A usinagem CNC (Comando Numérico Computadorizado) revolucionou a indústria ao permitir a fabricação automatizada de peças com alta precisão. Utilizando máquinas controladas por computador, esse processo é amplamente usado para usinar metais, plásticos e outros materiais em setores como aeroespacial, automotivo e médico. Este artigo apresenta de forma resumida sua origem, assim como técnicas utilizadas e particularidades quanto à ferramenta, fixações e programação.

Introdução

Ao contrário da manufatura aditiva ou impressão 3D, que adiciona material para obter a forma desejada nas peças, a usinagem produz peças removendo material. As peças são criadas removendo-se o material de um bloco sólido (chamado de peça bruta ou peça de trabalho) usando uma variedade de ferramentas de corte. A usinagem é assim, uma forma diferente de fabricação em comparação com tecnologias aditivas (impressão 3D) ou formativas (moldagem por injeção).

A usinagem CNC, Comando Numérico Computadorizado (Fitzpatrick, 2011) é uma tecnologia que utiliza computadores para controlar a posição e velocidades das ferramentas. Além disso, os movimentos das ferramentas utilizadas no processo de usinagem são armazenados em forma de programas, o que possibilita sua execução em um número arbitrário de vezes, produzindo peças sempre iguais. A tecnologia CNC permite a fabricação de peças com tolerâncias mais apertadas e os controles precisos de velocidades permitem o uso tanto da máquina quanto das ferramentas na sua máxima produtividade.

Quase todos os materiais podem ser usinados em CNC (Fitzpatrick, 2013). Os exemplos mais comuns incluem metais (ligas de alumínio e aço, latão etc.) e plásticos (ABS, Delrin, Nylon etc.). Espuma, compostos e madeira também podem ser usinados. O processo básico pode ser dividido em 3 etapas. O engenheiro primeiro projeta o modelo CAD da peça. O maquinista então transforma o arquivo CAD em um programa CNC (código G) e configura a máquina. Por fim, o sistema CNC executa todas as operações de usinagem com pouca supervisão, retirando o material e criando a peça.

História

A usinagem manual existe desde 700 a.C., como indica uma tigela usinada encontrada na Itália (Ferraresi, 2018). No século XVIII, surgem as primeiras tentativas de automação com máquinas a vapor. Inicialmente, as máquinas de manufatura automática eram conhecidas como NC, sigla para Numerical Control (Comando Numérico), pois o controle ainda não era computadorizado.

A primeira máquina programável foi desenvolvida no início dos anos 1950 pelo MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts), utilizando fitas perfuradas para armazenar os programas. Com a proliferação dos computadores nas décadas de 1950 e 1960, o termo evoluiu para CNC, sigla de Computer Numerical Control (Comando Numérico Computadorizado). Essa mudança marcou uma transformação radical na indústria de manufatura. Hoje, as máquinas CNC são sistemas robóticos avançados, com recursos de múltiplos eixos e ferramentas, permitindo a fabricação de peças complexas com alta precisão.

Tipos de operações de usinagem CNC

A usinagem CNC é um processo de fabricação utilizado em uma ampla variedade de segmentos, como o automotivo, odontológico, aeroespacial, construção e agrícola. O processo abrange várias operações diferentes de usinagem para produzir uma peça ou produto com design personalizado (Diniz, 2006). Esta seção explora algumas das operações de usinagem mecânica CNC mais comuns, incluindo:

• Fresagem
  
• Torneamento
  
• Furação

Fresagem CNC

Fresagem é o processo de corte e perfuração de material. Uma fresadora, independentemente de ser operada manualmente ou por CNC, usa uma ferramenta cilíndrica rotativa chamada de fresa.

A principal diferença entre uma fresadora e qualquer outra furadeira é a capacidade de cortar em diferentes ângulos e mover-se ao longo de diferentes eixos. Nas furadeiras o movimento é em apenas um eixo, por exemplo. Por este motivo, existem vários tipos de fresadoras, que são designados pelo número de eixos de movimento.

