INTRODUÇÃO
Um roteador CNC é um Kit de máquina CNC cujos caminhos de ferramentas podem ser controlados por controle numérico computadorizado. É uma máquina controlada por computador para cortar vários materiais duros, como madeira, compósitos, alumínio, aço, plásticos e espumas. É um dos muitos tipos de ferramentas que têm variantes CNC. Um roteador CNC é muito semelhante em conceito a um Fresadora CNC.
Os roteadores CNC vêm em muitas configurações, desde pequenos roteadores CNC "desktop" de estilo doméstico até grandes roteadores CNC "gantry" usados em instalações de fabricação de barcos. Embora existam muitas configurações, a maioria dos roteadores CNC tem algumas peças específicas: um controlador CNC dedicado, um ou mais motores de fuso, inversores CA e uma mesa.
Os roteadores CNC geralmente estão disponíveis em formatos CNC de 3 e 5 eixos.
O roteador CNC é executado por um computador. As coordenadas são carregadas no controlador da máquina a partir de um programa separado. Os proprietários de roteadores CNC geralmente têm 2 aplicativos de software — um programa para fazer designs (CAD) e outro para traduzir esses designs em um programa de instruções para a máquina (CAM). Assim como as fresadoras CNC, os roteadores CNC podem ser controlados diretamente por programação manual, mas o CAD/CAM abre possibilidades mais amplas para contornos, acelerando o processo de programação e, em alguns casos, criando programas cuja programação manual seria, se não realmente impossível, certamente comercialmente impraticável.
Roteadores CNC pode ser muito útil ao executar trabalhos idênticos e repetitivos. Um roteador CNC normalmente produz trabalho consistente e de alta qualidade e melhora a produtividade da fábrica.
Uma fresadora CNC pode reduzir o desperdício, a frequência de erros e o tempo que o produto final leva para chegar ao mercado.
Uma fresadora CNC dá mais flexibilidade ao processo de fabricação. Ela pode ser usada na produção de muitos itens diferentes, como entalhes de portas, decorações internas e externas, painéis de madeira, placas de sinalização, molduras de madeira, molduras, instrumentos musicais, móveis e assim por diante. Além disso, a fresadora CNC facilita a termoformagem de plásticos ao automatizar o processo de corte. As fresadoras CNC ajudam a garantir a repetibilidade das peças e a produção de fábrica suficiente.
CONTROLE NUMÉRICO
A tecnologia de controle numérico como é conhecida hoje surgiu em meados do século XX. Ela pode ser rastreada até o ano de 20, a Força Aérea dos EUA e os nomes de John Parsons e do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge, MA, EUA. Ela não foi aplicada na fabricação de produção até o início dos anos 1952. O verdadeiro boom veio na forma de CNC, por volta do ano de 1960, e uma década depois com a introdução de microcomputadores acessíveis. A história e o desenvolvimento dessa tecnologia fascinante foram bem documentados em muitas publicações.
No campo da manufatura, e particularmente na área de trabalho com metais, a tecnologia de Controle Numérico causou uma espécie de revolução. Mesmo nos dias anteriores aos computadores se tornarem acessórios padrão em todas as empresas e em muitas casas, as máquinas-ferramentas equipadas com sistema de Controle Numérico encontraram seu lugar especial nas oficinas mecânicas. A evolução recente da microeletrônica e o desenvolvimento incessante de computadores, incluindo seu impacto no Controle Numérico, trouxeram mudanças significativas ao setor de manufatura em geral e à indústria metalúrgica em particular.
DEFINIÇÃO DE CONTROLE NUMÉRICO
Em várias publicações e artigos, muitas descrições foram usadas ao longo dos anos para definir o que é Controle Numérico. Muitas dessas definições compartilham a mesma ideia, o mesmo conceito básico, apenas usam palavras diferentes.
A maioria de todas as definições conhecidas podem ser resumidas em uma declaração relativamente simples:
O controle numérico pode ser definido como uma operação de máquinas-ferramentas por meio de instruções especificamente codificadas para o sistema de controle da máquina.
As instruções são combinações de letras do alfabeto, dígitos e símbolos selecionados, por exemplo, um ponto decimal, o sinal de porcentagem ou os símbolos de parênteses. Todas as instruções são escritas em uma ordem lógica e uma forma predeterminada. A coleção de todas as instruções necessárias para usinar uma peça é chamada de programa NC, programa CNC ou programa de peça. Tal programa pode ser armazenado para uso futuro e usado repetidamente para atingir resultados de usinagem idênticos a qualquer momento.
Tecnologia NC e CNC
Em estrita adesão à terminologia, há uma diferença no significado das abreviações NC e CNC. NC significa a ordem e a tecnologia original de Controle Numérico, enquanto a abreviação CNC significa a mais nova tecnologia de Controle Numérico Computadorizado, um spin-off moderno de seu parente mais antigo. No entanto, na prática, CNC é a abreviação preferida. Para esclarecer o uso adequado de cada termo, observe as principais diferenças entre os sistemas NC e CNC.
Ambos os sistemas realizam as mesmas tarefas, ou seja, manipulação de dados com o propósito de usinar uma peça. Em ambos os casos, o design interno do sistema de controle contém as instruções lógicas que processam os dados. Neste ponto, a similaridade termina.
O sistema NC (ao contrário do sistema CNC) usa funções lógicas fixas, aquelas que são incorporadas e permanentemente conectadas dentro da unidade de controle. Essas funções não podem ser alteradas pelo programador ou pelo operador da máquina. Devido à escrita fixa da lógica de controle, o sistema de controle NC pode interpretar um programa de peça, mas não permite que nenhuma alteração seja feita fora do controle, normalmente em um ambiente de escritório. Além disso, o sistema NC requer o uso obrigatório de fitas perfuradas para entrada das informações do programa.
O sistema CNC moderno, mas não o antigo sistema NC, usa um microprocessador interno (ou seja, um computador). Este computador contém registros de memória que armazenam uma variedade de rotinas que são capazes de manipular funções lógicas. Isso significa que o programador de peças ou o operador da máquina pode alterar o programa do próprio controle (na máquina), com resultados instantâneos. Essa flexibilidade é a maior vantagem dos sistemas CNC e provavelmente o elemento-chave que contribuiu para um uso tão amplo da tecnologia na fabricação moderna. Os programas CNC e as funções lógicas são armazenados em chips de computador especiais, como instruções de software. Em vez de serem usados pelas conexões de hardware, como fios, que controlam as funções lógicas. Em contraste com o sistema NC, o sistema CNC é sinônimo do termo `softwired`.
