Um guia detalhado para peças usinadas por CNC

A usinagem por Controle Numérico Computadorizado (CNC) é um processo de fabricação subtrativo moderno, eficiente e automatizado que permite aos fabricantes de peças usinadas por CNC produzir peças repetíveis com qualidade consistente a partir de uma ampla gama de materiais, como plásticos, metais e compósitos. peças usinadas por CNC São vitais para muitas indústrias, como a aeroespacial, a automotiva e a médica.

A história da tecnologia CNC remonta a alguns eventos-chave. As primeiras ferramentas de usinagem modernas datam de 1775, quando inventores desenvolveram uma ferramenta de mandrilamento que possibilitou a produção de cilindros de motores a vapor com maior exatidão e precisão.

Os precursores tecnológicos da computação moderna, desenvolvidos na indústria têxtil no início do século, foram os primeiros passos rumo à computação moderna. Em 1725, Basile Bouchon utilizou um sistema de furos perfurados em fita de papel para codificar dados. Posteriormente, em 1805, Joseph Marie Jacquard aprimorou esse processo, substituindo a fita de papel por cartões perfurados mais duráveis. Esses cartões eram sequenciados para fornecer instruções sobre como adicionar o tecido ao tear, simplificando o processo e constituindo um dos primeiros exemplos de programação. O tear Jacquard, portanto, pode ser considerado um precursor das modernas tecnologias de computação e automação.

Este guia de usinagem CNC abordará o funcionamento dos processos CNC modernos, incluindo opções de materiais, considerações de projeto, fatores de custo e muito mais.

O que são peças usinadas por CNC?

As peças fabricadas por usinagem estão por toda parte e são produzidas pelo processo de usinagem, que consiste na remoção de seções da peça de trabalho utilizando máquinas de corte, como fresadoras, tornos e roteadores. A usinagem pode ser feita manualmente por um operador de máquinas qualificado ou digitalmente, utilizando máquinas CNC (Controle Numérico Computadorizado) que seguem instruções geradas por computador para cortes de precisão. Esses componentes geralmente são feitos de diferentes materiais, como metais e plásticos, e precisam ser cortados sem deformações significativas. Além disso, as peças usinadas podem ser criadas após processos de fabricação iniciais, como fundição ou moldagem, para adicionar características específicas. Essa capacidade da usinagem de produzir peças precisas e confiáveis ​​é o que a torna tão importante em diversos setores, desde os menores fixadores até os componentes mais complexos de motores de aeronaves.

Cama

A base da máquina CNC serve de suporte para todos os outros componentes. Geralmente, é feita de ferro fundido para garantir durabilidade e resistência.

Dispositivo de entrada

O dispositivo de entrada é a parte mais crucial da máquina, pois é responsável pelo envio das instruções de programação para a máquina. Alguns dos tipos mais comuns incluem leitores de fita perfurada, leitores de fita magnética e computadores conectados via RS-232-C.

Unidade de Controle da Máquina (MCU)

A unidade de controle da máquina é o cérebro do sistema CNC. Ela interpreta as instruções de programação e supervisiona operações essenciais, como:

● Tarefas, início e término.

● Ajuste da velocidade do fuso

● O sentido de rotação do fuso.

● Troca de ferramentas

● O controle da taxa de alimentação.

Painel de controle

O painel de controle é o centro peças CNC personalizadas da máquina CNC, que recebe as instruções de programação, as envia para a máquina e garante que as tarefas sejam executadas corretamente.

Unidade de exibição

A unidade de exibição possui um monitor que é usado para mostrar informações importantes, como programas, instruções e o status da máquina.

Máquinas-ferramenta

As máquinas-ferramenta incluem uma ampla gama de elementos CNC, como a mesa deslizante e o fuso. A mesa é manipulada pelos eixos X e Y, enquanto o fuso é controlado pelo eixo Z. A máquina necessita de acionamentos e motores de fuso, que são os elementos mais essenciais para o seu funcionamento.

Mandril

O mandril é um dispositivo de fixação da peça que é acoplado ao eixo principal e serve para prender a ferramenta no lugar.

