Como funciona uma máquina CNC e aplicações

As onipresentes máquinas CNC estão em uma infinidade de fábricas e oficinas de todos os tipos. Suas maravilhosas vantagens os tornaram máquinas quase essenciais para a usinagem de peças. Agora que você sabe o que são esses tipos de máquinas, o seguinte é saber como funciona uma máquina CNC, como as peças são usinadas, a linguagem de programação que utilizam, bem como as aplicações mais comuns dessas máquinas.

Como funciona uma máquina CNC: usinagem CNC ou controle numérico

A partir de projetos CAD (Computer-Aided Design ou Computer Aided Design) ou CAM (Computer-Aided Manufacturing ou Computer Aided Manufacturing), alguns leitura ou códigos de idioma com a qual a máquina CNC poderá seguir as rotas ou movimentos marcados para a usinagem da peça na ordem adequada para que se obtenha o resultado desejado. Ou seja, para que ao final do processo, a peça seja idêntica à do desenho computacional.

Em outras palavras, graças a esses códigos será possível mova a cabeça com a ferramenta de trabalho pelos eixos da máquina. Claro que a ferramenta pode ser diferente de uma máquina para outra, algumas até possuem um cabeçote multiferramentas para alternar entre várias e oferecer maior flexibilidade de trabalho. Por exemplo, pode haver ferramentas de corte, ferramentas de perfuração, ferramentas de fresagem ou torneamento, ferramentas de soldagem, ferramentas de localização, etc.

Controle de movimento

As máquinas CNC têm dois ou mais endereços programáveis (eixos). Geralmente são 3 (X, Y, Z), embora às vezes possam ter mais como vimos no artigo anterior, além de permitir rotações (os eixos rotativos são chamados de A, B, C). Dependendo do número de eixos, você pode realizar usinagens mais ou menos complexas. Quanto mais eixos, maior o grau de liberdade de movimento, para que pudesse fazer esculturas muito mais complexas.

Pára movimento de controle Destes eixos podem ser utilizados dois tipos de sistemas que podem trabalhar individualmente ou em conjunto:

Valores absolutos (código G90): neste caso as coordenadas do ponto de destino referem-se ao ponto de origem das coordenadas. São utilizadas as variáveis X (medição do diâmetro final) e Z (medição no sentido paralelo ao eixo de rotação do fuso).
Valores incrementais (código G91): neste outro caso as coordenadas do ponto de destino referem-se ao ponto atual. São utilizadas as variáveis U (distância radial) e W (medida em direção paralela ao eixo de rotação do fuso).

Acessórios programáveis

Somente com um controle de movimento a máquina CNC não pode ser usada. Portanto, as máquinas deve ser programado de outras maneiras. O tipo de máquina CNC está, de fato, intimamente relacionado ao tipo de acessórios programáveis que ela possui. Por exemplo, dentro da usinagem você pode ter funções programáveis específicas como:

troca automática de ferramenta: em alguns centros de usinagem multiferramentas. O cabeçote pode ser programado para usar a ferramenta necessária em cada caso sem ter que colocá-la manualmente no fuso.
Velocidade e ativação do fuso: A velocidade do fuso em rotações por minuto (RPM) também pode ser programada, incluindo o sentido de rotação (horário ou anti-horário), bem como parar ou ativar.
Refrigerante: Muitas máquinas de usinagem que trabalham com materiais duros, como pedra ou metal, precisam de um refrigerante para não superaquecer. O refrigerante também pode ser programado para ligar ou desligar durante o ciclo de trabalho.

programa CNC

As máquinas CNC podem ser programadas, como vimos, mas o fazem por métodos diferentes que você deve saber ao operar com um deles:

manual: inserindo as informações desejadas em um prompt de comando. Para isso, é necessário conhecer um código alfanumérico padronizado, como o das normas DIN 66024 e DIN 66025.
Automático: é o caso mais usual atualmente, e é realizado por meio de um computador conectado à máquina CNC. Uma pessoa poderá modificar os dados por meio de software, sem precisar conhecer os códigos, pois o próprio programa se encarregará de traduzi-los em instruções compreensíveis para a máquina CNC. Isso é feito através de uma linguagem chamada APT, que por sua vez será traduzida em binário (zeros e uns) para que o microcontrolador da máquina CNC possa entendê-lo e traduzi-lo em movimentos.

Atualmente, existem também algumas outras máquinas CNC mais avançado e fácil de usar, como os automáticos que podem precisar de ainda menos intervenção humana.

Exemplo de programa CNC. Fonte: Researchgate

O chamado programa CNC, que é escrito em um linguagem de baixo nível chamada G e M (padronizado pelo ISO 6983 y EIA RS274) e composto por:

códigos G: instruções genéricas de movimento. Por exemplo, G pode avançar, mover radialmente, pausar, dar um ciclo e assim por diante.
códigos M: que não correspondem a movimentos ou diversos. Exemplos de M podem ser iniciar ou parar o fuso, trocar a ferramenta, aplicar refrigerante, etc.
N: o programa é dividido em fases ou blocos de instruções que serão encabeçados pela letra N. Cada bloco é numerado, pois as ações de usinagem são executadas sequencialmente. A máquina respeitará a numeração.
Variáveis ou endereços: O código também contém esses tipos de valores, como F para velocidade de avanço, S para velocidade do fuso, T para seleção de ferramenta, I, J e K para localizar o centro de um arco, X, Y e Z para o movimento de eixos, etc

Tudo vai depender do tipo de máquina. Por exemplo, uma máquina CNC para dobra de chapas metálicas não é a mesma para corte. O primeiro não possui fuso e não requer refrigeração.

