Sebenta · Modelar peças e componentes com superfícies tridimensionais, para maquinagem CNC (UC02088)

Introdução

Esta sebenta ensina a construir o modelo digital de uma peça de mobiliário, do primeiro esboço até um sólido com superfícies tridimensionais pronto para seguir para o CAM e ser maquinado num centro de trabalho CNC. O modelo 3D não é um desenho bonito: é a informação exata que a máquina vai seguir. Um erro no modelo é um erro na peça, e um erro que só se descobre com a fresa a cortar custa material, tempo de máquina e, por vezes, a própria ferramenta.

O percurso segue a lógica de um posto de trabalho real:

1. ler e analisar o desenho técnico e as especificações da peça;
2. avaliar a exequibilidade da maquinagem CNC e resolver os constrangimentos encontrados;
3. construir o modelo no software de modelação (eixos e planos, sketch, sólidos, superfícies, manipulação 3D);
4. integrar elementos facilitadores da maquinagem e criar o volume de trabalho (o bloco de material em bruto);
5. prever a fixação da peça, desenvolvendo o molde ou gabarito que a segura na máquina;
6. exportar no formato certo e verificar o modelo antes de o entregar ao CAM.

No fim, deves conseguir modelar uma peça ou componente de mobiliário completo, com superfícies tridimensionais, e justificar cada decisão que tomaste.

Objetivos de aprendizagem (referencial): verificar a exequibilidade técnica da maquinagem com CNC das peças a fabricar; integrar na modelação dos componentes e peças elementos facilitadores da maquinagem CNC; aplicar ferramentas CAD-CAM no desenvolvimento de modelos digitais com superfícies tridimensionais, de peças e componentes.

Como estudar com esta sebenta. Cada capítulo tem uma parte de conceitos, uma ou mais tabelas de consulta e pelo menos um exemplo resolvido passo a passo. Lê o capítulo com o software aberto e repete os exemplos. Os comandos têm nomes ligeiramente diferentes de programa para programa: aqui usamos os nomes genéricos (extrusão, rotação, varrimento, loft, boleado, chanfro). O que muda é o menu; a lógica mantém-se.

1. Da peça ao modelo digital: o papel do CAD-CAM

Uma peça de mobiliário maquinada em CNC percorre um caminho que começa muito antes de a máquina ligar:

Desenho técnico → Modelo 3D (CAD) → Trajetórias e programa (CAM) → Maquinagem (CNC) → Controlo da peça

• CAD (Computer Aided Design, desenho assistido por computador): a fase de modelação, o foco desta UC.
• CAM (Computer Aided Manufacturing, fabrico assistido por computador): a partir do modelo, escolhem-se as ferramentas e as estratégias (desbaste, acabamento, contorno, furação) e geram-se as trajetórias e o programa que a CNC executa.
• CNC (Computer Numerical Control, comando numérico computorizado): a máquina que fura, fresa, perfila e corta fisicamente a peça, seguindo esse programa.

Muitos programas juntam CAD e CAM no mesmo ambiente (daí o termo "software CAD-CAM"); noutros casos, modela-se num programa de CAD e exporta-se para um CAM separado. Nos centros de trabalho de mobiliário, os fabricantes das máquinas fornecem muitas vezes software próprio de programação, que importa geometria 2D e 3D vinda de CAD. Os nomes dos comandos variam; o que o CAM precisa do modelo é sempre o mesmo.

O que o CAM precisa de receber do modelo

Máquinas: 3 eixos, 4 eixos, 5 eixos e agregados

A exequibilidade depende da máquina que a oficina tem. Convém saber distinguir:

• 3 eixos (X, Y, Z): a ferramenta desloca-se nas três direções, mas está sempre na vertical. Alcança tudo o que se vê de cima; não alcança o que fica por baixo de uma saliência.
• 4 eixos: aos três lineares junta-se um eixo rotativo. Pode ser um eixo que inclina a cabeça, ou um eixo rotativo que faz girar a peça (tipo torno), útil para pernas e colunas torneadas.
• 5 eixos: a ferramenta pode inclinar-se em duas direções, o que permite maquinar faces inclinadas e algumas contrassaídas numa só fixação.
• Agregados: acessórios montados no eixo da máquina que desviam a ferramenta, por exemplo para furar ou fresar na horizontal, nos topos de um painel.

Os centros de trabalho para mobiliário têm também grupos de furação (várias brocas verticais e horizontais) e, muitas vezes, uma serra montada na cabeça. Um furo de cavilha ou de dobradiça faz-se normalmente com broca do grupo de furação, e não com fresa.

O modelo como primeiro controlo de qualidade

Um modelo com uma cota errada, uma geometria impossível de maquinar ou uma aresta mal definida propaga-se a todas as etapas seguintes. Por isso, as três realizações centrais desta UC organizam o programa inteiro: verificar a exequibilidade, integrar elementos facilitadores e aplicar ferramentas CAD-CAM para desenvolver o modelo.

2. Ler desenhos e especificações técnicas

Antes de abrir o software de modelação, analisa-se o desenho técnico e todas as especificações da peça. Esta análise responde a duas perguntas: o que exatamente tenho de modelar? e esta peça é exequível em maquinagem CNC, tal como está desenhada?

O que se lê num desenho de peça

O material também é uma especificação técnica

A mesma geometria comporta-se de maneira diferente conforme o material:

• Madeira maciça: é anisotrópica, isto é, tem propriedades diferentes consoante a direção. Superfícies 3D cortadas contra o fio podem arrancar fibras; o comprimento das peças esbeltas deve seguir o sentido do fio para não partirem.
• MDF: painel de fibras, homogéneo, sem fio. É o material mais usado para relevos e superfícies 3D em CNC, porque o interior se maquina com um acabamento uniforme.
• Aglomerado: painel de partículas. O interior é grosseiro; não é adequado para superfícies 3D à vista.
• Contraplacado: folhas coladas com o fio cruzado. Ao maquinar uma superfície 3D ficam à vista as camadas, o que pode ser um efeito decorativo ou um defeito, conforme o projeto.
• Painel melamínico: a face decorativa lasca com facilidade; exige ferramentas próprias e não se presta a superfícies 3D.

Exemplo resolvido: ficha de análise de um desenho

Desenho recebido: frente de gaveta em MDF de 22 mm, 500 x 180 mm, com um puxador escavado (cavidade côncava) de 120 x 40 mm e 12 mm de profundidade máxima, cantos da cavidade vivos, e aresta exterior boleada R3.

1. Geometria a modelar: um painel retangular (extrusão), uma cavidade de fundo curvo (superfície 3D) e um boleado exterior.
2. Material: MDF, adequado a superfícies 3D; espessura 22 mm, cavidade de 12 mm, fica um fundo de 22 menos 12 = 10 mm, aceitável.
3. Constrangimento 1: cantos vivos na cavidade. Uma fresa não faz cantos interiores vivos na vertical; é preciso um raio.
4. Constrangimento 2: a aresta exterior boleada R3 exige uma fresa de perfil de raio 3 mm ou uma passagem de acabamento 3D.
5. Decisão a propor: raio vertical nos cantos da cavidade compatível com a fresa de acabamento; confirmar a fresa de perfil R3 no armazém de ferramentas.
6. Registar as decisões na ficha do modelo, com data e nome de quem as validou.

