Sebenta · Utilizar programação automática CAM, para maquinagem a 3 eixos, de componentes de mobiliário e carpintaria (UC02082)

Introdução

Esta sebenta ensina a programar automaticamente, em software CAM, a maquinagem CNC a 3 eixos de componentes de mobiliário e carpintaria. O objetivo não é desenhar a peça (isso é trabalho do CAD), é transformar essa geometria num programa CNC completo: ferramentas escolhidas e configuradas, percursos calculados, estratégias de maquinagem aplicadas, simulação validada e pós-processamento gerado para a máquina.

O percurso segue a sequência real de um projeto de CAM: conhecer o ambiente do software, importar a geometria, definir planos e faces de maquinagem, criar e configurar ferramentas, estabelecer percursos e estratégias, programar multifuração, automatizar o que é repetitivo, simular e detetar colisões, aplicar o pós-processamento e fazer a maquinagem teste. Ao longo de todo o processo, contam a organização do trabalho, o uso de equipamentos de proteção individual, o cumprimento das normas de segurança e saúde no trabalho e das normas da qualidade.

Objetivos de aprendizagem (referencial): criar, em software CAD-CAM, ferramentas para maquinagem CNC a 3 eixos; estabelecer a configuração das ferramentas; e aplicar, em ambiente CAD-CAM, ferramentas de corte, percursos e estratégias de maquinagem CNC a 3 eixos, para componentes de mobiliário e carpintaria.

1. Fabrico assistido por computador (CAM)

O CAM (Computer-Aided Manufacturing, fabrico assistido por computador) é o software que transforma a geometria de uma peça num programa que a máquina CNC consegue executar. Enquanto o CAD (Computer-Aided Design) desenha a peça, o CAM decide como a máquina a vai maquinar: com que ferramentas, por que percursos e com que estratégias.

O fluxo completo: CAD, CAM, pós-processador, CNC

Convém ter na cabeça as quatro peças da cadeia, porque cada uma resolve um problema diferente e cada uma pode introduzir os seus próprios erros:

Quando uma peça sai errada, o primeiro trabalho do programador é descobrir em que elo o erro entrou. Um furo no sítio errado pode vir do desenho (CAD), da origem mal escolhida (CAM) ou da origem mal medida na máquina (CNC). Corrigir no elo errado só esconde o problema.

Programação manual e programação automática

Uma máquina CNC pode ser programada de duas formas:

• Programação manual: o programador escreve, linha a linha, o programa em código ISO (os chamados "códigos G": G00 movimento rápido, G01 movimento linear, G02/G03 arcos, e assim por diante), calculando ele próprio todas as coordenadas. É viável para peças simples: um retângulo, uma dúzia de furos.
• Programação automática (CAM): o programador trabalha sobre a geometria, escolhe ferramentas e estratégias, e o software calcula as coordenadas de todos os movimentos. O código final é gerado pelo pós-processador.

Numa porta com um contorno curvo e um rebaixo, o CAM calcula centenas de pontos e arcos que à mão levariam horas e teriam grande probabilidade de erro. Por isso a programação automática é hoje a regra na indústria de mobiliário, e a manual fica para correções rápidas junto da máquina e para perceber o que o CAM gerou.

Muitos centros de trabalho de mobiliário (de fabricantes como Biesse, SCM ou Homag) programam-se sobretudo no software próprio do fabricante, com editores gráficos de peças, furos e fresagens, e não em código ISO puro. A lógica desta sebenta aplica-se da mesma maneira: há sempre geometria, ferramentas, faces, operações, simulação e um ficheiro final que a máquina lê. Muda a interface, não o raciocínio.

Âmbito de aplicação

O CAM aplica-se sempre que uma peça vai ser maquinada por controlo numérico. Nesta UC interessa a maquinagem a 3 eixos de componentes de mobiliário e carpintaria, por exemplo:

• Mobiliário de painel: laterais, tampos, fundos, prateleiras e frentes de gaveta em aglomerado ou MDF, com furação para ferragens e cavilhas.
• Portas e frentes: contornos, rebaixos, almofadas fresadas, puxadores embutidos, gravações decorativas.
• Carpintaria: aros e guarnições, peças de escadas, portas interiores com fresagens, rasgos para ferragens de fechadura.
• Peças especiais: letreiros gravados, moldes e formas em madeira maciça ou MDF, superfícies curvas maquinadas em 3 eixos simultâneos.

Ficam fora do âmbito desta UC as peças que exigem 4.º e 5.º eixos (cortes inclinados com a cabeça rodada, maquinagem em várias faces sem reposicionar a peça) e o torneamento, que tem máquinas e programação próprias.

Vantagens

• Rapidez a programar peças complexas, muito maior do que escrever código CNC à mão.
• Repetibilidade: o mesmo programa reproduz sempre a mesma peça, hoje ou daqui a um ano.
• Simulação prévia, que reduz o risco de erro, de colisão e de peça estragada na máquina real.
• Otimização de material: o CAM permite planear o aproveitamento do painel (encaixe de peças, em inglês nesting).
• Estimativa de tempo de maquinagem, útil para orçamentar uma encomenda.
• Alterações rápidas: se o cliente muda uma cota, recalculam-se os percursos em vez de reescrever o programa.

Desvantagens

• Custo do software, das licenças anuais e dos pós-processadores.
• Formação: exige tempo até se dominarem os comandos de CAM e os parâmetros de corte.
• Dependência de um posto informático e de uma boa organização de ficheiros.

Limitações

• Dependência da geometria de entrada: uma geometria mal desenhada produz sempre um programa mau, por melhor que seja o software.
• O CAM não conhece a oficina real: se a ferramenta montada, a fixação ou a origem medida na máquina forem diferentes das previstas, o programa falha.
• A simulação é um modelo: não reproduz as vibrações, as folgas da fixação, a deformação de uma peça fina nem o desgaste da ferramenta.
• O pós-processador tem de estar certo para aquela máquina; um pós-processador genérico pode gerar códigos que a máquina interpreta de outra forma.
• Não substitui o conhecimento de maquinagem: quem escolhe a estratégia, a ferramenta e a ordem das operações é o programador.

Exemplo resolvido · Do desenho à peça

Uma marcenaria recebe o desenho técnico de uma porta de armário com um rasgo decorativo. Os passos até à máquina:

1. Importar a geometria da porta para o ambiente CAM.
2. Verificar escala, unidades e se o contorno está fechado.
3. Escolher a fresa para o corte do contorno e a fresa de gravação para o rasgo.
4. Definir os percursos e as estratégias (corte para o contorno, gravação para o rasgo).
5. Simular, detetar colisões, aplicar o pós-processamento e maquinar uma peça teste.

Sem CAM, o mesmo trabalho exigiria calcular e escrever à mão todas as coordenadas do contorno e do rasgo, com a compensação do raio da fresa feita de cabeça.

2. Máquinas CNC e maquinagem a 3 eixos

O sistema de eixos

As máquinas CNC usam um sistema de coordenadas cartesiano de mão direita, definido pela norma ISO 841. Para o perceber, abre a mão direita: o polegar aponta para X positivo, o indicador para Y positivo e o dedo médio para Z positivo.

• Z é, por convenção, o eixo da árvore (o eixo da ferramenta). Nas fresadoras e centros de trabalho para mobiliário, com a ferramenta vertical, Z é vertical.
• Z positivo é o sentido em que a ferramenta se afasta da peça. Por isso, as profundidades de corte escrevem-se com Z negativo quando o zero está no topo da peça (Z-5 significa 5 mm abaixo do topo).
• X é normalmente o eixo mais comprido da mesa; Y completa o triedro.
• Os eixos rotativos chamam-se A, B e C e rodam em torno de X, Y e Z, respetivamente. Uma máquina "de 5 eixos" junta dois destes aos três lineares.

Na prática de oficina, cada fabricante pode colocar a origem da máquina num canto diferente da mesa. O programador confirma sempre no manual da máquina onde está o zero da máquina e em que sentido crescem X e Y.

3 eixos, 2,5D e 3 eixos simultâneos

Uma máquina de 3 eixos move a ferramenta em X, Y e Z. A diferença importante para o CAM está em como esses eixos se movem:

A grande maioria do trabalho de mobiliário de painel é 2D e 2,5D: contornos, furos e cavidades de fundo plano. A maquinagem 3D a 3 eixos simultâneos aparece em peças de forma livre e exige estratégias próprias (desbaste por patamares seguido de acabamento de superfície com fresa de ponta esférica) e muito mais tempo de máquina.

Uma limitação de fundo dos 3 eixos: a ferramenta está sempre na vertical, por isso só se maquina o que a ferramenta "vê" de cima. Uma zona escondida debaixo de outra (contrassaída) não é alcançável sem virar a peça ou sem um eixo rotativo.

