Máquinas CNC: A história do Comando Numérico Computadorizado

CNC é a sigla de Controle Numérico Computadorizado, ou Comando Numérico Computadorizado.

É uma evolução do termo NC, que significa apenas Comando Numérico. Como o próprio nome diz, refere-se ao controle de máquinas ferramentas programáveis por computador. No NC no entanto, um computador pode não estar envolvido no processo, como máquinas que eram controladas com fitas ou cartões perfurados.

Máquina Fresadora NC controlado por Fita Perfurada

Máquina Fresadora NC controlado por Fita Perfurada

O NC, e depois o CNC, permitiram um enorme ganho na produtividade das máquinas ferramentas pois as máquinas podiam operar automaticamente sem a necessidade da constante atenção de um operador. Antes do desenvolvimento destas tecnologias, haviam algumas formas de semi-automação, como copiadores hidráulicos. Neste sistema era possível usinar em um torno ou fresadora ao copiar manualmente um gabarito, reproduzindo-o.

Copiador Hidráulico para Torno

Copiador Hidráulico para Torno

Mas com as implementações das primeiras máquinas NC, e então CNC, o aumento de produtividade e formas de automação cresceram radicalmente.

Uma breve história do CNC

As primeiras máquinas NC foram construídas na década de 50 e rodavam através de cartões perfurados. Enquanto o conceito dessa forma de controlar máquinas ferramentas provou que reduziria os custos das indústrias, as fabricantes demoraram para dar atenção à esta invenção. Para promover uma rápida adoção deste sistema, o exército dos Estados Unidos comprou 120 máquinas NC, e as alugou para várias empresas para que elas se familiarizassem com esta tecnologia. No final da década de 50 o NC começou a emplacar, embora ainda haviam diversas deficiências e dificuldades. Por exemplo, o Código-G, a linguagem universal das máquinas CNC dos dias atuais, ainda não existia. Cada fabricante de máquinas criou sua própria linguagem para definir processos de usinagem em um programa NC.

Alguns fatores principais possibilitou o rápido desenvolvimento das máquinas CNC durante a década de 60:

– Padronização e criação do código G: A origem do código G (G-code) deu-se por volta de 1958 no MIT, onde era a linguagem usada no laboratório de servomecanismos.
– Durante a década de 60 surgiram os primeiros programas CAD, e em meados de 70 já haviam programas CAD usáveis pela indústria, substituindo rapidamente os desenhos em papel.
– Mini-computadores começaram a se tornar mais acessíveis e poderosos. Sim, mini-computadores mesmo. Micro-computadores, somente alguns anos depois.

Com o aumento de custo da mão de obra durante a década de 70, e os avanços das tecnologias do CNC, este começou a se popularizar rapidamente dentro das indústrias substituindo muitas máquinas ferramentas manuais.

As empresas norte americanas iniciaram a revolução das máquinas ferramentas com o CNC, mas elas focaram nas máquinas top de linha. Foram os alemães que viram a oportunidade de reduzir os custos do CNC pela primeira vez, de modo que em meados de 1979 a indústria de máquinas alemã estavam vendendo mais máquinas CNC que os Estados Unidos. Os japoneses repetiram a formula de sucesso dos alemães, e apenas um ano depois, a indústria japonesa de máquinas ferramentas tomaram o primeiro lugar nas vendas. Em 1971 as 10 maiores fabricantes de máquinas CNC eram americanas, em quanto que em 1987 apenas uma empresa americana, a Cincinnati Milacron, permaneceu no top 10, ocupando a oitava posição no ranking de vendas.

Recentemente os microprocessadoras tornaram as tecnologias do CNC ainda mais baratas, tornando possível inclusive a disseminação do comando numérico entre hobbystas e microempresas. O projeto EMC2, sigla de Enhanced Machine Controller, foi um projeto para desenvolver um controlador CNC de código aberto, iniciado no NIST (National Institute of Standards and Technology). Em meados de 2000 o projeto entrou em domínio público e virou open source.

O Mach3 foi desenvolvido pela Artsoft como uma alternativa ao EMC2 para usuários do sistema Windows, disseminando ainda mais o CNC.

Em 2009, Simen Svale Skogsrud presenteou a comunidade open source liberando a primeira versão do GRBL.
O GRBL, cuja pronúncia em inglês é gerbil, grr-ble ou garble, e em português seria algo como GUÊRBOU, ou como você preferir; é um controlador de máquinas cartesianas de 3 eixos, XYZ, que pode ser instalado em um simples Arduino.
A maioria dos projetos de impressoras 3D possuem o GRBL como base de seu controlador. Além de impressoras 3D, diversos tipos de máquinas já fazem o uso do GRBL, como máquinas de corte a laser, corte à plasma, máquinas de desenho e pintura, furadeiras automáticas, e claro, muitas fresadoras e routers CNC.

Os tipos de máquinas CNC

Impressoras 3D

Sim, as impressoras 3D são máquinas CNC. Lembre-se, o Comando Numérico Computadorizado foi criado para controlar máquinas via computador.
É comum associarmos o termo CNC à máquinas de usinagem, mas assim como estas, impressoras 3D também fazem uso do CNC. A expiração de diversas patentes permitiu que a comunidade open source popularizasse as impressoras 3D, principalmente através do projeto RepRap.

Impressora 3D RepRap

Uma das versões de Impressoras 3D RepRap

Tornos CNC

Pela sua geometria, os tornos são ideias para produzirem peças que possuem simetria em torno de um eixo. No mínimo, os tornos podem ser controlados em 2 eixos, X e Z. Geralmente a ferramenta de corte é fixa, e a peça gira em torno de seu próprio eixo. Mas é claro, existem diversas funcionalidades adicionais em diversos tipos de tornos específicos.

Torno CNC de grande porte

Torno CNC de grande porte

Fresadoras CNC

Em uma fresadora a ferramenta de corte é rotativa, a fresa. A peça a ser usinada é fixa em uma mesa móvel ao longo do eixos XY.
As fresadoras possuem no mínino a capacidade de usinar em 3 eixos, XYZ.

Centros de usinagem avançados podem ter mais que 3 eixos, inclusive desempenham funções de torno e fresadora ao mesmo tempo.

E que tal uma impressora 3D que faça peças de metal, e depois realize usinagem de acabamento? Sim, já existe.

Routers CNC

O nome Router em inglês refere-se às Tupias. Routers CNC são máquinas utilizadas para fazerem automaticamente os tipos de trabalhos que podem ser feitos com as Tupias Manuais.

Basicamente, as Routers CNC são semelhantes às fresadoras CNC, porém possuem o que chamamos de pórtico móvel. Uma máquina de usinagem com a configuração de pórtico móvel consegue obter uma área de trabalho maior em relação às máquinas fresadoras comuns, onde a parte móvel é a mesa. Em máquinas de pórtico móvel a ferramenta de corte, fresa, é que movimenta-se ao longo de todos os eixos, XYZ.

Routers CNC, pela origem do termo, está associada às máquinas para usinagem de madeira. Mas diversos tipos de materiais podem ser trabalhados nas Routers, respeitando seus limites de usinagem. Como são máquinas com uma relação área de trabalho / massa muito superior às fresadoras, sua rigidez é menor,e portanto, não possui a mesma produtividade que uma fresadora para usinar metais. No entanto, dado o menor custo por área de trabalho, as Routers CNC são imbatíveis na relação custo benefício quando se trata de usinagem de materiais macios, como madeiras e plásticos, bem como na usinagem de chapas finas.

 

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