O Conceito
NC (Controle Numérico)
NC é uma tecnologia que usa sinais digitais para controlar objetos automaticamente (como o movimento da máquina-ferramenta e seu processo de trabalho), conhecido como controle numérico.
Tecnologia NC
A tecnologia NC refere-se à tecnologia de controle automático que usa números, letras e símbolos para programar um determinado processo de trabalho.
Sistema NC
Sistema NC refere-se ao sistema orgânico integrado de módulos de software e hardware que realizam as funções da tecnologia NC. É o portador da tecnologia NC.
Sistema CNC (Sistema de Controle Numérico Computadorizado)
O sistema CNC (Controle Numérico Computadorizado) refere-se ao sistema de controle numérico com o computador como núcleo.
Máquina CNC refere-se a uma máquina-ferramenta que usa tecnologia de Controle Numérico Computadorizado para controlar o processo de usinagem, ou uma máquina-ferramenta equipada com um sistema de Controle Numérico Computadorizado.
Definição NC
Controle Numérico é a forma completa de NC para máquinas-ferramentas. O Controle Numérico (NC) permite que um operador se comunique com máquinas-ferramentas por meio de números e símbolos.
Definição CNC
CNC é o nome abreviado de Computer Numerical Control, que é uma tecnologia automática de controle de máquinas-ferramentas para completar usinagem automatizada com software CAD/CAM em processos de fabricação modernos. Novas máquinas-ferramentas com CNC permitiram que a indústria produzisse consistentemente peças com precisões inimagináveis há apenas alguns anos. A mesma peça pode ser reproduzida com o mesmo grau de precisão inúmeras vezes se o programa tiver sido preparado corretamente e o computador programado corretamente. Os comandos operacionais do código G que controlam a máquina-ferramenta são executados automaticamente com alta velocidade, precisão, eficiência e repetibilidade.
A usinagem CNC é um processo de fabricação computadorizado. A máquina é conectada a um computador, que lhe dirá para onde se mover. Primeiro, o operador deve criar o caminho da ferramenta. Ele usa um programa de software para desenhar as formas e criar o caminho da ferramenta que a máquina seguirá.
O uso cada vez maior na indústria criou uma necessidade de pessoal que tenha conhecimento e seja capaz de preparar os programas que orientam as máquinas-ferramentas para produzir peças no formato e precisão necessários. Com isso em mente, os autores prepararam este livro para desvendar o mistério do CNC - colocá-lo em uma sequência lógica e expressá-lo em linguagem simples que todos possam entender. A preparação de um programa é explicada em um procedimento lógico passo a passo, com exemplos práticos para orientar o usuário.
Componente
A tecnologia CNC consiste em 3 partes: estrutura da cama, sistema e tecnologia periférica.
O kit de estrutura é composto principalmente de peças básicas, como cama, coluna, trilho-guia, mesa de trabalho e outras peças de suporte, como porta-ferramentas e magazine de ferramentas.
O sistema de controle numérico é composto de equipamento de entrada/saída, dispositivo de controle numérico computadorizado, Controle Lógico Programável (PLC), dispositivo de servoacionamento de fuso, dispositivo de servoacionamento de alimentação e dispositivo de medição. Entre eles, o dispositivo é o núcleo do sistema de controle numérico.
A tecnologia periférica inclui principalmente tecnologia de ferramentas (sistema de ferramentas), tecnologia de programação e tecnologia de gerenciamento.
Glossário
CNC: Controle Numérico Computadorizado.
Código G: Uma linguagem de máquina-ferramenta de controle numérico (NC) universal que especifica pontos de eixo para os quais a máquina se moverá.
CAD: Projeto Assistido por Computador.
CAM: Fabricação Assistida por Computador.
Grade: O movimento mínimo, ou avanço do fuso. O fuso move-se automaticamente para a próxima posição da grade quando o botão é alternado no modo contínuo ou passo a passo.