Tipos de máquinas CNC para mobiliário e carpintaria

O referencial fala em fresadora, multifuradora e centro de trabalho multifunções:

• Fresadora CNC (router) de mesa plana: mesa de vácuo em toda a área, uma ou mais eletromandris. Muito usada para encaixe de peças no painel (nesting): o painel inteiro é posto na mesa, a máquina fura, fresa e recorta todas as peças. Típica de cozinhas e mobiliário por medida.
• Multifuradora CNC: especializada em furação de painéis, com cabeças de muitas brocas verticais e, muitas vezes, horizontais (para furar os topos). Programa-se quase só com operações de furação.
• Centro de trabalho multifunções (mesa de consolas e ventosas): a peça assenta em ventosas sobre consolas móveis; tem eletromandril, grupo de furação com brocas verticais e horizontais, por vezes grupo de serra e agregados. Serve para peças de mobiliário e de carpintaria (portas, aros, degraus).

Fixação da peça por vácuo

Na madeira, a fixação mais comum é o vácuo. A força teórica com que uma ventosa segura a peça é a depressão vezes a área útil:

F = p × A

Exemplo resolvido · Força de uma ventosa

Ventosa de 120 × 120 mm, depressão de 0,8 bar (80 kPa).

1. Área: A = 0,120 m × 0,120 m = 0,0144 m².
2. Depressão em pascal: 0,8 bar = 80 000 Pa (1 bar = 100 000 Pa).
3. Força: F = 80 000 × 0,0144 = 1152 N, cerca de 1150 N teóricos.

Este valor é teórico: fugas pela junta, uma face porosa (MDF cru, aglomerado sem revestimento) ou uma peça empenada reduzem-no. E o raciocínio inverso é o que interessa ao programador: uma peça pequena tem pouca área, logo pouca força de fixação. Uma peça de 80 × 60 mm numa mesa de vácuo tem 0,0048 m², apenas um terço da ventosa do exemplo, e pode ser arrastada pela fresa. É por isso que no CAM se usam, para peças pequenas, micro-junções, uma última passagem pouco profunda ou uma ordem de corte que deixe as peças pequenas para o fim (ver capítulo 7).

O ar comprimido que alimenta cilindros e trocas de ferramenta nestas máquinas anda tipicamente entre 6 e 7 bar, mas o valor certo é sempre o que o fabricante indica no manual.

3. Sequência de operações e ambiente do software de CAM

Sequência de operações para programação CNC automática

Programar em CAM segue sempre a mesma sequência lógica, independentemente do software usado:

Cada passo depende do anterior. Uma origem mal definida no passo 2 estraga tudo o que vem depois, mesmo que as ferramentas e as estratégias estejam perfeitas. Por isso, quando se corrige um erro, volta-se ao passo onde ele nasceu e recalcula-se o que vem a seguir, em vez de remendar o programa final.

A peça em bruto

Um conceito que os alunos esquecem com frequência: além da peça final, o CAM precisa de saber de onde se parte. A peça em bruto (em inglês stock) é o volume de material que está na máquina antes de começar: um painel de 2800 × 2070 × 19 mm, uma tábua de maciço de 1000 × 200 × 30 mm, um bloco de MDF colado. Sem peça em bruto bem definida:

• a simulação não mostra o material que sobra nem as colisões com ele;
• as estratégias de desbaste não sabem quanto material há para tirar;
• os movimentos rápidos podem atravessar zonas onde ainda há material.

Ambiente gráfico e área de trabalho

O ambiente gráfico do software de CAM organiza-se tipicamente em quatro zonas:

• Área de visualização 3D: mostra a peça, a ferramenta e o percurso calculado.
• Árvore de operações: lista, por ordem, todas as operações de maquinagem já criadas.
• Comandos de CAM: barras de ferramentas e menus com os comandos disponíveis.
• Painel de propriedades: os parâmetros da operação selecionada (ferramenta, profundidade, avanço, estratégia).

Comandos de CAM

Diferenciar os comandos de CAM disponibilizados pelo software é uma das primeiras aptidões a desenvolver. Os nomes e os ícones mudam de software para software, mas os comandos organizam-se sempre pelas mesmas funções:

Conhecer esta organização acelera muito a aprendizagem de qualquer software novo do mercado: perante uma interface desconhecida, o programador procura "onde está a biblioteca de ferramentas", "onde se define a origem", "onde está o pós-processador", e encontra-os.

Configuração e personalização do ambiente

O referencial pede que se saiba efetuar a configuração e personalização das ferramentas de CAM, isto é, do próprio software. As personalizações mais úteis numa oficina de mobiliário:

• Unidades de trabalho em milímetros e avanço em mm/min ou m/min, de acordo com o que a máquina usa.
• Biblioteca de ferramentas igual ao armazém de ferramentas da máquina (mesmos números de posição, mesmos diâmetros).
• Biblioteca de materiais com as espessuras usadas (por exemplo, aglomerado melamínico de 19 mm, MDF de 16 e 19 mm, contraplacado de 18 mm) e os parâmetros de corte de cada um.
• Valores por omissão das operações: altura de segurança, sobre-espessura de acabamento, tipo de entrada.
• Barras de ferramentas com os comandos que a oficina mais usa à mão, e atalhos de teclado.
• Pós-processador por omissão da máquina que mais trabalha.

Estas configurações ficam guardadas e partilhadas pela equipa, para que dois programadores gerem programas coerentes para a mesma máquina.

4. Importação de geometrias e sólidos

Antes de programar, a peça tem de existir no ambiente CAM. Há duas origens possíveis para essa geometria.

Desenhar no próprio software

Alguns softwares de CAM incluem um módulo de desenho (CAD) integrado, útil para peças simples ou para pequenos ajustes.

Importar ficheiros externos

A situação mais comum: efetuar a importação de geometrias ou sólidos de peças em ficheiros externos vindos do gabinete de projeto. Cuidados obrigatórios:

• Confirmar a escala e as unidades (milímetros ou polegadas); um erro aqui multiplica ou divide todas as cotas.
• Verificar se a geometria está fechada, sem arestas soltas ou superfícies com furos.
• Reparar ou simplificar geometria problemática antes de avançar para as fases seguintes.

Formatos de ficheiro mais comuns

Preparar um DXF para maquinar

O DXF é o formato que mais aparece na oficina, e também o que mais problemas dá. Uma lista de verificação prática:

1. Unidades e escala: medir uma cota conhecida logo após importar.
2. Contornos fechados: um contorno para corte ou cavidade tem de ser uma polilinha fechada. Linhas que "parecem" ligadas mas têm uma folga de 0,01 mm não são um contorno fechado para o software. Usa o comando de juntar e fechar.
3. Linhas duplicadas: duas linhas sobrepostas geram dois percursos, e a ferramenta passa duas vezes no mesmo sítio.
4. Arcos e círculos: preferir arcos verdadeiros a círculos partidos em dezenas de segmentos, que dão movimentos aos soluços e mau acabamento.
5. Camadas (layers): muitas oficinas combinam um código de camadas com o gabinete de projeto, por exemplo uma camada para o contorno exterior, outra para cavidades de uma dada profundidade, outra para furos de 5 mm. O CAM pode então atribuir operações automaticamente por camada (ver capítulo 9). A convenção é interna à empresa: não há uma norma única, o que importa é estar escrita e ser cumprida por todos.
6. Elementos que não são para maquinar: cotas, textos de legenda, molduras de folha e tramas devem ser apagados ou ficar numa camada desligada.

Importar sólidos 3D

Com um sólido (STEP, por exemplo) o CAM consegue reconhecer faces planas, furos e cavidades e calcular sozinho a profundidade de cada um. Antes de programar, confirma:

• que o sólido está fechado (é um volume, não um conjunto de superfícies soltas);
• a orientação: a face que vai ficar para cima na máquina deve estar voltada para Z positivo;
• se o modelo representa a peça final (com todos os furos e rebaixos) ou só o volume exterior.

Posicionar a peça no ambiente CAM

Depois de importada, a peça é posicionada no ambiente de trabalho, alinhada com o painel ou com o dispositivo de fixação real, para que a origem do programa corresponda à origem da peça na máquina. Posicionar inclui três decisões:

• Rodar a peça para que o fio da madeira (ou o sentido do padrão do melamínico) fique na direção pretendida. Num painel com veio de madeira impresso, todas as frentes de uma cozinha devem ter o veio no mesmo sentido.
• Colocar a peça no canto ou no batente que a máquina usa como referência (os batentes de encosto da mesa).
• Assentar a face inferior da peça em Z = 0 da mesa, ou o topo em Z = 0, conforme a convenção escolhida para a origem (ver capítulo 5).

Exemplo resolvido · Corrigir uma importação em unidades erradas

Uma peça de 800 mm de largura é importada e aparece no ambiente CAM com 31,5 unidades de largura.

1. Verificar as propriedades do ficheiro: as unidades de origem eram polegadas.
2. Confirmar: 800 mm ÷ 25,4 ≈ 31,5 polegadas, o valor bate certo.
3. Corrigir a unidade de importação para milímetros, ou aplicar um fator de escala de 25,4.
4. Confirmar que a peça fica com 800 mm reais antes de continuar.

Uma verificação de dois minutos evita uma peça inteira maquinada à escala errada.

