Uma máquina de controle numérico computadorizado (CNC) é uma ferramenta de usinagem que molda o material em estoque no formato desejado que atenderá às diretrizes de fabricação e aos requisitos de componentes. As máquinas CNC utilizam software pré-programado para controlar os movimentos de máquinas complexas, incluindo retificadoras, tornos, fresadoras e outras ferramentas de corte utilizadas para remover material.

Essas técnicas de fabricação auxiliadas por computador podem executar uma ampla gama de tarefas complexas e precisas de usinagem CNC para criar produtos manufaturados e peças projetadas especificamente para as indústrias automotiva, de defesa e aeroespacial.



Embora a impressão 3D e outros processos de fabricação aditiva ocupem o centro da produção de componentes feitos com materiais macios no século 21, a maioria dos itens de uso diário ainda é o resultado de técnicas de usinagem subtrativa altamente automatizadas.

Garrafas plásticas de água são produzidas a partir de moldes usando a técnica de afundamento CNC, e os componentes individuais do sistema de acionamento de qualquer carro na estrada são fresados ​​em dimensões precisas para permitir que todas as engrenagens móveis se encaixem perfeitamente para um desempenho mecânico ideal.

“É provável que quase tudo que você toca no dia a dia tenha sido tocado em algum momento por uma máquina-ferramenta”, diz Tony Schmitz, professor de engenharia da Universidade do Tennessee em Knoxville. “Se você já viajou em um avião – um Boeing 747, por exemplo – mais de um milhão de componentes separados foram usinados e depois montados para fazer o avião decolar.”


Conteúdo

1. Como funciona uma máquina-ferramenta CNC?
2. 5 funções primárias das máquinas CNC
3. O que é software de fabricação auxiliada por computador?
4. Uma breve história das máquinas-ferramenta CNC
5. Como será o futuro processo de usinagem CNC?

Como funciona uma máquina-ferramenta CNC?

As máquinas-ferramentas CNC são tão versáteis e dinâmicas quanto a infinidade de itens que criam. No entanto, a maioria das máquinas CNC funciona dentro de duas estruturas:um sistema de malha aberta ou de malha fechada.

Em sistemas CNC de malha aberta, o operador desenvolverá o controle numérico computacional para a tarefa em questão e gerará o código G ou arquivo de trabalho usando software de design auxiliado por computador (CAD). O computador então transmite as etapas adequadas ao controlador e aos servomotores conectados.



Esses motores manipulam ferramentas de corte, como tornos ou retificadoras, ao longo de pelo menos dois eixos (X e Y), embora as máquinas CNC de última geração possam aumentar a versatilidade e a precisão ao mover fresas CNC e outros acessórios em torno de vários eixos adicionais.

Os sistemas CNC de circuito fechado fornecem dados de feedback ao monitor para resolver inconsistências enquanto as máquinas CNC movem o material. Esta comunicação motor-monitor permite que sistemas de circuito fechado alterem a velocidade, a posição e a taxa de avanço de tornos e outras máquinas-ferramentas CNC em tempo real.

5 funções primárias das máquinas CNC

Aqui estão algumas das aplicações industriais mais comuns para máquinas CNC:

1. Corte

As máquinas CNC são excelentes ferramentas para projetos que exigem uma velocidade de corte precisa e eficiente e podem acomodar duas das mais avançadas técnicas de corte:EDM de peso (máquina de descarga elétrica) e EDM de fio.



Um EDM chumbado usa uma erosão térmica a partir da interação entre dois eletrodos – um preso à ferramenta na forma de cobre ou grafite. O outro é o fluido dielétrico no qual o material é banhado. Surpreendentemente, a ferramenta e a peça nunca entram em contato direto durante a produção. Wire EDM funciona da mesma maneira, exceto que utiliza eletrodos de fio como ferramentas de corte precisas.

2. Perfuração

Este processo preciso de perfuração usa uma ferramenta de corte rotativa, normalmente brocas ou jatos de água de alta velocidade, para produzir furos redondos em uma peça estacionária. Esses orifícios geralmente acomodam parafusos e porcas de montagem.

3. Moagem

As máquinas CNC são frequentemente equipadas com discos abrasivos que produzem acabamentos superficiais quase perfeitos. Essa técnica de retificação subtrativa supera em muito a precisão de qualquer processo de fabricação aditiva e pode reduzir imperfeições a tolerâncias tão pequenas quanto 1/10 da largura de um fio de cabelo humano.

4. Fresagem

Uma fresadora CNC, semelhante às fresadoras básicas e outras fresadoras manuais, usa tornos, jatos de água ou ferramentas de torneamento para remover material de uma peça estacionária. As fresadoras CNC podem se mover ao longo de vários eixos, permitindo que os operadores executem tarefas de fresamento horizontal, vertical, angular e de faceamento com precisão absoluta. Esses recursos multiangulares aumentam a eficiência no processo de fabricação de peças complexas de madeira, metal e plástico, uma vez que o maquinista pode ajustar e fixar novamente o material em estoque menos vezes.

