TCC - Engenharia Eletrica - Edson de Menezes Quaresma rev2 final

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UNIVERSIDADE DE FRANCA - UNIFRAN 
CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS 
CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA 
 
 
 
 
 
 
EDSON DE MENEZES QUARESMA 
 
 
 
 
 
SISTEMA ROBÓTICO CARTESIANO 
Desenvolvimento de uma máquina fresadora router CNC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FRANCA-SP 
2021 
 
 
EDSON DE MENEZES QUARESMA 
 
 
 
 
 
SISTEMA ROBÓTICO CARTESIANO 
Desenvolvimento de uma máquina fresadora router CNC 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso apresentado à 
Universidade de Franca - UNIFRAN, como 
parte dos requisitos para a obtenção do título de 
Bacharel em Engenharia Elétrica. 
 
 
Orientador: Prof. Eng. Me. Gabriel Henrique 
Campos Baião 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FRANCA-SP 
2021 
 
 
EDSON DE MENEZES QUARESMA 
 
 
 
 
 
SISTEMA ROBÓTICO CARTESIANO 
Desenvolvimento de uma máquina fresadora router CNC 
 
 
Trabalho de conclusão de curso apresentado à 
Universidade de Franca - UNIFRAN, como 
parte dos requisitos para a obtenção do título de 
Bacharel em Engenharia Elétrica. 
 
Orientador: Prof. Eng. Me. Gabriel Henrique 
Campos Baião 
 
Franca, ___ de ________ de 2021. 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
 
 
 
________________________________________ 
Prof. Eng. Me. Gabriel Henrique Campos Baião 
Orientador 
 
 
 
 
__________________________________ 
Prof. 
 
 
 
 
 
__________________________________ 
Prof. 
 
 
 
 
 
 
 
FRANCA-SP 
2021 
 
 
RESUMO 
 
Duzentos e sessenta anos após o início da Primeira Revolução Industrial, 
estamos testemunhando a Indústria 4.0. Não se trata apenas de robótica avançada, com 
inteligência artificial e conectividade, em grandes indústrias com benefícios à 
produtividade. Em meio a essa evolução, houve a popularização das plataformas de 
prototipagem eletrônica, a redução dos custos dos componentes produzidos nos países 
asiáticos, fato que tornou possível, de forma muito rápida, o acesso de pequenos 
empreendimentos, e até mesmo dos consumidores finais às tecnologias disponíveis 
somente à grandes companhias. 
O objetivo deste trabalho é apresentar o projeto e construção de um sistema 
robótico cartesiano, na forma de uma fresadora “Router” com movimento de 3 eixos por 
Controle Numérico Computadorizado e que tenha como requisito fundamental boa 
repetibilidade e precisão no processo de usinagem, além de baixo custo de construção. 
Este conteúdo traz a abordagem teórica e prática em relação aos componentes 
utilizados na construção do protótipo, uma análise crítica dos resultados, possíveis 
melhorias do projeto e a conclusão do experimento. 
Palavras chave: Robô cartesiano, Máquina Fresadora CNC, Grbl, G-Code, Usinagem, 
Motor de Passo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
Two hundred and sixty years after the start of the First Industrial Revolution, we 
are witnessing Industry 4.0. It's not just about advanced robotics, with artificial 
intelligence and connectivity, in large industries and productivity benefits. In this 
evolution, there was the popularization of electronic prototyping platforms, the 
reduction of the costs of components produced in Asian countries, was possible, very 
quickly, for small businesses and even consumers, to obtain technologies available only, 
to large enterprises. 
The objective of this work is to present the design and construction of a 
Cartesian robotic system, like a router milling machine, with 3-axis movement by 
Computer Numerical Control. Have as fundamental requirement good repeatability 
and precision in the machining process, and low construction cost. 
This content brings a theoretical and practical to components used in the 
construction of this prototype, a critical analysis of the results, the possible project 
improvements and the conclusion of experiment. 
Keywords: Cartesian Robot, CNC Milling Machine, Grbl, G-Code, Machining, 
Stepper Motor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 - Fresadora de Eli Whitney (1818) .................................................................. 3 
Figura 2 - Fresadora Vertical Manual ............................................................................ 4 
Figura 3 - Fresadora Vertical Cincinati Hydrotel com sistema CN .............................. 5 
Figura 4 - Fresadora CNC 5 eixos ................................................................................. 6 
Figura 5 - Fresadora CNC Tipo Pórtico ........................................................................ 7 
Figura 6 - Mini Fresadora CNC de Bancada .................................................................. 7 
Figura 7 - Fresadora Router CNC .................................................................................. 8 
Figura 8 - Fresadora Router CNC de bancada ............................................................... 8 
Figura 9 - Processo de Fresamento ................................................................................ 9 
Figura 10 - Tipos de Fresa ............................................................................................. 9 
Figura 11 - Guia Cilíndrica, Pillow Block e Mancal ................................................... 12 
Figura 12 - Guia Linear Prismática ............................................................................. 13 
Figura 13 - Classificação de Motores Elétricos ........................................................... 15 
Figura 14 - Plataforma de prototipagem Arduino ....................................................... 19 
Figura 15 - Trecho de Código G (G-Code) ................................................................. 22 
Figura 16 – Plano Cartesiano conceitual de uma Máquina CNC ................................ 22 
Figura 17 – Instrução G-Code G28 ............................................................................. 22 
Figura 18 - Instrução G-Code G1X3Y7 ...................................................................... 23 
Figura 19 - Instrução G-Code G1X5Y1 ...................................................................... 23 
Figura 20 - Instrução G-Code G1X8Y4 ...................................................................... 23 
Figura 21 - Tela do bCNC ........................................................................................... 24 
Figura 22 - Estrutura da Máquina Fresadora ............................................................... 25 
Figura 23- Carros deslizantes com rolamentos de esfera radiais ................................. 26 
Figura 24 - Sistema Correia e Polia sincronizadora - Coreia Fixa .............................. 26 
Figura 25 - Conjunto utilizado para o Eixo Z .............................................................. 27 
Figura 26 - Montagem do Eixo Z ................................................................................ 27 
Figura 27 - Eixo Z construído ...................................................................................... 28 
Figura 28 – Montagem - Estrutura da Router .............................................................. 28 
Figura 29 - Detalhe do carro deslizante do Eixo X ..................................................... 29 
Figura 30 - Especificações Motor de passo 23HS5628 ............................................... 29 
Figura 31 - Tupia utilizada como eixo árvore ............................................................. 31 
Figura 32 - Relé de estado sólido ................................................................................ 33 
Figura 33 - Fonte de Alimentação 5V x 3A ................................................................ 34 
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Figura 34 - Raspberry PI V1 A+ ................................................................................. 35 
Figura 35- Diagrama em blocos da Router CNC ........................................................ 36 
Figura 36 - Diagrama de interligação dos componentes ............................................. 37 
Figura 37- Montagem da Unidade de Controle ........................................................... 38 
Figura 38- Conectores externos da unidade de Controle ............................................. 38 
Figura 39 - Detalhe esteira porta cabos ....................................................................... 39 
Figura 40 - Detalhe Interruptor fim de curso eixo Y ................................................... 39 
Figura 41- Detalhe Interruptor fim de curso eixo Z .................................................... 40 
Figura 42 - Filtro de ruídos com opto acopladores ...................................................... 41 
Figura 43 - Sonda de Auto nivelamento ...................................................................... 42 
Figura 44 - Pontos de Sondagem para nivelamento .................................................... 42 
Figura 45 - Máquina Router CNC construída ............................................................. 43 
Figura 46 - Modelo para Usinagem feito no Vetric ASPIRE ...................................... 43 
Figura 47 - Funcionamento da router CNC ................................................................. 44 
Figura 48 - Peças fabricadas na router CNC ............................................................... 44 
Figura 49 – Medida de comprimento - Precisão da router CNC ................................. 45 
Figura 50 - Medida de diâmetro de Corte Circular ..................................................... 45 
 
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LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 - Robôs Industriais ........................................................................................ 11 
Tabela 2 - Gerações Tecnológicas dos Robôs industriais............................................ 11 
Tabela 3 – Conceito de sistema Robótico ou Teleoperado .......................................... 11 
Tabela 4 - Sistemas de Conversão e Transmissão de Movimento ............................... 14 
Tabela 5 - Classificação dos acoplamentos ................................................................. 14 
Tabela 6- Motores utilizados em máquinas Router CNC ............................................ 17 
Tabela 7 – Sensores de fim curso para máquinas CNC Router ................................... 18 
Tabela 8 - Interfaces de potência para máquinas CNC ................................................ 20 
Tabela 9 - Detalhamento de instruções G-Code .......................................................... 24 
Tabela 10 - Cargas dos motores dos eixos X e Y ........................................................ 30 
Tabela 11- Ângulos de Atrito entre fuso e porca ......................................................... 31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 OBJETIVOS ......................................................................................................... 2 
 GERAL ............................................................................................................... 2 
 ESPECÍFICO ...................................................................................................... 2 
 JUSTIFICATIVA ............................................................................................... 2 
 ESTRUTURAÇÃO ............................................................................................ 2 
2 REFERÊNCIAS HISTÓRICAS ......................................................................... 3 
 HISTÓRIA DA MÁQUINA FRESADORA ...................................................... 3 
 AUTOMATIZAÇÃO DAS MÁQUINAS-FERRAMENTA ............................. 4 
 MAQUINAS FRESADORAS - CONTEXTO ATUAL ..................................... 6 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............. 8 
 PROCESSO DE USINAGEM – FRESAMENTO .............................................. 8 
 ROBÔS INDUSTRIAIS ..................................................................................... 9 
 SISTEMA ROBÓTICO DA MÁQUINA ROUTER CNC ............................... 11 
 SISTEMA DE ACIONAMENTO .................................................................... 15 
 SISTEMA ELETRÔNICO – INTERFACE E CONTROLE ............................ 17 
 SOFTWARE ..................................................................................................... 21 
4 PROCESSO DE CONSTRUÇÃO ..................................................................... 25 
 MODELO ESTRUTURAL E SISTEMA MECÂNICO ................................... 25 
 MODELO DO SISTEMA ELETROELETRÔNICO ....................................... 29 
5 TESTES E CONCLUSÃO DO TRABALHO .................................................. 43 
 TESTES ............................................................................................................ 43 
 CONCLUSÃO .................................................................................................. 46 
6 REFERÊNCIAS ................................................................................................. 47 
 
