Sebenta · Programar e operar em 5 e 6 eixos centros de trabalho CNC para mobiliário e carpintaria (UC02087)

Introdução

Esta sebenta ensina a programar e operar centros de trabalho CNC de 5 e 6 eixos para mobiliário e carpintaria: da diferença entre uma máquina de 3 eixos e um centro de 5 eixos, até à simulação, ao teste em vazio e à maquinagem de teste de uma peça real. É a UC onde se aprende a tirar partido de máquinas capazes de orientar a ferramenta no espaço, e não só de a posicionar.

O percurso segue a lógica de um técnico de CNC numa fábrica de mobiliário ou numa carpintaria:

1. Compreender o que são os centros de 5 e 6 eixos, como se chamam e orientam os seus eixos e o que é a interpolação simultânea.
2. Perceber porque certas peças exigem ou beneficiam de 5 eixos, e quando basta o modo 3+2.
3. Escolher mesa, fixação e ferramentas, e montar, medir e configurar essas ferramentas.
4. Perceber a cinemática da máquina e os esforços que ela provoca.
5. Programar, em código ISO e em CAD-CAM, a partir de um sólido 3D.
6. Validar antes de produzir: simular, detetar colisões, gerar o código, montar o molde, testar em vazio e maquinar a peça de teste.
7. Fazer tudo isto com segurança, EPI e normas da qualidade.

Objetivos de aprendizagem (referencial): diferenciar os tipos de maquinagem dos centros de trabalho CNC de componentes ou peças para mobiliário e carpintaria e as vantagens da sua utilização; elaborar programas CNC para maquinagem, em 5 e 6 eixos, de componentes e peças de mobiliário ou carpintaria; cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho.

Realizações esperadas no fim da UC: elaborar programas CNC para maquinagem em 5 eixos de componentes e peças de mobiliário e carpintaria, e executar essa maquinagem num centro de trabalho CNC de 5 eixos.

Como usar esta sebenta. Cada capítulo explica a matéria, dá pelo menos um exemplo resolvido passo a passo e termina com ideias-chave. As contas (velocidade de corte, avanço por dente, força de vácuo, erros de comprimento da ferramenta) estão feitas até ao fim, com unidades, para as poderes refazer sozinho. No fim tens erros comuns, glossário, síntese e exercícios resolvidos.

Uma nota importante: cada fabricante (e cada comando numérico) tem as suas próprias funções, menus e nomes. Esta sebenta ensina os princípios comuns; para a tua máquina concreta, manda sempre o manual do fabricante.

1. Centros de trabalho CNC de 5 e 6 eixos

O que é um centro de trabalho CNC para mobiliário e carpintaria

Um centro de trabalho CNC (em inglês, CNC machining centre ou router) para mobiliário e carpintaria é uma máquina de comando numérico que maquina madeira maciça e derivados (aglomerado, MDF, contraplacado, painéis melamínicos, alguns plásticos e compósitos) com ferramentas rotativas, movendo vários eixos coordenados por um programa. Os recursos do referencial falam de fresadoras, multifuradoras e centros de trabalho multifunções: na prática, um centro de trabalho moderno junta numa só máquina:

• uma ou mais electromandris (motores de fresar de alta rotação, tipicamente até 18 000 a 24 000 rpm, conforme o modelo);
• um grupo de furação (multifuradora) com várias brocas verticais e, muitas vezes, horizontais;
• agregados (acessórios montados no cone da ferramenta que desviam o movimento, por exemplo para furar ou fresar na horizontal ou para montar uma serra);
• um armazém de ferramentas com troca automática;
• uma mesa com sistema de fixação, normalmente por vácuo.

De 3 para 5 eixos: posicionar e orientar

A diferença fundamental entre um centro de 3 eixos e um centro de 5 eixos está na capacidade de orientar a ferramenta, e não só de a posicionar:

• Um centro de 3 eixos (X, Y, Z) desloca a ferramenta nas três direções do espaço, mas o eixo da ferramenta fica sempre vertical. Maquina bem faces planas, contornos, rebaixos e furação vertical; com a multifuradora e com agregados também fura e fresa nas faces laterais (canto) dos painéis, mas só em direções fixas.
• Um centro de 5 eixos acrescenta dois eixos rotativos que inclinam e rodam a ferramenta (ou a peça). A ferramenta pode atacar a peça segundo qualquer direção dentro dos limites da máquina, o que permite faces inclinadas, ângulos compostos e superfícies curvas contínuas, muitas vezes numa só fixação.
• Nos centros de mobiliário e carpintaria, a solução mais comum é a cabeça birrotativa: a cabeça roda em torno do eixo vertical (eixo C) e bascula em torno de um eixo horizontal (eixo A ou B, conforme o fabricante). A peça fica parada na mesa.

E os "6 eixos"?

Não há uma definição única de "6 eixos": depende do fabricante. O que as fichas técnicas chamam 6.º eixo pode ser, por exemplo:

• um eixo adicional na cabeça ou num agregado orientável (por exemplo, para rodar uma serra ou um grupo de ferramentas);
• um segundo eixo vertical ou uma segunda cabeça com movimento próprio;
• um eixo de movimento de uma parte da mesa ou de um carro de carga;
• no caso dos robôs industriais antropomórficos usados em algumas empresas para acabamento, recorte ou lixagem, seis eixos rotativos (as seis articulações do braço).

Por isso, perante uma máquina de "6 eixos", a primeira pergunta do técnico é sempre: que eixo é esse, o que move e se interpola ou não com os outros? A resposta está no manual.

Tipos de maquinagem CNC

Diferenciar estes tipos de maquinagem, e as suas vantagens, é o primeiro critério de desempenho desta UC: perante uma peça, é preciso saber justificar qual o tipo de máquina e de estratégia mais adequado.

Onde se usam

Estes centros servem as indústrias de madeira e mobiliário e as indústrias de carpintaria. Exemplos típicos: pés e braços de cadeira de secção variável, costas de cadeira curvas, peças de escada (corrimãos e pernas curvas, degraus com recortes), caixilharia com ângulos compostos, portas e aros em arco, elementos decorativos em relevo, moldes para contraplacado curvado e peças para a náutica e para a construção em madeira. Em Portugal, o cluster do mobiliário concentra-se sobretudo nos concelhos de Paços de Ferreira e Paredes, onde convivem máquinas de 3 eixos para painel e centros de 5 eixos para peças de maciço.

Software próprio dos fabricantes

Muitos centros de mobiliário (de marcas como Biesse, SCM ou Homag) não se programam em ISO puro no dia a dia: usam software próprio do fabricante, com editores gráficos e macros de furação e fresagem, que depois gera o código para o comando. O código ISO continua a existir por baixo e é importante percebê-lo, mas cada marca tem a sua forma de trabalhar. Nesta sebenta não se inventam nomes de menus: segue o manual da tua máquina.

Ideias-chave: 3 eixos posicionam; 5 eixos posicionam e orientam; "6 eixos" depende do fabricante; nos centros de mobiliário, o mais comum é a cabeça birrotativa com a peça parada.

2. Sistemas de eixos

A norma: sistema cartesiano de mão direita

A designação dos eixos das máquinas de comando numérico segue a norma ISO 841: um sistema de coordenadas cartesiano de mão direita, referido à peça como se esta estivesse parada e fosse a ferramenta a mover-se.

• Z é o eixo paralelo ao eixo da ferramenta (da electromandril). Nos centros de trabalho de mobiliário, com a ferramenta vertical, Z é vertical. O sentido positivo de Z afasta a ferramenta da peça: Z+ sobe, Z- mergulha na peça.
• X é o eixo principal horizontal, normalmente o de maior curso (o comprimento da mesa).
• Y completa o triedro segundo a regra da mão direita: polegar em X+, indicador em Y+, médio em Z+.

Os eixos rotativos designam-se A, B e C e rodam, respetivamente, em torno de X, Y e Z. O sentido positivo de cada rotação dá-se pela regra da mão direita (ou do saca-rolhas): com o polegar a apontar no sentido positivo do eixo linear, os dedos fechados indicam o sentido positivo da rotação.

