Usinagem CNC

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PROCESSOS DE 
FABRICAÇÃO
Roberta Fátima Neumeister 
Usinagem CNC
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Apresentar o histórico das máquinas CNC.
  Descrever o funcionamento, os componentes e os comandos das 
máquinas CNC.
  Analisar o funcionamento, a programação e simulações do sistema 
CAD/CAM.
Introdução
A usinagem com máquinas CNC é muito difundida na indústria, pois 
possibilita a execução de geometrias complexas, que não poderiam ser 
fabricadas na usinagem manual ou que gerariam grandes dificuldades 
na execução. A redução no tempo de usinagem e a manutenção dos 
parâmetros especificados durante as operações também são fatores que 
pesam a favor de sua utilização. Os pontos negativos são a necessidade 
de operadores com maior qualificação e o maior tempo de planejamento 
da peça.
Neste capítulo, você vai estudar os avanços das máquinas de comando 
numérico, desde seu protótipo até os dias atuais. Você vai verificar o 
funcionamento de uma máquina com comando CNC e seus principais 
componentes e vai identificar também as formas de programação e os 
sistemas de manufatura assistida por computador.
Evolução das máquinas com comando numérico 
computadorizado
A usinagem com comando numérico computadorizado (CNC) consiste 
na remoção do material de uma peça utilizando uma máquina controlada 
por comandos numéricos, a partir da automação de máquinas e ferramen-
tas. A usinagem CNC aplica uma etapa intermediária entre o projeto e a 
execução da peça, que é a programação da sequência de comandos que 
permitem à máquina executar o formato desejado. A programação consiste 
em uma série de comandos e valores numéricos que descrevem a peça e 
a sequência de operações que a máquina deve executar, similar ao que o 
operador executa no planejamento da usinagem convencional, conforme 
leciona Silva (2008). 
O CNC facilita a produção de peças, mas exige que o estudo e planejamento 
do processo de fabricação seja executado. Isso faz com que a empresa possua 
maior controle da fabricação, conhecendo os tempos de execução das peças e 
as ferramentas disponíveis e necessárias. Além disso, outras vantagens podem 
ser elencadas, como a redução do tempo na fabricação das peças e o maior 
controle na sequência das operações. 
Há também o maior controle do consumo de ferramentas, pois se trata 
de uma usinagem com esforços e velocidades uniformes, gerando desgastes 
constantes. Também ocorre a redução nos tempos de preparação e na quan-
tidade de itens em estoque, pois esse tipo de usinagem facilita a produção de 
pequenos lotes. Há também redução nos tempos e na frequência de inspeções 
de qualidade.
As máquinas CNC nem sempre apresentaram as características atuais. 
As primeiras máquinas possuíam o controle numérico (NC), que utilizava 
calculadoras de cartões perfurados para localizar os cortes, que eram 
realizados manualmente. A evolução foi o processo de perfuração de fita; 
os orifícios nos cartões passaram a ser interpretados como valores numé-
ricos para que a máquina fosse capaz de realizar cortes automáticos. Os 
sistemas atuais utilizam redes de conexão ou terminais de computadores 
para trabalhar com o programa designado e como interface com as má-
quinas e podem trabalhar com praticamente qualquer tipo de ferramenta 
de usinagem. 
A evolução dos CNCs pode ser dividida em etapas, mas, dependendo 
das características empregadas na classificação, o agrupamento é alterado. 
Fitzpatrick (2013) sugere a divisão da evolução máquina-ferramenta em três 
gerações, considerando a forma como eram usadas na indústria e no ensino. 
A primeira geração é associada ao período de 1940 até 1965, quando 
as máquinas funcionavam como protótipos experimentais, que lentamente 
foram aplicados na indústria. A furadeira por fita perfurada foi uma das mais 
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difundidas da geração. As primeiras fresas com CN foram produzidas nessa 
época. A programação das peças exigia muito tempo e o custo de compra 
dessas máquinas era elevado. Por esse motivo, apenas empresas com produção 
em massa de um item as empregavam, ou em casos em que a produção sem 
o CN era muito difícil. 