 
 
 
INTRODUÇÃO 
 
As mudanças de comportamento do consumidor mudaram também a forma de 
atuar da indústria tradicional. O advento da internet e das redes sociais e a janela de 
informações que se abriu, moldou um público mais exigente, engajado, imediatista e 
que busca também a qualidade além do menor custo. Na aquisição de qualquer produto 
é imprescindível, à cadeia de produção e fornecimento, que tenha condições de atender 
à exigência desse público, sob o risco de perder espaço para concorrentes melhores 
estruturados. Até mesmo nas relações comerciais “B2B” (Business to Business) há uma 
grande exigência pela qualidade e agilidade na entrega do produto adquirido. No caso 
das pequenas empresas, a aquisição de máquinas que lhes permitam competitividade, 
nesse novo perfil de mercado, na grande maioria dos casos é ainda uma grande barreira 
devido à falta de recursos devido ao seu alto custo de aquisição. 
Com a pretensão de atender a demanda desses pequenos empreendedores, o presente 
trabalho foi desenvolvido de modo a oferecer uma opção de baixo custo de uma 
máquina-ferramenta para automação do processo de usinagem e também por 
instituições de ensino, considerando que alunos/pesquisadores das áreas das 
engenharias, normalmente se veem com a necessidade de usinar materiais para produção 
de seus protótipos. 
O projeto da Fresadora router CNC (Controle Numérico Computadorizado), foi 
idealizado a partir do estudo dos processos de usinagem, do funcionamento dos sistemas 
robóticos e da integração dos sistemas, mecânicos, de acionamento, e de controle, no 
âmbito da Eletrônica, Mecânica, Robótica e computação. Todos os componentes 
escolhidos são acessíveis em relação a custo e disponibilidade. O equipamento é capaz 
de reproduzido em qualquer dimensão bastando aumentar o tamanho da estrutura básica, 
o que permite que seja adequado à disponibilidade de espaço e necessidade operacional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
1 OBJETIVOS 
 
 GERAL 
O objetivo principal deste TCC, é a construção de uma máquina fresadora CNC, 
que se enquadra na categoria dos Robôs cartesianos, com a finalidade de usinagem pelo 
processo de fresamento de materiais leves (Madeiras, Polímeros e algumas Ligas de 
Alumínio), com custo coerente à capacidade/qualidade do equipamento e que permita 
sua replicação. 
Diferentemente de modelos comerciais, o equipamento pode ter dimensões 
customizadas facilitando sua instalação em espaços reduzidos e possibilidade de 
utilização no ambiente acadêmico. 
 
 ESPECÍFICO 
De forma específica o objetivo é elaborar o projeto, construir, registrar os dados 
de construção do equipamento e realizar os testes de funcionamento. 
 
 JUSTIFICATIVA 
O projeto e construção do Robô cartesiano, é o resultado dos conhecimentos 
adquiridos durante o curso de Engenharia Elétrica. São várias as disciplinas aplicadas 
para o desenvolvimento do projeto além de pesquisas adicionais em outros conteúdos 
cuja abordagem acrescenta conhecimentos importantes que fundamentais ao 
desempenho do profissional da engenharia. O aperfeiçoamento de técnicas, a pesquisa 
exploratória e a interdisciplinaridade são fundamentais. 
O projeto finalizado será base para continuidade da pesquisa e desenvolvimento 
de novas tecnologias no ramo da robótica e automação de processos. 
 
 ESTRUTURAÇÃO 
Para estruturação deste trabalho foi realizada pesquisa exploratória em 
bibliografia, artigos técnicos e trabalhos similares, pois de acordo com (Gil, 2008), ...é 
desenvolvida a partir de material já elaborado, constituído principalmente de livros e 
artigos científicos”. O teor do trabalho determinou a necessidade de pesquisa 
amplamente interdisciplinar, abrangendo conteúdos relacionados a Eletrônica, 
Eletricidade, Mecânica, Robótica, Automação e Computação. 
 
3 
 
No capítulo 1 será retratada uma visão geral do projeto e é exposto o motivo da 
de sua concepção, além dos objetivos,da justificativa e sua estruturação. 
O capítulo 2 relata um breve histórico sobre as máquinas-ferramenta da categoria 
das fresadoras e sua evolução, assim como os equipamentos atualmente disponíveis no 
mercado. 
O capítulo 3 descreve a fundamentação teórica sobre materiais e a metodologia 
aplicada ao projeto, com base na pesquisa realizada. 
No capítulo 4 ocorre a definição dos materiais utilizados, e dados sobre o 
processo de construção do protótipo. 
Por fim, no capítulo 5 serão apresentados os testes a conclusão do trabalho. 
 
 
2 REFERÊNCIAS HISTÓRICAS 
 
 HISTÓRIA DA MÁQUINA FRESADORA 
A Máquina Fresadora foi inventada em 1818 pelo Norte Americano Eli Whitney, 
com a finalidade de produzir peças para rifles, para atender a demanda do governo de 
seu país que em razão da guerra civil. 
Sua estrutura básica, era formada por três eixos que permitiam o movimento 
transversal, longitudinal e vertical da peça em processo de fabricação, contra a posição 
da ferramenta de corte. A fresadora de Whitney não era equipada com qualquer tipo 
motor, portanto, o movimento do eixo árvore era realizado através do giro manual de 
um volante que atuava sobre um parafuso com rosca sem fim. As primeiras máquinas 
fresadoras dependiam totalmente da habilidade do operador em manusear os controles 
de movimentação dos eixos para que as peças fabricadas fossem produzidas com as 
medidas desejadas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1 - Fresadora de Eli Whitney (1818) 
Fonte: https://tecmecanico.blogspot.com/2011/10/fresadoras.html 
acessado em 09/09/2021 
https://tecmecanico.blogspot.com/2011/10/fresadoras.html
 
4 
 
 
A partir terceira revolução industrial, houve avanço significativo da engenharia, 
na pesquisa cientifica, com o propósito de aperfeiçoar os processos industriais. Na 
primeira metade do século XX, as máquinas-ferramentas utilizadas nos meios de 
produção se dividiam em duas vertentes: 
• Os equipamentos operados manualmente: Destinados a pequenos volumes de 
produção e possuíam grande flexibilidade; 
• Sistemas automáticos de Produção: Destinados a grandes volumes e sua tecnologia 
era dedicada, ou seja, sua estrutura era construída para fabricar determinado 
formato de peça, o que não permitia flexibilidade. 
. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Com o início segunda guerra mundial, mão-de-obra das indústrias, 
majoritariamente masculina, estava engajada no conflito, que demandava do setor 
industrial insumos para fabricação de aviões e materiais bélicos. A escassez de 
trabalhadores na indústria foi o que incentivou os investimentos nas pesquisas em busca 
da automatização desses processos. 
De acordo com (Cassaniga, 2005), no contexto da Segunda Guerra Mundial a 
Força Aérea Norte Americana, a empresa Parsons Corporation e o MIT Massachusetts 
Institute of Technology se uniram, mais precisamente em 1949, e através de pesquisas 
modificaram uma fresadora de três eixos, quando retiraram os comandos 
convencionais e colocaram comandos numéricos controlados por fita perfurada, além 
de unidades de servomecanismos nos eixos e unidade de processamento de dados. 
 