Tabela de exemplo de código G e M

Se você olhar para a tabela acima, podemos use um exemplo bloco para explicar o que acontece. Por exemplo, imagine que você tenha o seguinte código ou programa CNC:

N3 G01 X12.500 Z32.000 F800

Este pequeno trecho de código CNC estaria dizendo à máquina CNC, uma vez traduzida em binário, para fazer as seguintes ações:

N3 indica que é o terceiro bloco a ser executado. Portanto, haveria dois blocos anteriores.
G01: realizar um movimento linear.
X12.500: moveria 12.5 mm ao longo do eixo X.
Z32.000: deslocar-se-ia 32 mm ao longo do eixo Z. Neste caso não haveria movimento em Y.
F800: Um avanço é feito a uma velocidade de 800 mm/min.

Linguagem APT

Além disso, a linguagem adequada é uma linguagem de programação que será utilizada como um código intermediário entre a anterior e o código de máquina (código binário) compreensível pelo MCU. Foi desenvolvido no laboratório do MIT, por Douglas T. Ross. Naquela época, em 1956, era usado para controlar servomecanismos, mas seu uso agora se espalhou e se tornou um padrão internacional para controle numérico.

Foi considerado um antecessor do CAM, e é semelhante a outras linguagens como FORTRAN. Esse código será transformado por software de computador em uma série de instruções binárias que serão carregadas na memória do microcontrolador da máquina CNC para que possa executá-las, gerando sinais elétricos de controle para movimentar os motores e ferramentas.

Esta linguagem APT pode controlar muitos parâmetros da máquina CNC:

Velocidade do fuso (RPM)
Eixo ligado ou desligado
Rotação
parada programada
resfriamento
Movimentos em todas as direções possíveis (XYZ e ABC)
Temporização
repetir ciclos
trajetórias
Etc.

É claro que quem opera máquinas CNC não precisa conhecer essa linguagem APT, pois o software atual é bastante intuitivo e permite fácil controle, traduzindo de forma transparente o APT para o usuário criar a peça que foi projetada em o arquivo CAD/CAM. No entanto, nunca é demais saber que ele existe e o que é.

Hoje em dia, as modernas máquinas CNC já possuem interfaces gráficas com telas sensíveis ao toque e computador integrado que facilita muito seu uso. Eles são extremamente intuitivos e não precisam de muito aprendizado. Através de um pen drive ou memória USB, eles permitirão carregar o desenho da peça, para que ela possa ser desenhada em outro computador independente.

controlador cnc

El controlador cnc Será o encarregado de interpretar o programa CNC, seus comandos em ordem sequencial, e realizará os movimentos e funções necessárias, entre outras coisas.

Programa CAM/CAD

Un Software CAD ou CAM Ele será usado para criar o projeto ou modelo do que se pretende fabricar. O software atual já permite passar deste tipo de formatos para um programa CNC automaticamente.

sistema DNC

Quanto a DNC (Controle Numérico Direto), é um termo que se refere a um computador conectado por uma rede a uma ou mais máquinas CNC. Desta forma, o programa CNC pode ser transferido para as máquinas, seja por Ehternet, ou por portas mais clássicas e rudimentares como as portas seriais RS-232C, que ainda são utilizadas em muitas máquinas industriais.

Aplicações de máquinas CNC

máquinas cnc eles têm mais aplicações do que você imagina. Grande parte da indústria e oficinas, das menores às maiores, dependem de uma ou mais dessas equipes. Eles podem até ser usados em casa para certos trabalhos de bricolage para fabricantes.

Lazer (faça você mesmo e fabricantes)

Muitos fabricantes têm pequenas máquinas CNC de vários tipos em casa para fazer alguns projetos DIY. Também pode ser usado por indivíduos para realizar determinadas tarefas em casa:

Faça peças de bijuterias.
Usinagem de materiais para criar peças ou componentes.
Crie peças para reparar veículos ou outros tipos de equipamentos quando as peças de reposição não forem mais vendidas.
Faça trabalhos artísticos ou gravuras.

Oficinas e indústria manufatureira

Naturalmente, no setor profissional, tanto em oficinas como em fábricas, também é muito comum ver máquinas CNC, tanto para carpinteiros, oficinas, fabricação de peças, indústria têxtil, setor aeronáutico, decoração, marcenaria, etc. Por exemplo:

Corte a laser de chapas metálicas.
Soldagem a plasma.
Pick & Place, ou para colocar peças ou componentes diretamente em seu local de montagem.
Curvatura de barras, tubos, chapas…
Perfuração.
Torneamento ou fresagem de madeira.
Fabricação de peças personalizadas.
Modelagem ou manufatura aditiva.
Criação de implantes ou próteses para uso médico.
Gravuras.
Etc.

Indústria de eletrônicos

Menção especial merece as máquinas CNC que também têm sido utilizadas em um setor tão competitivo e avançado como o de indústria de eletrônicos e semicondutores. Essas máquinas podem executar um grande número de tarefas, como:

Corte de wafer semicondutor.
Fabricação de dissipadores de calor em blocos de cobre ou alumínio.
Criação de invólucros/estruturas para computadores, televisores, telemóveis, etc.
Pick & Place para colocar componentes de montagem em superfície em uma placa PCB no lugar para soldagem subsequente.
Soldagem.
Gravação a laser de marcas e logotipos.
Para moldar as lentes.
Etc.

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