A segunda geração inclui o período de 1965 até 1990; foi nesse período 
que as mudanças mais significativas foram observadas nas máquinas de 
comando numérico, dando origem ao CNC. O avanço pode ser atribuído ao 
desenvolvimento dos microprocessadores e computadores, pois facilitaram 
as programações e o acesso à informação. Os programas de computador 
também evoluíram e permitiram a programação de peças mais complexas e 
com utilização de múltiplas ferramentas. As máquinas CNC passaram a ser 
a maioria nas indústrias nessa geração; a linguagem de programação passou 
a ser difundida entre mais operadores e começou a ser ensinada em cursos 
de usinagem. 
As máquinas CNC começaram a apresentar características em função do 
processo de usinagem que executavam, mas com algumas partes comuns. 
Todas apresentam painel de controle com tela, teclado e botões de controle 
e de segurança, conforme mostra a Figura 1a. As máquinas passaram a ter 
suporte para diversas ferramentas (Figura 1b), pois isso reduzia tempos de 
troca — é o chamado magazine de ferramentas.
A evolução tecnológica é uma parcela importante nas evoluções das má-
quinas CNC desde a década de 1980. A melhora da tecnologia aplicada nos 
equipamentos CNC permitiu aumentos de velocidade em torno de 50 vezes; 
a aceleração nos movimentos cresceu cerca de 130 vezes, e as rotações pas-
saram de 2.000 para até 80.000 rpm. Os avanços estão relacionados com 
mecanismos de acionamento do CNC e sistemas de controle mais eficientes, 
que evoluíram com a tecnologia disponível, aplicando guias lineares e fusos 
para as movimentações e os posicionamentos (Figura 1c).
A tecnologia de acionamento e controle também permitiu a movimentação 
dos cabeçotes, e isso ampliou os formatos de peças possíveis de serem usinados. 
As máquinas CNC de cabeçote móvel são versáteis, e algumas possibilitam 
aplicar ferramentas giratórias. Conforme aponta Ferrari (2003), a liberdade 
de mais eixos na movimentação dos cabeçotes permitiu a usinagem de peças 
mais complexas, como pode ser observado na Figura 1d.
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Figura 1. a) Máquina CNC, b) suporte de ferramentas, c) fuso de esferas aplicado no acio-
namento e na movimentação do CNC e d) fresadora com cabeçote móvel usinando bloco 
de motor.
Fonte: a) Moreno Soppelsa/Shutterstock.com; b) Aumm graphixphoto/Shutterstock.com; c) Factory_Easy/
Shutterstock.com; d) Andrey Armyagov/Shutterstock.com.
A terceira geração inicia em 1990 e inclui a atualidade, em que quase 
a totalidade das máquinas utilizadas é CNC. A interface de programação é 
amigável e simplificada, possibilitando a aplicação em todas as peças, incluindo 
superfícies extremamente complexas. A verificação de processos de fabricação 
em ambiente digital também permite maior interação entre a programação das 
peças e sua aplicação posterior. A utilização da manufatura assistida por 
computador (CAM) facilitou o planejamento dos processos e a aplicação do 
CNC no ambiente industrial. 
A partir da década de 1990, a evolução das máquinas e dos sistemas 
produtivos esteve vinculada com a necessidade de melhoria de eficiência na 
produção, mas as características se mantiveram similares. O objetivo atual é 
reduzir o tempo sem remoção de cavaco; então, o foco está em melhorar os 
tempos de troca de peças, o tempo de manutenção, o tempo de configuração 
da máquina, o tempo de troca de ferramentas e os programas ineficientes, 
que geram movimentos desnecessários. Nesses fatores, os estudos aplicando 
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CAM são muito importantes, pois permitem o estudo paralelo à produção 
das peças, podendo ser executados em qualquer computador e enviados para 
a máquina posteriormente. 
