O que são máquinas CNC?

A História das Máquinas CNC
John T. Parsons (1913-2007) da Parsons Corporation em Traverse City, MI é considerado o pioneiro do controle numérico, o precursor da moderna máquina CNC.Por seu trabalho, John Parsons foi considerado o pai da 2ª revolução industrial.Ele precisava fabricar hélices de helicóptero complexas e rapidamente percebeu que o futuro da manufatura estava conectando máquinas a computadores.Hoje, as peças fabricadas em CNC podem ser encontradas em quase todos os setores.Graças às máquinas CNC, temos produtos mais baratos, uma defesa nacional mais forte e um padrão de vida mais elevado do que é possível num mundo não industrializado.Neste artigo, exploraremos as origens da máquina CNC, diferentes tipos de máquinas CNC, programas de máquinas CNC e práticas comuns em oficinas CNC.

Máquinas encontram computador
Em 1946, a palavra “computador” significava uma máquina de cálculo operada por cartão perfurado.Embora a Parsons Corporation tivesse fabricado apenas uma hélice antes, John Parsons convenceu a Sikorsky Helicopter de que eles poderiam produzir modelos extremamente precisos para montagem e fabricação de hélices.Ele acabou inventando um método computacional de cartão perfurado para calcular pontos na pá do rotor de um helicóptero.Em seguida, ele pediu aos operadores que girassem as rodas para esses pontos em uma fresadora de Cincinnati.Ele realizou um concurso para o nome desse novo processo e deu US$ 50 para quem cunhou o “Controle Numérico” ou NC.

Em 1958, ele registrou uma patente para conectar o computador à máquina.Seu pedido de patente chegou três meses antes do MIT, que estava trabalhando no conceito que ele havia iniciado.O MIT usou seus conceitos para fabricar o equipamento original e o licenciado do Sr. Parsons (Bendix) sublicenciado para IBM, Fujitusu e GE, entre outros.O conceito NC demorou a pegar.De acordo com Parsons, as pessoas que venderam a idéia eram pessoas de informática, e não de manufatura.No início da década de 1970, porém, o próprio exército dos EUA popularizou o uso de computadores NC, construindo-os e alugando-os a vários fabricantes.O controlador CNC evoluiu paralelamente ao computador, gerando cada vez mais produtividade e automação nos processos de fabricação, principalmente na usinagem.

O que é usinagem CNC?
As máquinas CNC estão fabricando peças em todo o mundo para quase todos os setores.Eles criam coisas a partir de plásticos, metais, alumínio, madeira e muitos outros materiais duros.A palavra “CNC” significa Controle Numérico Computadorizado, mas hoje todo mundo o chama de CNC.Então, como você define uma máquina CNC?Todas as máquinas automatizadas de controle de movimento têm três componentes principais – uma função de comando, um sistema de acionamento/movimento e um sistema de feedback.A usinagem CNC é o processo de usar uma máquina-ferramenta controlada por computador para produzir uma peça de material sólido em um formato diferente.

O CNC depende de instruções digitais geralmente feitas em softwares de Manufatura Assistida por Computador (CAM) ou Projeto Assistido por Computador (CAD), como SolidWorks ou MasterCAM.O software escreve código G que o controlador da máquina CNC pode ler.O programa de computador no controlador interpreta o projeto e move as ferramentas de corte e/ou a peça de trabalho em vários eixos para cortar a forma desejada da peça de trabalho.O processo de corte automatizado é muito mais rápido e preciso do que o movimento manual de ferramentas e peças, feito com alavancas e engrenagens em equipamentos mais antigos.As máquinas CNC modernas possuem múltiplas ferramentas e fazem muitos tipos de cortes.O número de planos de movimento (eixos) e o número e tipos de ferramentas que a máquina pode acessar automaticamente durante o processo de usinagem determinam o quão complexa uma peça um CNC pode tornar.

Como usar uma máquina CNC?
Os maquinistas CNC devem adquirir habilidades tanto em programação quanto em usinagem de metal para aproveitar ao máximo o poder de uma máquina CNC.Escolas técnicas de comércio e programas de aprendizagem geralmente iniciam os alunos em tornos manuais para aprender como cortar metal.O maquinista deve ser capaz de visualizar todas as três dimensões.Hoje, o software torna mais fácil do que nunca a fabricação de peças complexas, porque o formato da peça pode ser desenhado virtualmente e, em seguida, os caminhos da ferramenta podem ser sugeridos pelo software para fabricar essas peças.

