Máquinas de controle numérico CNC

Máquinas e ferramentas de controle numérico CNC

As máquinas de controle numérico Eles agora estão presentes em uma infinidade de indústrias e também em outras empresas, como oficinas de usinagem de metais ou outros materiais. Com este tipo de máquina é possível economizar tempo e realizar usinagens de peças com muito mais precisão do que os métodos manuais com outros tipos de ferramentas manuseadas pelos operadores por meio de volantes, alavancas ou com as próprias mãos.

CNC significa Controle Numérico Computadorizado ou por computador

Este tipo de máquina tem melhorar muito a qualidade das peças obtidas, diminuir custos, aumentar a produtividade e, o que é mais importante, conseguir maior homogeneidade entre as peças produzidas por esses métodos.

Introdução

Quando se fabricar peças, muitas vezes precisam ter dimensões e formas específicas, além de necessitarem de estrutura, composição, resistência aos esforços, etc. A melhor forma de fabricar essas peças com as características técnicas necessárias é através da análise e dimensionamento de todas as variáveis ​​que influenciam a qualidade da peça por um engenheiro.

O engenheiro pode realizar uma série de cálculos de computador para determinar como deve ser a aparência da peça final para que você cumpra sua pressa. Mas se, depois de obter esses dados, a peça não for fabricada com precisão, todo o seu trabalho poderá ser comprometido. Por exemplo, rigidez estrutural, flexão, vibrações, etc. podem ser alteradas. Para que o trabalho seja executado com precisão, a solução são essas máquinas de controle numérico para usinagem, como você poderá ver nas seções seguintes.

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História

Desde o início do século XNUMX, as máquinas movidas a força motriz têm sido utilizadas na indústria. Foi um primeiro passo em busca constante por produtividade e eficiência. Naquela época, apesar da mecanização, as máquinas ainda não haviam deslocado mão de obra, o que ainda era muito importante. Isso tornou os custos de produção mais altos, mais lentos e menores os lucros, a qualidade e a precisão obtidas.

As máquinas de controle têm suas origens nos anos de 40 e 50, nos Estados Unidos. Em seguida, o engenheiro John T. Parsons usou máquinas existentes na época com algumas modificações para que os números pudessem ser passados ​​para ele em cartões perfurados. Desta forma, o operador poderia inserir os ditos cartões e que os motores pudessem realizar os movimentos exatos necessários para a usinagem da peça. Isso era muito melhor do que os sistemas de atuação manual anteriores usando alavancas ou volantes que eram movidos pelos operadores, mas que podem não ser precisos o suficiente para certas aplicações.

Aquele Máquina Parsons nada mais era do que uma fresadora com tecnologia de válvula de vácuo que podia ser programada carregando dados. Desde então, essas máquinas primitivas de controle numérico evoluíram para sistemas muito mais precisos, usando tecnologia de controle eletrônico analógico e, posteriormente, digital.

Um grande passo foi quando os tubos de vácuo foram substituídos por transistores e os circuitos por chips. Isso produziu uma grande mudança no setor, e com o barateamento do microcontroladores (MCU), as máquinas passaram a ter sistemas de usinagem muito mais inteligentes e programáveis.

Isso tornaria o atual controle numérico computadorizado ou máquinas CNC (Controle Numérico Computadorizado) na década de 70, lançando as bases para as máquinas CNC como as conhecemos hoje. Aos poucos, foram ficando mais baratos e fáceis de programar, até se espalharem por uma infinidade de setores industriais e oficinas de todos os portes.

Outro grande salto ocorreria também na década de 90, quando uma tecnologia de controle numérico aberto. Isso não só permitiu o controle de dados, mas também permitiu a personalização e incorporação de certas configurações através da programação, graças a interfaces gráficas cada vez mais intuitivas.

