Sebenta · Organizar e executar as atividades de setup em fresadoras CNC (UC02965)

Introdução

Esta sebenta ensina a organizar e executar o setup completo de uma fresadora CNC: desde a leitura do desenho técnico e a organização do posto de trabalho, até à montagem e alinhamento do dispositivo de aperto, à preparação e medição das ferramentas de corte, e à determinação do zero peça e configuração das tabelas do controlador.

O fio condutor de toda a matéria é a distinção entre setup interno (só possível com a máquina parada) e setup externo (feito em bancada, com a máquina ainda a produzir). Quanto mais operações forem convertidas de interno para externo, mais tempo a máquina passa a produzir peças em vez de estar parada à espera do operador.

Objetivos de aprendizagem (referencial): executar operações de preparação dos dispositivos de fixação e aperto externamente e na máquina; executar operações de preparação das ferramentas de corte externamente e na máquina; e efetuar o alinhamento e a determinação de pontos de referência da peça na máquina, sempre respeitando as normas de segurança e saúde no trabalho.

1. O setup em fresadoras CNC

O setup é o conjunto de todas as operações realizadas entre o fabrico do último exemplar de um lote e o primeiro exemplar bom do lote seguinte. Não corta metal, mas condiciona diretamente quanto tempo a máquina vai passar a cortar.

O setup organiza-se em três frentes que avançam em paralelo:

1. Dispositivo de fixação e aperto da peça.
2. Ferramentas de corte e respetivos suportes.
3. Pontos de referência: zero peça e tabelas do controlador.

Setup interno vs setup externo

A distinção central desta unidade curricular:

O princípio orientador é simples: converter tudo o que for possível de interno para externo. Preparar uma ferramenta em bancada com um pré-setter é setup externo; montar essa mesma ferramenta no armazém da máquina parada é setup interno.

Exemplo resolvido: identificar interno e externo

Um técnico vai trocar de peça numa fresadora CNC. Classifica cada operação como interna ou externa: (a) medir o comprimento de uma fresa nova no pré-setter; (b) montar o dispositivo de aperto na mesa da máquina; (c) limpar e inspecionar os mordentes de uma prensa antes de a levar à máquina; (d) apalpar o zero peça já com a peça montada.

Resolução: (a) externo, feito em bancada, a máquina continua a produzir; (b) interno, exige a máquina parada; (c) externo, é preparação em bancada; (d) interno, só se faz com a peça já montada na máquina parada. Das quatro, (a) e (c) já estavam a ser feitas antes de a máquina parar, poupando tempo de produção.

2. Organização do posto de trabalho e leitura do desenho técnico

Organização da área e do posto de trabalho

Um posto de trabalho organizado adapta-se ao cenário (peça única, lote pequeno ou grande série), às ferramentas e aos instrumentos que a peça exige:

• Ferramentas e instrumentos dispostos por ordem de uso, ao alcance da mão.
• Documentação (desenho, ficha de fabrico, ficha de ferramentas) visível e atualizada junto do posto.
• Materiais e acessórios de aperto identificados e arrumados logo após cada operação.
• Zona de trabalho limpa, sem aparas nem óleo espalhado, para evitar acidentes e erros de medição.

Interpretar o desenho técnico

O desenho técnico segue normas de representação que qualquer técnico deve dominar:

• Projeções ortogonais: vistas de frente, de cima e de lado, relacionadas entre si.
• Cortes e secções: mostram o interior de uma peça; o corte segue o plano de corte completo, a secção mostra só a fatia.
• Cotagem e tolerâncias: dimensões e a margem de erro aceite para cada uma.
• Simbologia e anotações: acabamentos superficiais, rugosidade, tratamentos térmicos, notas de fabrico.

A ficha de fabrico e a ficha de ferramentas

Dois documentos que acompanham o desenho:

• Ficha de fabrico: sequência de operações, máquina a usar, tempos previstos e observações do processo.
• Ficha de ferramentas: lista de ferramentas por operação, com comprimentos, diâmetros e correções previstas.

Exemplo resolvido: cruzar os três documentos

Uma peça tem, no desenho, uma cota crítica de um furo com tolerância apertada. A ficha de fabrico indica que o furo é feito na operação 3, e a ficha de ferramentas indica a broca T05 com comprimento previsto de 65 mm. O que confirma o técnico antes de montar essa ferramenta?

Resolução: confirma que a ferramenta física corresponde ao número T05 indicado na ficha de ferramentas, que o comprimento montado se aproxima do previsto (65 mm, a confirmar depois no pré-setter) e que a operação 3 da ficha de fabrico corresponde à sequência do programa CNC que vai correr. Cruzar os três documentos evita montar a ferramenta errada numa operação crítica.

