Sebenta · Programar e desenhar com software de CAD-CAM em centros de trabalho CNC para o fabrico de peças de mobiliário e carpintaria (UC02099)

Introdução

Esta sebenta ensina a desenhar e programar peças de mobiliário e carpintaria em software de CAD-CAM, para as maquinar em centros de trabalho CNC: fresadoras (routers), multifuradoras e centros de trabalho multifunções. O percurso segue o fluxo real de uma oficina: primeiro desenha-se a peça em CAD, depois programa-se a maquinagem em CAM, simula-se e verifica-se, gera-se o programa com o pós-processador certo e só então se maquina, primeiro uma peça de teste e depois a série.

Objetivos de aprendizagem (referencial): desenhar, com software CAD-CAM, componentes e peças de carpintaria e mobiliário para centros de trabalho CNC; manipular essas peças e componentes em ambiente CAD-CAM; aplicar ferramentas de corte, percursos e estratégias de maquinagem CNC no fabrico de componentes; e garantir a correta aplicação dessas estratégias, com segurança, EPI e respeito pelas normas da qualidade.

Esta unidade trabalha para as indústrias de madeira e mobiliário e para as indústrias de carpintaria, dois setores em que o CNC substituiu grande parte do corte, da furação e da fresagem manuais. Uma cozinha por medida, uma estante em série, uma porta de carpintaria com almofada fresada ou uma letra gravada numa placa de madeira maciça passam hoje, quase sempre, por um programa CNC.

Como está organizada esta sebenta

1. O ciclo CAD-CAM-CAE-MES e a integração do CAM no ciclo produtivo

O fabrico assistido por computador assenta em quatro tecnologias complementares, cada uma com um papel próprio na cadeia produtiva:

O que faz cada tecnologia, com exemplos do setor

• CAD: o desenhador cria o modelo de um roupeiro, com todas as peças (laterais, tampo, base, prateleiras, portas, costa) e as suas medidas.
• CAE: antes de fabricar, verifica-se, por exemplo, se uma prateleira longa carregada de livros flete demasiado, ou se as peças do roupeiro montam sem interferências. Em mobiliário, o CAE é menos usado do que o CAD e o CAM, mas ganha peso em peças estruturais, cadeiras e móveis técnicos.
• CAM: o programador associa a cada peça as operações de maquinagem (furação, ranhuras, bolsas, contorno) e gera o programa que a máquina CNC vai executar.
• MES: o sistema de chão de fábrica recebe as ordens de fabrico, envia os programas certos para cada máquina, regista o que foi produzido, os painéis consumidos e as paragens, e devolve essa informação à gestão.

O ERP (Enterprise Resource Planning, sistema de gestão integrada) trata de encomendas, compras, stocks e faturação. O MES fica entre o ERP e a máquina: traduz "produzir 40 cozinhas esta semana" em "cortar estes 312 painéis, nesta máquina, por esta ordem". O CNC (Computer Numerical Control, comando numérico computorizado) é o controlador da máquina, que lê o programa e move os eixos.

A integração do CAM no ciclo produtivo

O CAM é o elo entre o projeto e a máquina: um desenho perfeito em CAD não corta uma única tábua enquanto não é traduzido em percursos de maquinagem e num programa. A integração do CAM no ciclo produtivo significa três coisas:

1. Continuidade da informação: a geometria do CAD passa para o CAM sem ser redesenhada; uma alteração no desenho tem de chegar à programação e à máquina antes de o corte começar.
2. Ligação à gestão: quantidades, prazos, lotes e materiais circulam entre o ERP, o MES e o CAM, para que cada programa corresponda a uma ordem de fabrico concreta.
3. Retorno da produção: tempos reais de maquinagem, peças rejeitadas e desgaste de ferramentas voltam ao CAM, para otimizar os programas seguintes.

Exemplo resolvido · uma encomenda de cozinha

1. O cliente aprova o desenho de uma cozinha, feito em CAD, com 14 módulos.
2. O ERP cria a encomenda e a ordem de fabrico, e verifica se há painéis em stock.
3. O programador cria, em CAM, as operações de corte, furação e ranhuras para cada painel, e faz o nesting das peças nos painéis disponíveis.
4. O pós-processador gera o programa para o centro de trabalho CNC.
5. O MES envia os programas para a máquina, regista os painéis consumidos e acompanha o progresso de cada módulo.
6. Uma alteração de última hora (o cliente troca a altura dos módulos inferiores) obriga a voltar ao CAD, reprogramar o CAM, voltar a simular e só depois reenviar o programa à máquina. Se o MES não souber da alteração, a máquina corta as peças antigas.

2. O centro de trabalho CNC: tipos, eixos, origens e fixação

Antes de desenhar para uma máquina, é preciso conhecê-la. Um programa só está certo se respeitar os eixos, os cursos, as origens e a forma de fixar a peça da máquina a que se destina.

Tipos de máquinas CNC na madeira e no mobiliário

Um centro de trabalho multifunções junta numa só máquina a fresagem (eletromandril), a furação (grupo de furação com brocas verticais e horizontais), o corte com disco de serra e, muitas vezes, agregados: acessórios que se montam na árvore como se fossem ferramentas e que permitem, por exemplo, fresar ou furar na horizontal numa máquina de 3 eixos.

Os eixos da máquina

A nomenclatura dos eixos das máquinas de comando numérico está normalizada (norma ISO 841). A regra essencial:

• Z é o eixo paralelo à árvore (o eixo da ferramenta). Numa máquina com a árvore vertical, Z é o eixo vertical, e o sentido positivo afasta a ferramenta da peça.
• X e Y são os eixos do plano perpendicular a Z; numa fresadora de madeira, são os dois eixos horizontais da mesa.
• Os três eixos formam um triedro direto (regra da mão direita): polegar em X, indicador em Y, médio em Z.
• A, B e C são rotações em torno de X, Y e Z, respetivamente.

Origem da máquina e origem da peça

• Origem da máquina (zero máquina): ponto fixo, definido pelo fabricante, a partir do qual o comando conhece a posição de todos os eixos. A máquina encontra-o na referenciação (ida aos fins de curso de referência) quando arranca.
• Origem da peça (zero peça): ponto escolhido pelo programador, numa aresta ou canto da peça, a partir do qual se escrevem as coordenadas do programa. Em código ISO é ativada por instruções como G54 (as máquinas guardam várias origens, G54 a G59, conforme o comando).
• Em Z, é comum pôr o zero peça na face superior do painel (as profundidades ficam negativas) ou na superfície da mesa (as cotas ficam positivas). As duas convenções funcionam; o erro é misturá-las.

Exemplo resolvido · da coordenada da peça à coordenada da máquina

O zero peça (G54) está guardado nas coordenadas da máquina X = 250,000, Y = 120,000, Z = -85,000. O programa pede um furo em X = 100, Y = 50, Z = -12 (coordenadas da peça). Onde fica o furo em coordenadas da máquina?

1. Em X: 250 + 100 = 350 mm.
2. Em Y: 120 + 50 = 170 mm.
3. Em Z: -85 + (-12) = -97 mm.

A máquina desloca-se a X350 Y170 e desce a Z-97. Se alguém mudar a peça de sítio sem atualizar o G54, todos os furos saem deslocados pela mesma diferença: é o defeito típico de uma origem mal confirmada.

Volume de trabalho

O volume de trabalho é o espaço em X, Y e Z que a máquina consegue efetivamente maquinar. Depende do curso dos eixos, do comprimento da ferramenta, da altura máxima de peça que passa sob a cabeça e do sistema de fixação (as ventosas, por exemplo, elevam a peça e roubam curso em Z).

Uma peça maior do que o volume de trabalho não se resolve "no programa": ou se divide a peça (e se une depois), ou se maquina em duas fixações com referências precisas, ou se usa outra máquina.

Fixação da peça

3. O ambiente de trabalho do software de CAD-CAM

O software de CAD-CAM organiza o trabalho num ambiente gráfico próprio, com uma filosofia comum à maioria dos programas do setor: desenhar primeiro, depois associar operações de maquinagem à geometria, simular e só no fim gerar o programa.