PLT (HPGL): Linguagem padrão para impressão de desenhos de linha baseados em vetores, suportados por arquivos CAD.
Percurso: Rota codificada e definida pelo usuário que o cortador segue para usinar a peça de trabalho. Um caminho de ferramenta de “bolso” corta a superfície da peça de trabalho; um caminho de ferramenta de “perfil” ou “contorno” corta completamente para separar o formato da peça de trabalho.
Se afasta: Distância no eixo Z que a ferramenta de corte mergulha no material.
Passar por cima: Distância máxima no eixo X ou Y que a ferramenta de corte irá engrenar com o material não cortado.
Motor de passo: Um motor CC que se move em etapas discretas recebendo sinais, ou “pulsos” em uma sequência específica, resultando em posicionamento e controle de velocidade muito precisos.
Velocidade do Fuso: Velocidade de rotação da ferramenta de corte (RPM).
Corte Convencional: O cortador gira contra a direção do avanço. Resulta em trepidação mínima, mas pode levar ao rompimento em certas madeiras.
Método Subtrativo: A broca remove material para criar formas. (Oposto ao método aditivo.)
Taxa de alimentação: Velocidade na qual a ferramenta de corte se move através da peça de trabalho.
Posição inicial (Máquina Zero): Ponto zero designado pela máquina determinado por interruptores de limite físicos. (Ele não identifica a origem real do trabalho ao processar uma peça de trabalho.)
Corte de escalada: O cortador gira com a direção do avanço. O corte de subida previne o rasgo, mas pode levar a marcas de vibração com uma broca de sulcos retos; uma broca de sulcos em espiral reduzirá a vibração.
Origem do Trabalho (Trabalho Zero): O ponto zero designado pelo usuário para a peça de trabalho, a partir do qual o cabeçote executará todo o seu corte. Os eixos X, Y e Z são definidos como zero.
LCD: Visor de cristal líquido (usado no controlador).
U Disk: Dispositivo de armazenamento de dados externo que é inserido em uma interface USB.
Diferenciais
Alta Precisão
As máquinas CNC são produtos mecatrônicos altamente integrados, que são compostos de máquinas de precisão e sistemas de controle automático. Elas têm alta precisão de posicionamento e precisão de posicionamento repetido. O sistema de transmissão e a estrutura têm alta rigidez e estabilidade para reduzir erros. Portanto, a máquina de Controle Numérico Computadorizado tem maior precisão de usinagem, especialmente a consistência da fabricação de peças no mesmo lote, e a qualidade do produto é estável, a taxa de aprovação é alta, o que é incomparável com máquinas-ferramentas comuns.
Alta eficiência
As máquinas CNC podem usar uma quantidade maior de corte, o que economiza efetivamente o tempo de processamento. Elas também têm troca automática de velocidade, troca automática de ferramentas e outras funções de operação automática, o que encurta muito o tempo auxiliar e, uma vez que um processo de processamento estável é formado, não há necessidade de realizar inspeção e medição entre processos. Portanto, a produtividade da usinagem de Controle Numérico Computadorizado é 3-4 vezes maior do que a de máquinas-ferramentas comuns, ou até mais.
Alta Adaptabilidade
As máquinas CNC realizam o processamento automático de acordo com o programa das peças processadas. Quando o objeto de usinagem muda, desde que o programa seja alterado, não há necessidade de usar equipamentos de processo especiais, como masters e templates. Isso é útil para encurtar o ciclo de preparação da produção e promover a substituição do produto.
Alta usinabilidade
Algumas peças mecânicas formadas por curvas complexas e superfícies curvas são difíceis de processar ou mesmo impossíveis de serem concluídas com técnicas convencionais e operações manuais, e podem ser facilmente realizadas por máquinas CNC usando articulação de eixos multicoordenados.