5. Planos e faces de maquinagem

Uma peça maquinada a 3 eixos é trabalhada face a face. Antes de programar qualquer operação, é preciso definir três elementos:

• O plano de trabalho, o plano XY onde a ferramenta se desloca durante cada operação.
• A face de maquinagem ativa, com a sua própria orientação.
• A origem de peça (zero-peça), o ponto de referência de todas as coordenadas do programa nessa face.

Selecionar planos e faces de maquinagem

Cada face de uma peça pode ter operações, ferramentas e origem próprias. Ao mudar de face (por exemplo, de topo para o verso de um painel), é obrigatório redefinir a origem e confirmar a orientação dos eixos, para que o programa não fique invertido em relação à peça real.

As faces de um painel

Um painel de mobiliário é um paralelepípedo com seis faces: a face de cima, a face de baixo e quatro topos (orlas). Em muitos softwares de mobiliário as faces são numeradas ou nomeadas (face 1 a face 6, ou "cima", "baixo", "frente", "trás", "esquerda", "direita"). A numeração depende do software; o aluno deve aprender a do software usado na escola e não a de outro.

Numa máquina de 3 eixos com a ferramenta vertical:

• a face de cima é maquinada diretamente, com fresas e brocas verticais;
• a face de baixo só se maquina virando a peça, com uma nova origem e uma segunda fixação;
• os topos só se furam se a máquina tiver brocas horizontais (grupo de furação horizontal) ou um agregado de ângulo. Uma fresadora de mesa plana sem esses grupos não fura topos.

É por isso que, ao programar uma lateral de roupeiro, o programador pensa logo de início: o que vai na face de cima, o que vai nos topos, o que obriga a virar a peça. Um bom projeto de peça coloca o máximo de operações na mesma face, para evitar viragens (cada viragem é tempo perdido e uma nova oportunidade de erro).

Onde pôr o zero em Z

Há duas convenções, e ambas são usadas na indústria:

O que interessa é que o CAM e a máquina usem a mesma convenção. Uma origem Z no topo no CAM e na mesa na máquina faz a ferramenta descer 19 mm a mais, direita à mesa.

Altura de segurança e plano de aproximação

Duas alturas que se definem em cada face:

• Altura de segurança: altura a que a ferramenta se desloca em movimento rápido entre operações, acima de qualquer grampo, ventosa ou peça.
• Plano de aproximação (ou de retração): altura, poucos milímetros acima da peça, a partir da qual a ferramenta passa do movimento rápido para o avanço de trabalho.

Se a altura de segurança for demasiado baixa, um movimento rápido pode bater num grampo ou numa ventosa. Se for exageradamente alta, perde-se tempo em cada subida e descida.

Exemplo resolvido · Uma lateral com operações em três faces

Lateral de roupeiro em aglomerado melamínico de 19 mm, 2000 × 560 mm. Leva: furos de 5 mm para suportes de prateleira na face interior, alojamentos para a base das dobradiças na face interior, um rasgo para o fundo na face interior junto ao bordo de trás, e furos de 8 mm para cavilhas no topo de cima e no topo de baixo.

1. Face interior (para cima na máquina): furos de 5 mm, furos das bases de dobradiça, rasgo do fundo. Tudo na mesma fixação.
2. Topos de cima e de baixo: furos de cavilha com as brocas horizontais, na mesma fixação, se a máquina as tiver.
3. Face exterior: nada. Assim evita-se virar a peça.
4. Se a máquina não tiver brocas horizontais, as cavilhas dos topos passam para outra máquina (uma furadora de cavilhas) ou para outra solução de montagem, por exemplo ferragens de união que se furam só na face.

Erro típico: origem esquecida ao mudar de face

Um sintoma comum: a peça maquina corretamente numa face, mas na segunda face os furos aparecem espelhados ou deslocados. Causa quase sempre a mesma: a origem de peça não foi redefinida ao trocar de face. Solução: antes de qualquer operação numa nova face, confirmar o zero-peça e a orientação dos eixos nessa face.

6. Ferramentas: criação e configuração

Criar ferramentas de maquinagem CNC a 3 eixos

Criar, em software CAD-CAM, ferramentas para maquinagem CNC a 3 eixos é definir, na biblioteca do software, cada ferramenta de corte disponível na oficina, com as medidas reais do catálogo do fabricante e da ferramenta montada na máquina. As famílias principais:

Cada ferramenta fica descrita, no mínimo, por:

• diâmetro de corte;
• comprimento útil (a zona que corta) e comprimento total;
• saliência, isto é, quanto a ferramenta sai do porta-ferramentas (determina a profundidade máxima a que se chega sem o porta-ferramentas bater na peça);
• número de arestas de corte (dentes, representado por z);
• forma da ponta (plana, esférica, em V com o seu ângulo);
• sentido de rotação e rotação máxima admissível;
• se corta ao centro ou não (decide se pode descer a direito, ver capítulo 7);
• porta-ferramentas (o cone e a pinça onde está montada), para a deteção de colisões.

As fresas helicoidais e o lascar das faces

Nos painéis revestidos (melamina, folha de madeira, laminado) o que mais preocupa é lascar a orla da face revestida. A hélice da fresa decide para que lado vai a força de corte:

• Corte ascendente: sobe a apara, evacua bem, arrefece a fresa, mas puxa as fibras e o revestimento da face de cima, que pode lascar. Bom em cavidades e rasgos, onde a apara tem de sair.
• Corte descendente: empurra a apara para baixo, deixa a face de cima limpa, mas pode lascar a face de baixo e evacua mal a apara em cavidades fundas.
• Compressão: a parte de baixo da fresa é ascendente e a de cima é descendente; as duas forças apertam o revestimento das duas faces para dentro. É a escolha habitual para cortar painéis melamínicos com duas faces à vista. Só funciona bem se a profundidade de passagem cobrir a zona de transição da fresa, o que o fabricante indica.

Materiais do gume

Os derivados de madeira com colas e partículas minerais gastam a ferramenta muito mais depressa do que a madeira maciça. Uma fresa gasta aquece, queima a madeira e lasca o revestimento: o desgaste também é um problema de qualidade.

Rotação máxima admissível

As ferramentas para madeira trazem gravada a rotação máxima admissível (n max), de acordo com a norma europeia de segurança de ferramentas para madeira (EN 847-1 para ferramentas de fresar e aplainar). Nunca se excede esse valor, nem por engano no CAM. Na biblioteca de ferramentas, a rotação máxima deve ficar registada, e muitos softwares avisam se uma operação a ultrapassar.

Estabelecer a configuração das ferramentas

Depois de criada, cada ferramenta é configurada com os parâmetros que controlam o corte:

Velocidade de corte

A velocidade de corte é a velocidade do gume na periferia da ferramenta. Em madeira dá-se normalmente em metros por segundo:

vc = π × D × n / 60 000 (vc em m/s, D em mm, n em rpm)

O 60 000 vem de duas conversões: 1000 para passar de milímetros a metros e 60 para passar de minutos a segundos. Em metalurgia é costume dar vc em m/min; nesse caso divide-se só por 1000.

Exemplo resolvido · Velocidade de corte

Fresa de 12 mm a 18 000 rpm.

1. Perímetro da fresa: π × 12 = 37,7 mm por volta.
2. Por minuto: 37,7 × 18 000 = 678 600 mm/min = 678,6 m/min.
3. Por segundo: 678,6 ÷ 60 = 11,3 m/s.

Com a fórmula direta: vc = π × 12 × 18 000 / 60 000 = 11,3 m/s. O mesmo resultado.

Observa o efeito do diâmetro: à mesma rotação, uma fresa de 6 mm tem metade da velocidade de corte (5,65 m/s). Uma fresa pequena precisa de mais rotação para cortar em boas condições, até ao limite da rotação máxima gravada e da eletromandril.

Avanço por dente

O avanço por dente é a espessura da apara que cada gume tira em cada volta:

fz = F / (n × z) (fz em mm, F em mm/min, n em rpm, z número de dentes)

Exemplo resolvido · Avanço por dente

Fresa de 2 dentes, 18 000 rpm, avanço de 10 m/min.

1. Avanço em mm/min: 10 m/min = 10 000 mm/min.
2. Número de "dentadas" por minuto: n × z = 18 000 × 2 = 36 000.
3. fz = 10 000 ÷ 36 000 = 0,28 mm por dente.

E ao contrário: se o fabricante recomenda 0,3 mm por dente para aquela fresa e aquele material, a 18 000 rpm, o avanço fica F = fz × n × z = 0,3 × 18 000 × 2 = 10 800 mm/min, cerca de 10,8 m/min.

O avanço por dente é o parâmetro que melhor explica o que se passa no corte:

• fz demasiado baixo: o gume "esfrega" em vez de cortar, aquece, queima a madeira e gasta a ferramenta depressa. É o erro de quem baixa o avanço "por segurança".
• fz demasiado alto: esforço excessivo, arranque de fibras, lascas no revestimento e risco de partir a ferramenta.

Os valores de partida vêm sempre do catálogo do fabricante da ferramenta, para aquele material; depois afinam-se na maquinagem teste, olhando para a apara, o som, o acabamento e a temperatura.