3. Constrangimentos e exequibilidade técnica da maquinagem CNC

Avaliar a exequibilidade é perguntar, face a face e aresta a aresta: uma ferramenta que existe na oficina consegue chegar aqui, na posição certa, e cortar isto sem partir nem vibrar? Os constrangimentos vêm de três fontes: a ferramenta (forma, diâmetro, comprimento), a máquina (número de eixos, curso, agregados) e a peça (material, espessura, dimensão, fixação).

Tabela de constrangimentos típicos

O canto interior: o constrangimento que aparece em quase todas as peças

Uma fresa de topo roda em torno do seu eixo. Quando contorna um canto interior de uma cavidade, o centro da fresa não pode aproximar-se das paredes mais do que o seu raio. O resultado é um canto com raio igual ao raio da fresa, nunca menor.

Na prática, desenha-se o raio de canto um pouco maior que o raio da fresa. Se o raio do canto for exatamente igual ao da fresa, a ferramenta "abraça" o canto com todo o seu perímetro de corte, o esforço sobe de repente e aparecem marcas de vibração. Um pouco de folga deixa a fresa descrever uma curva em vez de parar no canto.

Atenção a um pormenor: este problema é dos cantos interiores verticais (paralelos ao eixo da ferramenta). O canto entre a parede e o fundo de uma cavidade depende da ponta da fresa: com fresa de topo plano sai vivo; com fresa esférica sai com o raio da esfera; com fresa de ponta arredondada (tórica) sai com o raio da ponta.

Exemplo resolvido 1: canto interior de um rasgo

Uma peça tem um rasgo retangular de 60 x 30 mm com cantos interiores a 90 graus. A oficina dispõe de fresas de topo com 6 mm e 12 mm de diâmetro (raios de 3 mm e 6 mm).

1. Raio mínimo possível com a fresa mais pequena: 6 / 2 = 3 mm.
2. A fresa de 12 mm também não serve para cantos mais apertados que R6, e o rasgo tem 30 mm de largura, por isso ambas cabem.
3. Verificar se o desenho aceita um raio de canto de 3 mm sem comprometer a função (por exemplo, se entra ali uma peça de cantos vivos).
4. Se aceitar, modelar com um raio um pouco maior que 3 mm (por exemplo R3,5) e maquinar o acabamento com a fresa de 6 mm; o desbaste pode fazer-se com a de 12 mm.
5. Se não aceitar (entra lá uma peça retangular de cantos vivos), usar um alívio de canto (capítulo 4) ou fazer o canto por outro processo.
6. Registar a decisão junto do modelo.

Profundidade, comprimento útil e flexão da ferramenta

Cada fresa tem um comprimento útil de corte (a zona com arestas cortantes) e um comprimento total que sai do porta-ferramentas. Uma cavidade só é exequível se a fresa lhe chegar ao fundo sem que a haste lisa, a pinça ou o porta-ferramentas batam nas paredes.

Quanto mais comprida e fina é a ferramenta, mais flete sob o esforço de corte, e a flexão cresce muito depressa com o comprimento. Por isso, a regra de oficina é usar sempre a ferramenta mais curta e mais grossa que a geometria permitir, e reservar as fresas longas e finas para passagens leves de acabamento.

Exemplo resolvido 2: uma cavidade funda demais

Um móvel de entrada tem uma cavidade de 70 mm de profundidade para uma caixa de chaves, com 40 mm de largura. A fresa disponível tem 12 mm de diâmetro e 40 mm de comprimento útil.

1. Profundidade pedida: 70 mm. Alcance útil da fresa: 40 mm. 70 > 40: não é exequível numa só face com esta ferramenta.
2. Opção A: pedir uma fresa mais comprida (confirmar se existe e se a relação comprimento/diâmetro é aceitável).
3. Opção B: construir o móvel em duas camadas coladas, cada uma com uma parte da cavidade (por exemplo, 35 + 35 mm).
4. Opção C: maquinar a cavidade por duas faces, se for passante.
5. Escolher com quem projetou a peça e registar a decisão.

Superfícies 3D: fresa esférica, passo e altura de crista

As superfícies curvas maquinam-se, no acabamento, com fresas esféricas (ponta em meia esfera) que percorrem a superfície em passagens paralelas. Entre duas passagens fica sempre uma pequena ondulação, a altura de crista (scallop). Depende do raio da esfera R e do passo lateral p entre passagens:

h = R - √(R² - (p/2)²)

(numa superfície plana ou pouco inclinada; em zonas muito inclinadas a crista real muda).

Exemplo resolvido 3: altura de crista

Fresa esférica de 12 mm de diâmetro (R = 6 mm).

• Passo p = 1 mm: h = 6 menos √(36 menos 0,25) = 6 menos √35,75 = 6 menos 5,979 = 0,021 mm.
• Passo p = 2 mm: h = 6 menos √(36 menos 1) = 6 menos √35 = 6 menos 5,916 = 0,084 mm.

Duplicar o passo reduz para metade o número de passagens (e o tempo), mas a crista fica cerca de quatro vezes maior. Isto importa na modelação: uma superfície muito grande, com curvaturas apertadas, obriga a passos pequenos e a tempos de máquina longos. Quem modela deve saber o custo das superfícies que desenha.

Nota: o raio da esfera também limita a geometria. Uma concavidade com raio de curvatura menor que o raio da esfera não pode ser copiada pela fresa: fica com o raio da esfera.

4. Soluções para os constrangimentos colocados pela peça

Identificar o constrangimento é metade do trabalho; a outra metade é propor uma solução que mantenha a função da peça. As soluções agrupam-se em cinco famílias.

1) Alterar a geometria sem mudar a função

• Raios de canto compatíveis com as fresas disponíveis.
• Alívios de canto ("osso de cão"): quando uma peça retangular de cantos vivos tem de entrar num rebaixo, prolonga-se cada canto do rebaixo com um pequeno círculo, do diâmetro da fresa, centrado na diagonal. A peça entra até ao fundo e o alívio fica escondido.
• Profundidades ajustadas ao comprimento útil das ferramentas.
• Espessuras mínimas que resistam ao corte.

2) Dividir a peça em componentes

Uma peça impossível de maquinar inteira pode ser feita em dois ou mais componentes maquináveis, depois colados ou montados. Exemplo: uma prateleira com uma contrassaída faz-se em duas lâminas coladas; uma perna com um rebaixo por baixo faz-se com uma peça postiça.

3) Mudar a orientação ou a fixação

• Virar a peça e maquinar pelas duas faces, com furos de referência (ou batentes) que garantam a mesma posição nas duas fixações.
• Posicionar a peça de forma que as faces mais importantes fiquem viradas para cima (visíveis para a ferramenta).

4) Mudar de ferramenta ou de máquina

• Fresas especiais: fresa em cauda de andorinha para rasgos em cauda, fresas de perfil para molduras, fresas de ranhura em T.
• Agregados para trabalhar na horizontal.
• Eixo rotativo (4.º eixo) para peças de revolução; 5 eixos para faces inclinadas e algumas contrassaídas.
• Torno CNC, quando a peça é essencialmente de revolução.

