Sebenta · Efetuar desenho de fabrico para maquinação por CNC (UC02911)

Introdução

Esta sebenta ensina a produzir o desenho de fabrico de um componente que vai ser maquinado por comando numérico (CNC): o documento que traduz uma geometria em instruções inequívocas de vistas, cotas, tolerâncias, acabamento e informação auxiliar para quem vai maquinar a peça.

O desenho de fabrico não é um exercício de desenho isolado: é o elo entre o projeto e a máquina. A modelação 3D do componente e a programação CAM (tratadas noutra UC) partem exatamente das cotas, tolerâncias e símbolos que aqui se definem. Um desenho de fabrico incompleto ou ambíguo obriga a decisões "adivinhadas" mais à frente na cadeia, e cada decisão adivinhada é uma fonte de erro que só se descobre quando a peça já está a ser maquinada.

O percurso desta sebenta segue a lógica de quem prepara o desenho de fabrico: primeiro conceber graficamente o componente (croquis, normas, projeções, vistas, cortes e secções); depois cotar essa geometria (cotagem nominal e de fabrico, absoluta e incremental, toleranciamento); por fim aplicar as informações auxiliares do processo de fabrico CNC (acabamento superficial, simbologia, legendas, tipologias de máquina, ferramentas, dispositivos de aperto, operações de fresagem e torneamento, parâmetros de corte, estrutura de um programa CNC, setup e segurança).

Objetivos de aprendizagem (referencial): elaborar a conceção gráfica dos componentes a obter; realizar a cotagem; aplicar as informações auxiliares relativas ao processo da maquinação por CNC; relacionar os processos por fabrico CNC em função dos componentes a maquinar; adequar as vistas, cortes, secções e cotagem em função da geometria e do processo; e garantir no desenho de fabrico as informações auxiliares necessárias para a execução das peças.

Ao longo desta sebenta usamos um componente de referência: uma flange de fixação em aço C45, cilíndrica, bruto ⌀60 mm por 25 mm de espessura, com um furo central ⌀20 mm passante (ajuste H7), um rasgo de chaveta de 6 mm de largura por 3 mm de profundidade nesse furo, e quatro furos de fixação ⌀8 mm num círculo de furação ⌀45 mm. Os mesmos números voltam em vários capítulos, para que as contas se verifiquem sempre entre si.

1. Do desenho técnico ao desenho de fabrico

1.1 O que é o desenho de fabrico

O desenho de fabrico é o documento técnico que descreve, sem ambiguidade, tudo o que é preciso para maquinar um componente: a sua geometria (vistas, cortes, secções), as suas dimensões (cotagem), as suas tolerâncias (dimensionais e geométricas), o seu acabamento superficial, e informação auxiliar (simbologia, legendas, balões, lista de peças).

É diferente de um desenho de apresentação (para um cliente ou catálogo, mais focado no aspeto) e de um desenho de conjunto (que mostra como as peças se montam, sem o detalhe de fabrico de cada uma). O desenho de fabrico é o documento que chega efetivamente à oficina, junto da ficha de fabrico (material, processo, quantidades).

1.2 Relacionar o processo de fabrico CNC com o componente a obter

Antes de desenhar uma única linha, é preciso decidir que processo vai maquinar a peça, porque essa decisão condiciona logo o tipo de vistas e a lógica de cotagem a usar. Esta associação é o primeiro critério de desempenho desta UC.

A flange de referência é um caso misto: o corpo é torneado (é uma peça de revolução) e os furos de fixação e o rasgo de chaveta são fresados/furados numa segunda operação.

2. Croquis: o desenho à mão livre

2.1 O que é um croqui técnico

Um croqui é um desenho técnico executado à mão livre, sem régua nem esquadro, mas que respeita a mesma linguagem de um desenho formal: proporções corretas, vistas alinhadas, cotas reais e simbologia normalizada. Não é um "rascunho descuidado": é desenho rápido, mas tecnicamente rigoroso.

Serve, sobretudo, para:

• Registar uma ideia ou uma alteração no local, sem acesso imediato a um computador.
• Fazer o desenho de levantamento de uma peça já existente, medindo-a com um instrumento portátil (paquímetro, régua) e desenhando-a a partir daí.
• Comunicar rapidamente uma proposta antes de investir tempo no desenho técnico definitivo em CAD.

2.2 Exemplo resolvido, passo a passo, croqui de uma bucha cilíndrica

1. Escolher a vista principal: para uma peça de revolução, é o perfil que passa pelo eixo, com corte.
2. Traçar primeiro o eixo de simetria, com traço-ponto, garantindo que fica realmente reto e horizontal (ou vertical) no papel.
3. Esboçar o contorno por proporção visual: comparar comprimentos entre si (por exemplo, "este troço tem metade do comprimento do anterior"), sem medir à régua.
4. Marcar as linhas de cota e escrever os valores medidos com um instrumento real, nunca "a olho".
5. Anotar a simbologia de acabamento e o estado das arestas, exatamente como num desenho técnico formal (capítulos 6 e 8).

Um croqui sem cotas, mesmo bem proporcionado, não serve de desenho de fabrico: falta-lhe a informação que a máquina precisa.

3. Normas e projeções ortogonais

3.1 As normas de desenho técnico

As normas garantem que um desenho é lido da mesma forma por qualquer técnico, em qualquer oficina, em qualquer país que adote o mesmo sistema:

Em Portugal, o organismo nacional é o IPQ (Instituto Português da Qualidade), que adota as normas ISO e as publica como Normas Portuguesas (NP EN ISO). Regra da casa: uma vez escolhida uma norma para um símbolo ou uma convenção, aplica-se sempre da mesma forma, do primeiro ao último desenho de um mesmo dossiê.