5. Virando

Este processo de máquina CNC funciona de forma semelhante à fresagem; entretanto, em vez de fixar o material a uma estação de trabalho, ele é acoplado a um mecanismo giratório que gira em alta velocidade. Um trabalhador usando um torno, ou CNC com acessório semelhante, removerá então pequenas quantidades de material até formar o material no formato desejado.

O que é software de fabricação auxiliada por computador?

O software de manufatura auxiliada por computador (CAM) é um componente essencial do processo de usinagem CNC. É o mediador e intérprete de qualquer operação de usinagem auxiliada por computador porque gerencia entradas e saídas humanas e automatizadas de todas as etapas da produção.

Por exemplo, os designers criam modelos 3D de seus projetos em software de design auxiliado por computador (CAD) e carregam o arquivo no CAM. O CAM interpretará então o modelo e atuará como um gerador de código m ou código g, traduzindo o objetivo do projeto para a linguagem de programação CNC. À medida que a máquina CNC trabalha no projeto, ela devolve dados ao CAM e informa ao operador quaisquer variáveis ​​que possam afetar o resultado do produto.

Uma breve história das máquinas-ferramentas CNC

A usinagem CNC está enraizada nos avanços tecnológicos durante a Revolução Industrial em meados do século XIX, quando as empresas de manufatura começaram a usar tornos baseados em came e ferramentas de fresagem na produção em massa de armas de fogo, equipamentos de fábrica e itens de uso diário. Nas décadas de 1940 e 1950, a usinagem rudimentar de controle numérico na forma de cartões perfurados com código m começou a automatizar diversas tarefas de fabricação que eram originalmente controladas manualmente por uma equipe de trabalhadores.

À medida que os computadores digitais e o software de computador melhoraram nas décadas de 1970 e 1980, mais ferramentas de fabricação poderiam ser automatizadas para melhorar a velocidade de produção e a eficiência geral.



Agora, no século 21, o software CAM e CAD e as máquinas CNC de última geração permitem que pequenas equipes de produção tenham uma estratégia econômica para a fabricação de grandes quantidades de peças complexas. À medida que o aprendizado de máquina e a inteligência artificial continuam a avançar, a indústria manufatureira provavelmente continuará a otimizar e automatizar processos.

Como será o futuro processo de usinagem CNC?

Pode ser fácil sonhar acordado com um mundo onde os robôs fazem todo o trabalho à medida que entramos nos primeiros estágios da revolução da inteligência artificial, no entanto, tanto os profissionais de usinagem quanto os acadêmicos de engenharia entendem que o processo de usinagem CNC requer trabalhadores qualificados para garantir que tudo funcione como esperado. deveria.

“Ela [a usinagem de controle numérico computadorizado] é uma capacidade fundamental que não desaparecerá tão cedo”, diz Schmitz. Em vez disso, Schmitz argumenta que a fabricação aditiva e subtrativa na verdade se complementam a ponto de a "fabricação híbrida" se tornar o futuro processo de usinagem CNC.



Schmitz também diz que essa fabricação híbrida “começará com uma peça aditiva que é a pré-forma ou condição inicial, e então usaremos usinagem limitada para produzir um acabamento superficial liso que você não pode obter com aditivo”.

No entanto, um dos obstáculos mais desafiadores que o futuro da usinagem CNC enfrenta é a atual escassez de mão de obra de maquinistas qualificados e familiarizados com a programação CNC. Esta escassez só irá agravar-se à medida que os profissionais veteranos do CNC se aposentarem e poucos entrarem na indústria para ocupar o seu lugar.

Nos Estados Unidos, o Departamento de Defesa e várias outras agências federais perceberam a necessidade de relançar um programa de produção nacional fracassado e de implementar processos de produção de ponta que tornarão o país competitivo na indústria.

"Embora historicamente a usinagem tenha sido considerada um ofício - onde alguém precisa de anos e anos de treinamento e experiência prática antes de poder criar as peças que deseja - acredito que deixaremos isso para um ambiente de usinagem mais automatizado ", diz Schmitz. “Ainda haverá empregos, mas serão drasticamente diferentes do que eram quando a tecnologia CNC começou nas décadas de 1940 e 1950”.
Agora isso é interessante
Os Estados Unidos foram uma potência manufatureira que liderou o mundo em tecnologias inovadoras após a Segunda Guerra Mundial. Os EUA começaram então a terceirizar a produção nas décadas de 1960 e 1970, o que levou a uma maior dependência de produtos fabricados no exterior. A liderança da indústria e as organizações federais concordam que o país necessita urgentemente de maior autossuficiência e de um renascimento da indústria de usinagem americana no século XXI. À medida que a força de trabalho diminui, com menos pessoas entrando do que saindo do campo da tecnologia CNC, nunca houve melhor momento para ingressar nesta profissão de alta demanda.