usinagem CNC

A usinagem CNC é um processo avançado de manufatura subtrativa que opera e manipula materiais usando máquinas-ferramentas controladas por computador. Programas de computador guiam a operação de ferramentas de corte e outros componentes da máquina.  

Este processo automático e altamente preciso começa com o projeto auxiliado por computador (CAD) da peça, seguido pela criação do programa CNC, configuração da máquina, processo de usinagem e, finalmente, as etapas de acabamento. 

Além de ser um processo preciso capaz de atingir tolerâncias rigorosas, a usinagem CNC é repetível, econômica, menos propensa a erros e altamente versátil para projetos e materiais. 

Sua versatilidade se estende à variedade de operações disponíveis: fresamento CNC, torneamento CNC, furação CNC e outras. Os processos podem ser usados ​​em combinação, dependendo da complexidade da peça. 

Com tantas opções e recursos de usinagem CNC, vale a pena contratar profissionais de usinagem CNC desde o início de um projeto de usinagem para otimizar tempo, seleção de materiais, custos e assim por diante.

Continue lendo para obter mais detalhes sobre usinagem CNC e como ela pode agregar valor aos seus projetos. 

 

O que é usinagem CNC?

A usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um processo avançado de manufatura subtrativa que os fabricantes valorizam por sua relação custo-benefício, precisão e exatidão. Eles o utilizam para fabricar itens prontos para o mercado e protótiposLeia também:Usinagem de chanfro

Esse processo envolve um mecanismo específico que permite que programas de código G controlem operações precisas de remoção de material. 

O código G é uma linguagem de programação CNC especial usada em máquinas CNC. É um “Código Geométrico” que instrui a máquina sobre posição, velocidade e tempo. 

A maior parte da usinagem CNC é realizada por meio de operações de corte convencionais, mas há operações como corte a laser, corte a jato de água e usinagem por descarga elétrica (EDM), cuja conexão é a precisão do controle do computador. 

As partes fundamentais das máquinas CNC são os dispositivos de entrada, a Unidade de Controle da Máquina (MCU), o sistema de acionamento, as máquinas-ferramentas, o sistema de feedback e a unidade de exibição. Para máquinas convencionais, como o torno CNC, outras peças incluem o cabeçote móvel, o cabeçote móvel, o mandril e o sistema de refrigeração. 

A usinagem CNC é extremamente popular por sua capacidade de produzir peças precisas repetidamente, lidar com uma variedade de operações em diferentes materiaise operar de forma econômica em grande escala. 

 

História da Usinagem CNC 

As máquinas pioneiras de Controle Numérico (NC) remontam à década de 1940, antes que os avanços tecnológicos introduzissem as capacidades modernas de usinagem CNC. Muitos dos esforços iniciais de usinagem CNC são amplamente atribuídos a John Parsons e sua inovação com cartões perfurados. 

Cartões perfurados

A usinagem CNC foi inicialmente utilizada para automação de fresadoras, com o objetivo de reduzir o tempo necessário para projetar e inserir instruções em uma fresadora. A necessidade de um maquinista especialista foi um grande desafio no início. 

Isso levou o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) a desenvolver uma linguagem de programação para geração automática de coordenadas. 

Com o tempo, os computadores avançaram significativamente e se tornaram mais acessíveis, tornando a usinagem CNC altamente eficiente, versátil e econômica para Peças de usinagem de precisão CNC. 

 

Noções básicas de uma máquina CNC e processo de trabalho

Basicamente, a máquina CNC é construída para usar um programa CNC para usinar uma peça. O processo de fabricação da máquina CNC pode ser dividido em quatro etapas principais: projeto do modelo CAD, preparação da máquina CNC, conversão do arquivo CAD para um programa CNC e operação de usinagem. 

Ao longo dessas etapas, vários componentes da máquina trabalham em conjunto para alcançar o resultado final. O controlador CNC lê o programa, os eixos da máquina se movem em direções predefinidas, as ferramentas de corte giram no fuso (quando aplicável), a mesa de trabalho segura a peça e assim por diante. 

Etapa 1: Projeto do modelo CAD 

Um modelo CAD

O primeiro passo é a geração de um projeto CAD 3D, que traz informações como o tipo de geometria, a quantidade de material a ser usinado e o Dimensionamento e Tolerância Geométrica (GD&T). 

Etapa 2: Conversão de arquivo CAD

A próxima etapa é gerar o código G para o modelo CAD. Você precisa alimentar a máquina CNC com instruções que ela possa entender. Esse processo envolve um programa CAM (Manufatura Assistida por Computador), instalado no computador da máquina. A conversão manual ou robótica depende da máquina CNC específica. 

