A sigla CNC significa Controle Numérico Computadorizado (Computer Numerical Control), e diz respeito a uma máquina com uma ferramenta em sua “ponta” na qual seus movimentos são controlados por um computador.
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Alguns exemplos são as cortadoras a laser e as impressoras 3D, porém o que difere essas máquinas é exatamente a “ponta”, que pode derreter plástico, soltar um laser ou ter uma fresa cortante, como é o caso da fresadora CNC.
A fresadora CNC utiliza um método subtrativo para modelar a peça, esculpindo em uma chapa ou bloco de material. Para isso, ela usa uma tupia ou spindle em sua ponta que realiza o trabalho de corte.
A linguagem utilizada para controlar a fresadora CNC é chamada de G-Code. Em uma máquina de 3 eixos, o código faz com que a máquina se mova nas direções X, Y e Z com precisão, permitindo operações precisas de corte em diversos materiais e formatos.
Tamanhos das fresadoras CNC
Normalmente as fresadoras CNC de porte menor utilizam ferramentas pequenas e conseguem operar em pequenos detalhes, como por exemplo, em placas de circuito.
Já as maiores trabalham com materiais de grandes dimensões, porém sem muitos detalhes, como é o caso dos móveis.
A ferramenta: fresa
A fresa, ferramenta utilizada para realizar os cortes dentro de uma fresadora CNC, é visualmente parecida com uma broca de furadeira, tendo como diferença suas lâminas, uma vez que também cortam lateralmente, não se restringindo somente em uma direção.
O tamanho da fresa utilizada no processo de usinagem depende diretamente dos detalhes que a peça exige. Uma fresa fina é frágil e consegue retirar pouco material por vez. O segredo para otimizar o tempo é utilizar a maior fresa possível, economizando tempo e reduzindo custos.
O processo de usinagem
Há diversas etapas dentro do processo de usinagem em uma fresadora CNC: Tudo começa com o desenho, que pode ser 2D ou 3D; a importação desse desenho para um programa CAM (Computer Aided Manufacturing) onde serão configurados os cortes do mesmo; logo em seguida, há a configuração da máquina, onde é colocado e preso o material, e a máquina é posicionada para iniciar a usinagem.
Entendendo as operações da Fresadora
A fresadora CNC consegue subtrair formas 3D complexas e cortornos 2D e 2.5D de chapas e blocos de materiais. Por isso não é necessário ter um arquivo de modelo 3D para poder realizar um corte na máquina, também é possível utilizar arquivos de desenho vetorial.
- 2D: A forma 2D (bidimensional) faz referência a um corte feito no material em uma profundidade constante seguindo um caminho ditado pelo desenho.
- 2.5D: Uma forma 2.5D apresenta cortes em profundidades diferentes dentro do material. Uma peça 2.5D, quando vista de cima, tem todas as superfícies paralelas ou em 90˚ com a superfície de trabalho da fresadora.
- 3D: A forma 3D possui superfícies orgânicas ou curvas complexas, de alturas diferentes e com poucas áreas planas.
Existem 4 tipos de operações diferentes nas fresadoras CNC e saber usá-las corretamente é essencial para otimização de todo o processo.
- Profile (Corte): Um corte ocorre quando a fresa atravessa toda a espessura do material seguindo um caminho. Se o caminho for fechado, ao final do corte a peça se solta do material. É necessário se preocupar com a correta fixação da peça solta. O corte pode ser feito seguindo o lado de fora ou de dentro das linhas do desenho. Na grande maioria dos casos o corte segue o desenho por fora, assim você terá a peça do tamanho que desenhou, se fosse por dentro, a peça ficaria menor do que o desenhando.
- Engrave (Gravação): Muito parecida com o corte, mas a fresa retira apenas uma camada do material, normalmente apenas superficial. Nessa operação a máquina segue exatamente s linha do desenho.
- Pocket ou Fill: Um pocket ou fill é uma operação no material onde a área interna ou externa a um desenho. 2D fechado é totalmente desbastada até uma profundidade definida. Muito utilizada para preencher vetores em gravações ou criar superfícies planas e paralelas à superfície de trabalho em diversas alturas da peça.
- 3D Profile (Corte 3D): Essa é a operação mais complexa e demorada. Uma operação 3D requer o movimento sincronizado dos 3 eixos da fresadora. Normalmente utilizado para usinar superfícies curvas tridimensionais ou peças com características mais orgânicas em todos os eixos.
Todas as operações possuem uma grande quantidade de variáveis e configurações que podemos utilizar para otimizar a operação.
Restrições da Fresadora CNC
Como todo processo e equipamento, a fresadora CNC também possui determinadas restrições, a maioria delas dizem a respeito da maneira como ela opera e suas ferramentas.
- Undercuts: Em uma fresadora CNC de 3 eixos algumas partes de determinado modelo, principalmente em modelos 3D, não são alcançáveis fisicamente pela fresa. Essas regiões normalmente estão por debaixo de outras superfícies o que resulta na impossibilidade de corte. Referimos essas regiões como undercuts. Para percorrer essa restrição, podemos simplesmente virar o modelo na mesa de trabalho.
- Comprimento da fresa: Se seu modelo possuir áreas muito profundas, deve-se levar em consideração o comprimento da fresa e se será possível alcançar a profundidade total.
- Cantos arredondados: Todas as fresadoras utilizam fresas que possuem uma forma cilíndrica em sua totalidade. Por isso quando vamos tentar cortar juntas (ou ângulos) de um desenho, os cantos tendem a ficar arredondados devido ao diâmetro da fresa. Isso se aplica a cantos com ângulos inferiores a 180˚, quanto menor o ângulo, maior o efeito de arredondamento da fresa. Se uma quina arredondada não é um problema, siga em frente.
Para casos que a parte cortada necessite de um encaixe, pode ser necessário alterar o desenho da peça. Para isso, basta criar um círculo nos vértices da geometria, essa técnica de junta é chamado de dog bone joint.
Configurações de corte (CAM)
Essas são as configurações essenciais para a operação de uma fresadora CNC e podem variar bastante dependendo da máquina, do material, da fresa e do acabamento desejado.
Alguns softwares como o Easel, usado para configurar os cortes, podem facilitar essa parte e propor configurações, sendo que você apenas precisa saber o material que está usando e o diâmetro da fresa.
Conheça as terminologias e o que significa cada configuração:
- Feed Rate: Essa configuração diz a respeito da velocidade com que a máquina irá se movimentar para realizar os cortes. Devagar demais pode danificar o material e rápido demais pode quebrar a fresa.
- Plunge Rate: A velocidade da perfuração da fresa, ou seja, o quão rápido a ferramenta de corte vai entrar no material para iniciar o corte.
- Depth per pass: A fresadora CNC corta seu material em camadas, descendo a fresa pouco a pouco até atravessar o material. Essa configuração descreve quantos milímetros a fresa vai cortar por camada. Exemplo: um material de 20mm de espessura e o Depth per pass de 2mm, vai levar 10 cortes para cortar totalmente a peça.
- Target Depth: Normalmente indicada em números negativos, com essa configuração você indica para a fresadora CNC qual é a profundidade desejada do corte. Exemplo: em um material de 20mm o Target Depth seria de -20mm.
- Tool Diameter: Existem diversos tamanho de fresas, tanto em diâmetro quanto em comprimento, porém nessa opção deve ser informada apenas o diâmetro da ferramenta. É extramente importante saber essa medida para que o programa possa calcular a trajetória de corte corretamente.
Em todas as configurações a medida usada é sempre milímetros, assim como as outras máquinas de fabricação digital.
Fonte: BSBFabLab
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