3.2 Projeção ortogonal e o método do 1.º diedro

A projeção ortogonal representa um objeto tridimensional através de várias vistas planas, cada uma obtida observando o objeto perpendicularmente a uma das suas faces.

A Europa (e Portugal) usa o método do 1.º diedro: imagina-se o objeto colocado entre o observador e o plano de projeção. Como consequência prática, a vista lateral direita desenha-se à esquerda da vista de frente (e vice-versa), e a vista de cima desenha-se por baixo da vista de frente.

        [Vista de frente]
[Vista lateral dir.]  (à esquerda, no 1.º diedro)
        [Vista de cima]  (por baixo)

O método oposto, do 3.º diedro, é a convenção americana (ANSI), onde a vista lateral direita fica à direita. As duas convenções não se misturam nunca no mesmo desenho; a folha identifica qual delas está a usar através do símbolo do método de projeção (um cone truncado, orientado de forma diferente em cada convenção), normalmente junto à legenda.

As três vistas principais chamam-se vista de frente (ou alçado principal, a que mostra mais informação), vista de cima (planta) e vista lateral (perfil). Ficam sempre alinhadas, partilhando cotas por projeção: uma cota de largura, por exemplo, não precisa de ser repetida na vista de cima se já está definida na vista de frente e as duas estão alinhadas.

4. Vistas, cortes e secções

4.1 Escolher e adequar as vistas

Aplicar vistas, cortes e secções, adequando-os em função da geometria e do processo de fabrico, é o segundo critério de desempenho desta UC. A regra fundamental é: desenhar o mínimo de vistas que descrevam a peça sem ambiguidade, nem mais nem menos.

• Peças de revolução (torneamento): normalmente uma vista com corte ao longo do eixo é suficiente, porque a rotação em torno do eixo torna as outras vistas redundantes. Só se acrescenta uma vista auxiliar quando há elementos fora do eixo (por exemplo, um furo radial ou um rasgo de chaveta que precisa de uma secção própria).
• Peças prismáticas (fresagem): normalmente três vistas (frente, cima, lateral), com cortes locais nas zonas de cavidades internas.

Escolher mal as vistas obriga, mais à frente, a cotas escondidas atrás de linhas a tracejado ou a cotas repetidas em vistas diferentes, o que viola a regra de cotar cada medida uma única vez (capítulo 5).

4.2 Cortes: revelar a geometria interna

Um corte é uma secção imaginária que "abre" a peça, tornando visível geometria interna que, de outra forma, apareceria representada a tracejado (linha de contorno oculto).

• Corte total: o plano de corte atravessa a peça de um lado ao outro. É o corte mais usado em peças de revolução, como a flange de referência, cortada ao longo do eixo.
• Corte parcial (local): revela só uma zona limitada, delimitada por uma linha fina em ziguezague, quando não vale a pena "abrir" a peça inteira.
• Meio corte: em peças simétricas, combina metade da vista em corte com a outra metade em vista exterior, mostrando simultaneamente o exterior e o interior.

As superfícies efetivamente cortadas representam-se com hachuras, linhas finas a 45°, mais espaçadas quanto maior a peça representada. Por convenção, elementos como nervuras, parafusos e chavetas, mesmo estando no plano de corte, não se hachuram: mostram-se inteiros, porque cortá-los na representação não ajudaria a leitura.

Exemplo resolvido, corte A-A da flange

A flange de referência (⌀60 mm, furo central ⌀20 mm passante) representa-se com um corte total A-A, com o plano de corte a passar pelo eixo. Este único corte revela: o furo central e o respetivo diâmetro, o rasgo de chaveta (em corte longitudinal), e os chanfros nas arestas exteriores. Sem o corte, o furo central apareceria só a tracejado, sem se conseguir cotar com clareza a sua profundidade (neste caso, passante) nem o seu ajuste.

4.3 Secções: mostrar só o perfil cortado

A secção é diferente do corte: mostra apenas o perfil exatamente no plano de corte, sem desenhar o resto da peça que ficaria "atrás" desse plano. Usa-se sobretudo para mostrar a forma de rasgos, nervuras ou perfis variáveis ao longo de um eixo.

• Secção rebatida: desenha-se sobre a própria vista, junto ao local onde o corte foi feito, rodada 90° sobre o próprio eixo.
• Secção destacada: desenha-se à parte da vista principal, identificada por letras (B-B, C-C), quando não há espaço ou clareza suficiente para a rebater.

Exemplo resolvido, secção B-B do rasgo de chaveta

Na flange de referência, o rasgo de chaveta (6 mm de largura, 3 mm de profundidade, no furo central) representa-se através de uma secção B-B, perpendicular ao eixo, exatamente no ponto onde o rasgo existe. Esta secção mostra claramente a largura e a profundidade do rasgo, informação que um corte total ao longo do eixo (A-A) não conseguiria transmitir com a mesma clareza, porque o corte longitudinal "olha" ao longo do rasgo, não através dele.

5. Cotagem nominal e cotagem de fabrico

5.1 Duas lógicas de cotagem

Realizar a cotagem é a segunda realização desta UC. Há duas lógicas de cotagem, e confundi-las é um erro grave:

As duas descrevem, muitas vezes, a mesma peça, mas organizam a informação de forma diferente: a cotagem nominal preocupa-se com o que a peça tem de fazer; a cotagem de fabrico preocupa-se com a partir de que ponto e de que face a máquina vai medir cada movimento.

