Sebenta UC02946 — Manutenção de Máquinas CNC

1. Introdução às Máquinas CNC

1.1 Evolução e Tipos

As máquinas de Controlo Numérico por Computador (CNC) substituíram progressivamente as máquinas convencionais na indústria, permitindo maior repetibilidade, precisão e produtividade. O controlo é realizado por um programa numérico que define a trajectória das ferramentas.

Principais tipos de CNC:

1.2 Arquitectura do Sistema CNC

Um sistema CNC é composto pelos seguintes subsistemas:

1. Controlador CNC (CNC Controller) - Unidade central de processamento que interpreta o programa G-code - Executa os algoritmos de interpolação (linear, circular, helicoidal, NURBS) - Gere o PLC interno para a lógica de máquina (M-codes, sensores, actuadores) - Principais fabricantes: Fanuc, Siemens (Sinumerik), Heidenhain, Mitsubishi, HAAS

2. Servo Drive + Servo Motor - O drive converte o sinal de referência de posição/velocidade em potência eléctrica - O motor servo (AC síncrono com ímanes permanentes na generalidade das CNC modernas) acciona o eixo - O encoder (rotativo, acoplado ao motor) fornece a posição real ao controlador em tempo real (malha fechada) - Frequência de amostragem típica da malha de posição: 1–2 kHz

3. Fuso de Esferas (Ball Screw) - Converte o movimento rotativo do servo motor em translação linear - Eficiência mecânica: 90–95% (vs. 25–40% do fuso trapezoidal) - A pré-carga (preload) nas esferas elimina a folga (backlash) axial - Classes de precisão segundo ISO 3408: C3 (±0,005 mm/300 mm), C5 (±0,012 mm/300 mm)

4. Guias Lineares - Perfil em V, caixa de rolas (box way) nas máquinas mais antigas - Guias lineares de patins rolantes (LM guides, THK, Hiwin) nas CNC modernas - Pré-carga elimina folga radial - Lubrificação contínua por sistema automático (centralizada)

5. Cabeçote / Fuso Principal (Spindle) - Motor do fuso: de indução (com VFD) ou motor de torque directo (DDM) - Velocidades típicas: 8 000–15 000 rpm (fresadoras); até 40 000+ rpm (high-speed machining) - Cone de ferramenta: BT30, BT40, BT50, HSK-A63, HSK-E32 - Lubrificado por névoa de óleo (oil-mist) ou lubrificação ar-óleo (oil-air)

2. Parâmetros de Maquinagem

2.1 Velocidade de Corte

A velocidade de corte (Vc) é a velocidade periférica da ferramenta relativamente à peça, expressa em m/min:

$$V_c = \frac{\pi \times D \times n}{1000}$$

Inversa (calcular rpm a partir de Vc):

$$n = \frac{1000 \times V_c}{\pi \times D}$$

Tabela de Vc recomendadas para operações de fresagem (fresa de topo, ar seco):

2.2 Avanço

O avanço por dente (fz) é a espessura máxima de apara por dente de corte:

$$V_f = f_z \times Z \times n \quad \text{[mm/min]}$$

Valores típicos de fz para fresagem: - Aço: 0,05–0,15 mm/dente - Alumínio: 0,08–0,25 mm/dente - Inox: 0,03–0,08 mm/dente

2.3 Profundidade de Corte

• Profundidade axial (ap): na direcção do eixo da ferramenta
• Desbaste: ap = 0,5×D a 1,5×D
• Acabamento: ap = 0,1×D a 0,3×D
• Profundidade radial (ae): na direcção perpendicular ao eixo
• Planeamento: ae = 60–80% D
• Fresagem lateral: ae = 10–50% D

2.4 Potência de Corte

$$P_c = \frac{F_c \times V_c}{60 \times 1000} \quad \text{[kW]}$$

Onde Fc é a força de corte tangencial. Regra prática: para aço suave, Fc ≈ 2 000 N por mm² de secção de apara.

