Você já se perguntou como peças metálicas complexas são fabricadas com precisão? A usinagem CNC é a resposta. Este artigo explica como as ferramentas controladas por computador moldam materiais como o metal em componentes complexos com alta precisão e eficiência. Você descobrirá os tipos de máquinas CNC, suas vantagens e desvantagens e as etapas detalhadas envolvidas no processo de usinagem CNC. Ao final, você entenderá por que a usinagem CNC é essencial para a fabricação moderna e como ela garante qualidade e precisão na criação de tudo, desde peças aeroespaciais até dispositivos médicos.
Controle numérico (NC) refere-se ao método de controle do movimento e das operações de processamento de máquinas-ferramenta usando informações digitalizadas. As máquinas-ferramentas de controle numérico, geralmente abreviadas como máquinas-ferramentas NC, são máquinas-ferramentas equipadas com um sistema NC. O Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um método em que um computador de uso geral controla diretamente o movimento e as operações de processamento das máquinas-ferramenta.
Ao alterar o programa de controle correspondente, a função de controle do sistema CNC pode ser modificada sem alterar o circuito de hardware, tornando o sistema CNC altamente versátil e flexível. Essa é a direção do desenvolvimento da tecnologia NC, que encontrou ampla aplicação na produção.
A usinagem de controle numérico refere-se a um método de processamento de peças em máquinas-ferramentas NC. O processo de usinagem de máquinas-ferramenta NC é geralmente consistente com o processamento tradicional de máquinas-ferramenta, mas, devido às características exclusivas da usinagem NC, há mudanças notáveis no processo de usinagem NC em comparação com os processos gerais de usinagem.
A usinagem CNC refere-se à fabricação e ao processamento de peças e produtos controlados por computadores. Envolve o uso de máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizado (CNC) para remover automaticamente o excesso de material de uma peça de trabalho, processando-a e ajustando-a.
O metal é o material mais comumente usado na usinagem CNC, e o resultado final é um produto ou peça acabada.
Esse processo é conhecido como manufatura subtrativa, e os aplicativos de computador são usados para controlar os movimentos da máquina-ferramenta para melhorar a usinagem CNC. Os tipos e processos de processamento mais comuns para Máquina CNC As ferramentas incluem fresagem, torneamento, retificação e EDM.
A fresagem usa uma fresa rotativa para remover material da superfície da peça de trabalho, movendo-se ao longo de 3, 4 ou 5 eixos. Esse processo é usado 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 o uso de um torno para fabricar peças com características cilíndricas. A peça de trabalho gira no eixo e entra em contato com a ferramenta de precisão ferramenta de torneamento para formar bordas circulares, orifícios radiais e axiais, sulcos e ranhuras.
Em comparação com a usinagem manual tradicional, a usinagem CNC é muito mais rápida, com alta precisão dimensional e erros mínimos. O produto acabado atende ao código de computador do projeto.
A manufatura CNC pode ser usada para fabricar produtos e componentes finais, mas geralmente é econômica apenas para a produção de curto prazo de lotes pequenos, o que a torna um método de manufatura de prototipagem rápida ideal.
O fresamento NC é um processo que utiliza fresas rotativas para remover materiais. A peça de trabalho pode permanecer parada enquanto a ferramenta se move sobre ela ou entrar na máquina-ferramenta em um ângulo predeterminado.
A complexidade e a velocidade do processo de formação dependem do número de eixos móveis que a máquina possui. Quanto mais eixos a máquina tiver, mais rápido e complexo poderá ser o processo.
O fresamento NC de 3 eixos ainda é um dos processos de usinagem mais usados e populares.
Em 3-usinagem de eixosA peça de trabalho permanece estacionária e o cortador rotativo corta ao longo dos eixos X, Y e Z.
Esse método de usinagem é relativamente simples e pode produzir produtos com uma estrutura simples. No entanto, ele não é adequado para a usinagem de geometrias complexas ou produtos com componentes intrincados.
Como o corte só pode ser realizado em três eixos, a velocidade de processamento pode ser mais lenta do que a do 4 eixos ou usinagem NC de 5 eixos. Isso ocorre porque a peça de trabalho pode precisar ser reposicionada manualmente para obter a forma desejada.
