CNC
A sigla CNC significa comando numérico computadorizado e refere-se a máquinas-ferramenta comandadas por computadores.
A primeira máquina-ferramenta controlada por computador foi uma
fresadora. Ela surgiu em 1952 e destinava-se a usinar peças de geometrias
complicadas utilizadas em aviões e helicópteros. Na verdade, tratava-se de uma
fresadora já existente – fabricada por uma empresa americana chamada Cincinnati
– que sofreu modificações em seus componentes mecânicos e recebeu um
controlador eletrônico.
Este primeiro controlador eletrônico não lembra, nem de longe, os pequenos
e poderosos controles numéricos atuais. Eles tinham várias vezes o tamanho da
própria máquina, consumiam muita energia elétrica, falhavam freqüentemente
e sua capacidade de cálculo era muito limitada, se comparada à tecnologia
atualmente disponível.
No entanto, apesar dessas limitações, essa fresadora inaugurou a era das
máquinas-ferramenta CNC.
Durante cerca de oito anos, entre 1952 e 1960, a utilidade desse novo tipo de
tecnologia foi testada nos mercados dos Estados Unidos e da Europa. Os usuários
de máquinas-ferramenta, desconfiados da eficiência dos equipamentos e assustados
com os preços elevados, não aderiram imediatamente ao novo conceito de
produção. Apenas poucas indústrias, como a aeronáutica e a automobilística,
tinham condições financeiras para adquirir este tipo de equipamento.
Com a redução progressiva dos custos e o aumento da capacidade de cálculo
dos controladores eletrônicos, a tecnologia CNC popularizou-se entre indústrias
pequenas e médias. Hoje, é praticamente impossível imaginar a indústria,
principalmente os setores mecânico e metalúrgico, sem a presença de máquinasferramenta
CNC.
Os benefícios trazidos pela aplicação de comandos numéricos a máquinasferramenta
foram inúmeros:
· fabricação de peças de geometrias mais complexas, tolerâncias dimensionais
mais estreitas e melhor acabamento superficial
· maior repetibilidade das características do produto: as peças produzidas A U L A
são idênticas umas às outras, independentemente dos fatores humanos;
· redução da fadiga dos operadores humanos, que passam a ser responsáveis
apenas por tarefas de preparação, programação e controle de produção das
máquinas;
· flexibilização da produção, ou seja, possibilidade de fabricação de pequenos
lotes de uma grande variedade de peças, sem que para isso sejam necessários
ajustes demorados no equipamento;
Mas como freqüentemente ocorre no campo das inovações tecnológicas,
o uso das máquinas CNC também trouxe alguns problemas, como:
· necessidade de investimentos relativamente elevados para aquisição dos
equipamentos;
· necessidade de treinamento e capacitação de mão-de-obra, para utilização
de todo o potencial tecnológico das máquinas;
· desemprego nos segmentos de indústria onde foram instaladas.
Alguns desses problemas, no entanto, poderiam ser solucionados na própria
empresa. Assim, a recapacitação dos operários para novos postos de trabalho ou
até sua absorção pelos próprios fabricantes dos equipamentos automáticos são
soluções viáveis, que dependem basicamente da política social da empresa.
Fresando com o cnc
Você já conhece o processo de fresamento convencional que utiliza
fresadoras convencionais. Você deve então estar se perguntando: afinal,
o que tem uma fresadora CNC que uma fresadora convencional não tem?
Se você olhar para uma fresadora CNC,
vai notar componentes que já lhe são familiares
como o cabeçote e a mesa, por exemplo.
Mas, com certeza, vai sentir falta de
muitos outros presentes na velha fresadora
convencional.
Para começar, não há manípulos.
Também não há aquelas alavancas e tabelas
que permitem a determinação das rotações
e avanços. Em compensação, você vai se ver,
face a face, com um painel cheio de botões,
teclas e luzes coloridas e uma tela, como as
de um televisor, com um amontoado de informa
ções que, em um primeiro momento,
vão lhe deixar atordoado.
Logo, você vai se perguntar como fazer para movimentar a peça ou a
ferramenta. A resposta está no grande armário de metal próximo à máquina.
Nesse armário estão os componentes elétricos e eletrônicos, que são responsá-
veis pelo controle da operação da máquina. Entre esses componentes encontrase
o comando numérico computadorizado (CNC), que é um computador
responsável, principalmente, pelos movimentos da máquina.
Além do CNC, há também os drivers. Esses são um conjunto de circuitos
eletrônicos, destinados a controlar a rotação do motor e uma série de outros
componentes auxiliares.
Vamos ver como tudo isso funciona?
O comando numérico lê, interpreta e executa cada um dos códigos que
compõem o programa de usinagem da peça. Por exemplo, vamos supor que
você quer que o eixo longitudinal da fresadora se desloque para a coordenada
120 mm, com um avanço de 250 mm/min. Para que o CNC entenda isso, você
deve programar G1 X120. F250. Mas não se preocupe agora com esses códigos.
Eles serão estudados oportunamente.
Para executar uma ordem, o CNC envia uma mensagem ao motor que está
ligado ao eixo longitudinal da máquina. A ordem, na verdade, é um sinal elétrico
que deixa o comando numérico para acionar diretamente o motor. No entanto,
como este sinal elétrico é muito fraco e insuficiente, é necessário amplificá-lo.
