Processo de usinagem CNC, controle de movimento e seus tipos

A usinagem CNC, que utiliza máquinas programadas para criar componentes únicos, é uma pedra angular contemporânea do processo de produção.

A maioria das atividades de usinagem, como temperatura do líquido refrigerante, velocidade do fuso e muito mais, podem ser gerenciadas usando algoritmos e software de controle numérico computadorizado (CNC). Essa matéria-prima é mais frequentemente chamada de peça bruta ou peça de trabalho. Metais, polímeros, madeira, vidro e compósitos são alguns dos muitos materiais que podem se beneficiar do procedimento de remoção camada por camada.

Quase todas as indústrias que produzem componentes para diversos fins utilizam Máquinas CNC, que são máquinas programadas capazes de realizar trabalhos de usinagem CNC automaticamente. Máquinas CNC produz componentes de alta precisão que são acessíveis e muito exatos, abrindo uma ampla variedade de usos possíveis.

Visão geral histórica da usinagem CNC 

Inserir dados 3D em um computador que executa software que controla a ação do corte máquinas-ferramentas é uma moderna tecnologia de usinagem CNC. Porém, as técnicas de usinagem empregadas na usinagem CNC datam originalmente dos últimos anos do século XX.

Dias de hoje Máquinas CNC implementar processos baseados em um sistema de controle numérico (NC) pioneiro no setor metalúrgico no final da década de 1940. O sistema NC usava aplicações de fita perfurada de papel (códigos G) para codificar instruções do processo de fabricação. Nos quinze anos seguintes, surgiram programas mais complexos e, no final da década de 1960, surgiram os precursores dos modernos sistemas CNC, hoje amplamente utilizados.

Precisão, automação e produção rápida são apenas alguns dos muitos benefícios da usinagem CNC. Como resultado, os tempos de resposta são reduzidos, a qualidade é melhor gerida, são necessários menos equipamentos para realizar o trabalho e as capacidades globais são melhoradas. Sem o desenvolvimento da usinagem NC e dos métodos que ela explorou, a base para a usinagem CNC não teria sido construída. No mercado competitivo de hoje, as vantagens que os fabricantes podem oferecer graças à Usinagem CNC são diretamente proporcionais à prevalência da usinagem NC.

Processo de usinagem CNC

A usinagem CNC revolucionou a fabricação, tornando-se uma pedra angular na produção em grande e pequena escala. Seu impacto é profundo, proporcionando precisão, velocidade e automação incomparáveis. À medida que a tecnologia avança, as capacidades de Máquinas CNC evoluir, oferecendo soluções mais sofisticadas a cada ano. Compreender os fundamentos da maquinação CNC é crucial, uma vez que estes princípios se aplicam a vários tipos de equipamentos CNC, melhorando a sua adaptabilidade e funcionalidade.

Fundamentos do CNC

Os principais atributos do CNC incluem maior velocidade, automação e precisão, que são fundamentais para sua operação. A flexibilidade de Máquinas CNC é digno de nota, graças à sua operação baseada em programas. Isto permite que os operadores gerenciem diferentes peças simultaneamente, mesmo enquanto executam outras tarefas. Depois que um programa é testado e confirmado para um projeto específico, ele pode ser facilmente reutilizado para tarefas futuras semelhantes. A facilidade de configuração e operação de máquinas CNC contribui para a rápida conclusão do projeto, uma vantagem significativa em situações urgentes.

Controle de movimento

Uma característica definidora de Máquinas CNC é a sua capacidade de se mover em múltiplas direções ou eixos. Esses eixos, que podem ser lineares ou rotativos, são posicionados com alta precisão e podem ser controlados automaticamente. Os movimentos programados em máquinas CNC incluem movimentos rápidos, lineares e circulares, sendo a extensão e a velocidade desses movimentos reguladas por computador.

Compreender as direções de movimento (eixos) disponíveis da máquina para Programação CNC é vital. Endereços de letras diferentes, como X, Y, Z, U, V e W para movimentos lineares e A, B e C para movimentos rotativos designam esses eixos. Os nomes e funções específicos destes eixos podem variar dependendo do Máquina cnc tipo.