 AUTOMATIZAÇÃO DAS MÁQUINAS-FERRAMENTA 
Figura 2 - Fresadora Vertical Manual 
Fonte: https://sites.google.com/site/epdprocessos/fresamento 
acesso em 10/09/21 
https://sites.google.com/site/epdprocessos/fresamento
 
5 
 
O primeiro protótipo equipado com o sistema CN (controle numérico), foi 
construído em 1952 no MIT-Massachusetts Institute of Technology nos Estados Unidos 
da América. O sistema foi adaptado em uma fresadora vertical cujos mecanismos foram 
desmontados e reconstruídos, recebendo a adaptação do conjunto de servomecanismos 
que eram controlados a partir de um sistema de leitura de fitas perfuradas. A máquina 
utilizada como protótipo, foi uma fresadora vertical Modelo Cincinati Hydrotel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As fitas perfuradas continham as informações das coordenadas espaciais 
necessárias para a usinagem da peça conforme o projeto. Conforme (Machado, 1986) 
os equipamentos de leitura das fitas perfuradas deveriam: “Receber informações por 
meio de entrada própria, compilar estas informações e transmiti-las em forma de 
comando à máquina operatriz, de modo que esta, sem a intervenção do operador, 
realizasse as operações na sequência programada.” 
Nos anos seguintes, o sistema de Controle Numérico foi empregado em diversos 
projetos destinados a Força Aérea Americana, com construção de 100 (cem) fresadoras 
equipadas com o sistema automatizado que seriam destinadas a construção de 
aeronaves. Entre os anos de 1955 a 1962, foi desenvolvida a primeira aplicação para 
computador para assistir à geração dos programas de Controle Numérico. A aplicação 
foi chamada de APT (Automatically Programmed Tool) e era executada em maquinas 
da IBM® no MIT. Neste período houve a criação da Linguagem G (G-CODE) no MIT, 
que tinha por premissa estabelecer um padrão para os sistemas de Controle Numérico, 
visto que cada fabricante de máquinas havia adotado seu próprio padrão de 
programação. 
Figura 3 - Fresadora Vertical Cincinati Hydrotel com sistema CN 
Fonte: https://chrisandjimcim.com/brief-history-explanation-of-cnc-g-code/ 
Acesso em 09/09/2021 
https://chrisandjimcim.com/brief-history-explanation-of-cnc-g-code/
 
6 
 
No fim da década de 60 e início da década de 70, os Controladores Numéricos 
passaram a receber Microprocessadores e Memória ROM contendo uma programação, 
em opção ao sistema de fitas perfuradas. As pesquisas avançavam em busca de um 
sistema que fosse mais eficiente para a programação dos sistemas CN, e assim, os 
sistemas de Controle Numérico receberam a incorporação de um microcomputador 
dedicado para realizar o comando dos servomecanismos o que ficou conhecido por CNC 
- Controle Numérico Computadorizado. Foi o grande marco tecnológico das máquinas-
ferramenta associado ao uso dos programas CAD, CAM (computer-aided 
manufacturing) e a introdução da Linguagem G-code. 
 
 MAQUINAS FRESADORAS - CONTEXTO ATUAL 
Existem atualmente máquinas fresadoras CNC com 3 ou mais eixos, destinadas 
a fabricação de engrenagens, esculturas e peças com detalhes complexos em sua 
geometria. Existem modelos que importam inúmeros recursos tecnológicos, como troca 
automática de ferramenta de corte, sensores dimensionais, visão computacional, ajuste 
de velocidade de rotação da ferramenta de corte, entre outros. 
As fresadoras de porte industrial têm custo elevado dependendo da configuração. 
A aquisição de equipamentos de médio porte via importação pode ter um custo, junto 
ao fornecedor da ordem de US$100.000,00, excluindo-se as taxas e impostos de 
importação e frete. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
No Brasil, as máquinas-ferramenta com Controle Numérico Computadorizado, 
sempre foram uma realidade distante para as pequenas empresas e desenvolvedores de 
produtos. A necessidade de construção de protótipos, geralmente, encontrava grande 
Figura 4 - Fresadora CNC 5 eixos 
Fonte: https://www.stylecnc.com/5-axis-cnc-machine/5-axis-cnc-router.html 
Acesso em 10/09/2021 
https://www.stylecnc.com/5-axis-cnc-machine/5-axis-cnc-router.html
 
7 
 
dificuldade no acesso aos serviços oferecidos pelas empresas que dispunham de 
recursos para manter esses equipamentos. Normalmente, para que uma peça de 
pequenas dimensões fosse fabricada, havia exigência de uma quantidade mínima, cujo 
custo, tornava inviável o desenvolvimento do projeto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.3.1 Fresadora CNC x Router CNC 
Uma máquina fresadora, prioriza a força de deslocamento em detrimento da 
velocidade em razão do material para usinagem. Portanto são máquinas de construção 
robusta que podem usinar aço e até mesmo titânio para trabalho com materiais mais 
leves. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: https://www.directindustry.com/pt/prod/pietro-carnaghi/product-20660-47858.html 
acessoem 10/09/2021 
 
Figura 5 - Fresadora CNC Tipo Pórtico 
 Figura 6 - Mini Fresadora CNC de Bancada 
fonte: https://www.usinagens.com.br/mini-fresadora-cnc 
Acesso em 09/09/2021 
 
https://www.directindustry.com/pt/prod/pietro-carnaghi/product-20660-47858.html
https://www.usinagens.com.br/mini-fresadora-cnc
 
8 
 
Uma Router CNC, na realidade é uma fresadora com construção menos robusta 
para usinagem de materiais leves como alumínio, madeira e plásticos de engenharia. De 
acordo com (Polastrini, 2016), “sua construção pode priorizar tanto força de 
deslocamento quanto velocidade de deslocamento, variando com a especificação do 
projeto e pretensão de material que a mesma irá usinar.” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA E REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
 PROCESSO DE USINAGEM – FRESAMENTO 
Figura 7 - Fresadora Router CNC 
Fonte: www.rizon.com.br acesso em 10/09/2021 
Figura 8 - Fresadora Router CNC de bancada 
Fonte: www.globalelectronics.com.br 
http://www.rizon.com.br/
 
9 
 
O fresamento é o “processo mecânico de usinagem destinado à obtenção de 
superfícies quaisquer com o auxílio de ferramentas geralmente multicortantes e é um 
procedimento no qual ocorre à remoção do material usinado através do movimento de 
corte circular pela ferramenta e o movimento de avanço é realizado pela peça 
obedecendo uma trajetória qualquer” (Bragagnolo, 2018). 
O movimento de corte no fresamento pode ser tangencial, onde o eixo de rotação 
da fresa avança paralelo à superfície do material usinado ou frontal e, neste caso, o eixo 
de rotação da ferramenta avança perpendicularmente à superfície do material usinado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A ferramenta de corte utilizada recebe o nome de fresa, que geralmente são 
fabricadas com gumes, dentes e ranhuras e realizam a remoção do material da peça 
usinada pela ação denominada de arranque de apara. Existem vários tipos e formatos de 
fresa, e o emprego de cada um desses tipos, permite obter o formato desejado no material 
usinado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ROBÔS INDUSTRIAIS 
Figura 9 - Processo de Fresamento 
Fonte: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php acesso em 08/09/2021 
Figura 10 - Tipos de Fresa 
Fonte: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php acesso em 08/09/2021 
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2036771/mod_resource/content/2/Aula%20Fresamento.pdf
 
10 
 
O mecanismo de uma máquina-ferramenta, tem como base a estrutura de um 
robô industrial. Embora existam opiniões divergentes, sob a alegação de diferenças 
conceituais entre robôs e máquinas-ferramenta CNC, este texto busca contextualizar a 
robótica industrial frente ao escopo deste trabalho. 
O Robô industrial é um manipulador para múltiplos propósitos, programável e 
reprogramável em três ou mais eixos, que pode ser fixo ou móvel para uso em 
aplicações de automação industrial.” (ABNT ISO- 10218.1, 2018). Ainda com base na 
mesma norma, tanto o uso de pinças quanto ferramentas são aplicáveis. A definição de 
robô industrial é perfeitamente aplicável à uma router CNC, que possui pelo menos 3 
eixos, manipula uma ferramenta e é programável e reprogramável. 
As características dos robôs industriais são descritas na tabela a seguir: 
ROBO CILINDRICO: É construído com base 
em uma articulação rotativa e duas articulações 
prismáticas. Sua movimentação consiste em um 
movimento rotacional e dois movimentos 
translacionais. A atuação de seus movimentos 
resulta um volume cilíndrico. 
 
 
ROBÔ S.C.A.R.A: Abreviatura de Selective 
Compliance Assembly Robot Arm é constituído 
por duas articulações rotativas montadas em 
paralelo e uma articulação perpendicular ao 
plano. Seu volume de trabalho tem um formato de 
cilindro, através de um movimento translacional e 
dois movimentos rotacionais. 
 
 
ROBÔ ESFÉRICO: Possui duas articulações 
rotativas e uma articulação prismática. Sua 
movimentação gera um volume esférico. 
 
 
ROBÔ ARTICULADO: Também denominado 
antropomórfico, composto por três articulações 
rotacionais. Uma dessas articulações consiste no 
movimento da base do braço que é ortogonal ao 
movimento das demais articulações que se 
movem simetricamente entre si. O volume de 
trabalho gerado pode assumir formas variadas 
conforme a programação. 
 
ROBÔ PARALELO: Se assemelha a uma 
plataforma apoiada sobre braços articulados 
formando uma cadeia cinemática fechada. O 
movimento dessa plataforma forma um volume 
de trabalho semiesférico. É conhecido também 
por robô Delta. 
 
 
 
11 
 
ROBÔ GANTRY :É também conhecido por ser 
o Robô de Coordenadas Cartesianas. É 
constituído por três articulações prismáticas, 
sendo seus movimentos translacionais. O volume 
de trabalho resultante é um formato retangular. 
 
 
Tabela 1 - Robôs Industriais 
Imagens: (Romano, 2002) Fonte: O autor. 
 
