As máquinas CNC tornaram-se especialmente proeminentes devido à sua capacidade de melhorar a precisão em todas as áreas. Essas máquinas não são apenas eficazes, mas também perfeitas para quando você deseja criar várias peças com o mesmo nível de precisão.
Para que toda máquina CNC funcione, porém, ela precisa ser construída com algumas peças que precisam funcionar juntas para conseguir a peça que você deseja.
Neste artigo, examinaremos as diferentes peças da máquina CNC e seu papel para garantir que todo o maquinário funcione como deveria.
O que é usinagem CNC?
A usinagem por Controle Numérico Computadorizado - ou CNC - é uma forma de processo de fabricação em que você usa duas coisas para trabalhar principalmente; máquinas-ferramentas e controles baseados em programas de computador. O simples benefício da usinagem CNC é o fato de permitir fornecer peças incrivelmente precisas. Graças ao uso e ao trabalho dos computadores, as máquinas são alimentadas com as instruções corretas e você acaba com peças incrivelmente precisas e precisas em todos os aspectos.
Para que cada máquina CNC funcione, geralmente você precisa confiar em princípios de trabalho específicos. Alguns deles incluem:
Projeto Auxiliado por Computador (CAD): Na usinagem CNC, geralmente é necessário começar criando o projeto virtual da peça que se deseja fabricar. Isso normalmente é feito com um software de CAD, que mostrará as dimensões e características da peça a ser produzida.
Procedimento de Programação: Em seguida, o projeto é traduzido, por meio de software de Manufatura Assistida por Computador (CAM), em instruções que a máquina possa entender.
Preparando a máquina: Depois de criar o programa, transfira-o para a máquina CNC. Na maioria dos casos, será necessário posicionar a peça de trabalho e instalar as ferramentas necessárias.
A máquina inicia a execução: Com o programa CAM em execução, você pode agora direcionar o movimento de seus eixos – na maioria dos casos, os eixos X, Y e Z – para posicionar a ferramenta sobre a peça de trabalho com maior precisão. A partir daí, você segue o caminho programado para remover o material da peça.
Observe a remoção do material: Com base nas instruções que você criou e na operação em que está trabalhando, observe a ferramenta de corte começar a entrar em contato com a peça para remover o material.
Controle o processo e mantenha a qualidade: Embora as máquinas CNC funcionem com o auxílio de computadores, você também precisa ficar de olho em tudo. Dessa forma, você pode garantir o controle de qualidade adequado e solucionar quaisquer problemas que encontrar.
Examinando os componentes de uma máquina CNC:
Agora que entendemos o que é usinagem CNC e como ela funciona, vamos começar a examinar as principais partes de uma máquina CNC e como elas funcionam:
Sistema de controle
Primeiro, temos os sistemas de controle. Aqui, você sabe muito bem com o que está trabalhando com base no nome – são sistemas que ajudam você a garantir que todos os outros componentes funcionem como deveriam e que toda a máquina esteja operando de maneira ideal.
De modo geral, os sistemas de controle de máquinas CNC vêm em diferentes formatos, dependendo do tipo de usinagem de precisão CNC que você deseja realizar:
Sistema de controle de malha aberta: Neste sistema, você tem um controlador que envia comandos diretamente para os motores da máquina. É um sistema muito mais simples porque o controlador não recebe feedback sobre a posição ou o movimento da ferramenta.
Sistema de Malha Fechada: Um sistema de controle de malha fechada funciona como a variante de malha aberta, exceto que incorpora um mecanismo de feedback para garantir que os eixos da máquina sejam monitorados o tempo todo. Graças a escalas lineares e encoders, é possível obter a precisão adequada no feedback e na usinagem.
Sistema de controle ponto a ponto: Um sistema de controle ponto a ponto funciona principalmente quando a ferramenta precisa se mover com base em coordenadas específicas. É bastante simples, portanto, funciona bem quando se tem os componentes básicos de uma máquina CNC.
