Já se interrogou sobre a forma como as máquinas CNC moldam o nosso mundo? Estas ferramentas versáteis revolucionam o fabrico, realizando tarefas que vão desde a simples perfuração à complexa fresagem. Neste artigo, vamos explorar os vários tipos de máquinas CNC, as suas aplicações únicas e a tecnologia que as impulsiona. No final, compreenderá como as máquinas CNC aumentam a precisão e a eficiência na produção moderna.
Atualmente, existem muitos tipos de máquinas-ferramentas CNC, cada uma com diferentes estruturas e funções. De um modo geral, podem ser classificadas de acordo com os seguintes métodos:
1. Classificação baseada na trajetória de movimento da máquina-ferramenta
De acordo com as diferentes trajectórias de movimento da máquina-ferramenta, pode ser dividido em controlo ponto a ponto Máquina CNC máquinas-ferramentas CNC de controlo linear e máquinas-ferramentas CNC de controlo de contorno.
(1) Controlo ponto a ponto Máquinas-ferramentas CNC
O controlo ponto-a-ponto (também conhecido como controlo de posicionamento ou controlo de ponto) refere-se à deslocação da ferramenta de uma posição para outra sem requisitos rigorosos para a trajetória intermédia, desde que a ferramenta atinja a posição alvo com precisão.
A caraterística das máquinas-ferramentas de controlo ponto-a-ponto é que apenas controlam o posicionamento preciso das peças móveis de uma posição para outra, sem realizar qualquer processamento durante o seu movimento e posicionamento.
Para minimizar o tempo de movimento e posicionamento das peças móveis, o movimento entre dois pontos relacionados é primeiro efectuado a uma velocidade rápida até próximo da nova posição e, em seguida, desacelerado continuamente ou gradualmente desacelerado para se aproximar lentamente do ponto de posicionamento, garantindo a sua precisão de posicionamento.
O diagrama esquemático do processamento do controlo ponto a ponto é apresentado na figura 1-3.
Este tipo de máquina-ferramenta inclui principalmente máquinas de perfuração por coordenadas CNC, máquinas de perfuração CNC, máquinas de soldadura por pontos CNC e Dobragem CNC máquinas. O dispositivo CNC correspondente é designado por dispositivo CNC de controlo ponto a ponto.
(2) Máquinas-ferramentas CNC de controlo linear
O controlo linear (também conhecido como controlo de corte paralelo) não só controla a posição exacta (distância) de dois pontos relacionados, como também assegura que a trajetória entre eles é uma linha reta e controla a velocidade do movimento, porque este tipo de máquina-ferramenta executa o processamento de corte durante o movimento entre dois pontos.
A caraterística das máquinas-ferramentas CNC de controlo linear é que controlam não só as posições exactas da ferramenta em relação à peça de trabalho, mas também a velocidade e a trajetória do movimento entre dois pontos relacionados, cuja trajetória é geralmente composta por segmentos de linha reta paralelos a cada eixo.
A diferença entre as máquinas-ferramentas CNC de controlo linear e as máquinas-ferramentas CNC de controlo ponto-a-ponto é que, quando as peças móveis da máquina se movem, podem realizar o processamento de corte ao longo da direção de um eixo de coordenadas e têm mais funções auxiliares do que as máquinas-ferramentas CNC de controlo ponto-a-ponto.
O diagrama esquemático do processamento do controlo linear é apresentado na Figura 1-4.
Este tipo de máquina-ferramenta inclui principalmente tornos de coordenadas CNC, rectificadoras CNC e máquinas de furar e fresar CNC. O dispositivo CNC correspondente é designado por dispositivo CNC de controlo linear.
(3) Máquinas-ferramentas CNC de controlo de contorno
O controlo de contorno, também conhecido como controlo contínuo, é uma função que a maioria das máquinas-ferramentas CNC possui. A caraterística das máquinas-ferramentas CNC de controlo de contorno é que podem controlar simultaneamente dois ou mais eixos com capacidades de interpolação.
Não só controlam a posição e a velocidade de movimento da ferramenta em cada ponto durante o processamento, como também podem processar qualquer forma de curva ou superfície.
O diagrama esquemático do processamento do controlo de contorno é apresentado na Figura 1-5.