A amplificação do sinal elétrico é feita pelos drivers. Em outras palavras,
o driver recebe um sinalzinho do CNC e envia um sinalzão ao motor. A partir daí
o motor gira no ângulo e velocidade desejados. Viu por que os manípulos
e as alavancas não são mais necessários?
Mas ainda resta um problema: será que a ordem foi fielmente obedecida?
Será que o motor girou exatamente o que você queria e na velocidade que você
determinou?
Você pode verificar se a ordem dada pelo CNC foi cumprida por meio dos
sensores. Os sensores são os olhos do comando numérico. Eles informam ao CNC
o que está ocorrendo com a máquina e permitem a correção de eventuais desvios
entre o programado e o real. Os principais sensores são os de posição e de
velocidade.
Em relação às fresadoras convencionais, além de toda esta parafernália
eletrônica, as fresadoras CNC modernas também apresentam melhoramentos
mecânicos.
Assim, os fusos, antes trapezoidais, passam a ter um perfil semicircular
e contam com esferas para reduzir o atrito e aumentar a exatidão da máquina.
Com os mesmos objetivos, os antigos barramentos são substituídos por guias
lineares de rolamentos. Além disso, a estrutura da máquina também é reforçada
para permitir maiores taxas de remoção de cavacos.
Finalmente, as fresadoras CNC são adequadas para a produção de pequenos
lotes de peças de um mesmo tipo e, às vezes, um lote único.
Os centros de usinagem
A evolução natural das fresadoras acabou por dar origem aos chamados
centros de usinagem.
Os centros de usinagem são, na verdade, fresadoras às quais se juntaram
outros sistemas mecânicos e eletrônicos, para obter uma máquina mais versátil.
Todo centro de usinagem tem um dispositivo conhecido como magazine de ferramentas.
O magazine tem a função de alojar um
certo número de ferramentas, o qual pode
chegar a mais de uma centena.
Os magazines constituem-se, normalmente,
de um cabeçote giratório e de esteiras.
O cabeçote giratório, também conhecido
como torre ou revólver, comporta poucas ferramentas.
As esteiras ou correntes arrastam
os porta-ferramentas e comportam uma grande
quantidade de ferramentas.
Para efetuar a troca da ferramenta que está no cabeçote por uma das que se
encontram no magazine, é necessário um mecanismo conhecido como ATC,
abreviação do termo, em inglês, Automatic Tool Changer, ou seja, trocador
automático de ferramentas.
Os magazines e os ATCs possibilitam a troca automática de uma ferramenta
por outra e aumentam a independência da máquina em relação à presença do
operador humano. Uma mesma máquina pode fazer operações de fresamento,
furação, mandrilamento, alargamento, rosqueamento etc., eliminando-se o tempo
gasto na preparação de várias máquinas e o transporte do produto entre elas.
Assim, o produto fica pronto mais rapidamente e a um custo menor. Estes
fatores podem ser decisivos para a sobrevivência da empresa, principalmente se
for levada em conta a concorrência internacional à qual se encontram cada dia
mais sujeitas.
Os centros de usinagem, ao contrário das fresadoras CNC, são mais utilizados
na produção de lotes médios e grandes de peças. Nesse caso, a tecnologia
CNC, voltada para a flexibilidade, isto é, a produção de lotes médios de peças
variadas, foge do tipo de aplicação para a qual foi criada.
Colocando os pontos nos eixos
Em máquinas comandadas numericamente, um conceito muito importante
é o de eixo. O número de eixos é o número de movimentos que
a máquina pode executar ao mesmo tempo.
Como os tornos, as fresadoras e centros de usinagem têm eixos longitudinal
e transversal, denominados X e Y, respectivamente. Além desses, possuem
ainda o eixo vertical (nas máquinas verticais) ou horizontal (nas fresadoras
e centros de usinagem horizontais). O eixo vertical é chamado eixo Z.
Quando os eixos X, Y e Z se movimentam ao mesmo tempo, diz-se que as
máquinas são de três eixos. Quando a ferramenta pode se movimentar simultaneamente
nos eixos X e Y, ficando o eixo Z somente para os movimentos de
aproximação e afastamento da ferramenta em relação à peça, diz-se que se trata
de uma máquina de dois eixos e meio.
Esta característica é importante quando se desejam fresar superfícies com
formatos complicados, como as dos moldes destinados a estampar peças de
carroceria de automóveis. Para que a chapa de aço adquira aquele formato todo
arredondado, ao ser prensada, a cavidade do estampo deve ter a mesma
geometria.
Antigamente, e mesmo ainda hoje, a
usinagem dessa cavidade era feita com o auxílio
das fresadoras copiadoras. As máquinas apalpavam
um modelo e faziam a ferramenta reproduzir
a geometria desse modelo sobre um bloco de
aço. Atualmente, é possível usinar todo o molde
com a ajuda das fresadoras CNC.
Para peças de formatos ainda mais complicados,
principalmente as utilizadas na constru-
ção de aviões, existem fresadoras com 4 ou 5
eixos,como a mostrada na figura ao lado. Nessas
máquinas, além dos eixos lineares X, Y e Z, a
ferramenta ainda pode apresentar um ou dois
movimentos angulares, com cursos de aproximadamente
40°.