Nylon 30% GF (Fibra de Vidro): Fibras de vidro, um dos aditivos mais comuns para plásticos de engenharia, aumentam dramaticamente a resistência e rigidez de peças de nylon. Infelizmente, estas fibras também aumentam a fragilidade do material e são recomendadas apenas para aplicações que não envolvem alto estresse de impacto ou deflexão.
• Policarbonato (PC): Plástico amplamente usado — resistente e leve, bom isolante elétrico, naturalmente resistente a calor. Inerentemente transparente e translúcido, aceita pigmentação bem. Resistente a ácidos diluídos, óleos e graxas, mas suscetível a desgaste por hidrocarbonetos e raios UV.
• PEEK (Polietereeterecetona): Polímero de alto desempenho com combinação única de propriedades mecânicas. Resistente a químicos, desgaste, fluência, fadiga, líquidos e temperatura. Além de reciclável e biocompatível, é leve, forte e insolúvel em todos solventes comuns. Similar ao nylon, PEEK pode substituir metal em usinagem CNC. Aplicações comuns incluem unidades de pistão, peças críticas de motores de avião e seringas dentárias. Notavelmente, é um dos plásticos de usinagem CNC mais caros.
• PEI (Polietereimida) / ULTEM®: Plástico de alto desempenho e item básico de manufatura. Forte, fácil de usar, resistente a químicos e chama, suporta temperaturas extremamente altas sem perder propriedades elétricas estáveis. Usado para placas de circuito, óculos, equipamentos de preparação e esterilização de alimentos, peças de aeronaves. Um dos poucos polímeros termoplásticos amorfos comercialmente disponíveis que mantém integridade mecânica em altas temperaturas.
• PMMA (Polimetil Metacrilato): Polímero termoplástico rígido chamado acrílico ou vidro acrílico. Extremamente resistente a estilhaçamento, material resistente e leve, translúcido e resistente a intemperismo e luz UV, ideal para aplicações de baixo estresse como estufas, coberturas de luzes de carro e setas, painéis solares. No entanto, suscetível a alto calor, impacto, desgaste, abrasão e propenso a trincar sob cargas pesadas.
• POM (Polioximetileno) / Acetal / Delrin®: Termoplástico de engenharia semi-cristalino oferece excelente estabilidade dimensional, rigidez e baixo atrito. Devido a estas propriedades, acetal é usado para criar peças altamente precisas em aplicações onde alta resistência, durabilidade e ampla faixa de temperatura operacional (-40°C a 120°C) são requeridas.
• Polipropileno (PP): Plástico econômico, leve, altamente resistente a químicos em ambientes corrosivos, resistente à maioria dos solventes orgânicos, agentes desengraxantes e eletrolitos. Comparado a PEBD e PEAD, PP tem menor resistência a impacto mas oferece melhor resistência à tração.
• PTFE (Politetrafluoretileno) / Teflon®: Polímero versátil favorecido por suas propriedades mecânicas. Resistente a químicos, temperatura, luz, raios UV, água, intemperismo, fadiga e adesão. Comum em revestimentos de panelas antiaderentes, semicondutores, juntas e algumas aplicações médicas. Embora um dos plásticos mais resistentes à corrosão, é sensível a fluência e abrasão.
• PVC (Policloreto de Vinila): Um dos plásticos mais antigos do mundo. Branco rígido, alternativa de borracha acessível em alta demanda há décadas. Com forte resistência a luz, químicos e corrosão, popular em saúde, TI, transporte, têxteis e construção.
• UHMW (Polietileno de Ultra-Alto Peso Molecular): Plástico resistente, versátil e altamente usinável, cria peças com alta resistência a abrasão e desgaste, durabilidade e baixos coeficientes de atrito. UHMW não é tipicamente adequado para aplicações de alta carga ou condições excedendo 80-100°C.