Tipo de software comumente usado no processo de usinagem CNC
Desenho Assistido por Computador (CAD)
O software CAD é o ponto de partida para a maioria dos projetos CNC.Existem muitos pacotes de software CAD diferentes, mas todos são usados ​​para criar projetos.Programas CAD populares incluem AutoCAD, SolidWorks e Rhino3D.Existem também soluções CAD baseadas em nuvem, e algumas oferecem recursos CAM ou integram-se melhor ao software CAM do que outras.

Fabricação Assistida por Computador (CAM)
As máquinas CNC costumam usar programas criados por software CAM.O CAM permite que os usuários configurem uma “árvore de tarefas” para organizar o fluxo de trabalho, definir caminhos de ferramentas e executar simulações de corte antes que a máquina faça qualquer corte real.Freqüentemente, os programas CAM funcionam como complementos do software CAD e geram código G que informa às ferramentas CNC e às peças móveis da peça onde ir.Os assistentes do software CAM tornam mais fácil do que nunca programar uma máquina CNC.O software CAM popular inclui Mastercam, Edgecam, OneCNC, HSMWorks e Solidcam.Mastercam e Edgecam respondem por quase 50% da participação de mercado de CAM de alta tecnologia, de acordo com um relatório de 2015.

O que é um controle numérico distribuído?
Controle Numérico Direto que se tornou Controle Numérico Distribuído (DNC)
Controles Numéricos Diretos foram usados ​​para gerenciar programas NC e parâmetros de máquina.Ele permitiu que programas se movessem através de uma rede de um computador central para computadores integrados conhecidos como unidades de controle de máquina (MCU).Originalmente chamado de “Controle Numérico Direto”, ele evitou a necessidade de fita de papel, mas quando o computador caiu, todas as suas máquinas pararam.

O Controle Numérico Distribuído utiliza uma rede de computadores para coordenar a operação de múltiplas máquinas, alimentando um programa no CNC.A memória do CNC armazena o programa e o operador pode coletar, editar e retornar o programa.

Os programas DNC modernos podem fazer o seguinte:
● Edição – Pode executar um programa NC enquanto outros estão sendo editados.
● Comparar – Compare os programas NC originais e editados lado a lado e veja as edições.
● Reiniciar – Quando uma ferramenta quebra, o programa pode ser interrompido e reiniciado de onde parou.
● Rastreamento de trabalhos – Os operadores podem registrar os trabalhos e acompanhar a configuração e o tempo de execução, por exemplo.
● Exibição de desenhos – Mostre fotos, desenhos CAD de ferramentas, acessórios e peças de acabamento.
● Interfaces de tela avançadas – Usinagem com um toque.
● Gerenciamento avançado de banco de dados – Organiza e mantém os dados onde podem ser facilmente recuperados.

Coleta de Dados de Fabricação (MDC)
O software MDC pode incluir todas as funções do software DNC, além de coletar dados adicionais e analisá-los para obter a eficácia geral do equipamento (OEE).A Eficácia Geral do Equipamento depende do seguinte: Qualidade – o número de produtos que atendem aos padrões de qualidade de todos os produtos produzidos Disponibilidade – porcentagem do tempo planejado em que o equipamento especificado está funcionando ou produzindo peças Desempenho – velocidade de operação real comparada à operação planejada ou ideal taxa do equipamento.

OEE = Qualidade x Disponibilidade x Desempenho
OEE é uma métrica chave de desempenho (KPI) para muitas oficinas mecânicas.

Soluções de monitoramento de máquinas
O software de monitoramento da máquina pode ser integrado ao software DNC ou MDC ou adquirido separadamente.Com soluções de monitoramento de máquinas, os dados da máquina, como configuração, tempo de execução e tempo de inatividade, são automaticamente coletados e combinados com dados humanos, como códigos de razão, para fornecer compreensão histórica e em tempo real de como os trabalhos são executados.As máquinas CNC modernas coletam até 200 tipos de dados, e o software de monitoramento de máquinas pode tornar esses dados úteis para todos, desde o chão de fábrica até o último andar.Empresas como a Memex oferecem software (Tempus) que coleta dados de qualquer tipo de máquina CNC e os coloca em um formato de banco de dados padronizado que pode ser exibido em tabelas e gráficos significativos.Um padrão de dados utilizado pela maioria das soluções de monitoramento de máquinas que ganhou espaço nos EUA é chamado MTConnect.Hoje, muitas novas máquinas-ferramentas CNC vêm equipadas para fornecer dados neste formato.Máquinas mais antigas ainda podem fornecer informações valiosas com adaptadores.O monitoramento de máquinas CNC tornou-se popular nos últimos anos e novas soluções de software estão sempre em desenvolvimento.