Os elementos do ambiente gráfico

• Área gráfica: espaço onde a peça é desenhada e onde se veem os percursos de maquinagem sobrepostos ao desenho, em vista de cima, lateral ou isométrica.
• Árvore de operações (ou de processos): lista ordenada de todas as operações CAM já criadas, na sequência em que serão executadas.
• Paletas ou separadores de ferramentas: comandos de desenho (CAD) e comandos de maquinagem (CAM), normalmente em separadores distintos.
• Barra ou painel de propriedades: mostra e permite alterar os parâmetros do elemento selecionado, seja geometria, operação ou ferramenta.
• Gestor de camadas: liga e desliga, bloqueia e dá cor às camadas do desenho.
• Biblioteca de ferramentas: as ferramentas de corte disponíveis, com as suas dimensões e parâmetros.
• Configuração da máquina: cursos, origens, fixações, pós-processador.
• Barra de estado e linha de comandos: coordenadas do cursor, unidades e, em alguns programas, a entrada de comandos por texto.

Estrutura do software e organização das ferramentas

Independentemente do fabricante, as ferramentas do programa organizam-se em grupos:

Software usado no setor

Há dois grandes tipos de programas:

1. Ambientes de programação dos fabricantes de máquinas, gráficos e paramétricos: é o caso do woodWOP, da HOMAG, e do bSolid, da Biesse. Nestes ambientes não se escreve código linha a linha: desenham-se as peças e escolhem-se operações em janelas próprias, e o programa é guardado num formato do próprio fabricante.
2. Programas de CAD-CAM independentes, que servem várias marcas de máquinas através de pós-processadores: por exemplo o Alphacam, o Cabinet Vision, o TopSolid'Wood, o SWOOD (integrado no SOLIDWORKS) e, em trabalhos de gravação e relevo, os programas da Vectric (VCarve e Aspire).

Mudam os botões e os menus, mas a lógica de trabalho é a mesma em todos. Quando esta sebenta nomear um comando de um programa concreto, di-lo expressamente; no resto, usa nomes genéricos que encontras, com pequenas variações, em qualquer software.

4. Tipos de ficheiros CAD e CAM

Um técnico de CAD-CAM lida com ficheiros que entram (geometria), ficheiros de trabalho (o projeto) e ficheiros que saem (o programa da máquina).

Ficheiros de geometria (entrada)

Ficheiros de projeto (trabalho)

Cada programa guarda o projeto completo, com geometria, ferramentas e operações CAM, no seu formato nativo. Por exemplo, o VCarve usa ficheiros .crv e o Aspire .crv3d. Estes ficheiros só se abrem no próprio programa (ou em versões compatíveis): servem para continuar o trabalho, não para trocar geometria com outras empresas.

Ficheiros de saída (programa NC)

No fim do processo, o software gera o programa de maquinagem, o ficheiro que a máquina efetivamente executa:

• Código ISO (código G): texto com instruções de movimento e funções auxiliares, normalizado na base (norma ISO 6983), mas com variações de comando para comando. Extensões frequentes: .nc, .iso, .tap, .cnc, ou sem extensão, conforme a máquina.
• Formatos dos fabricantes de mobiliário: muitas máquinas de madeira leem programas no formato do seu ambiente gráfico, por exemplo o .mpr do woodWOP (HOMAG) ou o .cix dos ambientes da Biesse.
• O pós-processador converte o percurso calculado pelo CAM no dialeto exato da máquina de destino (capítulo 17).

O ficheiro NC é específico da máquina: um programa feito para uma máquina não deve ser enviado para outra, mesmo que pareça "compatível".

Unidades: o erro de 25,4

Uma polegada mede 25,4 mm. Se um ficheiro for lido com a unidade errada, todas as medidas ficam multiplicadas ou divididas por 25,4:

• ficheiro em polegadas lido como milímetros: a peça aparece 25,4 vezes mais pequena;
• ficheiro em milímetros lido como polegadas: a peça aparece 25,4 vezes maior.

Exemplo resolvido · corrediça importada de um catálogo americano

Um técnico importa o STEP de uma corrediça de 450 mm e, no ecrã, a peça mede 17,7 unidades de comprimento.

1. Razão entre o esperado e o lido: 450 ÷ 17,7 ≈ 25,4. É o fator polegada-milímetro.
2. Conclusão: o ficheiro está em polegadas (17,7 in) e foi lido como se estivesse em milímetros.
3. Conferência: 17,7 × 25,4 = 449,6 mm, cerca de 450 mm (a diferença vem do arredondamento de 17,7).
4. Correção: reimportar indicando a unidade polegadas, ou escalar a geometria pelo fator 25,4, e voltar a medir uma cota conhecida.

5. Comandos CAD: desenhar a peça

Os comandos CAD constroem a geometria da peça, elemento a elemento, antes de qualquer maquinagem ser programada. Num software de CAD-CAM para madeira, o desenho não é uma ilustração: cada linha vai ser seguida por uma ferramenta, por isso tem de ser exata.

Formas de introduzir coordenadas

As referências a objetos (em alguns programas chamadas snaps: extremo, ponto médio, centro, interseção, perpendicular, tangente) garantem que uma linha começa exatamente no fim de outra. Um desenho feito "a olho", sem referências, tem folgas de centésimas que o CAM não perdoa.

Primitivas e edição

• Ponto, linha, arco, círculo, retângulo, polígono: as primitivas geométricas de base.
• Polilinha: sequência de linhas e arcos ligados, que forma um só contorno; é a forma ideal de um contorno a maquinar.
• Curva (spline): para perfis orgânicos, como molduras decorativas, travessas curvas ou pés recortados.
• Texto vetorial: para gravações, etiquetas e logótipos.
• Edição: aparar, prolongar, equidistante (offset), concordância (arredondar um canto com um raio), chanfro, espelhar, rodar, escalar, matriz (repetir em linha ou em círculo).
• Cotagem: medir e anotar distâncias e ângulos, para conferência antes de programar.

Para dar um exemplo com um programa concreto: no AutoCAD, os comandos equidistante, aparar e concordância chamam-se, na versão inglesa, OFFSET, TRIM e FILLET. Noutros programas o nome muda, mas a função existe.

Camadas e organização

O desenho CAD-CAM organiza-se em camadas (layers), tal como o desenho técnico em geral:

• Separar contorno exterior, furação, ranhuras, bolsas e gravações em camadas distintas.
• Atribuir a cada camada uma cor e, muitas vezes, associá-la diretamente a um tipo de operação CAM e a uma profundidade.
• Bloquear camadas de referência (por exemplo, o contorno já aprovado) para não as alterar por engano.

Em muitos softwares de mobiliário, o nome ou a cor da camada decide automaticamente que operação CAM lhe corresponde. Uma convenção de oficina pode ser, por exemplo: camada FURO_5_D12 = furos de 5 mm com 12 mm de profundidade; camada CONTORNO_PASSANTE = contorno exterior passante.

Geometria limpa

Um desenho limpo é a condição de partida de um bom percurso CAM:

• Contornos fechados: o fim da última linha coincide com o início da primeira.
• Sem linhas duplicadas (duas linhas iguais, uma por cima da outra).
• Sem segmentos minúsculos que a ferramenta não consegue seguir.
• Arcos verdadeiros onde houver curvas, em vez de centenas de segmentos retos.

Exemplo resolvido · porta com cantos arredondados

Desenhar a porta de um móvel com 596 × 396 mm e cantos arredondados com raio 20 mm.

1. Desenhar um retângulo a partir da origem (0, 0) até (596, 396), em coordenadas absolutas.
2. Aplicar concordância de raio 20 mm aos quatro cantos: cada canto passa a ser um arco de 90° com centro a 20 mm de cada aresta, por exemplo o canto inferior esquerdo tem centro em (20, 20).
3. Confirmar que o resultado é uma só polilinha fechada (quatro linhas e quatro arcos).
4. Conferir com a cotagem: comprimento das arestas retas horizontais = 596 - 2 × 20 = 556 mm; verticais = 396 - 2 × 20 = 356 mm.
5. Colocar a polilinha na camada do contorno exterior.

6. Desenho de geometrias 2D e 3D em diferentes planos e no espaço

Volume de trabalho, planos e faces

Antes de desenhar, define-se o bruto (o painel ou a peça de partida, com comprimento, largura e espessura) e confirma-se que cabe no volume de trabalho da máquina (capítulo 2).

• Planos de trabalho: o plano XY é o da face superior da peça, onde se desenha a maioria das operações; os planos XZ e YZ são planos verticais, usados para operações nos topos. Em código ISO, o plano ativo seleciona-se com G17 (XY), G18 (XZ) e G19 (YZ).
• Planos inclinados: em máquinas de 5 eixos ou com agregados inclináveis, define-se um plano rodado, e a geometria desenhada nesse plano é maquinada com a ferramenta perpendicular a ele.
• Faces de trabalho: uma peça paralelepipédica tem seis faces: a face de cima, a de baixo e os quatro topos. Os ambientes de programação de mobiliário deixam escolher em que face se desenha cada operação: furos verticais na face de cima, furos horizontais de cavilha nos topos, ranhuras para a costa na face interior.