Descubra o que é Indústria 4.0 e como esse tipo de tecnologia pode ser integrado.

máquinas CNC

o que é uma máquina cnc

Os princípios operacionais de controle numérico ou máquinas CNC são bastante simples. Quando você quer usinar uma peça, você precisa de uma série de ferramentas: fresadoras, serras, furadeiras, etc. Essas ferramentas, em vez de serem dirigidas por uma pessoa, agora podem ser programadas usando sistemas de coordenadas para que possam operar na peça com precisão.

Sua operação é muito semelhante às impressoras 3D atuais, pois utilizam eixos para movimentar o cabeçote (na verdade, as impressoras 3D podem ser entendidas como um tipo especial de máquina CNC). Só que em vez de uma cabeça de impressão, você pode usar uma infinidade de ferramentas (tornos, laser, retificadora, jato de água, EDM, prensa, ferramentas de corte, furação, soldador, braço robótico, ...). Quando você receber os dados, eles se moverão usando deslocamentos longitudinais (eixo X), transversais (eixo Z) e verticais (eixo Y). Alguns também têm eixos rotativos A, B e C.

Assim como as impressoras 3D, para poder realizar esses movimentos também são utilizadas Servo Motors. Você só precisa do código ou software certo para programar os movimentos desses servomotores para alcançar os resultados magníficos que essas máquinas têm.

Além dos motores, todo controle numérico ou máquina CNC tem algum Elementos essenciais:

  • Dispositivo de entrada: é o sistema que se utiliza para carregar ou modificar os dados.
  • Unidade de controle ou microcontrolador: é o chip central capaz de interpretar os dados inseridos e gerenciar a movimentação dos servomotores para que façam exatamente o que os dados fornecidos dizem.
  • Ferramenta: é a cabeça que atua sobre a peça.
  • Sistema de fixação / suporte: onde a peça é ancorada para realizar o processo sem que ela se mova. Esses sistemas, dependendo do tipo de usinagem, podem ter elementos extras, como você se lembrará, por exemplo, das máquinas de corte a jato d'água que já analisamos em um artigo anterior. Nesse caso, era necessária uma estrutura para coletar a água e de alguma forma dissipar a enorme potência do jato d'água.
  • Sistema de acionamento e interface: são os controles pelos quais a máquina pode ser operada ou controlada. Além disso, a interface também pode oferecer informações ou monitoramento do processo.

Vantagens e desvantagens de um CNC

Como qualquer sistema, máquinas de controle numérico eles têm suas vantagens e desvantagens. Obviamente, suas vantagens são claramente superiores e valem a pena usar este tipo de usinagem, apesar das desvantagens na maioria dos casos.

em resposta aos as vantagens de máquinas CNC, deve-se observar:

  • A automação permite controlar e realizar os processos de fabricação sem esforço humano.
  • Aumente a velocidade e a produtividade. O que permite reduzir custos e aumentar o lucro da empresa.
  • Ele permite fabricar todos os tipos de peças e realizar uma infinidade de processos, desde a matéria-prima até o produto acabado, em alguns casos.
  • Eles são programados facilmente, com grande precisão. Isso melhora a qualidade das peças e reduz os custos com peças defeituosas.
  • Por serem programáveis, também apresentam grande adaptabilidade.
  • Como não são operados por pessoal, os custos de manutenção são reduzidos devido ao uso indevido das ferramentas.

Todas essas vantagens devem ser ponderadas em conjunto com suas desvantagens:

  • A redução da força de trabalho necessária (do ponto de vista do desemprego).
  • Alto custo inicial dessas máquinas.
  • Especialização. Algumas dessas máquinas se concentram em fresagem, perfuração, soldagem, etc. Enquanto um operador pode fazer várias dessas tarefas, se necessário. No entanto, os centros de usinagem modernos não usam apenas uma ferramenta, eles podem ter até 100 ou mais ferramentas disponíveis para uso, que são alteradas automaticamente para executar uma infinidade de funções diferentes.