Quais são os diferentes tipos de máquinas CNC?
Existem inúmeros tipos diferentes de máquinas CNC hoje.As máquinas CNC são máquinas-ferramentas que cortam ou movem material conforme programado no controlador, conforme descrito acima.O tipo de corte pode variar desde corte a plasma até corte a laser, fresagem, fresagem e tornos.As máquinas CNC podem até pegar e mover itens em uma linha de montagem.

Abaixo estão os tipos básicos de máquinas CNC:
Tornos:Este tipo de CNC gira a peça e move a ferramenta de corte até a peça.Um torno básico tem 2 eixos, mas muitos mais eixos podem ser adicionados para aumentar a complexidade do corte possível.O material gira em um fuso e é pressionado contra uma ferramenta de retificação ou escultura que cria o formato desejado.Tornos são usados ​​para fazer objetos simétricos como esferas, cones ou cilindros.Muitas máquinas CNC são multifuncionais e combinam todos os tipos de corte.

Roteadores:As fresadoras CNC são geralmente usadas para cortar grandes dimensões em madeira, metal, chapas e plásticos.Os roteadores padrão operam em coordenadas de 3 eixos, para que possam cortar em três dimensões.No entanto, você também pode comprar máquinas de 4,5 e 6 eixos para modelos de protótipos e formatos complexos.

Fresagem:As fresadoras manuais usam volantes e parafusos de avanço para articular uma ferramenta de corte em uma peça de trabalho.Em uma fresadora CNC, o CNC move fusos de esferas de alta precisão para as coordenadas exatas programadas.As fresadoras CNC vêm em uma ampla variedade de tamanhos e tipos e podem funcionar em vários eixos.

Cortadores de plasma:O cortador de plasma CNC usa um poderoso laser para cortar.A maioria dos cortadores de plasma corta formas programadas de folhas ou placas.

impressora 3d:Uma impressora 3D usa o programa para informar onde colocar pequenos pedaços de material para construir a forma desejada.As peças 3D são construídas camada por camada com um laser para solidificar o líquido ou a energia à medida que as camadas crescem.

Máquina de escolher e colocar:Uma máquina CNC “pick and place” funciona de forma semelhante a uma fresadora CNC, mas em vez de cortar material, a máquina possui muitos bicos pequenos que pegam os componentes usando um vácuo, os movem para o local desejado e os colocam no chão.Eles são usados ​​para fazer mesas, placas-mãe de computadores e outras montagens elétricas (entre outras coisas).

As máquinas CNC podem fazer muitas coisas.Hoje, a tecnologia da computação pode ser instalada em máquinas praticamente imagináveis.O CNC substitui a interface humana necessária para mover as peças da máquina para obter o resultado desejado.Os CNCs atuais são capazes de começar com matéria-prima, como um bloco de aço, e fabricar uma peça muito complexa com tolerâncias precisas e repetibilidade incrível.

Juntando tudo: como as oficinas CNC fabricam peças
Operar um CNC envolve tanto o computador (controlador) quanto uma configuração física.Um processo típico de oficina mecânica é assim:

Um engenheiro de projeto cria o projeto no programa CAD e o envia para um programador CNC.O programador abre o arquivo no programa CAM para decidir sobre as ferramentas necessárias e criar o programa NC para o CNC.Ele ou ela envia o programa NC para a máquina CNC e fornece uma lista da configuração correta das ferramentas a um operador.Um operador de configuração carrega as ferramentas conforme as instruções e carrega a matéria-prima (ou peça de trabalho).Ele ou ela então executa peças de amostra e as mede com ferramentas de garantia de qualidade para verificar se a máquina CNC está fabricando as peças de acordo com as especificações.Normalmente, o operador de configuração fornece um primeiro artigo ao departamento de qualidade, que verifica todas as dimensões e aprova a configuração.A máquina CNC ou máquinas associadas são carregadas com matéria-prima suficiente para fabricar o número desejado de peças, e um operador da máquina fica de prontidão para garantir que a máquina continue funcionando, fabricando as peças conforme as especificações.e tem matéria-prima.Dependendo do trabalho, muitas vezes é possível operar máquinas CNC “com as luzes apagadas” sem nenhum operador presente.As peças acabadas são movidas automaticamente para uma área designada.

Os fabricantes de hoje podem automatizar quase qualquer processo com tempo, recursos e imaginação suficientes.A matéria-prima pode entrar em uma máquina e as peças completas podem sair embaladas e prontas para uso.Os fabricantes dependem de uma ampla variedade de máquinas CNC para fabricar produtos com rapidez, precisão e economia.