Os robôs industriais são divididos em gerações tecnológicas conforme abaixo: 
Primeira Geração 
• Sequencia Fixa; 
• Incapazes de se desviarem da programação; 
• Qualquer mudança de tarefa requer reprogramação; 
• Ambiente de trabalho deve ser muito bem estruturado; 
Segunda Geração 
• Operam em ambientes parcialmente estruturados; 
• Manipulam peças mesmo fora da posição ideal; 
• Reconhece as peças em meio ao conjunto de várias outras 
peças; 
Terceira Geração 
• Conseguem se conectar com outras máquinas /robôs 
automaticamente; 
• Armazenam dados computacionais; 
• Possuem sistema de inteligência artificial que os 
possibilita a tomar decisões, selecionando e até mesmo 
rejeitando peças 
Tabela 2 - Gerações Tecnológicas dos Robôs industriais 
Fonte: Autor - adaptado de (Romano, 2002) 
 
O grau de envolvimento humano na operação de um sistema robótico, é 
determinado pela complexidade do meio de interação e pelos recursos disponíveis para 
processamento dos dados para execução da tarefa. A seguir a conceituação do 
envolvimento humano na operação com robôs industriais: 
 
SISTEMA ROBÒTICO 
Nos ambientes estruturados os parâmetros operacionais 
podem ser conhecidos e quantificados com a possibilidade de 
se alimentar o sistema de controle com essas informações, o 
que determina a interação mínima do operador. 
SISTEMA TELEOPERADO 
Nos ambientes não estruturados, em decorrência da 
dificuldade em se quantificar determinados parâmetros ou a 
inviabilidade de obtê-los dentro de certas especificações, a 
ação decisória de um operador humano é fundamental para a 
execução da tarefa. 
Tabela 3 – Conceito de sistema Robótico ou Teleoperado 
Fonte: Autor 
 
 
 SISTEMA ROBÓTICO DA MÁQUINA ROUTER CNC 
De acordo com os dados expostos nas tabelas 1,2 e 3, podemos inferir que uma 
Fresadora Router CNC se enquadra Sistema robótico do tipo Gantry (cartesiano) de 
primeira geração. 
 
12 
 
3.3.1 Guias de Movimento 
Para possibilitar a movimentação dos eixos da máquina-ferramenta, serão 
utilizados elementos estruturais que permitem a um componente deslizar ao longo de 
outro, em um padrão dado” (Stoeterau, 2014). 
As guias podem ser classificadas quanto a sua forma em cilíndricas e 
prismáticas. Os elementos que deslizam ao longo da guia, são classificados 
basicamente em deslizantes por atrito ou rolantes. 
 
3.3.1.1 Guia Cilíndrica 
São as formas mais simples, amplamente utilizadas em aplicações que requerem 
posicionamento mecânico de precisão. Um exemplo de utilização de guias cilíndricas é 
o eixo utilizado nas impressoras. Para a utilização das guias cilíndricas são necessários 
elementos dotados de rolamentos de esferas (elemento rolante) ou buchas de liga 
metálica ou de polímeros (elementos deslizantes por atrito). As extremidades das guias 
são apoiadas na estrutura através de componentes denominados “Mancais”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3.1.2 Guia Prismática ou Angular 
São geralmente utilizadas em máquinas em Tornose Fresadoras. Esse tipo de 
guia, normalmente, é utilizado com seu elemento em forma de prisma fixado sobre a 
estrutura da máquina e as partes móveis deslizam sobre a parte fixa. 
 
 
 
 
 
Figura 11 - Guia Cilíndrica, Pillow Block e Mancal 
Fonte: www.rolamentobrasil.com.br acesso 
em 12/09/2021 
Guia Cilíndrica 
“Pillow Block” 
Mancal 
http://www.rolamentobrasil.com.br/
 
13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3.2 Conversão e transmissão de movimento 
Geralmente, nas máquinas do tipo fresadora, são utilizados atuadores de 
movimento rotativo que são utilizados no sistema de posicionamento dos eixos 
cartesianos e, na rotação do eixo árvore. 
No sistema de posicionamento dos eixos cartesianos, normalmente há a de 
conversão de movimento pois os eixos se movem linearmente, enquanto que na rotação 
do eixo árvore, não há necessidade de conversão de movimento. 
Os requisitos dos sistemas de conversão/transmissão de movimentos mais 
empregados nas máquinas Fresadoras Router CNC estão listados a seguir: 
 
 
 
ENGRENAGEM CREMALHEIRA Custo baixo 
Transmite e Converte movimento rotativo para linear Vibrações alto 
 Atrito baixo 
Sincronismo médio 
Transf. De Forças alta 
Facilidade de manutenção média 
Vida útil alta 
CORREIA E POLIA SINCRONIZADORA Custo baixo 
Transmite o movimento rotativo, não faz conversão Vibrações médio 
 Atrito muito baixo 
Sincronismo alto 
Transf. De Forças média 
Facilidade de manutenção média 
Vida útil média 
Figura 12 - Guia Linear Prismática 
Fonte: www.rolamentobrasil.com.br acesso em 12/09/2021 
Roletes (elemento rolante) 
http://www.rolamentobrasil.com.br/
 
14 
 
FUSO TRAPEZOIDAL Custo baixo 
Transmite e Converte movimento rotativo para linear Vibrações média 
 Atrito alto 
Sincronismo baixo 
Transf. De Forças alta 
Facilidade de manutenção média 
Vida útil alta 
FUSO DE ESFERAS RECIRCULANTES Custo médio 
Transmite e Converte movimento rotativo para linear Vibrações baixa 
 
Atrito baixo 
Sincronismo alto 
Transf. De Forças alta 
Facilidade de manutenção média 
Vida útil alta 
Tabela 4 - Sistemas de Conversão e Transmissão de Movimento 
 
3.3.3 Acoplamento 
Para a realização da compensação de possíveis desalinhamentos entre o eixo do 
atuador e do elemento transmissor do movimento, são utilizados os acopladores de 
movimento, que estão classificados a seguir quanto aos seus requisitos: 
ACOPLAMENTOS PERMANENTES 
 
TIPO 
 
CUSTO RIGIDEZ 
ERRO DE 
SEGMENTO 
COMPENSAÇÃO DE 
DESALINHAMENTO 
 
 
 
 
RIGIDO BOM BOM BOM RUIM 
 
FLEXÍVEL MEDIO BOM RAZOAVEL BOM 
 
ATRITO MEDIO RAZOAVEL MEDIO RUIM 
ACOPLAMENTOS POR EMBREAGENS 
 
TIPO 
 
 
CUSTO RIGIDEZ 
ERRO DE 
SEGMENTO 
COMPENSAÇÃO DE 
DESALINHAMENTO 
 
HIDRÁULICO REGULAR MEDIO REGULAR REGULAR 
 
MAGNÉTICO RUIM RAZOAVEL RAZOAVEL MEDIO 
 
POR FORMA MEDIO RAZOAVEL RAZOAVEL MEDIO 
Tabela 5 - Classificação dos acoplamentos 
Fonte: Autor 
 
 
Fonte: O autor, adaptado de (Stoeterau, 2014) 
 
15 
 
 SISTEMA DE ACIONAMENTO 
O sistema de acionamento numa máquina fresadora router CNC consiste em 
atuadores, geralmente motores elétricos que, para movimentação dos eixos, permitem o 
controle de sua posição e para o eixo árvore, que rotaciona a ferramenta de corte, deve 
ter torque necessário para o avanço da ferramenta sobre o material usinado além de 
permitir o controle de sua velocidade de rotação. 
 
3.4.1 Motor elétrico 
De acordo com (Mamede Filho, 2007), os motores elétricos são máquinas que 
convertem energia elétrica em energia mecânica de utilização. São classificados como 
ilustrado na Figura 13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Os tipos de motores elétricos que normalmente são empregados na construção 
de máquinas Fresadoras Router CNC, estão indicados na tabela abaixo: 
 
 
Figura 13 - Classificação de Motores Elétricos 
Fonte: Adaptado de (WEG Motores, 
 
16 
 
Movimentação dos eixos X, Y e Z 
Tipo Descrição 
Motor de Passo Híbrido 
Converte o sinal de controle, em 
forma de pulsos elétricos, 
digitais, em movimentos 
mecânicos angulares discretos, 
no rotor. Esses deslocamentos 
são denominados passos 
Permite controle preciso da 
posição do seu eixo. Portanto é 
possível também obter um 
controle igualmente preciso da 
velocidade e do seu torque. 
Possuem diversos tamanhos e 
capacidades de torque. 
 
Motor Nema 23 
 
 
 
 
 
 
Fonte: hanpose.com 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: http://fpgaparatodos.com.br 
Movimentação eixo árvore 
Motor Monofásico/Trifásico Assíncrono Os motores assíncronos podem 
ser aplicados em áreas em que 
não é exigida alta precisão, não 
são muito indicados para 
sistemas de malha fechada, seu 
controle é feito por variadores de 
frequência, de forma que possam 
ser executadas variações 
continuas de velocidades sem a 
necessidade de caixas de 
redução. (Bragagnolo, 2018). Os 
Spindle são motores destinados a 
maquinas para usinagem e 
podem ser refrigerados a ar ou à 
água e existem modelos de 
potência e torque elevados, 
destinados a máquinas 
industriais e também modelos de 
menor potência podendo equipar 
máquinas router CNC. 
 