Sistema de Controle de Contorno: Com um sistema de contorno, você pode interpolar os movimentos da ferramenta ao longo de trajetórias mais complexas para criar formas intrincadas. Esses sistemas utilizam algoritmos para gerar trajetórias suaves para as ferramentas, melhorando também a precisão.
Sistema de Controle de Eixos Paralelos: Quando sua máquina precisa se mover em diferentes eixos, você utiliza um sistema de controle de eixos paralelos para coordenar seus movimentos. Esse sistema facilita a obtenção de movimentos sincronizados, possibilitando assim a criação de formas 3D.
Geralmente, um sistema de controle CNC vem com estes componentes que ajudam a fazê-lo funcionar melhor:
Console de Controle Primário: No console de controle, você tem a interface que permite a comunicação direta com a máquina. Cada console possui um monitor ou uma tela sensível ao toque onde você insere comandos e que exibe a interface gráfica de controle.
Controlador Central: Com o controlador, você tem a unidade central de processamento que guia todo o sistema CNC. Ele executa comandos, interpreta programas e coordena todos os movimentos dos eixos.
Acionamentos nos Eixos: Geralmente, os acionamentos dos eixos são controladores de servomotores ou motores de passo que ajudam a controlar o movimento dos eixos da máquina de acordo com os comandos do usuário. Eles acionam os componentes da máquina em linha reta ou em círculos, convertendo sinais elétricos em movimento mecânico.
Componentes de feedback: Sempre que você precisar que sua máquina CNC forneça feedback sobre a operação, você terá esses componentes à disposição. Eles medem a posição da ferramenta ou da peça e enviam as informações de volta ao controlador para verificar se há algum erro.
Dispositivos periféricos: Por fim, temos os atuadores, sensores e intertravamentos de segurança que você pode integrar ao seu sistema para melhorar seu funcionamento e monitorar o status geral da máquina.
A Estrutura Mecânica
A seguir, veremos a própria estrutura da máquina CNC. Considerando que existem diferentes tipos de operações CNC, você pode imaginar que essas máquinas possuem seus tipos de estrutura específicos – e esses tipos ditarão facilmente a eficiência geral da máquina.
As estruturas das máquinas CNC vêm em diferentes tipos, sendo as mais proeminentes as seguintes:
Estrutura tipo cama: Sem dúvida o formato de estrutura mais popular, a estrutura tipo cama apresenta a mesa de trabalho montada diretamente sobre uma base rígida. Dessa forma, você obtém suporte suficiente para a peça de trabalho e para todas as forças de corte.
Estrutura do Pórtico: Aqui, você tem um pórtico ou uma ponte suspensa que é sustentada por colunas posicionadas em todos os lados da área de trabalho. À medida que os eixos da máquina se movem ao longo da ponte, a peça de trabalho é fixada na mesa e a máquina começa a trabalhar nela.
Estrutura em C: Alguns chamam de estrutura em C, outros de estrutura em C. Nesse caso, temos um projeto que inclui uma única coluna vertical que suporta os componentes móveis da máquina. Dessa forma, o acesso à área de trabalho é facilitado, independentemente do lado.
Estrutura de Torreta: Nesta estrutura, você tem um trocador de ferramentas ou torreta de ferramentas montada em um eixo giratório. Dessa forma, você pode trocar as ferramentas facilmente e até mesmo realizar usinagem com múltiplas ferramentas. Na maioria dos casos, você encontra essa estrutura em componentes de tornos CNC.
Estrutura tipo suíço: Geralmente, essas máquinas possuem cabeçotes móveis e sistemas de buchas guia que permitem usinar peças longas e estreitas com a máxima precisão possível.
Estrutura do Centro de Usinagem Horizontal (HMC): A estrutura do HMC apresenta um fuso reto e uma mesa de trabalho que se move apenas nos eixos X e Y. Dessa forma, é possível evacuar os cavacos rapidamente e garantir que a peça permaneça estável durante o corte.