A fresagem NC de 4 eixos adiciona um quarto eixo ao movimento do ferramenta de cortepermitindo a rotação em torno do eixo X.
Esse método envolve o uso de quatro eixos: o eixo X, o eixo Y, o eixo Z e o eixo A (girando em torno do eixo X).
A maioria das máquinas CNC de 4 eixos também tem a capacidade de girar a peça de trabalho, conhecida como eixo B. Isso permite que a máquina funcione tanto como uma fresadora quanto como um torno.
Se você precisar de perfuração na lateral de uma peça ou na superfície de um cilindro, a usinagem CNC de 4 eixos é a escolha ideal.
Ele aprimora significativamente o processo de usinagem e alcança alta precisão na usinagem.
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 normalmente o eixo B, que gira 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 alta versatilidade da usinagem NC de 5 eixos, ela é frequentemente usada para a fabricação de peças complexas e precisas, como componentes médicos, como membros ou ossos artificiais, e peças aeroespaciais, titânio peças, peças mecânicas de petróleo e gás, produtos militares e muito mais.
Um processo completo de usinagem CNC inclui as seguintes etapas: análise do processo com base no desenho de processamento da peça, determinação dos planos de usinagem, parâmetros do processo e dados de deslocamento; elaboração da folha do programa de processamento da peça com os códigos e formatos de programa prescritos; entrada ou transmissão do programa; operação de teste, simulação do caminho da ferramenta etc., da entrada do programa de usinagem ou transmissão para a unidade NC; operação automática da máquina-ferramenta por meio da operação correta, primeiro corte de teste da amostra; inspeção das peças processadas.
O programa de usinagem CNC é uma sequência de instruções que aciona a máquina-ferramenta NC para realizar a usinagem, e é o software aplicativo da máquina-ferramenta NC. As principais tarefas da programação CNC incluem análise do desenho da peça, projeto do processo, planejamento da rota de usinagem e determinação da função auxiliar da máquina-ferramenta. É uma etapa importante da usinagem CNC.
O conteúdo e as etapas da programação CNC são mostrados 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 programação manual e programação automática.
1) A programação manual se refere 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 trajetórias de movimento da ferramenta, a redação das folhas de programa de processamento de peças, a preparação da mídia de controle e a verificação do programa, é realizado manualmente. Para peças com formas geométricas menos complexas, cálculos simples e poucos programas de usinagem, a escrita manual é fácil de implementar.
A programação manual é a base para a compilação de programas de usinagem e também é o principal método de depuração de usinagem no local de máquinas-ferramenta NC. É uma habilidade básica que os operadores de máquinas-ferramenta devem dominar.
No caso de peças com formas complexas, como peças com curvas não circulares e contornos de curvas tabulares, a programação manual é tediosa, o volume do programa é enorme, a possibilidade de erros é alta, a eficiência é baixa e a programação manual não está à altura da tarefa, portanto, a programação automática deve ser adotada.
2) A programação automática se refere ao método em que a maior parte ou parte do trabalho de criação de programas para máquinas-ferramenta NC é feita por um computador. A programação automática reduz a intensidade da mão de obra 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.
Dependendo das diferentes formas de entrada de informações e métodos de processamento, os métodos de programação automática são divididos principalmente em programação de linguagem e programação interativa gráfica.
A programação de linguagem usa uma determinada linguagem de alto nível para definir a forma geométrica da peça e a trajetória de avanço, com o computador realizando cálculos geométricos complexos ou selecionando ferramentas, acessórios e quantidades de corte por meio de um banco de dados tecnológico. 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 método de programação antigo usado por máquinas-ferramentas NC e foi gradualmente substituído por métodos de programação gráfica interativa.
A programação interativa gráfica é baseada em um determinado software CAD/CAM, no qual a definição do gráfico de usinagem e a configuração dos parâmetros do processo são concluídas por meio da interação homem-computador e, em seguida, o software de programação processa automaticamente para gerar a trajetória da ferramenta e o programa de usinagem CNC.
A programação interativa gráfica é atualmente o método mais comumente usado, com sistemas de software típicos que incluem Mastercam, UG, Pro/E e outros sistemas de programação CNC.