Duas regras de ouro, sem exceção: cota-se sempre a medida real da peça, nunca a medida do papel ou do ecrã (não se "mede a régua sobre o desenho" à escala); e cada medida cota-se uma única vez. Repetir uma cota, mesmo que com o mesmo valor, a partir de referências diferentes, é a maior fonte de erro de fabrico: se uma das referências mudar de posição por qualquer motivo, ninguém sabe qual das duas cotas seguir.

5.2 Zero peça, zero máquina e a cotagem absoluta

As cotas de fabrico referem-se sempre a um ponto de origem chamado zero peça: o ponto (X0, Y0, Z0) definido no próprio desenho de fabrico, a partir do qual a máquina CNC vai medir todos os seus movimentos durante a execução do programa. Este ponto não é o mesmo que o zero máquina, um ponto fixo definido pelo fabricante do equipamento, que nunca muda de peça para peça.

• Cotagem absoluta: todas as cotas partem sempre do mesmo zero peça. Uma vantagem decisiva: os erros de leitura ou de medição de uma cota não se propagam às outras, porque cada uma é independente.
• Cotagem incremental (em cadeia): cada cota mede-se a partir do ponto (ou cota) anterior, não do zero peça. É mais rápida de ler em sequências repetitivas, mas tem uma desvantagem séria: os pequenos erros de cada cota acumulam-se ao longo da cadeia, e o último elemento pode ficar bastante fora da posição pretendida.

Na prática, combinam-se as duas: cotagem absoluta para as referências principais da peça (as que definem a sua posição geral), e cotagem incremental apenas para detalhes locais e repetitivos, onde a acumulação de erro é aceitável ou irrelevante.

O zero peça definido no desenho corresponde, sem ambiguidade, ao ponto que o programador CNC vai registar como origem de trabalho no controlador da máquina (capítulo 14).

5.3 Exemplo resolvido, passo a passo, cotagem de fabrico da flange

Peça de referência: flange em aço C45, ⌀60 mm, espessura 25 mm, furo central ⌀20 mm, quatro furos ⌀8 mm num círculo de furação ⌀45 mm, rasgo de chaveta de 6 × 3 mm.

1. Definir o zero peça: X0/Y0 no eixo de simetria do furo central (a peça é de revolução, o eixo é a referência natural); Z0 na face que encosta ao mandril na fixação (a face de referência de maquinação).
2. Cotar em absoluto as cotas principais a partir desse zero peça: espessura total 25 mm medida a partir de Z0; furo central ⌀20 mm centrado em X0/Y0.
3. Cotar os 4 furos ⌀8 mm em coordenadas absolutas, a partir do centro: cada um a 22,5 mm de raio (metade do círculo de furação de ⌀45 mm), a 0°, 90°, 180° e 270°.
4. Cotar o rasgo de chaveta em incremental local: a largura (6 mm) e a profundidade (3 mm) medem-se a partir da superfície do furo, uma cota local que não depende de recalcular a posição do zero peça global.
5. Confirmar que cada cota aparece uma única vez no desenho, sempre associada à superfície de referência que a própria máquina vai usar para a medir.

6. Estado das arestas e acabamento superficial

6.1 Estado das arestas

Uma aresta sem indicação explícita não é uma aresta "sem importância": tem sempre um estado, e esse estado tem de ficar definido no desenho, senão fica à interpretação (arriscada) de quem maquina.

• Aresta viva: canto vivo, sem qualquer quebra. Usa-se apenas onde a função da peça exige mesmo esse rigor, e indica-se explicitamente quando é o caso.
• Aresta quebrada (chanfrada): um pequeno chanfro (por exemplo, 0,3 × 45°) que remove o fio de aresta, evita cortes ao manusear a peça e facilita operações de montagem seguintes.
• Aresta arredondada: um pequeno raio de concordância, usado onde há concentração de tensões mecânicas ou contacto de rolamento, para reduzir o risco de fratura por fadiga.

Uma nota geral típica de um desenho de fabrico, colocada junto à legenda, poupa dezenas de anotações individuais: "Quebrar todas as arestas não cotadas, 0,3 × 45°". Só as arestas que precisam de um tratamento diferente do padrão precisam de anotação própria.

6.2 Acabamento superficial

O acabamento superficial descreve a textura microscópica de uma face maquinada, medida principalmente pela rugosidade média (Ra), expressa em micrómetros (µm). Quanto mais baixo o valor de Ra, mais lisa a superfície, e mais tempo (e custo) de maquinação exige.

• A indicação gráfica no desenho segue a ISO 1302: um símbolo em forma de "verificação" (✓), junto ao qual se escreve o valor de rugosidade admissível.
• Os valores numéricos de Ra e Rz são atualmente definidos pela ISO 21920 (Geometrical product specifications, Surface texture: Profile), norma que substituiu a antiga ISO 4287 na definição dos parâmetros de rugosidade.
• Regra da casa nesta UC: Ra 1,6 µm nas faces funcionais (superfícies de contacto, de ajuste ou de vedação) e Ra 6,3 µm nas faces em bruto ou sem exigência de precisão.

A regra é sempre a mesma: quanto mais crítica for a função da superfície (um ajuste, uma vedação, um contacto de rolamento), mais baixo o Ra exigido; nunca se exige um Ra mais baixo do que a função precisa, porque isso encarece o fabrico sem benefício real.