 
Spindle 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: kalatec.com 
Fonte: Wikipedia 
Motor “Brushless” Síncrono Constituído de um estator 
formado por enrolamentos, da 
carcaça e um rotor feito de ímãs 
que podem estar em torno do 
estator ou no eixo. O rotor possui 
polos formando pares definidos 
por dois ímãs, que são 
posicionados inversos entre si e 
referentes ao estator. Funciona 
por meio de um controlador 
eletrônico de velocidade (BLDC 
ou ESC Difere do do motor de 
CC convencional, pois a 
converte energia elétrica através 
das forças de atração magnética 
sem uso de escovas. São 
acopladas pinças para fixação de 
ferramenta de corte no eixo do 
motor. 
 
 
Motor Brushless 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: mycncuk.com 
 
Fonte: Wikipedia 
https://hanpose.vi.aliexpress.com/store/1021965
http://fpgaparatodos.com.br/
http://www.kalatec.com/
http://www.mycncuk.com/
 
17 
 
Motor Universal De acordo com (Galvão & 
Martins, 2016), os motores 
universais são semelhantes aos 
motores de corrente contínua 
com escovas, no entanto, no 
estator, em lugar de imãs, são 
utilizados enrolamentos para 
criar os campos magnéticos, 
cujos enrolamentos de campo e 
de armadura estão conectados 
em série. Quando alimentados 
por corrente alternada 
monofásica, a variação do 
sentido da corrente provoca 
variação no campo magnético, 
tanto do rotor quanto do estator. 
As tupias são máquinas 
alternativas na construção de 
uma router CNC considerando 
seu baixo custo em face aos 
motores Spindle. 
Tupia 
 
 
 
 
 
 
Fonte: 
http://conectafg.com.br 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: https://makeagif.com 
Tabela 6- Motores utilizados em máquinas Router CNC 
Fonte: O Autor 
 
 SISTEMA ELETRÔNICO – INTERFACE E CONTROLE 
Para que uma máquina-ferramenta ou qualquer sistema robótico similar, execute 
sua respectiva programação, é necessário que os atuadores sejam controlados e 
monitorados por um conjunto de elementos, relacionados a seguir: 
• Sensores; 
• Unidade de Controle; 
• Unidade de Potência; 
• Softwares 
 
3.5.1 Sensores 
Sensores são dispositivos que reagem a um estímulo químico ou físico, de modo 
específico convertendo para outra grandeza física, geralmente sinais elétricos, 
possibilitando a medição do estado ou intensidade do estímulo. 
Os estímulos físicos que podem ser medidos numa máquina-ferramenta são: 
• Temperatura; 
• Velocidade; 
• Distância; 
• Posição; 
• Limite ou fim de curso; 
Os sensores são classificados em: 
http://conectafg.com.br/tupia-tipos-e-suas-funcionalidades/
https://makeagif.com/
https://pt.wikipedia.org/wiki/Dispositivo
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica
 
18 
 
Passivo – É o sensor que informa o estado da variável do processo de acordo 
com uma situaçãofavorável ou não, previamente estabelecida. Esse tipo de sensor não 
realimenta o processo em tempo real fazendo correções, geralmente interrompe o 
processo assim que é acionado. 
 
Ativo – Os sensores ativos são aqueles que monitoram e realimentam em tempo 
real o sistema de controle ajustando parâmetros durante a execução do processo. 
 
3.5.1.1 Sensores de Fim-de-Curso 
Tem a finalidade de interromper o processo em execução na máquina router 
CNC, no momento que é acionado de modo a preservar a integridade do mecanismo. 
São considerados sensores passivos pois não monitoram uma variável física em tempo 
real. 
Tipo Descrição 
Interruptor eletromecânico 
É acionado no momento em que o eixo chega 
ao seu limite físico na estrutura da máquina 
pressionado a haste do interruptor conectado à 
unidade de controle que, detectando essa 
mudança de estado do interruptor, o processo é 
interrompido. 
 
 
 
 
Fonte: (CAPELLI, 2008) 
 
 
 
 
Fonte:www.eletrogate.com 
Interruptor magnético 
Composto de um imã e um dispositivo 
denominado “reed switch”, que é uma ampola 
de vidro com dois contatos que se fecham 
quando é aproximado um campo magnético. O 
imã é fixado no eixo de modo que quando o 
eixo chega ao limite físico da estrutura o imã se 
aproxima do interruptor e este sinaliza para a 
unidade de controle a mudança de status. 
 
 
 
 
 
Fonte: (CAPELLI, 2008) 
 
 
 
 
 
Fonte:www.eletrogate.com 
Sensor Indutivo É constituído por um indutor conectado a um 
circuito amplificador operacional e detecta a 
aproximação de materiais condutores de 
eletricidade em sua face de detecção. 
Geralmente é fixado o limite da estrutura na 
máquina router de modo que no limite do curso 
do eixo, uma parte metálica se aproxima da 
face de detecção do sensor que por sua vez 
informa, à unidade de controle, a mudança de 
status. 
 
 
 
 
Fonte: (CAPELLI, 2008) 
 
 
 
 
Fonte:www.eletrogate.com 
Tabela 7 – Sensores de fim curso para máquinas CNC Router 
Fonte: O autor 
 
 
19 
 
3.5.2 Unidade de controle 
A unidade de controle é responsável pelo gerenciamento e monitoramento de 
todos os parâmetros operacionais para execução da tarefa requerida. Para a construção 
da router CNC, são utilizados um conjunto de Hardware e Software que realizam a 
interpretação da programação e através do interfaceamento de potência envia as 
informações necessárias para os motores das guias de movimento e do eixo árvore. 
 
3.5.2.1 Unidade de Processamento 
As unidades de controle de máquinas router CNC não circuitos microcontrolados 
destinados a decodificar as instruções do programa de usinagem. A ampla maioria dos 
projetos open source de máquinas CNC, utilizam a plataforma Arduino como unidade 
de processamento. O Arduino consiste em uma placa de prototipagem equipada com 
um microcontrolador Atmel, com terminais por encaixe que facilitam a conexão aos seus 
pinos, possui uma interface de comunicação USB para conexão ao microcomputador. 
Para a programação do microcontrolador da placa Arduino, há a IDE 
Arduino (Integrated Development Environment, ou Ambiente de Desenvolvimento 
Integrado) utilizando a linguagem WIRING baseada em C/C++, onde é possível realizar 
a gravação do código, gerado por essa IDE, diretamente na placa Arduino conectado à 
porta USB do microcomputador. Existem vários módulos com periféricos que podem 
ser acoplados diretamente sobre a placa denominados “Shields”. 
 
 
 
 
 
 
3.5.2.2 Interface de Potência 
O microcontrolador que se encontra na unidade de processamento será 
responsável por enviar os comandos para os motores do mecanismo da router CNC. No 
entanto, os pinos de saída desse microcontrolador não têm capacidade de acionar 
diretamente os motores devido o limite de corrente que este suporta, os pinos de um 
microcontrolador Atmega 328 suporta no máximo 40mA de corrente numa tensão de 
Figura 14 - Plataforma de prototipagem Arduino 
Fonte: www.filipeflop.com 
http://www.filipeflop.com/
 
20 
 
5V, enquanto que os motores de passo responsáveis pelo movimento dos eixos 
trabalham com tensões da ordem de 24V e uma corrente por fase de cerca de 3A. 
É necessário implementar um interfaceamento de potência para que o 
microcontrolador possa controlar esses motores. Essas interfaces funcionam através do 
chaveamento de semicondutores, entre eles, tiristores, transistores de potência e MOS-
FET´s. Para a adequada isolação galvânica entre as unidades de processamento e de 
potência, normalmente o chaveamento dos semicondutores é realizado através de opto-
acopladores, impedindo que ocorra um fluxo de corrente elétrica indesejado entre os 
sistemas. O uso de relés eletromagnéticos também é empregado quando a carga 
controlada não requer precisão e/ou velocidade de comutação, e também provê a devida 
separação entre os circuitos. A seguir as principais interfaces de potência aplicáveis ao 
projeto da Router CNC: 
CNC Shield 
 
 
 
 
 
 
Fonte: O autor 
 A CNC Shield é uma das placas utilizadas como 
módulos que podem ser acoplados ao Arduino Uno ou 
Arduino Mega. É customizada para utilização do 
Arduino com a biblioteca GRBL, suporta 4 drivers do 
tipo A4988 ou DRV8825 e, portanto, é capaz de 
controlar 4 motores de passo. É muito utilizada em 
projetos de impressoras 3D e máquinas CNC de 3 e 4 
eixos. Os drivers que podem ser utilizados nessa placa 
suportam uma corrente máxima de 2,5A e a tensão 
entre 12V e 36V 
 
Driver de Potencia 
Fonte: O autor 
 Realizam o interfaceamento do motor de passo de 
forma individualizada, necessitando de um driver para 
cada motor controlado. São construídos a partir de 
componentes discretos e circuitos integrados. Um 
exemplo é o circuito integrado TB6660 com a função 
específica de realizar a interface de potência de um 
motor de passo. Esses drivers operam em tensões entre 
10V e 45Vdc, e suportam uma corrente máxima de 4A. 
E permite o ajuste em 5 resoluções dos passos do 
motor. 
MACH3 
 
