Tipos Principais de Máquina

Tipos de Máquina CNC

Diferentes empregos exigem diferentes máquinas. Aqui estão os tipos principais que você encontrará em uma oficina.

Máquina-freio CNC: A joia da coroa de quase todos os ateliês. Um ferramental cortante gira em torno de um trabalho fixo para remover material. As máquinas-freios podem cortar superfícies planas, bolsos, fendas, buracos e contornos 3D complexos. A maioria dos ateliês utiliza máquinas-freios verticais, onde o eixo do ferramental aponta para baixo.

Máquina de torneiro CNC (Centro de torneamento): O trabalho gira enquanto um ferramental cortante estável remove material. As máquinas-torneiro fazem peças redondas: eixos, buchas, alfinetes, filetes e qualquer coisa com simetria rotacional. Se a peça for cilíndrica, provavelmente saiu de uma máquina-torneiro.

Roteador CNC: Semelhante a uma máquina-freio, mas construído para materiais mais macios e áreas de trabalho maiores. Os roteadores cortam madeira, plástico, espuma, e folha de alumínio. Comuns em fabricação de sinais, cabinetry e composição de materiais compostos.

EDM (Machining elétrica por descarga): Nenhum ferramental cortante toca no trabalho. Em vez disso, faíscas elétricas erodem o material. O EDM pode cortar aço endurecido e criar formas que são impossíveis com o corte convencional: pequenos buracos, cantos internos agudos e cavidades de moldes intrincados.

3-eixos vs 5-eixos: Uma máquina-freio de 3-eixos move o ferramental em X (esquerda-direita), Y (frente-trás) e Z (cima-baixo). Uma máquina-freio de 5-eixos adiciona dois eixos de rotação, permitindo que o ferramental se aproxime do trabalho de quase qualquer ângulo. As máquinas de 5-eixos custam mais e são mais difíceis de programar, mas podem fazer peças complexas de aviação e medicina em uma única configuração em vez de requerer múltiplos arranjos e suportes.

Escolhendo a Máquina Certa

Correspondência entre a Máquina e o Trabalho

Um máquina precisa olhar para uma peça e saber qual máquina a faz mais eficientemente.

Sistemas de coordenadas e movimento

G-Code: O Linguagem de CNC

Todas as máquinas CNC lêem um programa escrito em G-code: uma linguagem simples onde cada linha diz à máquina o que fazer: mover para aqui, girar o eixo do ferramental, ligar o refrigerante, trocar ferramentas.

O G-code utiliza um sistema de coordenadas cartesiano. Em uma máquina-ferramenta:

- X = esquerda & direita

- Y = frente & trás

- Z = cima & baixo (Z positivo sempre é longe do trabalho)

Cada programa tem um deslocamento de trabalho: um ponto na peça que a máquina trata como X0 Y0 Z0. Geralmente é uma esquina ou o centro da face superior. O ferramenteiro define esse ponto tocando a ferramenta na peça e informando o controlador onde está.

As mais importantes comandos de movimento:

- G00: Movimento rápido. A máquina se move o mais rápido possível para um ponto. Usado para repositionar, nunca para cortar. Mover rapidamente na direção do material vai fazer a ferramenta bater.

- G01: Movimento de alimentação linear. A máquina se move em uma linha reta a uma taxa de alimentação controlada. Este é o movimento básico de corte.

- G02: Arco horário. Corta um arco circular no sentido horário.

- G03: Arco anti-horário. O mesmo que G02, mas no sentido oposto.

Os códigos M controlam funções da máquina que não são movimento:

- M03: Espinha ligada, no sentido horário

- M05: Parar a espinha

- M08: Água ligada

- M09: Água desligada

- M06: Troca de ferramenta

- M30: Fim do programa e reinicialização

Lendo um Bloco de G-Code

Lendo G-Code

Aqui está uma pequena snippet de G-code. Cada linha é chamada de bloco.

G00 X0 Y0 Z1.0
G00 Z0.1
G01 Z-0.25 F10.0
G01 X3.0 F15.0
G00 Z1.0

O valor F é a taxa de alimentação: quanto a ferramenta se move através do material, em polegadas por minuto.

Deslocamentos de Ferramenta

Distâncias da Ferramenta e Offsets de Trabalho

Cada ferramenta de corte tem uma comprimento diferente. Um fura-buracos de 6 polegadas sai mais do eixo do espargo do que um furador de 2 polegadas. Se a máquina não levar em conta essa diferença, ela cortará demais ou não o suficiente.

Isso é resolvido com offsets de comprimento da ferramenta. O maquinista mede a comprimento de cada ferramenta e digita no controlador. Quando o programa chama essa ferramenta, a máquina ajusta todos os movimentos de Z para compensar.

Errar no offset de uma ferramenta é uma das causas mais comuns de acidentes. Se o offset for muito curto, a ferramenta afunda mais do que o esperado. Se for muito longo, a ferramenta corta o ar acima do trabalho.

