O que é usinagem CNC?
A usinagem CNC é uma técnica de fabricação subtrativa. Usando uma variedade de ferramentas de corte, o material é removido de uma peça em branco ou de uma peça de trabalho até que a forma desejada seja alcançada. CNC significa Controle Numérico Computadorizado. Isso significa que um software de computador é usado para controlar o movimento e a operação da máquina-ferramenta. Essas máquinas CNC incluem centros de usinagem, centros de torneamento e fresagem, máquinas de corte a fio EDM, máquinas de corte de roscas e assim por diante. Atualmente, a grande maioria das oficinas mecânicas usa a tecnologia de usinagem CNC. As coordenadas da posição da peça de trabalho no sistema de coordenadas cartesianas (X, Y, Z) são convertidas em uma linguagem de programa por meio de programação. A máquina CNC controla os eixos da máquina CNC reconhecendo e interpretando a linguagem do programa. O material é removido automaticamente conforme necessário para obter uma peça de trabalho acabada. As máquinas-ferramentas CNC processam as peças de trabalho de forma contínua. Ela é adequada para grandes quantidades e peças de formato complexo.
Usinagem CNC: Uma breve história
A usinagem CNC tem uma longa história. Por volta de 1760, o engenheiro britânico John Wakefield inventou o primeiro torno mecânico, o que é considerado o início do setor de usinagem e promoveu muito o desenvolvimento da revolução industrial. Isso é considerado o início do setor de usinagem, o que promoveu muito o desenvolvimento da revolução industrial. Na década de 1950, a tecnologia CNC começou a ser aplicada no campo da usinagem. Isso marcou uma nova etapa na usinagem CNC, que melhorou muito a precisão e a eficiência da usinagem.
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia e a integração da economia global, o setor de manufatura se depara com uma demanda de mercado em rápida mudança. A usinagem CNC pode atender à demanda por pequenos lotes e produção de várias espécies. Reduzir a preparação da produção, o ajuste da máquina-ferramenta e o tempo de inspeção do processo, melhorar a eficiência da produção e reduzir os custos. No século 21, a tecnologia da informação se desenvolveu rapidamente e surgiram a manufatura inteligente e a Indústria 4.0. Com a aplicação da tecnologia inteligente, o processo de produção é mais inteligente e eficiente. Isso traz novas oportunidades para a usinagem CNC.
Como funciona a usinagem CNC?
Programação CAD
O software CAD permite que os projetistas criem digitalmente modelos precisos de peças e produtos. Com o CAD, os projetistas podem detalhar a geometria, as dimensões e os recursos de uma peça, fornecendo um projeto claro e preciso para os processos de usinagem subsequentes. Na usinagem CNC, os arquivos de projeto gerados por CAD podem ser importados diretamente para o software CAM, fornecendo a base para o planejamento do caminho da ferramenta e o desenvolvimento do processo de usinagem.
Programa de calibração
A calibração do programa CNC é fundamental para garantir uma usinagem precisa e segura. Os métodos comuns de calibração incluem simulação usando um software de simulação de CNC. Simule o processo de usinagem real no software. Verifique se os caminhos da ferramenta e os parâmetros de corte são razoáveis e se não há colisões ou outros problemas.
Seleção de ferramentas
A escolha da ferramenta certa é um fator importante para obter bons resultados de usinagem com a usinagem CNC. De acordo com o desempenho de corte do material da peça para selecionar a ferramenta. No processamento de aço de alta resistência, liga de titânio, etc., é apropriado usar ferramentas de metal duro indexáveis com boa resistência ao desgaste. No desbaste, escolha uma ferramenta com boa rigidez e baixa precisão. No semiacabamento e no acabamento, escolha ferramentas com alta durabilidade e alta precisão.