Geometrias 2D, 2,5D e 3D

• 2D: contornos, furos e ranhuras vistos de cima, a profundidade constante. É o caso mais comum em painéis de mobiliário.
• 2,5D: várias profundidades sobre uma face plana (rebaixos em degrau, molduras, gravações). A ferramenta move-se em X e Y a uma profundidade Z de cada vez.
• 3D: superfícies e sólidos completos, maquinados com a ferramenta a mover-se em X, Y e Z em simultâneo: relevos esculpidos, assentos de cadeira, peças torneadas ou ornamentos.

Criar sólidos

Exemplo resolvido · lateral com furação do sistema 32

O sistema 32 é uma convenção de mobiliário por módulos em que as filas de furos de 5 mm têm os centros afastados 32 mm entre si, e a fila da frente fica a 37 mm do bordo da frente. Vamos desenhar a fila da frente numa lateral com 720 mm de altura (eixo Y), deixando pelo menos 96 mm livres em cima e em baixo.

1. Primeiro furo: Y = 96 mm.
2. Último furo possível: tem de ficar a Y ≤ 720 - 96 = 624 mm.
3. Número de intervalos de 32 mm que cabem entre 96 e 624: (624 - 96) ÷ 32 = 528 ÷ 32 = 16,5, arredonda-se para baixo, 16 intervalos.
4. Número de furos = 16 + 1 = 17 furos, o último em Y = 96 + 16 × 32 = 608 mm.
5. Desenhar o primeiro círculo de Ø5 em (37, 96) e usar uma matriz linear de 17 elementos, passo 32 mm em Y, na camada de furação.

Fórmula geral para uma lateral de altura H, com margem a em cima e em baixo: número de furos = parte inteira de ((H - 2a) ÷ 32) + 1.

7. Importar geometrias e sólidos de ficheiros externos

Nem toda a geometria nasce no próprio software: chega frequentemente de um gabinete de arquitetura, de um cliente, de um catálogo de ferragens ou de outro colega.

• Importar DXF/DWG: contornos 2D de outro CAD, reaproveitados sem redesenhar.
• Importar STEP/IGES: sólidos e superfícies 3D, por exemplo o modelo de uma dobradiça ou corrediça, para verificar encaixes e folgas.
• Importar STL: malhas 3D, úteis para relevos esculpidos ou modelos digitalizados.
• Importar imagens: logótipos para gravação, que depois se vetorizam (o programa transforma os píxeis em contornos) e se limpam à mão.

Checklist de importação

Reparar geometria importada

• Juntar (unir) segmentos: os programas têm comandos para ligar linhas soltas numa polilinha, dentro de uma tolerância (por exemplo 0,01 mm). Uma tolerância grande demais "fecha" contornos que deviam estar abertos.
• Converter segmentos em arcos: curvas exportadas como dezenas de segmentos retos produzem percursos aos solavancos; alguns programas voltam a ajustar arcos.
• Remover duplicados e segmentos minúsculos.
• Sólidos: num STEP, confirmar que o sólido está fechado (sem faces em falta) antes de o usar em estratégias 3D.

Exemplo resolvido · planta de um balcão enviada por um arquiteto

Chega um DXF com o tampo de um balcão curvo. Ao abrir, o contorno mede 2,35 de comprimento e o desenho tem cotas, texto e linhas de eixo.

1. A medida de 2,35 sugere que o desenho foi feito em metros: 2,35 m = 2350 mm. Confirma-se com o arquiteto e escala-se por 1000.
2. Apagam-se cotas, textos e linhas de eixo, que não são para maquinar.
3. Juntam-se os segmentos do contorno numa polilinha fechada, com tolerância de 0,01 mm, e verifica-se que o programa a reconhece como fechada.
4. A curva frontal chegou como 180 pequenos segmentos: converte-se em arcos para um corte suave.
5. Move-se o contorno para que o canto de referência fique na origem da peça, e coloca-se na camada do contorno exterior.

8. Comandos CAM: preparar a maquinagem

Com a geometria pronta, o CAM associa-lhe as operações de maquinagem, uma a uma.

A sequência de trabalho

1. Definir o bruto: dimensões e material do painel ou peça de partida.
2. Definir a origem e a fixação: zero peça e posição de ventosas, grampos ou mesa de vácuo.
3. Selecionar geometria: escolher os contornos, pontos ou faces a maquinar.
4. Criar operação: contorno (perfil), bolsa (cavidade), furação, ranhura, gravação, desbaste ou acabamento 3D.
5. Associar ferramenta: escolher a ferramenta de corte da biblioteca.
6. Definir parâmetros: profundidade, número de passagens, lado da ferramenta, sentido de corte, entradas e saídas, avanço e rotação.
7. Ordenar operações: a sequência na árvore de operações é a sequência de maquinagem real.
8. Simular, pós-processar e documentar.

Cada operação CAM liga sempre três coisas, geometria, ferramenta e parâmetros, e verificar essa tríade antes de simular evita a maioria dos erros.

Principais comandos CAM e o que pedem

A ordem das operações

A ordem típica numa peça de painel é: furação → ranhuras e bolsas → contornos interiores → contorno exterior. O contorno exterior costuma ser a última operação, porque é ele que separa a peça do resto do painel: se fosse feito primeiro, a peça, já solta e menor, perderia fixação e apoio antes de as restantes operações estarem concluídas, e poderia deslocar-se.

Dentro da mesma lógica, agrupam-se as operações pela mesma ferramenta, para reduzir trocas (capítulo 14).

Exemplo resolvido · furação de cavilhas numa lateral

1. Selecionar os círculos de furação desenhados na camada correspondente (quatro furos de Ø8).
2. Criar a operação Furação, associando uma broca cega de Ø8 (broca com ponta de centragem, própria para furos não passantes).
3. Definir a profundidade: 12 mm num painel de 18 mm, deixando 6 mm de material por baixo. Com o zero peça na face superior, a cota final é Z = -12.
4. Confirmar que nenhuma ventosa fica por baixo destes furos e que a operação aparece na árvore antes do contorno exterior.

9. Programar a máquina: a linguagem CNC (código ISO)

Programar uma máquina CNC é escrever, ou gerar, a sequência de instruções que ela executa. Na maior parte dos casos o programa é gerado pelo CAM, mas o técnico tem de o saber ler, para confirmar o que a máquina vai fazer, detetar erros e fazer pequenas correções junto à máquina.

A linguagem mais difundida é o código ISO, também chamado código G (norma ISO 6983). Atenção a duas coisas:

• cada fabricante de comandos acrescenta as suas variantes, por isso o manual de programação da máquina manda sempre;
• muitas máquinas de mobiliário (por exemplo as HOMAG com woodWOP ou as Biesse com os seus ambientes) programam-se sobretudo em ambientes gráficos próprios, em que o operador escolhe operações em janelas e não escreve código G linha a linha. Nem todas as máquinas de madeira trabalham com código G puro.

Estrutura de um programa

Um programa é uma sequência de blocos (linhas). Cada bloco tem palavras: uma letra seguida de um número.

Muitas funções são modais: uma vez ativadas, ficam ativas até serem substituídas. Depois de um G01, os blocos seguintes continuam a ser movimentos lineares até aparecer outro G00, G02 ou G03.

As funções mais usadas

A seleção de milímetros ou polegadas também se faz por código, mas o código muda de comando para comando (por exemplo G21/G20 nuns, G71/G70 noutros): confirma no manual.

Exemplo resolvido · ler e conferir o programa de uma prateleira

Prateleira de 400 × 300 mm em painel de 18 mm, cortada numa mesa de vácuo com placa de sacrifício. Fresa de topo reto Ø8 (raio 4 mm). Zero peça no canto inferior esquerdo, Z0 na face superior do painel. O programa descreve o centro da ferramenta, por isso o percurso fica afastado 4 mm do contorno da peça.