 
 
 
 
 
Fonte: https://www.autocorerobotica.com.br 
 MACH3 é uma interface para motores de passo 
para utilização em máquinas CNC, sua comunicação 
com o computador ocorre através da porta paralela. 
Confunde-se muito a MACH3 como uma unidade de 
controle, mas a interface MACH3 realiza somente 
interfaceamento de um microcomputador, com os 
acionadores não realizando qualquer tipo de 
processamento. No padrão MACH3, todo o 
processamento e controle é realizado no 
microcomputador pelo software que leva o mesmo 
nome. Neste caso o microcomputador é a unidade de 
controle e dispensa o uso de qualquer 
microcontrolador. 
Tabela 8 - Interfaces de potência para máquinas CNC 
Fonte: O autor 
 
https://www.autocorerobotica.com.br/
 
21 
 
 SOFTWARE 
Todo e qualquer sistema robótico e/ou automatizado depende de uma 
programação a depender da complexidade da tarefa a que se destina. No caso de 
Máquinas CNC, por se tratarem de sistemas computadorizados funcionam dependendo 
de um sistema operacional. 
Esses equipamentos são equipados com microprocessadores ou 
microcontroladores, com isso, se torna necessário um software “embarcado”, gravado 
em um chip de memória auxiliar do tipo EPROM (Erasable Programable Read-Only 
Memory) ou EEPROM (Eletrically Erasable Programable Read-Only Memory), ou 
ainda na memória FLASH (um tipo particular de EEPROM com maior velocidade) do 
próprio componente, no caso de microcontroladores. Esse software que executa 
instruções operacionais é denominado firmware. 
 
3.6.1 Grbl 
O GRBL é um firmware desenvolvido para interpretação de instruções do 
Código G (G-code). É otimizado para gravação na memória de microcontroladores 
ATMEL embarcados nas plataformas de prototipagem Arduino. Foi lançado como 
software livre sob a licença GPLv3 e desenvolvido em linguagem de programação C. 
Com o GRBL gravado no Microcontrolador Atmega328, um ArduinoUNO 
reconhecerá as instruções G-GODE, enviadas pelo microcomputador conectado à porta 
USB e, através dos pinos de saída da placa, conectado à uma CNC Shield ou diretamente 
drivers de potência, faz o controle dos atuadores dos Eixos X, Y e Z da máquina CNC. 
Possui ainda a função de comandar o funcionamento e a velocidade do motor do eixo 
árvore e receber as informações dos sensores de fim de curso. 
 
3.6.2 G-CODE 
G-Code, ou Código G, é a denominação para a linguagem de programação 
utilizada para o controle de Máquinas-Ferramentas CNC. Foi criada no laboratório de 
servomecanismos do MIT no final da década de 1950, com o propósito de estabelecer 
um padrão industrial para os sistemas de Comando Numérico. De acordo com 
(Krammer, Proctor, & Messina, 2008), “...a saída do interpretador pode ser utilizada 
para controlar sistemas de usinagem de 3 a 6 eixos. A entrada para o interpretador é o 
código RS274 definido pelo projeto Next Generation Controller NGC.” (traduzido do 
inglês, pelo autor). 
 
22 
 
A principal função do G-code é orientar o posicionamento geométrico dos eixos 
de uma máquina CNC. É uma linguagem muito simples e rudimentar, formada por 
linhas de comando lidos em sequência pelo programa interpretador e executados 
automaticamente, em tempo real e com ótima precisão. 
 
 
 
 
 
Na figura a seguir, temos um plano cartesiano representando a área de trabalho 
de uma máquina CNC. A coordenada em vermelho representa uma posição aleatória da 
ferramenta de corte perpendicular a esse plano. Para exemplificar como o G-code 
executa a movimentação dos eixos, o trecho de código acima será representado 
graficamente pela sequência de figuras. 
 
Y 
 
10 
9 
8 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 
Figura 16 – Plano Cartesiano conceitual de uma Máquina CNC 
 
Y 
 
10 
9 
8 
7 
 
 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 
Figura 17 – Instrução G-Code G28 
Fonte: O autor 
Fonte: O autor 
G28 
G1 X3 Y7 F100 
G1 X5 Y1 F100 
G1 X8 Y4 F100 
Figura 15 - Trecho de Código G (G-Code) 
Fonte: O autor 
 
23 
 
Y 
 
10 
9 
8 
7 
 
 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
 
 
0 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 
Figura 18 - Instrução G-Code G1X3Y7 
 
Y 
 
10 
9 
8 
7 
 
 
 
 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
0 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 
Figura 19 - Instrução G-Code G1X5Y1 
 
Y 
 
10 
9 
8 
7 
 
 
 
 
6 
5 
4 
 
 
3 
2 
1 
0 
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 X 
Figura 20 - Instrução G-Code G1X8Y4 
 
 
 
Na tabela a seguir, são detalhadas as instruções ilustradas pela sequência de 
figuras. 
 
 
Fonte: O autor 
Fonte: O autor 
Fonte: O autor 
 
24 
 
Comando Função DESCRIÇÃO 
G28 “Return to Home” Movimenta os eixos X e Y simultaneamente para 
suas coordenadas iniciais (0,0) 
G1 Movimento Linear Move linearmente os eixos para suas respectivas 
coordenadas informadas 
F100 
“Feed rate” 
definido para 100 
Determina ao comando G1, a taxa de avanço do eixo 
em movimento às coordenadas informadas. O valor 
numérico se refere a (unidade/tempo). Ex. mm/seg. 
X3 Coordenada do 
eixo X 
Indica a coordenada 3, como destino, para 
movimentação do eixo, pelo comando G1 
Y7 Coordenada do 
eixo Y 
Indica a coordenada 7, como destino, para 
movimentação do eixo Y, pelo comando G1 
Tabela 9 - Detalhamento de instruções G-Code 
 
3.6.1 bCNC 
O bCNC é um programa multiplataforma, que pode ser instalado nos sistemas 
operacionais Windows, Linux e MacOs, e funciona como a interface de usuário para 
operação e envio dos programas em G-Code para a máquina CNC pela porta serial ou 
porta USB do Microcomputador. Através desta interface de usuário, é possível 
configurar os parâmetros do GRBL e realizar o auto nivelamento da área de trabalho da 
fresadora CNC, recurso importante que permite compensar os possíveis rebaixos e 
elevações do local onde será apoiada peça que pretende usinar. 
É um software livre sob a licença GPL 2.0. Seu código fonte se encontra em 
https://github.com/vlachoudis/bCNC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Existem outros programas que realizam função semelhante, como o UGS - 
Universal Gcode Sender, Linux CNC entre outros. Porém, dentre estes, o bCNC 
apresenta uma maior quantidade de recursos e facilidades. 
 
Fonte: O autor 
Figura 21 - Tela do bCNC 
Fonte: https://github.com/vlachoudis/bCNC 
https://github.com/vlachoudis/bCNC
 
25 
 
4 PROCESSO DE CONSTRUÇÃO 
 
A rigidez e a estabilidade do conjunto são de fundamental importância para que as 
peças resultantes do processo de usinagem atendam os requisitos necessários. Após a 
consulta a bibliografia e diversos trabalhos e projetos similares, verificou-se que opção 
predominante de materiais para construção da estrutura converge para os de fácil acesso 
e manuseio, no caso cantoneiras de alumínio, barras de alumínio estrutural e até mesmo 
madeira MDF. Embora o MDF seja amplamente aplicado na construção dos mais 
diversos modelos alternativos de máquinas fresadoras Router CNC e impressoras 3D, o 
material é susceptível à deformação por alterações de umidade e temperatura ambiente. 
 
 MODELO ESTRUTURAL E SISTEMA MECÂNICO 
Para a construção da Máquina CNC, após consulta a bibliografia e pesquisa de 
materiais disponíveis, optou-se pelo sistema de guias lineares prismáticas com utilização 
de carros deslizantes com rolamentos radiais de esfera. 
 Os carros deslizantes possuem 6 rolamentos que deslizam nas 4 faces do tubo 
quadrado proporcionado um bom ajuste. Na montagem da estrutura não se verificaram 
folgas, pois os carros possuem um sistema de ajuste da posição dos rolamentos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1100mm 1110mm 
Tubo quadrado de aço carbono 50mm 
Carro deslizante eixo Y 
Figura 22 - Estrutura da Máquina Fresadora 
Fonte: O autor 
 
 
Pórtico do eixo Y 
Carro deslizante eixo X 
Carro deslizante 
eixo Y 
 
26 
 
4.1.1 Guias e movimentação dos Eixos X e Y 
 A estrutura de aço carbono fabricada em uma serralheria e teve acompanhamento 
durante toda a fase de fabricação de modo a se verificar o correto alinhamento das partes 
que foram soldadas. As dimensões externas da estrutura são de 1100mm x 1100mm, o 
que proporcionou uma área interna de 1000mmx1000mm. No entanto, a área útil de 
trabalho, (área onde há alcance da ferramenta de corte) devido ao posicionamento do 
pórtico do eixo Y e posicionamento do eixo Z, resultaram em 880mmx750mm. 
O eixo Y é formado por 2 carros deslizantes e um pórtico que se move 
perpendicularmente ao eixo X cujo movimento é realizado através do carro deslizante 
instalado no pórtico do eixo Y. O conjunto composto pelos Eixos é denominado guia de 
Movimento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Para a movimentação dos eixos X e Y, a opção de menor custo, possibilitando 
alta velocidade e alta precisão é o sistema de correia e polia sincronizadora. São 
possíveis duas configurações para esse sistema, o sistema de motor fixo e o sistema de 
correia fixa. Em decorrência das características do sistema de carros deslizantes 
utilizado neste projeto, a única configuração permitida o sistema de correia fixa, pois o 
carro deslizante possui suportes, onde o motor é instalado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 24 - Sistema Correia e Polia sincronizadora - Coreia Fixa 
Fonte: O autor 
 
 
Figura 23- Carros deslizantescom rolamentos de esfera 
radiais Fonte: FCS Industrial 
 
 
27 
 
4.1.2 Guia e movimentação do eixo Z 
 Para o eixo Z, após avaliação dos sistemas disponíveis, a opção mais adequada 
à premissas do presente trabalho convergiu para o uso do sistema de fuso trapezoidal e 
castanha, por ser uma configuração que apresenta menor custo e alta capacidade de 
transmissão de torque. O Eixo Z é responsável por realizar o movimento ascendente e 
descendente da ferramenta de corte. Esse eixo deve ser capaz de elevar o conjunto eixo 
arvore (motor que rotaciona a ferramenta) que é instalado na vertical. 
 