Alto valor econômico
Os centros de usinagem CNC usam principalmente concentração de processo, e uma máquina é multiuso. No caso de uma fixação, a maioria das peças pode ser processada. Eles podem substituir várias máquinas-ferramentas comuns. Isso pode não apenas reduzir erros de fixação, economizar tempo auxiliar entre transporte, medição e fixação entre processos, mas também reduzir os tipos de máquinas-ferramentas, economizar espaço e trazer maiores benefícios econômicos.
Prós & Contras
Prós
Segurança (Safety)
O operador da máquina CNC é separado com segurança de todas as partes afiadas por uma estrutura protetora especial. Ele ainda pode ver o que está acontecendo na máquina através do vidro, mas não precisa chegar perto da fresadora ou do fuso. O operador também não precisa tocar no líquido de arrefecimento. Dependendo do material, alguns líquidos podem ser prejudiciais à pele humana.
Economize custos trabalhistas
Hoje em dia, as máquinas-ferramentas convencionais exigem atenção constante. Isso significa que cada trabalhador só pode trabalhar em uma máquina. Quando a era CNC chegou, as coisas mudaram drasticamente. A maioria das peças leva pelo menos 30 minutos para processar cada vez que são instaladas. Mas as máquinas controladas numericamente por computador fazem isso cortando as próprias peças. Não há necessidade de tocar em nada. A ferramenta se move automaticamente, e o operador simplesmente verifica se há erros no programa ou nas configurações. Dito isso, os operadores CNC descobrem que têm muito tempo livre. Esse tempo pode ser usado para outras máquinas. Então, um operador, muitas máquinas-ferramentas. Isso significa que você pode economizar mão de obra.
Erro mínimo de configuração
As máquinas-ferramentas tradicionais dependem da proficiência do operador com ferramentas de medição, e bons trabalhadores podem garantir que as peças sejam montadas com alta precisão. Muitos sistemas CNC usam sondas de medição de coordenadas especializadas. Geralmente, é montado no fuso como uma ferramenta e a parte fixa é tocada com uma sonda para determinar sua posição. Em seguida, determine o ponto zero do sistema de coordenadas para minimizar o erro de configuração.
Excelente monitoramento de condições da máquina
O operador deve identificar falhas de usinagem e ferramentas de corte, e suas decisões podem não ser as ideais. Os modernos centros de usinagem CNC são equipados com diferentes sensores. Você pode monitorar torque, temperatura, vida útil da ferramenta e outros fatores enquanto usina sua peça de trabalho. Com base nessas informações, você pode refinar o processo em tempo real. Por exemplo, você vê que a temperatura está muito alta. Temperaturas mais altas significam desgaste da ferramenta, propriedades de metal ruins, etc. Você pode reduzir o avanço ou aumentar a pressão do refrigerante para consertar isso. Apesar do que muitos dizem, a usinagem é o método de fabricação mais difundido hoje. Cada indústria usa usinagem em algum grau.
Precisão Estável
O que é mais estável do que um programa de computador comprovado? O movimento do instrumento é sempre o mesmo porque sua precisão depende apenas da precisão dos motores de passo.
Menos execuções de testes
A usinagem tradicional inevitavelmente tem algumas peças de teste. O trabalhador tem que se acostumar com a tecnologia, ele definitivamente perderá algo ao fazer a 1ª parte e testar a nova tecnologia. Os sistemas CNC têm uma maneira de evitar execuções de teste. Eles empregam um sistema de visualização que permite ao operador realmente ver o inventário depois que todas as ferramentas passaram.
Fácil usinagem de superfícies complexas
Fabricar superfícies complexas com alta precisão é quase impossível com usinagem convencional. Exige muito trabalho físico. Os sistemas CAM podem formar automaticamente trajetórias de ferramentas para qualquer superfície. Você não precisa fazer nenhum esforço. Esta é uma das maiores vantagens da moderna tecnologia de usinagem CNC.
Menos Desperdício de Material
O programa CNC utiliza algoritmos para otimizar a estrutura da peça. Combinado com um software de layout automático, ele remove material redundante, resultando em um design leve e minimizando o desperdício de material.