7. Toleranciamento geral e geométrico

7.1 Toleranciamento dimensional: o sistema ISO 286

Nenhuma cota se fabrica de forma perfeitamente exata: toda a medida real tem uma tolerância, o intervalo de variação aceitável em torno do valor nominal. O sistema ISO 286 ("ISO system of limits and fits") organiza esse intervalo através de um grau de tolerância (IT, de "International Tolerance") e de uma posição, indicada por uma letra: maiúscula para furos, minúscula para veios.

Exemplo resolvido, passo a passo, o ajuste ⌀20 H7/g6

O furo central da flange (⌀20 mm) vai receber um veio, com um ajuste H7/g6, um ajuste deslizante muito comum em engenharia mecânica.

1. Consultando a tabela ISO 286 para a gama de tamanhos 18-30 mm (onde o ⌀20 mm se enquadra): IT7 = 21 µm e IT6 = 13 µm.
2. Furo H7: o desvio inferior (EI) de um furo H é sempre 0; o desvio superior (ES) é EI + IT7 = 0 + 21 = +21 µm. O furo fica, portanto, entre ⌀20,000 e ⌀20,021 mm.
3. Veio g6: o desvio superior (ES) de um veio g, na gama 18-30 mm, é −7 µm; o desvio inferior (EI) é ES − IT6 = −7 − 13 = −20 µm. O veio fica entre ⌀19,980 e ⌀19,993 mm.
4. Folga mínima = EI do furo − ES do veio = 0 − (−7) = 7 µm (0,007 mm).
5. Folga máxima = ES do furo − EI do veio = 21 − (−20) = 41 µm (0,041 mm).
6. Verificação da conta: a diferença entre a folga máxima e a mínima (41 − 7 = 34 µm) tem de ser igual à soma das duas tolerâncias (IT7 + IT6 = 21 + 13 = 34 µm). Bate certo: a conta está correta.

7.2 Toleranciamento geométrico: a norma ISO 1101

A tolerância dimensional (ISO 286) controla apenas o tamanho de uma cota. Onde é preciso controlar também a forma, a orientação ou a localização de uma superfície, entra o toleranciamento geométrico (GD&T), normalizado pela ISO 1101.

Cada tolerância geométrica vive dentro de uma caixa de controlo (feature control frame): o símbolo, o valor da tolerância e, quando aplicável, a letra do datum de referência, ligada à superfície por uma linha curta e a uma letra maiúscula dentro de um quadrado.

Lê-se, por exemplo, a caixa ⊥ | 0,05 | A da seguinte forma: "esta superfície tem de ser perpendicular ao datum A, com um desvio máximo de 0,05 mm entre a superfície real e o plano perpendicular ideal". A ISO 286 e a ISO 1101 são complementares, não substitutas: uma peça pode ter o diâmetro do furo perfeitamente dentro da tolerância H7 e, ainda assim, esse furo estar fora de posição em relação ao resto da peça, se a tolerância de posição (ISO 1101) não estiver especificada e controlada.

8. Simbologia, anotações, legendas e lista de peças

8.1 Simbologia e anotações do processo por fabrico CNC

Aplicar a simbologia e as anotações referentes ao processo por fabrico CNC é uma aptidão avaliada nesta UC. Cada símbolo tem um significado único, normalizado, e não se inventa nem se adapta "por conveniência":

• Acabamento superficial: símbolo ISO 1302, já apresentado no capítulo 6.
• Toleranciamento geométrico: caixas de controlo ISO 1101, apresentadas no capítulo 7.
• Identificação de datums: uma letra maiúscula dentro de um quadrado, ligada à superfície de referência por uma linha curta terminada num triângulo cheio.
• Símbolo de soldadura, quando aplicável a um conjunto: bandeira com símbolo do tipo de junta e linha de referência com seta.

A regra da casa aplica-se também aqui: um símbolo, um significado, sempre igual em todo o desenho e em todo o dossiê da mesma peça. Introduzir uma variante gráfica "só desta vez" torna o desenho ambíguo, mesmo que a intenção estivesse clara para quem o desenhou.

8.2 Legendas

A legenda (também chamada cartucho) fica normalmente no canto inferior direito da folha, e reúne a informação administrativa e de identificação do desenho:

• Designação da peça (nome).
• Material.
• Escala (ISO 5455).
• Norma de projeção usada (1.º ou 3.º diedro), muitas vezes indicada pelo símbolo do cone truncado.
• Data, autor (ou departamento responsável) e número do desenho.

8.3 Balões de identificação e lista de peças

Num desenho de conjunto (que mostra várias peças montadas), cada componente recebe um balão de identificação: um número dentro de um círculo, ligado ao componente por uma linha curta terminada num ponto. Cada número do balão corresponde exatamente a uma linha da lista de peças (também chamada BOM, bill of materials), que enumera: número do item, designação, quantidade, material e, quando aplicável, a norma ou referência de catálogo.

Exemplo resolvido, legendar a flange

Legenda da flange de referência: designação "Flange de fixação"; material "Aço C45"; escala "1:1"; norma de projeção "1.º diedro"; número de desenho "UC02911-01". Numa vista de conjunto onde a flange se monta com um veio e quatro parafusos, o balão "1" aponta para a flange e remete diretamente para a linha 1 da lista de peças, onde consta a mesma designação e o mesmo material.