5) Deixar trabalho para uma operação complementar

• Deixar um sobrematerial numa zona que a CNC não alcança, para acabar manualmente ou noutra máquina.
• Maquinar numa CNC só o que ela faz bem e fazer o resto noutro posto (lixagem, orlagem, montagem).

Exemplo resolvido: rasgo em cauda de andorinha

Um desenho pede um rasgo em cauda de andorinha, com 10 mm de profundidade, na face de uma prateleira, para receber uma travessa deslizante.

1. Constrangimento: as paredes do rasgo abrem para dentro. É uma contrassaída: uma fresa cilíndrica vertical não consegue cortar essas paredes inclinadas.
2. Solução: usar uma fresa em cauda de andorinha, com o ângulo do rasgo. Esta fresa entra pelo topo da peça (o rasgo tem de ser aberto num dos extremos) ou depois de um primeiro rasgo reto aberto com fresa cilíndrica.
3. Consequência no modelo: o ângulo do rasgo passa a ser o ângulo da fresa existente; a largura do fundo e a profundidade ajustam-se às dimensões da fresa.
4. Registo: indicar no modelo a ferramenta prevista para esse rasgo.

5. O ambiente gráfico do software de modelação sólida

Independentemente do programa, a estrutura do ambiente de modelação sólida repete-se:

Organizar as ferramentas de modelação

Organizar no software as ferramentas de modelação é uma aptidão do referencial. Em termos práticos, significa:

• conhecer as famílias de comandos: esboço (sketch), sólidos, superfícies, manipulação 3D, conjuntos, medição e análise, exportação;
• personalizar barras e atalhos para ter à mão os comandos mais usados (extrusão, corte, boleado, chanfro, plano auxiliar, medir);
• definir um modelo de documento (template) da oficina com unidades em milímetros, precisão de cotas e materiais predefinidos;
• manter a árvore de construção legível: nomes como "Rebaixo vidro 4 mm" ou "Boleado R3 aresta frente" em vez de "Extrusão12".

Navegação e visualização

• Rodar, aproximar e deslocar a vista não alteram o modelo.
• Vistas normalizadas (frente, cima, lado, isométrica) ajudam a confirmar cotas e alinhamentos.
• Modos de visualização: arame, sombreado, sombreado com arestas, transparência. O modo arame ajuda a ver arestas escondidas; o sombreado mostra se as superfícies estão fechadas.
• Cortes de visualização (secções) mostram o interior da peça, por exemplo a espessura que sobra no fundo de uma cavidade.

Medir e analisar

Antes de exportar, mede-se: distâncias, espessuras mínimas, raios e ângulos. Muitos programas têm também análise de curvatura e análise de espessura, úteis para saber qual o raio mais apertado de uma superfície (que decide a fresa esférica) e onde a peça fica mais fina.

6. Tipos de ficheiros de sólidos e de superfícies

Um modelo pode ser guardado em formatos diferentes, consoante o que se pretende fazer com ele. Identificar o tipo de ficheiro é saber o que se ganha e o que se perde ao exportar.

O que se perde em cada exportação

• Histórico: só o ficheiro nativo o guarda. Depois de exportar para STEP, o modelo é uma geometria "congelada": pode ser modificado por edição direta, mas já não se muda uma cota do sketch para que tudo se atualize.
• Exatidão: o STL transforma cada superfície em triângulos planos. Uma superfície curva passa a ser um conjunto de facetas, com um erro que depende da resolução escolhida na exportação.
• Unidades: o STL não guarda unidades. Quem o abre tem de saber se os números estão em milímetros ou em polegadas.

Exemplo resolvido: um modelo que chega 25,4 vezes pequeno

Um cliente envia um tampo de mesa desenhado noutro país. Ao importar, a peça mede 23,62 x 15,75 x 1,18, e o programa assume milímetros.

1. Ninguém faz um tampo de 23 mm: há um problema de unidades.
2. Hipótese: o ficheiro está em polegadas (1 polegada = 25,4 mm).
3. Converter: 23,62 x 25,4 = 600 mm; 15,75 x 25,4 = 400 mm; 1,18 x 25,4 = 30 mm (valores arredondados).
4. Um tampo de 600 x 400 x 30 mm faz sentido. Reimportar indicando polegadas, ou aplicar uma escala de 25,4.
5. Confirmar duas cotas conhecidas com a ferramenta de medição antes de continuar.

Regra: ao importar, mede sempre uma cota conhecida. É a verificação mais barata de todo o processo.

Exemplo resolvido: que ficheiro enviar a quem

7. Arames, malhas, superfícies e sólidos

Um objeto tridimensional pode ser representado no computador de quatro formas, com rigor e utilidade muito diferentes.

Superfícies NURBS

A maior parte dos programas de CAD descreve as curvas e superfícies livres com NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines): curvas e superfícies definidas por pontos de controlo, cujo desenho se ajusta suavemente quando se mexe num ponto. O que interessa ao aluno é saber que uma superfície NURBS é exata: o computador calcula qualquer ponto da superfície sem aproximação, ao contrário da malha.

Sólidos: fronteira fechada

Um sólido é definido pelas faces que o fecham (representação por fronteira, B-rep). Se faltar uma face, ou se duas faces vizinhas não se tocarem, o modelo deixa de ser um sólido e passa a ser um conjunto de superfícies abertas. Muitos CAM precisam de sólidos fechados para calcular o material a remover.

Modelação paramétrica e modelação direta

• Paramétrica (com histórico): cada operação guarda os seus parâmetros; mudar uma cota refaz o modelo. É a forma de trabalho desta UC.
• Direta: empurram-se e puxam-se faces diretamente, sem histórico. Útil para modificar ficheiros importados (STEP) que não têm árvore de construção.

Da malha ao sólido

Uma malha vinda de um scanner 3D (por exemplo, o levantamento de uma talha antiga a reproduzir) não é um sólido editável. Pode ser:

• usada como referência para desenhar por cima superfícies NURBS exatas;
• convertida por ferramentas próprias de reconstrução de superfícies, com revisão cuidadosa;
• enviada diretamente a um CAM que maquine relevos a partir de malhas, aceitando a aproximação.

Exemplo resolvido: qual o modelo certo?

8. Eixos, coordenadas e planos do espaço de modelação

O sistema de eixos

O espaço 3D do software assenta num sistema cartesiano de três eixos, X, Y e Z, perpendiculares entre si, com origem no ponto (0, 0, 0). Os programas de CAD e as máquinas CNC usam o sistema de mão direita: com a mão direita, o polegar aponta para X positivo, o indicador para Y positivo e o dedo médio para Z positivo.

Cada ponto do modelo tem uma posição única (x, y, z) relativa à origem.

Z no CAD e Z na máquina

Na máquina CNC, o eixo Z é o eixo da ferramenta: nos centros de trabalho de mobiliário é vertical, e o Z positivo afasta a ferramenta da peça (sobe). X e Y definem o plano da mesa.