Montagem da peça de trabalho
Para garantir que o ponto de referência de posicionamento coincida com o ponto de referência do projeto para reduzir o erro de posicionamento. Para a dureza da peça de trabalho e o grande volume de processamento, a força fixa deve ser grande. Para dureza pequena da peça de trabalho, a força de fixação deve ser moderada para evitar a extrusão e a deformação da peça de trabalho. Após a fixação, considere o ponto de força da peça de trabalho fixa fixada. Certifique-se de que a posição da peça de trabalho não se mova durante o processamento. Siga também o princípio de posicionamento de seis pontos. Limite o movimento horizontal da peça de trabalho nas direções X, Y e Z e a rotação em torno desses três eixos.
Ajuste de parâmetros
Ao usinar pela primeira vez, tome algumas medidas de segurança para evitar perder o controle da máquina CNC. Utilize a função de segmento de programa único, a função de multiplicador de velocidade de avanço e a função de bloqueio da máquina CNC para verificar a operação da máquina. Ao definir os parâmetros, deve-se levar em consideração o material da peça a ser usinada, o material e o tamanho da ferramenta, entre outros fatores. Para materiais com maior dureza, reduza a velocidade de corte e o avanço adequadamente. Para diâmetros de ferramenta menores, reduza a profundidade de corte adequadamente.
Iniciar a usinagem
O software CAM traduz os projetos de CAD em instruções reais de usinagem, orientando a máquina CNC a realizar cortes, perfurações, fresagens, etc. com precisão. O software CAM pode planejar automaticamente os caminhos da ferramenta com base no modelo CAD da peça e nos requisitos de usinagem. O software CAM pode simular e validar o processo de usinagem. Antes da usinagem real, a simulação pode prever possíveis colisões, excesso de corte e outros problemas. O ajuste oportuno dos parâmetros de usinagem e dos caminhos da ferramenta pode reduzir as taxas de refugo e o tempo de inatividade da máquina.
Verificação da qualidade
Os critérios de inspeção de qualidade para a usinagem CNC abrangem várias áreas. A primeira é a rugosidade da superfície, que é verificada usando padrões externos de calibre A. Em seguida, vem a inspeção dimensional, na qual as dimensões do produto são medidas com precisão usando um testador de dimensões externo. A inspeção estrutural também é fundamental, verificando a precisão da usinagem e a estrutura da peça por meio de medição direta. O polimento também é verificado para garantir o acabamento da superfície. Por fim, são realizados testes abrangentes de desempenho. Isso inclui testes de tração, empuxo e fadiga. O desempenho mecânico e de qualidade do produto é avaliado para garantir que o produto final atenda aos requisitos do cliente.
Pós-processamento
Primeiro, a peça de trabalho acabada é limpa. Em seguida, é realizada a inspeção de qualidade. Em seguida, é realizado o tratamento de superfície. Para as peças de trabalho que precisam ser montadas, execute as operações de montagem e a depuração e inspeção finais. Em todo o processo de pós-processamento, os padrões de processo e os requisitos de qualidade relevantes devem ser rigorosamente seguidos.
Tipos de máquinas CNC
As máquinas CNC de acordo com a trajetória CNC podem ser divididas em: máquinas-ferramentas CNC de controle de ponto, máquinas CNC de controle linear e máquinas-ferramentas CNC de controle de contorno.
As máquinas CNC, de acordo com o controle do sistema servo, são divididas em: sistema de circuito aberto, sistema de circuito semifechado e sistema de circuito totalmente fechado.
As máquinas CNC, de acordo com o número de eixos vinculados, podem ser divididas em: vinculação de dois eixos, semiligação de dois eixos, vinculação de três eixos, vinculação de quatro eixos e vinculação de cinco eixos.
As máquinas CNC podem ser divididas em: centros de usinagem horizontal, centros de usinagem vertical, centros de usinagem universal e centros de usinagem composta, de acordo com a localização do fuso e da mesa.
As máquinas CNC podem ser divididas em: corte de metal, moldagem de metal, processamento especial e outros tipos, de acordo com o uso do processo.