9. Processo de fabrico com máquinas CNC: etapas

O desenho de fabrico é apenas a primeira etapa de uma cadeia mais longa, que termina com a peça acabada:

Desenho de fabrico (esta UC)
      →  Modelação 3D e programação CAM (tratadas noutra UC)
      →  Preparação da máquina (setup, capítulo 15)
      →  Simulação gráfica e verificação de colisões
      →  Execução (maquinação propriamente dita)
      →  Controlo dimensional
      →  Acabamentos finais (desrebarbar, lavar)

A modelação 3D e a programação CAM partem exatamente das cotas, tolerâncias, símbolos e informações auxiliares definidas no desenho de fabrico. Quando o desenho é incompleto ou ambíguo nalgum ponto, o programador CAM é obrigado a "adivinhar" essa decisão, e uma decisão adivinhada é sempre uma fonte potencial de erro, tanto mais grave quanto mais tarde na cadeia é descoberta.

10. Máquinas de comando numérico: tipologias e funcionamento

10.1 Tipologias

• Torno CNC: a peça roda em torno de um eixo (movimento principal); a ferramenta desloca-se longitudinalmente (Z) e radialmente (X). Ideal para peças de revolução. Alguns tornos têm um eixo C adicional, que permite operações fora do eixo principal (por exemplo, furar radialmente).
• Fresadora CNC: a ferramenta roda (movimento principal) e desloca-se em X, Y e Z; os centros de maquinação acrescentam um armazém de ferramentas (ATC, automatic tool changer) e, nos modelos mais avançados, um 4.º ou 5.º eixo rotativo.
• Torno-fresadora (mill-turn): combina os dois tipos de movimento num único posto de trabalho, permitindo maquinar peças complexas sem ter de as remontar noutra máquina, o que evita a perda de referência do zero peça entre operações.

A escolha da tipologia de máquina não é arbitrária: decorre diretamente da geometria do componente e do processo já identificado no capítulo 1 (peça de revolução → torno; peça prismática → fresadora).

10.2 Funcionamento

O controlador CNC (as marcas mais comuns em contexto industrial são Fanuc, Siemens e Heidenhain) interpreta o programa escrito em código G e comanda os servomotores de cada eixo da máquina. Encoders (ou réguas óticas) medem, em tempo real, a posição efetiva de cada eixo e corrigem qualquer desvio face ao que o programa pede.

O zero máquina é um ponto fixo, definido pelo fabricante do equipamento, e nunca muda. O zero peça de cada trabalho concreto grava-se num registo de origem de trabalho do controlador (identificado por G54 a G59) e é sempre diferente para cada peça ou cada montagem no dispositivo de aperto. Sem esta separação clara entre os dois zeros, seria preciso reprogramar a máquina de raiz sempre que se mudasse de peça ou de posição de aperto.

O fuso (spindle) faz rodar a ferramenta (numa fresadora) ou a peça (num torno), à rotação (n) calculada a partir da velocidade de corte (capítulo 14).

11. Ferramentas de corte standard

• Brocas (helicoidais, entre outras geometrias): usadas para furação, sempre antes de qualquer operação de rosca ou de escareado no mesmo furo.
• Fresas: de topo plano (para faces e bolsas de fundo plano), esférica (ball-nose, para superfícies curvas), toroidal (um compromisso robusto entre as duas anteriores, útil em desbaste 3D).
• Ferramentas de torneamento: pastilhas intercambiáveis montadas num porta-ferramentas, com geometrias diferentes consoante a função: desbaste (remover volume depressa), acabamento (cota e rugosidade final), roscar e sangrar (cortar ou ranhurar).
• Materiais de corte: aço rápido (HSS), mais económico mas admite velocidades de corte mais baixas; metal duro (carboneto de tungsténio), mais caro mas admite velocidades muito mais altas, muitas vezes com revestimento (TiN, TiAlN) que aumenta a resistência ao desgaste e à temperatura.

A escolha da ferramenta certa depende do material da peça, da operação a realizar e do acabamento exigido, nunca apenas da disponibilidade imediata no armazém de ferramentas.

12. Dispositivos de aperto standard

A peça tem de ficar rigidamente fixa durante toda a maquinação: qualquer movimento relativo entre peça e ferramenta, mesmo mínimo, produz uma peça fora de tolerância, e é também um risco de segurança sério.

Na flange de referência: a operação de torneamento (facejar, cilindrar o exterior, mandrilar o furo central) faz-se numa placa de 3 grampos; a operação de fresagem (furos de fixação e rasgo de chaveta) faz-se depois, com a peça fixa num mordente com calços apropriados à forma cilíndrica.

13. Operações de fresagem e torneamento

13.1 Operações de torneamento

• Facejamento: nivela a face frontal da peça, perpendicularmente ao eixo de rotação.
• Cilindrar (exterior): reduz o diâmetro exterior ao longo do eixo, até à cota pretendida.
• Mandrilar (interior): aumenta ou acaba um furo já existente (feito previamente, normalmente com broca).
• Roscar: gera uma rosca interna ou externa com uma ferramenta própria.
• Sangrar: corta ou ranhura a peça radialmente, usado tanto para acabamentos de forma como para separar a peça do resto do bruto.
• Furar: com broca montada no carro, ao longo do eixo de rotação.

Na flange de referência, a sequência de torneamento é: facejar as duas faces (obtendo a espessura de 25 mm), cilindrar o exterior a ⌀60 mm, e mandrilar o furo central até ao ajuste H7 (⌀20,000 a ⌀20,021 mm). A ordem importa: facejar primeiro dá uma face de referência plana e à cota certa antes de qualquer operação ao longo do eixo.