No CAD, a convenção varia: há programas em que o "para cima" do ecrã é Y e outros em que é Z. Não há problema nenhum, desde que, ao passar para o CAM, a peça fique orientada com a espessura segundo Z e a face a maquinar virada para Z positivo. Decide-se isso logo no início: modelar a peça já deitada, como vai ficar na mesa, poupa confusões.

Coordenadas absolutas, relativas e polares

Exemplo resolvido: coordenadas de furos numa lateral

Uma lateral de móvel com 560 mm de profundidade (segundo X) e 720 mm de altura (segundo Y) tem a origem no canto inferior da frente. Precisa de uma fila de furos para suportes de prateleira a 37 mm da aresta da frente (lado esquerdo, X = 0), com o primeiro furo a 96 mm do fundo e os seguintes a cada 32 mm, até 5 furos.

1. X é constante: 37 mm.
2. Y do primeiro furo: 96 mm.
3. Y dos seguintes: 96 + 32 = 128; 128 + 32 = 160; 160 + 32 = 192; 192 + 32 = 224 mm.
4. Coordenadas absolutas: (37, 96), (37, 128), (37, 160), (37, 192), (37, 224).
5. No CAD faz-se um furo e uma matriz linear de 5 elementos com espaçamento de 32 mm (capítulo 12), em vez de desenhar os cinco um a um.

Planos predefinidos

Os programas criam três planos predefinidos, perpendiculares entre si, que se cruzam na origem: o plano XY, o plano XZ e o plano YZ (com nomes como "frente", "cima" e "direita", conforme o programa). São o ponto de partida do primeiro esboço.

Planos auxiliares

Cria-se um plano auxiliar (plano de referência, plano de construção) quando nenhum dos predefinidos serve. As formas mais comuns:

Selecionar o plano de modelação

Selecionar o plano de modelação correto significa escolher o plano onde a geometria existe de facto na peça. Um rasgo na frente de uma gaveta desenha-se num plano paralelo à frente; um perfil de varrimento desenha-se num plano perpendicular à trajetória. Um sketch no plano errado dá um sólido no sítio errado, e só se percebe depois de extrudir.

9. A geometria-base: o sketch

O sketch (esboço 2D) é a geometria-base de uma peça: linhas, arcos, círculos e curvas desenhados sobre um plano, que depois dão origem a sólidos ou superfícies.

Elementos do sketch

• Linha, retângulo, polígono, círculo, arco, elipse, spline (curva livre por pontos).
• Geometria de construção (linhas auxiliares que não geram sólido, como eixos de rotação e linhas de simetria).
• Ferramentas de edição: aparar, prolongar, desfasar (offset), espelhar, boleado e chanfro de sketch.

Restrições e cotas

As cotas fixam as dimensões exatas, copiadas do desenho técnico. Um sketch totalmente definido não tem graus de liberdade soltos: nada se mexe se o arrastarmos. Muitos programas mostram por cores diferentes a geometria subdefinida e a totalmente definida (a convenção de cores varia de programa para programa).

Graus de liberdade

Cada elemento do sketch tem graus de liberdade: um ponto livre num plano tem 2 (x e y); uma linha livre tem 4 (os dois pontos); um círculo tem 3 (centro x, centro y e raio). Cada restrição ou cota retira um ou mais. Um retângulo desenhado com a ferramenta própria já traz restrições de horizontal e vertical; faltam-lhe as duas cotas (largura e altura) e a posição (por exemplo, um canto coincidente com a origem).

Exemplo resolvido: sketch de uma prateleira com recorte

Peça: prateleira com 400 x 250 mm e um recorte semicircular de raio 30 mm, centrado na aresta de trás, para passagem de cabos.

1. Selecionar o plano que corresponde à face da prateleira (por exemplo XY, peça deitada).
2. Desenhar um retângulo com um canto na origem.
3. Cotar: 400 mm em X e 250 mm em Y.
4. Desenhar um arco com centro na aresta de trás; restringir o centro com coincidência na aresta e ponto médio, e cotar o raio de 30 mm.
5. Aparar o troço da aresta que fica dentro do arco.
6. Confirmar que o sketch fica totalmente definido e fechado (um só contorno contínuo).
7. Resultado: mudar 400 para 450 no futuro mantém o recorte centrado, porque foi definido por relação e não "a olho".

Boas práticas

• Um sketch simples por operação é melhor que um sketch gigante com tudo.
• Cotar a partir das mesmas referências do desenho técnico.
• Usar simetria sempre que a peça é simétrica: metade das cotas e nenhuma assimetria acidental.
• Verificar se o contorno está fechado quando a operação seguinte o exige.
• Não deixar linhas sobrepostas nem pontas soltas: dão erros na extrusão e, mais tarde, no CAM.

10. Criar sólidos: extrusão, rotação, varrimento e loft

A partir de um sketch fechado, criam-se sólidos. As quatro operações de base:

Exemplo resolvido 1: tampo por extrusão

Sketch: retângulo 1200 x 800 mm com cantos boleados R50 no próprio sketch.

1. Selecionar o sketch.
2. Extrusão de 30 mm no sentido de Z positivo.
3. Resultado: um tampo de 1200 x 800 x 30 mm.
4. Volume: 1200 x 800 x 30 = 28 800 000 mm³ = 0,0288 m³ (ligeiramente menos por causa dos cantos boleados). Com carvalho a cerca de 700 kg/m³, a massa andaria pelos 0,0288 x 700 ≈ 20 kg. Muitos programas calculam isto sozinhos se lhes for atribuído o material: é uma boa verificação de ordem de grandeza.

Exemplo resolvido 2: pé de mesa por rotação

Perfil: contorno de meio pé de mesa, desenhado num plano que passa pelo eixo de simetria.

1. Desenhar o perfil do pé, do topo à base, num sketch sobre o plano do eixo.
2. Desenhar, no mesmo sketch, o eixo de rotação (uma linha de construção).
3. O perfil não pode cruzar o eixo (daria um sólido que se autointerseta).
4. Aplicar a operação de rotação a 360 graus em torno desse eixo.
5. O resultado é um sólido de revolução: o pé completo, simétrico em torno do eixo.

Atenção à exequibilidade: modelar por rotação é fácil; maquinar é outra conversa. Um centro de trabalho de 3 eixos só vê a face de cima. Um pé de revolução completo faz-se num torno (manual ou CNC), numa máquina com eixo rotativo, ou em duas metades maquinadas por faces opostas. Quem modela tem de saber qual destas vias a oficina vai usar.

Exemplo resolvido 3: moldura por varrimento

1. Trajetória: o retângulo interior da moldura, 500 x 400 mm, num sketch no plano XY.
2. Perfil: a secção da moldura (40 x 20 mm com um meio-boleado), num plano perpendicular à trajetória, num dos cantos.
3. Varrimento do perfil ao longo da trajetória: o programa faz os cantos em meia-esquadria automaticamente.
4. Verificar os cantos: se o perfil for maior que o raio de curvatura da trajetória, o sólido autointerseta-se e falha.

Exemplo resolvido 4: pé que muda de secção por loft

Um pé de cadeira passa de um quadrado de 40 x 40 mm no topo para um círculo de 25 mm de diâmetro na base, com 450 mm de altura.