Sentido de corte: concordante e discordante

• Discordante (em inglês conventional): o dente entra na madeira com espessura de apara quase nula e sai com a espessura máxima; o dente "roda contra" o avanço. Tende a levantar as fibras à entrada.
• Concordante (em inglês climb): o dente entra com a espessura máxima e sai com espessura nula; o dente "roda a favor" do avanço. Dá em geral melhor acabamento na orla e menos arranque de fibras, mas exige uma máquina rígida e uma boa fixação, porque a ferramenta tende a puxar a peça.

Com a árvore a rodar no sentido horário (M03, visto de cima), contornar o exterior de uma peça no sentido horário dá fresagem concordante; contornar no sentido anti-horário dá discordante. Numa cavidade (interior) é o inverso. Em madeira maciça, o sentido do fio também conta: há situações em que se faz uma passagem discordante de desbaste e uma concordante de acabamento para evitar arrancar fibras.

Compensação automática da ferramenta

A compensação automática da ferramenta é particularmente importante: o contorno desenhado é a peça, mas quem se move é o centro da fresa. Para uma fresa de 12 mm contornar o exterior de uma peça, o centro tem de passar 6 mm (o raio) por fora do contorno. Há duas formas de o fazer:

• Compensação no CAM: o software calcula o percurso do centro já deslocado do raio. O programa final traz as coordenadas do centro. É o mais comum.
• Compensação no controlador: o programa traz as coordenadas do contorno e os códigos G41 (ferramenta à esquerda do percurso) ou G42 (ferramenta à direita), e G40 para anular; o controlador desloca o percurso com base no raio registado na tabela de ferramentas da máquina. Vantagem: se a fresa for afiada e ficar com menos 0,2 mm, corrige-se o raio na máquina sem voltar ao CAM.

Nos dois casos, a peça final fica com a medida correta mesmo trocando de diâmetro de ferramenta, desde que o diâmetro registado seja o real. Com rotação horária (M03), contornar o exterior com G41 dá fresagem concordante. Em muitos softwares a opção aparece como "lado da ferramenta: exterior, interior ou sobre a linha"; "sobre a linha" (sem compensação) usa-se em gravação e em rasgos da largura da fresa.

Exemplo resolvido · Configurar uma fresa para contorno

Fresa de compressão de 12 mm, 2 dentes, em metal duro, para cortar prateleiras em aglomerado melamínico de 19 mm.

1. Criar a ferramenta na biblioteca: diâmetro 12 mm, 2 dentes, comprimento útil suficiente para os 19 mm mais a entrada no tabuleiro de sacrifício, rotação máxima gravada na haste registada.
2. Rotação: 18 000 rpm, abaixo da rotação máxima. Confirmar vc = π × 12 × 18 000 / 60 000 = 11,3 m/s.
3. Avanço: com o fz recomendado pelo fabricante (suponhamos 0,28 mm), F = 0,28 × 18 000 × 2 ≈ 10 000 mm/min.
4. Profundidade por passagem: numa só passagem, se a máquina, a fresa e a fixação o permitirem e a zona de compressão ficar bem posicionada; em duas passagens, se a peça for pequena ou a fixação fraca.
5. Compensação: exterior do contorno, sentido horário (concordante com M03).

Cada parâmetro bem definido reduz o risco de lascas, queimaduras, desgaste prematuro ou quebra da ferramenta.

7. Percursos, entradas e saídas da ferramenta

Estabelecer percursos de maquinagem

Um percurso de maquinagem é o caminho que a ferramenta percorre para retirar material até à forma final da peça. O software calcula-o automaticamente a partir da geometria e da estratégia escolhida, mas cabe ao programador validar e ajustar:

• O sentido do percurso (concordante ou discordante, ver capítulo 6).
• O ponto de início: onde a ferramenta entra no contorno. Deve ficar numa zona pouco visível ou num canto, e não a meio de uma orla à vista.
• O passo lateral entre passagens paralelas.
• A profundidade de passe e o número de patamares.
• A sobre-espessura deixada para o acabamento.
• As zonas de entrada e saída da ferramenta.
• A ordem das operações e das peças.

Todos estes valores são regras práticas, afinadas pela experiência e pelos catálogos das ferramentas; não há uma norma que os fixe. O programador começa por valores prudentes e afina-os na maquinagem teste.

Passo lateral e profundidade de passe

• Passo lateral (em inglês stepover): distância entre duas passagens lado a lado. Em desbaste de cavidades com fresa de topo plano usa-se muitas vezes entre metade e dois terços do diâmetro; em acabamento de superfícies 3D com fresa esférica usa-se um passo muito menor, porque decide a altura das cristas que ficam na superfície.
• Profundidade de passe: quanto a ferramenta desce em cada patamar. Depende do diâmetro e do comprimento útil da fresa, do material, da rigidez da máquina e da fixação. Uma fresa fina e comprida aguenta menos profundidade do que uma curta e grossa.

Exemplo resolvido · Número de passagens numa cavidade

Cavidade retangular de 100 × 60 mm, 8 mm de profundidade, fresa de 12 mm, passo lateral de 6 mm (metade do diâmetro), profundidade de passe máxima de 4 mm.

1. Patamares em Z: 8 ÷ 4 = 2 patamares (Z-4 e Z-8).
2. Largura que o centro da fresa tem de varrer: a fresa não pode sair da cavidade, logo o centro anda entre 6 mm de uma parede e 6 mm da outra: 60 - 12 = 48 mm.
3. Passagens em cada patamar (passagens paralelas ao lado de 100 mm): 48 ÷ 6 = 8 intervalos, logo 9 passagens.
4. Comprimento de cada passagem: 100 - 12 = 88 mm (o centro fica a 6 mm de cada topo).
5. Percurso de corte por patamar: 9 × 88 = 792 mm, mais 8 ligações de 6 mm = 48 mm, total 840 mm; com um contorno final de acabamento das paredes, o software soma o perímetro percorrido pelo centro: 2 × (88 + 48) = 272 mm.
6. Total nos dois patamares: 2 × (840 + 272) = 2224 mm, cerca de 2,2 m.
7. Tempo de corte a 6 m/min: 2,2 ÷ 6 = 0,37 min, cerca de 22 segundos, sem contar as entradas, as subidas e os movimentos rápidos.

O CAM faz esta conta sozinho e mais depressa, mas fazê-la à mão uma vez ensina a perceber porque é que o tempo cresce tanto quando se reduz o passo lateral ou a profundidade de passe.

A crista no acabamento 3D

Numa superfície 3D acabada com fresa de ponta esférica, entre duas passagens fica uma pequena crista (em inglês scallop). Numa superfície plana, a altura da crista é:

h = R - √(R² - (ae/2)²) (R raio da esfera, ae passo lateral, tudo em mm)

Exemplo: fresa esférica de 12 mm (R = 6 mm), passo lateral de 1 mm: h = 6 - √(36 - 0,25) = 6 - 5,979 = 0,021 mm. Com passo de 2 mm: h = 6 - √(36 - 1) = 6 - 5,916 = 0,084 mm, quatro vezes mais. Duplicar o passo lateral reduz o tempo para metade, mas a crista fica cerca de quatro vezes mais alta, e isso vê-se (e lixa-se) na peça.

Entradas e saídas da ferramenta

A forma como a ferramenta entra e sai da peça marca a segurança e a qualidade da operação:

• Mergulho vertical: a ferramenta desce a direito em material maciço. Só se admite com brocas e com fresas que cortam ao centro, e mesmo assim com avanço de descida reduzido. Muitas fresas para madeira não cortam ao centro (têm o centro da ponta sem gume) e, a descer a direito, esmagam e queimam a madeira e podem partir.
• Entrada em rampa: a ferramenta desce em diagonal enquanto avança, ao longo de uma parede ou de uma linha do percurso, até chegar à profundidade. Distribui o esforço.
• Entrada helicoidal: a ferramenta desce em espiral dentro de uma cavidade. É a entrada preferida em cavidades fechadas onde não há espaço para uma rampa linear.
• Entrada pelo ar: a ferramenta desce fora da peça (por exemplo, fora do contorno exterior, sobre a zona de desperdício) e entra de lado no material. Sempre que a estratégia o permita.
• Entrada e saída tangenciais: no contorno, a ferramenta chega e parte em arco ou em linha tangente ao contorno, em vez de chegar perpendicular. Evita a marca (o "beliscão") no ponto onde a ferramenta pousa e levanta.
• Sobreposição no fecho do contorno: a ferramenta passa uns milímetros além do ponto de início antes de sair, para não deixar degrau onde o contorno fecha.

Micro-junções e última passagem pouco profunda

Quando se cortam peças soltas de um painel (sobretudo peças pequenas numa mesa de vácuo), a peça pode mexer-se no fim do corte, quando fica solta. Duas soluções frequentes no CAM:

• Micro-junções (pontes, em inglês tabs): pequenos troços do contorno onde a ferramenta sobe e deixa material por cortar, com poucos milímetros de largura e de altura. A peça fica agarrada ao painel e separa-se depois à mão, com lixagem da marca.
• Última passagem pouco profunda (em inglês onion skin): corta-se quase toda a espessura, deixando uma "pele" fina no fundo, e só no fim se faz uma passagem rápida para a remover, já com as peças grandes ainda presas.