Tipos de fresadoras CNC por número de eixos:

• 2 eixos (X e Z): As fresadoras de 2 eixos são capazes de realizar orifícios e ranhuras nos eixos x e z, ou seja, essa máquina realiza cortes exclusivamente nas direções vertical e horizontal (mas em apenas um sentido por vez).
  
• 3 eixos (X, Y, Z): Esta é a variedade mais comum de fresadora. Pode cortar verticalmente e em qualquer direção, porém, um objeto como uma esfera precisará ser feito metade de cada vez. Isso porque, mesmo com três eixos, não é possível cortar por baixo.
  
• 4 eixos: São mais complexas porque adicionam a capacidade de girar o eixo x, semelhante a um torno.
  
• 5 eixos: Incorporam rotação nos eixos x e y. Esta é a fresadora mais completa. Ela permite modelar ossos, estruturas aeroespaciais, modelos de carros, produtos médicos e praticamente qualquer outra coisa que você possa imaginar.
  

As fresadoras CNC podem ter qualquer número de eixos (2 a 5), mas são operadas por meio de um computador (Fitzpatrick 2013). Nenhuma operação manual é necessária durante o processo de usinagem. Normalmente apenas o preparo (setup) da máquina é manual, no entanto, em muitas máquinas dotadas de presetters ou probes até mesmo o preparo pode ser automatizado.

 Torneamento

O torneamento por controle numérico computadorizado (CNC) é a automação do processo de torneamento. Este processo permite a obtenção de peças com uma geometria do tipo “sólido de revolução”. Os sólidos de revolução são formados por um perfil (perfil de revolução) que é rotacionado em torno de um eixo central. Os tornos conseguem produzir peças pois neles uma ferramenta de corte é colocada contra uma peça giratória para retirar o material. Isso geralmente é feito com um torno CNC ou centro de torneamento, que corta o material, incluindo madeira, metal e plástico.

CAD/CAM

Como o processo de fabricação CNC é baseado na execução de programas controlados por computador, é natural que todo o ciclo de vida do produto seja digitalmente integrado. Os sistemas CAD/CAM permitem que as peças sejam projetadas por meio de softwares de modelagem CAD (Computer Aided Design, ou Projeto Assistido por Computador), nos quais toda a geometria e as tolerâncias de fabricação são definidas no computador.

Com base em um arquivo ou modelo criado em CAD, é possível gerar o programa que será enviado às máquinas CNC (como tornos e fresadoras) por meio dos sistemas CAM (Computer Aided Manufacturing, ou Manufatura Assistida por Computador). Nesses sistemas, o operador seleciona as ferramentas, define os parâmetros de corte e escolhe a estratégia de usinagem. A partir dessas definições, o software CAM gera o código que será executado na máquina CNC.

Existem diferentes padrões de programação CNC, variando de um fabricante para outro. Por isso, na década de 70 a ISO criou um padrão de programação para estas máquinas. Esta padronização permite a criação de extensões, ou ciclos customizados, e evita que os usuários fiquem restritos a um único fabricante de máquina CNC. Essa linguagem, conhecida como linguagem ISO, utiliza códigos com letras específicas: os códigos que começam com a letra ‘G’ controlam os movimentos da máquina, enquanto os que começam com ‘M’ controlam funções auxiliares, como ligar e desligar rotação, desligar a máquina e encerrar programas. Como os comandos mais usados são os de movimento, essa linguagem ficou conhecida como ‘código G’ (ou ‘G-code’, em inglês).

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Referências

Diniz, Anselmo E. 2006. Tecnologia da usinagem dos materiais. N.p.: Artliber Editora.

Fitzpatrick, Michael. 2011. Machining and CNC Technology. N.p.: McGraw-Hill.Fitzpatrick, Michael. 2013. Introdução aos processos de usinagem: Série Tekne. N.p.: Bookman Editora.