3. Metrologia dimensional

A metrologia dimensional garante que peça, ferramenta e dispositivo respeitam as cotas exigidas.

Instrumentos de medição e verificação

Verificar antes de usar

Todo instrumento é verificado antes de entrar em serviço: confirmar o zero numa peça padrão, verificar o estado físico (pontas e encostos sem folgas nem sujidade), respeitar a calibração periódica e guardar o instrumento na caixa própria, longe de choques.

Exemplo resolvido: escolher o instrumento certo

Um técnico precisa de medir a concentricidade de uma peça cilíndrica montada numa bucha. Que instrumento escolhe, e porquê, em vez de um paquímetro?

Resolução: escolhe o comparador de alavanca (ou de relógio, conforme o acesso). Um paquímetro mede dimensões absolutas, não desvios de rotação; a concentricidade mede-se por diferença de leitura ao longo de uma rotação completa, exatamente o que o comparador faz.

4. Dispositivos de aperto e sua montagem

Tipologias de dispositivos

Acessórios frequentes: bucha (aperto por expansão, peças cilíndricas), zero point (repetibilidade rápida em trocas de palete), calços, cunhas, batentes, grampos e parafusos de aperto.

Preparação externa em bancada

Antes de a máquina parar: limpar a base e as superfícies de referência do dispositivo, verificar mordentes e parafusos, pré-montar elementos modulares conforme a ficha de ferramentas, e confirmar que o dispositivo cabe no curso e na mesa disponível.

Montagem na máquina

1. Posicionar o dispositivo na mesa, respeitando referências ou T-slots.
2. Fixar com o binário indicado, em sequência cruzada, sem folgas.
3. Confirmar visualmente que não há colisão com o curso dos eixos nem com o armazém de ferramentas.
4. Montar a peça no dispositivo, respeitando batentes e referências de posicionamento.

Exemplo resolvido: sequência cruzada de aperto

Um dispositivo é fixado à mesa com 4 parafusos, dispostos nos cantos de um retângulo (1 canto superior esquerdo, 2 superior direito, 3 inferior direito, 4 inferior esquerdo). Indica a ordem de aperto em sequência cruzada e explica porquê.

Resolução: ordem 1, 3, 2, 4 (diagonais alternadas), apertando cada parafuso parcialmente numa primeira volta e só depois ao binário final numa segunda volta. Apertar em sequência direta (1, 2, 3, 4) tenderia a empenar a base do dispositivo, porque um lado fica totalmente fixo antes do lado oposto.

5. Alinhamento dos dispositivos de aperto

O alinhamento adequa-se à tipologia do dispositivo e à geometria da peça:

Exemplo resolvido: alinhar um mordente de prensa

Alinha-se um mordente de prensa ao eixo X com um comparador de relógio.

1. Fixar o comparador no eixo árvore, ponta apoiada na face de referência do mordente.
2. Deslocar o eixo ao longo da face, lendo o desvio no relógio comparador.
3. Ajustar a prensa por pequenos toques com um martelo macio, repetindo a leitura.
4. Repetir até o desvio ficar abaixo da tolerância definida, por exemplo 0,02 mm ao longo de 200 mm de curso.
5. Apertar em definitivo e confirmar que o alinhamento não se perdeu no aperto final.

O processo é iterativo: mede-se, ajusta-se, mede-se de novo, até estabilizar dentro da tolerância exigida pela ficha de fabrico.

6. Ferramentas de corte, suportes e sua preparação

Ferramentas de corte para fresagem

• Fresas de topo: desbaste e acabamento de faces e rasgos.
• Fresas de disco: rasgos e ranhuras largas.
• Fresas de esfera: superfícies curvas e moldes.
• Brocas e machos: furação e roscagem em centros de fresagem.

Suportes e acessórios

O conjunto ferramenta mais suporte é o que entra na máquina e é medido como uma peça única:

• Cone porta-ferramentas (ex.: BT, HSK): fixa-se ao eixo árvore da máquina.
• Pinça e porca de pinça: fixação da haste da fresa dentro do suporte.
• Mandril hidráulico ou térmico: maior concentricidade em operações de precisão.

Preparação externa e na máquina

Em bancada: selecionar a ferramenta conforme a ficha de ferramentas, limpar e inspecionar haste e pinça, montar respeitando o comprimento de saída indicado, e medir no pré-setter.

Já na máquina: colocar no armazém no número de posição correto, confirmar que esse número corresponde ao programa CNC, validar o comprimento medido com uma verificação rápida e registar qualquer desvio na tabela de ferramentas.