13.2 Operações de fresagem

• Facejamento: nivela uma face plana com passagens sucessivas da fresa.
• Contorno: define o perímetro exterior de uma peça prismática.
• Fresagem de bolsa/rasgo: abre cavidades internas, como o rasgo de chaveta da flange.
• Furação e roscagem com fresa: furos e roscas internas geradas por interpolação, não só por broca fixa.

13.3 A regra do raio interno, sem exceção

Uma fresa de topo é uma ferramenta redonda: nunca consegue produzir, num canto interno, um raio mais pequeno do que o seu próprio raio. Esta é a mesma regra física já usada na modelação 3D para maquinação, e aplica-se de forma idêntica ao desenhar geometria de fabrico:

Rcanto (no desenho) ≥ Rferramenta = D / 2

Ou, de forma equivalente, resolvendo em ordem ao diâmetro máximo admissível: D ≤ 2 × Rcanto.

Exemplo resolvido, aplicar a regra

O rasgo de chaveta da flange tem, nos seus dois extremos, um raio de fundo compatível com uma fresa de D = 6 mm (a mesma largura do rasgo): Rferramenta = 6 / 2 = 3 mm. Um eventual rebaixo adjacente com raio de canto de projeto Rcanto = 4 mm verifica-se: 3 mm ≤ 4 mm, cabe, com 1 mm de folga.

Contra-exemplo, quando a ferramenta não cabe

Se uma revisão do desenho reduzisse esse mesmo canto para Rcanto = 2 mm, mantendo a fresa de D = 6 mm (Rferramenta = 3 mm): 3 mm > 2 mm, não cabe. A solução nunca é ignorar a regra ou "desenhar como se coubesse": escolhe-se uma fresa mais pequena, D = 4 mm (Rferramenta = 2 mm), que verifica exatamente 2 mm ≤ 2 mm, cabe sem folga. Esta verificação faz-se sempre antes de o desenho seguir para a modelação 3D e a programação CAM, nunca depois.

14. Fundamentos da programação CNC

14.1 Velocidade de corte e rotação do fuso

A velocidade de corte (Vc), em metros por minuto, é um valor tabelado pelo fabricante da ferramenta para cada combinação material/ferramenta. A partir dela calcula-se a rotação do fuso (n), em rotações por minuto:

n = (1000 × Vc) / (π × D)

Exemplo resolvido, passo a passo, torneamento da flange

Cilindrar o diâmetro exterior de ⌀60 mm da flange, em aço C45, com Vc = 180 m/min. Em torneamento, D é o diâmetro da peça, porque é a peça que roda:

1. Numerador: 1000 × 180 = 180 000.
2. Denominador: π × 60 ≈ 3,1416 × 60 ≈ 188,50.
3. Rotação: n = 180 000 / 188,50 ≈ 955 rpm.
4. Com um avanço de f = 0,15 mm por rotação: Vf = n × f = 955 × 0,15 ≈ 143 mm/min.
5. Tempo para facejar/cilindrar um comprimento de L = 25 mm: t = L / Vf = 25 / 143 ≈ 0,175 min ≈ 10,5 segundos.

14.2 Fresagem: avanço por dente e avanço total

Em fresagem, D é o diâmetro da ferramenta, porque é a ferramenta que roda. O avanço combina a rotação (n) com o avanço por dente (fz), também tabelado, e o número de dentes (z) da fresa:

Vf = n × fz × z

Exemplo resolvido, passo a passo, o rasgo de chaveta

Fresa de topo D = 6 mm, z = 2 dentes, a maquinar aço com Vc = 90 m/min e fz = 0,05 mm/dente:

1. Numerador: 1000 × 90 = 90 000.
2. Denominador: π × 6 ≈ 3,1416 × 6 ≈ 18,85.
3. Rotação: n = 90 000 / 18,85 ≈ 4775 rpm.
4. Avanço: Vf = n × fz × z = 4775 × 0,05 × 2 ≈ 478 mm/min.

O erro mais comum nesta conta é aplicar a fórmula de torneamento (Vf = n × f, sem multiplicar pelo número de dentes) a uma operação de fresagem: em fresagem, cada dente corta uma pequena porção a cada rotação, e são precisos todos os dentes, não só um, para determinar o avanço total.

14.3 Estrutura de um programa CNC

Um programa CNC organiza-se sempre em blocos (linhas), cada um composto por palavras (uma letra seguida de um valor):

A estrutura completa de um programa segue sempre a mesma ordem lógica: cabeçalho (identificação do programa), preparação (origem de trabalho G54, unidades, plano de maquinação, rotação e sentido do fuso), corpo (a sequência de blocos de maquinação propriamente dita) e fecho (parar o fuso, desligar refrigerante, fim de programa). Descrever esta estrutura e interpretar um programa a partir dela são duas aptidões avaliadas nesta UC: interpretar significa conseguir ler os blocos, um a um, e perceber exatamente o que a máquina vai fazer fisicamente antes de deixar o programa correr.

14.4 G90 e G91: absoluto e incremental, como na cotagem

O programa CNC espelha, quase palavra por palavra, a lógica de cotagem já apresentada no capítulo 5:

• G90 (modo absoluto): cada coordenada refere-se sempre ao zero peça registado em G54. Corresponde diretamente à cotagem absoluta.
• G91 (modo incremental): cada coordenada é um deslocamento a partir da posição imediatamente anterior. Corresponde diretamente à cotagem em cadeia.