Offsets de trabalho (G54, G55, G56, etc.) informam à máquina onde o trabalho está localizado na mesa. Um maquinista pode configurar vários peças com diferentes offsets de trabalho e executá-los em sequência sem redefinir o zero.

Ferramentas de Corte CNC

Ferramentas de Corte e Suas Funções

Uma máquina CNC só é tão boa quanto a ferramenta em seu eixo. Diferentes operações requerem diferentes ferramentas.

Fresas: A ferramenta de fresagem mais versátil. Elas cortam no fundo e nos lados. Uma fresa com cabo plano deixa um chão plano. Uma fresa de cabeça esférica deixa uma superfície arredondada, usada para modelagem 3D. As fresas de cabeça esférica vêm em designs de 2, 3 e 4 flutes: mais flutes significa uma acabamento mais suave, mas exige taxas de alimentação mais rápidas para manter uma carga de lascas adequada.

Torneiras: Para fazer buracos. Torneiras de localização começam um buraco com um centro preciso. Torneiras de rotação perfuram o buraco até a profundidade. Reamers seguem para levar o buraco a um diâmetro exato com uma acabagem suave.

Inserções: Lâminas de substituição que se prendem em um suporte de ferramenta. Comuns em torno de torno e fresas de face. Quando a borda de uma inserção desgasta, você a indexa (rotação para uma borda fresca) ou substitui apenas a inserção, não a ferramenta inteira. Isso economiza um valor significativo na produção.

Materiais de Ferramenta: As ferramentas de corte mais comuns são ou aço de alta velocidade (HSS) ou carbeto. O carbeto é mais duro e pode funcionar a altas velocidades, mas é frágil e mais caro. Ferramentas de cerâmica e de diamante existem para aplicações de alta velocidade especializadas.

Velocidades e Taxas de Alimentação

Velocidades & Taxas de Alimentação: O Cálculo Central

Velocidade (RPM) é a velocidade com que o eixo gira. Alimentação (IPM: polegadas por minuto) é a velocidade com que a ferramenta se move através do material. Obter esses valores direito é a diferença entre uma corte boa e uma ferramenta quebrada.

O ponto de partida é a velocidade de superfície (SFM: pés por minuto de superfície), que depende do material sendo cortado e do material da ferramenta. Alumínio com uma ferramenta de carbeto pode funcionar a 800 SFM. Aço mole com carbeto pode funcionar a 400 SFM. Aço inoxidável pode ser 250 SFM.

RPM é calculado a partir de SFM & diâmetro da ferramenta:

RPM = (SFM x 3.82) / Diâmetro da Ferramenta

Carga de grão é a espessura do material que cada flauta remove por revolução. É a unidade fundamental de corte. Uma carga de grão muito baixa significa que a ferramenta rói em vez de cortar, gerando calor & acelerando o desgaste. Uma carga de grão muito alta sobrecarrega a ferramenta & pode quebrá-la.

Taxa de alimentação vem da carga de grão:

Taxa de Alimentação (IPM) = RPM x Número de Lâminas x Carga de Grão

Esses são os pontos de partida. O operador de máquina ajusta com base no que eles ouvem, veem e medem. Uma corte boa soa suave. Uma má corte grita, chateia ou faz a máquina tremer.

Tolerâncias e GD&T

Tolerâncias: O Quão Preciso É Preciso O Suficiente?

Nenhuma peça é feita com uma dimensão perfeita. Toda dimensão em um desenho possui uma tolerância: o intervalo aceitável de variação.

Uma dimensão pode ler 2,500 ± 0,005 polegadas. Isso significa que a peça real pode estar em qualquer lugar de 2,495 a 2,505 polegadas e ainda passar na inspeção. Essa tolerância é mais ou menos cinco milésimos de polegada: também chamado de 'cinco thou'.

Tolerâncias mais apertadas custam mais. Uma peça mantida em mais ou menos 0,0005 polegadas (meio thou) requer máquinas melhores, ferramentas mais afiadas, alimentações mais lentas, ambientes controlados por temperatura e inspeções mais cuidadosas. O trabalho do máquina é atingir a tolerância, não perseguir a perfeição além do que o desenho exige.

GD&T (Dimensionamento e Tolerância Geométrica) vai além da simples mais ou menos. Ele controla a geometria de características:

- Nivelamento: Quão plano é uma superfície? Um nivelamento de 0,001 significa que toda superfície deve caber entre duas planos paralelos de 0,001 polegadas de distância um do outro.

- Concentricidade: Quão bem duas características cilíndricas compartilham do mesmo eixo central?

- Posição Verdadeira: Quão próximo está um buraco de onde o desenho diz que deve estar?

GD&T é sua própria linguagem com seus próprios símbolos. Aprender a tomar tempo, mas todo máquina precisa, pelo menos, dos básicos.