Outra regra de ordem: cortar primeiro as peças pequenas e só depois as grandes, e primeiro os interiores (cavidades, furos) e só depois os contornos exteriores.

Erros comuns de percurso

• Passo lateral excessivo no acabamento, deixando degraus ou cristas visíveis na superfície.
• Mergulho vertical numa cavidade fechada com uma fresa que não corta ao centro, que queima a madeira e pode partir a ferramenta.
• Ponto de início e de saída sobre uma zona visível da peça, marcando-a desnecessariamente.
• Peças pequenas cortadas sem micro-junções nem ordem de corte pensada, que se soltam e são projetadas pela fresa.

8. Estratégias de maquinagem

Cada operação usa uma estratégia de maquinagem ajustada ao objetivo. O referencial da UC identifica seis: corte e acabamento, furação, pré-desbaste, abertura de cavidades, facejamento e gravação.

Corte e acabamento

O corte (contorno) separa a peça do painel, seguindo o contorno exterior, ou abre um recorte interior (o vão de um lava-loiça num tampo, uma janela numa porta). Parâmetros principais: lado da ferramenta (exterior, interior), profundidade total, número de passagens, entradas e saídas, micro-junções.

O acabamento é a passagem final, com pouca sobre-espessura (tipicamente décimas de milímetro a um ou dois milímetros, conforme o caso), que deixa a orla ou a superfície com a medida e o aspeto finais. Como o esforço é pequeno, a ferramenta deflete pouco e a cota sai certa. A ordem lógica é sempre desbastar primeiro e acabar depois.

Exemplo resolvido · Contorno com passagem de acabamento

Tampo de mesa em carvalho maciço, 30 mm de espessura, contorno com cantos arredondados. Fresa de 12 mm.

1. Desbaste do contorno em 3 patamares de 10 mm, deixando 0,5 mm de sobre-espessura na orla.
2. Acabamento da orla numa só passagem a toda a altura, tirando os 0,5 mm, em sentido concordante, com entrada e saída tangenciais.
3. Resultado: a orla sai com a cota certa e sem os degraus que os três patamares de desbaste teriam deixado.

Furação

A furação faz furos cegos (com fundo) ou passantes, com brocas. No CAM define-se o diâmetro, a profundidade, o tipo de ponta e o ciclo:

• Furação simples: a broca desce até à profundidade e sobe. Serve para a maioria dos furos em painel, que são pouco profundos.
• Furação com descargas (picagem, em inglês peck drilling): a broca desce por etapas e sobe periodicamente para retirar a apara acumulada. Usa-se em furos profundos, sobretudo em madeira maciça e nos topos, onde a apara entope o furo e aquece a broca.
• Furação com quebra de apara: variante em que a broca recua só um pouco entre etapas, o suficiente para partir a apara, sem sair do furo.

Um furo maior do que as brocas disponíveis faz-se com uma fresa, em interpolação helicoidal (a fresa desce em espiral ao longo da parede do furo). É assim que muitas máquinas fazem furos de 20, 30 ou 50 mm sem ter uma broca de cada diâmetro.

Nos furos cegos em painel, a regra de ouro é não atravessar a face de baixo: num painel de 19 mm, um furo de 13 mm deixa 6 mm de parede. Um erro de origem Z de alguns milímetros faz o furo sair na face à vista do móvel.

Pré-desbaste

Remove a maior parte do material em passagens grosseiras e rápidas, deixando uma sobre-espessura uniforme para o acabamento. Protege a ferramenta de acabamento de esforços excessivos e garante que o acabamento corta sempre a mesma espessura, o que dá uma superfície homogénea. Em peças 3D, o pré-desbaste faz-se por patamares horizontais (2,5D) com uma fresa de topo plano, e só depois se passa ao acabamento 3D com fresa esférica.

Abertura de cavidades

Remoção de todo o material dentro de um contorno fechado: rebaixos, rasgos, alojamentos de ferragens (dobradiças invisíveis, fechaduras, puxadores embutidos), almofadas de porta. Os parâmetros próprios:

• Padrão de varrimento: em paralelo (zigue-zague) ou em espiral a seguir o contorno (em inglês offset). O espiral mantém mais constante o esforço na fresa; o paralelo é simples e rápido em cavidades retangulares.
• Entrada: em rampa ou helicoidal, nunca mergulho vertical com fresa que não corte ao centro.
• Cantos interiores: uma fresa redonda nunca faz um canto vivo interior; deixa sempre um raio igual ao seu. Se a peça que encaixa na cavidade tem cantos vivos, ou se arredondam os cantos dessa peça, ou se escolhe uma fresa mais pequena, ou se desenha um alívio no canto (o chamado "osso de cão", dog-bone, um pequeno recorte circular no canto).

Facejamento

Nivela e uniformiza uma face inteira. Na oficina de mobiliário aparece em dois casos típicos:

• Facejar o tabuleiro de sacrifício (o painel de MDF que protege a mesa de vácuo e que a ferramenta toca nos cortes passantes), para o deixar plano e paralelo à trajetória da máquina.
• Facejar madeira maciça ou blocos colados que chegam com espessura irregular, antes das restantes operações.

Não se faceja um painel revestido (melamínico, folheado, lacado): tirar a face tira o revestimento. Usa-se fresa de grande diâmetro e passo lateral generoso, com pouca profundidade.

Gravação

Percurso superficial e pouco profundo, usado para textos, logótipos, numeração de peças ou decoração. Faz-se normalmente com fresa em V, com a ferramenta sobre a linha (sem compensação), ou com gravação em V "de largura variável", em que o software sobe e desce a ferramenta para seguir a largura da letra. Numa fresa em V, a largura do traço depende da profundidade: com uma fresa de 90°, a largura à superfície é o dobro da profundidade (1 mm de fundo dá um traço de 2 mm de largura). Com uma fresa de 60°, a largura é cerca de 1,15 vezes a profundidade.

Diferenciar e aplicar estratégias de maquinagem

Diferenciar estratégias de maquinagem e aplicar estratégias de maquinagem para corte ou acabamento são aptidões centrais da UC. Na prática, a escolha depende de três fatores: a forma que se pretende obter, o material e a ferramenta disponível.

Exemplo resolvido · Escolher a sequência de estratégias

Peça: porta de armário em MDF de 19 mm (para lacar depois), com rebaixo para vidro por trás, almofada fresada à frente e uma gravação decorativa. A porta é maquinada a partir de um painel maior.

1. Face de trás (primeira fixação): pré-desbaste do vão e do rebaixo do vidro, com fresa cilíndrica e entrada helicoidal, deixando 0,5 mm nas paredes.
2. Acabamento do rebaixo, passagem final nas paredes.
3. Virar a peça, nova origem.
4. Face da frente: fresagem da almofada com fresa de perfil, e gravação do motivo decorativo com fresa em V.
5. Corte do contorno exterior da porta, sempre como última operação.

O corte é feito por último para a peça se manter presa ao painel, estável e com área de fixação máxima durante todas as outras operações. Neste exemplo não há facejamento: o MDF chega com espessura calibrada, e facejá-lo só gastaria tempo e ferramenta.

9. Multifuração e automatização

Comandos de CAM para multifuração

A multifuração é típica de mobiliário: dezenas de furos para cavilhas, ferragens de montagem, dobradiças ou suportes de prateleiras ajustáveis. Os comandos de CAM para multifuração permitem definir de uma só vez padrões de furos (linhas, matrizes, distâncias entre eixos), evitando programar furo a furo. Os parâmetros típicos de um comando de multifuração:

• ponto do primeiro furo (X, Y) e face (cima, topo, baixo);
• direção da linha de furos e número de furos, ou comprimento a cobrir;
• passo (distância entre eixos de furos consecutivos);
• diâmetro e profundidade, que puxam a broca certa da biblioteca;
• repetição da linha a outra distância (segunda fila).

Nas máquinas com cabeça de furação múltipla (várias brocas lado a lado, tipicamente com 32 mm entre eixos), o CAM ou o software da máquina pode fazer vários furos de uma só descida, baixando ao mesmo tempo as brocas que calham nas posições certas. É por isso que um painel com 26 furos pode demorar poucos segundos numa multifuradora.

O sistema 32

Grande parte do mobiliário de painel segue o chamado sistema 32: os furos de montagem e de ferragens ficam alinhados em filas com 32 mm entre eixos. Nos suportes de prateleira usam-se furos de 5 mm de diâmetro, e a fila da frente fica, na prática corrente, a 37 mm do bordo da frente. As dobradiças de copa mais comuns levam um furo de 35 mm na porta. A profundidade de cada furo depende da ferragem e da espessura do painel e vem sempre da ficha técnica do fabricante da ferragem: nunca deve atravessar o painel.

Seguir o sistema 32 tem uma vantagem prática enorme: as laterais de móveis diferentes partilham o mesmo padrão de furação, e o mesmo comando de multifuração (ou o mesmo modelo, ver abaixo) serve para dezenas de peças.