Estrutura de Centro de Usinagem Vertical (VMC): Praticamente o oposto do HMC, esta estrutura possui um fuso vertical e uma mesa de trabalho que também permite movimento no eixo Z. A vantagem desta estrutura é que a área ocupada pela máquina é menor e o acesso a ela é facilitado.
Falando nisso, você também deve estar familiarizado com as partes gerais das estruturas CNC e seu papel em tornar toda a operação de usinagem o mais suave possível:
Tudo repousa sobre a cama: Também conhecida como base, a cama oferece a fundação sobre a qual toda a máquina se apoia.
Coluna reta: Um componente vertical, a coluna suporta o eixo principal, bem como outros componentes, como a torre ou os trocadores de ferramentas.
Mesa de trabalho: Aqui, você coloca a peça de trabalho e a fixa ou prende com grampos durante o processo de usinagem. A mesa deve poder se mover em diferentes eixos, para que a peça de trabalho seja posicionada corretamente.
Seu eixo: Este eixo rotativo segura sua ferramenta de corte e a gira rapidamente para remover qualquer excesso de material diretamente da peça de trabalho.
Eixos de Movimento: Geralmente, você tem três eixos onde sua ferramenta pode se mover – o eixo X é horizontal, enquanto o eixo Y é vertical. Depois, há o eixo Z, que também é vertical, mas permite que o fuso corte de cima para baixo.
Mecanismos de acionamento: Essas ferramentas ajudam a transmitir a potência dos motores da máquina para todos os componentes móveis. Dessa forma, você obtém movimentos controlados do eixo durante a usinagem.
Trocador de Ferramentas: Em algumas partes de uma fresadora CNC, pode ser necessário trocar as ferramentas de corte durante a operação. Alguns desses trocadores podem armazenar várias ferramentas, facilitando a seleção entre as opções disponíveis.
Sistema de Refrigeração: É impossível uma máquina CNC funcionar sem líquido refrigerante. Sua função é garantir que o excesso de calor seja dissipado adequadamente e que o equipamento permaneça funcional pelo maior tempo possível.
Fuso e Sistema de Ferramentas
Já destacamos a funcionalidade de um fuso CNC normal. Essas ferramentas ajudam a segurar as ferramentas de corte e girá-las, permitindo que trabalhem em diferentes operações de usinagem.
Em geral, você pode encontrar diferentes fusos CNC, cada um vindo com suas próprias peças CNC e sendo capaz de atender a diferentes requisitos. Algumas das opções mais importantes disponíveis incluem:
O fuso acionado por correia:
Cada fuso acionado por correia funciona com um motor, que alimenta o fuso, e um sistema de acionamento por correia que transfere a energia giratória para o eixo do fuso com diferentes correias. Depois, há um eixo do fuso que gira e segura a ferramenta de corte, bem como rolamentos que mantêm o eixo estável.
Por fim, um porta-ferramentas ajuda a fixar a ferramenta de corte no lugar e possibilita a troca de ferramentas.
Um fuso de acionamento direto
Com esse tipo de eixo, você tem um motor principal integrado diretamente ao eixo do fuso. Essa estrutura significa que você não precisará de um sistema de transmissão por correia independente. O próprio eixo do fuso está conectado ao eixo do motor, oferecendo torque suficiente e reduzindo a vibração.
Este sistema também necessita de rolamentos, bem como de um porta-ferramentas que mantenha a ferramenta de corte perfeitamente no lugar.
Eixo Refrigerado a Ar
Com um fuso refrigerado a ar, você tem um motor primário construído para um resfriamento de ar adequado. Há também um sistema de resfriamento independente que usa circulação de ar forçada para retirar o excesso de calor e manter a temperatura correta do fuso.
E, assim como os outros tipos de doodle, você também recebe um eixo e um porta-ferramentas.
Fuso refrigerado a líquido
O fuso resfriado a líquido funciona de maneira muito parecida com o fuso resfriado a ar. Como você pode imaginar, a principal diferença está apenas na forma como eles resfriam seus materiais. Este foi projetado com um refrigerante líquido e, em mais de um aspecto, oferece uma forma mais eficiente de dissipação em toda a linha.