 
 
 
 
 
 Devido ao baixo custo leveza e característica inoxidável, o bloco do eixo Z foi 
construído a partir de cantoneiras de alumínio de 3” de chapa de espessura de 3mm, 
dispostas de modo a formar uma caixa para acondicionamento dos componentes 
mecânicos. O conjunto foi montado utilizando guias cilíndricas apoiadas em mancais 
de fixação. Os elementos deslizantes escolhidos foram 4 pillow-blocks com rolamentos 
de esfera. O Fuso Trapezoidal está sustentado por 2 mancais de rolamento, e conectado 
ao eixo do atuador através de acoplamento do tipo flexível. O movimento linear do eixo 
Z ocorre pelo movimento da castanha, que é um bloco de alumínio, com uma bucha de 
bronze que contém uma rosca interna e se desloca pela geratriz do fuso, alternando seu 
movimento dependendo do sentido de rotação. Fixado no carro deslizante do eixo X, o 
eixo Z completa o conjunto tridimensional possibilitando o deslocamento espacial nos 
3 eixos individualmente ou simultaneamente. O modelo projetado para o eixo Z permite 
o deslocamento linear de 200mm. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 25 - Conjunto utilizado para o Eixo Z 
Fonte: O autor 
 
 
Figura 26 - Montagem do Eixo Z 
Fonte: O autor 
 
Pillow- Blocks 
Mancal de fixação 
Fuso Trapezoidal 
Mancal de rolamento Castanha 
Acoplador Flexivel 
Motor de Passo 
 
28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Na figura acima, uma visão da estrutura a fresadora com os carros deslizantes 
posicionados nas guias e o eixo Z fixado no carro deslizante do eixo X. Na base da 
estrutura, foi fixada uma chapa de madeira MDF, que servirá de apoio aos materiais que 
serão usinados. 
 
 
 
Figura 27 - Eixo Z construído 
Fonte: O autor 
 
Fonte: O autor 
 
Figura 28 – Montagem - Estrutura da Router 
 
29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 MODELO DO SISTEMA ELETROELETRÔNICO 
Nesta etapa do desenvolvimento serão definidos os motores de passo que serão 
utilizados na construção e todo o sistema de controle da máquina. O Modelo de carro 
deslizante escolhido para a guia de movimento, possui um suporte para motores de passo 
com flange de fixação padrão NEMA 23. 
 
4.2.1 Dimensionamento dos motores de passo e eixo árvore 
Para se determinar o motor de passo em relação a sua capacidade de torque, 
realizou-se uma verificação prévia das cargas que os motores terão que mover. O motor 
utilizado para a base de cálculo é o modelo 23HS5628 do fabricante 
HANPOSE/NEMA23. O Padrão NEMA define o tamanho do flange de fixação do 
motor de passo, no caso NEMA 23 indica que a face fixação do motor possui 2,3 
polegadas (cerca de 58 mm). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 29 - Detalhe do carro deslizante do Eixo X 
Fonte: O autor 
 
Figura 30 - Especificações Motor de passo 23HS5628 
Fonte: O autor 
 
30 
 
De acordo com a estrutura da router CNC, ilustrada na Figura 22 observa-se que 
cada carro deslizante possui seis rolamentos que se deslocam sobre as faces do tubo de 
aço carbono. De acordo com (Andrade-Neto, 2014), “...as únicas forças que atuam no 
corpo que rola sem deslizar sobre uma superfície horizontal, são a força peso e a 
normal, ambas aplicadas no centro de massa do corpo...” e ainda “...o que significa 
que em um plano horizontal a força de atrito (entre o plano e o corpo que rola) é 
nula...”. Com isso, e considerando que o rolamento e a superfície são sólidos, conclui-
se que não há atrito entre os rolamentos do carro deslizante e a superfície do tubo 
quadrado de aço. 
Conforme (Rolamentos-SKF, 2021), para os rolamentos utilizados no carro 
deslizante, cada rolamento oferece uma força de atrito de aproximadamente 0,1kg.cm 
Cada polia lisa, utilizada para manter a correia fixa esticada oferece uma força 
de atrito de aproximadamente 0,04 kg.cm. 
Na tabela a seguir as cargas submetidas aos motores de passo nos eixos X e Y: 
Motor de Passo Eixo X 
Força de atrito dos 6 rolamentos do carro 0,6 kg.cm 
Massa do conjunto do eixo Z 3,0kg 
Força de atrito das 2 polias esticadoras 0,08kg.cm 
Massa do carro deslizante 0,9kg 
Total 4,58kg 
2 Motores de Passo Eixo Y 
Força de atrito dos 12 rolamentos dos 2 carros 1,2 kg.cm 
Massa do conjunto do eixo Z 3,0kg 
Força de atrito das 4 polias esticadoras 0,16 kg.cm 
Massa dos 2 carros deslizantes 1,8kg 
Massa do tubo quadrado do Pórtico 3,5kg 
Total 9,66kg 
Tabela 10 - Cargas dos motores dos eixos X e Y 
Fonte: O autor 
 
 Para o eixo X, o motor previamente determinado possui um torque de 12,8 kg.cm 
(126N.cm) e, considerando que a polia sincronizadora um raio de 1 cm, o motor tem 
torque mais que o suficiente para mover o conjunto. 
 Para o eixo Y embora a carga seja maior, o sistema irá operar com 2 motores, 
um em cada extremidade do pórtico, o que distribui igualmente a carga em ambos, e 
assim o sistema de movimento deste eixo está dimensionado adequadamente. 
 Para o eixo Z, o sistema de transmissão/conversão de movimento é realizado por 
um fuso trapezoidal de 8mm² de diâmetro. Como eixo árvore será utilizada uma 
ferramenta rotativa tipo tupia com potência de 600W x 127Vca. 
 
 
 
 
31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A tupia e os elementos moveis do eixo Z somam uma massa total de 1,4kg e 
assim, foram aplicados cálculos para obtenção dos torques necessários para 
movimentação do eixo. 
Dados necessários: 
T1 = Torque de elevação do conjunto motor do eixo árvore; 
T2 = Torque de abaixamento do conjunto motor do eixo árvore; 
 
Material 
Lubrificação 
Perfil de rosca 
Fuso Porca Quadrada ACME Trapezoidal 
Aço 
Aço Seco 8,8º 9,6º 9,1º 
Aço Lubrificado 6,1º 6,8º 6,3º 
Latão/Bronze 
Seco 11,5º 13º 11,9º 
Lubrificado 6,1º 6,8º 6,3º 
Teflon Seco ou 
Lubrificado 
2,2º 2,3º 2,3º 
Nylon 5,7º 6,6º 5,9º 
Tabela 11- Ângulos de Atrito entre fuso e porca 
Fonte: (Rabinowicz, 2013) 
 
𝑇1 = 𝐹.
𝐷2
2
. tan( 𝜑 + ɑ) 
𝑇2 = 𝐹.
𝐷2
2
. tan( 𝜑 − ɑ) 
Sendo: 
De = Diâmetro externo = 8mm 
Figura 31 - Tupia utilizada como eixo árvore 
Fonte: o autor 
 
 
32 
 
η = Entradas da rosca = 4 
Passo do Fuso de 8mm – P = 1,25mm 
Diâmetro Interno Di = De– (1,22. P) = 8-(1,22.1,25) = 6,47mm 
Diâmetro Primitivo D2= 7,23mm 
F= Força Normal = Massa x Gravidade = 1,4kg . 9,8 = 13,72N 
Ângulo de atrito 𝜑 = 11,9º (tabela) 
Ângulo de hélice ɑ = η.P/π.D2 4 . 12/3,14 . 7,23 = 2,1º 
T1 = 13,72. (7,23/2) . tan(11,9+2,1) = 12,36N 
T2 = 13,72. (7,23/2) . tan(11,9-2,1) = 8,56N 
A especificação do motor atende os requisitos de torque para movimentação do 
conjunto do eixo Z. 
 
