Sebenta · Organizar e executar as atividades de setup em tornos CNC (UC02966)

Introdução

Esta sebenta ensina a organizar e executar o setup de um torno CNC: tudo o que acontece entre receber a peça a maquinar e dar a ordem de arranque em produção real. É uma das competências mais transversais do técnico de programação e maquinação CNC, porque um programa perfeito num setup mal feito produz peças fora de cota, ou pior, uma colisão.

O percurso segue a lógica real de uma oficina: primeiro organiza-se o posto de trabalho e lê-se o desenho técnico da peça, depois prepara-se e monta-se o dispositivo de aperto, segue-se a preparação das ferramentas de corte, o alinhamento da peça na máquina, a configuração do controlador (tabela de ferramentas e tabela de zeros) e, por fim, a validação de tudo com um corte de teste antes de produzir em série.

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

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

Um setup começa muito antes de tocar no torno. O posto de trabalho tem de estar organizado em função do cenário: a peça a produzir, as ferramentas e os instrumentos a usar.

A bancada de preparação

A bancada é o espaço dedicado a preparar dispositivos de aperto e ferramentas de corte antes de irem para a máquina. Nela ficam:

• Instrumentos de medição e verificação.
• Ferramentas, suportes e acessórios de aperto e montagem.
• Chaves e acessórios diversos, organizados por sistema.

Um posto desarrumado não é só uma questão estética: cada segundo a procurar uma chave é tempo que a máquina fica parada à espera, e a probabilidade de montar a peça errada aumenta.

O desenho técnico e a ficha de fabrico

Todo o setup parte de dois documentos:

No desenho técnico, o técnico tem de dominar:

• Normas de representação (projeção europeia, em 1.º diedro).
• Projeções: vista de frente, de topo e de lado, coerentes entre si.
• Cortes e secções: um corte mostra tudo o que fica atrás do plano; uma secção mostra só o que o plano atravessa. Usam-se para mostrar furos, rasgos e cavidades internas que as vistas exteriores escondem.
• Cotagem: dimensões nominais, tolerâncias (ex.: Ø20 H7) e rugosidade superficial pedida.
• Simbologia e anotações: acabamento superficial, tratamento térmico, notas de fabrico.

2. Metrologia dimensional: instrumentos e técnicas

Nenhum setup se valida sem metrologia dimensional: os instrumentos que confirmam que a peça, o dispositivo e as ferramentas estão dentro do valor pretendido.

Os instrumentos principais

Verificar antes de usar

Antes de qualquer medição, verifica-se o próprio instrumento: o zero está correto, o apalpador não está gasto nem partido, as faces de medição estão limpas. Um instrumento descalibrado dá uma leitura errada com a mesma aparência de confiança de uma leitura certa, o que é mais perigoso do que não medir de todo.

As três alturas em que a metrologia entra no setup

1. Antes de montar: verificar o dispositivo de aperto e a peça em bruto.
2. Durante o alinhamento: o comparador "bate" a peça ou o dispositivo para medir a excentricidade.
3. Depois de maquinar: validar cotas críticas, comprimento de ferramenta e zero-peça.

3. O que é o setup em tornos CNC: interno vs externo

Setup é o conjunto de operações de preparação que antecedem a produção de uma peça num torno CNC: preparar e montar o dispositivo de aperto, preparar e montar as ferramentas de corte, alinhar a peça e configurar o controlador.

Setup interno e setup externo

Esta distinção vem da metodologia SMED (troca rápida de ferramenta) e organiza o pensamento sobre o setup:

O princípio orientador é simples: converter o máximo de setup interno em externo. Cada minuto que a máquina passa parada à espera de uma tarefa que podia ter sido feita antes é produção perdida.

As etapas tipo de um setup completo

1. Preparação do dispositivo de aperto e das ferramentas na bancada.
2. Montagem do dispositivo de aperto na máquina.
3. Montagem das ferramentas de corte nos suportes e na torreta.
4. Alinhamento do dispositivo e da peça.
5. Medição e ajuste das ferramentas de corte.
6. Configuração do controlador: tabela de ferramentas e tabela de pontos de referência.
7. Verificação com um bloco em modo de teste antes da produção em série.

