Máquinas CNC: guia para controle numérico

Os As máquinas CNC invadiram muitos setores industriais e oficinas de todos os tipos, e ultimamente também em uma de suas variantes mais promissoras: impressoras 3D. Graças a ele, os materiais podem ser trabalhados de várias maneiras, com absoluta precisão, rapidez e resultados difíceis de serem alcançados por procedimentos manuais. Essas são apenas algumas das vantagens desses sistemas que descreveremos aqui.

O que é CNC

CNC (controle numérico computadorizado), ou controle numérico computadorizado em inglês, É um sistema difundido na engenharia para processar materiais e peças com intervenção humana mínima. A técnica CNC deriva do controle numérico, um sistema automatizado de máquinas operatrizes que são operadas por meio de comandos por meio de volantes ou alavancas. No entanto, essas máquinas evoluíram e agora permitem seu controle por meio de software e computador para automatizar ainda mais o processo e oferecer melhor desempenho.

A operação desses sistemas CNC é bastante simples de entender. Baseia-se na usinagem de uma peça através do uso de coordenadas que especificarão o movimento da ferramenta (corte, furação, fresagem, soldagem...). Semelhante ao funcionamento de uma impressora 3D, que também poderia ser entendida como uma máquina CNC, só que ao invés de usinar, o que ela faz é adicionar camadas de material para construir uma peça.

E assim como as impressoras 3D, você pode ter vários eixos, como o X, Y e Z, podendo realizar deslocamentos longitudinais, verticais e transversais respectivamente. Através de alguns Servo Motors e / ou motores de passo, a ferramenta será movida para o ponto exato indicado pelo software do computador, e a usinagem será realizada de forma rápida e com a mais alta precisão.

Antes da invenção do CNC, era necessária mão de obra para manusear as ferramentas manualmente, mas as possíveis falhas poderiam comprometer a qualidade, repetibilidade, custos e diminuição da produção. Por exemplo, imagine um funcionário de uma fábrica de alumínio que deseja perfurar esquadrias para uma janela. Esta tarefa requer que:

O operador pega a peça.
Coloque-o na mesa de trabalho.
Coloque a broca apropriada na furadeira.
E perfurar.

Isso para fazer um único furo não é um problema, mas imagine que centenas ou milhares deles precisam ser feitos para manter uma produção considerável e no menor tempo possível, além de todos os furos serem iguais. Nesse caso, a força de trabalho não é adequada, e é aí que máquinas cnc trouxe grandes melhorias para a indústria. Neste caso, os passos seriam:

Certifique-se de que a máquina esteja alimentada com material (às vezes eles podem até ter alimentação automática).
Inicie com a programação necessária (pode ser necessária apenas uma vez e indique o número de repetições).
E ela se encarregará de fazer as perfurações com precisão e repeti-las quantas vezes forem necessárias, sem a necessidade de intervenção do operador.

Além disso, pode trabalhar mais rápido que um operador e não se cansa, então todas são vantagens para a indústria ou oficina.

O que são máquinas CNC e como funcionam?

Uma A máquina CNC é um tipo de máquina de usinagem operada por controle numérico computadorizado.. Desta forma, a automação do processo é alcançada através do estabelecimento de coordenadas precisas para corte, soldagem, fresagem, moldagem, retificação, colocação de peças, etc., de todos os tipos de materiais, desde os macios como polímeros, espumas, MDF ou madeira, até mesmo mais duros, como mármore, metal, rochas, etc.

Da mesma forma, as máquinas CNC permitem um sofisticado sistema de feedback que monitora e ajusta constantemente a velocidade e a posição das ferramentas utilizadas na usinagem, sem a necessidade de manutenção manual tão frequente. Mesmo alguns mais avançados possuem sistemas inteligentes para detectar problemas, controlar a qualidade da obra ou peça, etc., ou serem interligados se for uma indústria 4.0.

É importante notar que algumas máquinas CNC eles funcionam de forma diferente:

controle ponto a ponto: Neste tipo de máquinas CNC, serão estabelecidos os pontos inicial e final de cada caminho.
controle paraaxial: neles é possível controlar a velocidade de movimento das peças.
controle de interpolação: eles realizam usinagem de qualquer maneira paralela aos seus eixos.

Embora estes não sejam os tipos de máquinas cncAbordaremos isso com mais detalhes em postagens futuras.

História

A primeira usinagem que começou a ser feita era totalmente manual, utilizando vários tipos de ferramentas rudimentares que foram avançando aos poucos. A partir de início do século XX, a indústria deu um grande salto em direção às máquinas acionadas por força motriz para economizar esforço manual, aumentando a produtividade e a eficiência.

Estas máquinas ainda não tinham deslocado significativamente a mão de obra, que ainda era muito importante. Isso implicava que a produção de uma peça demorava mais, tinha custos mais altos e margens de lucro menores, e a qualidade e precisão obtidas não eram homogêneas em todas as peças produzidas.

No Anos 40 y 50, Máquinas de controle numérico começam a ser desenvolvidas nos Estados Unidos. John T. Parsons, um engenheiro na época, modificaria uma fresadora na época para que ela pudesse ser controlada pela entrada de cartões perfurados, o precursor da memória e do software de hoje. Dessa forma, as máquinas obtinham informações sobre os movimentos exatos que tinham que fazer para usinar a peça e não precisavam de tanta intervenção humana para acionar alavancas, volantes, etc.