Os tornos de coordenadas CNC, as fresadoras CNC, os centros de maquinação, etc., pertencem às máquinas-ferramentas de controlo de contorno. O dispositivo CNC correspondente é designado por dispositivo de controlo de contorno. Os dispositivos de controlo de contorno são muito mais complexos em termos de estrutura e mais funcionais do que os dispositivos de controlo ponto-a-ponto e linear.
2. Classificação com base no tipo de servo-sistema
De acordo com os diferentes tipos de sistemas servo, as máquinas-ferramentas CNC podem ser divididas em máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito aberto, máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito fechado e máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito semi-fechado.
(1) Máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito aberto
As máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito aberto não dispõem normalmente de elementos de deteção de posição e os componentes do servomotor são geralmente motores de passo.
Depois de o dispositivo CNC enviar um impulso de alimentação, o impulso é amplificado e acciona o motor de passo para rodar num ângulo fixo e, em seguida, a mesa de trabalho é accionada para se mover através de transmissão mecânica.
O sistema servo de circuito aberto é apresentado na Figura 1-6. Este tipo de sistema não tem valores de feedback do objeto controlado e a sua precisão depende inteiramente da precisão do tamanho do passo do motor passo a passo e da precisão da transmissão mecânica.
O seu circuito de controlo é simples, fácil de ajustar e tem baixa precisão (geralmente até 0,02 mm), sendo normalmente aplicado a máquinas-ferramentas CNC pequenas ou económicas.
(2) Máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito fechado
As máquinas-ferramentas CNC de controlo em circuito fechado dispõem normalmente de elementos de deteção de posição que podem detetar a deslocação real da mesa de trabalho em qualquer momento e transmiti-la ao dispositivo CNC. Depois de o comparar com o valor de instrução definido, o servomotor é controlado utilizando a diferença até que a diferença seja zero.
Este tipo de máquina-ferramenta utiliza geralmente servomotores de corrente contínua ou alternada para o seu acionamento. Os elementos de deteção de posição normalmente utilizados são as grelhas lineares, as grelhas magnéticas, os sensores de sincronização, etc. O sistema servo de circuito fechado é apresentado na Figura 1-7.
A partir do princípio de funcionamento do sistema servo de circuito fechado, pode ver-se que a precisão do sistema depende principalmente da precisão do dispositivo de deteção de posição. Em teoria, pode eliminar completamente o impacto de erros nos componentes de transmissão no processamento da peça de trabalho.
Por conseguinte, este sistema pode atingir uma elevada precisão de processamento. A conceção e o ajustamento do sistema servo de circuito fechado são muito difíceis e o preço dos elementos de deteção de deslocação linear é relativamente elevado, sendo principalmente utilizado em algumas máquinas de perfuração e fresagem de alta precisão, tornos de ultraprecisão e centros de maquinagem.
(3) Máquinas-ferramentas CNC de controlo de circuito semi-fechado
As máquinas-ferramentas CNC de controlo de circuito semi-fechado instalam normalmente os elementos de deteção de posição no eixo do servomotor ou na extremidade do fuso de esferas, mas não realimentam diretamente o deslocamento da máquina-ferramenta.
Em vez disso, detectam o ângulo de rotação do servo sistema e enviam este sinal para o dispositivo CNC para comparação de instruções, utilizando a diferença para controlar o servo motor. O sistema servo de circuito semi-fechado é apresentado na Figura 1-8.
Uma vez que o sinal de feedback do servo sistema de circuito semi-fechado é retirado da rotação do veio do motor, o dispositivo de transmissão mecânica no sistema está fora do circuito de feedback, e a sua rigidez, intermitência e outros factores não lineares não têm qualquer efeito na estabilidade do sistema, facilitando a sua depuração.
Do mesmo modo, a precisão de posicionamento da máquina-ferramenta depende principalmente da precisão do dispositivo de transmissão mecânica.
No entanto, os dispositivos CNC modernos têm funções de compensação de erros de avanço e de compensação intermitente, pelo que não é necessário aumentar muito a precisão dos vários componentes do dispositivo de transmissão.
A precisão pode ser melhorada para um nível aceitável pela maioria dos utilizadores através de compensação. Além disso, os dispositivos de deteção de deslocamentos lineares são muito mais caros do que os dispositivos de deteção de deslocamentos angulares.