Ao descrever um assunto específico relacionado à tecnologia de controle numérico, é comum usar os termos NC ou CNC. Lembre-se de que NC também pode significar CNC no dia a dia, mas CNC nunca se refere à tecnologia de controle numérico, descrita aqui pela abreviação NC. A letra "C" significa computadorizado e não se aplica ao sistema com fiação fixa. Todos os sistemas de controle fabricados atualmente são do tipo CNC. Abreviações como C&C ou C'n'C não são corretas e refletem negativamente em quem as utiliza.
Terminologia
Zero absoluto
Isso se refere à posição de todos os eixos quando eles estão localizados no ponto onde os sensores podem detectá-los fisicamente. Uma posição zero absoluta normalmente é alcançada após um comando home ser executado.
eixo
Uma linha de referência fixa em torno da qual um objeto se move ou gira.
parafuso da esfera
Um parafuso de esferas é um dispositivo mecânico para traduzir movimento rotacional em movimento linear. Ele consiste em uma porca de rolamento de esferas recirculante que corre em um parafuso rosqueado de precisão.
CAD
O design auxiliado por computador (CAD) é o uso de uma ampla gama de ferramentas baseadas em computador que auxiliam engenheiros, arquitetos e outros profissionais de design em suas atividades de design.
CAM
A manufatura assistida por computador (CAM) é o uso de uma ampla gama de ferramentas de software baseadas em computador que auxiliam engenheiros e operadores de máquinas CNC na fabricação ou prototipagem de componentes de produtos.
CNC
A abreviação CNC significa controle numérico computadorizado e se refere especificamente a um "controlador" de computador que lê instruções em código G e aciona a máquina-ferramenta.
Responsável pelo Tratamento
Um sistema de controle é um dispositivo ou conjunto de dispositivos que gerenciam, comandam, direcionam ou regulam o comportamento de outros dispositivos ou sistemas.
Iluminação natural
Esta é a distância entre a parte mais baixa da ferramenta e a superfície da mesa da máquina. A luz do dia máxima se refere à distância da mesa até o ponto mais alto que uma ferramenta pode alcançar.
Bancos de perfuração
Também conhecidas como multibrocas, são conjuntos de brocas geralmente espaçadas em incrementos de 32 mm.
Velocidade de alimentação
Ou velocidade de corte é a diferença de velocidade entre a ferramenta de corte e a superfície da peça na qual ela está operando.
Deslocamento do aparelho
Este é um valor que representa o zero de referência de um determinado equipamento. Ele corresponde à distância em todos os eixos entre o zero absoluto e o zero do equipamento.
G-code
G-code é um nome comum para a linguagem de programação que controla máquinas-ferramentas NC e CNC.
Início
Este é o ponto de referência programado, também conhecido como 0,0,0, representado como o zero absoluto da máquina ou um zero de deslocamento do dispositivo.
Interpolação linear e circular é um método de construção de novos pontos de dados a partir de um conjunto discreto de pontos de dados conhecidos. Em outras palavras, esta é a maneira como o programa calculará o caminho de corte de um círculo completo, conhecendo apenas o ponto central e o raio.
Casa da máquina
Esta é a posição padrão de todos os eixos na máquina. Ao executar um comando de homing, todos os drives se movem em direção às suas posições padrão até que atinjam um switch ou um sensor que os diga para parar.
Nidificação
Refere-se ao processo de fabricação eficiente de peças a partir de chapas. Usando algoritmos complexos, o software de aninhamento determina como dispor as peças de forma a maximizar o uso do estoque disponível.
Compensar
Refere-se à distância da medição da linha central que vem do software CAM.
Ferramentas de apoio
Este é o termo usado para se referir a ferramentas ativadas por ar que são montadas ao lado do eixo principal.
Pós-processador
Software que fornece algum processamento final aos dados, como formatação para exibição, impressão ou usinagem.
Programa zero
Este é o ponto de referência 0,0 especificado no programa. Na maioria dos casos, é diferente do zero da máquina.
Cremalheira e pinhão
Cremalheira e pinhão são um par de engrenagens que convertem movimento rotacional em movimento linear.
Fuso
Um fuso é um motor de alta frequência equipado com um aparelho de fixação de ferramentas.
Spoilboard
Também conhecido como painel de sacrifício, é o material usado como base para o material que está sendo cortado. Pode ser feito de muitos materiais diferentes, dos quais MDF e aglomerado são os mais comuns.
Carregamento da ferramenta
Isso se refere à pressão exercida sobre uma ferramenta enquanto ela corta o material.
Velocidade da ferramenta
Também chamada de velocidade do fuso, é a frequência de rotação do fuso da máquina, medida em rotações por minuto (RPM).
Ferramentas.
Surpreendentemente, o ferramental é frequentemente o aspecto menos compreendido dos equipamentos CNC. Considerando que é o elemento que mais afeta a qualidade do corte e a velocidade de corte, os operadores devem dedicar mais tempo explorando esse assunto.
Ferramentas de corte geralmente vêm em 3 materiais diferentes: aço rápido, carboneto e diamante.
Aço rápido (HSS)
O HSS é o mais afiado dos três materiais e o mais barato, no entanto, ele se desgasta mais rápido e só deve ser usado em materiais não abrasivos. Ele requer trocas e afiação frequentes e, por esse motivo, é usado principalmente em casos em que o operador precisa cortar um perfil personalizado internamente para um trabalho especial.
Carboneto sólido
Ferramentas de carboneto vêm em diferentes formas: pontas de carboneto, insertos de carboneto e ferramentas de carboneto sólido. Tenha em mente que nem todo carboneto é igual, pois a estrutura cristalina varia muito entre os fabricantes dessas ferramentas. Como resultado, essas ferramentas reagem de forma diferente ao calor, vibração, impacto e cargas de corte. Geralmente, ferramentas de carboneto genéricas de baixo custo se desgastam e lascam mais rapidamente do que marcas de renome mais caras.