Nenhuma destas etapas é automática: exige interatividade constante do operador, com decisões e verificações a cada passo, e o seu impacto nos tempos de fabrico é direto.

4. Dispositivos e acessórios de aperto

O dispositivo de aperto fixa a peça durante a maquinação, garantindo posição e rigidez suficiente para suportar as forças de corte.

Tipos de dispositivos

• Bucha autocêntrica de 3 grampos: centra automaticamente peças cilíndricas ou hexagonais; os três grampos movem-se em sincronia.
• Bucha independente de 4 grampos: cada grampo regula-se à parte; usa-se em peças irregulares, descentradas de propósito, ou quando é preciso corrigir um desvio existente.
• Pinças (tipo ER, tipo 5C): elevada precisão de centragem, ideais para diâmetros pequenos e produção em série.
• Aperto entre-pontos: a peça fica entre a placa de arrasto (no fuso) e o contraponto; usado em peças longas e esbeltas que precisam de apoio nas duas extremidades.
• Mandril expansível: aperta pelo furo interior da peça, sem marcar uma superfície exterior já acabada.

A escolha do dispositivo depende sempre da tipologia e geometria da peça: não existe um dispositivo universalmente "certo".

Preparar e montar o dispositivo

1. Limpar o cone ou a face de fixação do fuso e do dispositivo, sem apara nem massa antiga.
2. Verificar o estado dos grampos, pinças ou casquilhos.
3. Montar o dispositivo no fuso, respeitando o binário e a sequência de aperto do fabricante.
4. Confirmar visualmente que ficou bem sentado, sem folga nem inclinação.

5. Alinhamento de dispositivos de aperto

Alinhar significa garantir que o dispositivo (e a peça) rodam concêntricos ao eixo do torno, sem excentricidade que se propague à peça acabada.

A técnica do comparador

1. Fixa-se um comparador (de relógio ou de alavanca, consoante o espaço disponível) numa base magnética.
2. Faz-se rodar lentamente o fuso à mão, lendo o desvio no mostrador ao longo de uma volta completa.
3. Regista-se o TIR (Total Indicator Reading), a diferença entre a leitura máxima e a mínima.
4. Corrige-se batendo ligeiramente nos grampos (bucha independente) ou reposicionando a pinça, até o TIR ficar dentro da tolerância exigida pela peça.

Comparador de relógio vs comparador de alavanca

O comparador de relógio tem um apalpador retilíneo, ideal para superfícies acessíveis. O comparador de alavanca tem um apalpador articulado, mais pequeno, que entra em zonas apertadas onde o de relógio não cabe, como o interior de um mandril ou junto a um ressalto.

Alinhar entre-pontos

No aperto entre-pontos, o alinhamento tem uma particularidade: o contraponto tem de estar alinhado com o eixo do fuso. Um contraponto desalinhado gera um erro de conicidade ao longo da peça, mesmo que cada extremidade pareça correta isoladamente. Verifica-se tocando com o comparador num veio de teste montado entre os dois pontos, ao longo de todo o comprimento, e ajusta-se o deslocamento transversal do contraponto até o comparador não acusar variação.

6. Maquinação de mordentes para apertos específicos

Os mordentes (jaws) de uma bucha podem ser duros, de fábrica, ou moles (soft jaws), maquináveis pelo próprio operador.

Porquê maquinar mordentes moles

Mordentes de fábrica têm sempre um pequeno erro de aperto, resultado das tolerâncias de fabrico da própria bucha. Maquinar os mordentes moles no diâmetro exato da peça elimina esse erro: os mordentes ficam concêntricos ao eixo real de rotação da máquina, não a um valor nominal.

O processo

1. Montar os mordentes moles na bucha, fechada (numa peça de referência ou anel de calibração).
2. Com a bucha fechada, tornear internamente (ou externamente, consoante o caso) ao diâmetro exato da peça a apertar.
3. Só depois disto se monta a peça real, que fica automaticamente centrada.

Quando compensa

Maquinar mordentes específicos compensa em produção em série da mesma peça, em peças com superfícies acabadas que não podem ser marcadas, e em geometrias irregulares que não centram bem em mordentes padrão. Numa peça única, sem repetição, o tempo investido raramente se justifica: é uma decisão de setup interno vs externo, tal como no capítulo 3.

