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  • Sophia Moyen

Usinagem CNC e Código G

Atualizado: 24 de mai. de 2021

O que é usinagem CNC?

Comando Numérico Computadorizado (CNC) é um sistema criado para a automatização de máquinas de fabricação mecânica. É uma forma de matematizar movimentos e transformar a abstração do desenho de uma peça em manufatura efetiva. Um eixo girante da máquina pode se mover em um sistema tridimensional de coordenadas (x, y, z) e a combinação desses movimentos pode ser programada para modelar peças apenas conformando um pedaço de material base, como metal, madeira ou plástico, por exemplo.


Sistema de coordenadas em um máquina CNC.

Imagem adaptada de: “Writing a CNC Program, Computer-Aided Manufacturing”, www.manufacturing.org


Um pouco de história...


A ideia começou a ser desenvolvida em 1940, no MIT (Massachusetts Institute of Technology), EUA, onde os cientistas usaram servomotores para controlar o movimento de um eixo rotacional vertical para desbaste de peças. A lógica para o controle era passada por meio de fitas perfuradas, que, muito mais tarde, foram aprimoradas para uma linguagem específica, denominada “Código G”. Dessa forma, fresadoras, tornos e furadeiras, que, antes precisavam de um profissional para ser operadas, agora poderiam ser automatizadas e tornar o trabalho mais preciso, mais rápido e mais barato a longo prazo. A partir do final da década de 50, essas máquinas começaram a ser comercializadas e, assim, os operários saíram dos chãos de fábrica para trabalhar na produção das fitas perfuradas para as máquinas. A partir da década de 80/90, com algumas linhas de código, ou simplesmente um desenho 2D/3D feito em softwares específicos (CAD/CAM), já era suficiente para que a máquina CNC fizesse o que era desejado. Hoje em dia, boa parte das indústrias ou laboratórios de prototipagem rápida utilizam as máquinas CNC para a fabricação de peças. Ou até mesmo moldes de barcos inteiros?


HSM-Modal (maior máquina CNC do mundo) fresando o molde

de um casco de barco. O eixo X da máquina pode atingir 151 m.


Fonte: “HDM-Modal EEW-PROTEC GmbH”, www.eew-protec.de


Aplicação do CNC


Carros, aviões, foguetes, barcos, celulares, portas, chuveiros, placas de circuito impresso (PCB)... A usinagem está em toda parte, sejam meros componentes de sistemas ou produtos em si. Uma vez que se tem a matéria-prima, as máquinas CNC são as escultoras e os humanos, os artistas. Para que se tenha uma ideia da possibilidade de atuação das máquinas CNC, a usinagem é utilizada para:


➔ 80% dos furos da indústria;

➔ 70% das engrenagem para transmissão de potência;

➔ 90% dos componentes da indústria aeroespacial;

➔ 100% dos pinos médicoodontológicos;

➔ 70% das lentes de contatos extraoculares.


Máquina CNC usinando uma engrenagem.



Fonte: Big Stock.


A automatização desses processos com o método CNC possibilitou um acabamento com precisão infinitamente melhor, assim como a produção em massa com semelhança quase perfeita entre os produtos. É importante ressaltar, também, a importância do método CNC para o aprimoramento de softwares de design gráfico, que são necessários para a tradução do desenho para um roteiro de movimentos em linguagem de máquina. Na prática, primeiramente, é feito um design 3D da peça em um CAD (Computer-Aided Design). Em seguida, é utilizado um CAM (Computer-Aided Manufacturing), que, a partir do design criado, simula o percurso da ferramenta e fornece instruções passo a passo para as máquinas CNC concluírem a fabricação da peça.


Processo de design e manufatura por usinagem CNC de um hélice.



Fonte: autoral.


Antes da utilização do CAM, era preciso digitar manualmente esse roteiro utilizando o Código G, o que não é uma tarefa rápida. De qualquer forma, para manusear o CAM e operar uma máquina CNC, ainda é importante ter conhecimento do Código G e dos cálculos envolvidos; e é isso o que vamos fazer agora!


Código G


Exemplo de um programa escrito utilizando Código G.



Fonte: G-Code: The CNC Programming Language, www.autodesk.com



O código G utiliza letras e números para indicar as operações e o posicionamento das ferramentas da máquina durante a produção. Ele é utilizado também para impressoras 3D, cortadoras a laser, dentre outras máquinas. Para a construção do roteiro de fabricação, o código G sempre segue uma estrutura específica:


  1. Iniciar o programa CNC;

  2. Equipar a ferramenta necessária;

  3. Iniciar a rotação do eixo;

  4. Acionar fluido refrigerante (para não superaquecer a ferramenta);

  5. Mover a ferramenta para cima da peça;

  6. Começar a usinagem e desbaste da peça;

  7. Desligar fluido refrigerante;

  8. Desligar o eixo girante;

  9. Mover a ferramenta de cima da peça para uma área segura;

  10. Finalizar programa CNC.


Cada linha do código possui letras, cada uma acompanhada de números que determinam operações específicas. Confira o que significa algumas das letras:




Existem centenas de códigos pré-determinados e, se quiser, explorá-los, cheque as referências do post. Vamos aprender os mais simples. Vejamos uma linha de código, por exemplo:


N10 G01 X1 Y1 F20 T01 M03 S500


N10 - Define como sendo a primeira linha de código (N20 seria a segunda linha, por exemplo). Isso facilita a identificação de erros no programa;

G01 - Interpolação linear, ou seja, a ferramenta segue uma trajetória retilínea;

X1 Y1 - A ferramenta termina sua trajetória nas coordenadas X=1 e Y=1;

F20 - A ferramenta avança com velocidade 20 mm/min;

T01 - A ferramenta escolhida para fazer o trabalho é a 01;

M03 - Liga o eixo giratório;

S500 - Eixo gira com velocidade de 500 rpm.



Mão na massa!


Vamos treinar na prática como planejar uma fabricação usando uma fresa CNC! Faremos isso sem a utilização do CAM para auxiliar, assim, é possível compreender melhor algumas minúcias do código G. Vamos supor que queremos gravar o nome da equipe “POLI NÁUTICO” com profundidade de 0,3 mm em uma chapa de aço inox de 210 mm x 105 mm x 1 mm:


CAD da chapa de aço inox gravada


Fonte: autoral.


Primeiramente, devemos definir os parâmetros iniciais e posicionar a ferramenta em cima da peça:




Os parâmetros são tabelados para o aço inox e boa parte dos CAM’s possuem essa informação já embutida. A velocidade de avanço e de rotação já foram calculados. Se quiser descobrir como são calculados, continue acompanhando nossos posts no blog!


Em seguida, devemos especificar o caminho da ferramenta no Código G e podemos fazer isso utilizando coordenadas cartesianas. Assim, é importante saber o tamanho das letras, as distâncias exatas entre elas e as distâncias delas com as bordas:


Desenho 2D da placa gravada com algumas dimensões.


Fonte: autoral.


Precisamos imaginar todos os pontos de mudança de direção da ferramenta e especificar suas coordenadas. Vamos fazer isso para a letra “P” e para a letra “O”:



Observe que os pontos estão em milímetros e o gráfico está com os eixos em centímetros!





Para fazer a letra O, precisaremos utilizar uma interpolação circular para fazer as duas curvas. Para isso podemos usar o código G02 ou G03. A diferença entre eles é que o G02 faz a interpolação em sentido horário e o G03 em sentido anti-horário. Vamos utilizar o G02. Para isso, vamos utilizar as letras de indicação de coordenada I e J. Elas servem como coordenadas incrementais para indicar a posição do centro do arco da nossa curva a partir da última posição da ferramenta. Confira:




Depois de ter feito o mesmo para as outras letras, devemos encerrar o programa adequadamente:





Terminando o código, podemos utilizar um simulador de CNC ou um CAM para visualizar o percurso da ferramenta:


Visualização 2D do percurso da ferramenta no NC Simulator. Em laranja, a movimentação rápida da ferramenta, acima da peça (Z=10). Em azul, ocorre de fato o contato da peça com a ferramenta (Z=-0.3).


Fonte: autoral


Existem diferentes plataformas gratuitas e didáticas para testar seu código:



Simulação 2D do percurso da ferramenta no CNCSimulator Pro.

https://drive.google.com/file/d/1gBo9H8P3jXUE8k1xaBTOyRsTtv6wXLY5/view?usp=sharing

Fonte: autoral


Confira o código completo:


%
O001001
N10 G90 G54 G71
N20 T01
N30 S300M03
N40 M08
N50 G01 Z50 F1000
N60 G01 X0 Y0 Z50 F1000

(Letra "P")
N70 G01 X15 Y90 Z10 F1000
N80 G01 X15 Y90 Z-0.3 F130
N90 G01 X35 Y90 Z-0.3 F130
N100 G01 X35 Y75 Z-0.3 F130
N110 G01 X15 Y75 Z-0.3 F130
N120 G01 X15 Y75 Z10 F130
N130 G01 X15 Y90 Z10 F1000
N140 G01 X15 Y90 Z-0.3 F130
N150 G01 X15 Y60 Z-0.3 F130
N160 G01 X15 Y60 Z10 F130

(Letra "O")
N170 G01 X45 Y70 Z10 F1000
N180 G01 X45 Y70 Z-0.3 F130
N190 G01 X45 Y80 Z-0.3 F130
N200 G02 X65 Y80 I10 J0 Z-0.3 F130
N210 G01 X65 Y70 Z-0.3 F130
N220 G02 X45 Y70 I-10 J0 Z-0.3 F130
N230 G01 X45 Y70 Z10 F130