Num centro de 5 eixos, aos três lineares juntam-se dois dos três rotativos. A combinação (A e C, B e C, ou outra) depende da cinemática da máquina (capítulo 10). Cuidado: em muitas cabeças de mobiliário o eixo de basculamento não é paralelo a X nem a Y quando a cabeça roda em C, e o fabricante chama-lhe A ou B de acordo com a posição de referência. Confirma sempre no manual.

Origem da máquina e origem da peça

Há dois sistemas de referência que nunca se podem confundir:

• Origem da máquina (ponto de referência): posição fixa, definida pelo fabricante, que a máquina encontra quando faz a referenciação dos eixos ao ligar.
• Origem da peça ou origem de trabalho (work offset): ponto escolhido pelo programador, normalmente um canto ou o centro da peça, a partir do qual se cotam as coordenadas do programa. Em ISO chama-se com G54 (e G55, G56… para outras origens), com os valores guardados numa tabela do comando.

Nos centros de mobiliário, é frequente a origem da peça ser definida pelos batentes (tacos de referência que sobem da mesa): a peça encosta aos batentes e o canto de encosto é a origem daquela zona da mesa.

Os eixos rotativos também têm a sua origem angular (0°), normalmente a posição com a ferramenta vertical e a cabeça numa orientação de referência.

Um programa correto corrido sobre uma origem mal configurada maquina no sítio errado e pode colidir. Confirmar a origem é o primeiro passo antes de correr qualquer programa.

Exemplo resolvido · passar cotas do desenho para coordenadas

Um tampo de 800 x 400 mm, com 25 mm de espessura, está encostado aos batentes. A origem de trabalho (G54) é o canto esquerdo, à frente, na face de cima do tampo. É preciso um furo no centro do tampo, com 10 mm de profundidade.

1. X: metade do comprimento, 800 / 2 = 400 mm, logo X400.
2. Y: metade da largura, 400 / 2 = 200 mm, logo Y200.
3. Z: a origem está na face de cima; 10 mm para dentro da peça é Z-10.
4. Resultado: o fundo do furo é o ponto X400 Y200 Z-10. Se a origem estivesse na face de baixo, o mesmo ponto seria Z15 (25 - 10 = 15). A escolha da origem muda os números, não a peça.

Ideias-chave: ISO 841, mão direita; Z é o eixo da ferramenta e Z+ afasta-se da peça; A, B e C rodam em torno de X, Y e Z; origem da máquina ≠ origem da peça.

3. Eixos de movimento linear e eixos de movimento angular

Eixos lineares: o "onde"

Os eixos lineares (X, Y, Z) deslocam a ferramenta (ou, em algumas máquinas, a mesa) em linha reta. Programam-se em milímetros. Cada um tem um curso (distância máxima que pode percorrer) e uma velocidade máxima, indicados na ficha técnica. Combinados, posicionam a ponta da ferramenta em qualquer ponto do volume de trabalho: resolvem o onde.

Eixos angulares: o "como"

Os eixos angulares (rotativos) programam-se em graus e orientam a ferramenta ou a peça. Podem estar:

• na cabeça: é a ferramenta que roda e inclina (o caso mais comum no mobiliário);
• na mesa: é a peça que roda e inclina (mais comum na metalomecânica, raro em painel);
• repartidos entre as duas (cinemática mista).

Resolvem o como: segundo que direção a ferramenta ataca a peça. Diferenças práticas em relação aos lineares:

A última linha é a mais importante: um erro de 0,1° num eixo rotativo, a 200 mm do centro de rotação, desloca a ponta cerca de 200 x tan(0,1°) = 200 x 0,001745 ≈ 0,35 mm. Nos eixos lineares, 0,1 mm de erro são 0,1 mm na peça.

Exemplo resolvido · orientar a ferramenta perpendicular a uma face inclinada

Uma peça de caixilharia tem uma face plana inclinada 30° em relação à horizontal, descendo no sentido de X+. É preciso fazer um furo perpendicular a essa face.

1. Com a ferramenta vertical (rotativos a 0°), o eixo da ferramenta está na perpendicular do plano horizontal.
2. Para ficar perpendicular a uma face inclinada 30°, o eixo da ferramenta tem de inclinar 30° na mesma direção da inclinação da face.
3. A cabeça roda primeiro em C para que o basculamento fique no plano da inclinação (plano XZ), e depois bascula 30°.
4. Os valores exatos de C e de A (ou B), e o sinal, dependem da cinemática e da convenção do fabricante: o CAM e o pós-processador calculam-nos; o técnico confirma na simulação que o furo sai perpendicular à face.

Exemplo resolvido · identificar os eixos de um movimento

Um bloco manda a ferramenta de X0 Y0 Z50 A0 C0 até X50 Y30 Z5 A10 C5, em interpolação simultânea.

1. Lineares: X (0 → 50), Y (0 → 30) e Z (50 → 5).
2. Angulares: A (0° → 10°) e C (0° → 5°).
3. Conclusão: mudam cinco valores ao mesmo tempo, coordenados pelo comando: é um movimento a 5 eixos simultâneos.

Ideias-chave: lineares em mm resolvem o onde; angulares em graus resolvem o como; um erro angular cresce com a distância ao centro de rotação.

4. Interpolação simultânea de 4, 5 e 6 eixos

O que é interpolar

Interpolar é o comando numérico calcular, em cada instante (milhares de vezes por segundo), a posição de todos os eixos envolvidos num movimento, para que cheguem juntos ao ponto final seguindo a trajetória pedida, e não um de cada vez.

• Interpolação linear (G01): a ponta da ferramenta desloca-se em linha reta entre dois pontos.
• Interpolação circular (G02 no sentido horário, G03 no anti-horário, vistos do lado positivo do eixo perpendicular ao plano de trabalho): a ferramenta descreve um arco no plano escolhido com G17 (XY), G18 (XZ) ou G19 (YZ).
• Interpolação simultânea multieixos: os eixos lineares e os rotativos movem-se ao mesmo tempo, coordenados, para que a ponta siga a trajetória e a ferramenta mude de orientação durante o percurso.

4, 5 e 6 eixos

Atenção: uma interpolação a 4 ou 5 eixos não exige que todos os eixos da máquina se mexam. Conta-se o número de eixos que mudam de valor no mesmo bloco, coordenados.

O papel do RTCP

Quando a cabeça roda, a ponta da ferramenta descreve um arco em torno do centro de rotação da cabeça (o pivô). Se o comando se limitasse a rodar a cabeça, a ponta saía do sítio. A função RTCP (Rotation Tool Center Point, compensação do ponto central da ferramenta; outros comandos chamam-lhe TCP ou TCPM) faz o comando corrigir automaticamente X, Y e Z sempre que os eixos rotativos se mexem, de modo que as coordenadas programadas passam a ser as da ponta da ferramenta e não as do pivô.

Consequências práticas:

• Com RTCP ativo, o programa descreve a ponta da ferramenta sobre a peça; o comando trata da cinemática.
• Com RTCP ativo, o comando precisa de conhecer exatamente o comprimento da ferramenta: um erro de comprimento passa a ser um erro de posição (capítulo 9).
• A forma de ativar o RTCP depende do comando. Como exemplos conhecidos: G43.4 em comandos Fanuc, TRAORI em Siemens, M128 ou FUNCTION TCPM em Heidenhain. Os centros de mobiliário têm frequentemente os seus próprios comandos e funções: vê o manual.

Exemplo resolvido · contar os eixos que interpolam

Três blocos seguidos:

• Bloco 1: de X0 Y0 Z20 A0 C0 para X100 Y0 Z20 A0 C0.
• Bloco 2: de X100 Y0 Z20 A0 C0 para X150 Y40 Z-5 A0 C30.

• Bloco 3: de X150 Y40 Z-5 A0 C30 para X200 Y80 Z-10 A20 C60.

• Bloco 1: só muda X, logo 1 eixo (movimento linear simples).

• Bloco 2: mudam X, Y, Z e C, logo 4 eixos simultâneos.
• Bloco 3: mudam X, Y, Z, A e C, logo 5 eixos simultâneos.

Ideias-chave: interpolar é coordenar eixos no mesmo movimento; conta-se o que muda no mesmo bloco; o RTCP faz o programa falar da ponta da ferramenta.

