Já alguma vez se perguntou como é que as peças metálicas complexas são fabricadas com precisão? A maquinagem CNC é a resposta. Este artigo explica como as ferramentas controladas por computador transformam materiais como o metal em componentes complexos com elevada precisão e eficiência. Irá descobrir os tipos de máquinas CNC, as suas vantagens e desvantagens e os passos detalhados envolvidos no processo de maquinagem CNC. No final, compreenderá porque é que a maquinagem CNC é essencial para o fabrico moderno e como garante a qualidade e a precisão na criação de tudo, desde peças aeroespaciais a dispositivos médicos.
O Controlo Numérico (NC) refere-se ao método de controlar o movimento e as operações de processamento das máquinas-ferramentas utilizando informação digitalizada. As máquinas-ferramentas de controlo numérico, frequentemente abreviadas como máquinas-ferramentas NC, são máquinas-ferramentas equipadas com um sistema NC. O Controlo Numérico Computadorizado (CNC) é um método em que um computador de uso geral controla diretamente o movimento e as operações de processamento das máquinas-ferramentas.
Ao alterar o programa de controlo correspondente, a função de controlo do sistema CNC pode ser alterada sem alterar o circuito de hardware, tornando assim o sistema CNC altamente versátil e flexível. Esta é a direção do desenvolvimento da tecnologia NC, e tem encontrado uma aplicação generalizada na produção.
A maquinagem de controlo numérico refere-se a um método de processamento de peças em máquinas-ferramentas NC. O processo de maquinação de máquinas-ferramenta NC é geralmente consistente com o processamento tradicional de máquinas-ferramenta, mas devido às características únicas da maquinação NC, existem alterações notáveis no processo de maquinação NC em comparação com os processos de maquinação gerais.
A maquinagem CNC refere-se ao fabrico e processamento de peças e produtos controlados por computadores. Envolve a utilização de máquinas-ferramentas de controlo numérico computorizado (CNC) para remover automaticamente o excesso de material de uma peça de trabalho, processando-a e ajustando-a.
O metal é o material mais utilizado na maquinagem CNC, e o resultado final é um produto ou peça acabada.
Este processo é conhecido como fabrico subtrativo e são utilizadas aplicações informáticas para controlar os movimentos da máquina-ferramenta para uma melhor maquinação CNC. Os tipos e processos de processamento mais comuns para Máquina CNC As ferramentas incluem a fresagem, o torneamento, a retificação e o EDM.
A fresagem utiliza uma fresa rotativa para remover material da superfície da peça de trabalho, movendo-se ao longo de 3, 4 ou 5 eixos. Este processo é utilizado para processar rapidamente formas geométricas complexas e peças de precisão com metal, cortando ou aparando a peça de trabalho.
O torneamento, por outro lado, envolve a utilização de um torno para fabricar peças com características cilíndricas. A peça gira sobre o eixo e entra em contacto com a peça de precisão ferramenta de torneamento para formar arestas circulares, orifícios radiais e axiais, ranhuras e sulcos.
Em comparação com a maquinação manual tradicional, a maquinação CNC é muito mais rápida, com elevada precisão dimensional e erros mínimos. O produto acabado cumpre o código informático do projeto.
O fabrico CNC pode ser utilizado para fabricar produtos e componentes finais, mas normalmente só é rentável para a produção a curto prazo de pequenos lotes, o que o torna um método de fabrico de protótipos rápidos ideal.
A fresagem NC é um processo que utiliza fresas rotativas para remover materiais. A peça de trabalho pode permanecer estacionária enquanto a ferramenta se move sobre ela ou entrar na máquina-ferramenta num ângulo pré-determinado.
A complexidade e a velocidade do processo de conformação dependem do número de eixos móveis que a máquina possui. Quanto mais eixos uma máquina tiver, mais rápido e complexo pode ser o processo.
A fresagem NC de 3 eixos continua a ser um dos processos de maquinagem mais utilizados e populares.
Em 3-maquinagem de eixosA peça de trabalho permanece estacionária e a fresa rotativa corta ao longo dos eixos X, Y e Z.
Este método de maquinação é relativamente simples e pode produzir produtos com uma estrutura simples. No entanto, não é adequado para maquinar geometrias complexas ou produtos com componentes intrincados.
Uma vez que o corte só pode ser efectuado em três eixos, a velocidade de processamento pode ser mais lenta do que a de 4 eixos ou maquinagem NC de 5 eixos. Isto deve-se ao facto de a peça de trabalho poder ter de ser reposicionada manualmente para obter a forma pretendida.
A fresagem NC de 4 eixos acrescenta um quarto eixo ao movimento da ferramenta de corte, permitindo a rotação em torno do eixo X.