1. Sketch 1 no plano da base: círculo de 25 mm.
2. Plano auxiliar paralelo, a 450 mm.
3. Sketch 2 nesse plano: quadrado de 40 x 40 mm, centrado sobre o círculo.
4. Loft entre os dois sketches. Se a transição torcer, alinhar os pontos de ligação (ou acrescentar curvas-guia).
5. Resultado: uma transição suave do quadrado para o círculo.

11. Subtração, bolear, chanfrar e perfilar

Operações booleanas

Depois de criado o sólido base, combinam-se volumes:

A subtração mais comum faz-se com uma "extrusão de corte" a partir de um novo sketch: a mesma lógica da extrusão, mas a remover material. Também se pode subtrair um sólido auxiliar inteiro, por exemplo a forma de um puxador escavado.

Exemplo resolvido: rebaixo para vidro num tampo

Um tampo de 30 mm tem um rebaixo de 400 x 300 mm para assentar um vidro de 6 mm à face.

1. Sketch na face de cima: retângulo 400 x 300 mm, centrado, com cantos R8 (fresa de 12 mm tem raio 6; R8 dá folga). O vidro terá os cantos arredondados em conformidade, ou o rebaixo leva alívios de canto.
2. Subtração com profundidade 6 mm, para o vidro ficar à face.
3. Espessura que sobra: 30 menos 6 = 24 mm, sem problema.
4. Se o rebaixo tiver de ser passante no centro (abertura com 360 x 260 mm, deixando 20 mm de apoio a toda a volta), faz-se uma segunda subtração, passante.

Bolear, chanfrar e perfilar

• Bolear (fillet): arredonda uma aresta com um raio definido.
• Chanfrar (chamfer): corta a aresta numa face plana inclinada (por distância e ângulo, ou por duas distâncias).
• Perfilar: dá a um contorno um perfil decorativo ou funcional (meia-cana, bico de pato, ogiva), por varrimento de um perfil ou por corte com a forma da fresa.

Estas operações e a maquinagem

Aqui é preciso separar dois casos, porque se confundem com frequência:

• Raio num canto interior vertical (numa cavidade ou num rasgo): é um elemento facilitador. Sem ele, a peça não é exequível. O raio deve ser igual ou maior que o raio da fresa.
• Boleado ou chanfro numa aresta exterior: não facilita a maquinagem, acrescenta uma operação. Faz-se com uma fresa de perfil (fresa de boleado com o raio exato, ou fresa de chanfro com o ângulo exato) ou com uma passagem de acabamento 3D com fresa esférica, que é mais lenta. Por isso, o raio ou o ângulo a desenhar deve coincidir com uma fresa de perfil existente.

Um boleado exterior justifica-se pela segurança de quem usa a peça (uma aresta viva de tampo magoa e lasca), pela durabilidade do acabamento e pela estética, não pela facilidade de maquinagem.

A sequência das operações importa

A ordem em que se aplicam extrusões, subtrações e acabamentos altera o resultado. Boa prática:

1. Sólido base (extrusão, rotação, varrimento, loft).
2. Grandes subtrações (cavidades, rebaixos).
3. Superfícies que cortam o sólido.
4. Furos e pequenos rasgos.
5. Boleados, chanfros e perfis, no fim.

Chanfrar uma aresta e só depois subtrair um furo que a atravessa obriga, muitas vezes, a refazer o chanfro, e os boleados aplicados cedo demais falham quando as arestas em que assentavam mudam.

12. Geometrias 3D: fundamentos e manipulação

As geometrias 3D (pontos, curvas, faces, sólidos) manipulam-se com um conjunto de transformações que existem em todos os programas:

Curvas 3D

Além das curvas desenhadas num plano, há curvas que vivem no espaço: curvas 3D por pontos, hélices, curvas de interseção entre duas superfícies e curvas projetadas de um sketch sobre uma face curva. São a base das trajetórias de varrimento e das redes de curvas para superfícies.

Exemplo resolvido: pôr uma peça importada na posição de maquinagem

Um STEP chega com a peça de pé (espessura segundo Y) e afastada da origem, com o canto inferior em (250, 0, 130).

1. Rodar 90 graus em torno de X, para a espessura ficar segundo Z (confirmar o sentido: a face a maquinar tem de ficar virada para Z positivo; se ficar para baixo, rodar mais 180 graus).
2. Mover o canto de referência para a origem. Se, depois da rotação, o canto estiver em (250, 130, 0), o vetor de deslocação é (-250, -130, 0).
3. Medir duas cotas conhecidas para confirmar que nada mudou de dimensão.
4. Guardar como ficheiro de trabalho, mantendo o original intacto.

13. Superfícies 3D: criação e manipulação

Quando a forma da peça não se obtém com extrusões, rotações, varrimentos e lofts sólidos, trabalha-se com superfícies: faces sem espessura, exatas, que depois se fecham num sólido ou se usam para o cortar.

Criar superfícies

Manipular superfícies

• Aparar (trim): cortar uma superfície pelo contorno de outra ou por uma curva.
• Prolongar: estender uma superfície para lá da sua aresta, para garantir que corta um sólido de lado a lado.
• Coser (knit, sew): juntar várias superfícies numa só; se fecharem um volume, obtém-se um sólido.
• Espessar: dar espessura a uma superfície, criando um sólido (útil para peças finas curvas, como um encosto de contraplacado moldado).
• Substituir face / cortar com superfície: usar a superfície para substituir uma face de um sólido ou cortar-lhe a parte de cima.

Continuidade entre superfícies

Onde duas superfícies se encontram, a qualidade da junção descreve-se por níveis de continuidade:

Para mobiliário maquinado e lixado, G1 é normalmente suficiente; G2 pede-se em peças lacadas de alto brilho, onde o reflexo denuncia qualquer quebra. A análise zebra (riscas refletidas sobre a superfície) e a análise de curvatura mostram estas junções no ecrã.

Exemplo resolvido 1: tampo com face superior curva

Um tampo de mesa de centro tem a face superior abaulada: 30 mm de espessura nas bordas e 36 mm no centro.

1. Criar o sólido base por extrusão: 900 x 500 x 36 mm.
2. Em dois planos auxiliares (as duas faces de topo), desenhar arcos que passam a 30 mm nas bordas e a 36 mm no centro.
3. Criar uma superfície por loft entre os dois arcos (ou uma superfície extrudida, se a curvatura for igual em todo o comprimento).
4. Prolongar a superfície uns milímetros para lá do sólido, para o corte ser completo.
5. Cortar o sólido com a superfície, retirando a parte de cima.
6. Verificar: medir 30 mm nas bordas e 36 mm no centro; confirmar que resultou um único sólido fechado.

Exemplo resolvido 2: assento de banco com concavidade

Assento de 400 x 350 x 40 mm, com uma concavidade ergonómica de 12 mm de profundidade máxima.

1. Sólido base por extrusão: 400 x 350 x 40 mm, com a face de cima em Z = 40.
2. Duas ou três secções transversais (arcos) em planos auxiliares, e uma secção longitudinal; profundidade máxima de 12 mm.
3. Superfície por rede de curvas a partir dessas secções, prolongada para lá das bordas.
4. Cortar o sólido com a superfície; boleado de transição entre a concavidade e a borda (por exemplo R20).
5. Verificar espessura mínima: 40 menos 12 = 28 mm no ponto mais fundo.
6. Análise de curvatura: o raio mais apertado da concavidade tem de ser maior que o raio da fresa esférica de acabamento.