5. Necessidade e vantagens da maquinagem CNC em 5 eixos

Peças que tornam os 5 eixos obrigatórios

Uma superfície curva, só por si, não obriga a 5 eixos: um assento esculpido ou um relevo que se vê todo de cima faz-se a 3 eixos, com fresa esférica e acabamento por varrimento ou por níveis constantes. Os 5 eixos simultâneos tornam-se obrigatórios quando a direção da ferramenta tem de mudar durante o corte porque a vertical não chega:

• contrassaídas: zonas escondidas quando se olha a peça de cima (faces que "fogem" para dentro), que uma ferramenta vertical nunca alcança;
• faces que torcem ao longo do comprimento e têm de ser cortadas pelo flanco da ferramenta com a inclinação a acompanhar a torção (pés e braços de cadeira de secção variável, corrimãos helicoidais de escada), quando se quer a peça numa só fixação;
• rebaixos ou perfis cuja parede muda de inclinação ao longo do percurso e não pode ser feita com uma fresa de perfil.

Peças em que os 5 eixos (ou o 3+2) são vantajosos

• Vários furos ou encaixes inclinados em ângulos diferentes (por exemplo, fura e respiga de uma cadeira com pernas abertas): com 3+2 fazem-se numa só fixação.
• Peças que exigem maquinar várias faces sem as desmontar: menos fixações, menos erro acumulado e menos tempo de preparação.
• Zonas de difícil acesso, onde inclinar a ferramenta evita colidir com a própria peça ou com a fixação, e permite usar ferramentas mais curtas e rígidas.
• Acabamento: inclinar a ferramenta permite usar o flanco (lateral) em vez da ponta, e evitar cortar com o centro de uma fresa esférica, onde a velocidade de corte é nula (capítulo 13).

Quando não compensa

• Peças planas com furação e contornos verticais (portas de roupeiro, laterais de móvel, tampos): 3 eixos chegam e são mais rápidos de programar.
• Séries grandes de peças simples: o tempo extra de programação e de simulação não se paga.
• Quando a equipa não tem experiência em programação e simulação a 5 eixos: o risco de colisão sobe.

Exemplo resolvido · decidir o tipo de maquinagem

Uma cadeira tem: (1) assento plano em contraplacado com quatro furos verticais; (2) quatro pernas com um furo de cavilha a 12° em cada topo; (3) costas esculpidas com curvatura contínua.

1. Assento: faces planas e furos verticais, logo 3 eixos.
2. Pernas: furos inclinados mas retos; a ferramenta inclina-se, pára, e fura: 3+2.
3. Costas: a direção da ferramenta tem de acompanhar a curvatura durante o corte: 5 eixos simultâneos.
4. Conclusão: uma só máquina de 5 eixos pode fazer as três peças, mas cada uma com a estratégia mais simples que resolve o problema.

6. Máquinas CNC de 3+2 eixos e máquinas de 5 eixos

O modo 3+2 (posicionamento indexado)

Em 3+2, os dois eixos rotativos posicionam a ferramenta (ou a peça) numa orientação fixa e ficam parados durante o corte; o corte propriamente dito é feito com os três eixos lineares. Também se chama maquinagem indexada ou posicionada. É como inclinar a ferramenta, travar, e trabalhar "a 3 eixos" num plano inclinado.

Para programar em 3+2, o comando (ou o CAM) define um plano de trabalho inclinado: um novo sistema de coordenadas em que o novo Z coincide com o eixo da ferramenta inclinada. Dentro desse plano, o programa escreve-se como se fosse de 3 eixos. Cada comando tem a sua função para isto (como exemplos, G68.2 em Fanuc, CYCLE800 em Siemens, PLANE em Heidenhain); nos centros de mobiliário, o software do fabricante costuma oferecer a mesma ideia com o nome de face ou plano inclinado.

Máquinas 3+2 e máquinas de 5 eixos contínuos

Há máquinas cujos eixos rotativos só posicionam (não interpolam durante o corte): chamam-se máquinas de 3+2 eixos. E há máquinas de 5 eixos contínuos, em que o comando interpola os cinco eixos ao mesmo tempo. Uma máquina de 5 eixos contínuos também sabe trabalhar em 3+2, e muitas vezes deve: é mais rígido e mais simples.

Exemplo resolvido · 3+2 ou 5 contínuos?

Uma peça de escada tem três rebaixos planos, cada um numa face inclinada diferente (15°, 30° e 45°), e um bordo boleado que muda de inclinação ao longo de 1,2 m.

1. Os três rebaixos: cada face é plana, a ferramenta pode ficar parada numa orientação durante cada rebaixo, logo 3+2, três planos de trabalho.
2. O bordo boleado que muda de inclinação: a ferramenta tem de mudar de orientação durante o corte, logo 5 eixos contínuos.
3. Numa máquina de 5 eixos contínuos, o programa junta as duas estratégias. Numa máquina só de 3+2, o bordo teria de ser feito por pequenas facetas (pior acabamento) ou com uma fresa de perfil.

Ideias-chave: 3+2 posiciona e trava; 5 contínuos interpola; usa o modo mais simples que resolve a peça.

7. Tipos de mesa e sistemas de fixação de peças

A mesa e o sistema de fixação seguram a peça durante toda a maquinagem e decidem que faces ficam acessíveis sem a reposicionar. Em 5 eixos, a fixação tem uma exigência extra: tem de deixar espaço à cabeça inclinada.

Tipos de mesa nos centros de mobiliário e carpintaria

Nos centros de 5 eixos de mobiliário, a solução mais frequente é a mesa de consolas com ventosas: a peça fica levantada da mesa, o que deixa a cabeça inclinada trabalhar os bordos sem tocar na mesa. Muitas mesas estão divididas em duas zonas de trabalho, para carregar uma peça enquanto se maquina outra (trabalho pendular).

Força de fixação por vácuo

A força que uma ventosa exerce é a depressão vezes a área útil da ventosa (a área interior à junta):

F = Δp x A

Com Δp em pascal (Pa = N/m²) e A em m², ou, mais prático, Δp em N/mm² e A em mm² (1 bar = 100 000 Pa = 0,1 N/mm²).

Exemplo resolvido · força de uma ventosa

Depressão de 0,8 bar abaixo da pressão atmosférica; ventosa com área útil de 120 x 120 mm.

1. Δp = 0,8 bar = 80 000 Pa = 0,08 N/mm².
2. A = 120 x 120 = 14 400 mm².
3. F = 0,08 x 14 400 = 1152 N (cerca de 1150 N teóricos).
4. Com quatro ventosas iguais: 4 x 1152 = 4608 N.

Três avisos: (a) é um valor teórico, a força real é menor por fugas (juntas gastas, madeira porosa, superfícies empenadas ou ásperas); (b) é uma força perpendicular à peça; a resistência ao escorregamento lateral, que é a que as forças de corte tentam vencer, depende do atrito e é bastante menor; (c) peças pequenas têm pouca área e pouca força: se a peça não cobre a ventosa toda, o vácuo não se forma.

Exemplo resolvido · peça estreita

Uma travessa de 40 mm de largura precisa de ser fixada. Uma ventosa de 120 x 120 mm não fica coberta: o vácuo não se forma. Soluções: ventosas estreitas próprias (por exemplo, com área útil de 30 x 120 mm, dando 0,08 x 3600 = 288 N cada, muito menos), grampos pneumáticos, ou um molde com vários pontos de vácuo e batentes.

O molde de fixação da peça

Para peças curvas ou irregulares em série, faz-se um molde (gabari): uma base maquinada à forma da peça, com junta de vedação e furos de vácuo, ou com grampos e batentes. Montar o molde na máquina e fixar sobre ele o material são duas aptidões do referencial:

1. Limpar a mesa e as ventosas; verificar juntas e mangueiras.
2. Posicionar o molde nas coordenadas previstas no programa, encostado aos batentes ou medido em relação à origem.
3. Fixar o molde (vácuo ou aperto mecânico) e verificar que não se mexe.
4. Colocar a peça (madeira ou outro material) sobre o molde, encostada às referências, e ligar a sua fixação.
5. Confirmar no vacuómetro que a depressão é a esperada e que nada sai do lugar ao empurrar com a mão.