Etapa 3: Preparação da máquina CNC

Configuração da máquina CNC

Quando se trata de preparar a máquina CNC para a tarefa, isso envolve principalmente garantir que o programa CNC seja carregado na máquina. 

Etapa 4: Operação de usinagem

A operação de usinagem é precedida pela definição do movimento de aproximação da máquina. A máquina CNC pode então ser solicitada a executar o programa, usando as instruções do código G para usinar a peça. 

Mais sobre programação CNC

A programação CNC refere-se à aplicação de um conjunto de comandos para direcionar o processo de usinagem CNC. A linguagem de programação mais popular para máquinas CNC é o código G, também chamado de RS-274D. Os códigos começam com a letra “G” na maioria dos casos, com cada código instruindo um movimento específico da máquina. 

Abaixo estão alguns códigos G comuns com seus significados: 

Alguns códigos G e significados

Além dos códigos G, existem os códigos M, ou códigos diversos. Esses comandos são para operações não geométricas, como desligar a máquina e ativar o líquido de arrefecimento. 

Esses códigos são precedidos por “M”. Aqui estão alguns exemplos:

M00 – Parada do programa

M02 – Fim do Programa

M05 – Parada do Fuso

 

Tolerâncias na usinagem CNC

As especificações de tolerância são essenciais para um projeto CAD abrangente para usinagem CNC. O projetista deve compreender as aplicações e as implicações de custo das principais categorias de tolerâncias. 

Tolerâncias de usinagem mais rigorosas são mais caras porque são difíceis de atingir. Uma tolerância padrão de pelo menos ±0.1 mm é recomendada quando não houver tolerância. Caso contrário, o projetista deve fornecer um desenho 2D com as três tolerâncias. 

Os principais tipos de tolerância para definir peças de usinagem CNC são tolerâncias dimensionais, tolerâncias geométricas (GD&T), tolerâncias de textura de superfície, tolerâncias de ajustes e limites (sistema furo/eixo) e tolerâncias posicionais e baseadas em referência.  

Tolerâncias Dimensionais

Aplica-se a diâmetro, espessura, comprimento e outros tamanhos de características. Tolerância angular e tolerância linear estão nesta categoria. Se não estiver indicado no desenho, o maquinista deve usar a norma ISO 2768-1 para tolerâncias gerais. 

Tabela 1: Tolerâncias lineares na usinagem CNC

Tolerâncias Geométricas (GD&T)

A categoria GD&T é usada para a orientação, posição e formato de um elemento. As tolerâncias específicas consideradas são tolerância de forma, tolerância de localização, tolerância de orientação e tolerância de desvio. 

A norma britânica BS 8888, que está relacionada à ISO 1101, define GD&T. 

Tolerâncias de textura de superfície

As tolerâncias de textura da superfície definem o acabamento ou rugosidade da superfície de uma peça usinada em CNC. A norma que rege essas tolerâncias é a BS EN ISO 1302, atualmente ISO 21920-1:2021. 

Tolerâncias de ajustes e limites (sistema furo/eixo)

Essas tolerâncias são para duas peças correspondentes e são definidas pela norma BS EN ISO 286, antiga BS 4500. Ajuste de folga, ajuste de transição e ajuste de interferência se aplicam aqui. 

Tabela 2: Uma seção da tabela de tolerância ISO para furos (fonte: https://www.tribology-abc.com/calculators/iso_holes.htm)

Tolerâncias posicionais e baseadas em dados

Essas tolerâncias estão relacionadas à localização de recursos em relação a outros. 

 

Quais são as vantagens da usinagem CNC?

CNC usinagem de precisão Os serviços podem levar uma empresa a patamares inesperados, pois oferecem inúmeras vantagens, desde resultados consistentes com a máxima precisão até a versatilidade diante de demandas variadas, além de serem muito úteis na economia de tempo e custos. Aqui está uma lista das vantagens da usinagem CNC. 

Precisão Superior 

A precisão das máquinas CNC é geralmente a primeira vantagem que um usuário e cliente de peças percebem em comparação a tecnologias alternativas ou até mesmo métodos de usinagem mais manuais. 

Com o controle computadorizado como núcleo, a usinagem CNC pode atingir tolerâncias de até ± 0.0025 mm! A usinagem manual nem chega perto desse tipo de desempenho. Portanto, os resultados da usinagem são consistentes, independentemente do número de séries de produção. 