3. Ferramentas de Corte

3.1 Classificação ISO de Ferramentas de Fresa

Segundo ISO 513, os materiais de corte são classificados em grupos: - P (azul): aços e aços fundidos com apara longa - M (amarelo): aços inoxidáveis e materiais de apara longa e curta - K (vermelho): ferros fundidos, materiais de apara curta - N (verde): metais não ferrosos (Al, Cu, Zn, plásticos) - S (laranja): super-ligas (Inconel, Titanium, HRSA) - H (cinzento): materiais endurecidos (>45 HRC)

3.2 Revestimentos (Coatings) PVD/CVD

3.3 Critério de Desgaste VB

O desgaste de flanco VB é medido na face de folga da aresta de corte. Os limites normalizados (ISO 3685) são:

• VB = 0,3 mm (desgaste uniforme)
• VBmax = 0,6 mm (desgaste irregular)
• KT/b = 0,06 + 0,3× f (desgaste de cratera)

Cálculo de vida útil pela equação de Taylor:

$$V_c = \frac{C}{T^n}$$

Para carboneto em aço carbono: n ≈ 0,25; C ≈ 300 (m/min para T em minutos).

Exemplo: para Vc = 150 m/min → T = (300/150)^(1/0,25) = 2^4 = 16 minutos de vida útil.

3.4 Procedimento de Troca de Ferramenta

Em fresadora BT40: 1. Parar o fuso (M05) e aguardar paragem total 2. Seleccionar modo Manual/JOG no controlador 3. Mover o eixo Z para a posição de troca (safe Z) 4. Pressionar o botão de desbloqueio do cone (draw bar) 5. Segurar a ferramenta com a mão (usar luva) e retirar 6. Introduzir a nova ferramenta, alinhar a chaveta com o entalhe do cone 7. Verificar que a ferramenta ficou presa (som de click do draw bar) 8. Introduzir o comprimento da ferramenta na tabela de compensações (H offset) 9. Executar ciclo de medição automática (se disponível: Tool Length Measurement)

4. Programação G-code

4.1 Estrutura de um Programa CNC

[Número de programa / comentário]
[Bloco de setup: modal codes]
[Posicionamento inicial]
[Ciclos de maquinagem]
[Retorno e fim de programa]

Regras sintácticas: - Cada linha começa com a letra N (número de bloco, opcional) - Códigos modais: permanecem activos até serem alterados (G01, G03, etc.) - Códigos não modais: activos apenas no bloco onde são escritos (G04, G28) - Comentários entre parênteses: (comentário)

4.2 Tabela Completa de G-codes Essenciais

4.3 Subprogramas e Repetições

(Programa principal)
M98 P1001 L4    ; Chamar subprograma O1001, 4 vezes

O1001           ; Subprograma
G91             ; Incremental
G01 X20. F200
G01 Y20.
G90             ; Voltar a absoluto
M99             ; Retorno ao programa principal

4.4 Variáveis e Macros (Fanuc Custom Macro B)

#100 = 50.      ; Variável de utilizador #100 = 50 mm
#101 = 100.     ; #101 = 100 mm
G01 X#100 Y#101 ; Usar variáveis como coordenadas

5. Manutenção Preventiva CNC

5.1 Procedimento de Manutenção Semanal (1–2 horas)

Passo 1 — Limpeza geral: - Remover aparas da mesa, proteções telescópicas e tanque de fluido - Limpar o interior da câmara de maquinagem com aspirador industrial - Soprar as guias e o fuso de esferas (apara pode causar riscos prematuros)

Passo 2 — Verificação do fluido de corte: - Medir concentração com refractómetro: valor alvo 6–8% (semi-sintético) - Verificar pH: valor normal 8,5–9,5 (pH < 8,5 → risco de corrosão e bactérias) - Verificar cor e cheiro: fluido deteriorado apresenta cor escura e odor fétido - Completar com água desmineralizada se nível baixo

Passo 3 — Sistema de lubrificação centralizado: - Verificar nível do reservatório (normalmente visível no painel lateral) - Lubricante standard: Mobil Vactra No.1 (ISO VG32 de base mineral) ou equivalente - Se nível < 1/4 do visor, completar