Cristais de carboneto de silício são incorporados em um ligante de cobalto para formar a ferramenta. Quando a ferramenta é aquecida, o ligante de cobalto perde sua capacidade de segurar os cristais de carboneto e ela se torna opaca. Ao mesmo tempo, o espaço oco deixado pelo carboneto ausente é preenchido com contaminantes do material que está sendo cortado, amplificando o processo de embotamento.
Ferramentas de diamante
Esta categoria de ferramentas caiu de preço nos últimos anos. Sua notável resistência à abrasão a torna ideal para cortar materiais como laminados de alta pressão ou MDF. Alguns afirmam que ela dura até 100 vezes mais que o carboneto. Ferramentas com ponta de diamante são propensas a lascar ou rachar se atingirem um prego incrustado ou um nó duro. Alguns fabricantes usam ferramentas de diamante para corte grosseiro de materiais abrasivos e depois mudam para ferramentas de carboneto ou inserto para o trabalho de acabamento.
Geometria da ferramenta
Canela
A haste é a parte da ferramenta que é segurada pelo porta-ferramentas. É a parte da ferramenta que não apresenta evidências de usinagem. A haste deve ser mantida livre de contaminação, oxidação e arranhões.
Diâmetro de corte
Este é o diâmetro ou a largura do corte que a ferramenta produzirá.
Comprimento do corte
Esta é a profundidade de corte efetiva da ferramenta ou quão fundo a ferramenta pode cortar o material.
Flautas
Esta é a parte da ferramenta que extrai o material cortado. O número de ranhuras em uma fresa é importante para determinar a carga de cavacos.
Perfil da ferramenta
Existem muitos perfis de ferramentas nesta categoria. Os principais a serem considerados são espirais de corte ascendente e descendente, espirais de compressão,
ferramentas de desbaste, acabamento, hélice baixa e corte reto. todas elas vêm em uma combinação de uma a quatro ranhuras.
A espiral de corte ascendente fará com que os cavacos voem para cima, para fora do corte. Isso é bom ao fazer um corte cego ou ao perfurar diretamente para baixo. No entanto, essa geometria da ferramenta promove a elevação e tende a arrancar a borda superior do material que está sendo cortado.
Ferramentas espirais de corte descendente empurram os cavacos para baixo, em direção ao corte, o que tende a melhorar a fixação da peça, mas pode causar entupimento e superaquecimento em certas situações. Essa ferramenta também tende a rasgar a borda inferior do material que está sendo cortado.
Tanto as ferramentas espirais de corte ascendente quanto as de corte descendente vêm com uma aresta de desbaste, quebra-cavacos ou acabamento.
Espirais de compressão são uma combinação de canais de corte ascendente e descendente.
Ferramentas de compressão empurram os cavacos para longe das bordas em direção ao centro do material e são usadas ao cortar laminados de dupla face ou quando o arrancamento das bordas é um problema.
Brocas espirais de baixa ou alta hélice são usadas ao cortar materiais mais macios, como plástico e espuma, quando a soldagem e a evacuação de cavacos são essenciais.
Carga de chip
O fator mais importante para aumentar a vida útil da ferramenta é dissipar o calor que é absorvido pela ferramenta. A maneira mais rápida de fazer isso é cortando mais material em vez de ir mais devagar. Os cavacos extraem mais calor da ferramenta do que a poeira. Além disso, esfregar a ferramenta contra o material causará atrito, o que se traduz em calor.
Outro fator a ser considerado na busca pelo aumento da vida útil da ferramenta é manter a ferramenta, a pinça e o porta-ferramenta limpos, livres de depósitos ou corrosão, reduzindo assim as vibrações causadas por ferramentas desbalanceadas.
A espessura do material removido por cada dente da ferramenta é chamada de carga de cavaco.
A fórmula para calcular a carga do cavaco é a seguinte:
Carga de cavacos = Taxa de avanço / RPM / # Canais
Ao aumentar a taxa de cavacos, a vida útil da ferramenta aumenta, enquanto o tempo de ciclo diminui. Além disso, uma ampla gama de taxas de cavacos permite obter um bom acabamento de aresta. O ideal é consultar a tabela de taxas de cavacos do fabricante da ferramenta para encontrar o valor mais adequado. As taxas de cavacos recomendadas geralmente variam entre 0.003" e 0.03" ou 0.07 mm e 0.7 mm.
Acessórios
Impressão de etiquetas
Esta é uma opção que está se tornando cada vez mais popular na indústria, especialmente porque as máquinas CNC estão se tornando mais integradas em toda a fórmula do negócio. O controlador pode ser conectado ao software de vendas ou programação e as etiquetas das peças são impressas assim que a peça é usinada. Alguns fornecedores usam etiquetas para identificar sobras de material para fácil recuperação no futuro.
Leitores ópticos
Também conhecidos como varinhas de código de barras, eles podem ser integrados ao controlador para que um programa possa ser chamado escaneando um código de barras na programação de trabalho. Esta opção economiza um tempo valioso ao automatizar o processo de carregamento do programa.
Sondas
Esses dispositivos de medição vêm em uma variedade de formas e desempenham muitas funções diferentes. Algumas sondas medem apenas a superfície h8 para garantir o alinhamento adequado em aplicações sensíveis a h8. Outras sondas podem escanear automaticamente a superfície de um objeto tridimensional para reprodução posterior.
Sensor de comprimento da ferramenta
Um sensor de comprimento de ferramenta atua como uma sonda que mede a luz do dia ou a distância entre a extremidade do cortador e a superfície do espaço de trabalho e insere esse número nos parâmetros da ferramenta de controle. Essa pequena adição poupará o operador do longo processo necessário cada vez que ele troca uma ferramenta.
Projetores a laser
Esses dispositivos foram vistos pela primeira vez na indústria de móveis em cortadores de couro CNC. Um projetor a laser montado acima da mesa de trabalho CNC projeta uma imagem da peça prestes a ser cortada. Isso simplifica muito o posicionamento do blank na mesa para evitar defeitos e outros problemas.
Cortador de vinil
Um acessório de faca de vinil é frequentemente visto na indústria de sinalização. Este é um cortador que pode ser conectado ao eixo principal ou na lateral com uma faca de giro livre cuja pressão pode ser ajustada por um botão. Este acessório permite que o usuário transforme sua fresadora CNC em um plotter para fazer máscaras de vinil para jateamento de areia ou letras e logotipos de vinil para caminhões e placas.
