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Ficha de Trabalho 1 — UC02946

Parâmetros de Maquinagem e Programação G-code

Duração: 90 minutos | Consulta: Tabelas de Vc fornecidas | Calculadora: Permitida

Grupo I — Verdadeiro / Falso (20 pontos)

Classifique cada afirmação como V (Verdadeiro) ou F (Falso). Corrija as afirmações falsas.

O código G00 realiza um movimento de interpolação linear à velocidade de avanço programada. ___
O código M30 encerra o programa e posiciona o cursor no início para nova execução. ___
O ângulo de hélice de uma fresa de topo para alumínio deve ser inferior a 20°. ___
O backlash num fuso de esferas é normalmente inferior ao backlash num fuso trapezoidal. ___
O código G83 é utilizado para furação com extracção periódica da apara (peck drilling). ___
O HSS (aço rápido) suporta temperaturas de corte superiores ao carboneto cementado. ___
O avanço por dente (fz) multiplica pelo número de dentes e pela rotação para dar o avanço em mm/min. ___
O código G41 activa a compensação de raio de ferramenta à direita do contorno. ___
O encoder absoluto mantém a posição mesmo após desligar a máquina e não necessita de homing. ___
A profundidade radial de corte (ae) em planeamento é normalmente 5–10% do diâmetro da fresa. ___

Soluções — Grupo I

F — G00 é posicionamento rápido (velocidade máxima da máquina), sem interpolação de avanço. G01 é interpolação linear com F programado.
V — M30 finaliza o programa e faz reset/rewind para nova execução.
F — Para alumínio, o ângulo de hélice deve ser elevado (45°–55°) para evacuar a apara facilmente. Ângulos baixos retêm apara e causam soldagem ao alumínio.
V — O fuso de esferas tem eficiência de 90–95% e pré-carga que elimina a folga; o fuso trapezoidal tem backlash significativo (0,1–0,5 mm).
V — G83 executa furação profunda com extracção periódica (parâmetro Q define o incremento).
F — O carboneto cementado suporta temperaturas de corte superiores (até 900°C), enquanto o HSS fica limitado a cerca de 600°C.
V — Vf = fz × Z × n (mm/min).
F — G41 activa compensação de raio à esquerda do contorno. G42 é à direita.
V — O encoder absoluto retém a posição após corte de energia; o encoder incremental requer homing após desligar.
F — Em planeamento, ae é normalmente 60–80% do diâmetro da fresa, não 5–10%.

Grupo II — Cálculo de Parâmetros de Maquinagem (40 pontos)

Problema 1 — Fresagem de Alumínio 6061-T6

Uma fresa de topo de carboneto não revestido Ø16 mm com 4 dentes vai fresar o perfil de uma peça em alumínio 6061-T6.

Condições recomendadas: - Velocidade de corte: Vc = 400 m/min - Avanço por dente: fz = 0,12 mm/dente - Profundidade axial: ap = 10 mm - Profundidade radial: ae = 4 mm (25% do diâmetro)

a) Calcule a velocidade de rotação n [rpm] necessária.

b) Calcule o avanço de trabalho Vf [mm/min].

c) Se a ferramenta custa 45 € e a vida útil é de 20 minutos a esta velocidade, calcule o custo de ferramenta por metro linear de fresagem (comprimento de avanço de 500 mm/min).

d) O técnico decide reduzir a velocidade para 300 m/min para aumentar a vida útil. Usando a Lei de Taylor com n=0,25 e C=400 (para Al+carboneto), calcule a nova vida útil T'.

Soluções — Problema 1

a) Cálculo de n:

$$n = \frac{1000 \times V_c}{\pi \times D} = \frac{1000 \times 400}{\pi \times 16} = \frac{400\,000}{50,27} \approx \mathbf{7\,958 \text{ rpm}}$$

(Arredondar para 8 000 rpm na máquina)

b) Cálculo de Vf:

$$V_f = f_z \times Z \times n = 0,12 \times 4 \times 7\,958 \approx \mathbf{3\,820 \text{ mm/min}}$$

c) Custo de ferramenta por metro:

Avanço = 3 820 mm/min. Em 20 min de vida útil percorre: 3 820 × 20 = 76 400 mm = 76,4 m.

Custo por metro = 45 € / 76,4 m ≈ 0,59 €/m

d) Nova vida útil com Vc = 300 m/min:

Lei de Taylor: $V_c = C / T^n$ → $T = (C/V_c)^{1/n}$

$$T' = \left(\frac{400}{300}\right)^{1/0,25} = (1,333)^4 = 1,333^4 = 3,16 \approx \mathbf{3,16 \times 20 = 63 \text{ min}}$$

Nota: A lei de Taylor diz que ao baixar de 400 para 300 m/min (rácio 1,333), a vida útil aumenta para o factor elevado a 1/n = 4. A vida útil passa de 20 min para ≈ 63 min — um aumento de 3×.

Problema 2 — Selecção de Parâmetros para Torno CNC

Um veio de aço C45 (dureza 200 HV) com diâmetro inicial de 80 mm vai ser torneado para Ø74 mm num torno CNC com pastilha de carboneto TiAlN P25.

Condições: - Vc recomendada para C45 com TiAlN: 140 m/min - Avanço: f = 0,25 mm/rot - Profundidade de corte ap = 3 mm (por passagem: de Ø80 para Ø74 = 3 mm por lado)

a) Calcule a rotação n para o diâmetro inicial Ø80 mm.

b) Calcule a rotação n para o diâmetro final Ø74 mm.

c) Para manter Vc constante em modo G96 (velocidade de corte constante), como varia a rotação ao longo da operação?

d) Calcule o tempo de maquinagem para um comprimento de 150 mm.

