O que é uma máquina CNC? Da usinagem manual à moderna fabricação CNC.

Uma máquina CNC é uma máquina-ferramenta controlada por um programa de computador. Em vez de depender de um operador para mover a ferramenta de corte manualmente, a máquina segue instruções programadas para realizar operações de fresagem, furação, torneamento e outras usinagens.

CNC significa Controle Numérico Computadorizado.

Atualmente, as máquinas CNC são equipamentos essenciais na fabricação de automóveis, aeroespacial, eletrônica, dispositivos médicos, equipamentos industriais, produção de moldes de fundição e muitas outras indústrias.

Mas antes da existência da tecnologia CNC, quase todos os movimentos de usinagem tinham que ser controlados manualmente.

Neste artigo, explicamos o que é uma máquina CNC, como a tecnologia CNC se desenvolveu, como ela difere da usinagem manual tradicional e por que a usinagem CNC é importante na fundição sob pressão e na fabricação de moldes.

O que é uma máquina CNC?

Uma máquina CNC é uma máquina-ferramenta que utiliza instruções de computador para controlar o movimento da ferramenta de corte, da mesa de trabalho e de outros componentes da máquina.

O programa informa à máquina:

• Para onde a ferramenta de corte deve se mover
• A que velocidade a ferramenta deve se mover
• Qual a velocidade de rotação do fuso?
• Qual a profundidade de corte que a ferramenta deve atingir?
• Quando a ferramenta deve iniciar ou parar
• Quando for necessária a troca de ferramenta

Dependendo da configuração da máquina, uma máquina CNC pode realizar operações como:

• fresagem
• Passando
• Perfuração
• Tocar
• Chato
• Mandrilagem
• Usinagem de contorno
• Usinagem de superfície tridimensional

Como a máquina segue um percurso de ferramenta programado, ela pode fabricar repetidamente peças com dimensões consistentes e geometrias complexas.

Como funcionava a usinagem antes do CNC

Antes da ampla utilização de máquinas CNC, as empresas de manufatura dependiam principalmente de máquinas-ferramenta convencionais, incluindo:

• Tornos manuais
• Fresadoras manuais
• Furadeiras manuais
• Máquinas de moagem manuais

Essas máquinas já possuíam muitos dos mesmos componentes mecânicos básicos encontrados em equipamentos CNC modernos, como o fuso, a mesa de trabalho, a ferramenta de corte e os eixos da máquina.

A principal diferença residia no método de controle.

Em uma máquina manual tradicional, o operador controlava o movimento girando volantes e lendo mostradores graduados. O operador tinha que controlar manualmente as direções X, Y e Z, além de avaliar a profundidade de corte, a taxa de avanço e a precisão dimensional.

Um operador de máquinas altamente experiente poderia produzir peças muito precisas usando esse método. No entanto, a qualidade final dependia muito da habilidade, concentração e experiência do operador.

Por que as máquinas-ferramenta manuais eram limitadas?

A usinagem manual desempenhou um papel importante no desenvolvimento industrial, mas apresentava diversas limitações.

Menor eficiência de produção

Cada movimento de corte tinha que ser executado ou monitorado pelo operador.

Ao usinar um componente complexo, o operador precisava manter-se altamente concentrado durante todo o processo. Isso aumentava a necessidade de mão de obra e limitava a velocidade de produção.

Qualidade inconsistente das peças

Mesmo quando o mesmo operador fabricava a mesma peça, pequenas diferenças dimensionais podiam ocorrer entre a primeira e a última peça.

As diferenças poderiam se tornar mais perceptíveis quando outro operador assumisse o processo.

Dificuldade de usinagem de formas complexas

Uma superfície curva complexa pode exigir que dois ou mais eixos de máquina se movam simultaneamente e com precisão.

Esse tipo de movimento coordenado é extremamente difícil de realizar manualmente. O controle CNC torna possível calcular e controlar esses movimentos automaticamente.