7. Ferramentas de corte, suportes e acessórios para torno

As ferramentas de corte modernas em tornos CNC são, na esmagadora maioria dos casos, pastilhas intercambiáveis (insertos) montadas em suportes reutilizáveis.

Componentes

• Pastilha: aresta de corte em metal duro (carboneto), cerâmica ou CBN, com forma normalizada (norma ISO 1832).
• Suporte (portapastilha): fixa a pastilha e define o ângulo de posicionamento da ferramenta.
• Acessórios de fixação: parafusos e calços específicos por sistema, e as chaves de aperto correspondentes.

Desbaste vs acabamento

Montar uma pastilha de acabamento numa operação de desbaste parte a aresta quase de imediato; a geometria não aguenta a carga.

Sequenciar montagem e calibração

1. Selecionar a ferramenta e o suporte segundo a ficha de ferramentas.
2. Montar a pastilha no suporte, com o binário de aperto correto.
3. Montar o suporte na torreta, na posição exata prevista no programa (T01, T02...).
4. Calibrar cada ferramenta: comprimento e, se aplicável, raio da ponta.

A posição física na torreta tem de coincidir sempre com o número de ferramenta chamado no programa. Trocar duas ferramentas de posição sem atualizar o programa ou a tabela produz uma peça errada, ou uma colisão.

8. Montagem das ferramentas nos suportes e na torreta

A torreta aloja e posiciona as ferramentas durante a maquinação, e existe em vários sistemas de fixação.

Sistemas de torreta

• Torretas fixas: várias posições numa base, ferramentas fixas por parafuso direto.
• Sistema VDI (norma DIN 69880): montagem rápida por encaixe cónico e aperto central, comum em máquinas modernas.
• Sistema BMT (Block Tool): fixação por face plana e parafusos, elevada rigidez, usado sobretudo em torretas motorizadas.

Boas práticas de montagem

• Garantir que a ferramenta fica à altura de centros, verificada com um calço ou com a ponta do contraponto como referência.
• Montar primeiro as ferramentas de desbaste e só depois as de acabamento, protegendo-as de choques enquanto o setup ainda está a ser ajustado.
• Manter chaves e acessórios organizados por sistema, sem misturar peças de VDI com peças de BMT.
• Verificar, ferramenta a ferramenta, que não há colisão com o dispositivo de aperto nem com o contraponto em nenhuma posição do curso, sobretudo com a ferramenta mais comprida montada.

9. Medição e ajuste de ferramentas de corte

Montada a ferramenta, falta dizer ao controlador exatamente onde está a sua ponta de corte. É o que se chama medir e ajustar a ferramenta.

Método manual (touch off)

Aproxima-se a ferramenta a uma face ou diâmetro de referência conhecido, até tocar de leve (por vezes usa-se um papel fino como sensor de contacto). A posição do eixo nesse instante regista-se como offset da ferramenta, repetindo-se para X (diâmetro) e Z (comprimento).

É um método simples e sem custo adicional, mas depende da sensibilidade do operador e é mais lento quando há muitas ferramentas para medir.

Medição com pré-setter

O pré-setter (de contacto ou ótico) mede a ferramenta fora da máquina, numa bancada dedicada, com maior rapidez e precisão do que o método manual.

O pré-setter devolve diretamente os valores de X, Z e raio da ponta a introduzir na tabela de ferramentas do controlador. Usá-lo converte a medição de ferramenta em setup externo: a máquina continua a produzir enquanto se medem as ferramentas do próximo setup.

10. Configuração do controlador: tabela de ferramentas e tabela de zeros

O controlador da máquina (ex.: Fanuc, Siemens Sinumerik, Heidenhain) organiza toda a informação de setup em duas tabelas principais.

A tabela de ferramentas

Guarda, por cada número de ferramenta (T01, T02...):

• Offset de comprimento em X e em Z.
• Raio da ponta da pastilha e a sua orientação (necessária para a compensação de raio, G41/G42).
• Desgaste: uma correção fina, separada do offset geométrico, para ajustar a cota sem remedir tudo desde o início.