Soluções — Problema 2

a) n para Ø80:

$$n = \frac{1000 \times 140}{\pi \times 80} = \frac{140\,000}{251,3} \approx \mathbf{557 \text{ rpm}}$$

b) n para Ø74:

$$n = \frac{1000 \times 140}{\pi \times 74} = \frac{140\,000}{232,5} \approx \mathbf{602 \text{ rpm}}$$

c) Variação da rotação com G96:

Com G96 (Vc constante), à medida que o diâmetro diminui de 80 para 74 mm, a rotação aumenta de 557 para 602 rpm para manter sempre Vc = 140 m/min. O controlador ajusta n automaticamente.

d) Tempo de maquinagem:

Vf = f × n = 0,25 × 557 = 139 mm/min (usando n ao diâmetro inicial, aproximação conservadora)

$$t = \frac{L}{V_f} = \frac{150}{139} \approx \mathbf{1,08 \text{ min}} = 65 \text{ segundos}$$

(Nota: com G96, o avanço efectivo varia ligeiramente ao longo da passagem; para cálculo exacto usar n médio ≈ 580 rpm → Vf = 145 mm/min → t = 150/145 ≈ 1,03 min)

Grupo III — Programação G-code (40 pontos)

Exercício — Programa para Contorno Rectangular

Escreva um programa G-code completo para maquinar o contorno exterior do rectângulo mostrado abaixo, utilizando uma fresa de topo Ø10 mm (T01) em alumínio 6061-T6.

Especificações: - Rectângulo: 80 mm × 50 mm, com canto inferior esquerdo na origem (X0, Y0) - Sistema de coordenadas: G54 (origem definida no canto inferior esquerdo) - Profundidade de corte: Z = -4 mm (peça tem 10 mm de espessura) - Velocidade de corte: Vc = 400 m/min → n ≈ 12 739 rpm (usar S13000) - Avanço de corte: Vf = 2 000 mm/min - Usar compensação de raio G41 (D01 = raio de 5 mm) - Entrada pelo ponto X-8, Y25 (lado esquerdo, a meia altura) - Saída pelo mesmo ponto

         Y
         │
    50   ├──────────────────┐
         │                  │
         │   CONTORNO       │
         │   80×50 mm       │
         │                  │
    0    ├──────────────────┤──── X
         0                 80

Requisitos do programa: 1. Setup inicial (G21, G17, G90, G40) 2. Selecção do WCS G54 3. Troca e activação da ferramenta T01 4. Arranque do fuso com rotação correcta para alumínio 5. Posicionamento rápido e descida para profundidade 6. Activação de compensação de raio 7. Contorno completo (4 lados) 8. Desactivação da compensação e subida 9. Paragem do fuso e fim de programa

Solução — Programa G-code

%
O0046 (CONTORNO RECTANGULAR 80x50 - AL6061 - FRESA D10)
(FERRAMENTA: T01 - FRESA TOPO D10 - 4 DENTES CARBONETO)
(VC=400 M/MIN - N=12739 RPM - VF=2000 MM/MIN - AP=4MM)
(--------------------------------------------------------)
N10 G21 G17 G90 G40 G49   ; Unidades mm, plano XY, modo absoluto, cancela comp.
N20 G54                    ; Sistema de coord. peça 1
N30 T01 M06                ; Montar fresa de topo D10 em T01
N40 G43 H01                ; Compensação comprimento ferramenta T01
N50 M03 S13000             ; Fuso CW, 13000 rpm (≈Vc 408 m/min)
N60 M08                    ; Liga fluido de corte
(POSICIONAMENTO INICIAL)
N70 G00 X-8. Y25. Z5.      ; Posição de entrada, Z+5 (acima da peça)
N80 G01 Z-4. F500          ; Descida a Vf reduzida para Z-4 (profundidade)
(ACTIVAR COMPENSAÇÃO RAIO ESQUERDA - D01=5mm)
N90 G41 D01                ; Compensação à esquerda (ferramenta à esquerda do contorno)
N100 G01 X0. Y25. F2000    ; Aproximar ao contorno (lado esquerdo)
(CONTORNO RECTANGULAR - SENTIDO CCW para G41 correcta)
N110 G01 X0. Y0.           ; Descer ao canto inf. esquerdo
N120 G01 X80. Y0.          ; Lado inferior (esq → dir)
N130 G01 X80. Y50.         ; Lado direito (baixo → cima)
N140 G01 X0. Y50.          ; Lado superior (dir → esq)
N150 G01 X0. Y0.           ; Lado esquerdo (cima → baixo) - fecha contorno
N160 G01 X0. Y25.          ; Retornar ao ponto de entrada
(DESACTIVAR COMPENSAÇÃO E SAIR)
N170 G40                   ; Cancela compensação de raio
N180 G01 X-8. Y25.         ; Afastar para fora do contorno
N190 G00 Z50.              ; Subir Z (posição segura)
N200 M09                   ; Desliga fluido
N210 M05                   ; Para fuso
N220 G28 G91 Z0.           ; Retorno ref. máquina em Z
N230 G90                   ; Restaurar modo absoluto
N240 M30                   ; Fim de programa
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Notas explicativas: - O contorno é percorrido no sentido anti-horário (CCW) com G41 (compensação esquerda), o que coloca a ferramenta fora do contorno (corte exterior) - Se fosse necessário corte interior, usaríamos G42 com CCW ou G41 com CW - O ponto de entrada X-8 está fora do material, permitindo que a compensação de raio se estabilize antes de tocar na peça - A descida em Z usa F500 (mais lenta) para não chocar com a peça - G43 H01 compensa o comprimento da ferramenta T01 (valor medido previamente)

Ficha de Trabalho 1 — UC02946 — TMIM — Aulify