%
O1001 (PRATELEIRA 400X300X18 CONTORNO EXTERIOR)
N10 G21 G17 G90 G40 G54
N20 T1 M06 (FRESA TOPO RETO D8 Z2)
N30 S18000 M03
N40 G00 X-4 Y-20
N50 G00 Z5
N60 G01 Z-18.5 F1500
N70 G01 Y304 F5400
N80 X404
N90 Y-4
N100 X-4
N110 X-20
N120 G00 Z20
N130 M05
N140 M30
%

Conferência, bloco a bloco:

1. N10: milímetros (neste comando, G21), plano XY, coordenadas absolutas, sem compensação, origem G54.
2. N20 e N30: carrega a ferramenta 1 e põe a árvore a 18 000 rpm no sentido horário.
3. N40 e N50: desloca-se em rápido para fora da peça (X-4, Y-20) e desce em rápido só até 5 mm acima do painel. Nunca se desce em G00 para dentro do material.
4. N60: mergulha a cortar até Z-18,5, ou seja, atravessa os 18 mm do painel e entra 0,5 mm na placa de sacrifício, para o corte ficar limpo por baixo.
5. N70 a N100: percorre o retângulo afastado 4 mm da peça: de X-4 a X404 são 408 mm, ou seja, 400 mm de peça + 2 × 4 mm de raio. O mesmo em Y: de -4 a 304 são 308 = 300 + 2 × 4. O percurso é feito no sentido horário à volta da peça.
6. N110: afasta-se da peça antes de subir, para não deixar marca no bordo.
7. N120 a N140: sobe em rápido, para a árvore e termina o programa.

Tempo de corte (aproximado). Comprimento percorrido ao avanço de 5400 mm/min: de Y-20 a Y304 = 324 mm; depois 408 + 308 + 408 mm; e a saída de X-4 a X-20 = 16 mm. Total: 324 + 408 + 308 + 408 + 16 = 1464 mm. Tempo: 1464 ÷ 5400 = 0,271 min ≈ 16,3 s. O mergulho de 23,5 mm (de Z5 a Z-18,5) a 1500 mm/min demora 23,5 ÷ 1500 = 0,0157 min ≈ 0,9 s.

Absoluto e incremental

O bloco N70 em absoluto (G90) diz "vai para Y = 304". O mesmo movimento em incremental (G91), partindo de Y-20, seria Y324: "anda 324 mm em Y a partir de onde estás". Misturar os dois modos é um erro clássico: um programa pensado em absoluto, executado em incremental, leva a ferramenta para fora da peça.

Arcos: G02 e G03

Para fazer um canto arredondado de raio 20 mm, do ponto (0, 280) ao ponto (20, 300), com centro em (20, 280):

• O movimento vai da esquerda do centro para cima dele, ou seja, no sentido horário (visto de cima): G02.
• Com I e J (distância do ponto de partida ao centro): I = 20 - 0 = 20; J = 280 - 280 = 0. Bloco: G02 X20 Y300 I20 J0.
• Com o raio: G02 X20 Y300 R20.

Compensação do raio: G41 e G42

Em vez de o programa descrever o centro da ferramenta, pode descrever o contorno real da peça, e o comando afasta a ferramenta do raio guardado no corretor (por exemplo D1 = 4 mm):

• G41: a ferramenta fica à esquerda do contorno, olhando no sentido do avanço;
• G42: fica à direita;
• G40: anula a compensação.

No exemplo da prateleira, percorrendo o contorno no sentido horário, a ferramenta fica do lado de fora, que é o lado esquerdo da trajetória: seria G41. A vantagem é que, se a fresa for afiada e o diâmetro mudar, basta atualizar o corretor, sem regenerar o programa. A forma exata de ativar e anular a compensação (movimento de aproximação, comprimento mínimo) está no manual do comando.

10. Ferramentas de corte: criação, configuração e catálogo

Tipos de ferramentas para CNC de madeira

Quanto ao material de corte, as ferramentas de metal duro são as mais comuns; em séries grandes de painéis abrasivos (aglomerado e MDF, sobretudo revestidos), usa-se também diamante policristalino (PCD), mais caro mas muito mais duradouro.

O que se configura na biblioteca

Cada ferramenta tem de estar definida na biblioteca do software (e, com o mesmo número, no magazine da máquina) antes de ser usada:

• Tipo e número da ferramenta (o T do programa e a posição no magazine).
• Diâmetro e número de arestas de corte (z).
• Comprimento útil de corte (a profundidade máxima que pode cortar) e comprimento total (em balanço, fora do porta-ferramentas).
• Sentido de rotação: a maioria das fresas roda à direita (M03), mas nos grupos de furação há brocas que rodam à esquerda e à direita, e a broca tem de corresponder à posição onde está montada.
• Velocidade de rotação e avanço recomendados para cada material.
• Porta-ferramentas: cone (nas máquinas de madeira são frequentes os cones HSK) e pinça; o CAM usa a sua forma para detetar colisões.

O catálogo de ferramentas do fabricante, específico para madeira, derivados e outros materiais de mobiliário e carpintaria, é a referência para estes valores; não se inventam nem se copiam de outro material sem confirmar.

Velocidade de corte e velocidade de avanço

Duas fórmulas fazem a ponte entre o catálogo e o programa.

Velocidade de corte (a velocidade a que a aresta passa pela madeira):

Vc = π × D × n ÷ 1000

com Vc em m/min, D (diâmetro da ferramenta) em mm e n (rotação) em rpm. O ÷ 1000 converte milímetros em metros.

Velocidade de avanço (a velocidade a que a ferramenta avança ao longo do percurso, o F do programa):

Vf = n × z × fz

com Vf em mm/min, z o número de arestas de corte e fz o avanço por dente (a espessura de material que cada aresta tira em cada volta), em mm.

Nas fresadoras de madeira, as eletromandris trabalham tipicamente na ordem das dezenas de milhares de rpm: valores entre 12 000 e 24 000 rpm são habituais. São rotações muito acima das usadas na fresagem de metais, e os valores de um material não servem para o outro.

Exemplo resolvido 1 · velocidade de corte

Fresa de Ø8 mm a 18 000 rpm. Qual é a velocidade de corte?

Vc = π × 8 × 18 000 ÷ 1000 = 3,1416 × 144 = 452 m/min (arredondado).

Exemplo resolvido 2 · configurar uma fresa de topo reto

1. Abrir a biblioteca de ferramentas e criar uma nova ferramenta.
2. Escolher o tipo fresa de topo reto, diâmetro 8 mm, 2 arestas de corte.
3. Introduzir a velocidade de rotação (por exemplo, 18 000 rpm) e o avanço por dente indicado no catálogo para o material (neste exemplo, 0,15 mm).
4. Calcular a velocidade de avanço: Vf = n × z × fz = 18 000 × 2 × 0,15 = 5400 mm/min.
5. Guardar a ferramenta na biblioteca, associada ao material, para a reutilizar noutras peças.

Exemplo resolvido 3 · da velocidade de corte à rotação

O catálogo (valor de exemplo) recomenda Vc = 500 m/min para uma fresa de Ø10 mm. Que rotação programar?

1. Isolar n: n = Vc × 1000 ÷ (π × D).
2. n = 500 × 1000 ÷ (3,1416 × 10) = 500 000 ÷ 31,416 = 15 915 rpm.
3. Arredonda-se para um valor que a máquina aceite, por exemplo 16 000 rpm, e recalcula-se o avanço com essa rotação.

Exemplo resolvido 4 · o que muda se trocar a ferramenta

A mesma operação passa de uma fresa de 2 arestas para uma de 3 arestas, mantendo n = 20 000 rpm e fz = 0,10 mm.

• 2 arestas: Vf = 20 000 × 2 × 0,10 = 4000 mm/min.
• 3 arestas: Vf = 20 000 × 3 × 0,10 = 6000 mm/min.

Mais arestas permitem avançar mais depressa com a mesma carga por aresta; se se mantiver o avanço de 4000 mm/min com 3 arestas, cada aresta passa a tirar só 0,067 mm (4000 ÷ 60 000), o que pode ser pouco.

Avanço a mais e avanço a menos

11. Percursos de maquinagem, entradas e saídas da ferramenta

O percurso de maquinagem

O percurso de maquinagem é a trajetória que o centro da ferramenta descreve, gerada pelo CAM a partir da geometria e dos parâmetros. Tem partes distintas:

Rever visualmente o percurso antes de simular permite detetar, cedo, zonas que a ferramenta não alcança, entradas em sítios visíveis ou deslocações em vazio desnecessárias.

Lado da ferramenta

Num contorno, escolhe-se se a ferramenta corta por fora da linha (contorno exterior: a peça fica com a medida desenhada), por dentro (furos e recortes interiores) ou sobre a linha (ranhuras em que a largura é a da própria fresa). Escolher mal o lado desloca cada aresta da peça: com uma fresa de 8 mm, uma prateleira de 400 mm cortada sobre a linha sairia com 400 - 8 = 392 mm (meio diâmetro a menos em cada lado) e cortada por dentro sairia com 400 - 2 × 8 = 384 mm (um diâmetro a menos em cada lado).

Profundidade e número de passagens

Quando a profundidade total é maior do que a que a ferramenta pode cortar de uma vez, divide-se em passagens:

número de passagens = profundidade total ÷ profundidade por passagem, arredondado para cima.