Metais

Aços e aços inoxidáveis, alumínios e metais macios como latão, bronze, titânio e cobre estão entre os metais usináveis mais populares. Embora aços e alumínios sejam os mais comumente usinados, cada família oferece diferentes propriedades físicas e pontos de preço.

• Alumínios: Metais macios, baixa densidade, não magnéticos, muito mais fáceis de usinar que aço. Devido à baixa resistência à tração, frequentemente ligados a outros materiais para acentuar propriedades físicas desejadas. Geralmente ~1/3 do peso do aço, oferecendo melhor relação resistência-peso. Úteis para alívio de peso. Melhores condutores térmicos e elétricos que aços.
• Aços: Metais base ferro ligados com carbono e outros metais, tipicamente manganês, fósforo ou enxofre. Mais fortes e duráveis que alumínios, mas mais pesados e difíceis de usinar sem ferramentas de metal duro ou especializadas, o que pode aumentar custos.
• Aços Inoxidáveis: Diferença principal é liga com cromo em vez de carbono. Enquanto aços padrão são suscetíveis a ferrugem e corrosão expostos a umidade e oxigênio, o cromo cria camada passiva de óxido de cromo na superfície, impedindo oxidação do ferro. Também inibe condutividade elétrica. Podem ser ligados com molibdênio, níquel ou titânio para aumentar resistência a corrosão e calor.
• Metais Macios: Latão, bronze, titânio, cobre oferecem ampla gama de características físicas atraentes para aplicações específicas. No entanto, metais macios — especialmente com alto teor de cobre — podem ser mais difíceis de usinar devido à alta ductilidade do cobre. Usinar metais macios pode contribuir para acúmulo de calor no local de corte, maior desgaste de ferramenta e galling (acúmulo gomoso na aresta de corte). Titânio especificamente é menos rígido que outros metais e requer fixação apertada da peça para garantir precisão. Todos estes fatores podem contribuir para maiores custos de usinagem para metais macios.

Acabamentos Superficiais e Pós-Processamento CNC

Após uma peça ser usinada, pode precisar passar por um ou mais processos de acabamento. Estes podem remover falhas estéticas, melhorar aparência, fornecer resistência e força adicionais, ajustar condutividade elétrica, e mais. Processos comuns de acabamento para peças usinadas são anodização, revestimento em pó e jateamento de esferas. Também é comum deixar peças como usinadas (as-machined) quando outros acabamentos não são necessários.

Opções Comuns de Acabamento CNC

• Anodização (alumínio): Processo eletroquímico onde ligas de alumínio ou titânio são submersas em banho eletrolítico para espessar a camada de óxido natural da peça usinada, tornando-a mais densa, eletricamente não condutiva e mais durável. Acabamentos anodizados prometem bom controle dimensional, ideais para aplicações de engenharia de alto desempenho, particularmente para cavidades internas e peças pequenas. Oferece um dos acabamentos mais esteticamente agradáveis para peças CNC, mas a um preço mais alto.
• Jateamento de Esferas (metal ou plástico): Usa sistema de ar pressurizado para disparar milhões de esferas de vidro na peça, removendo marcas de ferramentas e imperfeições, criando acabamento granular, fosco ou acetinado consistente. Não adiciona propriedades químicas ou mecânicas e, ao contrário do revestimento em pó que adiciona material, é um acabamento redutivo — remove material da peça. Consideração importante se a peça tem tolerâncias estritas. Um dos acabamentos mais acessíveis mas deve ser executado manualmente. Tamanho e grau das esferas afetam o acabamento final.
• Óxido Preto (aço, aço inoxidável, cobre): Processo de tratamento eletroquímico ou químico que cria óxido de ferro preto na superfície de metais ferrosos. Também chamado enegrecimento, oxidação ou passivação preta. Não simplesmente deposita camada de óxido preto; a reação química entre ferro no metal e solução de sal oxidante cria magnetita, óxido de ferro com aparência preta fosca. Melhora estabilidade dimensional e aparência estética enquanto reduz reflexão de luz da superfície, importante para aplicações envolvendo radiação. Oxidizar aço também pode ajudar afiar ferramentas como pontas de chave de fenda e brocas.
• Revestimento em Pó (todos metais): Similar a pintura spray. Peça recebe primer contra corrosão. Então é "pintada" com pó seco de revestimento de pistola eletrostática e curada em forno a pelo menos 200°C. Múltiplas camadas aumentam espessura do acabamento, criando camada protetora fina, forte, resistente a desgaste e esteticamente agradável. Pode ser combinado com jateamento de esferas para aumentar resistência à corrosão e criar maior uniformidade de textura e aparência. Ao contrário da anodização, acabamento em pó é compatível com todos metais, menos frágil, maior resistência a impacto. No entanto, geralmente oferece menos controle dimensional que acabamento anódico e não recomendado para componentes pequenos ou superfícies internas. Preço mais alto pode tornar grandes produções caras.
• Como Usinado (metal ou plástico): Não aplicar processos de acabamento a peças usinadas é chamado acabamento "as-machined" ou "as-milled". Peça terá pequenas marcas de ferramenta e imperfeições visíveis. Peças como usinadas têm as tolerâncias dimensionais mais apertadas e são extremamente acessíveis porque pós-processamento não é necessário. Ideal para aplicações onde integridade dimensional importa mais que estética. No entanto, sem acabamento ou revestimento protetor adicional, a dureza superficial de peças como usinadas as torna suscetíveis a arranhões, marcas e riscos.