Em 1949, a Força Aérea norte-americana observou que uma pequena empresa 
chamada Parsons Corporation, que fabricava hélices e rotores para helicópteros, 
havia experimentado uma forma de controle por números em uma máquina de 
usinagem convencional. A Força Aérea contratou a Parsons e patrocinou os estudos 
e o desenvolvimento do controle numérico. Foram planejadas e executadas as 
adaptações de controle numérico para uma fresadora de três eixos, a Hydrotel. Os 
controles e comandos convencionais foram retirados e substituídos pelo comando 
numérico, dotado de leitora de fita de papel perfurado, unidade de processamento 
de dados e servomecanismos nos eixos. Esse foi o protótipo de uma máquina CN; 
depois desse período, a Força Aérea norte-americana teve um grande desenvolvi-
mento, pois as peças complexas, empregadas na fabricação dos aviões a jato de 
uso militar, passaram a ser produzidas de forma simples e rápida, reduzindo-se os 
prazos de entrega do produto. 
Em 1956, surgiu o trocador automático de ferramentas. Mais tarde, em 1958, os 
equipamentos com controle de posicionamento ponto a ponto e a geração contínua 
de contornos foram melhorados por esse sistema em desenvolvimento. A partir de 
1957, houve, nos Estados Unidos, uma grande corrida na fabricação de máquinas 
comandadas por CN, o que propulsionou a evolução até as máquinas atuais.
Principais características de máquinas CNC
O processo de usinagem CNC apresenta as principais características da usi-
nagem manual, mas exige algumas defi nições claras de posicionamento e 
coordenadas para permitir a programação das peças utilizando o comando 
numérico. A máquina CNC necessita de uma base, em que uma peça de trabalho 
pode ser fi xada; contém eixos pré-defi nidos, ferramentas para execução da 
peça e o programa, que especifi ca a movimentação nos eixos e as ferramentas 
necessárias, conforme apresentado na Figura 2a.
A principal diferença entre a máquina manual e a máquina CNC é a forma 
de movimentação dos eixos, sendo aplicados servomotores e sistemas de 
comando com realimentação, que permitem a verificação da posição real e 
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da posição esperada, o chamado sistema fechado. As máquinas CNC aplicam 
os sistemas de fusos de esferas com esferas recirculantes (Figura 2b), e o 
conjunto comporta-se como um rolamento sem folga, podendo atingir alta 
repetitividade nos movimentos dos carros de movimentação. A qualidade do 
sistema de acionamento do eixo impacta na repetibilidade do eixo, na resolução 
da máquina e na repetibilidade da forma e são os fatores determinantes na 
escolha de uma máquina CNC, conforme aponta Groover (2014).
Figura 2. a) Peça fixada em mesa com possibilidade de giro durante processo de usinagem 
em CNC; b) fusos e servomotores utilizados em acionamentos de máquinas CNC. 
Fonte: a) Andrey Armyagov/Shutterstock.com; b) science photo/Shutterstock.com.
As máquinas CNC podem ser centros de usinagem, tornos CNC, fresadoras, 
entre outros equipamentos. O centro de usinagem é um dos mais comuns, pois 
é multioperacional, então, apresenta maior gama de possibilidade de peças, 
permitindo executar formatos tridimensionais com furações e roscas, bem 
como gerar objetos em formato cilíndricos, retangulares ou qualquer forma 
que possa ser desenhada.
As máquinas CNC geralmente apresentam funcionalidades como a troca 
de ferramentas, com possibilidade de armazenar mais de uma ferramenta 
e exigindo apenas comando de troca, sendo que o tempo de troca entre as 
ferramentas é baixo. Algumas máquinas apresentam duas superfícies de 
trabalho, possibilitando operação contínua, mesmo entre abastecimentos e 
desabastecimentos. As máquinas apresentam comandos e componentes para 
operação em alta velocidade de rotação, mas possuem exatidão elevada de 
parada e posicionamento. Contam também com sistemas de refrigeração 
acionados por comandos. Os dispositivos de segurança também são parte das 
máquinas e apresentam sensores intertravados para evitar acidentes, conforme 
leciona Fitzpatrick (2013).