Exemplo: contorno passante num painel de 18 mm, atravessando 0,5 mm na placa de sacrifício (profundidade total 18,5 mm), com um máximo de 6 mm por passagem: 18,5 ÷ 6 = 3,08, arredonda-se para cima, 4 passagens. O CAM pode distribuí-las por igual: 18,5 ÷ 4 = 4,625 mm cada.

Entradas e saídas da ferramenta

A forma como a ferramenta entra e sai do material afeta o acabamento, a vida da ferramenta e a segurança do corte:

• Mergulho vertical: a ferramenta desce a direito. Só é aceitável com ferramentas que cortam de topo, e deixa marca no bordo se for feito sobre o contorno.
• Entrada em rampa: a ferramenta desce em ângulo enquanto avança ao longo do percurso, repartindo o esforço.
• Entrada em hélice: a ferramenta desce em espiral; é a forma habitual de entrar numa bolsa fechada.
• Entrada por furo prévio: uma broca faz primeiro um furo onde a fresa depois desce.
• Entrada e saída tangenciais (em arco): a ferramenta chega e sai do contorno em curva, sem parar sobre o bordo, evitando marcas visíveis.
• Sobreposição: num contorno fechado, a ferramenta passa uns milímetros além do ponto de entrada antes de sair, para não deixar degrau.

Exemplo resolvido · comprimento de uma rampa. Para descer 6 mm numa rampa de 5°, que comprimento de percurso é preciso?

L = profundidade ÷ tan(ângulo) = 6 ÷ tan 5° = 6 ÷ 0,0875 = 68,6 mm. Com uma rampa de 3° (tan 3° = 0,0524), seriam 6 ÷ 0,0524 = 114,5 mm. Rampas mais suaves poupam a ferramenta mas precisam de mais espaço.

Fresagem concordante e discordante

• Concordante: no ponto de contacto, a aresta move-se no mesmo sentido do avanço; a apara começa grossa e acaba fina.
• Discordante: a aresta move-se contra o avanço; a apara começa fina e acaba grossa, com uma fase inicial de fricção.

Com a árvore a rodar no sentido horário (M03), um contorno exterior percorrido no sentido horário à volta da peça, ou seja com a ferramenta à esquerda (G41), é fresado em concordante; percorrido no sentido contrário, é discordante. Qual dá melhor resultado depende do material, da direção do fio, da fixação e da ferramenta: é uma escolha que se testa em amostra e se regista para as peças seguintes.

Pontes e peças pequenas

No nesting, uma peça pequena pode soltar-se do vácuo no fim do corte e ser atirada pela ferramenta. Duas soluções frequentes:

• Pontes (micro-junções): pequenos troços em que a fresa não atravessa tudo, deixando a peça presa ao painel; depois partem-se e lixam-se.
• Pele fina: cortar quase até ao fim, deixar uma película fina por baixo e retirá-la numa última passagem rápida.

12. Estratégias de maquinagem

Corte, acabamento e gravação

• Corte (contorno): separa a peça do painel, seguindo o contorno exterior, numa ou mais passagens.
• Acabamento: passagem final que retira uma pequena sobre-espessura deixada pelo corte anterior (por exemplo 0,5 mm na lateral), para melhorar o bordo visível e garantir a medida.
• Gravação: percurso raso, para texto ou desenhos decorativos, sem atravessar o material.
• Furação: percursos verticais ou horizontais localizados, para cavilhas, ferragens ou parafusos (capítulo 13).

Usar os parâmetros de um desbaste numa passagem de acabamento (muito material, avanço alto) deixa marcas visíveis no bordo da peça.

Gravação com fresa em V

Numa fresa em V, a largura do traço depende da profundidade:

largura = 2 × profundidade × tan(ângulo da ponta ÷ 2)

Exemplo: com uma fresa em V de 90°, tan 45° = 1, logo largura = 2 × profundidade. Para um traço de 6 mm de largura, grava-se a 3 mm de profundidade. Com uma fresa de 60° (tan 30° = 0,577), largura = 1,155 × profundidade: para os mesmos 6 mm é preciso ir a 6 ÷ 1,155 = 5,2 mm.

Pré-desbaste e abertura de cavidades

• Pré-desbaste: remove a maior parte do material em passagens rápidas, com uma ferramenta robusta, deixando uma sobre-espessura para o acabamento.
• Abertura de cavidades (bolsas): maquinagem de uma área fechada até uma profundidade definida, por exemplo para encastrar uma ferragem, uma fechadura ou um tampo de vidro.
• Estratégias de enchimento: em ziguezague (passagens paralelas), em espiral ou por contornos concêntricos (paralelos ao contorno), consoante a geometria da cavidade.
• Sobreposição lateral (passo lateral): a distância entre passagens vizinhas, expressa em mm ou em percentagem do diâmetro.

Exemplo resolvido · passagens numa bolsa. Bolsa com 60 mm de largura, fresa de Ø12 e passo lateral de 50 % (6 mm). O centro da fresa pode andar entre 6 mm de uma parede e 6 mm da outra, ou seja numa faixa de 60 - 12 = 48 mm. Número de passagens paralelas = 48 ÷ 6 + 1 = 9 passagens.

Desbaste e acabamento 3D

Em relevos e superfícies (capítulo 6), o desbaste 3D tira o material em patamares de Z com uma fresa de topo reto, e o acabamento 3D passa uma fresa esférica em passagens paralelas muito próximas. Entre duas passagens de uma fresa esférica fica uma pequena crista, cuja altura h se calcula por:

h = R - √(R² - (s ÷ 2)²)

com R o raio da fresa e s o passo lateral. Exemplo: fresa esférica de Ø6 (R = 3 mm), passo de 1 mm: h = 3 - √(9 - 0,25) = 3 - 2,958 = 0,042 mm. Com passo de 2 mm: h = 3 - √(9 - 1) = 3 - 2,828 = 0,172 mm, cerca de quatro vezes mais. Um passo menor dá melhor acabamento mas multiplica o tempo.

Exemplo resolvido · bolsa para o copo de uma dobradiça

As dobradiças de encastrar mais comuns em mobiliário têm um copo de 35 mm de diâmetro, encastrado na porta. A profundidade do furo e a distância ao bordo vêm da ficha técnica do fabricante (num modelo corrente, 13 mm de profundidade e 3 a 7 mm entre o bordo da porta e o furo).

1. Em série, o copo faz-se normalmente com uma broca de dobradiças Ø35, de uma só vez. Se a máquina não a tiver, faz-se como bolsa circular com uma fresa mais pequena.
2. Desenhar o círculo de Ø35 na posição indicada pelo fabricante, na camada das bolsas.
3. Criar a operação de bolsa com estratégia em espiral, entrada em hélice e profundidade igual à indicada na ficha técnica.
4. Definir um pré-desbaste com sobre-espessura nas paredes e uma passagem de acabamento nas paredes.
5. Simular e confirmar que a profundidade final e o diâmetro correspondem à ficha técnica da ferragem.

13. Furação e multifuração de peças

A furação é a operação mais repetida no mobiliário de painel: cavilhas, sistema 32 para suportes de prateleira, dobradiças, excêntricos de união, puxadores. O CAM tem comandos próprios para ela.

Furação vertical e horizontal

• Furação vertical: furos na face da peça (de cima), feitos por brocas verticais do grupo de furação ou pela eletromandril.
• Furação horizontal: furos nos topos da peça (por exemplo, para as cavilhas que unem o tampo às laterais), feitos por brocas horizontais do grupo de furação ou por um agregado. Exigem que a máquina tenha essas unidades e que a peça esteja fixada com os topos livres.
• Furos cegos e passantes: o furo cego tem profundidade menor que a espessura (broca com ponta de centragem); o passante atravessa (broca de ponta cónica, com a peça sobre um apoio que não se estrague).

Multifuração

Um grupo (cabeça) de furação tem várias brocas montadas a um passo fixo, normalmente de 32 mm, que podem descer uma a uma ou várias ao mesmo tempo. O CAM (ou o próprio comando) agrupa os furos que coincidem com o passo das brocas, para os fazer numa só descida. É isto que torna o sistema 32 tão eficiente em série: uma fila de furos a passo de 32 mm corresponde exatamente à geometria da cabeça.

Comandos CAM de furação

Exemplo resolvido · poupar descidas com multifuração

A fila de 17 furos do exemplo do capítulo 6 (Ø5, passo 32 mm) vai ser feita numa máquina cuja cabeça tem, nessa direção, 6 brocas de Ø5 a passo de 32 mm que podem descer em simultâneo.