Critérios de escolha

1. Acessibilidade: que faces têm de ser maquinadas sem reposicionar? A cabeça inclinada passa?
2. Rigidez: a fixação aguenta as forças de corte sem vibrar nem escorregar?
3. Repetibilidade: em série, a peça encaixa sempre na mesma posição?
4. Compatibilidade com o material: face plana e estanque? Peça já envernizada que não pode ser marcada?

Ideias-chave: no mobiliário manda o vácuo (consolas e ventosas, ou mesa plana); F = Δp x A é teórica; peças pequenas e estreitas pedem grampos ou moldes; a fixação decide-se antes de programar.

8. Ferramentas de corte para centros de 5 e 6 eixos

Tipos de ferramenta

Hélice das fresas: ascendente, descendente e compressão

• Corte ascendente (up-cut): a hélice sobe a apara. Boa evacuação, mas pode lascar a face de cima do painel.
• Corte descendente (down-cut): empurra a apara para baixo. Bom acabamento em cima, mas pode lascar a face de baixo e evacua pior.
• Compressão: a parte de baixo da fresa é ascendente e a de cima descendente; as duas empurram as fibras para dentro do painel. É a escolha para painéis melamínicos ou folheados nas duas faces, desde que a profundidade de passagem seja suficiente para a zona ascendente trabalhar na face de baixo.

Materiais da parte cortante

Porta-ferramentas e rotação máxima

Nos centros de trabalho para madeira, o cone mais comum atualmente é o HSK 63F; máquinas mais antigas usam outros cones (por exemplo, ISO 30). As fresas de haste montam-se em pinças (por exemplo, ER ou pinças de aperto hidráulico ou térmico); as brocas da multifuradora têm haste própria.

As ferramentas para madeira trazem gravada a rotação máxima admissível (n max), conforme a norma EN 847-1. Nunca se excede o n max, nem que o programa o peça: uma ferramenta acima do n max pode desintegrar-se e ser projetada.

Velocidade de corte

Em madeira, a velocidade de corte dá-se normalmente em m/s:

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

Para ter em m/min: vc = π x D x n / 1000.

Exemplo resolvido · velocidade de corte

Fresa de 12 mm a 18 000 rpm.

1. π x 12 x 18 000 = 678 584.
2. 678 584 / 60 000 = 11,3 m/s (ou 678,6 m/min).
3. Com uma fresa de 20 mm à mesma rotação: π x 20 x 18 000 / 60 000 = 18,8 m/s. Mesma rotação, diâmetro maior, velocidade de corte maior.

Avanço por dente

O avanço por dente (fz) é o que cada aresta de corte avança em cada volta. Controla a espessura da apara:

fz = F / (n x z) (fz em mm, F em mm/min, n em rpm, z = número de arestas)

• fz demasiado baixo: a aresta "esfrega" em vez de cortar, aquece, queima a madeira e desgasta depressa.
• fz demasiado alto: esforço excessivo, arranque de fibras, vibração e risco de partir a ferramenta.

Os valores de partida vêm do catálogo do fabricante, para cada material e diâmetro; ajustam-se na maquinagem de teste.

Exemplo resolvido · avanço por dente

Avanço F = 10 m/min, n = 18 000 rpm, fresa de 2 arestas.

1. F = 10 m/min = 10 000 mm/min.
2. n x z = 18 000 x 2 = 36 000.
3. fz = 10 000 / 36 000 = 0,28 mm por dente.

Exemplo resolvido · calcular o avanço a programar

O catálogo recomenda fz = 0,20 mm para uma fresa de 3 arestas em MDF; rotação 16 000 rpm.

1. F = fz x n x z = 0,20 x 16 000 x 3 = 9600 mm/min (9,6 m/min).
2. Se a máquina, numa zona de 5 eixos com muitas mudanças de orientação, não conseguir manter os 9,6 m/min, o avanço real baixa e fz também: nesse caso baixa-se a rotação para manter a apara, dentro do intervalo do catálogo.

Criar ferramentas no CAD-CAM

No CAM, cada ferramenta é criada como um objeto com geometria de corte (tipo, diâmetro, raio de ponta, comprimento de corte, número de arestas), haste e porta-ferramentas (fundamentais para detetar colisões em 5 eixos), comprimento em balanço real e parâmetros de corte (n, F, fz). O número da ferramenta no CAM tem de coincidir com a posição no armazém e na tabela do comando. Criar estas ferramentas com as medidas reais é uma aptidão desta UC: uma ferramenta desenhada mais curta do que é na realidade esconde colisões na simulação.

Ideias-chave: hélice ascendente, descendente ou de compressão conforme as faces a proteger; HSS, HM, PCD; nunca exceder o n max; vc = π D n / 60 000; fz = F / (n z).

9. Montar, medir e configurar as ferramentas

Montar

1. Verificar a ferramenta: arestas sem lascas, sem fissuras, n max compatível com a rotação prevista.
2. Limpar o cone, a pinça e a haste (pó e resina reduzem o aperto e a concentricidade).
3. Montar a pinça certa para o diâmetro da haste, com a haste bem metida na pinça (segue o comprimento mínimo de aperto do fabricante).
4. Deixar o menor balanço possível que ainda permita chegar ao ponto mais fundo sem que o porta-ferramentas toque na peça. Em 5 eixos, a inclinação muitas vezes permite usar ferramentas mais curtas.
5. Apertar com a chave e o binário indicados, no banco de aperto, nunca com a ferramenta já na máquina.
6. Colocar o porta-ferramentas no armazém, na posição definida.

Medir

O comprimento e o diâmetro reais raramente coincidem exatamente com os nominais. Mede-se com:

• um pré-ajustador fora da máquina (ótico ou por contacto), que dá comprimento e raio;
• ou o sistema de medição da própria máquina (apalpador de ferramenta ou barreira laser), que mede automaticamente.

Configurar

Os valores medidos introduzem-se na tabela de ferramentas do comando: número da ferramenta, comprimento (para a compensação de comprimento, G43 em ISO), raio (para a compensação de raio, G41/G42), rotação máxima, sentido de rotação e, nalgumas máquinas, a geometria para a deteção de colisões.

Exemplo resolvido · configurar uma fresa esférica nova

Fresa esférica de 10 mm nominais, vai para a posição T5.

1. Montar na pinça com o balanço necessário.
2. Medir no pré-ajustador: diâmetro real 9,98 mm (raio 4,99 mm), comprimento 112,40 mm.
3. Introduzir os valores medidos (e não os nominais) na tabela, na posição T5.
4. Confirmar no ecrã do comando que T5 mostra 112,40 mm e 4,99 mm, e que o n max registado é o gravado na ferramenta.

Porque é que isto é mais crítico em 5 eixos

Com RTCP, o comando calcula a posição da ponta a partir do pivô da cabeça e do comprimento da ferramenta. Um erro de comprimento ΔL já não é só um erro de profundidade: quando a ferramenta inclina de um ângulo θ, a ponta fica deslocada ΔL ao longo do eixo inclinado, o que dá:

• erro na horizontal = ΔL x sen θ;
• erro na vertical = ΔL x cos θ.

Exemplo resolvido · erro de comprimento com a ferramenta inclinada

Foi introduzido o comprimento de outra ferramenta, 0,5 mm diferente do real. A cabeça trabalha inclinada 30°.

1. Erro horizontal = 0,5 x sen 30° = 0,5 x 0,5 = 0,25 mm.
2. Erro vertical = 0,5 x cos 30° = 0,5 x 0,866 = 0,43 mm.
3. Em 3 eixos, o mesmo erro dava só 0,5 mm de profundidade a mais ou a menos. Em 5 eixos, desloca também o contorno para o lado: os encaixes deixam de bater.

Ideias-chave: balanço mínimo; medir sempre, nunca confiar no nominal; introduzir valores medidos; em 5 eixos, um erro de comprimento vira erro de posição.