Este método envolve a utilização de quatro eixos: o eixo X, o eixo Y, o eixo Z e o eixo A (rodando em torno do eixo X).
A maioria das máquinas CNC de 4 eixos também tem a capacidade de rodar a peça de trabalho, conhecida como eixo B. Isto permite que a máquina funcione tanto como uma fresadora como um torno.
Se necessitar de perfuração na lateral de uma peça ou na superfície de um cilindro, a maquinação CNC de 4 eixos é a escolha ideal.
Melhora significativamente o processo de maquinagem e atinge uma elevada precisão na maquinagem.
A fresagem NC de 5 eixos tem um eixo de rotação adicional em comparação com a fresagem NC de 4 eixos.
O quinto eixo é tipicamente o eixo B, que roda em torno do eixo Y.
Algumas máquinas CNC de 5 eixos também permitem a rotação da peça de trabalho, conhecida como eixo B ou eixo C.
Devido à elevada versatilidade da maquinagem NC de 5 eixos, é frequentemente utilizada para o fabrico de peças complexas e precisas, tais como componentes médicos, como membros ou ossos artificiais, e peças aeroespaciais, titânio peças, peças mecânicas para petróleo e gás, produtos militares e muito mais.
Um processo completo de maquinação CNC inclui as seguintes etapas: análise do processo com base no desenho de processamento da peça, determinação dos planos de maquinação, parâmetros do processo e dados de deslocamento; escrita da folha de programa de processamento da peça com os códigos e formatos de programa prescritos; entrada ou transmissão do programa; operação de ensaio, simulação do percurso da ferramenta, etc., da entrada do programa de maquinação ou transmitido para a unidade NC; operação automática da máquina-ferramenta através de uma operação correcta, primeiro corte experimental de amostra; inspeção das peças processadas.
O programa de maquinação CNC é uma sequência de instruções que conduz a máquina-ferramenta NC para efetuar a maquinação, e é o software de aplicação da máquina-ferramenta NC. As principais tarefas da programação CNC incluem a análise do desenho da peça, o desenho do processo, o planeamento do percurso de maquinação e a determinação da função auxiliar da máquina-ferramenta. É uma etapa importante na maquinação CNC.
O conteúdo e as etapas da programação CNC são apresentados a seguir:
Análise do desenho da peça -> Determinar a rota do processo para processamento -> Cálculo do caminho da ferramenta -> Escrever programas -> Entrada do programa -> Verificação do programa e corte experimental
Os métodos de compilação de programas NC incluem a programação manual e a programação automática.
1) A programação manual refere-se ao método de programação em que todo o processo, desde a análise dos desenhos das peças, a formulação dos procedimentos do processo, o cálculo das trajectórias de movimento das ferramentas, a escrita das folhas de programa de processamento das peças, a preparação dos meios de controlo e a verificação do programa, é realizado manualmente. Para peças com formas geométricas menos complexas, cálculos simples e poucos programas de maquinagem, a escrita manual é fácil de implementar.
A programação manual é a base para a compilação de programas de maquinagem e é também o principal método de depuração de maquinagem no local das máquinas-ferramentas NC. É uma competência básica que os operadores de máquinas-ferramenta devem dominar.
Para peças com formas complexas, tais como peças com curvas não circulares e contornos de curvas tabulares, a programação manual é fastidiosa, o volume do programa é enorme, a possibilidade de erros é elevada, a eficiência é baixa e a programação manual não está à altura da tarefa, pelo que deve ser adoptada a programação automática.
2) A programação automática refere-se ao método em que a maior parte ou parte do trabalho de escrita do programa para as máquinas-ferramentas NC é efectuada por um computador. A programação automática reduz a intensidade do trabalho dos programadores, melhora a eficiência e a qualidade da programação e resolve os problemas de programação de peças complexas que a programação manual não consegue resolver.
Em função das diferentes formas de introdução de informação e dos métodos de tratamento, os métodos de programação automática dividem-se principalmente em programação linguística e programação gráfica interactiva.
A programação linguística utiliza uma determinada linguagem de alto nível para definir a forma geométrica da peça e a trajetória de avanço, com o computador a efetuar cálculos geométricos complexos ou a selecionar ferramentas, dispositivos de fixação e quantidades de corte através de uma base de dados tecnológica. Os sistemas de programação NC mais famosos incluem o APT (Automatically Programmed Tools).
A programação em linguagem não fornece uma descrição intuitiva da forma geométrica da peça, é um dos primeiros métodos de programação utilizados pelas máquinas-ferramentas NC e foi gradualmente substituído por métodos de programação gráfica interactiva.
