Produção de peças em máquinas CNC – do projeto ao componente final

A moderna produção de peças em máquinas CNC combina projeto, preparação tecnológica, programação, usinagem de precisão e controlo de qualidade. O controlo numérico permite produzir protótipos, peças sobresselentes e pequenas séries, bem como grandes quantidades de componentes repetíveis.

As possibilidades reais dependem da combinação correta entre documentação técnica, máquina-ferramenta, ferramentas, fixação e parâmetros de corte. Por isso, a escolha das máquinas CNC deve resultar do tipo de peças e da escala de produção prevista.

Do projeto ao componente final

Todo o processo começa com a documentação técnica. O projeto de uma peça considera não apenas a sua forma, mas também o material, tolerâncias dimensionais, requisitos de superfície, método de fixação e tecnologia de produção.

Na fase de projeto devem ser definidas as superfícies que exigem maior precisão, as referências de medição e a forma como a peça será fixada durante as diferentes operações. A geometria deve ser possível de fabricar com a tecnologia, ferramentas e cursos disponíveis.

Com base no modelo ou desenho são preparados o processo tecnológico e o programa de controlo. O programa define sequência de operações, movimentos da ferramenta, velocidade do fuso, avanços, pontos de troca de ferramenta e restantes parâmetros.

Em tarefas complexas utiliza-se software CAD/CAM para criar trajetórias a partir do modelo 3D e gerar código adequado ao comando CNC utilizado. Antes da produção o programa deve ser verificado para reduzir colisões, erros dimensionais e consumo desnecessário.

Como funciona a usinagem CNC?

Consoante a geometria podem ser utilizados torneamento, fresagem, perfuração, roscagem, alargamento e mandrilamento. O processo consiste na remoção controlada de material do bruto até obter a forma programada e as dimensões necessárias.

Antes da usinagem o bruto deve ser fixado corretamente. A fixação influencia estabilidade, acesso às superfícies e precisão. A definição do ponto zero e as correções das ferramentas também são fundamentais.

Durante o ciclo, o comando CNC executa os movimentos programados. Velocidade de corte, avanço e profundidade precisam de ser adaptados ao material, ferramenta, rigidez do sistema e qualidade superficial pretendida.

Parâmetros incorretos podem provocar vibrações, pior acabamento, sobreaquecimento, desgaste rápido ou problemas de evacuação da apara. A preparação tecnológica é, portanto, tão importante como a própria máquina.

Que peças podem ser produzidas?

O campo de aplicação é muito amplo. A produção pode incluir:

• veios e eixos,
• casquilhos e anéis,
• flanges,
• corpos e caixas,
• suportes e elementos de fixação,
• componentes de transmissões,
• peças com furos e roscas,
• componentes estruturais de geometria complexa,
• protótipos e peças sobresselentes.

A usinagem CNC é particularmente útil para reproduzir peças de máquinas antigas quando o componente original deixou de estar disponível. Pode ser necessário reconstruir a documentação a partir da peça existente, determinar material e tolerâncias e desenvolver posteriormente a tecnologia de produção.

Os componentes metálicos de precisão também são utilizados nos setores automóvel, automação, construção de máquinas, ferramentas e muitos outros. Em setores de elevada exigência, a documentação, rastreabilidade do material e controlo de qualidade ganham importância adicional.

As geometrias possíveis dependem da máquina. Peças rotacionais são produzidas principalmente em tornos, enquanto superfícies planas, cavidades, furos e formas tridimensionais complexas normalmente exigem fresagem ou centros de usinagem.

Escolha da máquina segundo o tipo de produção

Nem todas as máquinas CNC são adequadas para todas as tarefas. A escolha deve depender da geometria, dimensões, precisão exigida, material e número de operações.

Para peças de revolução utilizam-se principalmente tornos CNC. Permitem trabalhar superfícies internas e externas, diâmetros, cones, ranhuras, roscas e furos axiais.

Superfícies planas, cavidades, ranhuras e furos são realizados em fresadoras CNC. As capacidades dependem do número de eixos, dimensões da mesa, cursos, parâmetros do fuso e controlo.

Quando a peça necessita de muitas operações num único aperto, podem ser vantajosos os centros de usinagem CNC. A troca automática permite fresagem, perfuração, roscagem e outras operações sem reajustes manuais contínuos.

Ao selecionar a máquina devem ser analisados:

• dimensões e peso das peças,
• material,
• precisão e tolerâncias exigidas,
• número de eixos e cursos,
• parâmetros do fuso,
• volume de produção,
• número de operações,
• ferramentas disponíveis,
• sistema de fixação,
• possibilidade de futura automatização.

Uma máquina corretamente selecionada permite adaptar o parque às necessidades reais e evita investir em parâmetros que não serão utilizados no trabalho diário.

Importância da programação e controlo de qualidade

A máquina por si só não garante um resultado correto. São fundamentais a preparação tecnológica, a correta fixação, a seleção das ferramentas, a definição das referências e o controlo dos parâmetros.

Antes da primeira peça de série o programa deve ser verificado, as correções das ferramentas controladas e o primeiro ciclo executado de forma supervisionada. Em programas complexos, a simulação das trajetórias pode ajudar a identificar problemas antecipadamente.

Depois da usinagem são controladas as principais dimensões e características. Consoante os requisitos utilizam-se paquímetros, micrómetros, medidores internos, altímetros, comparadores, projetores e máquinas de medição por coordenadas.

O controlo é especialmente importante na produção em série. Uma pequena diferença provocada por desgaste de ferramenta, correção incorreta ou alteração do processo pode repetir-se em muitas peças. Por isso as medições devem ser efetuadas em intervalos definidos.

CNC na produção unitária e em série

Uma das principais vantagens do CNC é a utilização tanto para componentes únicos como para grandes séries. A produção pode incluir protótipos, peças unitárias, pequenas séries, subcontratação e produção regular de componentes repetitivos.

Na produção unitária a flexibilidade é especialmente importante. Depois de preparar um novo programa, ferramentas e fixação é possível mudar relativamente depressa para outra peça. O custo de preparação, porém, distribui-se por poucas unidades, tornando importante reduzir os tempos de programação e setup.

Na produção em série as prioridades passam a ser repetibilidade, tempo de ciclo, vida útil das ferramentas, fiabilidade e redução das paragens. Armazéns automáticos de ferramentas, sondas, alimentadores, sistemas de descarga e robotização tornam-se mais importantes.

A mesma tecnologia CNC pode, portanto, servir modelos produtivos muito diferentes. A eficiência depende da correta combinação entre máquina, programa, ferramentas, fixação e organização.

Resumo

A produção de peças em máquinas CNC começa muito antes do arranque da máquina. Documentação, tecnologia, programação, fixação, ferramentas, usinagem e controlo de qualidade formam um único sistema.

Os tornos CNC são adequados para muitos componentes rotacionais, as fresadoras para superfícies e geometrias não axiais e os centros de usinagem para combinar várias operações no mesmo aperto. A escolha deve sempre resultar das necessidades reais da peça.

Um processo CNC bem planeado pode ser eficiente tanto para um protótipo único como para uma produção em série repetitiva. A chave não é apenas a precisão da máquina, mas o controlo de todo o processo desde o projeto até ao componente acabado e verificado.