O controle numérico computadorizado (CNC) é o controle automatizado de ferramentas de usinagem usando software embutido em um microcomputador conectado à máquina-ferramenta. O código G é a linguagem de programação mais utilizada no CNC.
Conteúdo
Definições e conceitos
Componentes
Funcionalidades
Aplicações
Tendências
Glossário
Definições e conceitos
NC (Controle Numérico)
NC é uma forma de tecnologia programável que usa sinais digitais para controlar objetos automaticamente (como a posição e o movimento de máquinas-ferramentas).
Tecnologia NC
A tecnologia NC refere-se à tecnologia de controle automatizado que usa números, letras e símbolos para programar determinados processos de trabalho.
Sistema NC
Sistema NC refere-se ao sistema orgânico integrado de módulos de software e hardware que realizam as funções da tecnologia NC. É o portador da tecnologia NC.
Sistema CNC (Sistema de Controle Numérico Computadorizado)
O sistema CNC (Controle Numérico Computadorizado) refere-se ao sistema de controle numérico com um computador em seu núcleo.
Máquina CNC
Uma máquina CNC refere-se a uma máquina que usa a tecnologia de Controle Numérico Computadorizado para controlar o processo de usinagem, como um torno, roteador, esmerilhadeira, etc., ou uma máquina-ferramenta equipada com um sistema CNC.
NC
O Controle Numérico (NC) permite que um operador se comunique com máquinas-ferramentas por meio de números e símbolos.
CNC
CNC significa Controle Numérico Computadorizado, que trouxe grandes mudanças para a indústria de manufatura. Novas máquinas-ferramentas com CNC permitem que a indústria produza de forma consistente peças com precisões que antes só podiam ser sonhadas. As peças podem ser reproduzidas de forma idêntica com o mesmo grau de precisão várias vezes se o programa tiver sido escrito corretamente e o computador estiver programado corretamente. Os comandos operacionais que controlam a máquina-ferramenta são executados automaticamente com incrível velocidade, precisão, eficiência e repetibilidade.
A usinagem CNC é um processo de fabricação computadorizado. A máquina está conectada a um computador, que informa para onde se mover e a que velocidade. Primeiramente, o operador precisa usar um programa de software para desenhar as formas e criar o caminho da ferramenta que a máquina seguirá.
O uso cada vez maior na indústria criou a necessidade de pessoal treinado na preparação dos programas que orientam as máquinas-ferramentas para produzir peças com a forma e precisão necessárias. Os autores prepararam este guia com isso em mente, para desvendar o mistério do CNC usando uma sequência lógica e uma linguagem simples que todos possam entender. Como preparar um programa é explicado passo a passo, com exemplos práticos para orientar o usuário.
Componentes
A tecnologia CNC consiste em três elementos principais, ou seja, a estrutura da cama da máquina, o sistema e a tecnologia periférica.
O kit de estrutura da máquina inclui a mesa, coluna, trilho guia, mesa de trabalho e outras peças de suporte, como porta-ferramentas e carregador de ferramentas.
O sistema de controle numérico é composto de equipamento de entrada/saída, um dispositivo de controle numérico computadorizado, Controle Lógico Programável (CLP), um dispositivo de servo acionamento do fuso, um dispositivo de servo acionamento de alimentação e um dispositivo de medição. Entre eles, a unidade de controle da máquina (MCU) é o núcleo do sistema de controle numérico.
A tecnologia periférica inclui ferramentas (sistema de ferramentas), programação e tecnologia de gerenciamento.
Funcionalidades
Alta precisão
As máquinas CNC são produtos mecatrônicos altamente integrados, compostos por máquinas de precisão e sistemas de controle automático. Eles têm alta precisão de posicionamento e repetição de posicionamento. O sistema de transmissão e a estrutura são extremamente rígidos e estáveis para reduzir erros. Consequentemente, as máquinas CNC apresentam maior precisão de usinagem, principalmente na consistência das peças fabricadas no mesmo lote. Como resultado, a qualidade do produto é estável e a taxa de aprovação é alta, o que é uma melhoria significativa em máquinas-ferramenta comuns.
Alta eficiência
Máquinas CNC pode cortar grandes quantidades de materiais de forma consistente, o que efetivamente economiza tempo de processamento. Eles também possuem troca automática de velocidade, troca de ferramenta e várias outras funções operacionais automatizadas, que encurtam bastante o tempo auxiliar. Uma vez que um processo de processamento estável é formado, não há necessidade de realizar inspeção ou medição entre processos. Portanto, a produtividade da usinagem CNC é 3-4 vezes maior do que as máquinas-ferramenta comuns, ou às vezes até mais.