Os programas de usinagem CNC são compostos por diversos comandos, que por sua vez consistem em 'palavras'. Cada palavra emparelha um endereço de letra com um valor numérico, onde a letra significa o tipo de comando ou ação a ser executada. No entanto, é importante observar que os fabricantes de controles CNC podem ter convenções diferentes para esses endereços de letras e suas ações correspondentes. Portanto, os novos programadores CNC são aconselhados a consultar os manuais de programação fornecidos pelo fabricante da máquina para compreender a terminologia e funções específicas da sua máquina.

Aqui está uma visão geral de alguns tipos de palavras comuns em Programação CNC, junto com suas designações habituais de endereço de carta:

● O: Número do programa usado para identificar o programa.

● N: Número de série aplicado para identificação da linha dentro do programa.

● G: Função de preparação, comando que prepara a máquina para uma operação específica.

● X, Y, Z: Designações para os respectivos eixos X, Y e Z.

● R: Designação de raio para especificação de raios.

● F: Avanço, que determina a velocidade de movimento da ferramenta ou da peça.

● S: Velocidade do fuso, controlando a velocidade de rotação do fuso.

● H: Correção do comprimento da ferramenta usada para ajustar a ferramentacomprimento.

● D: Correção do raio da ferramenta para ajustar o raio da ferramenta.

● T: Designação da ferramenta, identificando uma ferramenta específica.

● M: Funções diversas, uma categoria para vários comandos adicionais.

O ponto final é definido em graus, em vez de medidas lineares, como polegadas ou milímetros, para movimentos do eixo rotativo. Esses eixos rotativos ainda usam endereços de letras, geralmente A, B ou C, para especificar o eixo específico que está sendo controlado.

Três tipos principais de movimento 

Embora provavelmente existam mais variedades de movimento disponíveis em seu Máquina cnc do que abordaremos aqui, esses são os que estarão presentes em quase todas as máquinas CNC. Depois de discutir brevemente os três tipos distintos de movimento, demonstraremos um programa de exemplo que inclui cada um deles.

Movimento Rápido

O movimento rápido, também conhecido como posicionamento no domínio da usinagem CNC, é um aspecto fundamental que define a eficiência e a precisão do processo CNC. Compreender o movimento rápido é crucial para qualquer pessoa que se aprofunde nos aspectos técnicos do Programação CNC e operação.

Basicamente, movimento rápido refere-se ao movimento da ferramenta ou componente da máquina de um ponto a outro na velocidade mais alta possível que a máquina permite. Este movimento não faz parte do processo de corte real. Ainda assim, é essencial posicionar a ferramenta ou peça para iniciar a operação de usinagem ou para se deslocar para um novo local após a conclusão de uma tarefa. O movimento rápido é fundamental para reduzir o tempo não produtivo, aumentando assim a eficiência geral da produção.

Ao contrário dos movimentos controlados e precisos usados no corte, perfuração ou fresamento, o movimento rápido tem tudo a ver com velocidade. O objetivo principal aqui é minimizar o tempo gasto na movimentação entre os pontos, o que não contribui diretamente para a usinagem da peça. Essa eficiência é crucial em ambientes de produção de alto volume, onde mesmo pequenas economias de tempo por peça podem melhorar significativamente o rendimento geral.

Em relação à programação, o movimento rápido é frequentemente comandado em um programa CNC usando um código específico, comumente chamado de código G. Por exemplo, G00 na maioria dos sistemas CNC instrui a máquina a se mover em sua velocidade máxima para uma posição especificada. As coordenadas fornecidas após este código G determinam o ponto de destino na área de trabalho da máquina.

A precisão em movimentos rápidos é essencial, mas difere da precisão em movimentos de corte. O foco aqui é alcançar rapidamente a vizinhança do local alvo, e não a exatidão do ponto final, pois a operação de corte começará assim que a ferramenta estiver posicionada corretamente. Quando a ferramenta ou peça estiver próxima da posição desejada, a máquina normalmente mudará para um movimento mais lento e controlado para o processo de corte.