A programação interactiva gráfica baseia-se num determinado software CAD/CAM, em que a definição gráfica da maquinagem e a definição dos parâmetros do processo são completadas através da interação homem-computador e, em seguida, o software de programação processa automaticamente para gerar a trajetória da ferramenta e o programa de maquinagem CNC.
A programação interactiva gráfica é atualmente o método mais utilizado, com sistemas de software típicos que incluem Mastercam, UG, Pro/E e outros sistemas de programação CNC.
Em comparação com a maquinação mecânica tradicional, as vantagens da maquinação CNC são
A forma das peças processadas por máquinas-ferramentas CNC depende principalmente do programa de processamento. Quando a peça de trabalho muda, um novo programa pode ser reprogramado para processar as peças, o que o torna particularmente adequado para a produção de peças únicas, pequenos lotes e testes de protótipos. Além disso, o movimento controlável da maquinação CNC permite-lhe completar maquinações de superfície complexas que são difíceis ou impossíveis para as máquinas-ferramentas normais.
As máquinas-ferramentas CNC têm maior precisão do que as máquinas-ferramentas comuns. Durante o processo de maquinação, o modo de maquinação automática das máquinas-ferramentas CNC pode evitar erros causados por factores humanos, resultando numa boa consistência dimensional, elevada precisão e qualidade de maquinação muito estável para o mesmo lote de peças.
A gama de ajuste da velocidade do fuso e da taxa de avanço das máquinas-ferramentas CNC é muito maior do que a das máquinas-ferramentas comuns. A rigidez da máquina-ferramenta é elevada, permitindo grandes quantidades de corte, poupando assim eficazmente o tempo de maquinação. A rápida velocidade de movimento das partes móveis da máquina-ferramenta CNC reduz o tempo de posicionamento e de não-corte.
As máquinas-ferramentas CNC movem-se de acordo com as coordenadas, poupando operações auxiliares como o desenho de linhas e reduzindo o tempo auxiliar. A peça de trabalho é frequentemente instalada num dispositivo simples de posicionamento e fixação, o que reduz o ciclo de conceção e fabrico do equipamento de processamento, acelerando assim o processo de preparação da produção.
Nas máquinas-ferramentas CNC com um depósito de ferramentas e um trocador automático de ferramentas, a peça pode completar vários processos de maquinação contínua com uma única fixação, reduzindo o tempo de rotação dos produtos semi-acabados e tornando mais evidente a melhoria da eficiência da produção.
A intensidade da mão de obra é baixa. A maquinação de peças por máquinas-ferramentas CNC é feita automaticamente de acordo com um programa pré-programado. As principais tarefas do operador são a edição do programa, a introdução do programa, a carga e descarga de peças, a preparação das ferramentas, a observação do estado da maquinação e a inspeção das peças, sem necessidade de operações manuais repetitivas e pesadas.
Por conseguinte, a intensidade do trabalho é significativamente reduzida e o trabalho do operador da máquina-ferramenta tende para operações intelectuais. Para além disso, as máquinas-ferramentas CNC processam geralmente de forma fechada, limpa e segura.
A maquinação de controlo programático torna conveniente a mudança de variedades. Além disso, a maquinação multi-sequência numa máquina simplifica a gestão do processo de produção, reduz o número de pessoal de gestão e pode alcançar uma produção não tripulada. A utilização de máquinas-ferramentas CNC para maquinagem permite calcular com precisão as horas de trabalho de um único produto e organizar razoavelmente a produção.
As máquinas-ferramentas CNC utilizam informação digital e processamento de código padrão para controlar a maquinação, criando condições para a automatização do processo de produção e simplificando eficazmente a transmissão de informação entre inspecções, dispositivos de trabalho e produtos semi-acabados.
① Reduzir o número de ferramentas necessárias e eliminar a necessidade de ferramentas complexas para processar peças com formas complexas.
Se precisar de alterar a forma ou o tamanho de uma peça, basta modificar o programa de processamento dessa peça, tornando-a ideal para o desenvolvimento e modificação de novos produtos.
② A qualidade da maquinação é consistente com elevada precisão e repetibilidade, tornando-a adequada para os rigorosos requisitos de maquinação das aeronaves.
④ Pode lidar eficientemente com perfis complexos que são difíceis de processar usando métodos convencionais, e pode até trabalhar em peças que não podem ser vistas durante o processamento.
A desvantagem da maquinagem NC é que o custo da maquinaria e do equipamento é bastante elevado e o pessoal de manutenção deve ter um elevado nível de especialização.
A maquinação CNC é atualmente o método de maquinação mais utilizado.
Ao efetuar a maquinação CNC, é importante não só compreender as suas características, mas também as etapas envolvidas no processo, de modo a melhorar a eficiência da maquinação.