14. Componentes e conjuntos: importar, posicionar, isolar e separar

Peças de mobiliário raramente existem isoladas: fazem parte de um conjunto (assembly). Uma cadeira tem pernas, travessas, assento e encosto; uma gaveta tem frente, laterais, traseira, fundo e corrediças.

Importar e posicionar

• Importar para o ambiente CAD-CAM componentes (nativos ou STEP) e conjuntos inteiros.
• Posicionar com relações (coincidência entre faces, alinhamento de eixos, distância, ângulo), e não "a olho". Com relações, o conjunto mantém-se coerente quando uma peça muda.
• Fixar o primeiro componente (normalmente a peça principal) e posicionar os outros em relação a ele.
• Verificar interferências: o programa deteta volumes sobrepostos entre peças (uma cavilha mais comprida que o furo, uma travessa que entra no tampo).

Isolar ou separar um componente

• Isolar um componente é mostrá-lo sozinho no ecrã, escondendo os outros temporariamente. É reversível e não muda a posição da peça.
• Separar um componente é abri-lo como peça própria (ou exportá-lo para um ficheiro próprio) para lhe aplicar operações adicionais: furos de ligação, rebaixos, elementos facilitadores, ou para o enviar ao CAM sozinho.
• Quando se edita um componente separado, as alterações refletem-se no conjunto (se estiverem ligados) e devem ser verificadas lá, com nova análise de interferências.
• Em peças importadas como um bloco único (um STEP de um conjunto que chegou "colado"), pode ser preciso partir o sólido em corpos separados antes de os tratar como componentes.

Exemplo resolvido: preparar a frente de uma gaveta para maquinar

Conjunto: gaveta com corpo, frente e corrediças. A frente precisa de um puxador escavado e de dois furos de fixação ao corpo.

1. Abrir o conjunto e verificar interferências antes de mexer.
2. Isolar a frente para trabalhar sem distrações.
3. Abrir a frente como peça própria; modelar o puxador (superfície 3D) e os dois furos.
4. Voltar ao conjunto: confirmar que os furos da frente coincidem com os pontos de fixação do corpo e que o puxador não interfere com nada.
5. Exportar só a frente em STEP, com a origem no canto de referência, para o CAM.

15. Elementos facilitadores da maquinagem CNC

Um modelo geometricamente correto pode ainda assim ser difícil, ou impossível, de maquinar. Os elementos facilitadores são características que se acrescentam ou ajustam durante a modelação para que a peça se maquine bem, depressa e com segurança. Alguns ficam na peça final; outros são removidos depois.

Exemplo resolvido: pontes numa peça pequena

Vão cortar-se, de um painel de MDF de 19 mm, vinte peças de 80 x 60 mm, com contorno completo, numa mesa de vácuo.

1. Constrangimento: uma peça de 80 x 60 mm tem pouca área (0,08 x 0,06 = 0,0048 m²); quando o contorno fecha, a força de vácuo sobre ela é pequena e a peça pode soltar-se e ser projetada.
2. Solução: deixar pontes de material a ligar cada peça ao painel. Por exemplo, duas a quatro pontes por peça, com poucos milímetros de largura e uma pequena altura acima do fundo do corte.
3. No CAM, as pontes definem-se muitas vezes na própria estratégia de contorno; no modelo, marca-se onde podem ficar (em arestas retas e fáceis de lixar, nunca em zonas curvas à vista).
4. Depois da maquinagem, as peças soltam-se e as pontes lixam-se.

Exemplo resolvido: peça trabalhada nas duas faces

Uma tábua de servir tem uma concavidade de um lado e um rebaixo de pega do outro.

1. Modelar a peça dentro de um bloco maior, com dois furos de referência fora da peça, simétricos em relação ao eixo de viragem.
2. Primeira fixação: maquinar a face de cima e furar os dois furos até atravessarem o bloco e entrarem na base de sacrifício.
3. Virar o bloco em torno do eixo de simetria; encaixá-lo em dois pinos colocados nos mesmos furos da base.
4. Segunda fixação: maquinar a outra face; a posição coincide com a primeira porque os furos são simétricos.
5. Cortar o contorno final; os furos ficam na zona de desperdício.

16. Volumes de trabalho e sólidos em CAD-CAM

O volume de trabalho (bloco de material em bruto, stock) é o sólido que representa o material antes da maquinagem. O CAM precisa dele para saber de onde parte e quanto material tem de remover em cada passagem. Criar volumes de trabalho é uma aptidão do referencial.

Como se define

• Caixa envolvente da peça, mais um sobrematerial por face.
• Sólido modelado com a forma real do material: uma tábua de maciço já desengrossada, um painel com as medidas do corte, uma peça pré-cortada na serra.
• Cilindro para peças de revolução no eixo rotativo.
• Em peças de série, o volume de trabalho corresponde à peça pré-cortada que chega da seccionadora ou da serra.

Exemplo resolvido: o bloco para o assento do capítulo 13

Assento acabado: 400 x 350 x 40 mm. A oficina vai colar tábuas de maciço e desengrossar a 42 mm, deixando 5 mm de sobrematerial por lado no contorno.

1. Comprimento do bloco: 400 + 2 x 5 = 410 mm.
2. Largura: 350 + 2 x 5 = 360 mm.
3. Espessura: 42 mm, ou seja 2 mm de sobrematerial acima da face superior acabada (40 mm), que a primeira passagem de facejamento remove.
4. Modelar o bloco de 410 x 360 x 42 mm, alinhado com a peça: a peça fica centrada em X e Y e com a face de baixo coincidente com a do bloco (Z = 0 é a face de baixo; Z = 42 a de cima).
5. Volume de material a remover (ordem de grandeza): bloco 410 x 360 x 42 = 6 199 200 mm³, cerca de 6,2 dm³; peça sem a concavidade 400 x 350 x 40 = 5 600 000 mm³, 5,6 dm³; a concavidade retira ainda mais. Mais de 10 % do bloco vai virar apara, o que conta para a captação de pó e para o custo.

Origem de peça

Definir a origem de peça (zero de peça) num ponto que o operador encontre facilmente na máquina: um canto do bloco, o centro de um furo de referência, ou o batente da mesa. A origem do modelo, a origem do volume de trabalho e a origem no CAM têm de coincidir ou ter uma relação conhecida.

17. Moldes para fixação dos componentes a maquinar

A peça tem de ficar imóvel durante a maquinagem: se se mexer uma fração de milímetro, a peça sai errada; se se soltar, pode ser projetada. Por isso, a fixação pensa-se na modelação, e o molde (ou gabarito, ou berço) modela-se como qualquer outro componente.

