Fundamentos de CNC: Dominando o Controle Numérico Computadorizado

Unidade 1: Introdução ao CNC

O que é CNC?

CNC significa Controle Numérico Computadorizado (Computer Numerical Control). É a automação de ferramentas de máquina operadas por comandos programados precisamente, codificados e executados por um computador, em oposição ao controle manual via volantes ou alavancas.

Como Funciona

Em sistemas CNC modernos, o projeto de componentes de ponta a ponta é altamente automatizado usando programas de CAD (Desenho Assistido por Computador) e CAM (Manufatura Assistida por Computador). A série de passos para produzir qualquer peça é altamente automatizada e produz peça que corresponde fielmente ao projeto CAD original.

Nas máquinas CNC, o papel do operador é minimizado. O operador apenas insere o programa de instruções no computador, carrega as ferramentas necessárias na máquina, e o resto é feito automaticamente pelo computador. O computador direciona a ferramenta de máquina a realizar várias operações de usinagem conforme o programa inserido.

A tecnologia CNC pode ser aplicada a ampla variedade de operações: desenho, montagem, inspeção, trabalho em chapas metálicas, etc. Mas é mais proeminentemente usada para processos de usinagem de metais como torneamento, furação, fresamento, plaina, etc. Devido ao CNC, todas as operações de usinagem podem ser realizadas em alta velocidade, tornando a fabricação em larga escala muito mais barata.

Princípio de Funcionamento

A máquina CNC compreende o computador no qual o programa é inserido para corte do metal da peça conforme requisitos. Todos os processos de corte e dimensões finais são inseridos no computador via programa. O computador sabe exatamente o que fazer e executa todos os processos. A máquina CNC funciona como um robô, que deve ser alimentado com o programa e segue todas as instruções.

Não é preciso se preocupar com a precisão; todas as máquinas CNC são projetadas para atingir precisões muito próximas. Hoje, para a maioria dos trabalhos de precisão, máquina CNC é obrigatória. Quando o trabalho termina, nem precisa remover a peça; a máquina faz isso e pega a próxima por conta própria. Assim, a máquina pode fabricar 24 horas por dia sem muita monitoração, apenas alimentando o programa inicial e suprindo matéria-prima.

Evolução Histórica

Desde os primórdios da manufatura, buscou-se aumentar precisão dimensional e velocidade de produção. Simplificando, controle numérico é método de operar automaticamente uma máquina de manufatura baseada em código de letras, números e caracteres especiais. Conforme evoluíram, a aplicação de computadores digitais para controle de equipamentos foi realizada. Computadores logo foram usados para controle direto de ferramentas de máquina. O circuito integrado levou a computadores pequenos para controlar máquinas individuais, nascendo a era de Controle Numérico Computadorizado (CNC). Esta era tornou-se tão sofisticada que é o método preferido em quase todas as fases da manufatura de precisão, particularmente usinagem. Requisitos dimensionais de precisão, base dos processos de usinagem, são candidatos ideais para sistemas de controle computadorizado. CNC agora aparece em muitos outros tipos de processos de manufatura. Uma vantagem distinta do controle computadorizado de ferramentas de máquina é posicionamento rápido e de alta precisão de peça e ferramentas de corte.

Cenário Atual

Hoje, ferramentas de máquina manuais foram amplamente substituídas por máquinas CNC. As ferramentas são controladas eletronicamente, não manualmente. Máquinas CNC podem produzir a mesma peça repetidamente com pouca variação. Máquinas CNC modernas posicionam ferramentas de corte e peças em taxas de avanço de várias centenas de polegadas por minuto, com precisão de 0,0001" (0,0025 mm). Uma vez programação completa e ferramentas configuradas, podem rodar dia e noite, semana após semana, sem cansar, com apenas manutenção de rotina e manutenção de ferramentas de corte. São vantagens óbvias sobre máquinas manuais, que precisam de grande interação humana. Avanços de corte e velocidades de fuso podem ser otimizados via instruções de programa. Máquinas CNC modernas têm porta-ferramentas de torre ou correia e algumas comportam mais de 150 ferramentas. Troca de ferramenta leva menos de 15 segundos.

Máquinas CNC são altamente produtivas. Também são caras para comprar, configurar e manter. Porém, a vantagem de produtividade compensa facilmente se o uso for bem gerenciado. Uma vantagem crucial do CNC é a capacidade de programar a máquina para fazer diferentes trabalhos. Seleção e troca de ferramentas sob controle do programa é extremamente produtiva, com pouco tempo perdido aplicando ferramenta ao trabalho.

Um programa desenvolvido para uma tarefa pode ser usado para curta produção de uma ou poucas peças. A máquina pode então ser configurada para novo trabalho e usada para longas produções de centenas ou milhares de unidades. Pode ser interrompida, usada para o trabalho original ou outro novo, e rapidamente retornada à longa produção. Isso torna a máquina CNC extremamente versátil e produtiva. CAD (Desenho Assistido por Computador) tornou-se método preferido de projeto e desenvolvimento de produto. A conexão entre CAD e CNC foi lógica. Um projeto de peça no computador pode ir diretamente ao programa usado para desenvolver informações de controle CNC. Uma máquina de manufatura CNC pode então fazer a peça. O computador é extremamente útil para auxiliar o programador CNC no desenvolvimento de programa para fabricar peça específica. Sistemas CAM (Manufatura Assistida por Computador) são agora padrão da indústria para programação. Quando CAD, CAM e CNC são integrados, a maior capacidade emerge, produzindo peças extremamente difíceis ou impossíveis de fazer por métodos manuais.

Sistema de Coordenadas Cartesianas

O movimento CNC baseia-se no sistema de coordenadas cartesianas. Uma máquina CNC não pode ser operada com sucesso sem entender como os sistemas de coordenadas são definidos na máquina CNC e como trabalham juntos.

Para entender totalmente a programação de controle numérico, deve-se entender eixos e coordenadas. Pense em uma peça que você faria. Você poderia descrevê-la a outra pessoa por sua geometria. Ex: a peça é um retângulo de 5 por 8 polegadas. Todas as peças podem ser descritas assim. Qualquer ponto na peça usinada, como um bolso a ser fresado ou furo a ser furado, pode ser descrito em termos de sua posição. O sistema que permite isso é chamado de sistema de coordenadas Cartesianas ou retangulares.