Exemplo resolvido · Programar a multifuração de um painel lateral

Lateral de móvel de cozinha, 720 × 560 mm, aglomerado melamínico de 19 mm. Duas filas de furos de 5 mm para suportes de prateleira, na face interior, entre 160 mm e 544 mm de altura (medidos a partir do bordo de baixo).

1. Número de furos por fila: (544 - 160) ÷ 32 = 384 ÷ 32 = 12 intervalos, logo 13 furos.
2. Fila da frente: a 37 mm do bordo da frente.
3. Fila de trás: a um múltiplo de 32 mm da primeira, para bater com o sistema. Por exemplo, 37 + 14 × 32 = 37 + 448 = 485 mm do bordo da frente, isto é, 560 - 485 = 75 mm do bordo de trás.
4. Total: 2 × 13 = 26 furos, programados com um único comando repetido (ou um comando com duas filas).
5. Profundidade: a indicada pelo fabricante dos suportes, confirmando que fica bem abaixo dos 19 mm do painel.
6. Simular o padrão completo e conferir três cotas no desenho: o primeiro furo, o último e a distância entre filas.

Um único comando substitui 26 operações de furação individuais, e se a altura do móvel mudar, muda-se um valor e o padrão recalcula-se.

Automatização dos processos de CAM

A automatização dos processos de CAM reduz o trabalho repetitivo do programador. As ferramentas mais usadas:

• Modelos (templates) de operações reutilizáveis entre peças semelhantes: por exemplo, a sequência "furos de dobradiça, contorno com micro-junções" aplicada a todas as portas de uma cozinha.
• Operações atribuídas por camada: se o DXF segue a convenção de camadas da oficina (capítulo 4), o CAM aplica sozinho a operação certa a cada camada (contorno, cavidade a 8 mm, furo de 5 mm).
• Reconhecimento automático de elementos (em inglês feature recognition): em sólidos 3D, o software identifica furos, rebaixos e cavidades e propõe as operações.
• Peças paramétricas e macros: uma "porta" ou uma "lateral" definida por variáveis (largura, altura, espessura, número de dobradiças). Muda-se a medida e o programa recalcula-se.
• Encaixe automático de peças no painel (nesting): o software distribui as peças de uma encomenda pelos painéis, com o mínimo de desperdício, e gera todos os programas, incluindo a ordem de corte.
• Etiquetas: em linhas de nesting, a máquina ou um posto ao lado imprime uma etiqueta por peça (encomenda, peça, orla a colar), que evita confusões na montagem.
• Ligação ao software de projeto de mobiliário: o móvel desenhado já "sabe" as suas peças e ferragens, e o CAM recebe as peças com a furação feita.

Automatizar não elimina a validação humana; apenas evita repetir um trabalho já feito. Um modelo aplicado a uma peça com outra espessura, ou uma camada mal atribuída no DXF, reproduzem o erro em todas as peças da série. Por isso, a primeira peça de cada modelo novo passa sempre pela simulação e pela maquinagem teste.

Exemplo resolvido · Aproveitamento de um painel

Uma encomenda tem 12 prateleiras de 560 × 300 mm a cortar de painéis de 2800 × 2070 mm, com fresa de 12 mm (cada corte gasta 12 mm) e 10 mm de margem à volta do painel.

1. Área útil: (2800 - 20) × (2070 - 20) = 2780 × 2050 mm.
2. Ao longo dos 2780 mm (prateleiras deitadas com os 560 mm neste sentido): cada prateleira ocupa 560 + 12 = 572 mm; 2780 ÷ 572 = 4,86, logo 4 prateleiras.
3. Ao longo dos 2050 mm: cada fila ocupa 300 + 12 = 312 mm; 2050 ÷ 312 = 6,57, logo 6 filas.
4. Capacidade: 4 × 6 = 24 prateleiras por painel. As 12 da encomenda cabem num só painel, e sobra meio painel para outras peças.

O software de nesting faz esta conta com centenas de peças diferentes, rodando-as quando o veio o permite; mas o raciocínio (dimensão mais corte, dividido pelo espaço útil) é este.

10. Simulação e deteção de colisões

Simular a maquinagem

Simular a maquinagem reproduz virtualmente todo o programa antes de este ir à máquina real: mostra o material a desaparecer passagem a passagem, permite comparar o tempo estimado entre estratégias e é o momento de apanhar erros de percurso, de profundidade ou de ferramenta trocada. Nunca se envia um programa novo para a máquina sem simular primeiro, do início ao fim, e não apenas a última operação.

Há dois níveis de simulação, e convém saber qual se está a usar:

O que verificar numa simulação, por ordem:

1. A peça final bate com o modelo? Há material por tirar ou cortes a mais? Muitos softwares pintam de cores diferentes o material em excesso e o que foi cortado a mais.
2. As profundidades: nenhum furo cego atravessa; nenhum corte passante fica por separar.
3. As ferramentas: é a ferramenta certa em cada operação?
4. Os movimentos rápidos: todos acima da altura de segurança?
5. As colisões (ver a seguir).
6. O tempo total, para comparar com o orçamentado.

Detetar colisões

Detetar colisões é verificar, na simulação, se algum elemento vai embater indevidamente:

• Ferramenta contra grampos, ventosas ou batentes da mesa. Só é detetado se as fixações estiverem modeladas na simulação.
• Porta-ferramentas (cone e pinça, por vezes chamado mandril) contra as paredes de uma cavidade profunda, quando a saliência da ferramenta é menor do que a profundidade a atingir.
• Movimentos rápidos em vazio que atravessam zonas ainda com material, ou que descem até ao plano de aproximação por cima de uma zona mais alta.
• Ferramenta em rápido dentro do material: o movimento de aproximação desce em G00 até à profundidade em vez de parar no plano de aproximação.

O software assinala as colisões previstas antes de o programa correr na máquina real, com indicação do ponto exato e da operação onde ocorreriam.

Exemplo resolvido · Resolver uma colisão detetada na simulação

A simulação assinala uma colisão do porta-ferramentas com a parede de uma cavidade de 40 mm de profundidade num bloco de maciço, a meio da operação de acabamento. A fresa está montada com 35 mm de saliência.

1. Analisar o ponto exato da colisão indicado pelo software: acontece nos últimos 5 mm de profundidade.
2. Perceber a causa: com 35 mm de saliência, a partir dos 35 mm de profundidade é a pinça que entra na cavidade. Dividir a operação em mais patamares não resolve: a profundidade final continua a ser 40 mm.
3. Soluções possíveis: montar a mesma fresa com mais saliência, se o comprimento da haste e o fabricante o permitirem (confirmando que a fresa não vibra); escolher uma fresa com maior comprimento útil; usar um porta-ferramentas mais estreito; ou, se nada disto for possível, rever o desenho com o projetista.
4. Atualizar a biblioteca com a nova saliência, para que o CAM e a máquina tenham a mesma ferramenta.
5. Simular de novo até a colisão desaparecer.

Corrigir na simulação custa minutos; corrigir na máquina real pode custar a ferramenta, a peça, a eletromandril e, sobretudo, a segurança do operador.

11. Pós-processamento e maquinagem teste

Aplicar pós-processamento aos ficheiros CAD-CAM

O pós-processador traduz os percursos calculados pelo CAM para a linguagem específica do controlador da máquina CNC concreta da oficina. Cada combinação de software e de controlador tem o seu próprio pós-processador, e é ele que decide, por exemplo:

• que códigos usar para o início e o fim do programa, a troca de ferramenta e a ligação da aspiração ou do vácuo;
• se os arcos saem como G02/G03 ou partidos em pequenos segmentos;
• como se escrevem os números (casas decimais, ponto decimal obrigatório ou não);
• se a compensação sai já calculada (coordenadas do centro) ou com G41/G42;
• a extensão e o formato do ficheiro, que nos centros de mobiliário é muitas vezes um formato próprio do fabricante e não código ISO.

Escolher o pós-processador errado pode gerar um programa que a máquina recusa, ou pior, um programa que corre mas de forma incorreta, mesmo depois de uma simulação dos percursos perfeita. Por isso o pós-processador não se escolhe "de uma lista, o que parece mais parecido": usa-se o fornecido ou validado para aquela máquina.