Alta dependência de operadores qualificados

A usinagem manual depende muito da experiência do operador.

Operadores qualificados continuam sendo valiosos na manufatura moderna, mas a tecnologia CNC permite que seus conhecimentos de usinagem sejam convertidos em programas repetíveis e processos padronizados.

O Nascimento e o Desenvolvimento da Tecnologia CNC

O desenvolvimento da tecnologia de controle numérico foi impulsionado pela demanda por componentes mais precisos e complexos, particularmente na indústria aeroespacial.

Estruturas de aeronaves, componentes de turbinas e outras peças de alto desempenho não poderiam ser produzidas de forma eficiente em grandes quantidades utilizando apenas métodos de usinagem manual.

1952: A primeira fresadora de controle numérico

Em 1952, o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e a Parsons Corporation desenvolveram uma das primeiras fresadoras práticas com controle numérico.

O sistema utilizava fita perfurada para armazenar dados de coordenadas.

A máquina lia os padrões de furos na fita e convertia as informações em sinais elétricos. Esses sinais controlavam os motores e moviam os eixos da máquina automaticamente.

Esta é a origem do termo controle numérico : números e coordenadas eram usados ​​para controlar o movimento da máquina.

Décadas de 1950 e 1960: Início do Controle Eletrônico

Os primeiros sistemas de controle numérico utilizavam válvulas eletrônicas e componentes eletrônicos complexos.

Os sistemas eram grandes, caros e usados ​​principalmente na fabricação militar e aeroespacial.

Década de 1970: Os computadores entraram no controle numérico.

Com o surgimento de computadores menores, eles gradualmente substituíram muitos dos primeiros controladores com fios.

Os programas podiam ser armazenados e modificados com mais facilidade, reduzindo a necessidade de criar uma nova fita perfurada sempre que um programa de usinagem fosse alterado.

Esse desenvolvimento estabeleceu o conceito moderno de Controle Numérico Computadorizado , ou CNC.

Décadas de 1980 e 1990: A usinagem CNC tornou-se amplamente disponível.

Os avanços nos microprocessadores reduziram significativamente o custo e o tamanho dos sistemas de controle CNC.

Fabricantes especializados em controles CNC desenvolveram sistemas mais confiáveis ​​e fáceis de usar, permitindo que as máquinas CNC entrassem em fábricas de manufatura geral em uma escala muito maior.

Dos anos 2000 até hoje: CNC e manufatura inteligente

As máquinas CNC modernas oferecem recursos como:

• Usinagem de alta velocidade
• Controle multi-eixo
• Troca automática de ferramentas
• Monitoramento de desgaste de ferramentas
• Medição em processo
• transmissão de programas de rede
• Coleta de dados de produção
• Integração com softwares CAD e CAM
• Automação e carregamento robótico

As máquinas CNC deixaram de ser apenas máquinas de corte automatizadas. Elas são unidades de produção importantes dentro dos modernos sistemas de manufatura digital e inteligente.

Usinagem manual versus usinagem CNC

Comparação	Usinagem Manual	Usinagem CNC
Movimento da máquina	Controlado pelo operador	Controlado por um programa de computador
Eficiência de produção	Menor para produção repetitiva	Adequado para produção em volumes médios e altos.
Repetibilidade	Depende muito da habilidade do operador.	Alta repetibilidade após a validação do processo
Superfícies complexas	Difícil de fabricar	É possível realizar usinagem multieixos.
Custo de configuração	Geralmente, o preço é mais baixo para trabalhos simples e pontuais.	É necessário programar e preparar os equipamentos.
Consistência de produção	Mais dependente do operador	Mais estável e padronizado
Armazenamento de programas	Não aplicável	Os programas podem ser armazenados e reutilizados.
Melhor aplicação	Reparos, peças simples e trabalhos de baixo volume.	Produção precisa, complexa e repetitiva.

A usinagem manual não desapareceu.