1. Furo a furo: 17 descidas.
2. Com multifuração: 17 ÷ 6 = 2,83, arredonda-se para cima, 3 descidas (6 + 6 + 5 furos).
3. Poupam-se 14 descidas por fila. Numa lateral com duas filas (frente e trás), são 28 descidas a menos por peça; num lote de 100 laterais, 2800 descidas a menos.

14. Otimização de percursos, nesting e aproveitamento do material

Otimizar os percursos de maquinagem

Um percurso bem gerado não é só correto, é também eficiente. O tempo de máquina é um custo direto de produção, e em série cada segundo multiplica-se.

• Reduzir deslocações em vazio: ordenar as operações para que a ferramenta vá do fim de uma ao início da seguinte pelo caminho mais curto.
• Agrupar operações pela mesma ferramenta, para diminuir as trocas.
• Baixar a altura de segurança ao mínimo seguro: cada subida e descida desnecessária custa tempo.
• Usar a multifuração sempre que os furos coincidam com o passo da cabeça.
• Escolher a ferramenta maior possível para desbastar, deixando a mais pequena só para os pormenores.

Exemplo resolvido · agrupar por ferramenta

Uma peça usa três ferramentas. Na ordem A, as operações seguem a sequência T1, T2, T1, T3, T2; na ordem B, T1, T1, T2, T2, T3. Cada troca de ferramenta demora 12 s.

1. Ordem A: há ferramenta nova em cada mudança de T: T1 (carga inicial), T2, T1, T3, T2 = 5 cargas.
2. Ordem B: T1, T2, T3 = 3 cargas.
3. Poupança por peça: 2 cargas × 12 s = 24 s.
4. Num lote de 200 peças: 200 × 24 = 4800 s = 80 min de máquina poupados, só por reordenar.

A reordenação só é válida se não violar a lógica da peça: o contorno exterior continua a ser o último.

O conceito de nesting

O nesting é o arranjo automático de várias peças dentro de um ou mais painéis, para aproveitar o material ao máximo e cortar tudo num só ciclo:

• O software organiza os contornos das peças na área do painel, minimizando desperdício.
• Deixa entre as peças um espaço pelo menos igual ao diâmetro da fresa de corte, e uma margem junto aos bordos do painel.
• Respeita a direção do veio (da madeira, do folheado ou do padrão da melamina) quando a orientação importa, bloqueando a rotação dessas peças.
• Coloca as peças pequenas de forma a serem cortadas primeiro, enquanto o painel ainda está bem preso pelo vácuo.
• Gera automaticamente os percursos, a furação e, muitas vezes, etiquetas para identificar cada peça.
• Regista os retalhos reaproveitáveis para trabalhos seguintes.

Há nesting retangular (peças retangulares, típico de móveis de painel) e nesting de forma livre (peças recortadas encaixadas umas nas outras).

Exemplo resolvido · quantas prateleiras cabem num painel

Painel de 2750 × 1830 mm, com o padrão de veio ao longo dos 2750 mm. Prateleiras de 600 × 300 mm, com o veio ao longo dos 600 mm. Margem de 10 mm à volta do painel e fresa de Ø12 (espaço de 12 mm entre peças).

1. Área útil: (2750 - 2 × 10) × (1830 - 2 × 10) = 2730 × 1810 mm.
2. Com n peças numa fila há n - 1 espaços. Truque de cálculo: soma-se um espaço à área útil e divide-se por (peça + espaço).
3. Orientação com o veio certo (600 ao longo dos 2730): (2730 + 12) ÷ (600 + 12) = 2742 ÷ 612 = 4,48, ou seja 4 peças; (1810 + 12) ÷ (300 + 12) = 1822 ÷ 312 = 5,84, ou seja 5 peças. Total: 4 × 5 = 20 prateleiras.
4. Orientação rodada (300 ao longo dos 2730): 2742 ÷ 312 = 8,79, ou seja 8; 1822 ÷ 612 = 2,98, ou seja 2. Total: 16, e com o veio atravessado.
5. Aproveitamento da orientação certa: área das peças = 20 × 0,6 × 0,3 = 3,6 m²; área do painel = 2,75 × 1,83 = 5,0325 m²; aproveitamento = 3,6 ÷ 5,0325 = 71,5 %.

Neste caso, a orientação que respeita o veio é também a que aproveita melhor o painel. Nem sempre é assim: quando as duas colidem, a estética da peça visível ganha.

15. Automatização dos processos de CAM

Quando muitas peças partilham a mesma lógica de maquinagem, automatiza-se a criação das operações:

• Macros e modelos de operação: guardar uma sequência de operações (por exemplo, "lateral de móvel baixo": duas filas de sistema 32, furos de cavilha, ranhura da costa, contorno) para aplicar a peças semelhantes.
• Parametrização: ligar as dimensões da peça a variáveis (altura H, largura L, espessura E), para o CAM se adaptar automaticamente a cada medida.
• Bibliotecas de processos: por exemplo, "furação padrão para dobradiças de copo Ø35", aplicada com um clique.
• Operações automáticas por camada: a camada ou a cor define a operação, a ferramenta e a profundidade (capítulo 5).
• Ligação ao software de projeto: nos programas de desenho de mobiliário, o móvel desenhado gera diretamente as peças, as furações e os programas, sem redesenho.

Exemplo resolvido · lateral parametrizada

Uma lateral é definida pelas variáveis H (altura) e P (profundidade). A fila de furos da frente fica a 37 mm do bordo da frente e a de trás a P - 37 mm; o primeiro furo a 96 mm da base e o número de furos é parte inteira de ((H - 192) ÷ 32) + 1.

Com o modelo validado uma vez, cada nova medida gera o programa sem desenhar nada. A automatização ganha valor sobretudo na passagem da peça piloto, programada e testada com cuidado manual, para o lote de produção.

16. Simulação e deteção de colisões

Simular antes de maquinar

A simulação reproduz no computador o que a máquina vai fazer, antes de gastar material e tempo real. Há dois níveis:

• Simulação da remoção de material: mostra o bruto a ser cortado, passo a passo, e o resultado final. Deteta percursos incompletos, zonas não maquinadas, profundidades erradas, peças cortadas do lado errado.
• Simulação da máquina completa: inclui o modelo da máquina (cabeça, grupo de furação, porta-ferramentas, mesa, ventosas, grampos) e deteta colisões entre eles. Algumas simulações usam o próprio programa pós-processado, o que confirma também o pós-processador.

A simulação permite ainda estimar o tempo de maquinagem e deve correr-se sempre, depois de criadas todas as operações e antes de enviar o programa para a máquina, mesmo que a peça "já se tenha feito antes".

Deteção de colisões

Um alerta de colisão tem de ser resolvido antes de avançar, nunca ignorado: desligar o aviso para "a simulação correr mais depressa" não é uma opção em produção real.

Exemplo resolvido · colisão com um grampo

Numa travessa de madeira maciça fixada com grampos junto ao bordo, a simulação assinala colisão entre o porta-ferramentas e um grampo durante o perfil do bordo.

1. Identificar o bloco e a operação da colisão (o simulador indica-os).
2. Opção A: reposicionar o grampo para uma zona fora do percurso, confirmando que a peça continua bem presa.
3. Opção B: dividir a operação em duas fixações (maquinar metade, mudar os grampos, maquinar o resto), com referências de posição.
4. Opção C: usar uma ferramenta com maior comprimento útil, se a rigidez o permitir.
5. Voltar a simular tudo, não apenas a operação alterada.

17. Pós-processamento e maquinagem-teste

O pós-processador

O pós-processador converte o percurso genérico calculado pelo CAM no código específico da máquina de destino. Cada combinação de software CAM e comando de máquina tem o seu pós-processador, que traduz:

• os movimentos (rápidos, lineares, arcos) e a forma como a máquina os escreve;
• as trocas de ferramenta, as rotações e os avanços;
• a origem, as unidades e os planos;
• funções próprias da máquina, como ligar a aspiração, o vácuo ou os batentes, e as unidades de furação.

O mesmo movimento pode sair de formas diferentes consoante o pós-processador: num comando, um arco pode ser escrito com I e J; noutro, com R; numa máquina com ambiente gráfico, a mesma operação sai como uma entrada no formato próprio do fabricante. Por isso, usar o pós-processador de outra máquina, "porque é parecida", é um erro grave: o programa pode nem abrir ou, pior, correr com movimentos errados.

Depois de gerado, o programa confere-se: primeiras linhas (unidades, origem, ferramenta), um ou dois movimentos conhecidos e o fim do programa.