Alta adaptabilidade
As máquinas CNC realizam o processamento automático de acordo com o programa de peças processadas. Quando o objeto de usinagem é alterado, não há necessidade de usar equipamentos de processo especiais, como mestres e gabaritos, desde que o programa tenha sido alterado. Isso ajuda a encurtar o ciclo de preparação da produção e promover a substituição do produto.
Alta usinabilidade
Algumas peças mecânicas com curvas complexas e superfícies curvas são difíceis ou mesmo impossíveis de completar com técnicas manuais convencionais, mas as máquinas CNC podem facilmente completar essas tarefas usando a articulação de eixos multi-coordenados.
Alto valor econômico
Os centros de usinagem CNC são geralmente usados para produção a granel usando uma máquina multiuso. A maioria das peças pode ser processada usando um sistema de um grampo, substituindo assim várias máquinas-ferramentas comuns. Isso reduz os erros de fixação e economiza transporte, medição e fixação entre processos, além de reduzir o número de máquinas-ferramenta diferentes e a área da máquina-ferramenta, o que traz benefícios econômicos.
Aplicações
Do ponto de vista da tecnologia CNC e aplicações de equipamentos globalmente, suas principais áreas de aplicação são as seguintes:
Indústria de transformação
A indústria de fabricação de máquinas foi a primeira a empregar a tecnologia CNC e é responsável pelo fornecimento de equipamentos avançados para diversas indústrias nacionais. É aplicado principalmente no desenvolvimento e fabricação de centros de usinagem vertical de cinco eixos para equipamentos militares modernos, outros centros de usinagem de cinco eixos, fresagem de pórtico de cinco eixos em grande escala e máquinas CNC para linhas de fabricação de motores flexíveis, caixas de engrenagens e virabrequins na indústria automotiva. A tecnologia CNC também é empregada em centros de usinagem de alta velocidade, soldagem, montagem, robôs de pintura, máquinas de solda a laser de chapas, máquinas de corte a laser, centros de usinagem de cinco coordenadas de alta velocidade que usinam hélices, motores, geradores e peças de lâminas de turbinas no indústrias aeronáuticas, marítimas e de geração de energia, torneamento pesado e centros de usinagem complexos de fresamento, etc.
Indústria da informação
Na indústria da informação, de computadores a redes, comunicações móveis, telemetria, controles remotos e outros equipamentos, é necessário adotar equipamentos de fabricação baseados em tecnologia de superprecisão e nanotecnologia. Isso inclui máquinas de colagem de arame para fabricação de chips e máquinas de litografia de wafer, etc. O controle de todas essas máquinas é feito através da tecnologia CNC.
Indústria de equipamentos médicos
Na indústria de suprimentos médicos, vários aparelhos modernos de diagnóstico e tratamento médico agora usam a tecnologia NC, como instrumentos de diagnóstico por tomografia computadorizada, máquinas de tratamento de corpo inteiro e robôs cirúrgicos minimamente invasivos guiados visualmente. Também é empregado em ortodontia e restauração dentária.
Equipamento militar
Uma quantidade significativa de equipamentos militares modernos usa tecnologia de controle de movimento servo, incluindo mira automática de artilharia, rastreamento de radar e rastreamento automático de mísseis.
Outras indústrias
Na indústria de iluminação, máquinas de impressão, têxteis, embalagens e marcenaria usam servocontrole multieixo. A indústria de materiais de construção utiliza máquinas de corte a jato de água CNC para processamento de pedra e máquinas de gravação de vidro CNC para processamento de vidro. Os colchões Simmons são fabricados com máquinas de costura CNC e as máquinas de bordar CNC são usadas no processamento de roupas. Na indústria da arte, um número crescente de artesanato e obras de arte estão sendo produzidos usando CNC 5 eixos máquinas.
A aplicação da tecnologia NC não só traz mudanças revolucionárias às indústrias manufatureiras tradicionais, tornando-as símbolos da industrialização, mas também com sua aplicação cada vez maior, tem impactado grandemente diversas indústrias nacionais importantes. Isso afeta tanto a economia quanto os meios de subsistência das pessoas (TI, automóveis, etc.). Desempenha um papel cada vez mais importante em outras indústrias, uma vez que a digitalização dos equipamentos exigidos por essas indústrias se tornou uma grande tendência de desenvolvimento moderno.