Editar a tabela na prática

1. Selecionar a página de offset de ferramenta no controlador.
2. Introduzir os valores obtidos por toque manual ou pelo pré-setter.
3. Confirmar o raio da ponta e a orientação, se o programa usar compensação de raio.
4. Verificar com um corte de teste e, se necessário, corrigir o desgaste, nunca o offset geométrico original.

A tabela de pontos de referência

Guarda os registos de zero-peça (ex.: G54 a G59), permitindo várias origens de coordenadas gravadas ao mesmo tempo, para diferentes peças ou diferentes montagens na mesma máquina. Trocar de registo por engano (usar G55 quando o programa espera G54) faz o programa correr com a origem errada, e é uma das causas mais comuns de peça fora de cota logo na primeira passagem.

11. Verificação e validação do comprimento da ferramenta

Configurada a tabela, verifica-se e valida-se cada ferramenta antes de arrancar a produção em série.

O procedimento

1. Fazer um corte de teste numa zona com sobremetal.
2. Medir a cota obtida com um instrumento de metrologia (paquímetro ou micrómetro).
3. Comparar com a cota do desenho; a diferença é o erro a corrigir.
4. Corrigir e repetir até a cota ficar dentro da tolerância.

Confiar no valor devolvido pelo pré-setter sem um corte de teste de confirmação é um risco desnecessário em peças com tolerância apertada: o pré-setter mede a ferramenta, não confirma o comportamento real da máquina naquele momento.

Documentar a verificação

Anota-se na ficha de fabrico o valor final de cada ferramenta e a data da verificação. Se a produção for retomada mais tarde, a verificação repete-se sempre: o desgaste da pastilha e pequenas variações da máquina acumulam-se ao longo do tempo, e um registo antigo não é garantia do estado atual.

12. Obtenção, validação, marcação e memorização do zero-peça

O zero-peça é o ponto de origem do sistema de coordenadas da peça, a partir do qual o programa CNC mede todas as cotas.

Obter o zero-peça

Escolhe-se normalmente numa face de referência clara do desenho, por exemplo a face frontal da peça ou o eixo de um furo. Obtém-se por toque manual (tocar a face com uma ferramenta calibrada e zerar o eixo nesse ponto) ou com um apalpador (sonda de medição). No torno, o zero em Z fica habitualmente na face de referência escolhida, e o zero em X coincide com o eixo de rotação (diâmetro 0).

O zero-peça obtido tem de coincidir com o zero assumido pelo programador do CNC. Obtê-lo numa face que ainda vai ser maquinada e vai desaparecer a meio do processo é um erro que só se revela mais tarde, quando já é tarde para corrigir sem refazer o setup.

Validar o zero-peça

1. Executar o início do programa em modo de teste: bloco a bloco, avanço reduzido, sem corte real ou com sobremetal generoso.
2. Confirmar que os primeiros movimentos coincidem com o desenho.
3. Só depois de validado se passa ao modo automático em velocidade real.

Correr um programa completo à primeira vez, sem passar por esta validação, é a causa mais comum de colisões graves em oficina, mesmo em peças já produzidas antes: cada setup é novo, ainda que a peça seja repetida.

Marcar e memorizar

Validado, o zero-peça grava-se num registo de ponto de referência (ex.: G54 a G59), para não se perder ao trocar de ferramenta ou desligar a máquina. Marcar fisicamente a peça ou o dispositivo (uma referência gravada ou anotada) ajuda a repetir o setup mais tarde, e memorizar significa também documentar na ficha de fabrico: o registo usado, o valor e a data.

Um zero-peça bem obtido mas nunca gravado obriga a refazer todo o trabalho na próxima vez, desperdiçando o esforço já investido.

13. Programação em tornos CNC e comunicação entre computador e máquina

A configuração do setup articula-se sempre com o programa CNC que vai correr na máquina.

Elementos de programação relevantes para o setup

• Código G e M: comandos de movimento (G) e funções auxiliares (M), como ligar/desligar rotação ou refrigerante.
• Ciclos fixos de torneamento: G71/G72 para desbaste, G70 para acabamento, que poupam linhas de programação e são comuns na generalidade dos controladores.
• Chamada de ferramenta (T01, T02...) e de registo de zero-peça (G54...), que ligam diretamente o programa às tabelas configuradas no setup.