Maior flexibilidade
O método tradicional é que fresadoras para ranhuras ou planos, tornos para cilindros e cones, e máquinas de perfuração para furos. A usinagem CNC pode combinar todos os itens acima em uma máquina-ferramenta. Como as trajetórias das ferramentas podem ser programadas, você pode replicar qualquer movimento em qualquer máquina. Então, temos centros de fresagem que podem fazer peças cilíndricas e tornos que podem fresar ranhuras. Tudo isso reduz a configuração da peça.
Contras
• Alto conhecimento e habilidades são necessários para operadores de máquinas e equipe de manutenção.
• Iniciar um negócio de usinagem CNC exige um alto custo de investimento inicial.
• O tempo de inatividade devido a falhas de máquinas afeta significativamente a eficiência da produção.
Aplicações
Da perspectiva da tecnologia CNC e aplicações de equipamentos no mundo, suas principais áreas de aplicação são as seguintes:
Indústria de transformação
A indústria de fabricação de máquinas é a primeira indústria a aplicar a tecnologia de Controle Numérico Computadorizado, e é responsável por fornecer equipamentos avançados para várias indústrias da economia nacional. As principais aplicações são o desenvolvimento e a fabricação de centros de usinagem verticais de 5 eixos para equipamentos militares modernos, centros de usinagem de 5 eixos, fresamento de pórtico de 5 eixos em larga escala, linhas de fabricação flexíveis para motores, caixas de engrenagens e virabrequins na indústria automotiva e centros de usinagem de alta velocidade, bem como robôs de soldagem, montagem e pintura, máquinas de solda a laser de placas e máquinas de corte a laser, centros de usinagem de 5 coordenadas de alta velocidade para usinagem de hélices, motores, geradores e peças de lâminas de turbinas nas indústrias de aviação, marinha e geração de energia, centro de usinagem complexo de torneamento e fresamento para serviços pesados.
Indústria da Informação
Na indústria da informação, de computador a rede, comunicação móvel, telemetria, controle remoto e outros equipamentos, é necessário adotar equipamentos de fabricação baseados em tecnologia de superprecisão e nanotecnologia, como máquinas de ligação de fios para fabricação de chips, máquinas de litografia de wafer. O controle desses equipamentos precisa usar tecnologia de Controle Numérico Computadorizado.
Indústria de Equipamentos Médicos
Na indústria médica, muitos equipamentos modernos de diagnóstico e tratamento médico adotaram tecnologia de controle numérico, como instrumentos de diagnóstico por TC, máquinas de tratamento de corpo inteiro e robôs cirúrgicos minimamente invasivos baseados em orientação visual; ortodontia e restauração dentária em estomatologia são necessárias.
Equipamento militar
Muitos equipamentos militares modernos usam tecnologia de controle de servo movimento, como controle automático de mira de artilharia, controle de rastreamento de radar e controle automático de rastreamento de mísseis.
Outras indústrias
Na indústria leve, há máquinas de impressão, máquinas têxteis, máquinas de embalagem e máquinas para trabalhar madeira que usam servocontrole multieixo. Na indústria de materiais de construção, há máquinas de corte a jato de água controladas numericamente por computador para usinagem de pedra, máquinas de gravação em vidro controladas numericamente por computador para usinagem de vidro, máquinas de costura controladas numericamente por computador usadas para processamento de simmons e máquinas de bordado controladas numericamente por computador usadas para processamento de roupas. Na indústria de arte, mais e mais artesanatos e obras de arte serão produzidos usando máquinas CNC de 5 eixos de alto desempenho.
A aplicação da tecnologia de controle numérico não só traz mudanças revolucionárias para a indústria de manufatura tradicional, tornando a indústria de manufatura um símbolo da industrialização, mas também com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de controle numérico e a expansão dos campos de aplicação, ela tem desempenhado um papel cada vez mais importante na economia nacional e na subsistência das pessoas (por exemplo, TI e automóveis), indústria leve, tratamento médico, porque a digitalização de equipamentos necessários nessas indústrias se tornou uma grande tendência na manufatura moderna.