Materiais usados na usinagem CNC
Plásticos
Há uma grande variedade de tipos de plástico comumente usados na usinagem CNC. O plástico ABS, por exemplo, é comumente usado na fabricação de caixas eletrônicas, eletrodomésticos e outros produtos. Os plásticos de nylon são usados com frequência em dispositivos médicos. Os plásticos de policarbonato são usados em dispositivos fluídicos ou vidros automotivos, etc. Os plásticos POM são ideais para a fabricação de peças plásticas de alta precisão, e os plásticos PTFE são frequentemente usados como revestimentos ou inserções em isoladores e componentes elétricos.
Compostos
Os materiais compostos são amplamente utilizados na usinagem CNC. Por exemplo, no campo aeroespacial, as lâminas compostas dos motores de aeronaves exigem usinagem devido ao grande erro de perfil após a moldagem por prensagem a quente. Na fabricação de automóveis, os compostos também são usados, por exemplo, na fabricação de peças leves.
No campo da eletrônica, como o design de laptops, para obter alta resistência, baixo peso e outras finalidades, será usada a combinação de materiais compostos de diferentes materiais; o processo de combinação envolve a usinagem CNC.
Madeira
Os materiais de madeira usados para usinagem CNC são fáceis de cortar e moldar e são frequentemente usados em setores como fabricação de móveis e construção. No processamento real, de acordo com as características da usinagem CNC de madeira, elementos de fresagem, propriedades do material, etc., é necessário selecionar razoavelmente os parâmetros técnicos das ferramentas de usinagem CNC, parâmetros de ângulo, forma estrutural e quantidade de corte.
Metais
Os materiais comumente usados para usinagem CNC incluem alumínio, aço inoxidável, aço carbono, latão, titânio, magnésio, monel e outros metais. Assim como a liga de alumínio 6061, o aço Q235, o aço SUS304 e assim por diante. Velocidade de processamento do material de alumínio, peso leve, não magnético, resistente à corrosão e de baixo custo. É amplamente utilizado na produção de componentes de aeronaves, peças automotivas, quadros de bicicletas e recipientes para alimentos. O aço inoxidável tem excelente força e resistência à corrosão porque não é afetado pela maioria das manchas e ferrugem. Usado em muitas aplicações, desde equipamentos cirúrgicos até hardware eletrônico.
O aço carbono está disponível em uma variedade de formulações e é frequentemente usado na usinagem CNC por sua durabilidade, segurança e preço acessível. O latão é fácil de trabalhar, tem uma superfície lisa e limpa e é frequentemente usado na fabricação de equipamentos médicos, produtos de consumo e muito mais. O titânio é resistente ao calor e à corrosão e é usado em implantes médicos, componentes de aeronaves, joias e muito mais. O magnésio é um dos metais estruturais mais leves com excelente usinabilidade e é usado em diversas aplicações industriais.
Vantagens da usinagem CNC
Alta precisão e consistência
A precisão típica das máquinas-ferramenta CNC atingiu de 2 a 4 milésimos de polegada, ou 0,05 a 0,10 mm, com repetibilidade próxima ou superior a 8 milésimos de polegada, ou 0,02 mm. Isso significa que várias peças idênticas podem ser facilmente produzidas com a mesma precisão e consistência, garantindo uma qualidade de processamento consistente. Os centros de usinagem CNC garantem a precisão da usinagem principalmente por meio de várias medidas.