Transferência

O programa chega à máquina por rede (a forma habitual numa fábrica ligada ao MES), por pen USB ou por outro suporte que a máquina aceite. O nome do ficheiro deve identificar a peça, a encomenda e a revisão.

Maquinagem-teste

Antes da série, maquina-se uma peça de teste:

1. Simular o programa completo e resolver todos os alertas.
2. Gerar o programa com o pós-processador correto e conferir o cabeçalho.
3. Transferir o programa e confirmar que a máquina abriu a revisão certa.
4. Montar e conferir as ferramentas (número, diâmetro, comprimento, aperto).
5. Fixar a peça e confirmar a origem (zero peça) com a máquina.
6. Primeiro ciclo controlado: com o avanço reduzido pelo seletor de avanço (override), em modo bloco a bloco quando a máquina o permite, ou com uma passagem em vazio com o Z elevado acima da peça.
7. Maquinar a peça de teste, se possível num material de ensaio ou numa peça de refugo com a mesma espessura.
8. Verificar a peça contra o desenho, com aparelhagem de medição (fita métrica, régua, paquímetro, esquadro), e montar com as peças que lhe correspondem.
9. Corrigir e registar: qualquer correção passa para o CAM (não só para a máquina) e gera uma nova revisão.
10. Só então arrancar a série.

18. Segurança, saúde no trabalho e EPI

Um centro de trabalho CNC combina ferramentas a rodar a milhares de rotações por minuto, eixos que se movem sozinhos a grande velocidade, pó fino e ruído. A segurança não é um capítulo à parte: está em cada passo do programa.

Regras de segurança junto à máquina

• Nunca entrar na área de trabalho com a máquina em ciclo, nem para retirar uma apara ou endireitar uma peça. As proteções (tapetes sensíveis, barreiras óticas, portas, resguardos) existem para parar a máquina: não se desativam nem se contornam.
• Conhecer a posição e o funcionamento da paragem de emergência antes de arrancar.
• Ferramenta bem apertada, equilibrada e em bom estado; nunca montar ferramentas fissuradas, com arestas lascadas ou com rotação máxima inferior à programada.
• Aspiração ligada durante todo o corte; confirmar que as condutas não estão obstruídas.
• Peças bem fixadas: vácuo a funcionar, ventosas vedadas, grampos apertados. Uma peça que se solta é projetada.
• Com a porta ou a proteção aberta para trocar ferramentas ou medir, a máquina tem de estar em modo seguro, conforme o manual.
• Uma pessoa, um comando: só quem arrancou a máquina a opera durante o ciclo.

O enquadramento legal inclui as prescrições mínimas de segurança para a utilização de equipamentos de trabalho (Decreto-Lei n.º 50/2005) e as regras sobre a utilização de equipamentos de proteção individual (Decreto-Lei n.º 348/93). Na prática, o que conta é o manual da máquina e as instruções de segurança da empresa, que o operador tem de conhecer.

Pó de madeira

O pó de madeira é o risco para a saúde mais característico do setor. O pó de madeiras duras (folhosas) está classificado como agente cancerígeno; o regime de proteção dos trabalhadores contra agentes cancerígenos e mutagénicos (em Portugal, o Decreto-Lei n.º 301/2000, alterado pelo Decreto-Lei n.º 35/2020, que transpôs a Diretiva (UE) 2017/2398) fixou para ele um valor-limite de exposição profissional de 2 mg/m³, aplicável desde 17 de janeiro de 2023 (até essa data vigorou um valor transitório de 3 mg/m³). Quando o pó de madeiras duras está misturado com pó de outras madeiras, o valor-limite aplica-se a todo o pó de madeira presente.

As medidas, por ordem de prioridade:

1. Captação na origem: aspiração ligada à cabeça da máquina e às condutas, com caudal adequado.
2. Organização: limpeza por aspiração (nunca com ar comprimido, que levanta o pó), manutenção dos filtros.
3. Proteção respiratória: máscara FFP2 ou FFP3 quando a captação não chega, por exemplo na limpeza da máquina, na troca de filtros ou no lixamento manual.

Os painéis de MDF e aglomerado produzem um pó muito fino, que fica em suspensão, e contêm resinas: são mais uma razão para não confiar só na máscara.

Ruído

O corte de madeira e derivados a alta rotação é ruidoso. A legislação sobre ruído no trabalho (Decreto-Lei n.º 182/2006) define valores de exposição diária: valor de ação inferior de 80 dB(A), valor de ação superior de 85 dB(A) e valor-limite de 87 dB(A). A partir dos valores de ação, o empregador tem de disponibilizar protetores auditivos e, a partir do superior, o seu uso é obrigatório. Os protetores são a última linha: primeiro reduz-se o ruído na fonte (cabinas, resguardos, ferramentas adequadas).

EPI no posto CNC

Ergonomia no posto de CAD-CAM

A maior parte do trabalho desta UC faz-se ao computador. O trabalho com equipamentos dotados de visor tem regras próprias (Decreto-Lei n.º 349/93, com as suas alterações, e Portaria n.º 989/93):

• ecrã à altura dos olhos ou ligeiramente abaixo, a uma distância confortável;
• iluminação sem reflexos no ecrã (ecrã perpendicular às janelas);
• cadeira regulável, antebraços apoiados, pés assentes;
• pausas regulares e mudança de tarefa, para descansar a vista e a postura.

19. Normas da qualidade

A qualidade de uma peça CNC decide-se muito antes da máquina: no desenho, no programa e na maquinagem-teste.

Sistema de gestão da qualidade

Muitas empresas do setor têm o seu sistema de gestão da qualidade certificado pela norma NP EN ISO 9001. Para o técnico de CAD-CAM, isso traduz-se em regras concretas:

• Controlo de versões: cada programa tem nome, revisão e data; os programas obsoletos são retirados da máquina.
• Procedimentos escritos: como se nomeiam as camadas, que ferramentas se usam em cada material, como se faz a maquinagem-teste.
• Registos: resultado da verificação da primeira peça, não conformidades e correções.
• Melhoria contínua: um defeito que se repete dá origem a uma correção no processo (no modelo CAM, na biblioteca), não só na peça.

Controlo dimensional

• Medir a primeira peça de cada lote e peças por amostragem durante a série.
• Comparar com o desenho e com as tolerâncias definidas pelo cliente ou pela empresa.
• Confirmar posições de furos com gabarito ou montando as peças que se ligam entre si.
• Verificar a esquadria (diagonais iguais num retângulo) e o estado dos bordos.

Exemplo resolvido · verificar a esquadria de uma porta

Uma porta de 596 × 396 mm deve ter as duas diagonais iguais. Diagonal teórica = √(596² + 396²) = √(355 216 + 156 816) = √512 032 = 715,6 mm. Medem-se 715,5 mm e 716,0 mm: a diferença de 0,5 mm está dentro de uma tolerância de ± 1 mm definida pela empresa, e a porta é aceite. Uma diferença de vários milímetros indicaria uma peça mal fixada ou um erro de programa.

Defeitos típicos e causas

Erros comuns

• Programar em CAM sobre geometria com falhas: contornos abertos ou linhas duplicadas geram percursos com falhas.
• Importar geometria sem confirmar a unidade: um ficheiro em polegadas lido como milímetros fica 25,4 vezes mais pequeno; o contrário fica 25,4 vezes maior.
• Trocar a ordem das operações: fazer o contorno exterior antes da furação, das ranhuras ou das bolsas solta a peça do painel e retira-lhe o apoio antes de as outras operações estarem feitas.
• Escolher o lado errado da ferramenta: cada aresta da peça desloca-se até um diâmetro de fresa (uma prateleira de 400 mm cortada por dentro com uma fresa de 8 mm sai com 384 mm).
• Descer em rápido (G00) para dentro do material, ou com uma altura de segurança abaixo das fixações.
• Misturar coordenadas absolutas e incrementais (G90 e G91) ou as duas convenções de Z0 (face de cima e mesa).
• Copiar parâmetros de corte de outro material ou de manuais de metal, sem consultar o catálogo da ferramenta.
• Usar parâmetros de desbaste no acabamento: deixa marcas grosseiras no bordo visível da peça.
• Deixar o nesting rodar livremente peças com veio visível.
• Ignorar avisos de colisão: uma colisão não resolvida parte ferramentas, estraga peças e põe pessoas em risco.
• Reutilizar o pós-processador de outra máquina: gera um programa que a máquina não interpreta corretamente.
• Saltar a simulação ou a maquinagem-teste por rotina repetida: a geometria, a ferramenta ou a máquina podem ter mudado.
• Corrigir só na máquina e não no CAM: a correção perde-se na revisão seguinte.
• Confundir CAD, CAM, CAE e MES: desenhar não é programar, e programar não é gerir a produção.
• Trabalhar sem EPI ou entrar na área de trabalho com a máquina em ciclo.