Exemplo resolvido · Ler um programa gerado

Contorno exterior de uma prateleira de 400 × 300 mm em aglomerado melamínico de 19 mm, fresa de 12 mm, zero no canto inferior esquerdo e no topo da peça, compensação feita no CAM, sentido horário (concordante com M03). Um pós-processador ISO genérico poderia gerar:

%
O0100 (PRATELEIRA 400X300 CONTORNO)
N10 G21 G17 G90 G40 G49 G80
N20 T1 M06 (FRESA COMPRESSAO D12 Z2)
N30 G54
N40 S18000 M03
N50 G00 X-6. Y-20.
N60 G43 H1 Z20.
N70 G00 Z5.
N80 G01 Z-19.3 F2000
N90 G01 Y306. F10000
N100 X406.
N110 Y-6.
N120 X-20.
N130 G00 Z20.
N140 M05
N150 M30
%

Leitura linha a linha:

1. N10: milímetros (G21), plano XY (G17), coordenadas absolutas (G90), compensações anuladas (G40, G49) e ciclos fixos anulados (G80). É a "linha de segurança" do início.
2. N20 a N40: troca para a ferramenta 1 (M06), origem de peça G54, 18 000 rpm em sentido horário (M03).
3. N50 a N70: vai em rápido para X-6 Y-20, fora da peça (a peça ocupa X 0 a 400 e Y 0 a 300), ativa a compensação de comprimento da ferramenta (G43 H1) e desce em rápido só até 5 mm acima do topo.
4. N80: desce em avanço até Z-19,3, ou seja, atravessa os 19 mm e entra 0,3 mm no tabuleiro de sacrifício. Como está fora da peça, é uma entrada pelo ar.
5. N90 a N120: o centro da fresa percorre o retângulo 6 mm por fora do contorno (X-6 a 406, Y-6 a 306), porque o raio é 6 mm. A primeira linha começa em Y-20 e segue a direito, portanto a entrada é tangente ao lado esquerdo; a última linha continua até X-20, saída tangente e por fora. O sentido (subir pela esquerda, direita por cima, descer pela direita, voltar por baixo) é horário.
6. N130 a N150: sobe em rápido, pára a árvore (M05) e termina o programa (M30).

Verificação das coordenadas: 406 - (-6) = 412 = 400 + 2 × 6, e 306 - (-6) = 312 = 300 + 2 × 6. Bate com a peça mais o diâmetro da fresa.

Tempo de corte: 326 + 412 + 312 + 426 = 1476 mm a 10 000 mm/min = 0,15 min, cerca de 9 segundos, mais a descida e os rápidos.

Num centro de trabalho que se programa no software do fabricante, esta mesma peça aparece como "peça de 400 × 300 × 19, fresagem de contorno com a ferramenta 1, lado exterior", e é o próprio sistema que gera os movimentos. O raciocínio é o mesmo.

Transferir o programa

O programa gerado chega à máquina por rede, por pen USB ou pelo próprio software de gestão da máquina. Regras simples: um nome de ficheiro que identifique peça e versão, apagar ou arquivar as versões antigas na máquina (para ninguém correr a errada) e confirmar no ecrã do controlador que o programa aberto é o que se acabou de enviar.

Maquinagem teste das peças

Depois do pós-processamento, e antes de libertar o programa para produção, faz-se a maquinagem teste. Uma sequência prudente:

1. Confirmar a máquina: ferramentas montadas nas posições previstas e com as medidas registadas; origem medida; peça bem fixada; aspiração ligada; proteções no lugar.
2. Primeira execução com a velocidade reduzida, usando o potenciómetro de redução de avanço e de rápidos do comando (em inglês override), com a mão perto do botão de paragem de emergência, observando por trás das proteções.
3. Execução bloco a bloco nas zonas críticas (primeira descida, primeiro furo), se o comando o permitir.
4. Em peças caras (maciço nobre, peças grandes), maquinar primeiro em material de ensaio mais barato.
5. Medir cotas, posições de furos, profundidades e encaixes com a aparelhagem de medição: fita métrica ou régua para as dimensões gerais, paquímetro para espessuras, diâmetros e posições de furos, sonda de profundidade do paquímetro para rebaixos e furos cegos.
6. Registar o resultado e as correções feitas.
7. Só libertar o programa para produção em série depois da peça teste aprovada.

A maquinagem teste é a última rede de segurança antes da produção, porque a simulação não reproduz folgas reais de fixação, deformações da peça, desgaste da ferramenta nem desvios da máquina.

12. Organização do trabalho, EPI, segurança e qualidade

Organização do trabalho do programador, operador de CAD-CAM

Um bom programador de CAD-CAM trabalha de forma organizada e sistemática, porque o seu trabalho é usado por outros (o operador da máquina, o colega do turno seguinte, o próprio daqui a seis meses). Práticas concretas:

• Nomenclatura consistente de ficheiros e pastas: cliente ou encomenda, peça, versão, data. Por exemplo ENC2317_lateral-esq_v02_2026-03-12. Um ficheiro chamado "final_final2" é um convite ao erro.
• Uma versão ativa: as versões antigas arquivam-se numa pasta própria, não ficam ao lado da boa.
• Bibliotecas de ferramentas e materiais atualizadas e iguais à máquina: quando uma fresa é afiada ou substituída por outra, a biblioteca muda no mesmo dia.
• Ficha de peça ou folha de preparação: material, espessura, face para cima, origem, fixação (que ventosas, onde), lista de ferramentas, tempo estimado, observações. É o que o operador lê junto à máquina.
• Registo das decisões de programação (porque se escolheu esta fresa, este avanço, esta ordem), para poder repetir ou corrigir mais tarde.
• Comunicação com a produção: qualquer alteração a um programa já em uso é comunicada ao operador antes de ele o correr.
• Cópias de segurança regulares dos projetos e das bibliotecas.

Estas práticas ligam-se diretamente às atitudes do referencial: responsabilidade, autonomia, sentido de organização e cooperação com a equipa.

Riscos de uma máquina CNC para madeira

Quem programa também vai à máquina, na maquinagem teste. Os riscos principais:

Equipamentos de proteção individual (EPI)

O EPI é a última barreira, depois das proteções da máquina e da aspiração, não a primeira:

• Proteção auditiva (tampões ou auriculares), junto de máquinas ruidosas.
• Proteção ocular (óculos de proteção), contra projeção de aparas.
• Proteção respiratória (máscara FFP2 ou FFP3) quando a captação de pó não chega, por exemplo na limpeza da máquina e na mudança dos sacos de aspiração.
• Calçado de proteção, junto às máquinas e na manipulação de painéis.
• Luvas só para manipular painéis e ferramentas com a máquina parada (as fresas cortam mesmo paradas). Nunca luvas soltas, adornos, cabelo solto ou roupa larga junto de ferramentas em rotação, porque podem ser agarrados.

Normas de segurança e saúde no trabalho

• As máquinas em uso nas empresas têm de cumprir os requisitos mínimos de segurança dos equipamentos de trabalho do Decreto-Lei n.º 50/2005.
• Na colocação no mercado, as máquinas novas seguem a Diretiva Máquinas, transposta pelo Decreto-Lei n.º 103/2008 (marcação CE, declaração de conformidade, manual em português). O novo Regulamento (UE) 2023/1230, relativo às máquinas, aplica-se a partir de 20 de janeiro de 2027 e substitui a diretiva.
• O pó de madeira dura é um agente cancerígeno reconhecido. A Diretiva (UE) 2017/2398 fixou para ele um valor-limite de exposição profissional de 2 mg/m³ (média ponderada de 8 horas), em vigor desde 18 de janeiro de 2023 (antes era 3 mg/m³). O pó de derivados (MDF, aglomerado) também exige captação na origem.
• Na exposição ao ruído (Decreto-Lei n.º 182/2006), a partir de 80 dB(A) o empregador disponibiliza proteção auditiva e a partir de 85 dB(A) o seu uso é obrigatório.

Regras de oficina que decorrem daqui: nunca contornar nem desligar as proteções da máquina; nunca entrar na área de trabalho com a máquina em ciclo; manter o botão de emergência sempre acessível, sobretudo na maquinagem teste; trocar ferramentas só com a máquina parada e em modo de manutenção; nunca exceder a rotação máxima gravada na ferramenta; manter a área limpa e desimpedida.

Normas da qualidade

A qualidade começa no programa, não na inspeção final:

• Controlo da primeira peça: cada programa novo ou alterado tem a primeira peça medida e aprovada antes da série.
• Tolerâncias: o desenho técnico indica as tolerâncias das cotas; se não indicar, a empresa tem de ter uma regra interna escrita. Um encaixe de uma prateleira não exige a mesma tolerância que o vão de um eletrodoméstico.
• Critérios visuais: sem lascas no revestimento, sem queimaduras, sem marcas de entrada e saída nas orlas à vista, sem cristas visíveis.
• Controlo por amostragem durante a série: medir uma peça a cada certo número, sobretudo depois de trocar uma ferramenta.
• Registo de não conformidades: o que falhou, em que peça, a causa provável, a correção.
• Atuar sobre a causa do desvio (ferramenta gasta, origem mal medida, biblioteca desatualizada), não apenas sobre a peça em causa.

Muitas empresas organizam isto dentro de um sistema de gestão da qualidade segundo a norma ISO 9001, que exige, entre outras coisas, procedimentos escritos, registos e ação corretiva. Para o programador, isso traduz-se em programas identificados, versões controladas e registos da primeira peça.