Comunicação entre o computador e a máquina

O programa nasce muitas vezes num computador, gerado por um sistema CAM, e chega ao controlador por vários meios:

• Cabo de rede ou porta série (RS232), ligação direta computador-controlador (DNC).
• Pen USB, quando o controlador tem porta própria.
• Rede da oficina (DNC em rede), com transferência para vários postos ao mesmo tempo.

Transferir corretamente é uma competência do setup, tanto quanto montar um dispositivo de aperto: nomear os ficheiros com clareza (código da peça, revisão, data) e confirmar a transferência evita que a máquina corra a versão errada de um programa, um erro silencioso que a máquina não tem forma de detetar sozinha.

14. Modos de operação, arranque e aquecimento da máquina

Um torno CNC tem sempre vários modos de operação, e o setup usa praticamente todos.

Os modos principais

Saber em que modo se está, a cada momento, evita movimentos inesperados; dar um comando MDI a pensar que a máquina está parada, e vê-la executar de imediato, é um erro clássico de quem começa.

Arranque e aquecimento

1. Ligar a máquina e aguardar a inicialização completa do controlador.
2. Referenciar os eixos (ida ao zero-máquina), obrigatória em máquinas com encoders incrementais.
3. Aquecer os fusos e as guias com um ciclo de aquecimento, sobretudo depois de paragens longas ou no arranque do turno.
4. Só depois se inicia o setup propriamente dito.

Ignorar o aquecimento afeta a precisão das primeiras peças produzidas: os componentes da máquina dilatam com o funcionamento, e uma máquina fria não está nas mesmas condições geométricas que uma máquina em regime.

15. Segurança, riscos e equipamentos de proteção individual

O torno CNC apresenta riscos específicos que a organização do posto de trabalho e o rigor do setup ajudam a controlar, mas nunca eliminam por completo.

Riscos principais

• Apara quente projetada durante o corte.
• Arrastamento por uma peça em rotação, sobretudo em aperto entre-pontos ou com dispositivos salientes.
• Esmagamento na torreta, no contraponto ou entre a peça e o dispositivo.
• Projeção de fluido de corte.

Equipamentos de proteção individual

Os EPI obrigatórios incluem óculos de proteção, calçado de segurança e proteção auditiva quando aplicável. Uma regra que surpreende quem começa: nunca se usam luvas junto de peças em rotação, porque o risco de arrastamento da luva é maior do que o risco de corte que a luva evitaria.

Normas de segurança e saúde no trabalho

Consultar sempre os planos e normas de SST da oficina antes de operar uma máquina nova. Manter resguardos e proteções fechados durante a maquinação, manter a área livre de obstáculos e de fluido derramado (risco de escorregamento), e reportar qualquer anomalia da máquina antes de continuar a trabalhar. Respeitar as normas de segurança e saúde no trabalho é um critério de desempenho explícito desta UC, tanto quanto montar corretamente um dispositivo de aperto.

Erros comuns

• Não limpar o cone do fuso antes de montar o dispositivo de aperto, a causa mais comum de erro de concentricidade.
• Bater com força a mais num grampo durante o alinhamento, passando o erro para o lado oposto em vez de o corrigir.
• Maquinar mordentes moles com a bucha aberta, anulando o objetivo de concentricidade que se pretendia garantir.
• Trocar a posição de duas ferramentas na torreta sem atualizar o programa ou a tabela de ferramentas.
• Ajustar o offset geométrico em vez do desgaste para uma correção fina, perdendo a referência original.
• Saltar o modo de teste ao validar o zero-peça, "porque já se fez esta peça antes".
• Não gravar o zero-peça num registo de referência depois de validado, obrigando a refazer o trabalho na próxima vez.
• Usar luvas perto de peças em rotação, trocando um risco menor por um maior.