Eixo de alta velocidade
Construídos para operar em velocidades incrivelmente altas, esses fusos vêm com componentes de máquina CNC integrados que ajudam a reduzir desvios e vibrações. O eixo do fuso também é construído para rotação rápida, enquanto você possui componentes balanceados com precisão que ajudam a reduzir a vibração.
Por fim, você conta com rolamentos e porta-ferramentas, que realizam as tarefas convencionais de direção e local seguro.
A ferramenta de corte
Agora, estamos entrando em algumas das partes mais interessantes. Quando se trata de componentes de corte CNC, você tem vários tipos – cada um deles projetado para uma operação específica, bem como um tipo específico de material para trabalhar. Geralmente, os principais aqui são.
Fresas de topo
Uma fresa de topo é uma ferramenta flexível que vem com arestas de corte nas extremidades e nas periferias. Você os usa principalmente para fresar ranhuras e contornos em diferentes materiais.
Ao selecionar fresas de topo, você deseja escolher uma com o número certo de canais – 2, 4 ou até mais. Você também precisa ter o revestimento correto que ajuda a garantir que você não precise lidar com resistência ao desgaste.
Exercícios Tradicionais
Como você pode imaginar, as brocas ajudam a criar furos nas peças. Existem brocas helicoidais, brocas pontuais, brocas centrais e muito mais, portanto, antes de fazer uma escolha, certifique-se de ter o diâmetro certo para o furo que deseja criar.
Você também precisa considerar o material que está furando e certificar-se de escolher uma broca que tenha as dimensões corretas para melhorar o escoamento de cavacos.
Torneiras para rosqueamento de furos
Sempre que precisar fazer um furo com precisão, você sempre pode contar com uma torneira. Existem diferentes tamanhos e passos, então você deve ter certeza de escolher o correto para suas especificações de rosca. Ao mesmo tempo, considere o material que você está rosqueando e escolha um macho que tenha a geometria e o revestimento corretos para ele.
Fresas
Uma fresa gira e é um dos componentes CNC mais importantes para operações de fresamento. Como esperado, certifique-se de ter o tipo de fresa correto com base nas operações de usinagem e no tamanho da peça de trabalho.
Fatores como o diâmetro da fresa, o número de pastilhas e muito mais também podem ajudá-lo a tomar uma decisão.
Insertos de ferramentas
Essas são pontas de corte intercambiáveis que auxiliam no uso de ferramentas de corte indexáveis, como tornos CNC , fresas e outras. Contanto que você tenha uma ferramenta de corte com a geometria correta e compatível com o material a ser cortado, você não deverá ter problemas.
Escareadores
Se você já tem um furo e gostaria de expandi-lo ou terminá-lo, um alargador irá ajudá-lo. Ele garante que o furo existente possa ser feito para se ajustar a um acabamento e dimensões de superfície específicos e fornece uma precisão significativa neste processo de expansão.
Os tamanhos e geometrias dos alargadores devem ser escolhidos com base no tamanho desejado do furo, bem como no acabamento superficial e tolerância necessários. Fatores como revestimento e design da flauta também devem ajudá-lo a entender melhor qual opção escolher.
Sistema de gerenciamento de refrigerante e calor
O calor é algo que toda máquina CNC tem que enfrentar. Quando o calor aumenta, sua máquina corre imediatamente um risco maior de ser danificada e você pode acabar não obtendo tanto valor com ela. É por isso que os refrigerantes são tão importantes – eles permitem que a sua máquina dissipe esse calor, garantindo assim que ela possa funcionar pelo maior tempo possível.
Com refrigerantes, você precisa considerar alguns dos seguintes tipos e o que os torna tão únicos:
O sistema de refrigeração de inundação
Facilmente o tipo de sistema de refrigeração mais comum, esse mecanismo envolve bombear o refrigerante de um reservatório e direcioná-lo através de tubos ou bicos para inundar a área de corte. Além do resfriamento, esse sistema também melhora aspectos como a lubrificação e ajuda a eliminar quaisquer cavacos.