10. Cinemática e esforços mecânicos

Cinemáticas mais comuns

A cinemática descreve que eixos move cada parte da máquina e em que ordem:

• Cabeça birrotativa (os dois rotativos na cabeça): a peça fica parada; é a mais comum em mobiliário e carpintaria, porque as peças são grandes e compridas. A estrutura pode ser de pórtico (a ponte move-se sobre a mesa) ou de coluna móvel (a coluna desloca-se ao longo da mesa).
• Mesa rotativa e basculante: a peça roda e inclina; boa para peças pequenas, rara no mobiliário.
• Mista: um rotativo na mesa e outro na cabeça.

Não há uma cinemática "melhor" em absoluto: o fabricante equilibra rigidez, curso, peso da cabeça e custo.

Singularidades

Com a cabeça birrotativa, quando a ferramenta fica vertical (basculamento a 0°), a rotação C deixa de mudar a orientação da ferramenta. Perto dessa posição, pequenas mudanças de orientação pedidas pelo CAM podem obrigar o eixo C a rodar muito depressa (até meia volta), enquanto a ponta quase não se mexe. É uma singularidade: o avanço cai, a superfície fica marcada e a cabeça pode rodar para onde não se espera. O CAM e a simulação mostram estas zonas; resolve-se com uma pequena inclinação fixa da ferramenta ou mudando a estratégia.

Esforços mecânicos

• Forças de corte: dependem do material, da ferramenta, do fz e da profundidade de passagem. Aumentam com a apara.
• Flexão da ferramenta: uma ferramenta em balanço comporta-se como uma viga encastrada; a flecha cresce com o cubo do comprimento em balanço.
• Vibração: por falta de rigidez da fixação, balanço excessivo, ferramenta desequilibrada ou desgastada, ou parâmetros desadequados. Marca a superfície e gasta a ferramenta e os rolamentos da electromandril.
• Inércia e acelerações: numa cabeça birrotativa, a massa da cabeça, da ferramenta e dos agregados tem de ser acelerada e travada em cada mudança de orientação. Ferramentas pesadas ou grandes (serras, agregados) aumentam os esforços nos eixos rotativos e nos seus redutores.
• Esforços com a cabeça inclinada: a força de corte atua a uma distância do pivô e cria um momento nos eixos rotativos; quanto maior o balanço, maior o momento.

Exemplo resolvido · efeito do balanço

Uma fresa trabalha com 30 mm de balanço. Para chegar a um rebaixo fundo, alguém propõe 45 mm.

1. A flecha é proporcional a L³.
2. (45 / 30)³ = 1,5³ = 3,375.
3. A mesma força de corte flete a ferramenta cerca de 3,4 vezes mais. Solução em 5 eixos: inclinar a cabeça para chegar ao rebaixo com a ferramenta curta, ou baixar fz e profundidade de passagem.

Avaliar os esforços na prática

1. Consultar os limites da máquina (rotação, binário, massa máxima de ferramenta, velocidades dos eixos).
2. Usar ferramentas curtas e rígidas e o menor número possível de agregados pesados.
3. Evitar mudanças bruscas de orientação e zonas de singularidade.
4. Ouvir e observar: ruído anormal, vibração, marcas e queimaduras são sinais de esforço excessivo.

Ideias-chave: no mobiliário domina a cabeça birrotativa; atenção às singularidades perto da vertical; flecha ∝ L³; ferramenta curta, rígida e equilibrada.

11. Programação CNC ISO para maquinagem em 5 eixos

A linguagem ISO

A programação ISO (código G, norma ISO 6983) escreve o programa em blocos (linhas), normalmente numerados (N10, N20…), executados em sequência. Cada bloco tem palavras: uma letra e um número.

Em madeira não se usa fluido de corte; as funções M de refrigeração existem em muitos comandos, mas a apara sai pela aspiração, que nos centros de mobiliário se liga com a electromandril ou por função própria da máquina.

Compensação do raio e sentido de corte

Com G41 a ferramenta fica à esquerda do percurso (olhando no sentido do movimento); com G42, à direita. Com rotação horária (M03), contornar o exterior de uma peça com G41 (percurso no sentido horário à volta da peça) dá fresagem concordante: normalmente melhor acabamento e menos arranque de fibras. G42 no exterior dá fresagem discordante.

Exemplo resolvido · contorno exterior de um painel

Painel de aglomerado melamínico de 18 mm, contorno final 200 x 100 mm. Origem G54 no canto inferior esquerdo do contorno final, na face de cima do painel. Fresa de compressão de 10 mm, 2 arestas, T3. A peça está sobre ventosas dentro do contorno; nenhuma ventosa nem consola passa por baixo do percurso.

N10 G90 G17 G54           ; absolutas, plano XY, origem da peça
N20 T3 M06                ; fresa de compressão D10 (T3)
N30 S18000 M03            ; 18 000 rpm, rotação horária
N40 G00 X-20 Y-20 Z20     ; aproximação rápida fora da peça
N50 G43 H3 Z5             ; compensação do comprimento de T3, 5 mm acima da peça
N60 G01 Z-18.5 F2000      ; desce fora da peça, 0,5 mm abaixo da face de baixo
N70 G41 D3 G01 X0 Y-10 F8000 ; entrada com compensação à esquerda
N80 Y100                  ; lado esquerdo
N90 X200                  ; lado de trás
N100 Y0                   ; lado direito
N110 X-10                 ; lado da frente, fecha o canto
N120 G40 G01 X-20 Y-20    ; anula a compensação ao sair
N130 G00 Z20              ; sobe em rápido
N140 M05                  ; para a rotação
N150 M30                  ; fim de programa

Verificação passo a passo:

1. O percurso X0 Y0 → X0 Y100 → X200 Y100 → X200 Y0 → X0 Y0 descreve o rectângulo de 200 x 100 mm, no sentido horário visto de cima.
2. G41 põe a ferramenta à esquerda: nos quatro lados, a esquerda é o exterior da peça; com M03, é fresagem concordante.
3. O centro da fresa passa a 5 mm (o raio) por fora da linha, pelo que a peça sai com 200 x 100 mm.
4. Avanço por dente: fz = 8000 / (18 000 x 2) = 0,22 mm. Velocidade de corte: π x 10 x 18 000 / 60 000 = 9,4 m/s.
5. A descida (N60) faz-se fora da peça, e o Z-18.5 só é aceitável porque não há ventosas nem consolas debaixo do percurso. Numa mesa plana com tabuleiro sacrificial, os 0,5 mm entram no tabuleiro.

As palavras H3 e D3 (números dos corretores de comprimento e raio) e a sintaxe exata variam com o comando: confirma no manual.

Exemplo resolvido · bloco a 5 eixos com RTCP

Programa ilustrativo para uma passagem com mudança de orientação, numa cabeça com eixos A e C. A ativação do RTCP está escrita de forma genérica, porque muda de comando para comando.

N10 G90 G17 G54           ; absolutas, plano XY, origem da peça
N20 T5 M06                ; fresa esférica D10 (T5)
N30 S18000 M03            ; liga a rotação
N40 (ATIVAR RTCP)         ; função própria do comando
N50 G00 X0 Y0 Z50 A0 C0   ; aproximação, ferramenta vertical
N60 G01 Z5 F3000          ; desce até 5 mm acima da peça
N70 G01 X50 Y30 Z-5 A10 C5 F4000  ; corte com mudança de orientação
N80 G01 X80 Y30 Z-5 A15 C5        ; continua, a inclinação aumenta
N90 G00 Z50               ; afasta
N100 (DESATIVAR RTCP)
N110 G00 A0 C0            ; endireita a cabeça em segurança
N120 M05
N130 M30

1. N70-N80: interpolação simultânea de X, Y, Z, A e C; com RTCP ativo, X, Y e Z são coordenadas da ponta da ferramenta.
2. Sem RTCP, os mesmos números seriam coordenadas do pivô da cabeça e a ponta sairia deslocada; o CAM e o pós-processador escrevem o programa de acordo com o modo escolhido.
3. N110: a cabeça só endireita depois de subir, longe da peça.

Na prática, programas de 5 eixos contínuos têm milhares de blocos gerados por CAM; o que o técnico faz à mão é ler e verificar: origem, ferramenta, rotação, avanço, ativação do RTCP, aproximações e saídas seguras.