Escolhendo os Materiais e Acabamento Certos

Selecionar materiais e opções de pós-processamento para sua peça depende muito de como e onde sua peça será usada. Considerações-chave de uso final para selecionar material e acabamento superficial incluem:

• Fatores Ambientais: Condições ambientais da aplicação final de uma peça desempenham papel significativo em determinar quais materiais e tratamentos são ideais. Calor, frio, chama, radiação UV, exposição a químicos ou autoclavagem, e mais devem ser considerados para garantir viabilidade da peça.
• Fatores Elétricos: Se uma peça requer propriedades condutivas ou isolantes é outra consideração crítica. Sabendo que sua peça deve conduzir eletricidade, pode selecionar material condutivo como cobre, enquanto Nylon 66 seria apropriado para bom isolante.
• Fatores Mecânicos: Peças destinadas a suportar cargas pesadas, desgaste ou outras forças externas precisam ser feitas de materiais que suportem essas forças. Identificar propriedades mais desejáveis ou necessárias — flexibilidade, resistência a impacto, resistência à tração ou compressão — ajuda equipes a identificar quais materiais são mais adequados.
• Considerações Estéticas: Embora estética possa ser prioridade secundária para algumas peças, não é o caso para muitos produtos de consumo. Algumas peças ou aplicações podem requerer materiais com opções estéticas particulares de cor, transparência ou acabamento superficial.
• Tolerâncias: Algum grau de variação entre peças é esperado na manufatura, e tolerâncias dimensionais referem-se à faixa de variação aceitável que peças viáveis devem cair. Tolerâncias mais apertadas são mais intensivas em mão de obra e custosas para alcançar repetidamente mas podem ser necessárias baseadas em como um componente é usado.

Projetando para Usinagem CNC

Projetar uma peça de alta qualidade que funcione como esperado é apenas metade do desafio. Você também deve ser capaz de usinar a peça de forma eficiente e econômica. Design para Manufaturabilidade (DFM) é o framework de processo que ajuda a integrar como uma peça será feita com o design da peça. DFM é crítico para manufatura e afeta tudo, desde cronogramas e custos de produção até eficiência operacional e qualidade da peça. As considerações de design mais comuns para usinagem CNC incluem:

Bolsões Profundos (Deep Pockets):

Recursos como bolsões profundos ou estreitos e fendas requerem ferramentas mais longas para usinar corretamente. No entanto, ferramentas de corte mais longas são mais propensas a quebrar e frequentemente menos precisas devido a vibrações de usinagem (chatter). Recursos profundos também tipicamente requerem vários cortes, aumentando tempo de usinagem e custos de produção — especialmente porque ferramentas menores provavelmente serão necessárias para passes de acabamento. Se fendas ou bolsões profundos devem ser usinados, procure reduzir a profundidade do recurso o máximo possível ou aumentar a área da seção transversal do bolsão. A profundidade de um bolsão ou fenda não deve exceder 3x o diâmetro da menor ferramenta necessária.