Por conseguinte, à exceção das grandes máquinas-ferramentas que requerem uma precisão de posicionamento muito elevada ou que têm requisitos especiais de longo curso e não podem utilizar fusos de esferas, a grande maioria das máquinas-ferramentas CNC utiliza sistemas servo de circuito semi-fechado.
3. Classificação por objetivo do processo
De acordo com os diferentes objectivos do processo, as máquinas-ferramentas CNC podem ser divididas em corte de metais Máquinas-ferramentas CNC, máquinas-ferramentas CNC para moldagem de metais, máquinas-ferramentas CNC para processamento especial e outros tipos de máquinas-ferramentas CNC.
(1) Máquinas-ferramentas CNC para corte de metais As máquinas-ferramentas CNC para corte de metais incluem tornos CNC, máquinas de perfuração CNC, fresadoras CNC, rectificadoras CNC, mandriladoras CNC e centros de maquinagem.
As máquinas-ferramentas de corte foram desenvolvidas mais cedo e, atualmente, existem muitos tipos com diferenças funcionais significativas. Os centros de maquinagem podem efetuar trocas automáticas de ferramentas.
Todas estas máquinas-ferramentas têm uma biblioteca de ferramentas que pode acomodar 10-100 ferramentas. A sua caraterística é que vários processos podem ser concluídos por fixação a peça de trabalho uma vez.
A fim de melhorar ainda mais a eficiência da produção, alguns centros de maquinagem utilizam mesas de trabalho duplas, uma para processamento e outra para carga e descarga, e a mesa de trabalho pode ser automaticamente trocada.
(2) Conformação de metais Máquinas-ferramentas CNC As máquinas-ferramentas CNC para conformação de metais incluem máquinas de dobragem CNC, máquinas de perfuração combinadas CNC e máquinas de prensagem com cabeça rotativa CNC. Este tipo de máquina-ferramenta começou mais tarde, mas desenvolveu-se rapidamente.
(3) Máquinas-ferramentas de processamento especial CNC As máquinas-ferramentas de processamento especial CNC incluem máquinas-ferramentas de corte de fio, máquinas de descarga eléctrica CNC, máquinas de corte por chama e máquinas-ferramentas de corte a laser CNC, etc.
(4) Outros tipos de máquinas-ferramentas CNC Outros tipos de máquinas-ferramentas CNC incluem máquinas-ferramentas de medição de três coordenadas CNC, etc.
4. Classificação por Sistema CNC nível de função
As máquinas-ferramentas CNC podem ser classificadas em três classes: baixa, média e alta, de acordo com os diferentes parâmetros técnicos, indicadores funcionais e níveis de função dos componentes principais do sistema CNC.
Na China, também são classificadas como máquinas-ferramentas CNC completas, máquinas-ferramentas CNC populares e máquinas-ferramentas CNC económicas.
Estes métodos de classificação têm limites relativos, e os padrões de divisão diferem em diferentes períodos, principalmente nos seguintes aspectos.
(1) Grau da CPU do sistema de controlo
Os sistemas CNC de baixa qualidade utilizam geralmente CPUs de 8 bits, enquanto os sistemas CNC de média e alta qualidade utilizam CPUs de 16 ou 64 bits. Alguns dispositivos CNC utilizam atualmente CPUs de 64 bits.
(2) Resolução e velocidade de avanço
A resolução é a unidade de deslocamento mais pequena que o dispositivo de deteção de deslocamento pode detetar. Quanto menor for a resolução, maior será a precisão da deteção. Depende do tipo e da precisão de fabrico do dispositivo de deteção.
Geralmente, uma resolução de 10μm e uma velocidade de avanço de 8~10m/min são consideradas máquinas-ferramentas CNC de baixa qualidade; uma resolução de 1μm e uma velocidade de avanço de 10~20m/min são consideradas máquinas-ferramentas CNC de média qualidade; e uma resolução de 0,1μm e uma velocidade de avanço de 15~20m/min são consideradas máquinas-ferramentas CNC de alta qualidade.
Normalmente, a resolução deve ser uma ordem de grandeza superior à precisão de maquinagem exigida pela máquina-ferramenta.