A velocidade do movimento rápido depende de vários fatores, incluindo as capacidades da máquina CNC, o tipo de material que está sendo trabalhado e a distância entre os pontos. Cada máquina tem uma velocidade máxima rápida, uma especificação importante quando se considera um Máquina CNCe para compra. Máquinas avançadas geralmente têm velocidades mais rápidas, permitindo ciclos de produção mais rápidos.

A segurança é uma consideração primordial em movimentos rápidos. As altas velocidades envolvidas significam que qualquer erro na programação ou erro de julgamento no posicionamento pode levar a colisões prejudiciais. Portanto, os operadores e programadores CNC devem ser meticulosos em seu trabalho, garantindo que os caminhos programados estejam livres de quaisquer obstáculos e que a máquina possa suportar as velocidades especificadas sem riscos.

Moderno Máquinas CNC muitas vezes otimizam movimentos rápidos por meio de algoritmos de software sofisticados. Esses algoritmos calculam o caminho e a velocidade mais eficientes da ferramenta para se mover entre os pontos, considerando as capacidades de aceleração e desaceleração da máquina. Essa otimização melhora a velocidade e reduz o desgaste da máquina, pois mudanças bruscas de velocidade e direção podem ser atenuadas.

Além disso, o movimento rápido desempenha um papel significativo no fluxo de trabalho geral da usinagem CNC. Em operações com múltiplas ferramentas, por exemplo, mudanças rápidas de movimento máquinas-ferramentas rapidamente, passando de uma estação de ferramentas para outra sem perder tempo. Esse recurso é especialmente benéfico em operações de usinagem complexas que exigem múltiplas trocas de ferramentas.

Movimento linear

O movimento linear na usinagem CNC é um conceito fundamental que constitui a base de inúmeras operações de usinagem. Refere-se ao movimento de uma ferramenta ou peça em linha reta, o que é importante para furação, fresamento e torneamento. Compreender o movimento linear é essencial para qualquer pessoa envolvida em Programação CNC ou operação, pois impacta diretamente na qualidade e eficiência do processo de usinagem.

Na usinagem CNC, o movimento linear permite um controle preciso sobre o movimento da ferramenta de corte ou peça de trabalho. Essa precisão é fundamental para alcançar a forma e as dimensões desejadas de uma peça. Seja criando uma aresta perfeitamente reta em uma peça ou perfurando uma série de furos, o movimento linear está no centro dessas operações.

A programação para movimento linear envolve especificar o caminho do movimento e otaxa de avanço – a velocidade na qual a ferramenta ou peça se move ao longo do caminho linear. O avanço é um parâmetro crítico, pois influencia tanto a qualidade do corte quanto a eficiência do processo de usinagem. Um avanço muito rápido pode levar a um acabamento superficial ruim ou danificar a ferramenta, enquanto um avanço muito lento pode diminuir a eficiência e aumentar os custos de produção.

O movimento linear é normalmente comandado em um programa CNC usando código G, a linguagem de programação usada para controlar Máquinas CNC. Por exemplo, G01 é um código comumente usado que instrui a máquina a se mover linearmente para um ponto especificado a uma determinada taxa de avanço. As coordenadas fornecidas no programa definem o ponto final do movimento linear, enquanto um código F que o acompanha define a taxa de avanço.

Uma das aplicações do movimento linear é em operações de perfuração. Ao furar, a ferramenta se move linearmente no material para criar furos. A precisão do movimento linear garante que os furos sejam perfurados no local e na profundidade corretos. Nas operações de torneamento, o movimento linear cria recursos como diâmetros, faces e conicidades. A ferramenta move linhas retas ao longo da peça rotativa, removendo material para moldar a peça.