Elaborar programas para peças de mobiliário e carpintaria

1. Confirmar origem e ferramentas medidas.
2. Definir a sequência: facejar e desbastar antes de acabar; gravar depois de facejar; furar quando a peça ainda está rígida.
3. Aproximar e sair fora da peça e longe da fixação.
4. Usar a ferramenta mais curta que chega.
5. Rever o programa bloco a bloco antes de simular.

12. CAD-CAM em peças sólido

Do sólido ao programa

O fluxo de trabalho para 5 eixos quase nunca escreve o código todo à mão:

1. CAD (desenho assistido por computador): a peça é modelada como sólido 3D, com todas as faces, encaixes, furos e raios.
2. CAM (fabrico assistido por computador): sobre o sólido, o programador define o bruto (o material de partida), a fixação, as ferramentas e as operações; o software calcula os caminhos de ferramenta (posições e orientações).
3. Pós-processador: traduz os caminhos para o código da máquina concreta (a sua cinemática, o seu comando, o seu dialeto).
4. Simulação e código final (capítulo 14).

O sólido é a fonte de verdade geométrica: se a peça muda, muda-se o sólido e recalculam-se os caminhos. Editar à mão o código gerado, sem atualizar o sólido e o CAM, quebra a rastreabilidade e perde-se na próxima alteração.

Preparar o sólido

• Confirmar que o sólido está fechado (sem faces em falta nem sobrepostas) e na escala certa (mm).
• Posicionar o sólido em relação à origem de peça que vai ser usada na máquina.
• Definir o bruto: por exemplo, uma peça de maciço de 60 x 60 x 450 mm para um pé de cadeira que acaba com 45 x 45 x 440 mm, ou um bruto já recortado a 2D numa máquina de 3 eixos.
• Modelar a fixação (ventosas, consolas, molde, grampos): sem ela, a simulação não deteta colisões com a fixação.

Isolar ou separar os componentes de uma peça

Muitas peças de mobiliário são conjuntos (uma cadeira: pernas, travessas, assento, costas). Antes de gerar caminhos:

• Isolar cada componente num ficheiro ou numa configuração própria, com a sua origem, bruto, fixação e sequência.
• Separar zonas de um mesmo componente que pedem estratégias ou ferramentas diferentes (por exemplo, a superfície curva das costas e os furos de cavilha).
• Manter as referências comuns: os furos e encaixes que ligam componentes têm de ser cotados a partir das mesmas referências, para que as peças maquinadas separadamente encaixem.

Exemplo resolvido · isolar os componentes de uma cadeira

Uma cadeira tem 2 pernas da frente, 2 pernas de trás curvas, 4 travessas e costas esculpidas.

1. Pernas da frente: iguais, retas; componente isolado, 3+2 para os furos das travessas.
2. Pernas de trás: curvas; componente isolado com molde próprio; 5 eixos contínuos no perfil, 3+2 nos furos.
3. Travessas: retas; 3 eixos (respigas feitas com fresa ou com serra em agregado).
4. Costas: componente isolado, molde à forma, 5 eixos contínuos no acabamento.
5. As posições dos furos das travessas nas pernas e das respigas nas travessas saem da mesma montagem CAD, para garantir o encaixe.

Ferramentas CAM específicas para 5 eixos

Para além da biblioteca de ferramentas (capítulo 8), o CAM de 5 eixos oferece ferramentas próprias:

• Controlo do eixo da ferramenta: fixo, normal à superfície, inclinado com ângulos de avanço e laterais (lead e tilt), a passar por um ponto ou por uma linha, ou interpolado entre orientações definidas pelo programador.
• Limites de inclinação: ângulos máximos permitidos pela cabeça.
• Evitar colisões: o CAM inclina automaticamente a ferramenta para afastar a haste e o porta-ferramentas das paredes, ou recua.
• Ligações entre passagens: planos ou esferas de segurança para mudar de orientação sem tocar na peça.
• Modelo da máquina e pós-processador adequados.

Escolher bem o controlo do eixo é o que separa um caminho eficiente, que tira partido dos 5 eixos, de um cheio de reorientações inúteis.

13. Operações CAM a 5 eixos

Pré-desbaste

Remove a maior parte do material com uma ferramenta robusta (fresa de topo ou tórica), deixando uma sobreespessura uniforme para o acabamento (por exemplo, 0,5 a 1 mm, conforme a peça). Em muitas peças faz-se em 3+2, por várias orientações: é mais rígido e rápido que o desbaste contínuo.

Corte e acabamento

Passagens finas que seguem a superfície final:

• Acabamento com fresa esférica, com passos pequenos entre passagens. O passo lateral deixa uma pequena crista (altura de crista) entre passagens.
• Acabamento pelo flanco (swarf): a lateral de uma fresa de topo encosta a toda a altura de uma parede inclinada ou torcida; uma só passagem faz a parede toda, com ótimo acabamento.
• Contorno a 5 eixos: recorte de peças curvas (por exemplo, uma peça de contraplacado moldado) com a ferramenta sempre perpendicular à superfície.

Abertura de cavidades, facejamento, gravação e furação

Porque se inclina a fresa esférica

No centro da ponta de uma fresa esférica, o raio efetivo é zero e, por isso, a velocidade de corte é nula: a ferramenta esmaga em vez de cortar. Inclinando a ferramenta um ângulo β em relação à normal da superfície, o ponto de contacto afasta-se do centro e o raio efetivo passa a ser R x sen β.

Exemplo resolvido · velocidade de corte efetiva de uma fresa esférica

Fresa esférica de 10 mm (R = 5 mm), 18 000 rpm, inclinada 15° em relação à normal da superfície.

1. Raio efetivo = 5 x sen 15° = 5 x 0,259 = 1,29 mm; diâmetro efetivo ≈ 2,59 mm.
2. vc efetiva = π x 2,59 x 18 000 / 60 000 ≈ 2,4 m/s.
3. Sem inclinação (β = 0°), o contacto dá-se no centro: vc = 0. Com a ferramenta vertical sobre uma face horizontal, a esférica corta mal no fundo; os 5 eixos resolvem isto com uma inclinação moderada.

Exemplo resolvido · altura de crista

Fresa esférica de raio R = 5 mm, sobre uma superfície quase plana. A altura da crista h entre passagens com passo lateral p é aproximadamente:

h = R - √(R² - (p/2)²)

1. Passo p = 1 mm: h = 5 - √(25 - 0,25) = 5 - 4,975 = 0,025 mm.
2. Passo p = 2 mm: h = 5 - √(25 - 1) = 5 - 4,899 = 0,10 mm.
3. Duplicar o passo reduz o tempo de acabamento para metade, mas a crista fica cerca de quatro vezes maior; decide-se pela lixagem que vem a seguir.

14. Simulação, deteção de colisões e código da máquina

Simular a maquinagem no software

Antes de ir para a máquina, o programa é simulado no CAM ou num verificador próprio. Há dois níveis:

• Simulação do caminho e da remoção de material: mostra o bruto a ser desbastado e compara o resultado com o sólido (material a mais, cortes a mais).
• Simulação com modelo da máquina: inclui a cabeça, os eixos com os seus limites, a mesa, as consolas, as ventosas, o molde e os grampos. Só este nível apanha colisões da cabeça com a fixação e ultrapassagens de curso.

O ideal é simular o código já pós-processado (o que vai de facto para a máquina), e não apenas os caminhos dentro do CAM: assim apanham-se também erros do pós-processador.

Detetar colisões

Em 5 eixos o risco é maior, porque a ferramenta e a cabeça mudam de orientação. As colisões mais comuns:

Também se verifica: cortes em rápido (G00 dentro do material), mergulhos a direito com ferramentas que não cortam ao centro, e zonas de singularidade.

Um aviso de colisão é sempre bloqueante: corrige-se o caminho (inclinação, ordem, ligações), a ferramenta (mais comprida só se não houver alternativa) ou a fixação (mudar uma ventosa ou um grampo de sítio), e volta-se a simular.

