Mergulhe na tecnologia CNC: Mecânica de Operação & Análise de custos

Uma rápida introdução à tecnologia CNC

CNC (Controle Numérico Computadorizado) a tecnologia é a base da fabricação moderna, permitindo precisão, processos de usinagem automatizados em vários setores.

Os movimentos da tecnologia CNC são baseados no X, S, e eixos Z. A ferramenta é posicionada usando motores de passo ou servomotores,

que atua nos movimentos com base no código obtido do modelo 3D original da peça que se deseja criar – denominado código G.

Os controles numéricos descrevem a rapidez com que o fuso deve ser movido (a parte rotativa que gira o porta-ferramentas), qual direção seguir,

qual ferramenta usar (se a máquina usar várias ferramentas e puder alternar entre elas), bem como outros fatores, como o uso de refrigerante.

Como funciona a usinagem CNC？

CNC (Controle Numérico Computadorizado) a usinagem opera traduzindo dados de projeto de projeto auxiliado por computador (CAD) arquivos em comandos codificados compreendidos por um controlador de máquina.

Esses comandos instruem as máquinas-ferramentas sobre onde e com que rapidez se mover.

O Usinagem CNC Processo: Do CAD às peças

Este processo envolve várias etapas:

• Projeto: Criando as especificações da peça com software CAD.
• Conversão: Transformando o design em código G através do CAM (Fabricação Assistida por Computador) programas.
• Configurar: Preparando a máquina, configurando caminhos de ferramenta, e fixando a peça de trabalho no lugar.
• Usinagem: Execução do código G programado no material.
• Pós-processamento: Acabamentos como rebarbação e tratamento de superfície.

Usinagem CNC Mamateriais

1. Metais em Usinagem CNC

Os metais estão entre os materiais mais comumente usinados devido à sua resistência, durabilidade, e variedade de propriedades. Aqui está uma análise dos metais usados ​​com mais frequência:

Alumínio

• Propriedades: Leve, resistente à corrosão, e fácil de usinar. Oferece um bom equilíbrio entre força e peso.
• Aplicativos: Componentes aeroespaciais, peças automotivas, caixas eletrônicas, e dispositivos médicos.
• Ligas Populares: 6061, 7075, e 2024 alumínio.

Aço inoxidável

• Propriedades: Altamente resistente à corrosão, aquecer, e desgaste, tornando-o durável mesmo em ambientes agressivos.
• Aplicativos: Equipamento de processamento de alimentos, instrumentos médicos, recipientes químicos, e peças automotivas.
• Notas populares: 304, 316, e 17-4 PH.

Titânio

• Propriedades: Relação resistência/peso excepcional, resistência à corrosão, e resistência a altas temperaturas.
• Aplicativos: Componentes aeroespaciais, implantes médicos, e peças automotivas.
• Notas populares: Nota 2 (comercialmente puro) e Ti-6Al-4V (liga).

Latão

• Propriedades: Fácil de usinar com boa resistência e resistência à corrosão. O latão também tem excelente condutividade elétrica.
• Aplicativos: Componentes elétricos, acessórios, e peças decorativas.
• Ligas Populares: C360 (latão de usinagem livre).

Cobre

• Propriedades: Excelente condutividade elétrica e térmica, tornando-o ideal para componentes eletrônicos.
• Aplicativos: Conectores elétricos, dissipadores de calor, e radiadores.
• Ligas Populares: C110 (cobre puro) e C182 (cobre cromo).

Inconel

• Propriedades: Uma superliga conhecida por sua capacidade de suportar temperaturas extremas e altos níveis de estresse sem deformar ou corroer.
• Aplicativos: Componentes aeroespaciais e de turbinas a gás, aplicações marítimas, e trocadores de calor.
• Notas populares: Inconel 718 e Inconel 625.

2. Plásticos em Usinagem CNC

Os materiais plásticos são frequentemente escolhidos para usinagem CNC quando são leves, resistência química ou isolamento elétrico é necessária. Os plásticos comumente usados ​​incluem:

ABS (Acrilonitrila Butadieno Estireno)

• Propriedades: Forte, difícil, e resistente a impactos. O ABS é fácil de usinar e amplamente utilizado em vários setores.
• Aplicativos: Componentes automotivos, produtos de consumo, e caixas eletrônicas.

POM (Polioximetileno ou Acetal)

• Propriedades: Alta rigidez, baixo atrito, e excelente estabilidade dimensional.
• Aplicativos: Engrenagens, rolamentos, e peças de precisão que exigem baixo atrito.