Em comparação com a usinagem mecânica tradicional, as vantagens da usinagem CNC são:
O formato das peças processadas pelas 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 produção de peças únicas, pequenos lotes e testes de protótipos. Além disso, o movimento controlável da usinagem CNC permite que ela conclua a usinagem de superfícies complexas, o que é difícil ou impossível para as máquinas-ferramenta comuns.
As máquinas-ferramentas CNC têm maior precisão do que as máquinas-ferramentas comuns. Durante o processo de usinagem, o modo de usinagem automática das máquinas-ferramentas CNC pode evitar erros causados por fatores humanos, resultando em boa consistência dimensional, alta precisão e qualidade de usinagem muito estável para o mesmo lote de peças.
A faixa de ajuste da velocidade do fuso e da taxa de avanço das máquinas-ferramenta CNC é muito maior do que a das máquinas-ferramenta comuns. A rigidez da máquina-ferramenta é alta, o que permite grandes quantidades de corte, economizando, assim, tempo de usinagem. A rápida velocidade de movimento das peças móveis da máquina-ferramenta CNC reduz o tempo de posicionamento e de não corte.
As máquinas-ferramentas CNC se movem de acordo com as coordenadas, economizando operações auxiliares, como desenho de linha, e reduzindo o tempo auxiliar. A peça de trabalho geralmente é instalada em um dispositivo simples de posicionamento e fixação, o que reduz o ciclo de projeto e fabricação do equipamento de processo, acelerando o processo de preparação da produção.
Em máquinas-ferramentas CNC com magazine de ferramentas e trocador automático de ferramentas, a peça pode concluir vários processos de usinagem contínua com uma única fixação, reduzindo o tempo de rotatividade de produtos semiacabados e tornando mais evidente a melhoria na eficiência da produção.
A intensidade da mão de obra é baixa. A usinagem de peças por máquinas-ferramenta CNC é feita automaticamente de acordo com um programa pré-programado. As principais tarefas do operador são a edição de programas, a entrada de programas, o carregamento e o descarregamento de peças, a preparação de ferramentas, a observação do status da usinagem e a inspeção de peças, sem a necessidade de operações manuais repetitivas e pesadas.
Portanto, a intensidade da mão de obra é significativamente reduzida, e o trabalho do operador da máquina-ferramenta tende a se concentrar em operações intelectuais. Além disso, as máquinas-ferramenta CNC geralmente processam em um ambiente fechado, limpo e seguro.
A usinagem com controle programático torna conveniente a troca de variedades. Além disso, a usinagem de várias sequências em uma única máquina simplifica o gerenciamento do processo de produção, reduz o número de pessoal de gerenciamento e pode alcançar a produção não tripulada. O uso de máquinas-ferramentas CNC para usinagem pode calcular com precisão as horas de trabalho de um único produto e organizar a produção de forma razoável.
As máquinas-ferramentas CNC usam informações digitais e processamento de código padrão para controlar a usinagem, criando condições para a automação do processo de produção e simplificando de forma eficaz a transmissão de informações entre inspeções, dispositivos de trabalho e produtos semiacabados.
① Reduzir o número de ferramentas necessárias e eliminar a necessidade de ferramentas complexas para processar peças com formas complexas.
Se você precisar alterar a forma ou o tamanho de uma peça, basta modificar o programa de processamento dessa peça, o que a torna ideal para o desenvolvimento e a modificação de novos produtos.
② A qualidade da usinagem é consistente com alta precisão e repetibilidade, o que a torna adequada para os rigorosos requisitos de usinagem de aeronaves.
④ Ele pode lidar com eficiência com perfis complexos que são difíceis de processar usando métodos convencionais e pode até mesmo trabalhar em peças que não podem ser vistas durante o processamento.
A desvantagem da usinagem NC é que o custo do maquinário e do equipamento é bastante alto, e a equipe de manutenção deve ter um alto nível de especialização.
A usinagem CNC é atualmente o método de usinagem mais utilizado.
Ao realizar a usinagem CNC, é importante não apenas entender suas características, mas também as etapas envolvidas no processo para melhorar a eficiência da usinagem.
Quais são as etapas envolvidas na usinagem CNC?