Tendências
Atualmente, as máquinas CNC apresentam as seguintes tendências de desenvolvimento:
Alta velocidade e alta precisão
Alta velocidade e precisão são as aspirações eternas dos desenvolvedores de máquinas-ferramenta. Com os recentes avanços rápidos em ciência e tecnologia, peças de reposição de produtos eletromecânicos são necessárias rapidamente em grande número. A precisão e a qualidade da superfície do processamento de peças também estão se tornando cada vez maiores. Para atender às necessidades deste mercado complexo e mutável, as máquinas-ferramenta atuais estão progredindo na direção do corte de alta velocidade, corte a seco e corte quase seco, e a precisão da usinagem está melhorando constantemente. Além disso, o uso de fusos elétricos e motores lineares, rolamentos de esferas de cerâmica, resfriamento interno oco de chumbo grande de alta precisão, resfriamento forte de porcas esféricas, pares de fusos de esferas de alta velocidade e baixa temperatura, pares de guia linear com gaiolas de esferas e outros componentes de máquinas-ferramenta, foram introduzidos com muito sucesso O lançamento da máquina-ferramenta também facilitou o desenvolvimento de máquinas-ferramentas de precisão de alta velocidade.
As máquinas CNC usam um fuso elétrico, o que elimina a necessidade de componentes manuais tradicionais, como correias, polias e engrenagens, e, portanto, reduz muito a inércia rotacional do acionamento principal e melhora a velocidade de resposta dinâmica e a precisão de trabalho do fuso. Assim, os problemas tradicionais de correia e polia quando o fuso funciona em alta velocidade, como problemas de vibração e ruído, são erradicados. Os fusos elétricos podem atingir velocidades de mais de 10000r/min. O motor linear possui alta velocidade de acionamento, boas características de aceleração e desaceleração e excelente resposta e precisão de seguimento.
O uso de servoacionamentos de motor linear elimina o link de transmissão intermediário do fuso de esferas e a folga de transmissão (incluindo folga), a inércia de movimento é pequena, a rigidez do sistema é boa e pode ser posicionada com precisão em alta velocidade, tudo isso muito melhorar a precisão do servo. Devido à sua folga zero em todas as direções e ao atrito de rolamento muito baixo, o par de guias de rolamento linear sofre apenas uma geração de calor insignificante. Também possui estabilidade térmica excepcionalmente boa, o que melhora a precisão de posicionamento e a repetibilidade de todo o processo. Através da aplicação do motor linear e do par de guia de rolamento linear, a velocidade de movimento rápido da máquina pode ser aumentada dos 10-20m/min originais para 60-80m/min, ou às vezes até 120m/min.
Alta fiabilidade
A confiabilidade é um indicador chave de qualidade das máquinas CNC. Se a máquina pode manter seu alto desempenho, precisão, eficiência e outros benefícios, depende de sua confiabilidade.
Projetos de máquinas CNC com CAD e projeto estrutural modular
Com a popularização e desenvolvimento de aplicativos de computador e tecnologia de software, a tecnologia CAD também se tornou amplamente desenvolvida. O CAD substitui o tedioso trabalho de desenho manual e, o mais importante, pode realizar a seleção do esquema de projeto e a análise, cálculo e previsão de características estáticas e dinâmicas. Ele também pode otimizar o projeto de máquinas inteiras de grande escala e realizar simulações dinâmicas de cada peça de trabalho. Com base na modularidade, um modelo geométrico 3D e a cor real do produto podem ser vistos em toda a fase de projeto. O uso de CAD também pode melhorar muito a eficiência do trabalho e as taxas de sucesso do projeto único, encurtando assim o ciclo de produção experimental, reduzindo os custos do projeto e melhorando a competitividade do mercado. Além disso, o design modular dos componentes da máquina-ferramenta reduz o trabalho repetitivo e também pode responder rapidamente ao mercado e encurtar os ciclos de desenvolvimento e design de produtos.
Composição funcional
O objetivo da composição funcional é melhorar ainda mais a eficiência de produção da máquina-ferramenta e minimizar o tempo auxiliar não usinado. Através da composição de funções, a faixa de uso da máquina-ferramenta pode ser expandida, a eficiência pode ser melhorada e uma máquina multifuncional e multifuncional pode ser realizada. As máquinas CNC podem executar funções de torneamento, retificação e fresagem. A fábrica de máquinas-ferramenta Baoji desenvolveu com sucesso o centro composto de torneamento e fresamento CNC CX25Y, que possui simultaneamente eixos X e Z e eixos C e Y. Fresamento plano e usinagem de furos e ranhuras offset podem ser obtidos através dos eixos C e Y.
A máquina também está equipada com um poderoso descanso para ferramentas e um sub-fuso. O subfuso adota uma estrutura de eixo elétrico embutida, e a sincronização da velocidade dos eixos principal e secundário pode ser realizada diretamente através do sistema de controle numérico. Além disso, a peça da máquina-ferramenta pode concluir todo o processamento em uma fixação, o que melhora muito a eficiência.