Exemplo resolvido, passo a passo, furar os 4 furos da flange

Círculo de furação ⌀45 mm (raio 22,5 mm), com furos a 0°, 90°, 180° e 270°.

1. As posições absolutas (G90), calculadas a partir do centro, são: (22,5; 0), (0; 22,5), (−22,5; 0), (0; −22,5).
2. Entre furos consecutivos, o deslocamento incremental (G91) é sempre de ±22,5 mm em X e em Y: do 1.º para o 2.º furo, ΔX = −22,5, ΔY = +22,5; do 2.º para o 3.º, ΔX = −22,5, ΔY = −22,5; do 3.º para o 4.º, ΔX = +22,5, ΔY = −22,5.
3. Programa exemplo:

N10 G54 G90 G00 X22.5 Y0     (1.º furo, sempre absoluto)
N20 G91 G00 X-22.5 Y22.5     (2.º furo, incremento)
N30 G91 G00 X-22.5 Y-22.5    (3.º furo, incremento)
N40 G91 G00 X22.5 Y-22.5     (4.º furo, incremento)

1. Verificação: somando os três incrementos ((−22,5; 22,5) + (−22,5; −22,5) + (22,5; −22,5) = (−22,5; −22,5)), mais a posição inicial (22,5; 0), chega-se a (0; −22,5), que é exatamente a posição absoluta do 4.º furo. A conta bate certo.

O primeiro ponto é sempre programado em absoluto: sem essa referência inicial, o controlador não tem como saber onde a peça está posicionada em relação ao zero peça.

15. Setup de uma máquina CNC

Sequenciar a preparação e o setup de uma máquina CNC é uma aptidão avaliada nesta UC, e a ordem das etapas importa tanto como cada etapa isolada:

1. Ler o desenho de fabrico e a ficha de fabrico (material, cotas, tolerâncias, acabamento).
2. Selecionar e montar as ferramentas necessárias, medindo o comprimento e o diâmetro de cada uma (pré-ajuste).
3. Fixar a peça no dispositivo de aperto escolhido (capítulo 12) e confirmar rigidez e, quando aplicável, concentricidade.
4. Definir o zero peça (com um apalpador ou um relógio comparador) e registá-lo no controlador, no registo de origem G54.
5. Carregar o programa CNC e interpretá-lo por completo antes de o deixar correr.
6. Simular graficamente o programa e verificar colisões entre a peça, a ferramenta, o porta-ferramentas e o dispositivo de aperto.
7. Executar a primeira peça em modo vazio (sem material) ou bloco a bloco, com vigilância constante junto ao botão de emergência.
8. Produzir em série, com controlo dimensional periódico para confirmar que as peças se mantêm dentro de tolerância.

Cada etapa depende diretamente do resultado da anterior: definir o zero peça antes de a peça estar corretamente fixa é um erro típico, porque se a peça se mover ligeiramente no dispositivo de aperto depois de o zero estar registado, todo o programa passa a maquinar na posição errada.

16. Normas de segurança e saúde no trabalho

Aplicar as normas de segurança é uma aptidão tão avaliada como qualquer regra de desenho, de cotagem ou de cálculo de parâmetros de corte:

• Simular e verificar colisões antes de maquinar: nunca correr um programa novo sem uma simulação gráfica prévia completa.
• Zona de trabalho fechada: a porta ou o resguardo da máquina tem de estar fechado antes de iniciar o ciclo; nunca maquinar com o resguardo aberto.
• Nunca usar luvas nem roupa larga junto de ferramentas em rotação: podem ser agarradas pelo fuso, arrastando a mão do operador.
• Equipamento de proteção individual (EPI): óculos de proteção e proteção auditiva sempre que a máquina está em funcionamento.
• Limpeza e remoção de apara: feita com escova ou aspirador, sempre com a máquina parada; nunca com as mãos nem com ar comprimido apontado ao corpo. A apara de aço pode sair quente e é sempre cortante.
• Manutenção: lubrificação, verificação de folgas e substituição de ferramentas gastas, sempre com a máquina desligada e por pessoal qualificado.
• Vigilância da primeira execução: mesmo depois de uma simulação sem avisos, acompanha-se sempre a primeira peça real, junto ao botão de emergência, porque a simulação depende de o modelo do dispositivo de aperto e das ferramentas estar completo e correto.

Erros comuns

• Repetir uma cota a partir de duas referências diferentes; se uma das referências mudar, ninguém sabe qual delas seguir.
• Confundir zero peça com zero máquina, sobretudo ao trocar de peça ou de dispositivo de aperto.
• Cotar tudo em cadeia (incremental) numa peça de precisão, deixando o erro acumular-se até ao último elemento.
• Trocar os sinais das tolerâncias ISO 286 de um veio (as letras minúsculas como g são quase sempre desvios negativos, um veio "mais fino" do que o nominal).
• Confundir tolerância dimensional (ISO 286) com tolerância geométrica (ISO 1101): a primeira controla o tamanho, a segunda controla forma, orientação e posição; uma peça pode passar na primeira e falhar na segunda.
• Desenhar um canto interno com raio zero ("a esquadria"), quando nenhuma fresa cilíndrica consegue produzir esse resultado.
• Aplicar a fórmula de torneamento (Vf = n × f) a uma operação de fresagem, esquecendo o número de dentes da ferramenta.
• Definir o zero peça antes de confirmar que a peça está rigidamente fixa, arriscando maquinar tudo na posição errada.
• Relaxar a vigilância da primeira execução só porque a simulação não acusou avisos.