Economia de custos e tempo

A usinagem CNC proporciona uma grande economia de tempo e dinheiro. Quando o programa está pronto, a máquina faz o resto com o mínimo de esforço humano. Como não há erros humanos para lidar, as peças são produzidas dentro do prazo estipulado. Custos relacionados a erros humanos também são evitados. 

Existem também várias maneiras de melhorar Custo de usinagem CNC economias em produtos, incluindo;

• Otimizando elementos de design 
• Escolha adequada de materiais 
• Produção em lotes
• Usando trocadores automáticos de ferramentas
• Manutenção preventiva e cuidados com a máquina CNC

Versátil – Opções de materiais

O fabricante pode utilizar uma ampla gama de materiais para usinagem CNC com notável sucesso. Sejam metais como aço inoxidável, ligas de alumínio e ligas de titânio, ou plásticos como poliamida, acrílico e PEEK, a usinagem CNC costuma ser uma opção líder para a produção de peças. 

 

Quais são as desvantagens/limitações da usinagem CNC?

A usinagem CNC é limitada pelo seu alto custo inicial, lentidão e necessidade de treinamento.

Alto custo inicial

As máquinas CNC são caras para adquirir e os custos de configuração subsequentes também podem ser assustadores. No entanto, vale ressaltar que o custo por unidade de peça para grande usinagem CNC geralmente é administrável para grandes tiragens de produção. 

Leitura relacionada: 

Usinagem CNC em pequenos lotes

Processo relativamente lento

A usinagem CNC pode ser considerada lenta em comparação a alternativas como fundição sob pressão e moldagem por injeção. 

Requisitos de treinamento

Maquinista CNC necessário

Apesar de sua automação, o processo de usinagem CNC não pode ser realizado por todos. De fato, os maquinistas são profissionais reconhecidos com conhecimento de matemática, software de máquinas, manutenção de máquinas e habilidades de resolução de problemas. 

Isto é especialmente verdade para usinagem multieixo, por exemplo, 5 eixos usinagem. Mesmo Usinagem CNC de 3 eixos requer um nível de especialização além daquele de um trabalhador de fábrica médio. 

 

Principais tipos de máquinas CNC

Existem vários tipos de máquinas CNC, cada uma projetada para tarefas diferentes, incluindo tornos CNC, fresadoras CNC, retificadoras CNC, furadeiras CNC e tornos suíços CNC. Outras são máquinas de eletroerosão (EDM), cortadoras de plasma, cortadoras a laser, cortadoras a jato de água e roteadoras CNC.  

Tornos CNC

Tornos CNC são projetados para operações de torneamento, que envolvem uma ferramenta de corte estacionária usinando uma peça rotativa para produzir características simétricas. Existem diferentes categorias de tornos CNC, dependendo das vantagens e características oferecidas:

• Torno motor – Um tipo de torno padrão que usa um motor no lugar de um sistema de acionamento por polia
• Torno para sala de ferramentas – Projetado para a fabricação de ferramentas e matrizes, e trabalhos de baixo volume e alta precisão semelhantes Oficina de máquinas CNC. 
• Torno de revólver – Este tipo possui um sistema de ferramentas diferenciado para uma produção de peças mais impecável

Um torno de torre

• Torno rápido – Possui uma configuração simples para trabalhos de torneamento rápidos e eficientes
• Centro de torneamento CNC – Este é mais avançado que os demais, com recurso de torre, capacidade de fresamento e pode ter um par de fusos. Alguns são verticais e outros horizontais. 

Moinhos CNC 

Uma fresadora CNC remove material de uma peça usando uma fresa rotativa para produzir geometrias simples e complexas. Ela é projetada para usinar diferentes tipos de materiais, de metais a não metais. 

As duas grandes categorias de fresadoras CNC são Centro de Usinagem Vertical (VMC) e Centro de Usinagem Horizontal (HMC). 

Centro de Usinagem Vertical (VMC) – O fuso é orientado verticalmente

Centro de Usinagem Horizontal (HMC) – O fuso é orientado horizontalmente

Centro de usinagem horizontal (HMC)

Retificadoras CNC

Uma retificadora CNC consiste em um rebolo que remove material de uma peça de trabalho com precisão, com a ajuda de um controle computadorizado. Esta máquina pode realizar retificação de superfície, retificação cilíndrica, retificação sem centro, retificação interna e retificação especial. 