Cabeçote

O cabeçote é a parte da máquina onde a peça de trabalho, ou a peça que está sendo usinada, é fixada.

contraponto

O cabeçote móvel é usado para fornecer suporte extra à peça de trabalho, o que é muito útil para atividades como torneamento e rosqueamento.

Haste do contraponto

A haste da contraponta é usada para distribuir a peça de trabalho igualmente entre o cabeçote e a contraponta.

Sistema de acionamento

O sistema de acionamento é composto por um circuito amplificador, motores de esferas e fusos de esferas. Servoacionamentos CNC e servomotores CA são utilizados para proporcionar o funcionamento suave das máquinas CNC.

Sistema de Feedback

O sistema de feedback monitora e fornece dados em tempo real do processo de usinagem para garantir a precisão e a exatidão.

Sistema de Feedback

O sistema de feedback é composto por elementos CNC, incluindo transdutores de posição e movimento, que são usados ​​para rastrear o movimento e a localização da ferramenta. Esses transdutores enviam os sinais para a unidade de controle da máquina (MCU), que então faz as alterações necessárias no movimento e na posição da mesa e do fuso para a precisão requerida.

Pedal ou interruptor de pé

O pedal ou interruptor de pé é usado pelo operador da máquina CNC para abrir e fechar a placa de fixação.

Principais setores que utilizam CNC

A usinagem CNC é uma das principais ferramentas em muitas indústrias, influenciando direta ou indiretamente todas as áreas que necessitam de produção de componentes. A seguir, apresentamos alguns setores-chave e suas aplicações da usinagem CNC:

Aeroespacial

O setor aeroespacial lida com peças que exigem um alto grau de precisão e reprodutibilidade. A usinagem CNC é utilizada na fabricação de pás de turbinas, ferramentas para a produção de outras peças e câmaras de combustão de motores de foguete, entre outros componentes essenciais.

Automotivo

Na indústria automotiva, a usinagem CNC é considerada a principal ferramenta para a fabricação de moldes de alta precisão, utilizados na fundição de peças como blocos de motor e na usinagem de peças com alta tolerância, como pistões. Por outro lado, máquinas CNC do tipo pórtico são utilizadas para moldar os moldes de argila na fase de projeto do veículo.

Defesa

As forças armadas utilizam usinagem CNC para a criação de componentes de alta precisão com tolerâncias rigorosas, como peças de mísseis e canos de armas. As máquinas CNC são a base da precisão e da velocidade necessárias para a produção de equipamentos militares confiáveis.

Médico

Os implantes médicos são frequentemente fabricados a partir de formas orgânicas complexas com o auxílio de ligas avançadas. As máquinas CNC são essenciais nesse campo, pois as máquinas manuais não são capazes de atingir a precisão e a complexidade necessárias para esses dispositivos médicos.

Energia

Energia. O campo da engenharia energética é bastante amplo, abrangendo desde turbinas a vapor até as tecnologias mais modernas, como a fusão nuclear. As pás das turbinas a vapor exigem precisão para o balanceamento, enquanto a pesquisa e o desenvolvimento do processo de fusão envolvem a usinagem CNC de formas complexas feitas de materiais avançados para as câmaras de contenção do plasma.

O que incluir nas peças usinadas.

É crucial aplicar os princípios do DfM (Design for Manufacturing) ao projetar peças usinadas, utilizando o processo de fabricação como guia. As restrições para peças impressas em 3D são diferentes das restrições para peças usinadas. Estas últimas devem ser projetadas de acordo com diretrizes específicas para garantir a fabricabilidade e a eficiência.

Undercuts

Rebaixos são elementos que não podem ser produzidos por ferramentas de corte padrão. A ferramenta é obstruída por alguma parte da peça. Nesses casos, é necessário o uso de ferramentas de corte específicas em formato de T e um projeto especial da peça.

Pontos-chave a lembrar sobre undercut

Dimensões padrão: Utilize dimensões em milímetros inteiros para que as dimensões das ferramentas padrão sejam compatíveis. Embora os cortes padrão possam ser feitos em incrementos muito pequenos, os cortes de rebaixo exigem maior precisão nas dimensões.

Largura e Profundidade: A largura do rebaixo pode variar entre 3 e 40 mm, e a profundidade é o dobro da largura, que corresponde à profundidade da ferramenta de corte.

