Chapter 2 Máquinas CNC

O cerne da fabricação digital é a tecnologia de controle numérico (CNC). Todas as máquinas que iremos utilizar durante o curso utilizam essa tecnologia, mudando apenas alguns detalhes entre um equipamento e outro. Portanto, faz sentido falar de uma forma geral das características comuns delas antes da parte prática.

2.1 Origens

As máquinas CNC têm suas origens na necessidade de automação dos processos de fabricação. O conceito de controle numérico foi desenvolvido na década de 1940 e 1950, impulsionado pelo desejo de melhorar a precisão e eficiência na produção de peças complexas. O desenvolvimento inicial das máquinas CNC foi influenciado por várias fontes, incluindo a indústria aeroespacial, que necessitava de peças com tolerâncias rigorosas.

2.2 Terminologias

Para compreender melhor as máquinas CNC e a fabricação digital, é importante familiarizar-se com algumas terminologias essenciais:

  • Fabricação: Processo de criar produtos a partir de matérias-primas.
  • Manufatura: Produção em larga escala de produtos acabados a partir de matérias-primas.
  • Aditiva: Técnica de fabricação onde o material é adicionado camada por camada para criar um objeto.
  • Subtrativa: Técnica de fabricação onde o material é removido de um bloco maior para criar a forma desejada.
  • Digital: Relacionado a sistemas ou processos que utilizam dados digitais.
  • Fabricação digital: Utilização de tecnologias digitais para controlar processos de fabricação.
  • CNC (Computer Numerical Control): Controle numérico computadorizado, que permite a automação de máquinas através de comandos programados.
  • CAD (Computer Aided Design): Desenho auxiliado por computador, referindo-se a software que permite criar projetos de peças e produtos.
  • CAM (Computer Aided Manufacture): Fabricação auxiliada por computador.
  • Router: Tipo de máquina CNC utilizada principalmente para cortar, perfurar ou fresar materiais como madeira, plástico e metais leves.

2.3 Configurações de Máquina

2.3.1 Operação

As máquinas CNC podem operar de diferentes maneiras, dependendo de sua configuração:

  • Cartesiana: Utiliza coordenadas X, Y e Z para posicionar a ferramenta.
  • Rotacional: Inclui eixos rotativos que permitem a usinagem de peças cilíndricas ou complexas.
  • Cinco eixos: Centrais de usinagem que permitem a movimentação em cinco eixos diferentes, proporcionando maior flexibilidade e complexidade na fabricação.

2.3.2 Estrutura

A estrutura das máquinas CNC geralmente inclui:

  • Base: Suporte principal da máquina.
  • Pórtico: Pode ser fixo ou móvel, suporta a ferramenta de usinagem.
  • Mesa: Superfície onde o material é colocado para usinagem.
  • Eixos: Direcionam o movimento da ferramenta e do material.

2.3.3 Guias e Suportes

  • Guia: Direciona o movimento ao longo dos eixos.
  • Cilíndrica: Movimento em torno de um eixo cilíndrico.
  • Retangular: Movimento linear ao longo de eixos retangulares.
  • Suporte de guia: Mantém as guias em posição.
  • Pillow block e rolamentos lineares: Suportes para eixos rotativos.
  • Patins: Componentes que deslizam ao longo das guias.

2.3.4 Motores

  • Passos: Motores que movimentam em pequenos incrementos.
  • DC/Servo: Motores de corrente contínua/servomotores.
  • AC: Motores de corrente alternada.

2.3.5 Acopladores

  • Flexível: Permite flexibilidade entre os componentes conectados.
  • “Mandíbula”: Acoplador que usa dentes para conexão.

2.3.6 Transmissão

  • Correia: Transmissão de movimento através de correias.
  • Polia lisa e dentada: Utilizadas para guiar as correias.
  • Core XY: Sistema de movimento que utiliza duas correias em eixos diferentes.
  • Fuso: Componente roscado que converte movimento rotacional em linear.
  • Castanha, mancal, suporte e rolamentos: Componentes que suportam e guiam o fuso.

2.3.7 Eletrônica

  • Placa de controle: Gerencia os comandos para os motores e outras partes da máquina.
  • Drivers de motor: Controlam a potência fornecida aos motores.
  • Alimentação: Fonte de energia para os componentes eletrônicos.
  • Acionamento e controle de potência: Regula a energia que alimenta os motores e outros componentes.

2.3.8 Software

  • Firmware: Software embarcado que controla o hardware da máquina.
  • GRBL: Firmware popular para controle de máquinas CNC.
  • G-Code: Linguagem de programação utilizada para controlar máquinas CNC.
  • Controle: Softwares que permitem o controle das máquinas, como Candle, Mach 3 e Linux CNC.

2.3.9 Ferramenta

  • Usinagem: Ferramentas como spindle, fresas e brocas.
  • Impressão: Materiais como filamento, resina, metal, concreto, argila e orgânicos.
  • Laser: Tecnologias de corte e gravação a laser, incluindo CO2, fibra e diodo.
  • Costura, Corte Vinil, Soldagem, Injeção: Outras aplicações específicas.

2.4 Segurança

A segurança é um aspecto crucial ao operar máquinas CNC. Alguns dos equipamentos de segurança recomendados incluem:

  • Óculos: Proteção para os olhos contra detritos e faíscas.
  • Luvas: Proteção para as mãos contra cortes e abrasões.
  • Máscaras: Proteção contra inalação de poeiras e fumos.
  • Vestimenta: Roupas adequadas para proteção contra riscos específicos.

2.5 Fluxo de Trabalho

O fluxo de trabalho em um ambiente de fabricação digital normalmente segue estas etapas:

  • CAD (Computer Aided Design): Criação do projeto digital utilizando software de design.
  • CAM (Computer Aided Manufacture): Preparação do projeto para fabricação, incluindo a geração de G-Code.
  • Fabricação: Execução do processo de fabricação utilizando a máquina CNC.