Regiões Estreitas (Narrow Regions):

Recursos estreitos limitam o tamanho de ferramentas de corte viáveis. Isso desafia fabricantes devido à suscetibilidade de ferramentas longas e de pequeno diâmetro a chatter e quebra. Assim como com recursos profundos, regiões estreitas não devem ser menores que 3x o diâmetro da menor ferramenta de corte. Minimizar a profundidade desses recursos permite usar ferramentas de corte mais curtas e de maior diâmetro, reduzindo chatter da máquina.

Cantos Internos Agudos (Sharp Internal Corners):

Fresas de topo CNC são circulares, dificultando usinar cantos internos agudos porque as brocas deixarão um raio de canto. Embora existam métodos de usinar cantos internos agudos, estes tendem a ser custosos. Em geral, cantos internos agudos devem ser evitados para peças usinadas. Raios de canto internos também devem ser maiores que o raio da ferramenta de corte pretendida. Projetando raios internos maiores que a ferramenta, a máquina cria transição suave entre paredes. Em contraste, raio interno do mesmo tamanho da ferramenta forçará a máquina a fazer mudança brusca de direção, resultando em acabamento menos suave.

Recursos Inacessíveis (Inaccessible Features):

Recursos como contra-alésagens — que abrem dentro de outro bolsão ou bolsões com ângulos negativos — podem representar desafio significativo para equipes de produção. Estes recursos de design levam consideravelmente mais tempo para usinar devido à dificuldade de permitir acesso da ferramenta de corte. É crítico garantir que ferramentas de corte possam acessar livremente todos os recursos de uma peça sem serem bloqueados por outro recurso.

Filetes Externos (Outside Fillets):

Filetes externos, ou cantos arredondados ao longo da borda superior de bolsões, bosses, fendas e outros recursos, requerem ferramentas de corte personalizadas suportadas por configuração de usinagem precisa — combinação que pode ficar cara rapidamente. Chanfrar ou biselar as bordas externas pode ajudar a evitar esses custos.

Espessura de Parede (Wall Thickness):

Paredes finas podem criar problemas para peças metálicas e plásticas e devem ser evitadas sempre que possível. Paredes finas de metal são mais propensas a chatter, impactando negativamente a precisão da peça e seu acabamento superficial. Peças plásticas com paredes finas também são mais propensas a empenar ou amolecer. Espessura mínima de parede para peças metálicas deve ser 0,03" (0,762 mm) e 0,06" (1,524 mm) para peças plásticas.

Furos de Fundo Chato (Flat-Bottomed Holes):

Furos com fundo chato não são apenas difíceis de usinar, mas também tendem a criar dificuldades para operações subsequentes. Em geral, equipes de produto devem evitar furos cegos com fundo chato em favor de brocas helicoidais padrão, que criam furos com fundo cônico.

Peças Rosqueadas (Threaded Parts):

Ao usinar roscas internas ou externas, existem algumas considerações de design diferentes.

Para roscas internas:

• Incluir chanfro no final de roscas internas.
• Reduzir o número de roscas sempre que possível. A maior parte da tensão de uma peça recai sobre as três primeiras roscas, então aumentar o número produz retornos decrescentes.
• Usar formas e tamanhos padrão.
• Optar por roscas grossas para manter custos baixos.