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O torno CNC também é difundido e apresenta características similares 
ao centro de usinagem, porém limita-se à produção de peças cilíndricas. Um 
torno CNC típico é apresentado na Figura 3a; externamente, observam-se o 
comando numérico com botões para programação e controle na execução, a 
pedaleira aplicada para fixação da peça e a carcaça externa. Há a possibilidade 
de abertura da porta para troca de ferramentas, manutenção, retirada e fixação 
da peça, entre outras funcionalidades. Internamente, observam-se a placa 
com castanhas para fixação da peça, similar ao torno manual, o magazine 
de ferramentas, os barramentos, o sistema de refrigeração, dentre outros 
componentes, conforme mostra a Figura 3b.
Figura 3. Torno CNC a) externo e b) interno. 
Fonte: a) Lisa S./Shutterstock.com; b) Pixel B/Shutterstock.com.
As máquinas CNC normalmente apresentam dois ou três eixos de movi-
mento para que se possa usinar qualquer forma, para atender as necessidades 
e especificações. Certas configurações incluem movimentos de ferramentas 
e mesa, que adicionam eixos às máquinas, podendo chegar a nove eixos. As 
máquinas CNC podem apresentar uma ou várias ferramentas, sendo que 
as máquinas com uma ferramenta podem executar um número menor de 
operações do que as que apresentam mais ferramentas. A quantidade de 
eixos e de ferramentas depende das definições da empresa, pois o custo do 
equipamento aumenta com as funcionalidades adicionais. O benefício de mais 
recursos é permitir a execução de peças complexas em uma única máquina, 
enquanto, para máquinas com uma ferramenta, por exemplo, há necessidade 
de movimentação da peça para a sua finalização. 
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Todas as máquinas CNC são comandadas por um sistema de coordena-
das cartesianas para a elaboração de qualquer perfil geométrico desejado. 
As coordenadas são todos os pontos relacionados com a geometria do 
desenho, que orientam o programador na elaboração dos programas CNC. 
O mais simples de analisar é o sistema de coordenadas do torno CNC, 
pois apresenta normalmente dois eixos. O eixo X é o eixo transversal da 
máquina e está relacionado, no torno CNC, com as coordenadas de diâ-
metro. Nele se aplica o ponto de referência, que coincide com a linha de 
centro do eixo árvore principal da máquina, denominado X0. O eixo Z é o 
eixo longitudinal e é relacionado, no torno CNC, com as coordenadas de 
comprimento da peça. 
O ponto de referência pode ser estabelecido em qualquer lugar, de acordo 
com o programador, dentro da área de trabalho da máquina. O ponto de 
referência deve facilitar a programação e é denominado ponto zero da peça. 
O acionamento do torno mecânico é executado pelo eixo árvore principal, em 
que são estabelecidas rotações e também a fixação das peças usinadas por 
meio de uma placa, sendo muitas vezes chamado de eixo C. Em alguns tornos 
CNC, o eixo árvore possibilita o controle e o posicionamento do eixo por meio 
de coordenadas angulares, conforme aponta Silva (2008).
As máquinas CNC precisam de uma programação para que possam operar, 
e os comandos de programa são os responsáveis pelo controle da máquina, 
informando todas as etapas de fabricação de uma determinada operação 
de uma peça. Uma linha de comando de um programa CNC pode conter 
informações sobre o movimento da ferramenta, o movimento da peça, as 
informações dos parâmetros de corte ou funções auxiliares, como ligar ou 
desligar o refrigerante, acionar o eixo da árvore, etc. Mais de uma técnica 
de programação são empregadas. Astécnicas de programação mudam de 
empresa para empresa, mas, de forma geral, pode-se elencar as principais 
formas, conforme aponta Lynch (1997): programação manual, programação 
de entrada manual e programação via CAD/CAM.
A programação manual consiste na execução do programa para a má-
quina sem aplicar recursos computacionais. As trajetórias, os parâmetros 
de corte e as funções auxiliares são definidas de forma manual pelo pro-
gramador, que documenta as informações em formulários de controle. A 
programação manual é executada para peças de geometria simples e poucas 
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operações e exige a digitação do código e o envio do programa para a 
máquina. A programação manual também pode executar a programação 
manual utilizando o computador e é aplicada em programação de peças 
mais complexas. 