Glossário

• Agregado: acessório montado na árvore que permite maquinar em direções diferentes da vertical (por exemplo, furar nos topos).
• Altura de segurança: cota Z a que a ferramenta se desloca em rápido sem tocar na peça nem nas fixações.
• Árvore: o eixo que faz rodar a ferramenta; nas fresadoras de madeira, a eletromandril.
• Bolsa (cavidade): área fechada maquinada até uma profundidade definida.
• Bruto: o painel ou peça de partida, antes de maquinar.
• CAD: desenho assistido por computador, a geometria da peça.
• CAE: engenharia assistida por computador, simulação e validação do comportamento da peça.
• CAM: fabrico assistido por computador, a definição dos percursos e a geração do programa.
• CNC: comando numérico computorizado, o controlador que executa o programa e move os eixos.
• Código ISO (código G): linguagem de programação de máquinas CNC, com funções G (movimentos, modos) e M (auxiliares).
• Colisão: embate indevido entre ferramenta, porta-ferramentas, cabeça, peça, fixações ou estrutura da máquina.
• Compensação do raio: afastamento automático da ferramenta, igual ao seu raio, em relação ao contorno programado (G41, G42).
• Concordante / discordante: fresagem em que a aresta se move no mesmo sentido do avanço / no sentido contrário.
• EPI: equipamento de proteção individual.
• ERP: sistema de gestão integrada da empresa (encomendas, compras, stocks, faturação).
• Fresa de compressão: fresa com hélices em sentidos opostos, que corta limpo nas duas faces de painéis revestidos.
• MES: sistema de execução da produção, entre o ERP e as máquinas.
• Multifuração: furação simultânea de vários furos com uma cabeça de brocas a passo fixo.
• Nesting: arranjo automático de várias peças num painel, para aproveitar o material.
• Origem da máquina / origem da peça: ponto fixo definido pelo fabricante / ponto escolhido pelo programador a partir do qual se escreve o programa.
• Percurso de maquinagem: a trajetória que a ferramenta descreve sobre a peça.
• Placa de sacrifício: placa porosa sobre a mesa de vácuo, que a fresa pode tocar ao atravessar o painel.
• Pós-processador: programa que converte o percurso do CAM no código específico de uma máquina.
• Pré-desbaste: passagem rápida que remove a maior parte do material antes do acabamento.
• Sobre-espessura: material deixado propositadamente para a passagem de acabamento.
• Velocidade de avanço (Vf): velocidade de deslocação da ferramenta ao longo do percurso, em mm/min.
• Velocidade de corte (Vc): velocidade da aresta de corte em relação ao material, em m/min.
• Volume de trabalho: espaço em X, Y e Z que a máquina consegue maquinar.

Síntese

O fabrico de peças de mobiliário e carpintaria em CNC segue sempre a mesma ordem. Conhece-se a máquina (eixos, cursos, origens, fixação) e o ciclo em que o CAM se integra, entre o CAD, o CAE, o MES e o ERP. Desenha-se a geometria em CAD, limpa, fechada e organizada em camadas, nos planos e faces certos, ou importa-se e repara-se geometria externa, confirmando sempre a unidade. Programa-se em CAM, ligando geometria, ferramenta e parâmetros, com a ordem certa das operações, e sabe-se ler o código que sai. Configuram-se as ferramentas a partir do catálogo, com Vc = π × D × n ÷ 1000 e Vf = n × z × fz. Definem-se percursos, entradas e saídas e a estratégia certa para cada operação: corte, acabamento, gravação, pré-desbaste, abertura de cavidades, furação e multifuração. Otimiza-se o tempo, faz-se o nesting respeitando o veio e automatiza-se o que se repete. Simula-se, resolvem-se as colisões, gera-se o programa com o pós-processador da máquina certa e faz-se a maquinagem-teste antes da série. Tudo isto com segurança, EPI e controlo da qualidade. Domina este fluxo e aplica-lo-ás em qualquer software de CAD-CAM do setor.

Exercícios resolvidos

1. Uma corrediça importada de um catálogo aparece no ecrã com 17,7 mm de comprimento, quando devia ter 450 mm. Qual é a causa mais provável e como se resolve?

Resolução: 450 ÷ 17,7 ≈ 25,4, o fator entre polegada e milímetro. O ficheiro está em polegadas e foi lido como se estivesse em milímetros, por isso ficou 25,4 vezes mais pequeno. Resolve-se reimportando com a unidade polegadas (ou escalando por 25,4) e voltando a medir uma cota conhecida: 17,7 × 25,4 = 449,6 ≈ 450 mm.

2. Porque é que o contorno exterior de uma peça costuma ser a última operação da árvore CAM?

Resolução: porque é o contorno exterior que separa a peça do resto do painel. Se fosse a primeira operação, a peça, já solta e com menos área de fixação, perderia apoio antes de a furação, as ranhuras e as bolsas estarem feitas, e poderia deslocar-se ou ser projetada durante a maquinagem.

3. Uma fresa de Ø10 mm com 3 arestas roda a 20 000 rpm, com um avanço por dente de 0,10 mm. Calcula a velocidade de corte e a velocidade de avanço.

Resolução: Vc = π × D × n ÷ 1000 = 3,1416 × 10 × 20 000 ÷ 1000 = 628 m/min. Vf = n × z × fz = 20 000 × 3 × 0,10 = 6000 mm/min.

4. No programa de um contorno aparece o bloco G00 Z-18. Que problema tem?

Resolução: G00 é posicionamento rápido, sem controlo de avanço de corte. Descer em rápido até Z-18 (dentro do painel, com Z0 na face de cima) significa enterrar a ferramenta no material à velocidade máxima: parte a ferramenta ou danifica a peça. O correto é descer em rápido só até uma cota acima da peça (por exemplo Z5) e mergulhar com G01 e um avanço de penetração, ou entrar em rampa.

5. A simulação assinala uma colisão entre o porta-ferramentas e um grampo de fixação. Que soluções são possíveis?

Resolução: reposicionar o grampo para uma zona fora do percurso, garantindo que a peça continua presa; dividir a operação em duas fixações; ou usar uma ferramenta com maior comprimento útil, se a rigidez o permitir. Depois de qualquer alteração, volta a simular-se o programa completo.

6. Um colega quer abrir uma bolsa de 20 mm de profundidade de uma só vez, sem pré-desbaste, e com a fresa a mergulhar na vertical. Que lhe respondes?

Resolução: que deve entrar em hélice ou em rampa, dividir a profundidade em várias passagens e separar o pré-desbaste (remoção rápida, com sobre-espessura) do acabamento (passagem final nas paredes e no fundo). Uma única passagem funda sobrecarrega a ferramenta, pode fleti-la ou parti-la e piora o acabamento.

7. Porque é que o nesting deve respeitar a direção do veio, e não só a área a poupar?

Resolução: porque a direção do veio da madeira, do folheado ou do padrão da melamina é visível no móvel acabado. Um nesting que rode peças livremente pode aproveitar melhor o painel, mas produz portas e laterais com o veio em direções diferentes. Nas peças visíveis bloqueia-se a rotação, aceitando, se for preciso, um aproveitamento um pouco menor.

8. Com uma fresa em V de 90°, a que profundidade se grava um traço de 4 mm de largura?

Resolução: largura = 2 × profundidade × tan(45°) = 2 × profundidade. Logo profundidade = 4 ÷ 2 = 2 mm.

9. Uma fila de furos do sistema 32 começa a 96 mm da base de uma lateral com 800 mm de altura, deixando 96 mm livres em cima. Quantos furos tem e onde fica o último?

Resolução: (800 - 2 × 96) ÷ 32 = 608 ÷ 32 = 19 intervalos exatos. Número de furos = 19 + 1 = 20. Último furo: 96 + 19 × 32 = 96 + 608 = 704 mm, que coincide com 800 - 96 = 704 mm.

10. Um técnico confirma o zero peça, mas todos os furos de uma lateral saem deslocados 3 mm em X. Qual é a causa mais provável?

Resolução: um deslocamento igual em todos os furos indica um erro de origem e não de desenho: a peça foi encostada fora dos batentes, o G54 guardado não corresponde à posição real ou a peça tem 3 mm a mais do que o bruto definido no CAM. Verifica-se a posição da peça, o valor da origem e a medida real do bruto antes de corrigir o programa.