Inteligente, em rede, flexível e integrado
O equipamento CNC tem uma certa inteligência. Essa inteligência inclui todos os aspectos do sistema de controle numérico. Os parâmetros do processo são gerados automaticamente para buscar inteligência na eficiência e qualidade da usinagem, como o controle adaptativo do processo de usinagem. O desempenho de acionamento e as conexões, como controle feedforward, operação autoadaptativa dos parâmetros do motor, identificação automática de carga, seleção automática de modelo e autoajuste, também podem ser aprimorados. Programação simplificada e inteligência operacional, como programação automática inteligente e interface homem-máquina inteligente podem ser alcançadas. Diagnóstico inteligente, monitoramento e outros aspectos facilitam o diagnóstico e a manutenção do sistema.
Equipamentos de controle numérico em rede são atualmente um ponto importante no desenvolvimento de máquinas-ferramenta. A rede de equipamentos CNC pode atender às necessidades de linhas de produção, sistemas de manufatura e empresas de manufatura para integração de informações e também é a base para o desenvolvimento de novos modelos de manufatura, como manufatura ágil, empresas virtuais e manufatura global.
As máquinas CNC atuais com sistemas de automação flexíveis em desenvolvimento incluem: ponto (independente, centro de usinagem e máquinas de usinagem composta), linha (FMC, FMS, FTL, FML) superfície (ilha de fabricação independente na oficina, FA) e corpo ( CIMS, sistema de manufatura integrado de rede distribuída).
O outro foco principal é na aplicação e economia. A tecnologia de automação flexível é o principal meio para a indústria de manufatura se adaptar às demandas dinâmicas do mercado e atualizar rapidamente seus produtos. Seu foco é melhorar a confiabilidade e praticidade do sistema, tendo como objetivo principal a facilidade de rede e integração, além de fortalecer o desenvolvimento e aprimoramento da tecnologia das unidades. Máquinas autônomas CNC estão se desenvolvendo na direção de alta precisão, alta velocidade e alta flexibilidade. As máquinas CNC e seus sistemas de fabricação flexíveis podem ser facilmente conectados com CAD, CAM, CAPP e MTS, para obter a integração de informações. O próprio sistema de rede está sendo desenvolvido em termos de abertura, integração e inteligência.
Glossário
CNC: Controle numérico computadorizado.
Código G: A linguagem de programação de controle numérico computadorizado (NC) mais usada que especifica os pontos de eixo para os quais a máquina se moverá.
CAD: Desenho assistido por computador.
CAM: Fabricação assistida por computador.
Grade: O movimento mínimo, ou avanço, do fuso. O fuso se move automaticamente para a próxima posição da grade quando o botão é alternado no modo contínuo ou passo a passo.
PLT (HPGL): Linguagem padrão para impressão de desenhos de linha baseados em vetores, suportados por arquivos CAD.
Percurso: Rota codificada definida pelo usuário que a fresa segue para usinar uma peça de trabalho. Um percurso “pocket” corta a superfície da peça de trabalho; um percurso de “perfil” ou “contorno” corta a peça de trabalho para separar peças de diferentes formatos.
Demitir-se: A distância na direção Z que a ferramenta de corte é mergulhada no material.
Passar por cima: A distância máxima na direção X ou Y que uma ferramenta de corte irá engatar com o material não cortado.
Motor de passo: Um motor CC que se move em etapas discretas recebendo sinais, ou “pulsos” em uma sequência específica, resultando em posicionamento e controle de velocidade muito precisos.
Velocidade do fuso: A velocidade de rotação da ferramenta de corte (RPM).
Corte convencional: O cortador gira contra a direção do avanço, resultando em vibração mínima, mas pode causar rasgos em algumas madeiras.
Método subtrativo: A broca remove pedaços sólidos de matéria-prima para criar formas (o oposto do método aditivo).
Taxa de alimentação: A velocidade na qual a ferramenta de corte se move através da peça de trabalho.
Posição inicial (máquina zero): O ponto de origem padrão em um CNC, definido quando a máquina é iniciada e determinado por interruptores de limite físicos. Ele não identifica a origem real do trabalho ao processar uma peça de trabalho.
Corte de subida: Alimentando o material na mesma direção da rotação de corte. O corte em subida evita o rasgo, mas pode levar a marcas de vibração com uma broca de canelura reta. Uma broca espiralada reduzirá a vibração.
Origem do trabalho (trabalho zero): O ponto zero designado pelo usuário para a peça de trabalho, a partir do qual o cabeçote realizará todo o seu corte. Os eixos X-, Y- e Z- são definidos como zero.
LCD: Visor de cristal líquido (usado no controlador).
U disco: Disco rígido de armazenamento de dados externo na forma de um USB que é inserido em uma interface USB.
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