Tipos de programação para CNC

Tornos CNC e fresadoras

As máquinas CNC podem ser programadas por dois métodos fundamentais:

  • manual: a programação é feita inserindo as informações desejadas em um shell. É feito por meio de um código alfanumérico, como o da norma DIN 66024 e 66025.
  • Automático: neste caso, são realizados por meio de um computador. Uma pessoa terá inserido uma série de dados para criar a peça no software e esses dados são traduzidos em instruções para a máquina CNC em uma linguagem chamada APT. Em seguida, é traduzido para uma linguagem de máquina (uns e zeros) que será compreensível pelo microcontrolador da máquina CNC para realizar a usinagem.

Obviamente na atualidade as que foram impostas por suas vantagens e facilidade de uso são as automáticas.

Linguagem APT

El Linguagem APT, Por meio da qual as máquinas CNC são programadas, é uma linguagem de programação de alto nível que é utilizada como código intermediário antes de ser traduzida em código de máquina para que possa ser interpretado pela máquina.

Fue criado no MIT por Douglas T. Ross, e o criaram para o laboratório de servomecanismos em 1956. Atualmente, tornou-se um padrão internacional para o controle numérico desse tipo de usinagem.

É considerado como o predecessor dos CAMs modernos (Fabricação auxiliada por computador), e compartilha muitas semelhanças com outras linguagens de programação antigas, como FORTRAN. Seu trabalho é usar os dados dos programas para lidar com as máquinas de controle numérico com eles.

Ou seja, os comandos APT serão transformados pelo software em instruções para carregar na memória do microcontrolador da máquina CNC (como dados binários) e este chip de controle se encarregará de transformá-los em sinais elétricos para poder controlar os servo motores e ferramentas.

As Instruções APT eles podem se referir a uma infinidade de controles na máquina de controle numérico. Por exemplo:

  • Podem indicar a velocidade e acionamento do fuso (RPM).
  • Funções auxiliares como rotação, parada programada, se a ferramenta tiver que ser trocada automaticamente ...
  • A necessidade de refrigerante.
  • Movimentos nas direções (X, Y, Z e A, B, C).
  • Funções preparatórias (tempo, trajetória, ciclos de repetição, ...).

Obviamente, os sistemas atuais permitem que os operadores não tenham que saber a linguagem APT, mas o software cuidará de tudo para que o processo é feito de forma transparente. Os projetistas de peças precisam apenas se concentrar na criação da peça que desejam com programas do tipo CAD.

De DNC a interfaces modernas

pós-processamento e programação CNC
CREADOR: gd -jpeg v1.0 (usando o IJG JPEG v80), qualidade = 90

Por último, você deve saber algo sobre o termo DNC (Controle Numérico Direto). Este sistema é usado para carregar os dados necessários para a usinagem no controlador. Ou seja, é o meio pelo qual o que está programado no software CAM, ou através do APT, é carregado na máquina de controle programada.

Basicamente é um computador conectado a uma rede na qual existe uma ou mais máquinas CNC. Antes eram utilizadas comunicações seriais do tipo RS-232C ou RS422, mas novas tecnologias de comunicação aprimoraram essas interfaces para Ethernet, e até mesmo sem fio.

Em alguns casos, este computador (que pode ser o mesmo utilizado para o desenho), também armazena o programa ou as instruções que serão alimentadas à máquina CNC. A razão é que alguns microcontroladores nessas máquinas têm memória muito pequena para poder abrigar todo o programa de usinagem.

Na década de 80, o equipamento utilizado para isso era estações de trabalho da DEC, IBM, HP, Sun Microsystems, etc. Aos poucos, eles se tornaram máquinas mais baratas até os atuais PCs x86. Minicomputadores muito mais baratos, capazes de executar a vasta quantidade de software CAD / CAM existente.

Recentemente alguns interfaces gráficas com telas sensíveis ao toque e os computadores integrados às próprias máquinas de controle numérico tornam desnecessário outro equipamento computadorizado adicional. Tudo o que você precisa está na própria máquina ou permite que você carregue o programa usando um simples pendrive.