Evite sempre que possível: Se os rebaixos puderem ser eliminados, o processo de fabricação é simplificado, tornando-se mais rápido e menos complexo.

Ao seguir essas considerações, os projetistas podem desenvolver peças usinadas produtivas e fabricáveis, em conformidade com as capacidades e limitações dos processos de usinagem CNC.

Espessura da parede

A diferença entre peças moldadas, que podem deformar-se com paredes excessivamente espessas, e peças usinadas, que apresentam dificuldades com paredes especialmente finas, reside no fato de que estas últimas podem deformar-se com maior facilidade. Os projetistas não devem utilizar paredes finas em peças usinadas e devem optar pela moldagem por injeção caso paredes finas sejam necessárias. No caso da usinagem, a espessura mínima da parede é de 0,8 mm para metal e 1,5 mm para plástico.

Protuberâncias

As seções profundas e altas são difíceis de usinar porque podem causar vibração na ferramenta de corte, o que pode danificar a peça ou reduzir a precisão. Para evitar isso, a altura das saliências não deve ser superior a quatro vezes a sua largura.

Cavidades, furos e roscas

No processo de projeto de peças usinadas, é necessário levar em consideração as restrições das ferramentas de corte utilizadas para a criação de cavidades, furos e roscas.

Cavidades e rebaixos: A profundidade não deve ser superior a quatro vezes a largura da cavidade. As cavidades ficarão mais profundas e os filetes (bordas arredondadas) serão inevitáveis ​​devido ao diâmetro da ferramenta de corte.

Furos: A profundidade dos furos não deve ser superior a quatro vezes a largura da broca e seus diâmetros devem corresponder aos tamanhos padrão das brocas, sempre que possível.

Rosca: Para fixadores como parafusos, a profundidade da rosca não deve exceder três vezes o diâmetro do parafuso.

Escala

Peças usinadas sob medida por CNC As dimensões das peças são limitadas pelo volume de construção da máquina. Para fresagem, as peças não devem exceder 400 x 250 x 150 mm. Para torneamento, as peças não devem ser maiores que Ø 500 mm x 1000 mm. Peças maiores podem ser usinadas com equipamentos especializados, porém, isso requer consulta prévia ao operador da máquina.

Acabamentos de superfície de peças usinadas

Os componentes usinados podem ser submetidos a diversos processos pós-usinagem para alterar seu acabamento superficial e aparência. Eles podem ser usados ​​para fins funcionais ou estéticos.

Acabamento usinado: Este acabamento não é um tratamento de superfície e pode ser usado em muitos componentes internos funcionais não estéticos.

Jateamento com microesferas: Este processo, que consiste em disparar um material abrasivo contra a peça usinada, confere à peça um aspecto fosco. A granulação da lixa pode ser alterada conforme necessário. No entanto, o jateamento com microesferas pode não ser a melhor opção para detalhes pequenos, pois remove material e pode alterar a geometria das peças usinadas.

Anodização: A anodização é um processo de passivação eletrolítica adequado para peças usinadas de alumínio. Ela proporciona uma camada resistente a riscos e com coloração. A anodização tipo II oferece um acabamento resistente à corrosão, enquanto a tipo III é mais espessa e proporciona resistência tanto ao desgaste quanto à corrosão.

Pintura a pó: Este procedimento envolve a aplicação de tinta em pó da cor escolhida sobre a peça usinada, que é então levada ao forno para secagem. O resultado é uma camada dura, resistente a riscos e à corrosão, mais durável do que as pinturas convencionais.

Principais conclusões

Em um ambiente de desenvolvimento tecnológico em rápida transformação, acredita-se que a manufatura aditiva eventualmente substituirá a usinagem CNC. No entanto, o mais provável é a formação de centros de manufatura compostos por máquinas que combinam diferentes tecnologias em um único equipamento. Esses processos, altamente desenvolvidos, incluem características tanto subtrativas quanto aditivas, o que os torna capazes de realizar tarefas que uma única tecnologia não conseguiria. Protótipos desses sistemas combinados já existem e demonstram o potencial dessa abordagem híbrida para a produção.