(3) Tipo de sistema servo
As máquinas-ferramentas CNC com sistemas de alimentação de motores de passo ou de circuito aberto são geralmente de baixa qualidade, enquanto as máquinas-ferramentas CNC de média e alta qualidade utilizam sistemas servo CC ou CA de circuito fechado ou semi-fechado.
(4) Número do eixo de ligação de coordenadas
O número de eixos de ligação coordenada das máquinas-ferramentas CNC é também um indicador comummente utilizado para distinguir o nível das máquinas-ferramentas.
De acordo com o número de eixos coordenados controlados em simultâneo, podem ser divididos em ligação de 2 eixos, ligação de 3 eixos, 2.5 eixos ligação (em qualquer momento, apenas dois eixos podem ser ligados entre os três eixos, e o outro eixo é um controlo de ponto ou de linha), ligação de 4 eixos, ligação de 5 eixos, etc.
O número de eixos coordenados para máquinas-ferramentas CNC de baixa qualidade geralmente não excede 2 eixos, enquanto as máquinas-ferramentas CNC de média e alta qualidade têm 3-5 eixos coordenados.
(5) Função de comunicação
Os sistemas CNC de baixa qualidade geralmente não têm capacidades de comunicação, enquanto os sistemas CNC de média qualidade podem ter interfaces RS-232C ou Controlo Numérico Direto (DNC).
Os sistemas CNC de alta qualidade também podem ter interfaces de comunicação do protocolo de automatização do fabrico (MAP) com capacidades de ligação em rede.
(6) Função de visualização
Os sistemas CNC de baixa qualidade têm geralmente apenas ecrãs de tubos digitais simples ou ecrãs de caracteres CRT de uma só cor.
Os sistemas CNC de nível médio têm ecrãs CRT mais completos, que não só apresentam caracteres, mas também gráficos bidimensionais, diálogo homem-máquina, estado e funções de auto-diagnóstico.
Os sistemas CNC de alta qualidade também podem ter ecrã gráfico tridimensional, edição gráfica e outras funções.
5. Classificação segundo a composição do dispositivo CNC
As máquinas-ferramentas CNC podem ser classificadas em dois tipos: sistemas CNC com fios e sistemas CNC com fios, de acordo com a composição do dispositivo CNC utilizado.
(1) Sistema CNC com fio rígido
Os sistemas CNC com fios utilizam dispositivos CNC com fios. O processamento de entrada, o cálculo de interpolação e as funções de controlo são todos realizados por circuitos lógicos de combinação fixa dedicados.
Diferentes tipos de máquinas-ferramentas têm circuitos lógicos de combinação diferentes. Ao alterar ou acrescentar funções de controlo e de operação, é necessário alterar o circuito de hardware do dispositivo CNC.
Por conseguinte, este sistema tem pouca universalidade e flexibilidade, um ciclo de fabrico longo e um custo elevado. Antes do início da década de 1970, a maioria das máquinas-ferramentas CNC pertencia a este tipo.
(2) Sistema CNC com fios flexíveis
Os sistemas CNC com fios macios, também conhecidos como sistemas de controlo numérico por computador (CNC), utilizam dispositivos CNC com fios macios. O circuito de hardware deste tipo de dispositivo CNC é constituído por pequenos ou microcomputadores e circuitos integrados gerais ou especiais de grande dimensão.
Quase todas as funções principais da máquina-ferramenta CNC são implementadas pelo software do sistema, pelo que o software do sistema para diferentes tipos de máquinas-ferramentas CNC é diferente.
A alteração ou adição de funções do sistema não requer a alteração do circuito de hardware, apenas a alteração do software do sistema.
Por conseguinte, este sistema tem uma maior flexibilidade. Ao mesmo tempo, uma vez que o circuito de hardware é basicamente universal, é propício à produção em massa, melhorando a qualidade e a fiabilidade, encurtando os ciclos de fabrico e reduzindo os custos.
Após meados da década de 1970, com o desenvolvimento da tecnologia microeletrónica e o aparecimento dos microcomputadores, bem como a melhoria contínua da integração dos circuitos integrados, os sistemas de controlo numérico por computador têm sido continuamente desenvolvidos e melhorados.
Atualmente, quase todas as máquinas-ferramentas CNC utilizam sistemas CNC com fios flexíveis.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
PT 
EN 
DE 
ES 
FR 
NL 
RU 