A fabricação moderna de produtos requer processos e técnicas que garantam precisão e exatidão devido à crescente complexidade do design do produto. Como resultado, há uma corrida pelo desenvolvimento e inovação nas técnicas de produção, especialmente na introdução da automação.
Devido à automação, a usinagem CNC é um processo de fabricação comum conhecido por sua precisão, exatidão e capacidade de criar designs de produtos complexos. Este artigo explica os fundamentos da usinagem CNC, seu processo, aplicação e benefícios.
O que significa Controle Numérico Computadorizado (CNC)?
O controle numérico computadorizado (CNC) envolve o controle de uma máquina-ferramenta usando um microcomputador conectado à ferramenta. O microcomputador pode fazer 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 passa as instruções para a máquina-ferramenta. Portanto, a usinagem CNC não requer operação manual e, portanto, é adequada para produzir peças sem defeitos, independentemente da complexidade do projeto do produto.
O que é usinagem CNC?
A usinagem CNC é um processo de fabricação subtrativo que envolve a remoção de partes de uma peça para criar um produto. São usadas instruções de um modelo CAD. A máquina CNC remove partes da peça por meio de operações de usinagem como torneamento, furação ou fresamento de acordo com códigos (código G e código M) recuperados do modelo CAD que contém instruções sobre os parâmetros de usinagem.
O processo de usinagem CNC é compatível com muitos metais, plásticos, madeira e materiais compósitos. Além dos processos de fabricação aditiva e formativa, como impressão 3D e moldagem por injeção, é um processo padrão para produção de peças. Porém, a usinagem CNC apresenta algumas vantagens sobre esses métodos, como: B. uma alta tolerância. Continue lendo.
4 etapas principais para o processo de usinagem CNC
Independentemente do seu processo de usinagem CNC, a usinagem CNC consiste em quatro etapas básicas. Abaixo está um guia passo a passo de como geralmente funciona:
Passo 1: Prepare um modelo CAD
É criado um projeto de modelo 2D ou 3D do produto. Existem muitos softwares adequados para este processo, sendo o AutoCAD e o SolidWorks particularmente populares. Além disso, é possível converter projetos 2D em projetos 3D dependendo dos requisitos do produto.
Embora alguns projetos de produtos possam ser simples, alguns modelos CAD podem exigir habilidades avançadas para serem criados, especialmente para projetos de produtos complexos.
O modelo CAD deve ser projetado adequadamente e mostrar facilmente ao operador características importantes como tolerâncias, linhas de projeto, roscas e outros parâmetros para uma operação de usinagem eficaz.
Passo 2: Converter para formato compatível com CNC
As máquinas CNC não entendem o modelo CAD. Portanto, é necessário converter o modelo CAD em um formato compatível com CNC para que a máquina possa interpretá-lo. Para esta etapa, você pode usar software CAM como AutoCAD, Fusion 360 ou outros serviços de software online.
Este software pode ser convertido para um formato compatível com CNC e instruir a máquina CNC sobre parâmetros como movimento rotativo e linear, sequência de corte, caminho da ferramenta, peça de trabalho, velocidade da máquina, etc.
Etapa 3: execução da configuração
Isso envolve escolher o tipo certo de máquina CNC e configurar certas operações antes do início do processo de usinagem. A escolha da máquina certa depende da peça, da complexidade do design do produto e do custo. A peça de trabalho é então montada na máquina.
Etapa 4: edite a peça
O operador instala as ferramentas de corte necessárias e inicia o processo. O processo é automatizado e funciona até que o programa de computador o considere concluído. Durante e após o processo de usinagem, os maquinistas realizam diversos níveis de inspeção de garantia de qualidade.
O importante papel dos maquinistas na usinagem CNC
Embora o processo de usinagem CNC seja automatizado, existem maquinistas CNC que cuidam dos erros esperados e inesperados. Abaixo estão as funções importantes dos maquinistas CNC:
- Encontre especificações do produto.
- Leia plantas, esboços e arquivos CAD/CAM.
- Crie modelos CAE.
- Alinhe e ajuste ferramentas de corte e outros materiais da máquina.
- Instalar, utilizar e desmontar máquinas-ferramentas CNC.
- Observe a velocidade da máquina.
- Inspecione e teste produtos acabados quanto a defeitos.
- Certifique-se de que uma peça esteja alinhada com o modelo CAD.
Tipos de máquinas CNC
Cada processo de usinagem CNC possui sua própria máquina. Por exemplo, as máquinas para fresamento CNC são chamadas de fresadoras CNC e as para torneamento CNC são chamadas de tornos CNC. Porém, o tipo de máquina CNC é mais o eixo sobre o qual elas podem se mover e girar. Aqui estão os mais comuns usados na fabricação de peças:
Máquinas CNC de 2 eixos
As máquinas CNC de 2 eixos só podem usinar uma peça nos eixos X e Z, ou seja, vertical e horizontal. Portanto, são as máquinas CNC mais simples utilizadas na fabricação de peças.
