Informações essenciais que precisa de saber antes de compreender ou aprender a programação CNC

Antes de compreendermos ou aprendermos a programação CNC, devemos primeiro esclarecer quais os conhecimentos que precisamos de dominar.

Que competências ou conhecimentos se devem adquirir antes de compreender ou aprender a programação CNC?

1. Having a strong mechanical foundation and knowledge of part geometry and fixture design can be beneficial, as it provides a better understanding of machining processes and the components being programmed.

2. CNC programming encompasses both manual programming and Automatic programming. Manual programming often involves writing code directly, requiring a foundation in mathematics and a clear understanding of the Cartesian coordinate system and axis directions (X, Y, Z, and their negative counterparts). This knowledge is crucial for accurate programming.

3. While learning 2D quick drawing and CAD modeling (3D design) can help understand the visual aspects of CNC programming, it is not necessarily a prerequisite.

4. Having a passion for machinery and being interested in the performance and operation of specific machine brands (such as Mitsubishi, FANUC, Siemens, and Haas) can enhance motivation and engagement. However, hands-on machine operation is not strictly mandatory to begin learning CNC programming syntax.

5. A observação do funcionamento efetivo das máquinas CNC no local, incluindo aspectos como a velocidade da ferramenta, a taxa de avanço e a profundidade de corte, pode fornecer informações valiosas e conhecimentos práticos que podem melhorar as competências de programação CNC.

6. A aprendizagem diligente, o pensamento crítico, a tomada de notas completas e a aprendizagem com os erros são essenciais para uma aprendizagem eficaz e o domínio da programação CNC ou de qualquer outra competência.

Que ferramentas de software são utilizadas na programação CNC?

Programação manual e programação automática na programação CNC

Como mencionado acima, na programação CNC, existem duas abordagens principais para a criação de programas: manual e automática.

Programação manual:

Manual programming involves directly writing the CNC program code using a text editor or specialized software. The programmer needs to understand the CNC machine’s capabilities, the G-code language (standardized under the RS-274 format ^[1]), and the specific syntax required by the machine controller.

O processo de programação manual envolve normalmente:

Escrever linhas individuais de instruções de código G para definir movimentos de ferramentas, velocidades de fuso, taxas de alimentação e outros parâmetros.

Cálculo de coordenadas precisas para percursos de ferramentas com base na geometria da peça, utilizando cálculos matemáticos e trigonometria.

Considerar as mudanças de ferramentas, a configuração da peça de trabalho, os desvios das ferramentas e outros factores para garantir operações de maquinagem precisas e eficientes.

A programação manual permite um controlo preciso do processo de maquinagem, possibilitando a personalização e o ajuste fino do código. É frequentemente utilizada em aplicações de maquinagem complexas ou únicas em que a programação automática pode não ser adequada ou eficiente.

Programação automática:

Automatic programming, universally known as Computer-Aided Manufacturing (CAM), involves using specialized software to automatically generate CNC programs. The software generates the program code by using inputs such as part geometry, tooling information, machining operations, and other parameters.

O processo de programação automática inclui normalmente o seguinte:

Importar ou criar um modelo 3D ou um ficheiro CAD da peça a maquinar.

Definição das operações de maquinagem, das ferramentas e dos parâmetros de maquinagem no software CAM.

O software gera automaticamente o código do programa CNC, incluindo percursos de ferramentas, velocidades, avanços e outras instruções.

A programação automática oferece várias vantagens, incluindo o aumento da produtividade, a redução do tempo de programação e a capacidade de simular e otimizar os percursos da ferramenta antes da maquinação. É normalmente utilizada em indústrias com produção de grande volume ou tarefas de maquinação repetitivas.

Tanto a programação manual como a programação automática têm os seus próprios méritos. São utilizadas com base nos requisitos específicos do projeto, na complexidade da peça, na experiência do programador e noutros factores. Muitos programadores CNC utilizam técnicas de programação manual e automática para obter os melhores resultados.

Etapas da programação CNC

Fluxo de trabalho da programação manual

1. Análise do desenho da peça e planeamento do processo: Isto envolve a análise do desenho da peça, a compreensão das dimensões e dos requisitos técnicos, a determinação do plano de processamento e a sequenciação das operações, conceção de equipamentos se necessário, selecionar as ferramentas adequadas e planear o percurso da ferramenta e os parâmetros de corte.

2. Mathematical processing: A workpiece coordinate system is established based on the geometric characteristics of the part. The tool trajectory is calculated within this coordinate system, considering the starting and ending points of geometric elements, circular arc centers, and intersections or tangent points between geometric elements. For standard 2D profiles, basic trigonometry is applied to find intersection points. (Note: Calculating discrete points for complex 3D surfaces manually is practically obsolete today and is strictly handled by CAM software).

3. Escrever a lista de programas de peças: A rota de processamento determinada e os parâmetros do processo são traduzidos no código de comando do sistema CNC e no formato do segmento do programa. O programa de peças é escrito linha a linha, seguindo a sintaxe e as convenções de programação especificadas.

4. Program input: While older generations used perforated paper tape, modern CNC machines primarily load programs via USB drives, Ethernet networks, Wi-Fi, or Direct Numerical Control (DNC) connections, using the machine’s MDI keyboard only for minor edits.

5. Program verification and the first test cut: The written program must be verified and tested before machining. Verification involves checking the machine’s motion trajectory by running the program without cutting the workpiece, a standard validation process commonly known as a “dry run” (air cutting). If the CNC machine has graphic display capabilities, simulation can be used to visualize the tool-cutting process. However, the first test cut on the actual workpiece is crucial to assess the accuracy of the machined parts and make necessary adjustments to cutting parameters and tool paths.