(Letra "L")
N180 G01 X75 Y90 Z10 F1000
N190 G01 X75 Y90 Z-0.3 F130
N200 G01 X75 Y60 Z-0.3 F130
N210 G01 X95 Y60 Z-0.3 F130
N220 G01 X95 Y60 Z10 F130

(Letra "I")
N230 G01 X105 Y60 Z10 F1000
N240 G01 X105 Y60 Z-0.3 F130
N250 G01 X105 Y90 Z-0.3 F130
N260 G01 X105 Y90 Z10 F130

(Letra "N")
N270 G01 X15 Y15 Z10 F1000
N280 G01 X15 Y15 Z-0.3 F130
N290 G01 X15 Y45 Z-0.3 F130
N300 G01 X35 Y15 Z-0.3 F130
N310 G01 X35 Y45 Z-0.3 F130
N320 G01 X35 Y45 Z-0.3 F130

(Letra "A")
N330 G01 X45 Y15 Z10 F1000
N340 G01 X45 Y15 Z-0.3 F130
N350 G01 X45 Y30.5 Z-0.3 F130
N360 G02 X65 Y30.5 I10 J0 Z-0.3 F130
N370 G01 X65 Y15 Z-0.3 F130
N380 G01 X65 Y15 Z10 F130
N390 G01 X65 Y30.5 Z10 F1000
N400 G01 X65 Y30.5 Z-0.3 F130
N410 G01 X45 Y30.5 Z-0.3 F130
N420 G01 X45 Y30 Z10 F130

(Acento do "A")
N430 G01 X59 Y48 Z10 F1000
N440 G01 X59 Y48 Z-0.3 F130
N450 G01 X63 Y52 Z-0.3 F130
N460 G01 X63 Y52 Z10 F130

(Letra "U")
N470 G01 X75 Y45 Z10 F1000
N480 G01 X75 Y45 Z-0.3 F130
N490 G01 X75 Y25 Z-0.3 F130
N500 G03 X95 Y25 I10 J0 Z-0.3 F130
N510 G01 X95 Y45 Z-0.3 F130
N520 G01 X95 Y45 Z10 F130

(Letra "T")
N530 G01 X105 Y45 Z10 F1000
N540 G01 X105 Y45 Z-0.3 F130
N550 G01 X125 Y45 Z-0.3 F130
N560 G01 X125 Y45 Z10 F130
N570 G01 X115 Y45 Z10 F1000
N580 G01 X115 Y45 Z-0.3 F130
N590 G01 X115 Y15 Z-0.3 F130
N590 G01 X115 Y15 Z10 F130

(Letra "I")
N600 G01 X135 Y45 Z10 F1000
N610 G01 X135 Y45 Z-0.3 F130
N620 G01 X135 Y15 Z-0.3 F130
N630 G01 X135 Y15 Z10 F130

(Letra "C")
N640 G01 X165 Y45 Z10 F1000
N650 G01 X165 Y45 Z-0.3 F130
N660 G01 X145 Y45 Z-0.3 F130
N670 G01 X145 Y15 Z-0.3 F130
N680 G01 X165 Y15 Z-0.3 F130
N690 G01 X165 Y15 Z10 F130

(Letra "O")
N700 G01 X175 Y25 Z10 F1000
N710 G01 X175 Y25 Z-0.3 F130
N720 G01 X175 Y35 Z-0.3 F130
N730 G02 X195 Y35 I10 J0 Z-0.3 F130
N740 G01 X195 Y25 Z-0.3 F130
N750 G02 X175 Y25 I-10 J0 Z-0.3 F130
N760 G01 X175 Y25 Z10 F130


(Encerrando programa)
N770 M05M09
N780 G01 X-50 Y50 Z50 F1000
N790 M30


Dá um trabalhão, né? Ainda bem que têm softwares que fazem isso pra gente; se quiser saber mais sobre como funcionam, fique atento aos nossos posts!



Referências


“History of CNC Machining, Part 1:The People, Stories, and Inventions That Made Today’s Tech Possible”, Bantnam Tools, disponível em https://medium.com/cnc-life/history-of-cnc-machining-part-1-2a4b290d994d


“Manual de Programação e Operação CNC” Fanuc 21i, 198p, 2006, disponível em http://siaibib01.univali.br/pdf/T22182C.pdf


G-Code: The CNC Programming Language”, Mart Deans, AUTODESK®, disponível em https://www.autodesk.com/products/fusion-360/blog/cnc-programming-fundamentals-g-code/


“Programação CNC”, da disciplina “Manufatura Assistida por Computador” (SEM-0350), Prof. Dr. Alessandro Roger Rodrigues, EESC-USP, disponível em https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2777585/mod_resource/content/1/Te%C3%B3rica%201%20-%20CNC.pdf

G01 X1 Y1 F20 T01 M03 S500

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