Quais são as etapas envolvidas na maquinagem CNC?
Com base nos desenhos de maquinagem fornecidos pelo cliente, o pessoal de maquinagem pode analisar a forma e a precisão dimensional, rugosidade da superfícieO material da peça, o tipo de peça bruta e o estado do tratamento térmico. Estas informações são utilizadas para escolher as máquinas-ferramentas e as ferramentas, determinar o dispositivo de posicionamento e de fixação, o método de maquinagem, a sequência e os parâmetros de corte.
Ao determinar o processo de maquinação, é necessário ter em consideração as capacidades de controlo da máquina-ferramenta CNC que está a ser utilizada. Isto maximizará a eficiência da máquina-ferramenta e resultará num percurso de maquinação mais eficiente, reduzindo o tempo de deslocação da ferramenta e diminuindo as horas de maquinação.
Para calcular a trajetória do movimento do centro da trajetória da ferramenta, são tidas em conta as dimensões geométricas das peças maquinadas e o sistema de coordenadas de programação definido. Isto resulta na determinação de todos os dados de posição da ferramenta.
A maioria Sistemas CNC têm as capacidades de interpolação linear e de interpolação de arcos de círculo. Para o processamento de peças planas relativamente simples, como as constituídas por linhas e arcos de círculo, são calculados os pontos inicial e final dos elementos geométricos, o centro dos arcos de círculo (ou o raio) e os valores das coordenadas dos pontos de intersecção ou tangentes.
Se o sistema NC não tiver compensação de ferramentas é necessário calcular os valores das coordenadas da trajetória do movimento para o centro da ferramenta.
Para peças com mais formas complexasSe a precisão de maquinação for muito baixa, como as curvas e superfícies não circulares, as curvas ou superfícies reais devem ser aproximadas utilizando segmentos de reta (ou segmentos de arco) e os valores das coordenadas dos seus nós devem ser calculados com base na precisão de maquinação necessária.
Com base na trajetória da ferramenta para a peça, são calculados os dados para o movimento da ferramenta e os parâmetros de processo determinados e acções auxiliares.
O programador escreve então o programa de processamento de peças em secções, seguindo as instruções funcionais e o formato da secção do programa especificado pelo sistema NC utilizado.
Devem ser tidos em conta os seguintes aspectos
Ao seguir estes três passos durante a maquinagem CNC, o processo de maquinagem pode ser realizado de forma mais eficiente.
As características de desempenho das máquinas-ferramentas CNC determinam o âmbito de aplicação da maquinagem CNC. Para a maquinagem CNC, os objectos podem ser divididos em três categorias, de acordo com a sua adequação.
1) Categoria mais adequada:
Peças com elevada precisão de maquinação, forma e estrutura complexas, especialmente as que têm curvas e contornos de superfície complexos, ou peças com cavidades não abertas. Estas peças são difíceis de maquinar e inspecionar com máquinas-ferramentas gerais, e é difícil garantir a qualidade da maquinação; peças que têm de ser completadas numa fixação para múltiplas operações.
2) Categoria mais adequada:
Peças dispendiosas com peças em bruto difíceis de obter que não podem ser desmanteladas. Estas peças são propensas a peças de qualidade inferior ou sucateadas quando processadas em máquinas-ferramentas comuns.
Em termos de fiabilidade, podem ser seleccionadas para maquinação em máquinas-ferramentas CNC; peças com baixa eficiência, elevada intensidade de mão de obra e difícil controlo de qualidade quando processadas em máquinas-ferramentas gerais; peças utilizadas para alterações de modelos e testes de desempenho (que requerem uma boa consistência dimensional); peças de produção de várias variedades e especificações, de peça única e de pequenos lotes.
3) Categoria inadequada:
Peças que dependem inteiramente do posicionamento manual; peças com tolerâncias de maquinação muito instáveis, se a máquina-ferramenta CNC não tiver um sistema de inspeção em linha que possa verificar e ajustar automaticamente as coordenadas de posição da peça; peças que têm de utilizar equipamento de processo específico, dependem de modelos e de peças de amostra para maquinação; peças que têm de ser produzidas em grandes quantidades.
Com a melhoria do desempenho das máquinas-ferramentas CNC, o aperfeiçoamento das funções, a redução dos custos, a melhoria contínua do desempenho das ferramentas de maquinagem CNC e das ferramentas auxiliares, e a melhoria contínua da tecnologia de maquinagem CNC, a utilização de máquinas-ferramentas CNC com elevada automatização, elevada precisão e operações concentradas para a produção em grande escala está a aumentar gradualmente.
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.
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