Máquina CNC de 3 eixos
As máquinas CNC de 3 eixos estão um passo à frente das máquinas CNC de 2 eixos porque podem se mover nos eixos X, Y e Z. São as máquinas mais utilizadas na usinagem CNC. No entanto, pode haver limitações ao usinar peças com designs complexos. Isso se deve à falta de rotação.
Máquinas CNC de 4 eixos
A máquina CNC de 4 eixos possui um fuso que pode se mover ao longo dos três eixos. Simplificando, a máquina pode mover-se para cima e para baixo, lateralmente e para frente e girar ao longo dos eixos X e A. Tudo isso acontece sem que a peça se mova. Devido à sua velocidade, precisão e exatidão, estas são as máquinas CNC mais utilizadas para usinagem de peças complexas.
Máquinas CNC de 5 eixos
Uma máquina CNC de 5 eixos possui um fuso e uma ferramenta de corte que pode se mover de forma semelhante a uma máquina de 4 eixos. No entanto, ao contrário da máquina de 4 eixos, elas podem girar ao longo de dois dos três eixos. São consideradas as máquinas CNC multieixos mais completas porque podem aproximar-se da peça de todas as direções sem ter que reposicioná-la manualmente durante a usinagem. A usinagem CNC de 5 eixos permite a usinagem perfeita de peças complexas e de precisão.
3 softwares de suporte comuns para usinagem CNC
Dependendo das necessidades do processo de usinagem CNC, um ou mais dos programas de software listados abaixo são utilizados para cada usinagem:
1. Software CAD
O software CAD permite aos usuários criar modelos 2D e 3D de componentes físicos usados no desenvolvimento e fabricação de produtos. Além disso, servem para fornecer aos fabricantes dados de projeto. Os exemplos incluem AutoCAD (2D e 3D), Inventor (3D), Blender e SketchUp.
2. Software CAM
O software CAM é adequado para criar códigos G a partir de modelos CAD para esses controles de máquinas CNC. Consequentemente, uma máquina CNC possui automação. Os principais exemplos incluem Fusion 360, SolidWorks e AutoCAD.
3. Software CAE
O software CAE permite que os designers de produtos repliquem o desempenho de um produto pretendido. Isso lhes permite melhorar os projetos de produtos e ajudar os engenheiros a resolver problemas técnicos. Os exemplos incluem análise de elementos finitos, dinâmica multicorpo e dinâmica de fluidos computacional.
Diferentes tipos de operações de usinagem CNC
A usinagem CNC inclui diversas técnicas que removem subtrativamente uma parte de uma peça para produzir o produto desejado. Porém, o tipo de remoção depende do procedimento. As operações comuns de usinagem CNC na fabricação de peças incluem:
Perfuração CNC
A perfuração CNC envolve fazer furos cilíndricos em uma peça estacionária usando uma ferramenta de corte rotativa. É uma importante operação de usinagem CNC na fabricação de produtos que necessitam de montagem de peças.
Fresamento CNC
O fresamento CNC é o método de usinagem mais comum que utiliza 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 complexidade da máquina CNC.
Torneamento CNC
O torneamento CNC é um processo de usinagem no qual um produto é girado e simultaneamente alimentado a uma ferramenta de corte para produzir a peça usinada.
Outras operações de edição
- Moer
- Ressalto
- Lapidação
- serras
- Afiar
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.
–Material composto: Epóxi, fenóis, fibra de vidro e fibra de carbono.
–Madeira: Madeira nobre e compensado.
–Espuma: Espuma dura e esculpida.
A usinagem CNC é compatível com muitos materiais. No entanto, antes de escolher um material CNC, você deve considerar o seguinte:
- dureza
- Propriedades mecânicas
- Funções parciais
- Tolerância dimensional
- temperatura operacional
- Custo
Quais são as vantagens da usinagem CNC?
A usinagem CNC é amplamente utilizada na fabricação de peças industriais devido a diversas vantagens. Abaixo estão algumas vantagens do processo em relação a outros processos de fabricação.
Exatidão e precisão
A usinagem CNC é precisa e permite que os fabricantes de produtos produzam peças de acordo com o projeto pretendido. Além disso, possui alta precisão e tolerância; portanto, você pode produzir diferentes lotes de um produto sem perder a precisão. Além disso, um processo automatizado reduz erros durante o processamento.
Rápido e eficiente
Você pode receber uma peça usinada CNC em poucos dias. Portanto, trata-se de eficiência de produção. Porém, velocidade e eficiência dependem do tipo de máquina CNC e da complexidade do produto.