Uma retificadora CNC

Máquinas de perfuração CNC

Uma máquina de perfuração CNC é projetada para produzir furos precisos em um material. Ela pode ajudar na criação de peças complexas. Leia também:Usinagem CNC complexa

Furadeira CNC

Máquinas de torneamento suíço CNC 

Um torno suíço CNC ou torno suíço é projetado para fabricar peças pequenas e complexas.  

Máquinas de descarga elétrica (EDM) 

Essa tecnologia produz faíscas elétricas que usinam uma peça no formato projetado. É ideal para usinar materiais duros que os métodos convencionais não conseguem usinar. 

Cortadores a plasma 

No corte a plasma CNC, um jato de gás ionizado (plasma) de alta velocidade e precisamente controlado corta material eletricamente condutor. 

Cortador de plasma CNC

Cortadores a laser 

Um cortador a laser utiliza um laser potente e controlado para cortar ou gravar materiais. Um programa de computador controla o movimento da cabeça do laser, que direciona o laser para derreter ou vaporizar um material. 

Cortadores a jato de água

Um jato potente, geralmente combinado com abrasivos, é controlado por computador para cortar um material. Ele pode cortar granito, metal, compósitos e madeira. 

Routers CNC

As fresadoras CNC são normalmente utilizadas na indústria da madeira, onde realizam cortes, gravações e perfis precisos. Podem ser utilizadas em outros materiais macios. 

Diferentes operações de usinagem CNC

O número de operações de usinagem CNC é alto devido à grande quantidade de componentes possíveis. Essas operações podem ser amplamente categorizadas como torneamento, fresamento, furação e outras. 

Operações de Torneamento CNC

Essas operações são definidas por uma peça rotativa e uma ferramenta de corte estacionária. A ferramenta de corte altera a superfície da peça – removendo material. As operações de torneamento produzem peças cilíndricas ou circulares, por exemplo, eixos e hastes. 

Um eixo

Aqui está uma lista de CNC tipos de torneamento;

• Chato 
• Perfuração 
• Ranhuras/separações
• Enfiando 
• Passando 

Operações de fresagem CNC

In Fresagem CNC, a peça de trabalho fica parada enquanto uma ferramenta de corte multiponto se move/gira. A ferramenta rotativa remove o material da peça de trabalho por descascamento. 

As operações de fresamento CNC são perfeitas para criar cavidades, rebaixos e superfícies planas em peças de trabalho. Assim como o torneamento CNC, o fresamento pode ser usado em uma variedade de materiais, incluindo metais, plásticos e madeira. 

As opções específicas em fresamento CNC são:

• Fresamento de lajes (periféricas)
• Fresamento de face
• Fresagem simples
• Fresamento angular
• Fresamento de bolsões

Usinagem CNC para furação

A versatilidade da usinagem CNC é evidente em sua capacidade de produzir furos, geralmente utilizando uma broca. Além da broca, a furação CNC também é possível por meio de alargamento e mandrilamento. 

A perfuração faz o furo básico, enquanto o alargamento e o mandrilamento melhoram um furo existente. Mandrilamento CNC Reduz defeitos e a rugosidade da superfície. É um processo muito lento, semelhante ao alargamento, cuja função é melhorar a qualidade da superfície e a precisão dimensional do furo. Leia mais:Defeitos de usinagem

Outras operações de usinagem CNC

Outras operações de usinagem CNC não se enquadram nas categorias básicas destacadas acima, mas são igualmente essenciais na fabricação CNC. As mais populares são:

• Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
• Moagem:  
• Corte a laser CNC
• Corte a jato de água CNC 

Corte CNC a jato de água

• Corte plasma CNC 
• Afiação CNC
• Brochamento CNC
• Roteamento CNC

Ler mais: 

Fresamento vs. Torneamento, 

 

Materiais de usinagem CNC

Materiais de usinagem CNC Inclui metais, plásticos e soluções para usinagem de vidroAs peças metálicas são geralmente preferidas por sua resistência, durabilidade, resistência térmica e dureza. As peças plásticas usinadas são escolhidas por seu baixo peso, resistência química e isolamento elétrico. Leia também:Usinabilidade de Marciais

Ligas metálicas para usinagem CNC

As ligas metálicas CNC mais comuns para peças são;

Ligas de Alumínio

Ligas de alumínio são comuns na usinagem CNC porque oferecem boa usinabilidade, alta relação resistência-peso, resistência à corrosão e condutividade. Os serviços de usinagem CNC para essa liga geralmente se concentram em alumínio 5083, alumínio 6061, alumínio 7075 e alumínio 6082. 