Formas de fixação nos centros de trabalho de mobiliário

Força de fixação por vácuo

A força teórica de uma ventosa ou de uma zona de vácuo é a depressão multiplicada pela área útil:

F = Δp x A      (Δp em pascal, A em m², F em newton)

Exemplo resolvido: ventosa e peça pequena

1. Ventosa de 120 x 120 mm, com uma depressão de 0,8 bar = 80 000 Pa.
2. Área: 0,12 x 0,12 = 0,0144 m².
3. Força teórica: 80 000 x 0,0144 = 1152 N (o peso de uma massa de cerca de 117 kg).
4. A mesma depressão sobre a peça do capítulo 15 (0,0048 m²): 80 000 x 0,0048 = 384 N, três vezes menos.
5. A força real é menor que a teórica (fugas pelas arestas, porosidade do material, juntas gastas), e a fresa exerce esforços laterais. Conclusão: peças pequenas têm pouca área e pouca força; seguram-se com pontes, dentro de um painel maior, ou com grampos.

Molde negativo para uma peça curva

Uma peça com a face de baixo curva não assenta numa mesa plana. A solução típica é um berço: um bloco de MDF com a forma negativa da peça.

1. Partir da superfície curva de baixo da peça.
2. Criar uma superfície desfasada (offset) com uma pequena folga, se a peça não for perfeitamente igual ao modelo.
3. Subtrair a peça (ou a superfície desfasada) a um bloco de MDF: fica a cavidade onde a peça encaixa.
4. Acrescentar batentes ou furos de referência para posicionar a peça sempre na mesma posição.
5. Se o berço trabalhar com vácuo, prever canais e junta de vedação na zona de contacto; se trabalhar com grampos, deixar zonas de aperto fora do percurso da ferramenta.
6. Simular (no CAM ou visualmente no conjunto) o percurso da ferramenta, para confirmar que não toca no berço nem nos grampos.

Regras gerais do molde

• Segura a peça sem interferir com a zona a maquinar.
• Apoia a peça perto das zonas onde a ferramenta faz mais força, para reduzir vibração.
• Tem referências de posição repetíveis (batentes, pinos).
• É identificado (peça, versão, face) e guardado com o modelo da peça.
• Numa série, um bom molde paga-se depressa; numa peça única, procura-se a fixação mais simples que seja segura.

18. Segurança, EPI e normas da qualidade

Segurança e saúde no trabalho

A modelação faz-se ao computador, mas cada decisão do modelo acaba numa máquina com ferramentas a rodar a alta velocidade. As regras aplicam-se a todo o processo:

• Equipamentos de trabalho: as máquinas têm de cumprir os requisitos mínimos de segurança do Decreto-Lei n.º 50/2005 (utilização de equipamentos de trabalho); na colocação no mercado, a Diretiva Máquinas, transposta pelo Decreto-Lei n.º 103/2008. O novo Regulamento (UE) 2023/1230, relativo às máquinas, aplica-se a partir de 20 de janeiro de 2027.
• Proteções dos centros de trabalho: tapetes sensíveis, barreiras e cortinas de luz, para-choques da cabeça, botões de paragem de emergência. Nunca se entra na área de trabalho com a máquina em ciclo, nem para ajeitar uma peça.
• Ferramentas: as ferramentas para madeira trazem marcada a rotação máxima admissível (norma EN 847-1), que nunca se excede. Quem modela não escolhe a rotação, mas deve saber que um raio ou um perfil fora do normal pode obrigar a uma ferramenta especial.
• Fixação: um molde mal pensado é um risco de projeção de peças; por isso a fixação faz parte do modelo.
• Pó de madeira: o pó de madeira dura é um agente cancerígeno reconhecido. A Diretiva (UE) 2017/2398, transposta pelo Decreto-Lei n.º 35/2020, fixou para ele um valor-limite de exposição profissional de 2 mg/m³, aplicável desde janeiro de 2023. Captação de pó na origem (aspiração da cabeça) e, quando não chega, máscara FFP2 ou FFP3. O MDF maquinado em 3D produz muito pó fino.
• Ruído: proteção auditiva junto das máquinas em corte.

Equipamentos de proteção individual (EPI)

Na zona das máquinas não se usam adornos, roupa larga nem cabelo solto, porque podem ser agarrados por peças em rotação. No posto de modelação, a ergonomia também conta: ecrã à altura dos olhos, pausas, boa iluminação.

Normas da qualidade

• Sistema da qualidade: muitas empresas seguem a ISO 9001, que exige, entre outras coisas, controlo de documentos: o modelo tem nome, versão, data e responsável, e só a versão em vigor vai para a máquina.
• Tolerâncias: as cotas sem tolerância indicada seguem as tolerâncias gerais definidas no desenho (por exemplo, pela ISO 2768-1, com as classes fina, média, grosseira e muito grosseira).
• Verificação do modelo antes de exportar: uma lista de controlo simples evita a maioria dos erros.

Lista de controlo do modelo (antes de seguir para o CAM)

1. Unidades em milímetros e duas cotas conhecidas medidas.
2. Sólido fechado, sem faces soltas nem interferências.
3. Espessura segundo Z e face a maquinar virada para Z positivo.
4. Origem de peça no ponto combinado com o operador.
5. Raios de canto interiores maiores ou iguais ao raio das fresas previstas.
6. Raios e ângulos de arestas iguais às fresas de perfil existentes.
7. Profundidades dentro do comprimento útil das ferramentas.
8. Espessuras mínimas verificadas.
9. Volume de trabalho modelado, com o sobrematerial definido.
10. Fixação prevista e modelada (molde, pontes, zonas de aperto).
11. Ficheiro exportado no formato combinado, com nome e versão.

Erros comuns

• Modelar à letra do desenho sem avaliar antes a exequibilidade técnica da maquinagem.
• Cantos interiores verticais vivos, ou com raio menor que o da fresa disponível.
• Achar que um boleado exterior facilita a maquinagem: acrescenta uma operação e exige uma fresa de perfil com esse raio.
• Ignorar as contrassaídas (rasgos em cauda de andorinha, rebaixos por baixo de saliências) numa máquina de 3 eixos.
• Cavidades mais fundas que o comprimento útil das ferramentas.
• Sketch subdefinido, que se deforma quando outra parte do modelo muda.
• Não conferir as unidades ao importar (o erro de 25,4 vezes).
• Confundir malha com superfície exata, usando um STL onde era preciso rigor dimensional.
• Superfícies com buracos entre si, que não fecham em sólido.
• Chanfrar ou bolear antes de a forma geral estar definida, obrigando a repetir a operação.
• Esquecer o volume de trabalho e a origem de peça.
• Esquecer a fixação e só a resolver já na oficina.
• Ignorar as normas de segurança e qualidade como se fossem um capítulo à parte do trabalho técnico.