Gerar o código de programação da máquina

1. Escolher o pós-processador certo para a máquina e para o comando.
2. Gerar o programa, com um nome e uma versão rastreáveis (peça, operação, data, revisão).
3. Rever o cabeçalho e o fim: origem, ferramentas, rotações, ativação do RTCP, ligação da aspiração, regresso a posição segura.
4. Simular o código gerado.
5. Transferir para a máquina pela rede da empresa e confirmar que é a versão certa a carregar.

Exemplo resolvido · ler um relatório de simulação

A simulação de um braço de cadeira assinala: (a) colisão do porta-ferramentas com o molde no fim do acabamento; (b) 0,3 mm de material a mais numa zona côncava; (c) movimento rápido de 12 mm abaixo do plano de segurança entre duas operações.

1. (a) É bloqueante: aumentar a inclinação lateral nessa zona, afastar o apoio do molde ou, em último caso, usar uma ferramenta com mais balanço e parâmetros mais suaves.
2. (b) Verificar se a fresa cabe na concavidade (raio da ferramenta menor que o raio côncavo) e se o passo é suficiente.
3. (c) Corrigir as ligações: subir ao plano de segurança antes de reorientar.
4. Voltar a pós-processar e a simular até não haver avisos.

15. Molde de fixação, teste em vazio e maquinagem de teste

Montar o molde e fixar o material

Com a simulação limpa, prepara-se a máquina (capítulo 7): molde montado e fixado nas coordenadas do programa, material colocado e encostado às referências, vácuo ou grampos verificados.

Teste em vazio

O teste em vazio corre o programa na máquina real sem cortar, para confirmar que a máquina faz o que a simulação mostrou. Formas habituais (depende do comando):

• deslocar a origem em Z para cima (por exemplo, 50 mm), de modo que toda a trajetória passe acima da peça;
• correr sem peça montada (mas com o molde, para ver as distâncias);
• usar as funções do comando: bloco a bloco, redução do avanço e dos rápidos (override), e visualização gráfica do percurso.

Durante o teste em vazio, o operador: fica fora da zona de trabalho, com a mão junto da paragem de emergência; observa as aproximações à fixação, as rotações da cabeça e os pontos onde a cabeça passa mais perto da mesa; confirma que a ferramenta chamada é a certa.

Maquinagem de teste

1. Repor a origem real; confirmar ferramentas e origem.
2. Maquinar a primeira peça (ou um provete do mesmo material) com o avanço reduzido nas primeiras operações e aumentando só quando tudo está normal.
3. Observar som, apara, vibração e acabamento; parar ao menor sinal anormal.
4. Medir a peça com os instrumentos adequados (fita métrica e régua para dimensões gerais, paquímetro para espessuras e furos, esquadro, transferidor ou goniómetro para ângulos, gabaritos de forma para curvas) e comparar com o desenho e as tolerâncias.
5. Registar os resultados; corrigir o que for preciso (corretores de ferramenta, origem, parâmetros ou programa) e repetir até à conformidade.
6. Só então libertar para produção.

Exemplo resolvido · corrigir depois da peça de teste

O desenho pede uma respiga de 10,0 mm (tolerância ±0,1 mm). A peça de teste mede 10,3 mm na respiga, fresada pelos dois lados com compensação de raio.

1. Desvio = 10,3 - 10,0 = +0,3 mm no total, ou seja 0,15 mm a mais em cada lado.
2. A fresa está a cortar menos do que devia: o raio na tabela está 0,15 mm maior do que o real (por exemplo, fresa gasta ou medida errada).
3. Correção: medir de novo a ferramenta; se o raio real for 0,15 mm menor, atualizar a tabela.
4. Maquinar nova peça de teste e medir; só com a respiga entre 9,9 e 10,1 mm se liberta a produção.

16. Segurança e saúde no trabalho e EPI

Cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho é um critério de desempenho explícito desta UC, tão importante como programar.

Enquadramento legal e normativo

• Equipamentos de trabalho: o Decreto-Lei n.º 50/2005 fixa as prescrições mínimas de segurança e saúde na utilização dos equipamentos de trabalho (proteções, comandos, paragem de emergência, formação, manutenção).
• Colocação de máquinas no mercado: a Diretiva Máquinas, transposta pelo Decreto-Lei n.º 103/2008, obriga o fabricante a marcação CE, declaração de conformidade e manual de instruções em português. O novo Regulamento (UE) 2023/1230, relativo às máquinas, aplica-se a partir de 20 de janeiro de 2027.
• Norma de segurança específica destas máquinas: EN ISO 19085-3 (máquinas para trabalhar madeira, máquinas de furar e fresar com comando numérico).
• Pó de madeira: o pó de madeiras duras (folhosas, como carvalho, faia, freixo, castanho) é um agente cancerígeno reconhecido. A Diretiva (UE) 2017/2398, transposta em Portugal pelo Decreto-Lei n.º 35/2020, fixou para ele um valor-limite de exposição profissional de 2 mg/m³ (média ponderada de 8 horas) desde 18 de janeiro de 2023. O MDF e o aglomerado também libertam pó fino que tem de ser captado.

Proteções da máquina

Os centros de 5 eixos trabalham com ferramentas a milhares de rotações e cabeças que se movem depressa em qualquer direção. Por isso têm dispositivos que impedem o acesso à zona perigosa com a máquina em ciclo: resguardos e portas com encravamento, tapetes sensíveis (tapetes de segurança) na zona de carga, barreiras ou cortinas de luz, para-choques sensíveis no carro ou no pórtico, e botões de paragem de emergência em vários pontos.

Regras que não se discutem:

• Nunca entrar na área de trabalho com a máquina em ciclo, nem que seja para tirar uma apara ou endireitar uma peça.
• Nunca anular, contornar ou "calçar" um dispositivo de segurança.
• Trabalhar com a máquina dividida em zonas (carregar numa enquanto se maquina noutra) só como o fabricante prevê, com os dispositivos dessa zona ativos.
• Troca manual de ferramentas, limpeza e manutenção só com a máquina parada e consignada (bloqueio e sinalização), segundo o manual.
• Respeitar o n max de cada ferramenta; nunca montar ferramentas com lascas ou fissuras.
• Captação de pó na origem sempre ligada e a funcionar (verificar as bocas e as mangueiras da cabeça).

Equipamentos de proteção individual

• Proteção auditiva: as electromandris, as serras e a aspiração são ruidosas.
• Proteção ocular: óculos na preparação, na limpeza e perto da máquina.
• Proteção respiratória: máscara FFP2 ou FFP3 quando a captação não chega (limpeza, sopro, lixagem, manutenção dos filtros).
• Calçado de segurança (peças pesadas, painéis, moldes).
• Luvas apenas para manusear peças e ferramentas com a máquina parada (arestas cortantes); nunca junto de ferramentas em rotação.
• Roupa justa, sem mangas soltas, sem adornos (anéis, pulseiras, fios) e cabelo comprido apanhado: tudo o que pode ser agarrado por uma peça em rotação.

Exemplo resolvido · avaliar uma situação

Durante um ciclo, uma apara fica presa junto a uma ventosa. Um colega quer passar o tapete de segurança "só um segundo" para a tirar com a mão.

1. É proibido: o tapete existe precisamente para parar a máquina quando alguém entra.
2. Procedimento correto: parar o ciclo (paragem normal ou, se houver perigo, de emergência), esperar que a ferramenta pare de rodar, retirar a apara com a máquina parada e com um utensílio, e retomar segundo o manual.
3. Se a apara prende sempre no mesmo sítio, rever a aspiração e o programa (por exemplo, a hélice da fresa).

17. Normas da qualidade

A qualidade garante que a peça cumpre o desenho e que o processo é repetível e rastreável. Muitas empresas trabalham com um sistema de gestão da qualidade segundo a NP EN ISO 9001.

• Especificação: desenho técnico com cotas, tolerâncias (por exemplo, ±0,1 mm num encaixe, ±0,5 mm num comprimento geral), ângulos e acabamento.
• Primeira peça medida e registada antes da série (capítulo 15).
• Controlo em produção: medir peças por amostragem (por exemplo, a primeira de cada lote e uma em cada certo número), vigiar o desgaste das ferramentas.
• Registos: versão do programa, ferramentas usadas, medições, não conformidades e ações corretivas.
• Instrumentos de medição calibrados ou verificados.
• Organização: máquina, ferramentas e posto limpos e arrumados; ferramentas guardadas com proteção das arestas.