Tendências
Alta velocidade / alta precisão
Alta velocidade e precisão são os objetivos eternos do desenvolvimento de máquinas-ferramentas. Com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a velocidade de substituição de produtos eletromecânicos é acelerada, e os requisitos para precisão e qualidade de superfície do processamento de peças também são cada vez maiores. Para atender às necessidades deste mercado complexo e mutável, as máquinas-ferramentas atuais estão se desenvolvendo na direção de corte de alta velocidade, corte a seco e corte quase seco, e a precisão da usinagem está constantemente melhorando. Além disso, a aplicação de motores lineares, fusos elétricos, rolamentos de esferas de cerâmica, parafusos e porcas de esferas de alta velocidade, trilhos de guia lineares e outros componentes funcionais também criaram condições para o desenvolvimento de máquinas-ferramentas de alta velocidade e precisão. A máquina-ferramenta de controle numérico computadorizado adota um fuso elétrico, que elimina os elos como correias, polias e engrenagens, o que reduz muito o momento de inércia do acionamento principal, melhora a velocidade de resposta dinâmica e a precisão de trabalho do fuso e resolve completamente o problema de vibração e ruído quando o fuso funciona em alta velocidade. O uso da estrutura do fuso elétrico pode fazer com que a velocidade do fuso atinja mais de 10000r/min. O motor linear tem alta velocidade de acionamento, boas características de aceleração e desaceleração e tem excelentes características de resposta e precisão de acompanhamento. O uso do motor linear como servoacionamento elimina o elo de transmissão intermediário do parafuso de esferas, elimina a folga de transmissão (incluindo folga), a inércia do movimento é pequena, a rigidez do sistema é boa e pode ser posicionado precisamente em alta velocidade, melhorando muito a precisão do servo. Devido à sua folga zero em todas as direções e atrito de rolamento muito pequeno, o par de guias de rolamento linear tem pequeno desgaste e geração de calor insignificante e tem estabilidade térmica muito boa, o que melhora a precisão de posicionamento e repetibilidade de todo o processo. Por meio da aplicação do motor linear e do par de guias de rolamento linear, a velocidade de movimento rápido da máquina pode ser aumentada dos 10-20m/min originais para 60-80m/min, ou mesmo tão alto quanto 120m/ min
Alta Confiabilidade
A confiabilidade é um indicador-chave da qualidade de máquinas-ferramentas controladas numericamente por computador. Se a máquina pode exercer seu alto desempenho, alta precisão e alta eficiência, e obter bons benefícios, a chave depende de sua confiabilidade.
Projeto de Máquina CNC com CAD, Projeto Estrutural com Modularização
Com a popularização de aplicativos de computador e o desenvolvimento de tecnologia de software, a tecnologia CAD foi amplamente desenvolvida. O CAD não só pode substituir o tedioso trabalho de desenho pelo trabalho manual, mas, mais importante, pode realizar a seleção do esquema de design e análise de características estáticas e dinâmicas, cálculo, previsão e design de otimização de máquina completa em larga escala, e pode realizar simulação dinâmica de cada parte de trabalho de todo o equipamento. Com base na modularidade, o modelo geométrico tridimensional e a cor realista do produto podem ser vistos no estágio de design. O uso do CAD também pode melhorar muito a eficiência do trabalho e melhorar a taxa de sucesso única do design, encurtando assim o ciclo de produção de teste, reduzindo os custos de design e melhorando a competitividade do mercado. O design modular de componentes de máquinas-ferramenta pode não só reduzir o trabalho repetitivo, mas também responder rapidamente ao mercado e encurtar os ciclos de desenvolvimento e design do produto.