No fresamento, o movimento linear é empregado para criar superfícies retas. A ferramenta de fresagem se move diretamente sobre a peça de trabalho, cortando o material para obter a forma e planicidade desejadas. A capacidade de controlar a taxa de avanço é particularmente importante no fresamento, pois afeta o acabamento superficial e a precisão dimensional da peça fresada.

O movimento linear pode ser mais complexo do que apenas mover-se em um único eixo. Em muitas operações CNC, o movimento linear envolve mover-se simultaneamente ao longo de vários eixos. Por exemplo, uma ferramenta pode mover-se diagonalmente através de uma peça de trabalho, exigindo um movimento coordenado nos eixos X e Y. Este movimento linear multieixo é essencial para criar geometrias complexas.

Movimento circular

O movimento circular na usinagem CNC é um aspecto crítico que aumenta a versatilidade e capacidade de Máquinas CNC, permitindo-lhes executar geometrias e projetos complexos. Como o nome sugere, este tipo de movimento permite a criação de trajetórias circulares, característica essencial para usinar diversos raios e superfícies curvas.

Compreender o movimento circular é fundamental para programadores e maquinistas CNC, pois abre muitas possibilidades além dos movimentos em linha reta. O movimento circular é comumente usado em aplicações como fresamento de contornos circulares, torneamento de perfis complexos em um torno ou criação de padrões complexos que exigem uma trajetória curva e suave.

Em Programação CNC, o movimento circular é frequentemente executado por meio de códigos G específicos que instruem a máquina a se mover em um caminho circular. Esses códigos, como G02 e G03, ditam o movimento circular – horário ou anti-horário. Junto com esses códigos, o programador deve especificar parâmetros como o raio do círculo e o ponto final do movimento. Esta precisão permite a criação de formas e arcos circulares exatos, fundamentais em inúmeros projetos de usinagem.

Assim como o movimento linear, o controle da taxa de avanço é igualmente importante no movimento circular. A taxa de avanço determina a velocidade com que a ferramenta se move ao longo da trajetória circular. Acertar essa taxa é crucial para a qualidade do corte e o acabamento superficial final. Muito rápido, a ferramenta pode não cortar de forma eficaz, causando um acabamento ruim ou até mesmo quebra da ferramenta. Muito lento, o processo se torna ineficiente, podendo causar efeitos indesejáveis na peça de trabalho, como acúmulo de calor.

Um dos aspectos desafiadores do movimento circular no CNC é manter uma taxa de avanço e velocidade de corte consistentes, especialmente quando a ferramenta engata na peça em ângulos variados. Isto requer uma programação cuidadosa e, às vezes, o uso de funções CNC avançadas que podem ajustar dinamicamente essas taxas com base na posição da ferramenta e na geometria de usinagem.

O movimento circular não se limita a simples círculos ou arcos. Caminhos complexos podem ser criados combinando vários movimentos circulares com movimentos lineares, permitindo a usinagem de designs e formas elaboradas. Essa flexibilidade é uma das razões pelas quais a usinagem CNC é preferida para peças que exigem alto nível de precisão e complexidade.

Em termos de aplicações, o movimento circular é amplamente utilizado na criação de peças com características circulares, como engrenagens, cames e outros componentes com perfis curvos. Nas indústrias aeroespacial e automotiva, o movimento circular é essencial para a produção de diversos componentes com alta precisão e exatidão. No campo da fabricação de moldes, o movimento circular permite a criação de moldes com superfícies curvas complexas.

Conclusão

Concluindo, a precisão, velocidade e flexibilidade da usinagem CNC transformam a fabricação. Desde sistemas de controle numérico (NC) até máquinas CNC, esta tecnologia se expandiu por todos os setores. O CNC pode controlar o movimento em muitas dimensões, tornando-o adequado para produtos complexos e precisos. Na usinagem, o controle de movimento rápido, linear e circular permite que os fabricantes atinjam padrões estritos eprojetos elaborados que antes eram inatingíveis. A usinagem CNC pode trabalhar com metais, polímeros e outros materiais, tornando-a útil em muitos setores.