Exemplo resolvido: número de posição errado

Um técnico troca duas fresas de posição no armazém sem atualizar o programa CNC, que espera a fresa T03 na posição 3. O que acontece e como se evita?

Resolução: a máquina vai buscar à posição 3 uma ferramenta que não é a T03 esperada, podendo usar comprimento, diâmetro ou geometria errados, com risco de colisão ou peça fora de cota. Evita-se confirmando sempre, depois de qualquer troca no armazém, que o número físico da posição corresponde ao número esperado pelo programa, antes de correr o ciclo.

7. Medição e ajuste de ferramentas de corte

Pré-setter manual, automático e máquina de pré-setting

Mede-se sempre o comprimento e o diâmetro efetivo do conjunto ferramenta mais suporte, nunca o valor de catálogo isolado da ferramenta.

Verificação do comprimento na máquina

Mesmo depois de medida em bancada, a ferramenta é confirmada na máquina: apalpar num sensor de comprimento quando disponível, comparar com o valor do pré-setter, e validar antes do primeiro ciclo em corte, nunca depois.

Exemplo resolvido: ajuste de comprimento

Uma fresa de topo tem comprimento previsto de 80,00 mm na ficha de ferramentas. No pré-setter manual, a leitura real é 79,85 mm.

1. Registar o valor medido, 79,85 mm, na ficha de ferramentas.
2. Calcular o desvio: 80,00 − 79,85 = 0,15 mm.
3. Introduzir o valor medido (79,85 mm), e não o previsto, na tabela de ferramentas do controlador.
4. Confirmar que o desvio está dentro do que o programa CNC tolera para aquela operação.

Regra de ouro: usa-se sempre o valor medido, porque é o valor medido que a máquina vai executar, não o valor previsto no catálogo.

8. Editar e configurar a tabela de ferramentas

A tabela de ferramentas do controlador guarda, para cada número de ferramenta:

• Comprimento medido (correção de comprimento, offset Z).
• Diâmetro efetivo (correção de raio, offset de diâmetro).
• Tipo de ferramenta e, nalguns controladores, o número de arestas.

Editar esta tabela com dados errados transfere diretamente o erro de medição para o programa CNC. É por isso que a UC define como critério de desempenho "assegurar a configuração da tabela de zeros e tabela das ferramentas de acordo com os dados".

Exemplo resolvido: editar a linha errada

Um técnico mede a ferramenta T07 no pré-setter, mas por engano introduz o valor na linha T17 da tabela de ferramentas. Que consequência tem, e como se evita?

Resolução: a ferramenta T07 continua com o valor de comprimento antigo, possivelmente errado, e a T17 passa a ter um valor que não lhe pertence, afetando qualquer operação que a use. Evita-se confirmando sempre, antes de guardar, que o número da linha editada corresponde ao número físico gravado na ferramenta.

9. Determinação do zero peça e tabela de pontos de referência

Técnicas de determinação do zero peça

O zero peça é a origem de coordenadas a partir da qual o programa CNC maquina a peça, determinado em relação a:

• Faces: apalpando a superfície de referência.
• Furos e pinos: centrando o instrumento no eixo do furo ou pino.
• Entre faces: calculando o ponto médio entre duas superfícies opostas.

Instrumentos: comparador de relógio, comparador de alavanca, apalpador manual ou automático, conforme a localização do ponto e a precisão exigida.

Exemplo resolvido: zero peça num furo central

Peça com um furo de referência ao centro, apalpador automático disponível.

1. Aproximar o apalpador ao interior do furo, em quatro pontos a 90 graus.
2. O controlador calcula o centro e o raio do furo pelas quatro leituras.
3. Definir esse centro como origem X e Y do sistema de coordenadas da peça.
4. Repetir numa face de referência para obter a origem em Z.
5. Registar as três coordenadas na tabela de pontos de referência.

Centrar com quatro pontos a 90 graus é mais fiável do que com dois: elimina erros de excentricidade que dois pontos não conseguem detetar.

Configurar e verificar a tabela de pontos de referência

A tabela guarda, para cada sistema de coordenadas de peça, as coordenadas X, Y, Z, a identificação do sistema (útil com várias peças ou paletes) e, em oficinas com registo de qualidade, a data e responsável do último ajuste.

Antes do primeiro ciclo: confirmar que as coordenadas correspondem ao ponto pretendido no desenho, que os comprimentos e diâmetros das ferramentas estão atualizados, que o sistema de coordenadas ativo no programa é o configurado, e correr um movimento em vazio para confirmar visualmente as posições.

10. Modos de operação, arranque e comunicação computador máquina

Modos de operação e arranque

• Manual (jog): deslocamento livre dos eixos, usado para aproximação e verificação.
• MDI: execução de um comando isolado, para verificações pontuais.
• Automático: execução completa do programa CNC.