Para roscas externas:

• Incluir chanfro em todos os designs de parafusos.
• Evitar terminar próximo ao ombro de áreas com diâmetros grandes.
• Roscas externas torneadas devem ter ranhura de alívio.
• Usar roscas externas mais curtas a menos que a peça exija especificamente alta resistência de rosca.

Entradas e Saídas de Broca (Drill Entrances and Exits):

Se a superfície de uma peça de trabalho não é perpendicular ao eixo de uma broca, a ponta da broca vagará ao entrar em contato com o material. Para minimizar rebarbas de saída irregulares e agilizar o processo de remoção de rebarbas, garanta que recursos de furo tenham faces de início e fim perpendiculares ao eixo da broca.

Lista de Verificação para Redução de Custos

1. Mantenha peças simples
Peças com designs complexos ou processos de manufatura podem ter efeitos downstream. Complexidade pode aumentar tempo e custo de usinagem, introduzir oportunidades de erro, e dificultar para usuários finais entenderem o uso exato de componentes. Separar quais características e recursos de design são vitais para a viabilidade da peça daqueles que são desejáveis mas não críticos ajuda a remover complexidade desnecessária do design e operações de usinagem.

2. Projete com geometria de ferramenta e orientação de configuração em mente

Embora a maioria dos trabalhos de usinagem CNC requer mais de uma orientação de configuração, você vai querer manter o número de orientações por peça ao mínimo. Por exemplo, se você precisa virar uma peça de trabalho três vezes para as ferramentas de corte acessarem todos os recursos, isso vai aumentar custos porque cada configuração requer remontar a peça, zerar a máquina para estabelecer eixos corretos, e rodar novo programa G-code. Máquinas de 5 eixos serão mais capazes neste aspecto pois podem alcançar mais recursos sem requerer múltiplas configurações, embora dependa da geometria de uma peça particular.

Minimizar o número de ferramentas de corte necessárias é outra forma de reduzir custos. Tanto quanto possível, tente manter raios consistentes para que menos ferramentas sejam necessárias para usinar cantos internos. Da mesma forma, evite detalhes muito pequenos onde possível. Ferramentas de corte menores não conseguem cortar tão fundo na peça de trabalho e são mais propensas a quebrar. Tipicamente, os menores recursos internos usináveis são 0,0394" (1 mm), embora furos possam ir até 0,0197" (0,5 mm).

3. Equilibre suas tolerâncias

Escolha suas dimensões críticas cuidadosamente. Nem toda dimensão requer inspeção ou é crítica para a viabilidade da peça, então foque sua atenção nas mais essenciais. Determinar quão precisos recursos específicos precisam ser permitirá ajustar tolerâncias adequadamente, reduzir custos e agilizar o processo de manufatura. Certifique-se que tolerâncias ainda estão dentro de limites usináveis, aderem a padrões dados, e contabilizam empilhamento de tolerâncias.

Evite superdimensionar sua peça também. Desenhos de peça não claros derrotam o propósito de dimensionamento e tolerância geométrica, que é clarificar e agilizar comunicação. Na Fast Radius, recomendamos alinhar datum do desenho com sistema de coordenadas CNC, pois usar frames de referência de datum consistentes entre sistemas de usinagem e medição é mais provável de garantir peças localizadas com precisão.

Se possível, garanta que todos os datums — pontos, superfícies ou eixos usados como referências para medição — referenciem a mesma configuração. Se um datum foi usinado em configuração anterior, torna-se mais difícil manter tolerâncias apertadas após mudança de configuração. Finalmente, seja consciente sobre seus datums. Escolher datums de referência fáceis de medir facilitará a manufatura.

4. Adeque níveis de inspeção

Similar a equilibrar tolerâncias, aplicar estrategicamente os níveis certos de inspeção pode ajudar a reduzir custos e otimizar processos de produção. Opções típicas de inspeção podem incluir inspeção visual da peça, verificação de dimensões usando ferramentas manuais, ou inspeção de primeiro artigo (FAI) onde a primeira peça fabricada é verificada para garantir que todos requisitos foram atendidos. Inspeções mais profundas requerem mais tempo e mão de obra, aumentando custos de manufatura.