Peças de alumínio usinadas em CNC

Liga de aço

Além do carbono, o aço-liga possui outros elementos de liga para maior dureza e durabilidade. Apesar de apresentar baixa resistência à corrosão e a produtos químicos, os aços-liga apresentam boas propriedades mecânicas. Os tipos de aço-liga utilizados na usinagem CNC são 4140 e 4340. 

Aço Suave 

Aço carbono é outro nome para aços de baixo carbono, uma categoria de metais soldáveis ​​e usináveis. O aço carbono também é muito comum, especialmente o 1018, na usinagem CNC.

Aço inoxidável

Peças usinadas em liga de aço inoxidável são reconhecidas por sua resistência e resistência à corrosão. Os metais também são soldáveis ​​e altamente usináveis. Algumas opções populares para usinagem CNC de aço são aço inoxidável 304, aço inoxidável 316, aço inoxidável 303 e aço inoxidável duplex 2205. 

Aço ferramenta

O aço para ferramentas é extraordinariamente duro, com excelente resistência à abrasão e ao calor. O material é usado na fabricação de matrizes, moldes e outras ferramentas de fabricação altamente confiáveis. Aços para ferramentas D2 e ​​A2 são as opções mais populares. 

Plásticos para usinagem CNC

Os plásticos comuns para usinagem CNC são;

• ABS (acrilonitrila butadieno estireno) 
• Acetal/POM (polioximetileno) 
• PC (policarbonato) 
• PMMA (Polimetilmetacrilato) ou acrílico 
• HDPE (polietileno de alta densidade)
• PEEK (poliéter éter cetona)

Cada um desses e outros plásticos tem suas vantagens e limitações, portanto, há várias considerações a serem feitas antes de escolher. Pontos importantes a serem considerados ao identificar um plástico para usinagem CNC são:

1. Aparência 
2. Usinabilidade
3. Resistência à temperatura
4. encolhimento
5. Custo 

 

Diferentes aplicações de usinagem CNC 

A versatilidade, precisão, custo-eficácia, Velocidade de corte e taxa de avanço da usinagem CNC apelar para uma ampla gama de aplicações em vários setores, incluindo aeroespacial, automotivo, saúde e medicina, eletrônicos, defesa, energia, automação e robótica, marítimo e esportivo. 

Usinagem CNC para eletrônica

Abaixo está uma tabela resumindo essas aplicações: 

Expertise	Aplicações de Usinagem CNC
Indústria aeroespacial	Peças do trem de pouso, estruturas dos assentos, peças da cabine, componentes do motor
Automotiva	Cabeçote, pistão, peças de suspensão, tampa da caixa de câmbio, volante
Saúde e medicina	Implantes ortopédicos, dispositivos cirúrgicos e peças de equipamentos de imagem
Expositores e Eletrónica	Dissipadores de calor, gabinetes
Defesa	Peças de veículos, peças de armas
Energia	Equipamentos de perfuração, válvulas
Automação e robótica	Engrenagens, estruturas de robôs
Marítimo	Peças de motor, hélices
Esportes	Skates, engrenagens, cabeças de tacos de golfe
Produtos de consumo	Eletrônicos, eletrodomésticos de cozinha

 

Quanto custa a usinagem CNC? 

O custo da usinagem CNC pode ser estimado usando o critério por peça ou por hora, e confiável. fabricação por contrato Os fornecedores adotam ambos os modelos de precificação para orçamentos de clientes. Cada uma dessas abordagens gera resultados diferentes, pois envolve diversos fatores. 

Os custos horários dependerão principalmente do Tipos de máquinas CNC usado e a expertise anexada. A taxa por peça depende de elementos como matéria-prima material, complexidade da peça e volume de produção. 

Claro, existem faixas de preço, mas estas são apenas linhas de base. Acima desses pontos de partida, o custo da usinagem CNC varia amplamente com base no tamanho do lote. ciclo de vida das peças CNC, e disponibilidade/custo de matérias-primas. 

Para uma estimativa precisa do custo de usinagem CNC, é melhor consultar um profissional experiente. Serviços de usinagem CNC provedor. 

 

Conclusão

A usinagem CNC é a marca registrada de muitos setores, fornecendo peças precisas, duráveis ​​e atraentes para diversas aplicações. Os setores aeroespacial, automotivo, de defesa e robótica são apenas alguns dos beneficiados por essa tecnologia. 

Não importa se você está procurando peças personalizadas usinadas em CNC ou fabricadas em lote, sempre há uma solução para você. 

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