Fluxo de trabalho da programação automática

1. Importação ou criação de modelos CAD

O primeiro passo é importar um modelo 3D da peça a ser maquinada para o software CAM. O modelo 3D pode ser importado de um software CAD ou criado diretamente no software CAM.

2. Definir operações de maquinagem

Next, the programmer defines the machining operations to be performed on the part. This includes specifying Fresagem CNC operations such as roughing, finishing, drilling, contouring, and pocketing. Each operation has specific parameters such as tool selection, cutting speeds and feeds, cutting depths, stepovers, and allowances.

3. Geração do percurso da ferramenta

Based on the defined machining operations, the CAM software generates a toolpath representing the tool’s movement and machining strategy on the part’s surfaces. The toolpaths are calculated by considering factors such as the tool’s geometry, tool orientation, collision avoidance, and advanced kinematic optimization algorithms ^[2].

4. Simulação e verificação

Uma vez gerados os percursos da ferramenta, o programador pode simular o processo de maquinação no software CAM. Esta simulação permite visualizar o movimento da ferramenta, detetar potenciais colisões ou erros e assegurar que o percurso da ferramenta é optimizado e adequado à peça.

5. Pós-processamento

Depois de o percurso da ferramenta ser finalizado e verificado, o software CAM efectua o pós-processamento. Isto envolve a conversão do percurso da ferramenta em instruções de código G específicas da máquina que a máquina CNC possa compreender. O pós-processador adapta a saída do código G para corresponder aos requisitos específicos de sintaxe e formatação do controlador da máquina CNC de destino.

6. Transferência para a máquina CNC

O programa de código G gerado é transferido para a máquina CNC através de uma ligação direta ou de meios de armazenamento externos, tais como unidades USB ou transferências de rede. O programa é carregado no controlador da máquina, pronto para ser executado.

7. Configuração e execução da máquina

A máquina é preparada antes de executar o programa CNC com os dispositivos de fixação de trabalho, as ferramentas de corte e o alinhamento da peça de trabalho adequados. Assim que tudo estiver no lugar, o programa CNC é executado e a máquina efectua as operações de maquinação programadas na peça de trabalho.

código diferente na programação CNC

Códigos G (códigos preparatórios)

G-codes are used to define various preparatory functions and operations. These codes specify the tool’s movement, machining modes, coordinate systems and other parameters. Some common G-codes include G00 (rapid positioning), G01 (linear interpolation), G02/G03 (circular interpolation), G17/G18/G19 (plane selection), and G90/G91 (absolute/incremental positioning).

Códigos M (Códigos Diversos)

Os códigos M são utilizados para controlar funções diversas da máquina, como o funcionamento do mandril, líquido de refrigeração ligar/desligar, mudanças de ferramenta e paragens da máquina. Estes códigos variam consoante a marca e o modelo da máquina. Exemplos de códigos M incluem M03/M04 (fuso no sentido dos ponteiros do relógio/anti-horário), M05 (paragem do fuso), M06 (mudança de ferramenta) e M08/M09 (ligar/desligar o líquido de refrigeração).

Códigos T (seleção de ferramentas)

Os códigos T são utilizados para indicar o número da ferramenta ou o desvio da ferramenta a utilizar na maquinagem. Estes códigos indicam qual a ferramenta que deve ser utilizada numa determinada maquinação no armazém de ferramentas ou no suporte de ferramentas. Por exemplo, T01 selecciona a ferramenta número 1, T03 selecciona a ferramenta número 3, etc.

Código S (velocidade do fuso)

O código S é utilizado para definir a velocidade do mandril desejada para a operação de maquinação. O valor a seguir ao código S representa a velocidade do mandril em RPM (rotações por minuto). Por exemplo, S1000 define a velocidade do fuso para 1000 RPM.

Código F (Avanço)

Com o código F determina-se o avanço com que a ferramenta se desloca na trajetória programada. O valor a seguir ao código F representa o avanço em unidades por minuto. Por exemplo, F200 indica um avanço de 200 unidades por minuto.

X, Y, Z e outros códigos de eixo

Estes códigos especificam as coordenadas e posições da ferramenta ao longo de diferentes eixos. O código X representa a posição ao longo do eixo X, o código Y representa a posição ao longo do eixo Y e o código Z representa a posição ao longo do eixo Z. Para máquinas com mais eixos, podem utilizar-se códigos de eixo adicionais, como A, B, C, etc.

Códigos Dwell

Dwell codes pause the machine at a specific location or duration. The dwell time is specified using the P-code, representing the dwell time in seconds. For example, G04 X2.0 (or G04 P2000, as the P-address typically uses milliseconds in standard Fanuc controls) would cause the machine to dwell for 2 seconds.

Among the different codes used in CNC programming, the G-code is the most commonly used. G-codes are fundamental to CNC programming as they define the machine’s movement (governed by ISO 6983 standards) and control various aspects of the machining process.

Palavra final

A programação CNC envolve numerosas considerações cruciais que merecem uma atenção cuidada. Dada a oportunidade, tenciono dedicar um artigo no futuro para discutir exaustivamente os principais aspectos que requerem atenção na programação CNC.

Referência

[1] Kramer, T. R., Proctor, F. M., & Messina, E. R. (2000). The NIST RS274NGC Interpreter – Version 3. National Institute of Standards and Technology (NIST). https://doi.org/10.6028/NIST.IR.6556

[2] Altintas, Y. (2012). Automação da Produção: Mecânica do Corte de Metais, Vibrações das Máquinas-ferramenta e Conceção de CNC (2.ª ed.). Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511843723