Continua sendo útil para trabalhos de reparo, ajuste de máquinas, modificação de protótipos e certos componentes simples. No entanto, a usinagem CNC oferece vantagens claras quando o projeto exige repetibilidade, geometria complexa e produção em lote estável.

Qual é a diferença entre NC e CNC?

NC e CNC estão relacionados, mas não são exatamente a mesma coisa.

item	NC	CNC
Nome completo	Controle numérico	Controle numérico computadorizado
Sistema de controle	Controle eletrônico principalmente por meio de fiação fixa	Controle baseado em computador
Armazenamento de programas	Geralmente, mídia externa, como fita perfurada.	Armazenado no controlador ou transferido digitalmente
Edição de programas	Difícil e demorado	Os programas podem ser editados e otimizados.
Flexibilidade	Limitada	Alto
Capacidade de rede	Geralmente indisponível	Programas e dados podem ser transferidos através de redes.
Uso atual	Sistemas predominantemente históricos ou especializados	Tecnologia padrão em máquinas-ferramenta modernas

O NC foi a forma inicial de controle numérico.

O CNC evoluiu a partir do NC com a introdução do controle baseado em computador. Isso permitiu que os programas de usinagem fossem armazenados, editados, copiados e transferidos com mais facilidade.

Atualmente, a maioria dos equipamentos denominados "máquinas de controle numérico" são, na verdade, máquinas CNC.

É importante também entender que um centro de usinagem é um tipo de máquina CNC , normalmente equipada com um trocador automático de ferramentas e capaz de realizar múltiplas operações de usinagem em uma única configuração.

Como funciona uma máquina CNC?

Embora as máquinas CNC possam ser altamente avançadas, seu processo de trabalho básico pode ser dividido em várias etapas.

1. Analise o desenho da peça.

A equipe de engenharia primeiro analisa o desenho 2D ou o modelo 3D.

Informações importantes incluem:

• Material
• Dimensões
• Tolerâncias:
• Requisitos de superfície
• Especificações de furos e roscas
• Locais de referência
• Requisitos de inspeção

2. Planeje o processo de usinagem

O engenheiro determina:

• Quais superfícies precisam ser usinadas?
• A sequência de usinagem
• Projeto de dispositivos de fixação e fixação de peças
• Seleção da ferramenta de corte
• Parâmetros de corte
• Métodos de inspeção

3. Criar o programa CNC

Para peças simples, o programa pode ser escrito diretamente no controlador CNC.

Para peças complexas, geralmente utiliza-se software CAM para criar e simular o percurso da ferramenta.

O programa completo contém comandos para movimentação da máquina, velocidade do fuso, taxa de avanço, seleção de ferramentas e outras operações.

4. Configure a máquina

O operador instala a peça de trabalho, o dispositivo de fixação e as ferramentas de corte.

O sistema de coordenadas de trabalho correto e os deslocamentos da ferramenta também devem ser estabelecidos.

Uma configuração incorreta pode causar erros dimensionais, danos à ferramenta ou até mesmo uma colisão.

5. Execute o programa de usinagem.

O controlador CNC lê o programa e move os eixos da máquina de acordo com as instruções programadas.

A máquina executa automaticamente as operações de corte necessárias.

6. Inspecione a peça acabada.

Após a usinagem, a peça é inspecionada utilizando equipamentos de medição adequados.

Dependendo do projeto, a inspeção pode incluir:

• paquímetros
• Micrômetros
• Medidores de altura
• Medidores de rosca
• Máquinas de medição por coordenadas
• Testadores de rugosidade de superfície
• Dispositivos de inspeção personalizados

Usinagem CNC na fundição sob pressão e fabricação de moldes

A usinagem CNC é especialmente importante na indústria de fundição sob pressão.

Um componente fundido sob pressão é formado pela injeção de metal fundido em um molde de aço. Embora o processo de fundição possa produzir peças com formato próximo ao final, a usinagem CNC ainda é necessária tanto na fabricação do molde quanto na produção do componente.