Glossário

• Agregado: acessório montado na cabeça da CNC que desvia a ferramenta, por exemplo para trabalhar na horizontal.
• Altura de crista (scallop): ondulação que fica entre duas passagens de uma fresa esférica.
• Alívio de canto ("osso de cão"): recorte circular num canto interior que deixa entrar uma peça de cantos vivos.
• Árvore de construção: histórico editável, por ordem, das operações aplicadas ao modelo.
• CAD: modelação da peça em 3D (Computer Aided Design).
• CAM: geração de trajetórias e do programa CNC a partir do modelo (Computer Aided Manufacturing).
• Conjunto: modelo composto por vários componentes posicionados entre si.
• Continuidade G0, G1, G2: qualidade da junção entre superfícies (posição, tangência, curvatura).
• Contrassaída: zona da peça escondida da ferramenta vertical por uma saliência.
• Elementos facilitadores da maquinagem: características do modelo (raios, pontes, sobrematerial, furos de referência, faces de apoio) que tornam a peça maquinável.
• Extrusão: sólido gerado fazendo um sketch avançar em linha reta.
• Loft: sólido ou superfície que passa por várias secções.
• Malha: superfície aproximada por triângulos ou polígonos (STL, OBJ).
• Molde de fixação: dispositivo, muitas vezes modelado e maquinado, que segura a peça durante a maquinagem.
• NURBS: forma matemática exata de descrever curvas e superfícies livres.
• Origem de peça: ponto de referência a partir do qual o programa CNC mede as coordenadas.
• Ponte (tab): pequena ligação de material que segura uma peça ao painel durante o corte de contorno.
• Rotação (revolução): sólido gerado fazendo um sketch rodar em torno de um eixo.
• Sketch: esboço 2D, com restrições e cotas, que dá origem a sólidos e superfícies.
• Sobrematerial: material deixado a mais para acabamento posterior.
• STEP: formato neutro normalizado para trocar sólidos e superfícies exatos.
• Subtração: remoção de material a partir de um sketch ou de um volume auxiliar.
• Superfície: face exata, sem espessura.
• Varrimento: sólido gerado por um perfil que percorre uma trajetória.
• Volume de trabalho: sólido que representa o material em bruto antes da maquinagem.

Síntese

Modelar uma peça para maquinagem CNC segue sempre a mesma lógica: ler o desenho e as especificações → avaliar a exequibilidade (ferramenta, máquina, material, fixação) e resolver os constrangimentos → orientar-se no ambiente gráfico e escolher eixos e planos → construir sketches totalmente definidos → gerar sólidos por extrusão, rotação, varrimento ou loft → subtrair, e deixar boleados, chanfros e perfis para o fim → manipular geometrias 3D e criar superfícies quando a forma o exige, com continuidade verificada → organizar componentes e conjuntos, isolando e separando o que precisa de operações adicionais → integrar elementos facilitadores → modelar o volume de trabalho e a origem → desenvolver o molde de fixação → verificar e exportar no formato certo, respeitando sempre segurança e qualidade.

Os nomes dos comandos mudam de programa para programa. O que não muda é a lógica: pensar desde o primeiro esboço na peça física que vai sair da máquina, na ferramenta que a vai cortar e na forma de a segurar.

Exercícios resolvidos

1. Um desenho tem um canto interior vertical a 90 graus num rebaixo, e só há fresas de 8 mm de diâmetro. Como procedes?

Resolução: a fresa de 8 mm tem raio de 4 mm, e deixa sempre esse raio no canto. O canto vivo não é exequível. Propõe-se um raio de canto de pelo menos 4 mm (de preferência um pouco maior, por exemplo R5, para a fresa não "abraçar" o canto) e valida-se com quem projetou a peça. Se no rebaixo tiver de entrar uma peça de cantos vivos, usa-se um alívio de canto.

2. Que ficheiro escolhes para enviar um modelo a um fornecedor que não tem o mesmo software CAD, e porquê?

Resolução: STEP, porque é um formato neutro normalizado que transporta sólidos e superfícies exatos. O IGES é mais antigo e transporta sobretudo superfícies (o sólido pode chegar aberto); o STL é uma malha aproximada. O ficheiro nativo só serve a quem tiver o mesmo programa.

3. Distingue arame, malha, superfície e sólido, e indica qual usarias para maquinar uma peça com precisão dimensional.

Resolução: o arame tem só arestas e vértices; a malha aproxima a forma com triângulos; a superfície é uma face exata sem espessura; o sólido é um conjunto fechado de superfícies que delimita um volume. Para maquinar com precisão usa-se o sólido (construído, se preciso, a partir de superfícies exatas).

4. Um ficheiro importado mostra um tampo com 31,50 x 19,69 x 0,98. O que se passou e qual a medida real?

Resolução: o ficheiro está em polegadas e foi lido como milímetros. 31,50 x 25,4 = 800 mm; 19,69 x 25,4 ≈ 500 mm; 0,98 x 25,4 ≈ 25 mm. O tampo tem 800 x 500 x 25 mm. Reimporta-se com as unidades certas e confirma-se com a medição.

5. Que operação usarias para modelar uma perna de mesa torneada, e que cuidado tens quanto à maquinagem?

Resolução: a rotação: perfil de metade da perna num sketch, eixo de rotação como linha de construção, rotação a 360 graus. Quanto à maquinagem, uma peça de revolução completa não se faz numa CNC de 3 eixos numa só fixação: faz-se num torno, numa máquina com eixo rotativo, ou em metades por faces opostas. Confirma-se com a oficina antes de fechar o modelo.

6. Um aluno diz que boleou as arestas exteriores de um tampo "para facilitar a maquinagem". Tem razão?

Resolução: não. O boleado exterior acrescenta uma operação (fresa de boleado com o raio exato, ou acabamento 3D). O que facilita a maquinagem é o raio nos cantos interiores verticais. O boleado exterior justifica-se pela segurança, pela durabilidade e pela estética; o raio deve coincidir com uma fresa de perfil existente.

7. Calcula a altura de crista de uma fresa esférica de 10 mm de diâmetro com passo de 1 mm.

Resolução: R = 5 mm; p/2 = 0,5 mm. h = 5 menos √(25 menos 0,25) = 5 menos √24,75 = 5 menos 4,975 = 0,025 mm.

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

Resolução: área = 0,14 x 0,115 = 0,0161 m²; Δp = 0,7 bar = 70 000 Pa; F = 70 000 x 0,0161 = 1127 N teóricos. A força real é menor (fugas, porosidade), e só existe se a ventosa assentar numa zona plana da peça.

9. Uma peça com a face de baixo curva vai ser maquinada na face de cima. Como a fixas?

Resolução: com um berço (molde negativo) em MDF, obtido subtraindo a peça (ou uma superfície desfasada dela) a um bloco, com batentes ou furos de referência para a posição, e zonas de aperto ou vácuo fora do percurso da ferramenta. Verifica-se no conjunto, ou no CAM, que a ferramenta não toca no berço.

10. Explica porque se deixam quase sempre os boleados e os chanfros para o fim da árvore de construção.

Resolução: porque a forma geral do sólido ainda pode mudar (novas subtrações, superfícies que cortam, ajustes de cotas). Um acabamento aplicado cedo demais pode falhar ou ter de ser refeito quando as arestas em que assenta mudam. Aplicados no fim, ficam estáveis.

11. Uma peça acabada tem 600 x 300 x 25 mm. Quer-se um volume de trabalho com 4 mm de sobrematerial por lado no contorno e 1,5 mm acima. Que medidas tem o bloco?

Resolução: 600 + 2 x 4 = 608 mm; 300 + 2 x 4 = 308 mm; 25 + 1,5 = 26,5 mm. Bloco de 608 x 308 x 26,5 mm, com a peça centrada no plano XY e a face de baixo coincidente com a do bloco.