Mecanismo de refrigeração de névoa
Este sistema envolve atomizar o refrigerante em pequenas gotas e direcioná-las como uma névoa para a área de corte. Quando você não precisa necessariamente de um refrigerante de alta pressão, este sistema funciona muito bem.
Sistema de refrigeração através do fuso:
O sistema de refrigeração TSC fornece a refrigeração diretamente através do fuso e do porta-ferramenta diretamente para a aresta de corte da ferramenta de corte. Ajuda a reduzir a geração de calor e a melhorar a vida útil geral da sua ferramenta, especialmente se você precisar usá-la na perfuração.
Sistema de refrigeração externo
Segurando os bicos e tubos de refrigeração, o sistema de refrigeração externo posiciona esses componentes fora da máquina-ferramenta. Dessa forma, a refrigeração é direcionada para a área de corte, permitindo que você use o sistema em conjunto com sistemas de refrigeração por névoa ou inundação para melhorar o escoamento de cavacos e as operações de resfriamento.
Sistema de refrigeração por jato de ar
Quando você tem um sistema de refrigeração por jato de ar, você usa ar comprimido para afastar os navios da região de corte e apenas resfriar a ferramenta de corte e a peça de trabalho. Pode não ser tão eficaz quanto um refrigerante líquido, mas também pode ajudar em tarefas adicionais, como evacuação de cavacos.
Independentemente do sistema que você escolher, você terá que trabalhar com algumas das seguintes peças de usinagem CNC:
Reservatório de líquido refrigerante: É importante ter um tanque ou reservatório disponível para armazenar o fluido ou gás utilizado como refrigerante.
Bomba de Refrigeração: Você também precisa de uma bomba para circular o fluido refrigerante do reservatório até a área de corte da máquina-ferramenta. Geralmente, a bomba mantém a vazão do fluido refrigerante, bem como a pressão necessária.
Linhas de refrigeração: São as mangueiras, tubos e conexões que ajudam a transportar o líquido refrigerante do reservatório para a máquina. Você também pode adicionar telas ou filtros que ajudam a reter quaisquer detritos do líquido refrigerante, garantindo que ele receba apenas o líquido puro.
Bicos ou manifolds: Esses dispositivos direcionam o fluido de corte para a peça e a ferramenta de corte. É fundamental posicioná-los estrategicamente para garantir o direcionamento a áreas específicas da zona de corte.
Sistema de Filtragem Tradicional: Não é incomum encontrar sistemas de arrefecimento com filtros que ajudam a remover contaminantes. Dessa forma, o fluido de arrefecimento tem uma vida útil prolongada.
Dispositivos de Fixação
Os dispositivos de fixação fazem exatamente o que você espera deles: eles seguram suas ferramentas, garantindo que elas não fiquem fora de sintonia ou percam seu posicionamento. Cada dispositivo de fixação de trabalho é projetado especificamente para atender a um conjunto específico de requisitos de usinagem e usos de aplicação, mas os mais proeminentes deles incluem:
Vises
Um torno é um dispositivo flexível de fixação de trabalho que mantém sua peça de trabalho no lugar. Você pode encontrá-los em diferentes configurações, desde tornos padrão até tornos especializados em procedimentos de fresamento e até tornos autocentrantes.
Mandris
Na maioria dos casos, você usa mandris para segurar peças cilíndricas – tubos, barras redondas, etc. Eles seguram o centro da peça e são especialmente perfeitos para faceamento, torneamento e usinagem cilíndrica.
Placas de Fixação
Essas placas vêm em formatos planos e retangulares, bem como padrões para ranhuras e orifícios. Eles funcionam fixando a peça de trabalho, possibilitando assim uma configuração flexível e repetível.
A vantagem das placas de fixação é que elas facilitam o trabalho com múltiplas peças e até alcançam a repetibilidade ideal.