Passo 4 — Inspecção visual: - Verificar proteções telescópicas (acumulação de apara = risco de rasgão) - Verificar fugas de óleo no cabeçote e servo drives - Verificar estado dos tubos flexíveis de fluido e ar

5.2 Procedimento de Manutenção Mensal (4–6 horas)

Lubrificação do fuso de esferas: - Para máquinas com lubrificação manual: injectar 1–2 cm³ de massa lubrificante EP2 nas bocas de lubrificação (nipple) das porcas do fuso - Não misturar tipos de massa (minerais vs. sintéticos) - Registar na ficha de manutenção

Verificação de backlash:

Equipamento necessário: relógio comparador digital + suporte magnético

Procedimento: 1. Fixar suporte magnético na mesa da máquina 2. Apoiar o apalpador do relógio num batente fixo (ex. coluna da máquina) 3. No controlador, seleccionar JOG com incremental 0,01 mm 4. Mover o eixo 2 mm no sentido positivo (+X) — elimina qualquer folga 5. Zerar o relógio 6. Mover 1 mm no sentido negativo (-X) 7. Mover 1 mm no sentido positivo (+X) 8. Ler o erro no relógio → é o backlash do eixo X 9. Repetir para Y e Z

Valores de aceitação: | Tipo de máquina | Backlash máximo | |-----------------|-----------------| | Máquina de produção geral (IT7) | 0,025 mm | | Centro de maquinagem standard | 0,010 mm | | Centro de maquinagem de precisão | 0,005 mm |

Se backlash > limite: compensar no parâmetro do controlador (Fanuc: param. 1851) ou substituir porca do fuso de esferas.

Verificação de tensão das correias do cabeçote: - Aplicar uma força de 10 N no ponto médio da correia - Deflexão máxima: 5 mm por 100 mm de vão livre - Correia frouxa → escorregamento, variação de velocidade - Correia tensa em excesso → desgaste prematuro, carga nos rolamentos

5.3 Procedimento de Manutenção Anual (1–2 dias)

1. Nivelamento da máquina: - Usar nível de precisão (sensibilidade 0,02 mm/m) - Medir nos dois eixos horizontais (longitudinal e transversal) da mesa - Ajustar parafusos de nivelamento (anti-vibração Vibro-isolator ou parafusos de ancoragem) - Tolerância: ≤ 0,02 mm/m em qualquer direcção

2. Teste de perpendicularidade dos eixos (ISO 230-1): - Montar esquadro de precisão (padrão) na mesa - Percorrer o eixo Z enquanto o comparador mede o esquadro - Tolerância típica: ≤ 0,015 mm em 300 mm

3. Substituição de filtros: - Filtro de ar do armário eléctrico: lavável ou descartável (trocar anualmente) - Filtro de óleo do cabeçote (se aplicável): substituição com dreno - Filtro de retorno do circuito hidráulico: substituição com vedante

4. Substituição do fluido de corte: Procedimento de troca completa: 1. Drenar o tanque de fluido (bomba ou por gravidade) 2. Limpar o interior do tanque com detergente industrial 3. Enxaguar com água limpa (2× mínimo) 4. Aplicar bactericida antes do enchimento 5. Encher com mistura nova (água desmineralizada + concentrado) 6. Ajustar concentração e pH

5. Certificação de precisão: - Maquinar uma peça de teste normalizada (artefacto de aferição) - Medir com CMM (Coordinate Measuring Machine) - Documentar os resultados e comparar com os parâmetros de aceitação originais da máquina

6. Diagnóstico de Avarias CNC

6.1 Metodologia de Diagnóstico

Abordagem sistemática (PDCA adaptado): 1. Identificar o alarme ou sintoma (código de erro, comportamento anormal) 2. Recolher informação (quando ocorreu, condições de produção, histórico) 3. Consultar o manual de manutenção do controlador (Fanuc Alarm List, Siemens SP) 4. Isolar a causa: eléctrico, mecânico, programa, parâmetro 5. Reparar e documentar 6. Verificar a reparação com ciclo de teste

6.2 Alarmes Fanuc — Lista Detalhada

6.3 Diagnóstico Detalhado — Erro de Seguimento (Alarme 410–412)

O que é o erro de seguimento: O erro de seguimento (Following Error / Lag Error) é a diferença entre a posição de referência enviada pelo interpolador e a posição real medida pelo encoder. Se este erro ultrapassa o limiar definido no parâmetro Fanuc 1826 (default: 127 unidades, ≈ 0,127 mm), é gerado o alarme.