Nylon

• Propriedades: Alta resistência e flexibilidade com excelente resistência ao desgaste.
• Aplicativos: Peças mecânicas como engrenagens, rolamentos, e buchas.

ESPIAR (Poliéter Éter Cetona)

• Propriedades: Alta resistência mecânica, resistência química, e estabilidade térmica, tornando-o um dos plásticos mais duráveis.
• Aplicativos: Aeroespacial, médico, e componentes automotivos, bem como peças de isolamento elétrico.

PTFE (Politetrafluoroetileno ou Teflon)

• Propriedades: Baixo atrito, resistência química, e resistência a altas temperaturas.
• Aplicativos: Selos, juntas, e revestimentos antiaderentes.

PEAD (Polietileno de alta densidade)

• Propriedades: Durável, leve, e altamente resistente ao impacto e à umidade.
• Aplicativos: Tanques, tubulação, e tábuas de corte.

3. Compósitos em Usinagem CNC

Os compósitos são cada vez mais usados ​​para usinagem CNC devido à sua alta relação resistência/peso, resistência à corrosão, e durabilidade. Alguns materiais compósitos populares incluem:

Polímeros Reforçados com Fibra de Carbono (PRFC)

• Propriedades: Extremamente forte, leve, e resistente à corrosão. A fibra de carbono é frequentemente usada em aplicações onde a resistência e a redução de peso são críticas.
• Aplicativos: Componentes aeroespaciais, equipamento esportivo, e peças automotivas.

Polímeros Reforçados com Fibra de Vidro (PRFV)

• Propriedades: Alta resistência e rigidez com excelente resistência à corrosão.
• Aplicativos: Pás de turbina eólica, peças automotivas, e materiais de construção.

4. Cerâmica em Usinagem CNC

Embora menos comum, cerâmicas são usadas por sua dureza excepcional, resistência ao calor, e resistência à corrosão. Esses materiais são frequentemente escolhidos para aplicações especializadas:

Alumina (Óxido de Alumínio)

• Propriedades: Extremamente duro e resistente ao desgaste, aquecer, e corrosão.
• Aplicativos: Ferramentas de corte, isoladores elétricos, e dispositivos médicos.

Zircônia (Dióxido de Zircônio)

• Propriedades: Excelente tenacidade, isolamento térmico, e resistência ao desgaste.
• Aplicativos: Implantes dentários, ferramentas de corte, e componentes de alta temperatura.

Quanto custa a usinagem CNC?

Os custos de usinagem CNC são influenciados por uma variedade de fatores, incluindo seleção de materiais, complexidade do projeto, tempo de usinagem, escolha de máquina-ferramenta, volume de produção, custos trabalhistas, custos indiretos, e sucata e retrabalho.

Custos de materiais

O tipo e o custo dos materiais impactam significativamente as despesas de usinagem CNC.

Ligas de alto desempenho, como titânio ou aço inoxidável, são normalmente mais caros que plásticos ou metais mais macios.

Adicionalmente, a usinabilidade do material influencia os custos, já que materiais mais difíceis de usinar podem exigir mais tempo e recursos.

Complexidade do projeto

A complexidade do projeto da peça afeta diretamente os custos de usinagem. Geometrias complexas, requisitos de tolerância rígidos,

e recursos especiais de projeto podem exigir técnicas de usinagem avançadas e ferramentas especializadas, aumentando assim os custos.

Tempo de usinagem

Tempo de usinagem, que inclui o tempo real de corte e o tempo de configuração para alterações e configurações de ferramentas, contribui para o custo.

Tempos de usinagem mais longos levam a custos mais elevados. Otimizar o processo de usinagem e aumentar a eficiência da produção pode reduzir custos.

Máquinas-ferramentas

A seleção e gerenciamento de máquinas-ferramentas afetam significativamente os custos. O custo das ferramentas de corte, sua vida útil, e frequência de substituição impactam as despesas gerais de usinagem.

A seleção e manutenção adequadas de ferramentas são essenciais para o controle de custos.

Volume e tamanho do lote

A produção em alto volume pode reduzir os custos por unidade, já que os custos fixos de configuração são distribuídos por mais peças.

A produção de pequenos lotes pode resultar em custos por peça mais elevados devido ao impacto proporcionalmente maior do tempo de preparação.

Custos trabalhistas

Os salários de operadores e engenheiros qualificados fazem parte dos custos de usinagem CNC. Operações intensivas em mão-de-obra ou peças com requisitos complexos podem incorrer em custos adicionais de mão-de-obra.

Custos Indiretos

Custos indiretos associados à usinagem CNC, como despesas de instalação, utilitários, e custos administrativos, também influencia o custo total.