O aquecimento da máquina, com deslocamentos dos eixos e do eixo árvore em vazio, não é opcional: uma máquina fria tem folgas térmicas diferentes de uma máquina em regime, o que afeta diretamente a precisão das primeiras peças.

Comunicação entre computador e máquina

Os programas CNC e os dados de ferramenta circulam por rede, cartão de memória ou porta dedicada do controlador. Antes de correr um programa transferido, confirma-se sempre o nome e a versão, evitando correr uma versão antiga sem que o operador dê conta.

Exemplo resolvido: versão errada do programa

Um técnico transfere um programa novo, mas o ficheiro na máquina mantém o nome antigo por não ter sido substituído corretamente. O que verifica antes de correr o ciclo?

Resolução: verifica o nome e a versão (ou data de modificação) do programa efetivamente carregado na máquina, comparando com o registo da última alteração feita no computador de programação. Nunca assume que "está lá" só porque o nome do ficheiro é o esperado.

Erros comuns

• Montar a ferramenta na máquina sem a medir antes em bancada, obrigando a interromper o ciclo para medir.
• Apertar os parafusos de fixação do dispositivo em sequência direta em vez de cruzada, empenando a base.
• Introduzir o comprimento previsto de catálogo em vez do valor medido no pré-setter.
• Saltar a verificação do comprimento na máquina "porque já foi medida no pré-setter".
• Trocar ferramentas de posição no armazém sem atualizar o programa CNC.
• Centrar um furo com apenas dois pontos em vez de quatro, mascarando erros de excentricidade.
• Correr o ciclo completo sem um movimento em vazio prévio de confirmação.
• Saltar o aquecimento da máquina no início do turno.

Glossário

• Setup · conjunto de operações de preparação entre o fabrico de dois lotes.
• Setup interno · operação só possível com a máquina parada.
• Setup externo · operação feita em bancada, com a máquina a produzir.
• Zero point · sistema de aperto de repetibilidade rápida.
• Pré-setter · equipamento de medição de comprimento e diâmetro de ferramentas fora da máquina.
• Offset · valor de correção guardado na tabela de ferramentas (comprimento ou raio).
• Zero peça · origem de coordenadas a partir da qual o programa CNC maquina a peça.
• Apalpador · instrumento de contacto para localizar faces, furos ou pinos.
• MDI · modo de comando isolado do controlador, fora do programa automático.
• EPI · equipamento de proteção individual.

Síntese

O setup de uma fresadora CNC segue sempre a mesma lógica: organizar o posto e ler o desenho e as fichas → preparar em bancada tudo o que for possível (setup externo: dispositivos limpos, ferramentas medidas no pré-setter) → montar e alinhar o dispositivo de aperto na máquina, adequando instrumento à geometria da peça → montar, verificar e configurar as ferramentas na tabela de ferramentas → determinar o zero peça e configurar a tabela de pontos de referência → confirmar tudo com um movimento em vazio antes do primeiro ciclo, sempre com o EPI e as normas de segurança respeitadas. Converter setup interno em externo é o fio condutor que atravessa toda a matéria.

Exercícios resolvidos

1. Classifica como setup interno ou externo: medir uma fresa no pré-setter em bancada.

Resolução: setup externo. É feito fora da máquina, que continua a produzir o lote anterior enquanto a ferramenta é medida.

2. Porque se aperta um dispositivo de aperto em sequência cruzada e não sequencial?

Resolução: para evitar empenar a base do dispositivo. Se um lado ficar totalmente apertado antes do lado oposto, a peça de fixação distorce ligeiramente, comprometendo o alinhamento.

3. Um comprimento previsto na ficha de ferramentas é 50 mm, mas o pré-setter mede 49,90 mm. Que valor se introduz na tabela de ferramentas do controlador?

Resolução: introduz-se o valor medido, 49,90 mm. É esse valor que a máquina vai efetivamente executar, e não o valor de catálogo previsto na ficha.

4. Porque se determina o zero peça num furo com quatro pontos e não com dois?

Resolução: com quatro pontos a 90 graus, o controlador calcula o centro real do furo mesmo que este não esteja perfeitamente circular ou perpendicular. Com apenas dois pontos, um erro de excentricidade passaria despercebido.

5. Que passo final se recomenda antes de correr o primeiro ciclo completo de uma peça nova?

Resolução: um movimento em vazio (sem a ferramenta descer à peça), para confirmar visualmente que as coordenadas do zero peça, o sistema ativo e as posições das ferramentas estão corretas antes de qualquer corte real.