Dispensador de refrigerante
Pistolas de ar frio ou nebulizadores de fluido de corte são usados com uma fresadora de madeira para cortar alumínio ou outros metais não ferrosos. Esses acessórios lançam um jato de ar frio ou uma névoa de fluido de corte perto da ferramenta de corte para garantir que ela permaneça fria durante o trabalho.
Gravador
Os gravadores são montados no eixo principal e consistem em uma cabeça flutuante segurando uma faca de gravação de pequeno diâmetro que gira entre 20,000 e 40,000 RPM. A cabeça flutuante garante que a profundidade da gravação será constante mesmo se a espessura do material mudar. Esta opção é mais frequentemente encontrada na indústria de fabricação de placas, embora fabricantes de troféus, luthiers e oficinas de marcenaria a usem para marchetaria.
Eixo rotativo
Um eixo rotativo definido ao longo do eixo x ou y pode transformar o roteador em um torno CNC. Alguns desses eixos rotativos são simplesmente um fuso rotativo, enquanto outros são indexáveis, o que significa que podem ser usados para esculpir peças complexas.
Cabeça de corte flutuante
Cabeças de corte flutuantes manterão o cortador em um h8 específico da superfície superior do material que está sendo cortado. Isso é importante ao cortar recursos na superfície superior de uma peça que pode não apresentar uma superfície uniforme. Um exemplo disso é cortar uma ranhura em V no topo de uma mesa de jantar.
Cortador de plasma
Os cortadores de plasma são um complemento para algumas máquinas e permitem que o usuário corte peças de chapa metálica de espessuras variadas.
Ferramentas agregadas
Ferramentas agregadas podem ser usadas para muitas operações que um cortador reto não pode executar.
USINAGEM CONVENCIONAL E CNC
O que torna a usinagem CNC superior aos métodos convencionais? Ela é superior de alguma forma? Onde estão os principais benefícios? Se os processos de usinagem CNC e convencional forem comparados, uma abordagem geral comum para usinar uma peça surgirá:
1. Obtenha e estude o desenho
2. Selecione o método de usinagem mais adequado
3. Decida o método de configuração (manutenção do trabalho)
4. Selecione as ferramentas de corte
5. Estabeleça velocidades e avanços
6. Usine a peça
A abordagem básica é a mesma para ambos os tipos de usinagem. A principal diferença está na maneira como vários dados são inseridos. Uma taxa de avanço de 10 polegadas por minuto (10 pol/min) é a mesma no manual
Ou aplicações CNC, mas o método de aplicação não é. O mesmo pode ser dito sobre um refrigerante – ele pode ser ativado girando um botão, apertando um interruptor ou programando um código especial. Todas essas ações resultarão em um refrigerante saindo de um bico. Em ambos os tipos de usinagem, uma certa quantidade de conhecimento por parte do usuário é necessária. Afinal, o trabalho com metais, particularmente o corte de metais, é principalmente uma habilidade, mas também é, em grande parte, uma arte e uma profissão de um grande número de pessoas. Assim como a aplicação do Controle Numérico Computadorizado. Como qualquer habilidade, arte ou profissão, dominá-lo até o último detalhe é necessário para ter sucesso. É preciso mais do que conhecimento técnico para ser um maquinista CNC ou programador CNC. Experiência de trabalho, intuição e o que às vezes é chamado de `intuição` são suplementos muito necessários para qualquer habilidade.
Na usinagem convencional, o operador da máquina configura a máquina e move cada ferramenta de corte, usando uma ou ambas as mãos, para produzir a peça necessária. O design de uma máquina-ferramenta manual oferece muitos recursos que ajudam no processo de usinagem de uma peça - alavancas, manoplas, engrenagens e mostradores, para citar apenas alguns. Os mesmos movimentos corporais são repetidos pelo operador para cada peça do lote. No entanto, a palavra `mesmo` neste contexto realmente significa `similar` em vez de `idêntico`. Os humanos não são capazes de repetir todos os processos exatamente da mesma forma em todos os momentos - esse é o trabalho das máquinas. As pessoas não podem trabalhar no mesmo nível de desempenho o tempo todo, sem descanso. Todos nós temos alguns momentos bons e alguns ruins. Os resultados desses momentos, quando aplicados à usinagem de uma peça, são difíceis de prever. Haverá algumas diferenças e inconsistências dentro de cada lote de peças. As peças nem sempre serão exatamente as mesmas. Manter as tolerâncias dimensionais e a qualidade do acabamento da superfície são os problemas mais típicos na usinagem convencional. Os maquinistas individuais podem ter seus colegas. A combinação desses e de outros fatores cria uma grande quantidade de inconsistência.
A usinagem sob controle numérico elimina a maioria das inconsistências. Não requer o mesmo envolvimento físico da usinagem. Numericamente
A usinagem controlada não precisa de alavancas, mostradores ou manípulos, pelo menos não no mesmo sentido que a usinagem convencional. Uma vez que o programa de peças tenha sido comprovado, ele pode ser usado inúmeras vezes, sempre retornando resultados consistentes. Isso não significa que não haja fatores limitantes. As ferramentas de corte se desgastam, o material em bruto em um lote não é idêntico ao material em bruto em outro lote, as configurações podem variar, etc. Esses fatores devem ser considerados e compensados, sempre que necessário.
O surgimento da tecnologia de controle numérico não significa um fim instantâneo, ou mesmo a longo prazo, de todas as máquinas manuais. Há momentos em que um método de usinagem tradicional é preferível a um método computadorizado. Por exemplo, um trabalho simples e único pode ser feito de forma mais eficiente em uma máquina manual do que em uma máquina CNC. Certos tipos de trabalhos de usinagem se beneficiarão da usinagem manual ou semiautomática, em vez da usinagem controlada numericamente. As máquinas-ferramentas CNC não foram feitas para substituir todas as máquinas manuais, apenas para complementá-las.
Em muitos casos, a decisão se determinada usinagem será feita em uma máquina CNC ou não é baseada no número de peças necessárias e nada mais. Embora o volume de peças usinadas como lote seja sempre um critério importante, ele nunca deve ser o único fator.