Sucata e Retrabalho

Processos eficazes de controle de qualidade e inspeção podem minimizar as taxas de refugo e retrabalho, levando a economia de custos.

Como reduzir/economizar custos de usinagem CNC？

A redução de custos na usinagem CNC passa pela otimização de diversos aspectos, desde o projeto até a execução.

Aqui estão as principais estratégias para ajudar a gerenciar e diminuir os custos de usinagem CNC de maneira eficaz:

• Otimize o design para minimizar a complexidade: Durante a fase de projeto, evite recursos como paredes finas, cavidades profundas, e cantos agudos de 90 graus, o que pode aumentar a dificuldade e os custos de usinagem.
• Selecione os materiais apropriados: Escolha materiais com base nos requisitos funcionais da peça, evitando especificações excessivas, e opte por materiais mais fáceis de usinar e mais baratos.
• Limite a profundidade de cavidades e roscas: Projeto com profundidades de cavidade restritas para reduzir tempo e custos de usinagem. Também, mantenha os comprimentos de rosca mínimos para evitar a necessidade de ferramentas especializadas e custos adicionais.
• Aumentar a espessura da parede: Paredes mais espessas podem melhorar a estabilidade da usinagem e reduzir custos. Para peças metálicas, a espessura mínima da parede sugerida é maior que 0.8 milímetros, e para plásticos, é mais do que 1.5 milímetros.
• Use tamanhos de ferramentas padrão: Projete peças compatíveis com tamanhos de ferramentas CNC padrão para minimizar trocas de ferramentas e tempo de usinagem.
• Evite tolerâncias excessivas: A menos que seja absolutamente necessário, evite definir tolerâncias rígidas, o que pode aumentar a complexidade e os custos de usinagem.
• Aproveite a produção em lote: Quantidades maiores de pedidos podem distribuir custos fixos por mais peças, reduzindo o custo por unidade.
• Minimize o acabamento superficial: Tratamentos de superfície desnecessários podem aumentar o custo, portanto, eles devem ser determinados com base nas necessidades reais da peça.
• Invista em Automação e Inovação Tecnológica: Gastar em automação robótica e tecnologias CNC modernas pode aumentar a eficiência, reduzir custos trabalhistas, e melhorar a qualidade da produção.
• Otimize os parâmetros de usinagem: Ajustando parâmetros como velocidade de corte, taxa de alimentação, e velocidade do fuso, você pode manter a qualidade enquanto reduz o consumo e os custos de energia.

Tipos de máquinas CNC

CNC (Controle Numérico Computadorizado) máquinas vêm em uma variedade de tipos, cada um projetado para funções específicas na fabricação. Aqui estão os tipos principais:

1. Fresagem CNC Máquinas: Usado para remover material de uma peça usando ferramentas de corte rotativas. Eles podem produzir formas complexas e peças de alta precisão com múltiplos eixos (até 5 eixos).
2. Tornos CNC: Especialize-se na produção de peças cilíndricas girando a peça enquanto uma ferramenta de corte estacionária remove o material. Eles são ideais para criar componentes simétricos como eixos e acessórios.
3. Cortadores de plasma CNC: Usar plasma (um gás ionizado de alta temperatura) para cortar metais como aço, alumínio, e latão. Eles são normalmente usados ​​em oficinas de fabricação para corte de chapas metálicas.
4. Cortadores a laser CNC: Utilize um feixe de laser focado para cortar ou gravar materiais com alta precisão. Eles são perfeitos para projetos complexos e são frequentemente usados ​​em indústrias como aeroespacial e eletrônica..
5. Roteadores CNC: Projetado para corte, escultura, e materiais de gravação como madeira, plásticos, e metais macios. Eles são comumente usados ​​em armários, sinalização, e modelagem arquitetônica.
6. Retificadoras CNC: Utilize discos abrasivos para dar acabamento às superfícies ou obter um acabamento fino. Essas máquinas são essenciais para obter peças de alta tolerância em indústrias como automotiva e aeroespacial.
7. Máquinas CNC de descarga elétrica (Música eletrônica): Utilize descargas elétricas ou faíscas para moldar metais, corroendo o material de uma peça de trabalho. Eles são ideais para criar cavidades ou formas complexas em materiais duros como aço.
8. Cortadores CNC a jato de água: Use água de alta pressão (frequentemente misturado com abrasivos) cortar materiais. Os jatos de água são usados ​​para cortar vários materiais, incluindo metais, plásticos, e pedra, sem gerar calor.