Mandris Magnéticos
Eles funcionam como mandris tradicionais, mas também incorporam ímãs para segurar peças metálicas com segurança. Com sua forte força de aperto, os mandris magnéticos facilitam o carregamento e descarregamento de sua peça de trabalho. Ao mesmo tempo, eles funcionam para vários componentes de usinagem CNC.
Mandris de pinça
Esses mandris utilizam pinças para fixar firmemente a peça de trabalho. Uma pinça é uma bucha cilíndrica que se comprime ao redor da peça quando apertada, oferecendo assim força de fixação e concentricidade suficientes.
Geralmente, os porta-pinças funcionam melhor quando você tem uma peça de trabalho com diâmetro pequeno.
Indexadores e Mesas Rotativas:
Quando você precisa girar uma peça em diferentes ângulos e ainda manter sua posição, um indexador ou mesa rotativa é útil. Eles permitem a usinagem em vários lados, ao mesmo tempo que reduzem a necessidade de você mesmo ajustar a posição da peça de trabalho.
Dado que existem tantos dispositivos de fixação de trabalho, você pode imaginar que fazer uma escolha pode ser um desafio. Mas, aqui estão alguns fatores que você pode querer considerar:
- O lado e o formato da peça de trabalho determinarão qual dispositivo funciona melhor para ela.
- Sempre selecione um dispositivo de fixação que seja adequado para a operação de usinagem específica com a qual você está trabalhando.
- Considere o nível desejado de repetibilidade e precisão, pois isso é muito importante
- Você também precisa saber o volume de produção desejado, bem como o número de alterações de configuração com as quais está trabalhando. Escolha um dispositivo que seja flexível e que ofereça repetibilidade e eficiência
Características de segurança
Ao manusear componentes CNC suficientes, você perceberá a necessidade de segurança. Como qualquer outro processo automatizado, encontrar o equilíbrio certo entre eficiência e segurança é uma das coisas mais importantes, e você precisa ter certeza de que qualquer pessoa que lida com o processo esteja protegida em todos os aspectos.
Pensando nisso, aqui estão alguns componentes usinados CNC importantes que ajudam a promover a segurança da pessoa que opera:
Botão de Parada de Emergência: Se você notar alguma falha em qualquer uma das suas peças para usinagem CNC, precisará incorporar um botão de parada. Dessa forma, você poderá interromper todas as operações e lidar com qualquer imprevisto.
Intertravamentos de segurança: Um intertravamento é um mecanismo que impede o funcionamento da máquina até que determinadas condições sejam atendidas. Ele garante que todas as proteções, fechaduras, tampas e outros componentes estejam devidamente fechados, otimizando a segurança.
Proteções e Enclausuramentos: São barreiras físicas que protegem os operadores de diferentes componentes de máquinas CNC – peças móveis, ferramentas rotativas, ferramentas de corte, etc. Oferecem uma camada adicional de proteção contra cavacos, detritos e outros elementos que podem representar sérios riscos.
Sensores e interruptores de luz: Esses dispositivos ajudam a detectar qualquer operação fora do comum – desde quebra de ferramentas até vibrações excessivas e muito mais. Assim que detectam algo, acionam uma sequência de desligamento automático que interrompe imediatamente o funcionamento da máquina.
Etiquetas e sinalização de segurança: Recomendamos sempre que você utilize marcações, etiquetas e sinalização de segurança que forneçam indicações visuais aos operadores sobre o que fazer e a que devem estar atentos para garantir uma operação segura.
Todos esses recursos, bem como protocolos de segurança importantes, garantirão que você nunca tenha nada com que se preocupar. Geralmente recomendamos que você tenha tudo isso como parte de sua configuração, mas mesmo que não consiga, pelo menos incorpore o máximo que puder.
Conclusão
Quando se trata de peças de uma máquina CNC, existem muitas opções para trabalhar. No final das contas, saber o que você precisa e trabalhar com isso ajudará muito a otimizar a eficiência tanto quanto possível.
Se precisar de mais informações ou quiser saber mais, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco na HM.