Aumentar o número de peças inspecionadas também aumentará custo de produção, então é importante selecionar o plano de amostragem certo para garantir confiança em todo o pedido. Na Fast Radius, nossa taxa de amostragem padrão baseia-se no ANSI ASQ Z1.4 Nível 2.

5. Projete para tamanhos de estoque comuns (common stock sizes)

Projetar peças para tamanhos de estoque comuns pode agilizar o processo de manufatura minimizando a quantidade de material que precisa ser removida da peça de trabalho. Por exemplo: se for aceitável que uma superfície da peça retenha seu acabamento de estoque — ou seja, se a superfície pode ser mais rugosa que 125 μin Ra — e não precisa ser usinada, você tem oportunidade de reduzir tempo de usinagem sem sacrificar qualidade da peça.

Por isso saber tamanhos de estoque comuns para vários materiais é importante. Metais, por exemplo, estão tipicamente disponíveis em várias formas de estoque, incluindo chapas, barras, tubos, que podem ser comprados segundo dimensões como comprimento, largura, espessura e diâmetro.

Lembre-se que tamanhos métricos são mais comumente disponíveis na Ásia, enquanto tamanhos imperiais são mais comuns nos EUA.

6. Minimize risco de deformação

Remover grande quantidade de material de uma peça de trabalho pode causar deformação do material. Isso requer processamento adicional durante usinagem para prevenir deformação, levando a custos maiores. Plásticos têm risco maior de deformação que metais.

7. Escolha seu material cuidadosamente

O material que você escolhe tem impacto significativo no custo total da peça. Por exemplo, metais são geralmente mais caros que plásticos. Evite superdimensionar suas peças e considere se um grau específico ou certificado de material é requerido. Se material genérico pode atender aos requisitos da peça ou múltiplos materiais podem ser aceitos, selecione o material menos caro para manter custos baixos.

A usinabilidade do material também deve ser considerada. Aços, por exemplo, são tipicamente mais difíceis de usinar, levando a custos maiores porque peças de aço levam mais tempo para usinar e aumentam desgaste das ferramentas de corte.

Aplicações Comuns para Usinagem CNC

Muitas indústrias confiam em processos de usinagem CNC para produzir peças confiáveis e precisas que atendem especificações precisas e requisitos regulatórios, incluindo setores aeroespacial, automotivo, dispositivos médicos, eletrônicos e manufatura de peças comerciais.

Peças aeroespaciais são mantidas a altos padrões de qualidade, teste e regulatórios para garantir função, ajuste e segurança adequados. Usinagem CNC é excelente para criar peças plásticas e metálicas com tolerâncias extremamente apertadas que satisfazem a necessidade do fabricante aeroespacial por incrível precisão e gama de peças altamente especializadas. O mesmo vale para componentes automotivos.

Usinagem CNC também pode criar variedade de dispositivos médicos, de implantes a implementos cirúrgicos a componentes para eletrônicos médicos. Cuidado e precisão são críticos ao produzir estes dispositivos e ferramentas, pois são mantidos a padrões adicionais de segurança e requisitos. Semicondutores e componentes eletrônicos também têm requisitos de precisão e tolerância incrivelmente rigorosos, dado seu tamanho e complexidade. Como processo, usinagem CNC tem poucas limitações de material, permitindo uso com materiais condutivos como silício. Muitas peças comerciais — de fundições e extrusões de alumínio a peças de aço e plástico — também podem ser usinadas.

Outra aplicação comum para usinagem CNC é ferramentaria (tooling), ou processo de criar vários componentes, ferramentas, máquinas e padrões mestres que serão usados em produção. Ferramentaria é parte integral de todo processo de manufatura e moldagem e abrange itens como moldes, gabaritos e dispositivos de fixação.

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