Como funciona: Comando Numérico Computadorizado ou CNC

Como funciona: Comando Numérico Computadorizado ou CNC

Descrição, funcionamento e aplicação:

O comando numérico computadorizado (ou CNC, do inglês Computer Numeric Control) é um sistema que realiza o controle de máquinas, sendo utilizado principalmente em centros de usinagem e em tornos. Seu funcionamento se baseia no controle simultâneo de vários eixos, através de uma lista de movimentos escrita em um código específico, denominado como “código G” (ou Gcode). Tal código tem como função principal instruir a máquina a se mover geometricamente nas três dimensões: x, y e z. Além disso vale ressaltar que essa linguagem é extremamente simples e rudimentar, sendo composta por linhas sequenciais de instruções, cada qual responsável por uma tarefa específica e o programa é executado linha por linha até o fim do código.

Foi desenvolvido na década de 1940 pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), e intitulado como NC (Numeric Control) e inicialmente usava fitas perfuradas para interpretar os comandos mas com o advento do computador evoluiu para o CNC. A partir dessa criação, atingiu-se o objetivo de confecção de peças complexas, seriadas e até mesmo de grande precisão, especialmente quando usada em conjunto com programas CAD/CAM, da abreviatura inglesa para computer-aided design (Desenho assistido por computador) e computer-aided manufacturing (Manufatura assistida por computador).

A introdução do CNC na indústria mudou radicalmente os processos industriais, devido a facilidade de usinagem e construção de perfis de alta complexidade, a relativa facilidade de produção de estruturas em três dimensões e a drástica redução do número de passos no processo com a intervenção de operadores, contemplando também a redução de erros humanos associados ao processo. As máquinas CNC estão presentes em indústrias para remoção de metal, indústrias para fabricação de metais e na execução de operações como roteamento (semelhante ao fresamento) e perfuração.

Painel de controle da primeira máquina CNC, comando Siemens.
         Máquina usada atualmente nas fábricas.

Máquina presente no grupo:

Ademais, como foi detalhado anteriormente, existe uma gama de aplicações na qual pode ser inserido a máquina CNC, e pensando nisso o PET Elétrica – UFJF está realizando a criação de uma máquina, que terá como finalidade a imersão dos estudantes na confecção automática de peças e produtos, com ênfase em placas de circuito impresso (PCB), visto a incrível qualidade que a máquina entrega, e alta demanda dentro do grupo. A montagem se dará utilizando o método de ensino PjBL (Project Based Learning) já adotada pelo grupo, pois necessita de alto grau de rigor e atividades complexas.

Por se tratar de uma máquina que necessita de uma robustez, e irá trabalhar por meio de uma retífica, o primeiro passo foi realizar um estudo de análise estrutural e integridade física, o qual definiu que perfis de alumínio do tipo V-Slot seriam a melhor escolha. Prontamente, houve a realização da modelagem por meio de softwares, bem logo o uso combinado com a Impressora 3D para a criação das peças que serão utilizadas. Em virtude da grande difusão de informações e conteúdos sobre CNC, optamos por utilizar a ferramenta Arduino como mediador da comunicação da máquina com o computador, a qual será feita através de uma shield criada pela comunidade global, que permite desempenhar o trabalho e é de baixo custo. Essa shield, denominada de V3, foi projetada com 4 slots, que permitem a conexão de até quatro drivers, que são responsáveis pelo controle de pequenos passos que o motor realiza (microstepping), que nada mais é o movimento preciso que o motor realiza. Muito eficiente, a shield suporta quatro eixos (X, Y, Z e A) podendo duplicar algum destes eixos ou até mesmo ter um quarto eixo personalizado. Destacando que a linguagem utilizada será interpretada por um firmware livre conhecido, o GRBL.

A interface utilizada pelo usuário será a Universal Gcode Sender, que é um software gratuito, e que cumpre bem suas funções. O mesmo se fundamenta numa plataforma de interpretação gcode completa, e utiliza ambiente computacional Java independente que inclui todas as dependências externas.

Por conseguinte, temos que a criação desta máquina nos remete diretamente a conteúdos aprendidos na faculdade, em que muitas vezes não há uma aplicação para ser demonstrada, tornando-se uma grande ferramenta no auxílio da apropriação do conhecimento.

Modelagem da máquina a partir de Software Fusion.
Interface do Universal Gcode Sender.
Esquema da Shield CNC e motores.
Protótipo de máquina CNC utilizando Arduíno, com peças impressas.

Por: Luis Medeiros

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1008jia2001

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