Usinagem CNC para moldes de fundição sob pressão

Um molde de fundição sob pressão contém muitos componentes de precisão, incluindo:

• Cavidades do molde
• Inserções de núcleo
• Slides
• Levantadores
• Componentes do ejetor
• Sistemas de corredores
• Áreas de transbordamento
• Canais de resfriamento
• Bolsos internos
• Superfícies de separação

Esses componentes devem ser fabricados com dimensões controladas e alinhamento preciso.

Fresagem CNC, furação, retificação, eletroerosão e corte a fio podem ser utilizados durante o processo de fabricação do molde.

A precisão do molde afeta diretamente:

• Dimensões da fundição
• desalinhamento da linha de junção
• Formação de flash
• Aparência da superfície
• Desempenho de montagem
• Vida do molde
• Estabilidade da produção

Usinagem CNC para peças fundidas sob pressão

A fundição sob pressão pode produzir peças metálicas complexas de forma eficiente, mas certos detalhes normalmente são finalizados após a fundição.

As características típicas de usinagem CNC incluem:

• Furos de precisão
• Furos rosqueados
• Posições dos rolamentos
• Superfícies de vedação
• Dados de montagem
• Interfaces de conector
• Superfícies de montagem planas
• Diâmetros de alta tolerância

Por exemplo, uma carcaça de alumínio fundido pode ser moldada com seu formato externo principal, nervuras e estrutura interna. A usinagem CNC pode então ser usada para dar acabamento à superfície de vedação, furar os orifícios de montagem e usinar as conexões roscadas.

Essa combinação proporciona a eficiência de produção da fundição sob pressão e a precisão dimensional da usinagem CNC.

Por que o planejamento de processos é importante

A usinagem CNC deve ser considerada durante o estágio inicial de DFM (Design for Manufacturing), e não após a conclusão do molde.

A equipe de engenharia deve avaliar:

• Tolerâncias de usinagem
• Dados de fundição
• Localização dos equipamentos
• Deformação de fixação
• Risco de porosidade em áreas usinadas
• Acesso à ferramenta
• Sequência de usinagem
• Requisitos de inspeção

Um planejamento correto pode reduzir o tempo de usinagem, as taxas de refugo e os custos de produção desnecessários.

Usinagem CNC na Cast Mold

Na Cast Mold, a usinagem CNC oferece suporte tanto à fabricação de moldes de fundição sob pressão quanto à usinagem secundária de componentes fundidos em ligas de alumínio e zinco.

Nosso processo de fabricação integrado pode incluir:

1. Análise DFM
2. Análise Moldflow
3. projeto de molde para fundição sob pressão
4. Fabricação de moldes
5. Teste e amostragem de mofo
6. Fundição de alumínio ou zinco
7. usinagem CNC
8. Revestimento de superfície
9. Inspeção e embalagem

Ao considerarmos em conjunto a fundição, as ferramentas e a usinagem CNC, podemos identificar potenciais riscos de fabricação mais cedo e desenvolver um processo de produção mais estável.

Conclusão

Uma máquina CNC utiliza programas de computador para controlar os movimentos da máquina e as operações de corte.

Em comparação com a usinagem manual tradicional, a tecnologia CNC proporciona melhor repetibilidade, maior eficiência de produção e a capacidade de fabricar componentes mais complexos.

O desenvolvimento dos primeiros sistemas de controle numérico até a moderna usinagem CNC multieixos desempenhou um papel importante no crescimento da manufatura de precisão.

Na produção de fundição sob pressão, a usinagem CNC é utilizada não apenas para fabricar moldes precisos, mas também para dar acabamento a detalhes críticos em peças fundidas de ligas de alumínio e zinco.

Para obter os melhores resultados, a fundição sob pressão, o projeto do molde e a usinagem CNC devem ser avaliados como um processo de fabricação completo.