Também é preciso levar em consideração a complexidade da peça, suas tolerâncias, a qualidade necessária do acabamento superficial, etc. Muitas vezes, uma única peça complexa se beneficiará da usinagem CNC, enquanto cinquenta peças relativamente simples não.
Tenha em mente que o controle numérico nunca usinou uma única peça por si só. O controle numérico é apenas um processo ou um método que permite que uma máquina-ferramenta seja usada de forma produtiva, precisa e consistente.
VANTAGENS DO CONTROLE NUMÉRICO
Quais são as principais vantagens do controle numérico?
É importante saber quais áreas da usinagem se beneficiarão dela e quais são melhor feitas da maneira convencional. É absurdo pensar que uma fresadora CNC de 2 cavalos de potência vencerá trabalhos que são feitos atualmente em uma fresadora manual vinte vezes mais potente. Igualmente irracionais são as expectativas de grandes melhorias nas velocidades de corte e taxas de avanço em relação a uma máquina convencional. Se as condições de usinagem e ferramental forem as mesmas, o tempo de corte será muito próximo em ambos os casos.
Algumas das principais áreas onde o usuário CNC pode e deve esperar melhorias:
1. Redução do tempo de configuração
2. Redução do tempo de espera
3. Precisão e repetibilidade
4. Contorno de formas complexas
5. Ferramentas simplificadas e fixação de trabalho
6. Tempo de corte consistente
7. Aumento geral da produtividade
Cada área oferece apenas uma melhoria potencial. Usuários individuais experimentarão diferentes níveis de melhoria real, dependendo do produto fabricado no local, da máquina CNC usada, dos métodos de configuração, da complexidade da fixação, da qualidade das ferramentas de corte, da filosofia de gestão e do projeto de engenharia, do nível de experiência da força de trabalho, das atitudes individuais, etc.
Redução do tempo de configuração
Em muitos casos, o tempo de configuração de uma máquina CNC pode ser reduzido, às vezes de forma bastante drástica. É importante perceber que a configuração é uma operação manual, muito dependente do desempenho do operador CNC, do tipo de fixação e das práticas gerais da oficina mecânica. O tempo de configuração é improdutivo, mas necessário – é parte dos custos indiretos de fazer negócios. Manter o tempo de configuração no mínimo deve ser uma das principais considerações de qualquer supervisor, programador e operador de oficina mecânica.
Devido ao design das máquinas CNC, o tempo de configuração não deve ser um grande problema. Fixação modular, ferramentas padrão, localizadores fixos, troca automática de ferramentas, paletes e outros recursos avançados tornam o tempo de configuração mais eficiente do que a configuração comparável de uma máquina convencional. Com um bom conhecimento da fabricação moderna, a produtividade pode ser aumentada significativamente.
O número de peças usinadas em uma configuração também é importante para avaliar o custo do tempo de configuração. Se um grande número de peças for usinado em uma configuração, o custo de configuração por peça pode ser muito insignificante. Uma redução muito semelhante pode ser alcançada agrupando várias operações diferentes em uma única configuração. Mesmo que o tempo de configuração seja maior, ele pode ser justificado quando comparado ao tempo necessário para configurar várias máquinas convencionais.
Redução do prazo de entrega
Uma vez que um programa de peça é escrito e comprovado, ele está pronto para ser usado novamente no futuro, mesmo em um curto prazo. Embora o tempo de espera para a primeira execução seja geralmente maior, ele é virtualmente nulo para qualquer execução subsequente. Mesmo que uma mudança de engenharia do design da peça exija que o programa seja modificado, isso pode ser feito geralmente rapidamente, reduzindo o tempo de espera.
O longo prazo de entrega necessário para projetar e fabricar diversos acessórios especiais para máquinas convencionais pode ser reduzido com a preparação de um programa de peças e o uso de acessórios simplificados.
Precisão e Repetibilidade
O alto grau de precisão e repetibilidade das máquinas CNC modernas tem sido o único grande benefício para muitos usuários. Não importa se o programa da peça é armazenado em um disco ou na memória do computador, ou mesmo em uma fita (o método original), ele sempre permanece o mesmo. Qualquer programa pode ser alterado à vontade, mas uma vez comprovado, nenhuma alteração é mais necessária. Um determinado programa pode ser reutilizado quantas vezes forem necessárias, sem perder um único bit de dados que ele contém. É verdade que o programa tem que seguir fatores mutáveis como desgaste da ferramenta e temperaturas operacionais, ele tem que ser armazenado com segurança, mas geralmente muito pouca interferência do programador ou operador CNC será necessária, a alta precisão das máquinas CNC e sua repetibilidade permitem que peças de alta qualidade sejam produzidas consistentemente vez após vez.
Contorno de formas complexas
Tornos CNC e centros de usinagem são capazes de contornar uma variedade de formas. Muitos usuários de CNC adquiriram suas máquinas apenas para serem capazes de lidar com peças complexas. Bons exemplos são as aplicações CNC nas indústrias aeronáutica e automotiva. O uso de alguma forma de programação computadorizada é virtualmente obrigatório para qualquer geração de caminho de ferramenta tridimensional.
Formas complexas, como moldes, podem ser fabricadas sem a despesa adicional de fazer um modelo para traçar. Peças espelhadas podem ser obtidas literalmente com o toque de um botão, gabaritos, modelos de madeira e outras ferramentas de criação de padrões.
Ferramentas simplificadas e fixação de trabalho
Nenhuma ferramenta padrão e caseira que atravanca as bancadas e gavetas ao redor de uma máquina convencional pode ser eliminada usando ferramentas padrão, especialmente projetadas para aplicações de controle numérico. Ferramentas multietapas, como brocas piloto, brocas escalonadas, ferramentas combinadas, escareadores e outras, são substituídas por várias ferramentas padrão individuais. Essas ferramentas geralmente são mais baratas e fáceis de substituir do que ferramentas especiais e não padronizadas. Medidas de redução de custos forçaram muitos fornecedores de ferramentas a manter um baixo ou até mesmo inexistente. Ferramentas padrão e prontas para uso geralmente podem ser obtidas mais rápido do que ferramentas não padronizadas.
Fixação e fixação de peças para máquinas CNC têm apenas um propósito principal – segurar a peça rigidamente e na mesma posição para todas as peças dentro de um lote. Fixações projetadas para trabalho CNC normalmente não requerem gabaritos, furos piloto e outros auxílios de localização de furos.