Erros comuns

• Importar geometria sem confirmar escala e unidades. Uma peça de 800 mm pode aparecer com 31,5 unidades se a importação ficar em polegadas.
• Contornos abertos ou linhas duplicadas no DXF, que impedem a operação ou fazem a ferramenta passar duas vezes.
• Origem Z diferente no CAM e na máquina (topo da peça num, mesa no outro), que manda a ferramenta 19 mm abaixo do previsto.
• Esquecer de redefinir a origem ao mudar de face. A peça maquina bem numa face e fica espelhada ou deslocada na seguinte.
• Diâmetro na biblioteca diferente do real, e a peça sai com a medida errada apesar da compensação.
• Baixar o avanço "por segurança": o avanço por dente fica demasiado baixo e a madeira queima.
• Mergulhar a direito numa cavidade fechada com uma fresa que não corta ao centro, sem rampa nem entrada helicoidal.
• Tentar retirar toda a espessura numa só passagem de acabamento, em vez de desbastar primeiro e acabar depois.
• Cortar peças pequenas sem micro-junções nem ordem de corte, que se soltam da mesa de vácuo.
• Facejar um painel revestido, destruindo o revestimento.
• Esquecer que uma fresa redonda não faz cantos vivos interiores.
• Simular só a última operação e ignorar as anteriores, deixando colisões por detetar.
• Não modelar grampos e ventosas na simulação, descobrindo a colisão apenas com a máquina a trabalhar.
• Julgar que mais patamares resolvem uma colisão do porta-ferramentas: a profundidade final é a mesma, a colisão também.
• Usar o pós-processador errado, gerando um programa que corre, mas de forma incorreta.
• Saltar a maquinagem teste por a simulação ter corrido bem, ignorando folgas reais de fixação.
• Programar furo a furo uma multifuração repetitiva, em vez de usar os comandos de multifuração.

Glossário

• CAM: fabrico assistido por computador, o software que gera o programa CNC a partir da geometria da peça.
• CNC: controlo numérico computorizado, o sistema da máquina que executa o programa.
• Ambiente CAM: a área de trabalho e os comandos do software de CAM.
• 2,5D: maquinagem em XY por patamares de Z, sem movimento simultâneo dos três eixos.
• 3 eixos simultâneos: X, Y e Z interpolados ao mesmo tempo, para seguir superfícies.
• Peça em bruto: o volume de material de partida, antes da maquinagem.
• Plano de maquinagem: o plano XY onde a ferramenta se desloca numa operação.
• Face de maquinagem: a face da peça ativa numa operação, com a sua própria origem.
• Origem de peça (zero-peça): o ponto de referência de todas as coordenadas do programa.
• Altura de segurança: altura dos movimentos rápidos, acima de peças e fixações.
• Tabuleiro de sacrifício: painel de MDF sobre a mesa de vácuo que a ferramenta pode tocar nos cortes passantes.
• Saliência: comprimento da ferramenta fora do porta-ferramentas.
• Configuração da ferramenta: os parâmetros (rotação, avanço, profundidade, compensação) que controlam o corte.
• Velocidade de corte (vc): velocidade do gume, em m/s em madeira: vc = π × D × n / 60 000.
• Avanço por dente (fz): espessura de apara por dente: fz = F / (n × z).
• Concordante / discordante: sentidos de fresagem, com o dente a rodar a favor ou contra o avanço.
• Fresa de compressão: fresa com hélice ascendente na ponta e descendente em cima, para painéis de duas faces.
• Percurso de maquinagem: o caminho que a ferramenta percorre para retirar material.
• Passo lateral: distância entre passagens lado a lado.
• Compensação automática da ferramenta: ajuste do percurso ao raio real da fresa, calculado pelo CAM ou pelo controlador (G41/G42).
• Entrada em rampa / helicoidal: descida gradual da ferramenta, em diagonal ou em espiral.
• Micro-junção: pequena ponte de material que mantém a peça presa ao painel.
• Pré-desbaste: remoção grosseira de material, deixando sobre-espessura para o acabamento.
• Facejamento: nivelamento de uma face inteira da peça.
• Gravação: percurso superficial e pouco profundo, para textos ou decoração.
• Multifuração: programação de vários furos de uma só vez, por padrões.
• Sistema 32: padrão de furação de mobiliário com 32 mm entre eixos.
• Nesting: encaixe automático das peças no painel para aproveitar o material.
• Deteção de colisões: verificação de choques previstos entre ferramenta, porta-ferramentas, peça e fixações.
• Pós-processador: tradutor entre os percursos do CAM e a linguagem do controlador da máquina.
• Maquinagem teste: primeira peça maquinada de um programa novo, antes da produção em série.
• EPI: equipamento de proteção individual.

Síntese

Programar em CAM segue sempre a mesma sequência lógica: importar a geometria, definir a peça em bruto e posicionar a peça, escolher plano, face e origem, criar e configurar ferramentas (rotação, avanço por dente, profundidade, compensação), estabelecer percursos com entradas e saídas corretas e escolher estratégias de maquinagem (corte, acabamento, pré-desbaste, furação, cavidades, facejamento, gravação), programar multifuração e automatizar o que é repetitivo, simular e detetar colisões, aplicar o pós-processamento certo e validar com uma maquinagem teste. Numa máquina de 3 eixos, a maior parte do trabalho de mobiliário é 2D e 2,5D; os 3 eixos simultâneos ficam para as superfícies de forma livre. Em todas as fases, contam a organização do trabalho, os EPI, as normas de segurança e saúde no trabalho e as normas da qualidade. Domina este fluxo e serás capaz de programar automaticamente componentes de mobiliário e carpintaria para maquinagem CNC a 3 eixos.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça de 800 mm de largura aparece com 31,5 unidades depois de importada. Qual é o problema e como se resolve?

Resolução: o ficheiro foi importado em polegadas em vez de milímetros (800 ÷ 25,4 ≈ 31,5). Resolve-se corrigindo a unidade de importação para milímetros ou aplicando o fator de escala 25,4, e confirmando que a peça fica com 800 mm reais.

2. Depois de maquinar corretamente uma face, os furos da segunda face aparecem espelhados. Qual a causa mais provável?

Resolução: a origem de peça (zero-peça) não foi redefinida ao mudar de face. É preciso confirmar sempre o zero-peça e a orientação dos eixos em cada nova face antes de programar.

3. Ordena corretamente as etapas de uma cavidade com acabamento fino: (a) acabamento das paredes, (b) pré-desbaste, (c) entrada em rampa ou helicoidal.

Resolução: a ordem é c, b, a: a entrada em rampa ou helicoidal é a forma como o pré-desbaste começa (nunca mergulho vertical com fresa que não corta ao centro), depois o pré-desbaste retira o grosso deixando sobre-espessura, e só no fim o acabamento tira essa sobre-espessura.

4. A simulação assinala uma colisão do porta-ferramentas com a parede de uma cavidade de 40 mm, com a fresa montada com 35 mm de saliência. Dividir a operação em mais patamares resolve?

Resolução: não. A profundidade final continua a ser 40 mm e, a partir dos 35 mm, é o porta-ferramentas que entra na cavidade. Resolve-se com mais saliência (se o fabricante e a haste o permitirem), com uma fresa de maior comprimento útil ou com um porta-ferramentas mais estreito; atualiza-se a biblioteca e simula-se de novo.

5. Calcula a velocidade de corte de uma fresa de 10 mm a 20 000 rpm.

Resolução: vc = π × 10 × 20 000 / 60 000 = 628 318 / 60 000 ≈ 10,5 m/s.

6. Uma fresa de 3 dentes roda a 16 000 rpm com um avanço de 12 m/min. Qual é o avanço por dente? E se o operador baixar o avanço para 4 m/min?

Resolução: fz = 12 000 / (16 000 × 3) = 12 000 / 48 000 = 0,25 mm. A 4 m/min: fz = 4000 / 48 000 ≈ 0,083 mm, três vezes menos. A fresa passa a esfregar mais do que a cortar, aquece e pode queimar a madeira.

7. Uma ventosa de 140 × 115 mm trabalha com 0,7 bar de depressão. Qual é a força teórica de fixação?

Resolução: A = 0,140 × 0,115 = 0,0161 m²; p = 0,7 bar = 70 000 Pa; F = 70 000 × 0,0161 = 1127 N, cerca de 1130 N teóricos. Na prática será menos, por causa de fugas e da porosidade da face.

8. Um painel lateral leva uma fila de furos de 5 mm do sistema 32 entre 96 mm e 608 mm de altura. Quantos furos tem a fila?

Resolução: (608 - 96) ÷ 32 = 512 ÷ 32 = 16 intervalos, logo 17 furos. Programa-se com um único comando de multifuração: primeiro furo, passo de 32 mm, 17 furos.

9. Um programa contorna o exterior de uma peça de 500 × 250 mm com uma fresa de 10 mm, com compensação feita no CAM. Entre que valores de X e de Y deve andar o centro da fresa (zero no canto inferior esquerdo)?

Resolução: o centro anda 5 mm (o raio) por fora: X de -5 a 505 e Y de -5 a 255. Confirma-se: 505 - (-5) = 510 = 500 + 10.

10. Porque se faz sempre uma maquinagem teste, mesmo depois de a simulação correr bem?

Resolução: porque a simulação não reproduz folgas reais de fixação, a deformação da peça, o desgaste da ferramenta, uma ferramenta montada diferente da biblioteca nem pequenos desvios da máquina. A maquinagem teste, com redução de avanço e o botão de emergência à mão, é a última verificação antes da produção em série, com as cotas confirmadas na aparelhagem de medição.