Composição Funcional
O objetivo da composição funcional é melhorar ainda mais a eficiência da produção da máquina-ferramenta e minimizar o tempo auxiliar de não usinagem. Por meio da composição de funções, a faixa de uso da máquina-ferramenta pode ser expandida, a eficiência pode ser melhorada e a multifuncionalidade e a multifuncionalidade de uma máquina podem ser realizadas, ou seja, uma máquina CNC pode realizar tanto a função de torneamento quanto o processo de fresamento. A retificação também é possível em máquinas-ferramenta. O centro composto de torneamento e fresamento controlado numericamente por computador trabalhará com os eixos X, Z, C e Y ao mesmo tempo. Por meio do eixo C e do eixo Y, a fresagem plana e a usinagem de furos e ranhuras deslocados podem ser realizadas. A máquina também é equipada com um poderoso apoio de ferramenta e um subfuso. O subfuso adota uma estrutura de fuso elétrico embutida, e a sincronização de velocidade do fuso principal e do subfuso pode ser realizada diretamente por meio do sistema de controle numérico. A peça de trabalho da máquina-ferramenta pode concluir todo o processamento em uma fixação, o que melhora muito a eficiência.
Inteligente, em rede, flexível e integrado
O equipamento CNC no século 21 será um sistema com certa inteligência. O conteúdo da inteligência inclui todos os aspectos do sistema de controle numérico: para buscar a inteligência na eficiência da usinagem e na qualidade da usinagem, como o controle adaptativo do processo de usinagem, os parâmetros do processo são gerados automaticamente; para melhorar o desempenho de direção e usar a inteligência em conexão, como controle de feedforward, operação autoadaptativa de parâmetros do motor, identificação automática de carga, seleção automática de modelo, autoajuste, etc.; programação simplificada, inteligência de operação simplificada, como programação automática inteligente, interface inteligente, diagnóstico inteligente, monitoramento inteligente e outros aspectos para facilitar o diagnóstico e a manutenção do sistema. O equipamento de controle numérico em rede é um ponto importante no desenvolvimento de máquinas-ferramentas nos últimos anos. A rede de equipamentos CNC atenderá amplamente às necessidades de linhas de produção, sistemas de manufatura e empresas de manufatura para integração de informações, e também é a unidade básica para a realização de novos modelos de manufatura, como manufatura ágil, empresas virtuais e manufatura global. A tendência de desenvolvimento de máquinas controladas numericamente por computador para sistemas de automação flexíveis é: de ponto (autônomo, centro de usinagem e centro de usinagem composto), linha (FMC, FMS, FTL, FML) para superfície (ilha de fabricação independente na oficina, FA), corpo (CIMS, sistema de fabricação integrado de rede distribuída), por outro lado, para focar na direção da aplicação e economia. A tecnologia de automação flexível é o principal meio para a indústria de manufatura se adaptar às demandas dinâmicas do mercado e atualizar rapidamente os produtos. Seu foco é melhorar a confiabilidade e praticidade do sistema como premissa, com o objetivo de fácil rede e integração, e prestar atenção ao fortalecimento do desenvolvimento e melhoria da tecnologia da unidade. As máquinas autônomas CNC estão se desenvolvendo na direção de alta precisão, alta velocidade e alta flexibilidade. As máquinas CNC e seus sistemas de fabricação flexíveis constituintes podem ser facilmente conectados com CAD, CAM, CAPP e MTS, e se desenvolver em direção à integração de informações. O sistema de rede se desenvolve na direção de abertura, integração e inteligência.
Resumo
Em suma, a tecnologia CNC está presente em nosso trabalho e no dia a dia, desde pequenas oficinas até grandes fábricas. As máquinas CNC são capazes de tudo, desde entalhe e corte de peças personalizadas em madeira até torneamento e fresamento de peças metálicas de precisão. Elas são procuradas por todos, desde entusiastas do faça-você-mesmo até fabricantes industriais. As máquinas CNC aumentam a produtividade enquanto economizam custos de mão de obra e materiais, tornando-as a parceira perfeita para iniciar um novo negócio ou atualizar uma linha de produção obsoleta.