Árvore de diagnóstico:

ALARME 410 (eixo X)
│
├─ O erro ocorre sempre que o eixo acelera?
│   SIM → Ganho de posição (Kp, param. 1825) muito baixo
│           ou Torque de aceleração insuficiente (param. 2003)
│
├─ O eixo não se move nada?
│   SIM → Verificar:
│           1. Enable do servo drive (24V DC no sinal "Enable")
│           2. Alarme no drive (LED vermelho no amplificador)
│           3. Cabo encoder (medir continuidade)
│
├─ O eixo move mas desacelera bruscamente?
│   SIM → Sobrecarga mecânica:
│           1. Mover o eixo manualmente no modo E-STOP
│           2. Detectar ponto de resistência → problema na guia ou fuso
│
└─ O erro é aleatório?
    SIM → Interferência electromagnética no cabo do encoder
            Verificar blindagem e aterramento do cabo

Parâmetros Fanuc relevantes (série 0i/30i):

6.4 Substituição de Encoder — Procedimento Detalhado

Tipo 1: Encoder incremental (Fanuc αi / βi)

Material necessário: - Chave de torques (2–5 N·m) - Chave Allen M2.5, M3 - Solvente de contacto eléctrico - Novo encoder (referência conforme motor)

Procedimento: 1. Desligar a máquina no disjuntor principal e colocar sinalização de segurança 2. Aguardar 5 minutos (descarregamento de condensadores do bus DC) 3. Abrir o painel traseiro do servo motor ou aceder ao encoder no veio traseiro 4. Fotografar a posição do cabo antes de desligar 5. Desligar o conector do encoder (premir a patilha de libertação) 6. Desaparafusar os 3–4 parafusos do flange do encoder (Allen M3, torque: 1 N·m) 7. Puxar o encoder axialmente com cuidado — nunca torcer 8. Se utilizar acoplamento de membrana (bellow coupling): verificar estado e substituir se necessário 9. Montar o novo encoder; alinhar o rasgo (key) com o veio 10. Apertar os parafusos com torque especificado + Loctite 243 se não houver contra-porca 11. Ligar o conector — verificar que encaixou (som audível) 12. Ligar a máquina e executar o procedimento de referenciação (G28 em todos os eixos) 13. Verificar posição nos fins de curso de software

Tipo 2: Encoder absoluto (Heidenhain ERN/ECN)

Procedimento adicional: - Após montagem, executar o procedimento "Datum Setting" no controlador - Memorizar as posições de referência das ferramentas e peça (requer nova calibração do WCS) - Se o encoder usa comunicação EnDat: verificar que o endereço SSI/EnDat está configurado

Anexo A — Ficha de Manutenção Semanal CNC

FICHA DE MANUTENÇÃO SEMANAL — MÁQUINA CNC
─────────────────────────────────────────────────────────
Máquina: _____________ Ref.: _____________ Data: _______
Operador/Técnico: _________________________

VERIFICAÇÕES:
□ Limpeza geral da câmara de maquinagem            OK / NOK
□ Limpeza das proteções telescópicas               OK / NOK
□ Nível do lubrificador centralizado               OK / NOK
□ Nível e concentração do fluido de corte          ____ %
□ pH do fluido de corte                            ____
□ Verificação de fugas (óleo, fluido, ar)          OK / NOK
□ Estado das proteções telescópicas (sem danos)    OK / NOK
□ Alarmes activos no controlador                   OK / NOK

OBSERVAÇÕES:
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Assinatura: _________________________

Anexo B — Tabela de Códigos de Alarme Fanuc — Referência Rápida

Sebenta elaborada para a UC02946 do curso TMIM — Aulify Platform Versão 1.0 — 2026