Redução de tempo e aumento de produtividade
O tempo de corte na máquina CNC é comumente conhecido como tempo de ciclo e é sempre consistente. Ao contrário de uma usinagem convencional, onde a habilidade, experiência e fadiga pessoal dos operadores estão sujeitas a mudanças, a usinagem CNC está sob o controle de um computador. A pequena quantidade de trabalho manual é restrita à configuração e ao carregamento e descarregamento da peça. Para grandes lotes, o alto custo do tempo improdutivo é distribuído entre muitas peças, tornando-o menos significativo. O principal benefício de um tempo de corte consistente é para trabalhos repetitivos, onde o agendamento da produção e a alocação de trabalho para máquinas-ferramentas individuais podem ser feitos com muita precisão.
A principal razão pela qual as empresas geralmente compram máquinas CNC é estritamente econômica – é um investimento sério. Além disso, ter uma vantagem competitiva está sempre na mente de todo gerente de fábrica. A tecnologia de controle numérico oferece excelentes meios para alcançar uma melhoria significativa na produtividade da fabricação e aumentar a qualidade geral das peças fabricadas. Como qualquer meio, ele deve ser usado com sabedoria e conhecimento. Quando mais e mais empresas usam a tecnologia CNC, apenas ter uma máquina CNC não oferece mais a vantagem extra. As empresas que avançam são aquelas que sabem usar a tecnologia de forma eficiente e a praticam para serem competitivas na economia global.
Para atingir a meta de grande aumento na produtividade, é essencial que os usuários entendam os princípios fundamentais nos quais a tecnologia CNC é baseada. Esses princípios assumem muitas formas, por exemplo, entender o circuito eletrônico, diagramas de escadas complexos, lógica de computador, metrologia, projeto de máquina, princípios e práticas de máquina e muitos outros. Cada um deve ser estudado e dominado pela pessoa responsável. Neste manual, a ênfase está nos tópicos que se relacionam diretamente com a programação CNC e a compreensão das máquinas-ferramentas CNC mais comuns, os centros de usinagem e os tornos (às vezes também chamados de centros de torneamento). A consideração da qualidade da peça deve ser muito importante para cada programador e operador de máquina-ferramenta e esse objetivo também é refletido na abordagem do manual, bem como em vários exemplos.
TIPOS DE MÁQUINAS-FERRAMENTAS CNC
Diferentes tipos de máquinas CNC abrangem uma variedade extremamente grande. Seus números estão aumentando rapidamente, conforme o desenvolvimento da tecnologia avança. É impossível identificar todas as aplicações; elas formariam uma longa lista. Aqui está uma breve lista de alguns dos grupos dos quais as máquinas CNC podem fazer parte:
1. Moinhos e centros de usinagem
2. Tornos e centros de torneamento
3. Máquinas de perfuração
4. Mandrilhadoras e perfiladoras
5. Máquinas EDM
6. Prensas de punção e tesouras
7. Máquinas de corte por chama
8. Roteadores
9. Perfiladores a jato de água e laser
10. Moedores cilíndricos
11. Máquinas de solda
12. Dobradeiras, máquinas de enrolar e fiar, etc.
Centros de usinagem CNC e tornos dominam o número de instalações na indústria. Esses 2 grupos compartilham o mercado quase igualmente. Algumas indústrias podem dar uma necessidade maior para um grupo de máquinas, dependendo de suas necessidades. É preciso lembrar que existem muitos tipos diferentes de tornos e igualmente muitos tipos diferentes de centros de usinagem. No entanto, o processo de programação para uma máquina vertical é semelhante ao de uma máquina horizontal ou uma fresadora CNC simples. Mesmo entre diferentes grupos de máquinas, há uma grande quantidade de aplicações gerais e o processo de programação é geralmente o mesmo. Por exemplo, um contorno fresado com uma fresa de topo tem muito em comum com um contorno cortado com um fio.
Moinhos e Centros de Usinagem
O número padrão de eixos em uma fresadora é 3 - os eixos X, Y e Z. O conjunto de peças em um sistema de fresagem é al - a ferramenta de corte gira, pode se mover para cima e para baixo (ou para dentro e para fora), mas não segue fisicamente o caminho da ferramenta.
Fresadoras CNC, às vezes chamadas de fresadoras CNC, geralmente são máquinas pequenas e simples, sem trocador de ferramentas ou outros recursos automáticos. Sua classificação de potência costuma ser bem baixa. Na indústria, elas são usadas em trabalhos de sala de ferramentas, fins de manutenção ou produção de pequenas peças. Elas geralmente são projetadas para contornos, ao contrário das brocas CNC.
Os centros de usinagem CNC são mais populares e eficientes do que as furadeiras e fresadoras, principalmente por sua flexibilidade. O principal benefício que o usuário obtém de um centro de usinagem CNC é a capacidade de agrupar
várias operações diversas em uma única configuração. Por exemplo, perfuração, mandrilamento, escareamento, rosqueamento, faceamento por pontos e fresamento de contorno podem ser incorporados em um único programa CNC. Além disso, a flexibilidade é aprimorada pela troca automática de ferramentas usando paletes para minimizar o tempo ocioso, indexação para um lado diferente da peça, usando um movimento rotativo de eixos adicionais e uma série de outros recursos, os centros de usinagem CNC podem ser equipados com software especial que controla as velocidades e avanços, a vida útil da ferramenta de corte, calibração automática em processo e ajuste de deslocamento e outros dispositivos de melhoria de produção e economia de tempo.
Existem 2 designs básicos de um centro de usinagem CNC típico. Existem os centros de usinagem verticais e horizontais. A principal diferença entre os 2 tipos é a natureza do trabalho que pode ser feito neles de forma eficiente. Para um centro de usinagem CNC vertical, o tipo de trabalho mais adequado são peças planas, montadas no suporte da mesa ou auxiliadas em um torno ou mandril. O trabalho que requer usinagem em 2 ou mais faces em uma única configuração é mais desejável para ser feito em um centro de usinagem horizontal CNC. Um bom exemplo é o alojamento da bomba e outras formas cúbicas. Alguma usinagem multiface de peças pequenas também pode ser feita em um centro de usinagem vertical CNC equipado com uma mesa rotativa.