Medição e Inspeção

Medindo O Que Foi Feito

Não é possível atingir uma tolerância se não for possível medi-la.

Calibres: Medem diâmetros internos, externos, profundidades e degraus. Um calibre digital lê até 0,0005 polegadas. Bom para tolerâncias de mais ou menos 0,005 e mais relaxadas.

Micrômetros: Mais precisos que calibres. Um micrômetro de fora lê até 0,0001 polegadas. Usado quando as tolerâncias são mais ou menos 0,001 ou mais apertadas. Micrômetros medem uma coisa bem: você precisa de tipos diferentes para diâmetros externos, bocas internas e profundidades.

Máquina de Medição por Coordenadas (CMM): Um dispositivo de sondagem controlado por computador que toca pontos em uma peça e cria um mapa de medição 3D. As CMMs podem verificar requisitos complexos de GD&T que nenhuma ferramenta manual pode verificar. Elas são caras, mas são padrão na fabricação aeroespacial e médica.

Pinos de medição e blocos de medição: Afiados com precisão para tamanhos exatos. Usados para verificar diâmetros de furos (pinos de medição go/no-go) e para calibrar outros instrumentos. Um conjunto de blocos de medição com precisão de milésimos de polegada custa milhares de dólares.

Caminhos de Carreira em Usinagem CNC

Caminhos de Carreira em Usinagem CNC

A usinagem CNC oferece vários caminhos de carreira com diferentes misturas de trabalho manual e planejamento técnico.

Operador CNC: Rode os máquinos. Carrega o material, configura ferramentas, inicia programas, monitora cortes e inspecciona peças acabadas. Posição de nível de entrada, mas um bom operador que entende do processo vale a sua peso em carbeto. Salário médio em torno de $ 40.000 - $ 50.000, mais em aeroespacial e médico.

Técnico de Configuração CNC: Trata da parte complexa: fixagem, ajustes de ferramenta, inspeção de peças de amostra e ajuste de um novo trabalho. Uma vez que o técnico de configuração tiver o processo em execução, os operadores mantêm-no. Técnicos de configuração ganham em torno de $ 50.000 - $ 65.000.

Programador CNC: Escreve o código G, frequentemente usando software CAM (Computador-Ajudado à Fabricação) que gera caminhos de ferramenta a partir de modelos 3D. Os programadores decidem as estratégias de corte, seleções de ferramentas e sequências de usinagem. Eles precisam de uma forte compreensão tanto do software quanto do processo de corte físico. Variação de salário de $ 55.000 - $ 80.000.

Engenheiro de Manufatura: Projeta todo o processo de manufatura: quais máquinas, qual ordem de operações, quais fixações, quais verificações de qualidade. Eles resolvem problemas de produção e otimizam por custo e qualidade. Normalmente requer um grau ou experiência extensa. $65,000-$95,000.

Certificação NIMS: A National Institute for Metalworking Skills oferece credenciais reconhecidas pelo setor em fresagem CNC, virabrequim CNC e outras especialidades. A certificação NIMS prova competência para empregadores e pode acelerar a ascensão de carreira.

Muitos máquinos começam como operadores, conquistam credenciais NIMS, passam para setup ou programação e, eventualmente, lideram departamentos ou abrem seus próprios negócios. O caminho do operador para dono do negócio é bem percorrido neste comércio.

Seu Caminho à Frente

Pensando em Seu Caminho

Não há um único ponto de entrada correto. Alguns pessoas começam em programas comunitários. Outros passam por aprendizagens em empresas de manufatura. Outros se juntam ao exército e aprendem máquinos lá. O fio comum é o tempo hands-on na máquina.

O Que Você Lembra?

Encerrando

Aqui está o que você cobriu hoje:

- As máquinas CNC usam controle de computador para cortar peças com precisão de milésimos de polegada, mas o máquino ainda faz as decisões críticas

- As fresadoras cortam formas planas e complexas; os virabrequimes fazem peças redondas; os roteadores lidam com materiais macios grandes; o EDM usa faíscas elétricas para aço endurecido

- O G-code é a linguagem de CNC: G00 para movimentos rápidos, G01 para corte, G02/G03 para arcos, M-codes para funções da máquina

- Velocidades e alimentações são calculadas a partir da velocidade de superfície, diâmetro da ferramenta, carga de lascas e número de furos

- Tolerâncias definem a variação aceitável; a GD&T controla a geometria; o instrumento de medição correto deve ser mais preciso do que a tolerância

- As trajetórias de carreira variam do operador ao engenheiro de manufatura, com certificação NIMS como credencial da indústria

A usinagem por CNC é uma profissão na qual a matemática, a resolução de problemas e a habilidade manual são importantes. As máquinas estão ficando cada vez mais capazes todos os anos, mas ainda precisam de pessoas que entendam a física do corte de metais.