Aquela máquina de Parsons se tornaria uma das antecessores das máquinas CNC atuais moderno. Mas ainda era uma fresadora muito rudimentar com um sistema de controle analógico eletrônico usando válvulas a vácuo. Esses sistemas tornaram-se mais populares e avançados com o amadurecimento da eletrônica de estado sólido e digital. De válvulas a transistores, de transistores a circuitos impressos e depois a circuitos integrados, até que os microcontroladores (MCUs) se tornaram baratos o suficiente para serem amplamente utilizados.

Então as máquinas CNC nasceram com sistemas mais inteligentes e programáveis, para poder variar os valores de usinagem conforme desejado. Nos anos 70 Chegariam as máquinas CNC que conhecemos hoje, comandadas por um computador. Graças a este outro grande marco, foi possível controlar todo o processo de forma mais intuitiva a partir de software, programar diferentes programas para utilizá-los quando desejado, modificar parâmetros rapidamente, etc.

Em nossos dias, com o desenvolvimento da nuvem, e da IoT (Internet of Things), ou Internet das coisas, é possível conectar uma infinidade de dispositivos à nuvem e que eles possam interagir de forma mais inteligente com cada um. outro, dando lugar a um Indústria 4.0, em que as máquinas CNC poderão melhorar consideravelmente as suas capacidades. Por exemplo, eles podem se comunicar entre si em uma cadeia de fabricação para que, se qualquer máquina ou estágio sofrer um atraso ou problema, as máquinas subsequentes possam ser desligadas enquanto esperam para economizar energia ou podem determinar a demanda para ajustar seu nível de produção, etc.

De que é feita uma máquina CNC?

Quando se trata de detalhar o partes ou componentes de uma máquina CNC, podem ser citados os seguintes elementos essenciais:

dispositivo de entrada

Conhecido como dispositivo de entrada desde uma máquina CNC até o sistema que serve para carregar ou modificar os dados para o processo de usinagem. Por exemplo, pode ser um painel de controle, uma tela sensível ao toque, etc. Ou seja, uma interface para permitir que o operador da máquina ative e controle a máquina.

Unidade de controle ou controlador

É sistema eletrônico digital que se encarregará de interpretar os dados inseridos e gerar uma série de sinais de controle para controlar o movimento dos servomotores para mover o cabeçote de trabalho pelos eixos e a ferramenta para que façam exatamente o que o programa inserido pelo usuário indica.

Ferramenta

La ferramenta É um dos componentes mais essenciais, pois é ele que realmente realiza a usinagem, aquele que está em contato com a peça que está sendo processada. Pode ser um cabeçote multiferramentas, podendo realizar diversas tarefas diferentes, ou também ferramentas individuais fixas ou intercambiáveis. Por exemplo: broca, fresa, fresa, ponta de solda, etc.

Além disso, é importante notar que podem existir vários tipos de máquinas CNC em termos de tipo e número de eixos:

3 eixos: são os mais comuns, com eixos X, Y e Z.
4 eixos: como alguns roteadores ou roteadores CNC que adicionam um eixo A aos três anteriores. Isso permite que o fuso se mova da esquerda para a direita para processar três superfícies ao mesmo tempo, podendo gravar plana ou em 3D. São ideais para esculpir madeira, metais, padrões complexos, etc.
Eje giratório- Possui fuso rotativo para a ferramenta, que permite processar quatro superfícies simultaneamente. Esses tipos de máquinas são usados para usinagem de peças cilíndricas, estátuas de madeira, elementos metálicos complexos, etc.

Sistema de fixação ou suporte

É local onde a peça é ancorada para realizar o processo de usinagem sem que ela se desloque. Dependendo do sistema, pode ser de diferentes tipos, com ou sem âncoras. Além disso, alguns precisam de extras, como sistemas de coleta de poeira ou corte a jato de água, o que exigiria um tanque ou reservatório de água para coletar e dissipar a força do jato ao passar pela peça.

Esses sistemas costumam ser chamados de também cama ou mesa. Muitos deles geralmente são feitos de materiais como o alumínio, quando as peças precisam ser fixadas na mesa, para processar cilindros ou formas complexas. Em vez disso, a cama ou mesa de vácuo aspirará a peça sem prendê-la, permitindo um maior grau de precisão, menos agitação durante o uso e um maior grau de liberdade.

Dispositivos de feedback (servomotores)

Existem apenas esses tipos de dispositivos. feedback sobre máquinas CNC que usam servomotores. Nas demais não é necessário.

Monitore

Além de todos os itens acima, também pode haver um sistema de informação ou monitoramento do próprio processo de usinagem. Isso pode ser através da mesma interface da qual opera ou de forma independente.

Outras Partes

Além do exposto, deve-se notar dois elementos essenciais mais:

Motores: são os dispositivos que movimentam ou acionam a ferramenta de usinagem de acordo com os dados recebidos da unidade de controle.
- Servo: tolera altas velocidades, então você pode cortar, perfurar, etc. Ideal para trabalho silencioso e estável e para padrões complexos.
- Stepper: Esses motores de passo têm um preço mais baixo, mas são usados para gravação ou movimento mais básico. Eles são fáceis de controlar, confiáveis e altamente precisos, tornando-os adequados onde é necessária a máxima precisão.
fuso: Este elemento de uma máquina CNC pode ter dois tipos de sistema de refrigeração ou refrigeração possível:
- Por via aérea: Eles são resfriados simplesmente por um ventilador que resfria o fuso e são mais baratos, mais fáceis de manter e usar.
- Por água: Eles usam água para resfriamento. É mais caro, complexo e difícil de manter, mas geralmente dura mais, é mais eficiente e mais silencioso.

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