Eficácia de custos
A usinagem CNC tem altos custos de investimento inicial. No entanto, os custos operacionais são menores. Além disso, a alta taxa de produção, pouco ou nenhum erro humano e os baixos custos de produção aumentam a eficiência de custos. Além disso, a maioria das operações de usinagem exige menos treinamento e a maior parte do treinamento está disponível online.
Melhores habilidades
A maioria das máquinas CNC pode transportar muitas ferramentas para diferentes finalidades. Além disso, possuem software sofisticado que lhes permite trabalhar em diversos produtos e peças complexas. Portanto, eles melhoraram as capacidades e a compatibilidade com peças de diferentes tamanhos, formas ou texturas.
Grande seleção de materiais compatíveis
As operações de usinagem são compatíveis com uma grande base de material. Exemplos comuns incluem metal, plástico e materiais compósitos.
Processos de fabricação alternativos à usinagem CNC
A usinagem CNC é um processo versátil amplamente aceito na fabricação de peças e produtos. No entanto, às vezes não é necessariamente o melhor método. Aqui estão vários métodos alternativos que você pode considerar:
impressao 3D
A impressão 3D é um processo de fabricação aditiva que derrete, deposita e solidifica um material de acordo com as instruções de um CAD ou modelo digital 3D. Assim como a usinagem CNC, ela é automatizada. No entanto, ao contrário da usinagem CNC, é mais adequado para projetos simples.
Moldagem por injeção
A moldagem por injeção é um processo de fabricação de plástico no qual o material é derretido e injetado em um molde preparado e solidificado. Funciona pelo mesmo mecanismo que outros processos de fabricação, por ex. B. Moldagem por sopro, sobremoldagem e moldes de inserção. É uma parte importante da produção em massa de produtos.
fundido
A fundição sob pressão é semelhante à moldagem por injeção. No entanto, é adequado para metais como o alumínio. O metal é derretido e injetado em um molde preparado. O processo de moldagem por injeção pode ser baixo ou alto dependendo da qualidade do produto.
Uma breve história da usinagem CNC
Antes da era eletrônica, os designers criavam peças manualmente ou com máquinas operadas manualmente. Os processos de fabricação utilizados naquela época eram limitados em termos de exatidão, precisão, adequação para produtos complexos e, o mais importante, produção em massa de produtos. Portanto, houve pesquisa e desenvolvimento para introduzir novos processos de fabricação.
John T. Parsons teve sua primeira visão sobre controle numérico em colaboração com o MIT na década de 1940, quando desenvolveu máquinas de controle numérico no departamento de produção de peças da Força Aérea dos EUA. Essas máquinas permitem que os fabricantes controlem um conjunto de ferramentas usando instruções de cartões perfurados. No entanto, eles ainda carecem de automação completa. Portanto, foram utilizados na presença de operadores.
Com a invenção de computadores mais rápidos, as máquinas CNC passaram a utilizar códigos digitais em vez de cartões perfurados para controlar as máquinas-ferramentas. A usinagem CNC pode produzir peças com mais rapidez e precisão do que o sistema de usinagem anterior.
Concluindo
A usinagem CNC é um processo amplamente aceito na fabricação de peças e produtos devido à sua exatidão, precisão e tolerância. Portanto, é fácil para designers e fabricantes de produtos criarem produtos de complexidade variada.
Perguntas frequentes
O que são Código M e Código G?
Por um lado, os códigos G são uma série de códigos que fornecem instruções a uma máquina CNC para seus movimentos. Por outro lado, o código M realiza as operações não cortantes da máquina.
Quais são os maiores desafios da usinagem CNC?
A personalização não é particularmente fácil com a usinagem CNC. Como primeiro passo, os maquinistas devem modificar os arquivos CAD para fazer pequenos ajustes nos produtos acabados. Além disso, devido aos avanços tecnológicos, só é possível que um operador experiente escreva os programas.
Em quais indústrias a usinagem CNC é usada?
A usinagem CNC é usada em muitas indústrias de manufatura. As indústrias onde este processo de fabricação é comumente usado incluem automotiva, aeroespacial, militar, defesa, marinha e médica.
Que terminologias se aplicam à usinagem CNC?
As terminologias comuns em usinagem CNC incluem:
-CAD: software auxiliado por computador
-CAM: Fabricação auxiliada por computador
-CAE: Engenharia auxiliada por computador
-DNC: Controle numérico distribuído
-G-Code: códigos geométricos
-Código M: Vários códigos de máquina
Quais são as tendências na indústria de usinagem CNC?
As tendências na indústria de usinagem CNC incluem a automação total do processo, a adição de mais eixos às máquinas CNC e o desenvolvimento de mais recursos para fácil personalização.