Exemplo resolvido · registo de não conformidade

Numa série de 40 pernas de cadeira, a peça 23 tem o furo de cavilha 1,5 mm fora de posição.

1. Separar e identificar a peça não conforme.
2. Verificar as peças seguintes e as anteriores até à última medição conforme.
3. Procurar a causa (peça mal encostada ao batente, vácuo baixo, apara no molde).
4. Registar: peça, defeito, causa, ação (limpeza do molde antes de cada peça) e responsável.

Erros comuns

• Confundir 3+2 com 5 eixos contínuos: uma máquina de 5 eixos pode e deve trabalhar indexada quando a peça o permite.
• Achar que "6 eixos" quer dizer sempre o mesmo: depende do fabricante; lê o manual.
• Trocar o sentido de Z: Z+ afasta a ferramenta da peça, Z- mergulha.
• Assumir a origem da máquina em vez da origem da peça: colisões e peças fora de posição.
• Reutilizar o comprimento de outra ferramenta: em 5 eixos com RTCP, desloca a ponta também na horizontal.
• Exceder o n max gravado na ferramenta.
• Usar ferramentas com balanço a mais: a flecha cresce com o cubo do balanço.
• Esquecer a fixação na simulação: a cabeça inclinada bate na ventosa que não estava no modelo.
• Ignorar avisos de colisão por parecerem improváveis.
• Saltar o teste em vazio porque a simulação correu bem.
• Gravar antes de facejar: a gravação fica com profundidade irregular.
• Acabar com a fresa esférica na vertical sobre faces quase horizontais: corta com o centro, onde vc = 0.
• Entrar na área de trabalho com a máquina em ciclo ou usar luvas junto de ferramentas em rotação.

Glossário

• Agregado: acessório montado no cone da electromandril que desvia ou multiplica o movimento (por exemplo, para furar na horizontal ou montar uma serra).
• Altura de crista: altura do material que fica entre duas passagens de uma fresa esférica.
• Balanço: comprimento da ferramenta fora da pinça ou do porta-ferramentas.
• Batente: taco de referência onde a peça encosta para definir a sua posição.
• Bruto: material de partida, antes da maquinagem.
• Cabeça birrotativa: cabeça com dois eixos rotativos (rotação em torno da vertical e basculamento).
• CAD / CAM: desenho assistido por computador / fabrico assistido por computador.
• Caminho de ferramenta: sequência de posições e orientações que a ferramenta segue.
• Cinemática: forma como os eixos de uma máquina estão dispostos e se movem entre si.
• Consola: barra transversal móvel da mesa onde se colocam ventosas e batentes.
• Eixo linear / angular: eixo de translação (X, Y, Z) / de rotação (A, B, C em torno de X, Y, Z).
• Electromandril: motor da ferramenta, de alta rotação.
• Fresagem concordante: a aresta entra na apara pelo lado mais grosso; com M03, contorno exterior com G41.
• Interpolação simultânea: movimento coordenado de vários eixos no mesmo bloco.
• Maquinagem de teste: primeira peça real maquinada, medida e aprovada antes da série.
• Modo 3+2 (indexado): rotativos posicionados e parados durante o corte.
• Molde (gabari) de fixação: base à forma da peça que a segura e referencia.
• n max: rotação máxima admissível gravada na ferramenta (EN 847-1).
• Origem de peça (G54): referência a partir da qual se cotam as coordenadas do programa.
• Pós-processador: tradutor dos caminhos do CAM para o código de uma máquina concreta.
• RTCP: compensação do ponto central da ferramenta; o comando corrige X, Y e Z quando os rotativos se movem.
• Singularidade: posição da cabeça (normalmente com a ferramenta vertical) em que o eixo C tem de rodar muito para pequenas mudanças de orientação.
• Sobreespessura: material deixado pelo desbaste para o acabamento.
• Teste em vazio: execução do programa na máquina real sem cortar.
• Ventosa: elemento de fixação por vácuo; força teórica = depressão x área útil.

Síntese

Programar e operar um centro de trabalho CNC de 5 e 6 eixos segue sempre a mesma lógica:

1. Conhecer a máquina: eixos lineares (X, Y, Z, em mm) e angulares (A, B, C, em graus), segundo a ISO 841; a cinemática (no mobiliário, sobretudo cabeça birrotativa); o que o fabricante chama 6.º eixo.
2. Decidir a estratégia: 3 eixos, 3+2 ou 5 contínuos, conforme a peça e o lote.
3. Preparar: mesa e fixação (vácuo, consolas, moldes, grampos), ferramentas escolhidas no catálogo, montadas com balanço mínimo, medidas e configuradas; parâmetros com vc = π D n / 60 000 e fz = F / (n z), sem exceder o n max.
4. Programar: ISO para perceber e verificar; CAD-CAM a partir do sólido, com componentes isolados, ferramentas criadas com as medidas reais e controlo do eixo da ferramenta adequado; RTCP ativo em 5 contínuos.
5. Validar: simular com o modelo da máquina e da fixação, eliminar colisões, gerar e simular o código, montar o molde, testar em vazio, maquinar a peça de teste e medir.
6. Segurança e qualidade em todas as etapas: nunca entrar na zona de trabalho em ciclo, captação de pó e EPI, registos e medição.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça tem uma face curva contínua que muda de ângulo ao longo do percurso. Escolhes 3 eixos, 3+2 ou 5 eixos simultâneos? Porquê?

Resolução: 5 eixos simultâneos. A direção da ferramenta tem de mudar durante o corte; o 3+2 só trava a ferramenta em orientações fixas e deixaria facetas.

2. Um bloco move a ferramenta de X0 Y0 Z50 A0 C0 até X60 Y40 Z8 A15 C0. Quantos eixos interpolam em simultâneo?

Resolução: 4 eixos: X, Y e Z (lineares) e A (de 0° a 15°). C não muda de valor, por isso não interpola.

3. Calcula a velocidade de corte de uma fresa de 16 mm a 18 000 rpm, em m/s.

Resolução: vc = π x 16 x 18 000 / 60 000 = 904 779 / 60 000 ≈ 15,1 m/s.

4. Com n = 18 000 rpm e uma fresa de 3 arestas, que avanço dá fz = 0,15 mm?

Resolução: F = fz x n x z = 0,15 x 18 000 x 3 = 8100 mm/min (8,1 m/min).

5. Uma ventosa de 150 x 60 mm trabalha a 0,7 bar de depressão. Qual a força teórica?

Resolução: Δp = 0,07 N/mm²; A = 150 x 60 = 9000 mm²; F = 0,07 x 9000 = 630 N. A força real é menor (fugas) e a resistência ao escorregamento lateral é bastante inferior.

6. O comprimento de uma ferramenta está 0,4 mm errado e a cabeça trabalha a 45°. Que erro de posição resulta?

Resolução: horizontal 0,4 x sen 45° = 0,4 x 0,707 ≈ 0,28 mm; vertical 0,4 x cos 45° ≈ 0,28 mm.

7. Depois de trocar uma ferramenta, o técnico corre logo o programa de produção. Que passo saltou?

Resolução: A medição e configuração da ferramenta (comprimento e raio reais na tabela). O comando usa valores errados: profundidade errada e, em 5 eixos com RTCP, também posição errada; risco de colisão.

8. Uma travessa de 35 mm de largura não cobre as ventosas da máquina. Que soluções tens?

Resolução: ventosas estreitas próprias, grampos pneumáticos ou um molde com batentes e pontos de vácuo à medida. O vácuo só se forma se a peça cobrir toda a área útil da ventosa.

9. Um colega quer gravar um motivo antes de facejar a face. O que lhe respondes?

Resolução: Que a ordem está errada: facejar primeiro, para ter a face de referência, e gravar depois; de outro modo a profundidade da gravação fica irregular.

10. Antes da série, que passos vêm depois da simulação?

Resolução: gerar e simular o código pós-processado, montar o molde e fixar o material, teste em vazio e maquinagem de teste com medição contra o desenho; só então a série.