Glossário

• Desenho de fabrico: documento técnico com toda a informação necessária para maquinar um componente sem ambiguidade.
• Croqui: desenho técnico à mão livre, com proporção e rigor de informação equivalentes a um desenho formal.
• 1.º diedro: método europeu de projeção ortogonal, onde a vista lateral direita se desenha à esquerda da vista de frente.
• Corte: secção imaginária que revela geometria interna, substituindo a representação a tracejado por linha cheia e hachura.
• Secção: representação apenas do perfil no plano de corte, sem o resto da peça.
• Zero peça: ponto de origem (X0, Y0, Z0), definido no desenho, a partir do qual a máquina mede os movimentos de um trabalho específico.
• Zero máquina: ponto de origem fixo, definido pelo fabricante do equipamento, independente da peça.
• Cotagem absoluta: todas as cotas medidas a partir do mesmo zero peça.
• Cotagem incremental (em cadeia): cada cota medida a partir do ponto anterior.
• ISO 286: sistema de tolerâncias dimensionais e ajustes (furos em maiúscula, veios em minúscula).
• ISO 1101: sistema de toleranciamento geométrico (forma, orientação, localização), com caixas de controlo e datums.
• ISO 1302: indicação gráfica do acabamento superficial no desenho técnico.
• ISO 21920: definição atual dos parâmetros de rugosidade (Ra, Rz), sucessora da ISO 4287.
• Rferramenta: raio da ferramenta de corte, igual a metade do diâmetro (D / 2).
• Balão de identificação: número dentro de um círculo, num desenho de conjunto, ligado a uma linha da lista de peças.
• Lista de peças (BOM): tabela com item, designação, quantidade e material de cada componente de um conjunto.
• G90 / G91: modos de programação absoluta e incremental num programa CNC.
• Vc, n, Vf: velocidade de corte (m/min), rotação do fuso (rpm) e avanço (mm/min).

Síntese

Um desenho de fabrico para maquinação por CNC segue sempre a mesma sequência lógica: relacionar o componente com o processo de fabrico (torneamento, fresagem, ou ambos) → conceber graficamente a peça com croquis e projeções ortogonais no 1.º diedro → escolher vistas, cortes e secções adequados à geometria e ao processo → cotar (nominal e de fabrico, absoluta e incremental) sempre a partir de um zero peça bem definido → especificar estado das arestas, acabamento superficial (ISO 1302/21920) e toleranciamento (ISO 286 dimensional, ISO 1101 geométrico) → completar com simbologia, legendas, balões e lista de peças → e, do lado do processo, escolher a máquina, as ferramentas e o dispositivo de aperto certos, calcular os parâmetros de corte, estruturar o programa CNC (com a mesma lógica absoluta/incremental da cotagem), sequenciar o setup e cumprir sempre as normas de segurança. Cada etapa depende das anteriores: um erro no desenho de fabrico custa sempre mais caro quanto mais tarde é descoberto na cadeia.

Exercícios resolvidos

1. A flange de referência precisa de duas vistas ou de uma vista com corte? Justifica.

Resolução: uma vista com corte total é suficiente. A flange é uma peça de revolução: a rotação em torno do eixo torna redundante qualquer segunda vista que só repetisse o mesmo perfil circular. O corte é necessário para revelar o furo central e o rasgo de chaveta sem recorrer a linhas a tracejado.

2. Um desenho cota a distância entre dois furos como 45 mm na vista de frente e, de novo, como 45,0 mm na vista lateral, medida a partir de outra referência. Porque é um erro, mesmo os dois valores coincidindo?

Resolução: viola a regra de cotar cada medida uma única vez. Se, mais tarde, uma das referências for alterada (por exemplo, numa revisão do desenho), as duas cotas deixam de coincidir e ninguém sabe qual delas está correta. A solução é escolher uma única referência e cotar essa distância apenas uma vez.

3. Calcula a rotação do fuso (n) para cilindrar um veio de ⌀40 mm em aço, com Vc = 150 m/min.

Resolução: n = (1000 × Vc) / (π × D) = (1000 × 150) / (π × 40) = 150 000 / 125,66 ≈ 1194 rpm. Note-se que D é o diâmetro da peça, por se tratar de torneamento.

4. Uma cavidade tem um raio de canto de projeto de 3 mm. A oficina só tem disponível uma fresa de D = 8 mm. A ferramenta cabe? Se não, o que fazer?

Resolução: Rferramenta = D / 2 = 8 / 2 = 4 mm. Como 4 mm > 3 mm, não cabe. A solução correta é escolher uma fresa mais pequena, com D ≤ 2 × 3 = 6 mm (por exemplo, D = 6 mm, Rferramenta = 3 mm, que cabe exatamente). Nunca se ignora a regra nem se desenha o canto como se coubesse.

5. Um furo H7 e um veio h6 (ambos com a letra de referência sem desvio, "básicos") formam, teoricamente, que tipo de ajuste: com folga, incerto ou apertado? E porquê?

Resolução: um ajuste com folga mínima praticamente nula, muito próximo de um ajuste de precisão localizador: o furo H tem desvio inferior 0 e o veio h tem desvio superior 0, pelo que, no melhor caso (furo no máximo, veio no mínimo), a folga é igual à soma das duas tolerâncias (IT7 + IT6), mas no pior caso (furo no mínimo, veio no máximo) a folga é exatamente 0. É por isso que H7/h6 se usa tipicamente em peças que deslizam mas quase sem jogo percetível, como uma bucha guia.