Glossário

• Setup · conjunto de operações de preparação que antecedem a produção de uma peça no torno CNC.
• Setup interno · tarefa que só se pode fazer com a máquina parada.
• Setup externo · tarefa que se pode fazer com a máquina em produção.
• Dispositivo de aperto · elemento que fixa a peça durante a maquinação (bucha, pinça, entre-pontos, mandril).
• TIR (Total Indicator Reading) · diferença entre a leitura máxima e a mínima do comparador numa volta.
• Mordentes moles (soft jaws) · mordentes maquináveis pelo operador, ajustados ao diâmetro exato da peça.
• Pastilha (inserto) · aresta de corte intercambiável montada num suporte.
• Portapastilha · suporte que fixa a pastilha e define o ângulo de posicionamento.
• Pré-setter · equipamento que mede uma ferramenta fora da máquina, de contacto ou ótico.
• Offset de ferramenta · valor de correção de posição de uma ferramenta na tabela do controlador.
• Zero-peça · ponto de origem do sistema de coordenadas da peça.
• Zero-máquina · ponto de referência fixo da própria máquina, obtido na referenciação de eixos.
• Tabela de pontos de referência · registos (ex.: G54 a G59) que guardam diferentes zeros-peça.
• DNC · transferência direta de programas entre computador e controlador.
• JOG · modo de operação manual, por botão, para deslocar eixos.
• MDI (Manual Data Input) · modo que corre uma linha de código isolada.

Síntese

Um setup em torno CNC segue sempre a mesma lógica: organizar o posto e ler o desenho → preparar e montar o dispositivo de aperto → alinhar com o comparador → preparar e montar as ferramentas de corte na torreta → medir e ajustar as ferramentas (manual ou pré-setter) → configurar o controlador (tabela de ferramentas e tabela de zeros) → obter, validar, marcar e memorizar o zero-peça → verificar com um corte de teste antes da produção em série. Ao longo de todo o processo, a distinção entre setup interno e externo orienta a organização do trabalho, e a segurança acompanha cada etapa, do arranque da máquina ao corte final.

Exercícios resolvidos

1. Um operador vai trocar de série três vezes durante o turno. Que tarefas do setup consegue antecipar como setup externo, antes de a máquina parar?

Resolução: pode preparar na bancada, com a máquina ainda em produção, os dispositivos de aperto e as ferramentas de corte da série seguinte, medir as ferramentas no pré-setter e verificar os instrumentos de medição. Só a montagem física na máquina (dispositivo e ferramentas) e o alinhamento têm mesmo de esperar pela máquina parada, ou seja, são setup interno.

2. Ao alinhar uma peça numa bucha independente de 4 grampos, o comparador de relógio dá uma leitura máxima de 0,09 mm e uma leitura mínima de 0,03 mm numa volta completa. Calcula o TIR e explica o que fazer a seguir.

Resolução: TIR = leitura máxima − leitura mínima = 0,09 − 0,03 = 0,06 mm. Se este valor estiver acima da tolerância exigida pela peça, corrige-se batendo ligeiramente no grampo do lado da leitura máxima (ou afrouxando ligeiramente o do lado oposto), repetindo a medição até o TIR ficar dentro do valor aceitável.

3. Porque é que se fecha sempre a bucha antes de maquinar mordentes moles, em vez de os maquinar com a bucha aberta?

Resolução: porque o objetivo dos mordentes moles é ficarem concêntricos ao eixo real de rotação da máquina quando a bucha está fechada, que é a condição em que vão apertar a peça. Maquiná-los com a bucha aberta produz um diâmetro que só é correto nessa posição; ao fechar a bucha para apertar a peça real, os mordentes deixam de estar centrados, anulando a vantagem que se pretendia obter.

4. Depois de configurar a tabela de ferramentas e fazer um corte de teste, a peça sai com 0,05 mm a mais no diâmetro do que o pedido no desenho. Que campo da tabela deves corrigir, e porquê não o outro?

Resolução: corrige-se o campo de desgaste da ferramenta, não o offset geométrico original. O desgaste existe exatamente para pequenas correções finas, sem perder a referência geométrica de base; alterar o offset geométrico obrigaria a remedir a ferramenta do zero para voltar a ter uma referência fiável.

5. Um programa está gravado no registo G55, mas o programa CNC espera o zero-peça em G54. O que acontece se se correr o programa sem corrigir isto, e como se evita este erro?

Resolução: o programa corre a partir da origem gravada em G55, que não é a origem pretendida, produzindo uma peça fora de cota logo na primeira passagem, ou uma colisão se o desvio for grande. Evita-se confirmando sempre, antes de correr em automático, em que registo de ponto de referência foi gravado o zero-peça validado, e testando primeiro em modo bloco a bloco com avanço reduzido.