O processo de programação é o mesmo para ambos os designs, mas um eixo adicional (geralmente um eixo B) é adicionado ao design horizontal. Este eixo é um eixo de posicionamento simples (eixo de indexação) para a mesa, ou um eixo totalmente rotativo para contorno simultâneo.
Este manual se concentra nas aplicações de centros de usinagem verticais CNC, com uma seção especial lidando com a configuração horizontal e usinagem. Os métodos de programação também são aplicáveis a pequenas fresadoras CNC ou máquinas de perfuração e/ou rosqueamento, mas o programador tem que aceitar suas restrições.
Tornos e Centros de Torneamento
Um torno CNC é geralmente uma máquina-ferramenta com 2 eixos, o eixo vertical X e o eixo horizontal Z. O principal futuro do torno que o distingue de uma fresadora é que a peça está girando em torno da linha central da máquina. Além disso, a ferramenta de corte é normalmente estacionária, montada em uma torre deslizante. A ferramenta de corte segue o contorno do caminho da ferramenta programada. Para o torno CNC com um acessório de fresagem, chamado de ferramental vivo, a ferramenta de fresagem tem seu próprio motor e gira enquanto o fuso está estacionário.
O design moderno do torno pode ser horizontal ou vertical. O tipo horizontal é muito mais comum do que o tipo vertical, mas ambos os designs existem para qualquer grupo. Por exemplo, um torno CNC típico do grupo horizontal pode ser projetado com uma cama plana ou uma cama inclinada, como um tipo de barra, tipo de mandril ou tipo universal. Adicionado a essas combinações ou muitos acessórios que fazem um torno CNC é uma máquina-ferramenta extremamente flexível. Normalmente, acessórios como um cabeçote móvel, apoios estáveis ou apoios de acompanhamento, coletores de peças, dedos extraíveis e até mesmo um acessório de fresagem de 3º eixo são componentes populares do torno CNC. Um torno CNC pode ser muito versátil, tão versátil, de fato, que é frequentemente chamado de centro de torneamento CNC. Todos os exemplos de texto e programa neste manual usam o termo mais tradicional torno CNC, mas ainda reconhecendo todas as suas funções modernas.
PESSOAL PARA CNC
Computadores e máquinas-ferramentas não têm inteligência. Eles não conseguem pensar, não conseguem avaliar uma estação de forma racional. Somente pessoas com certas habilidades e conhecimento podem fazer isso. No campo do controle numérico, as habilidades geralmente estão nas mãos de 2 pessoas-chave, uma fazendo a programação, a outra fazendo a usinagem. Seus respectivos números e funções geralmente dependem da preferência da empresa, seu tamanho, bem como do produto fabricado lá. No entanto, cada posição é bastante distinta, embora muitas empresas combinem as 2 funções em uma, geralmente chamada de programador/operador CNC.
Programador CNC
O programador CNC é geralmente a pessoa que tem mais responsabilidade na oficina de máquinas CNC. Essa pessoa é frequentemente responsável pelo sucesso da tecnologia de controle numérico na planta. Igualmente, essa pessoa é responsabilizada por problemas relacionados às operações CNC.
Embora as tarefas possam variar, o programador também é responsável por uma variedade de tarefas relacionadas ao uso efetivo das máquinas CNC. Na verdade, essa pessoa é frequentemente responsável pela produção e qualidade de todas as operações CNC.
Muitos programadores CNC são operadores de máquinas experientes, com vivência prática em operação de máquinas-ferramenta. Eles sabem ler desenhos técnicos e compreendem a intenção da engenharia por trás do projeto. Essa experiência prática é a base para a capacidade de usinar uma peça em um ambiente de escritório. Um bom programador CNC deve ser capaz de visualizar todos os movimentos da ferramenta e reconhecer todas as limitações que possam estar envolvidas. O programador deve ser capaz de coletar e analisar o processo, integrando logicamente todos os dados coletados em um programa coerente e preciso. Em termos simples, o programador CNC deve ser capaz de decidir sobre a melhor metodologia de fabricação em todos os aspectos.
Além das habilidades de usinagem, o programador CNC precisa ter uma compreensão dos princípios matemáticos, principalmente aplicação de equações, soluções de arcos e ângulos. Igualmente importante é o conhecimento de trigonometria. Mesmo com programação computadorizada, o conhecimento de métodos de programação manual é absolutamente essencial para a compreensão completa da saída do computador e o controle dessa saída.
A última qualidade importante de um programador CNC verdadeiramente profissional é sua habilidade de ouvir as outras pessoas – os engenheiros, os operadores CNC, os gerentes. Boas habilidades de listagem são os primeiros pré-requisitos para se tornar flexível. Um bom programador CNC deve ser flexível para oferecer alta qualidade de programação.
Operador de máquina CNC
O operador de máquina-ferramenta CNC é uma posição complementar ao programador CNC. O programador e o operador podem existir em uma única pessoa, como é o caso em muitas pequenas lojas. Embora a maioria das tarefas desempenhadas pelo operador de máquina convencional tenha sido transferida para o programa CNC, o operador CNC tem muitas responsabilidades exclusivas. Em casos típicos, o operador é responsável pela configuração da ferramenta e da máquina, pela troca de peças, muitas vezes até mesmo por alguma inspeção em andamento. Muitas empresas esperam controle de qualidade na máquina - e o operador de qualquer máquina-ferramenta, manual ou computadorizada, também é responsável pela qualidade do trabalho feito naquela máquina. Uma das responsabilidades muito importantes do operador de máquina CNC é relatar descobertas sobre cada programa ao programador. Mesmo com o melhor conhecimento, habilidades, atitudes e intenções, o programa "final" sempre pode ser melhorado. O operador CNC sendo aquele que está mais próximo da usinagem real, sabe precisamente até que ponto tais melhorias podem ser.
Justificando o custo do CNC
O custo de uma máquina CNC pode deixar a maioria dos fabricantes nervosos, mas os benefícios de possuir uma fresadora CNC provavelmente justificarão o custo em muito pouco tempo.
O primeiro custo a ser levado em consideração é o custo da máquina. Alguns fornecedores oferecem pacotes que incluem instalação, treinamento de software e taxas de envio. Mas, na maioria dos casos, tudo é vendido separadamente para permitir a personalização do roteador CNC.