Centro de usinagem CNC vs.. CNC comum

As máquinas CNC revolucionaram a fabricação, e existem categorias distintas, como centros de usinagem CNC e máquinas CNC comuns.
Embora ambos ofereçam precisão, automação, e eficiência, eles servem a diferentes propósitos e funções no processo de fabricação.
Vamos analisar as principais diferenças entre um centro de usinagem CNC e uma máquina CNC comum.

1. Definição e Funcionalidade

• Centro de usinagem CNC: Um centro de usinagem CNC é uma tecnologia avançada, máquina multifuncional projetada para uma variedade de operações, como fresagem, perfuração, tocando, e chato, tudo em uma única configuração.
  É altamente automatizado e equipado com um magazine de ferramentas para troca automática de ferramentas, tornando-o ideal para peças complexas e processos de fabricação em várias etapas.
• Máquina CNC comum: Normalmente se refere a equipamentos CNC básicos, como tornos CNC ou fresadoras, que se concentram em tarefas específicas (por exemplo, girando, fresagem).
  Essas máquinas geralmente são mais limitadas em funcionalidade, capaz de realizar apenas uma ou duas operações por vez, com menos recursos automatizados.

2. Capacidade e mutabilidade da ferramenta

• Centro de usinagem CNC: Vem com um trocador automático de ferramentas (ATC) que permite que várias ferramentas sejam trocadas durante as operações sem intervenção manual.
  Este recurso permite que a máquina execute uma ampla variedade de tarefas em uma única configuração, reduzindo drasticamente o tempo de inatividade e aumentando a eficiência da produção.
• Máquina CNC comum: A maioria das máquinas CNC comuns exigem trocas manuais de ferramentas, especialmente modelos de gama baixa.
  Embora forneçam usinagem precisa, a falta de um ATC limita a versatilidade e exige um envolvimento mais frequente do operador, desacelerando processos de várias etapas.

3. Complexidade da peça

• Centro de usinagem CNC: Ideal para peças altamente complexas que requerem múltiplas operações de usinagem.
  Essas máquinas podem lidar com geometrias complexas, superfícies angulares, e cavidades profundas, tornando-os essenciais para indústrias como a aeroespacial, automotivo, e fabricação de dispositivos médicos.
• Máquina CNC comum: Mais adequado para peças e operações mais simples que não requerem múltiplas etapas de usinagem.
  Estas máquinas são eficazes para tarefas menos complicadas, como tornear, fresagem simples, ou corte.

4. Eixos de Movimento

• Centro de usinagem CNC: Geralmente inclui recursos multieixos, como 3 eixos, 4-eixo, ou até mesmo usinagem de 5 eixos.
  Isso permite um movimento mais flexível e dinâmico, permitindo a produção de peças complexas sem a necessidade de reposicionar a peça várias vezes.
• Máquina CNC comum: Geralmente opera em menos eixos, como 2 eixos ou 3 eixos.
  Embora ainda preciso, essas máquinas são mais limitadas quando se trata de criar peças com geometrias complicadas ou múltiplos recursos.

5. Automação e Eficiência

• Centro de usinagem CNC: Altamente automatizado com intervenção mínima do operador, capaz de executar ciclos de produção contínuos.
  A integração do ATC e de múltiplos eixos aumenta significativamente a eficiência dos processos de usinagem.
• Máquina CNC comum: Requer mais intervenção manual, especialmente quando se trata de troca de ferramentas ou alternância entre operações de usinagem.
  Embora eficiente para tarefas específicas, a automação geral e a produtividade são menores em comparação com centros de usinagem.

6. Aplicativos

• Centro de usinagem CNC: Amplamente utilizado em indústrias onde são necessárias peças complexas com alta precisão, como aeroespacial, automotivo, e fabricação de alta tecnologia.
  A capacidade de realizar múltiplas operações em uma configuração economiza tempo e reduz erros.
• Máquina CNC comum: Adequado para indústrias que exigem, peças menos complexas, como componentes mecânicos em geral, acessórios básicos, e eixos.
  Estas máquinas são ideais para pequenas oficinas ou tarefas onde o nível de complexidade não justifica a utilização de um centro de maquinação.

Fatores que afetam o preço de uma máquina CNC

• Tecnologia
• Custos de materiais
• Custos de produção
• Configuração
• Garantia de marca e qualidade
• Serviço pós-venda

O guia completo de preços de máquinas CNC – em todas as faixas de preço

O custo de uma máquina CNC pode variar amplamente, variando de algumas centenas de dólares a várias dezenas ou mesmo centenas de milhares de dólares.

Esta faixa de preço significativa é influenciada por vários fatores, incluindo o tipo de máquina CNC, seu tamanho e rigidez, capacidades de potência e torque, o número de eixos, e recursos adicionais.