Com base nos desenhos de usinagem fornecidos pelo cliente, a equipe de usinagem pode analisar a forma e a precisão dimensional, rugosidade da superfícieO material da peça, o tipo de peça bruta e o status do tratamento térmico. Essas informações são usadas para escolher as máquinas-ferramentas e as ferramentas, determinar o dispositivo de posicionamento e fixação, o método de usinagem, a sequência e os parâmetros de corte.
Ao determinar o processo de usinagem, deve-se levar em consideração os recursos de controle da máquina-ferramenta CNC que está sendo usada. Isso maximizará a eficiência da máquina-ferramenta e resultará em um caminho de usinagem mais eficiente, reduzindo o tempo de deslocamento da ferramenta e diminuindo as horas de usinagem.
Para calcular a trajetória de movimento do centro do caminho da ferramenta, são levadas em consideração as dimensões geométricas das peças usinadas e o sistema de coordenadas de programação definido. Isso resulta na determinação de todos os dados de posição da ferramenta.
A maioria Sistemas CNC têm os recursos de interpolação linear e interpolação de arco circular. Para o processamento de peças planas relativamente simples, como as compostas por linhas e arcos circulares, são calculados os pontos inicial e final dos elementos geométricos, o centro dos arcos circulares (ou o raio) e os valores de coordenadas dos pontos de interseção ou tangentes.
Se o sistema NC não tiver compensação de ferramentas os valores de coordenadas da trajetória de movimento para o centro da ferramenta devem ser calculados.
Para peças com mais formas complexasSe a usinagem for feita com curvas e superfícies não circulares, as curvas ou superfícies reais devem ser aproximadas usando segmentos de reta (ou segmentos de arco) e os valores de coordenadas de seus nós devem ser calculados com base na precisão de usinagem necessária.
Com base no caminho da ferramenta para a peça, são calculados os dados para o movimento da ferramenta e os parâmetros de processo determinados e as ações auxiliares.
Em seguida, o programador escreve o programa de processamento de peças em seções, seguindo as instruções funcionais e o formato da seção do programa especificados pelo sistema NC em uso.
Deve-se levar em consideração:
Ao seguir essas três etapas durante a usinagem CNC, o processo de usinagem pode ser realizado de forma mais eficiente.
As características de desempenho das máquinas-ferramentas CNC determinam o escopo de aplicação da usinagem CNC. Para a usinagem CNC, os objetos podem ser divididos em três categorias, de acordo com sua adequação.
1) Categoria mais adequada:
Peças com alta precisão de usinagem, formato e estrutura complexos, especialmente aquelas com curvas e contornos de superfície complexos, ou peças com cavidades não abertas. Essas peças são difíceis de usinar e inspecionar com máquinas-ferramentas gerais, e é difícil garantir a qualidade da usinagem; peças que precisam ser concluídas em uma única fixação para várias operações.
2) Categoria mais adequada:
Peças caras com peças em bruto difíceis de obter que não podem ser descartadas. Essas peças são propensas a peças abaixo do padrão ou sucateadas quando processadas em máquinas-ferramentas comuns.
Em termos de confiabilidade, elas podem ser selecionadas para usinagem em máquinas-ferramentas CNC; peças com baixa eficiência, alta intensidade de mão de obra e difícil controle de qualidade quando processadas em máquinas-ferramentas gerais; peças usadas para alterações de modelos e testes de desempenho (que exigem boa consistência dimensional); peças de produção de várias variedades, várias especificações, peças únicas e pequenos lotes.
3) Categoria inadequada:
Peças que dependem inteiramente de posicionamento manual; peças com permissões de usinagem muito instáveis se a máquina-ferramenta CNC não tiver um sistema de inspeção on-line que possa verificar e ajustar automaticamente as coordenadas de posição da peça; peças que precisam usar equipamentos de processo específicos, dependem de modelos e peças de amostra para usinagem; peças que precisam ser produzidas em grandes quantidades.
Com a melhoria do desempenho das máquinas-ferramenta CNC, o aperfeiçoamento das funções, a redução dos custos, a melhoria contínua do desempenho das ferramentas de usinagem CNC e das ferramentas auxiliares e a melhoria contínua da tecnologia de usinagem CNC, o uso de máquinas-ferramenta CNC com alta automação, alta precisão e operações concentradas para produção em larga escala está aumentando gradualmente.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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