Em primeiro lugar, a precisão do equipamento em si é muito importante, incluindo máquinas-ferramentas, ferramentas de corte e equipamentos de medição, todos precisam atender a altos padrões. Um projeto de processo razoável também é fundamental, como a seleção cuidadosa de ferramentas e a determinação de parâmetros de corte adequados. A compensação da ferramenta é necessária e realizada regularmente para lidar com o impacto do desgaste da ferramenta na precisão. A escolha correta do método e da posição de fixação da peça de trabalho pode garantir a estabilidade da peça de trabalho durante o processamento e evitar uma diminuição da precisão devido à vibração ou ao deslocamento. O controle da temperatura é igualmente importante. Uma temperatura estável no ambiente de trabalho ou o uso de tecnologia de compensação de deformação térmica pode reduzir efetivamente os erros dimensionais causados por mudanças de temperatura. Além disso, a habilidade e a experiência do operador também têm um impacto significativo na precisão, e é necessário treinamento regular para melhorar seus níveis de habilidade e conhecimento. Por exemplo, no campo aeroespacial, os requisitos de precisão das peças são extremamente altos. Com as medidas acima, os centros de usinagem CNC podem processar com precisão peças que atendem a padrões rigorosos.
Automação e alta eficiência
O centro de usinagem CNC tem um alto grau de automação, que pode realizar a produção automatizada, reduzir a intervenção manual e os custos de mão de obra. Quando se trata de eficiência, os centros de usinagem CNC oferecem vantagens significativas. Ele pode efetivamente economizar tempo de manobra, mover-se rapidamente para reduzir o tempo de curso ocioso, tem uma faixa maior de quantidade de alimentação, pode efetivamente selecionar uma quantidade de corte razoável e, em geral, pode aumentar a capacidade de produção em 3 a 5 vezes.
A realização da produção automatizada por centros de usinagem CNC é um avanço importante na fabricação moderna. Com o uso de sistemas de controle avançados e software de programação inteligente, é possível obter um alto grau de automação no processo de processamento. Em aplicações práticas, algumas empresas introduziram linhas de produção automatizadas e conectaram vários centros de usinagem CNC para obter um processamento automatizado completo, desde as matérias-primas até os produtos acabados. Por exemplo, no campo da fabricação de peças automotivas, por meio da produção automatizada, peças de vários formatos complexos podem ser produzidas com rapidez e precisão, atendendo às necessidades da produção em massa.
Para economizar tempo de manobra, os centros de usinagem CNC empregam uma variedade de estratégias. A otimização do programa de usinagem é uma das chaves. Ao organizar racionalmente os caminhos da ferramenta e os parâmetros de corte, é possível reduzir os cursos ociosos desnecessários e as ações repetitivas, diminuindo significativamente o tempo de usinagem. O uso da tecnologia de corte de alta velocidade também é um meio importante para aumentar a velocidade de corte e a velocidade de avanço e melhorar muito a eficiência do processamento, garantindo a qualidade do processamento.
Versatilidade e adaptabilidade
O CNC oferece versatilidade e adaptabilidade notáveis. Na manufatura moderna, a tecnologia CNC é amplamente utilizada em vários campos, mostrando um desempenho e vantagens sólidos. Em termos de adaptabilidade, os sistemas CNC podem ajustar rapidamente os parâmetros de processamento e os caminhos por meio da programação para se adaptar a diferentes projetos de peças e lotes de produção. Para produção personalizada de pequenos lotes, o CNC pode responder com flexibilidade e alternar rapidamente as tarefas de produção.
Com o avanço contínuo da tecnologia, os equipamentos CNC se tornaram mais inteligentes e podem realizar o monitoramento automatizado da produção e a inspeção de qualidade, aumentando ainda mais sua capacidade de se adaptar a ambientes de produção complexos e a requisitos de alta qualidade. Seja em campos de ponta, como o aeroespacial, a fabricação de automóveis, equipamentos médicos ou o setor de processamento mecânico geral, o CNC desempenha um papel insubstituível e fez contribuições importantes para melhorar a eficiência da produção, garantir a qualidade do produto e reduzir os custos de produção.