4.2.2 Dimensionamento das interfaces de potência e alimentação 
Dada a facilidade de implementação uma placa Arduino NANO com o firmware 
GRBL gravado em sua memória será a unidade de processamento. 
Para a interface de potência, serão utilizados 4 drivers do tipo TB6660, que 
suportam uma corrente de trabalho máxima de 4,5A podendo chegar a 5,0A de corrente 
de pico, trabalhando com tensões entre 12 e 45V, o que atende perfeitamente os 
requisitos do motor escolhido para movimentação do eixo (Figura 30). 
Para dimensionamento da fonte alimentação dos drivers de potência calculou-se 
a potencia dos motores de passo conforme a equação a seguir: 
 
𝑷𝒎𝒂𝒙 = 𝑰𝒎𝒂𝒙 . 𝑽 
Sendo: 
Pmax = Potência máxima do motor em W 
Imax = Corrente máximado Motor por fase 2,8A 
V = Tensão do Motor 24V 
Cada motor de passo, consome 67,2W, e assim, uma potência total de 268,8W. 
Optou-se por uma fonte de alimentação chaveada com tensão de 36V e potência de 
500W, o que atende os requisitos da interface de potência dos motores de passo que 
gerencia a tensão enviada ao motor, garantindo a tensão máxima deste. 
 
33 
 
O motor do eixo árvore, no caso a tupia opera em 127Vca e para seu controle 
será utilizado como interface de potência um relé de estado sólido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O relé de estado sólido funciona através da comutação de tiristores para controle 
da carga. A comutação dos tiristores é feita através de opto-acopladores internos 
provendo adequada isolação galvânica entre o estágio de controle e o estágio de potência 
do circuito. Controla cargas com corrente de 40A em tensões entre 24 e 380VCA. A 
tupia utilizada possui potência de 600W em 127V. 
A corrente requerida pelo motor da Tupia é dada pela fórmula: 
 
𝐼 =
𝑃
𝑉. 𝐶𝑜𝑠∅ 
 
Sendo 
I = Corrente em Ampéres(A) 
P = Potência em Watts (W) = 600W 
V = Tensão em Volts (V) = 127V 
Cos∅ = Fator de Potência = 0,88 (dado obtido do manual do fabricante) 
O fator de potência é um dado que indica o quanto a potência elétrica consumida 
é convertida em trabalho. Ocorre quando conectamos cargas indutivas à rede elétrica e, 
para manutenção do campo magnético, ocorre uma defasagem entre as senoides de 
corrente e tensão. 
A corrente requerida pelo motor da tupia é de 5,36A, e, portanto, o relé de estado 
sólido atende esse requisito com sobra. 
Modelo SSR-40DA 
Tensão de controle 3 a 32VDC 
Corrente de controle 7,5mA 
Método de controle Zero Cross Trigger 
Tensão máxima de saída 24 a 380VAC 
Corrente máxima de saída 40A 
Temperatura de operação -20°C a 80°C 
Figura 32 - Relé de estado sólido 
Fonte: www.baudaeletronica.com 
http://www.baudaeletronica.com/
 
34 
 
Os pinos do microcontrolador Atmega328, existente na placa Arduino Nano, 
conseguem controlar cargas de 40mA com tensão de 5Vcc. A entrada de controle do 
relé de estado sólido, requer uma corrente de 7,5mA em tensões entre 3 e 32Vcc para 
realizar a comutação dos tiristores, portanto, indica compatibilidade do componente 
para controle diretamente pelo microcontrolador. 
Para dimensionamento da fonte de alimentação do Arduino Nano, realizou-se 
uma estimativa de capacidade máxima de corrente em cada um dos 14 pinos de entrada 
e saída, que tem como limite uma corrente de 40mA, obtém-se uma potência máxima 
de 2,8W em 5Vcc. Escolheu-se uma fonte de alimentação de 5Vcc com potência de 
15W. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2.3 Configuração do sistema de controle 
O sistema de controle da router CNC necessita de um microcomputador com o 
software bCNC que funcionará como uma IHM – Interface Homem-máquina, que tem 
como finalidade processar os arquivos G-CODE, realizar configurações de parâmetros 
da máquina e enviar para envio ao Arduino através da porta USB 
De modo a reduzir as dimensões do conjunto e o projeto funcionar independente 
da conexão de um Microcomputador PC, optou-se pela utilização de uma placa 
Raspberry PI em substituição ao Microcomputador. 
 
4.2.3.1 Uso do Raspberry PI como microcomputador 
Raspberry Pi é plataforma de prototipagem do tipo computador de placa única 
de tamanho reduzido , criado e produzido pela Fundação Raspberry Pi no Reino Unido 
e lançado no ano de 2012. Todo o hardware é integrado numa única placa. É um 
computador completo com, memória RAM, interface de vídeo HDMI e portas USB. 
Figura 33 - Fonte de Alimentação 5V x 3A 
Fonte: O autor 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi_Foundation
https://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware
 
35 
 
Nas versões mais atuais é equipado com adaptador de rede Ethernet, Wireless, Bluetooth 
e saída de áudio. Possui “slot” para um cartão de memória micro SD, por onde é 
realizada a carga do sistema operacional Raspberry Pi OS, que é uma variação da 
distribuição Debian do Linux. Possui também uma GPIO com 40 pinos cujos estados 
lógicos podem ser controlados por software, assim como ocorre nos microcontroladores. 
A plataforma Raspberry PI possui várias versões. Utilizou-se na router CNC, , a 
versão 1 A+ com 256mb de memória RAM, microprocessador arquitetura ARM, 
Broadcom BCM2835, e um cartão de memória Micro SD de 16mb classe 10 
configurado com o sistema operacional e o aplicativo bCNC instalado. o Arduino Nano 
foi conectado na porta USB mantendo o sistema autocontido. O Raspberry PI 1 A+ é 
alimentado com 5Vcc e exige uma corrente de cerca de 200ma. Conectou-se à mesma 
fonte alimentação utilizada para o Arduino Nano, por fornecer potência suficiente para 
alimentar ambos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 34 - Raspberry PI V1 A+ 
Fonte: Raspberrypi.org 
 
36 
 
4.2.4 Diagrama em bloco e esquema de ligação 
A configuração escolhida para a montagem da unidade de controle está ilustrada 
no diagrama em blocos a seguir: 
 
 
 
 
 
 
 
O diagrama a seguir ilustra as conexões entre todos os componentes integrantes 
da unidade de controle. Os condutores elétricos foram escolhidos com base em sua 
capacidade de condução de corrente conforme (ABNT - NBR-5410, 2004) em sua 
página 101 tabela 36. Portanto todos os condutores utilizados para a instalação dos 
componentes da máquina terão isolação em PVC e seção mínima de 0,5mm² que suporta 
uma corrente de 9A, pois não há qualquer circuito elétrico na unidade de controle cuja 
corrente seja superior a 3A. Como dispositivo de proteção foi instalado um disjuntor 
termomagnético padrão DIN de 10A, em série com o circuito de alimentação do painel. 
 
 
 
 
 
 
IHM 
Raspberry PI 
Com bCNC 
PROCESSAMENTO 
Arduino Nano com 
firmware GRBL 
INTERFACE DE 
POTÊNCIA 
Drivers dos 
motores de passo 
e eixo-árvore 
SISTEMA 
ROBÓTICO 
Motores de 
passo e motor 
do eixo árvore 
Sensores Fim de 
Curso e sonda de 
nivelamento 
Figura 35- Diagrama em blocos da Router CNC 
Fonte: O autor 
 
37 
 
Figura 36 - Diagrama de interligação dos componentes 
Fonte: O autor 
Arduino 
Raspberry PI 
Fonte 5Vcc - 3A 
Fonte 
36Vcc - 20A 
Motor 
Motor 
Motor 
Motor 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2.5 Montagem da unidade de controle 
Optou-se por uma caixa metálica de painel de comando para montagem da 
unidade de controle da router CNC. A caixa possui uma base para fixação de todos os 
componentes. Na lateral da caixa, foi instalado um conector HDMI, para conexão do 
monitor de vídeo e um HUB USB para permitir a conexão de mídias removíveis e 
teclado para utilização do Raspberry PI e ainda um conector para o cabo de alimentação 
para conexão do conjunto à rede elétrica. 
 
 
 
38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 37- Montagem da Unidade de Controle 
Fonte: O autor 
Conector HDMI 
Portas USB 
Conector do cabo 
de alimentação 
Figura 38- Conectores externos da unidade de Controle 
Fonte: O autor 
 
39 
 
4.2.6 Passagem dos cabos elétricos na estrutura 
O sistema os motores, o motor do eixo árvore e interruptores fim de curso são 
instalados em partes móveis e, com isso, os condutores elétricos foram acondicionados 
em esteiras porta cabo de modo a permitir a sua movimentação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2.7 Posicionamento dos Sensores de fim de curso 
Os sensores de fim de curso são posicionados em ambas extremidades do curso 
dos eixos X e Y de modo a serem acionados sempre que o carro deslizante atinge o 
limite da estrutura da Router, parando o processo de usinagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 39 - Detalhe esteira porta cabos 
Fonte: O autor 
Figura 40 - Detalhe Interruptor fim de curso eixo Y 
Fonte: O autor 
 
40 
 
 O interruptor de fim