Serviço leve
As máquinas de baixo custo custam a partir de $2.000 a $10,000. Geralmente são kits de montagem própria, feitos de chapa metálica dobrada e que utilizam motores de passo. Acompanham um vídeo de treinamento e um manual de instruções. Essas máquinas são destinadas ao uso do tipo "faça você mesmo", para a indústria de sinalização e outras operações de baixa exigência. Normalmente, vêm com um adaptador para uma tupia de imersão convencional. Acessórios como um eixo e sistema de fixação a vácuo são opcionais. Essas máquinas podem ser integradas com sucesso em um ambiente de alta produção como um processo dedicado ou como parte de uma célula de manufatura. Por exemplo, uma dessas máquinas CNC pode ser programada para furar furos para ferragens em frentes de gaveta antes da montagem.
Dever médio
As máquinas CNC de médio porte custarão entre $10,000 e $100,000. Essas máquinas são construídas em aço ou alumínio de calibre mais pesado. Elas podem usar motores de passo e, às vezes, servos; e usam acionamentos de cremalheira e pinhão ou acionamentos por correia. Elas terão um controlador separado e oferecerão uma boa variedade de opções, como trocadores automáticos de ferramentas e mesas de plenum a vácuo. Essas máquinas são destinadas a uso em serviços mais pesados na indústria de sinalização e para aplicações de processamento de painéis leves.
Essas são uma boa opção para startups com recursos ou mão de obra limitados. Elas podem executar a maioria das operações necessárias na fabricação de armários, embora não com o mesmo grau de sofisticação ou com a mesma eficiência.
Força industrial
Os roteadores de última geração custam mais de $100,000. Isso inclui uma gama completa de máquinas com 3 a 5 eixos adequadas para uma ampla gama de aplicações. Essas máquinas serão construídas em aço soldado de calibre pesado e vêm totalmente carregadas com trocador automático de ferramentas, mesa de vácuo e outros acessórios, dependendo da aplicação. Essas máquinas geralmente são instaladas pelo fabricante e o treinamento geralmente está incluído.
Envios
O transporte de uma fresadora CNC tem um custo considerável. Com fresadoras pesando de algumas centenas de libras a várias toneladas, os custos do fr8 podem variar de $200 a $5O custo pode chegar a US$ 000 ou mais, dependendo da localização. Lembre-se de que, a menos que a máquina tenha sido fabricada nas proximidades, o custo oculto do transporte da Europa ou da Ásia até o showroom do revendedor provavelmente já está incluído. Custos adicionais também podem ser incorridos apenas para levar a máquina para dentro do local após a entrega, sendo sempre recomendável contratar profissionais especializados para lidar com esse tipo de operação.
Instalação e treinamento
Os fornecedores de CNC normalmente cobram de $300 a $1,000 por dia para custos de instalação. Pode levar de meio dia a uma semana inteira para instalar e testar o roteador. Esse custo pode ser incluído no preço de compra da máquina. Alguns fornecedores fornecerão treinamento gratuito sobre como usar o hardware e o software, geralmente no local, enquanto outros cobrarão $300 a $1.000 por dia para este serviço.
SEGURANÇA RELACIONADA AO TRABALHO CNC
Em uma das paredes de muitas empresas há um cartaz de segurança com uma mensagem simples, mas poderosa:
A primeira regra de segurança é seguir todas as regras de segurança.
O título desta seção não indica se a segurança é orientada para o nível de programação ou de usinagem. A estação é que a segurança é totalmente independente. Ela se sustenta por si só e governa o comportamento de todos em uma oficina mecânica e fora dela. À primeira vista, pode parecer que a segurança é algo relacionado à usinagem e à operação da máquina, talvez à configuração também. Isso é definitivamente verdade, mas dificilmente apresenta um quadro completo.
A segurança é o elemento mais importante na programação, configuração, usinagem, ferramental, fixação, inspeção, lascamento e tudo o mais na operação diária típica de uma oficina mecânica. A segurança nunca pode ser superestimada. As empresas falam sobre segurança, realizam reuniões de segurança, exibem pôsteres, fazem discursos, chamam especialistas. Essa massa de informações e instruções é apresentada a todos nós por alguns motivos muito bons. Muitas são passadas em ocorrências trágicas passadas - muitas leis, regras e regulamentos foram escritos como resultado de inquéritos e inquéritos sobre acidentes sérios.
À primeira vista, pode parecer que no trabalho CNC, a segurança é uma questão secundária. Há muita automação; um programa de peça que roda repetidamente, ferramentas que foram usadas no passado, uma configuração simples, etc. Tudo isso pode levar à complacência e à falsa suposição de que a segurança está sendo cuidada. Esta é uma visão que pode ter consequências sérias.
Segurança é um assunto amplo, mas alguns pontos relacionados ao trabalho CNC são importantes. Todo maquinista deve conhecer os perigos dos dispositivos mecânicos e elétricos. O primeiro passo para um local de trabalho seguro é ter uma área de trabalho limpa, onde não seja permitido que cavacos, derramamentos de óleo e outros detritos se acumulem no chão. Cuidar da segurança pessoal é igualmente importante. Roupas largas, joias, gravatas, cachecóis, cabelos longos desprotegidos, uso impróprio de luvas e infrações semelhantes são perigosas no ambiente de usinagem. A proteção dos olhos, ouvidos, mãos e pés é fortemente recomendada.
Enquanto uma máquina estiver operando, dispositivos de proteção devem estar no lugar e nenhuma parte móvel deve ser exposta. Cuidado especial deve ser tomado ao redor de fusos rotativos e trocadores automáticos de ferramentas. Outros dispositivos que podem representar um risco são trocadores de paletes, transportadores de cavacos, áreas de alta tensão, guinchos, etc. desconectar quaisquer intertravamentos ou outros recursos de segurança é perigoso – e também ilegal, sem as habilidades e autorização apropriadas.
Na programação, a observação das regras de segurança também é importante. O movimento de uma ferramenta pode ser programado de muitas maneiras. Velocidades e avanços precisam ser realistas, não apenas matematicamente "corretos". Profundidade de corte, largura de corte, as características da ferramenta, tudo tem um efeito profundo na segurança geral.
Todas essas ideias são apenas um breve resumo e um lembrete de que a segurança deve sempre ser levada a sério.