Aplicações comuns da usinagem CNC
Aeroespacial
No setor aeroespacial, a usinagem CNC reduz a possibilidade de erro humano, automatizando o processo de fabricação e moldando metais especiais fortes e leves dentro de tolerâncias extremamente rígidas para componentes aeroespaciais. Ela pode fabricar peças de alta precisão e alto desempenho, como peças de naves espaciais, estruturas de fuselagem de aeronaves e peças de motores. Na fabricação de naves espaciais, pequenos erros podem ter consequências graves, e a alta precisão da usinagem CNC garante a confiabilidade das peças. Para componentes com formas complexas, como lâminas de motores de aeronaves, a usinagem CNC pode moldar com precisão suas formas para atender às necessidades de trabalho em ambientes de alta temperatura e alta pressão. Ao mesmo tempo, a usinagem CNC também pode processar peças que atendam às características dos materiais aeroespaciais para garantir sua resistência e leveza.
Automotivo
No campo da fabricação de automóveis, a usinagem CNC é amplamente utilizada. Desde o processamento de componentes importantes, como blocos de motor e virabrequins, até a fabricação de chapas de metal para a carroceria e peças internas, a usinagem CNC é inseparável. Por exemplo, as peças do motor exigem usinagem de alta precisão para garantir o desempenho e a confiabilidade, e a usinagem CNC pode fazer isso. Na fabricação de carrocerias, curvas e formas complexas exigem usinagem precisa, e a usinagem CNC pode garantir a qualidade da aparência e o desempenho aerodinâmico da carroceria. Além disso, partes do interior do carro, como o painel do console central e o mecanismo de ajuste do assento, também são processadas por CNC para obter alta precisão e boa textura.
Eletrônicos
A usinagem CNC tem vantagens insubstituíveis na usinagem de precisão de componentes eletrônicos. Por exemplo, na fabricação de placas de circuito, a usinagem CNC permite a perfuração e o fresamento precisos para garantir que as conexões do circuito sejam feitas com precisão. Na produção de componentes eletrônicos, como resistores e capacitores, a usinagem CNC pode controlar com precisão o tamanho e a forma para garantir o desempenho estável dos componentes. Para componentes de alta precisão, como módulos de câmera, o processamento CNC pode produzir estruturas extremamente pequenas e complexas para atender às necessidades de imagens de alta definição. Além disso, no processamento de componentes sensíveis, como sensores, a alta precisão e a estabilidade do processamento CNC podem garantir a precisão e a confiabilidade da medição. Por exemplo, os sensores de pressão na eletrônica automotiva podem atingir a precisão em nível de mícron por meio do processamento CNC para garantir a operação estável do sistema automotivo.
Dicas para otimizar os processos de usinagem CNC
Melhore o volume de corte para aumentar a eficiência da usinagem
Melhorar o volume de corte é uma das formas mais importantes de aumentar a eficiência da usinagem. A quantidade de corte inclui principalmente a velocidade de corte, o avanço e a contra-estiragem. O aumento da velocidade de corte pode reduzir significativamente o tempo de usinagem. Na produção em massa, isso pode melhorar significativamente a produtividade geral.
Melhorar a estrutura da capacidade do processo de peças
Várias medidas podem ser tomadas ao projetar peças. Por exemplo, é possível melhorar a padronização das peças, a generalização dos componentes e a serialização dos produtos. Reduzir a complexidade do projeto e da fabricação fazendo uso total de processos estabelecidos e peças padronizadas. Adotar peças com geometria de superfície simples e organizá-las no mesmo plano ou no mesmo eixo.
Otimizar o método de programação
Reduzir o número de loops executando várias iterações lado a lado por meio da expansão de loop na programação em C. Use a fusão de loops para combinar vários loops em um só para aumentar a eficiência do programa. Concentre-se na otimização do código para evitar cálculos repetidos e reduzir a sobrecarga de cálculos desnecessários.
O futuro da usinagem CNC
No campo da nova energia, a usinagem CNC desempenha um papel importante. Tomando os novos veículos de energia como exemplo, a usinagem eficiente, de alta precisão e alta estabilidade de seus componentes é crucial para melhorar o desempenho do produto e a eficiência da produção. A tecnologia de usinagem CNC possibilita a prototipagem e a fabricação rápidas de peças automotivas complexas e pode atender aos requisitos rigorosos dos novos veículos de energia em termos de componentes. A grande maioria das peças automotivas, como vários eixos rotativos, eixos rotativos, caixas de câmbio, engrenagens, cubos de roda, tambores de freio, eixos mecânicos, roscas, etc., é produzida por usinagem CNC.
A usinagem CNC está se desenvolvendo rapidamente na direção da inteligência. Inteligência significa que os sistemas CNC são capazes de aprendizado autônomo, controle adaptativo e otimização automática do processo de usinagem. Por exemplo, alguns sistemas avançados de usinagem CNC usam algoritmos de otimização para otimizar automaticamente os parâmetros de acordo com a situação de usinagem, melhorando a eficiência e a qualidade da usinagem. Ao mesmo tempo, a nova geração de sistemas CNC também introduziu um sistema de diagnóstico de falhas, que pode detectar e diagnosticar automaticamente as falhas da máquina-ferramenta e melhorar a eficiência da manutenção. No processo de fabricação inteligente, os sistemas CNC podem ser interconectados com outros dispositivos inteligentes para analisar os dados de usinagem em tempo real e fornecer uma base para a tomada de decisões.
Desafios comuns na usinagem CNC
A usinagem CNC tem amplas perspectivas de desenvolvimento no futuro, mas também enfrenta uma série de desafios. Do ponto de vista das perspectivas, com o avanço contínuo da manufatura inteligente e do setor 4.0, a tecnologia CNC se tornará uma das principais tecnologias para a transformação digital do setor de manufatura. No entanto, a usinagem CNC também enfrenta muitos desafios. O limiar técnico é alto, e os operadores precisam ter muito conhecimento profissional e experiência operacional, enquanto os talentos técnicos são relativamente escassos no setor. Ao mesmo tempo, o setor de usinagem CNC pode não ser atrativo para os jovens, o que resulta em uma escassez de pools de talentos.
Além disso, o sistema de treinamento é imperfeito e algumas áreas não dispõem de recursos completos de treinamento, o que dificulta o treinamento sistemático e abrangente das pessoas interessadas em trabalhar nesse setor. Em termos de processamento de materiais, materiais de alta dureza e alta fragilidade, como cerâmicas de nitreto de silício e cerâmicas de carbeto de silício, dificultam o processamento CNC e exigem ferramentas e estratégias de processamento especiais. Além disso, com a intensificação da concorrência no mercado, as empresas estão enfrentando pressões para reduzir custos, melhorar a eficiência e garantir a qualidade, e precisam investir continuamente em atualizações tecnológicas e de equipamentos.
Usinagem CNC vs. Usinagem tradicional
A usinagem tradicional geralmente se baseia em operações manuais, como gravação manual e usinagem em fresadora. A precisão e a eficiência da usinagem são afetadas pelo nível de habilidade e experiência do operador. A usinagem CNC é um processo relativamente simples. Os desenhos CAD são importados para o software CAM para planejamento do caminho de usinagem e geração de código G. O código G é então transmitido para a máquina CNC para usinagem, que tem um grau mais alto de automação.
Em termos de precisão de usinagem, a usinagem CNC pode atingir um nível muito mais alto de precisão. Em algumas áreas de processo, ela pode até atingir o nível de mícron, enquanto a usinagem tradicional geralmente só consegue garantir um nível mais baixo de precisão. Em termos de repetibilidade e estabilidade, a usinagem CNC é melhor e garante resultados consistentes. O escopo da produção é diferente, a usinagem tradicional geralmente é adequada para a produção de pequenos lotes ou produtos personalizados, enquanto a usinagem CNC é mais adequada para a produção em massa.
Estudos de caso
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