A programação com entrada manual de dados consiste na inserção do 
programa diretamente no comando da máquina, conforme mostra a Figura 4a, 
e permite que os programadores e os operadores gerem alterações no programa. 
É aplicada em empresas menores, que estão iniciando a utilização do CNC 
e não podem contratar um programador. Algumas máquinas CNC permitem 
que o operador usine uma peça manualmente, e a sequência de operações 
executada é gravada em um código, que pode ser usado para a usinagem de 
peças sequenciais. 
A programação usando CAD/CAM é a automatização da programação, 
com um programa sendo gerado por um software de CAM que utiliza o 
desenho como base, gera todos os comandos de programação e grava em um 
arquivo de texto, que é enviado para a máquina, conforme mostra a Figura 4b. 
O programa de CAM exige um desenho bidimensional, para máquinas de 
dois eixos, e tridimensional, para máquinas de três eixos ou mais. Depois de 
importada a peça, deve-se especificar as dimensões brutas do material para a 
peça, as ferramentas disponíveis e os parâmetros limites da máquina que será 
utilizada. O programa, então, gera a programação para usinagem do material 
bruto na peça desejada. Cada programa de CAM apresenta suas peculiaridades 
e pode apresentar funções de otimização. 
Figura 4. a) Programação manual e b) programação com aplicação de software CAD/CAM.
Fonte: a) Dmitry Kalinovsky/Shutterstock.com; b) FERNANDO BLANCO CALZADA/Shutterstock.com.
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A máquina, normalmente, é conectada a um computador por saída se-
rial ou por conexão local, para permitir a transferência dos programas. A 
máquina também possui memória interna, que permite manter programas 
de peças usuais, evitando a necessidade de programação toda vez que deve 
ser executada.
Itens básicos para programação CNC
Para a programação de uma máquina CNC, é necessário executar o planeja-
mento da peça com todos os detalhes, pois iniciar a execução de uma peça 
sem esses cuidados pode gerar erros e danos. A escolha dos eixos, do ponto 
zero da peça, da forma de fi xação e da sequência de operações é essencial, 
conforme leciona Fitzpatrick (2013). 
Todas as máquinas CNC são comandadas por um sistema de coordenadas 
cartesianas para a elaboração de qualquer perfil geométrico; o torno facilita 
o entendimento, pois apresenta dois eixos, X e Z, conforme observa-se na 
Figura 5a. Depois de conhecido o padrão de coordenadas da máquina, deve-
-se definir o ponto zero da peça; é possível trabalhar com várias definições 
de ponto zero em um torno CNC, mas, normalmente, aplica-se o ponto zero 
na face da peça ou no encosto das castanhas. A partir do ponto zero da peça, 
executa-se a programação, que pode ser executada aplicando-se coordenadas 
absolutas ou coordenadas incrementais, sempre levando em conta a operação 
e a ferramenta que deve ser aplicada. As posições são positivas ou negativas, 
em função da coordenada e do ponto zero adotado. 
As coordenadas absolutas são as que se relacionam sempre com o ponto 
de referência, que é o ponto zero da peça, e podem ser chamadas também de 
medidas de referência ou medidas reais. A Figura 5b apresenta um exemplo 
de coordenadas absolutas, em que todas as dimensões são indicadas a partir 
do ponto zero, B.
As coordenadas incrementais aplicam a medida adicional em relação a 
um posicionamento anterior; então, utilizam-se medidas de distância entre dois 
pontos. A Figura 5b apresenta o exemplo de dimensional incremental, sendo 
a cota em função do ponto anterior. A utilização de coordenadas absolutas 
incrementais ou absolutas é definida pelo programador. 
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Figura 5. a) Coordenadas do torno CNC e b) coordenadas incrementais e absolutas.
Fonte: a) Adaptada de Silva (2008); b) Adaptada de Fitzpatrick (2013). 
Depois da definição das posições em que a ferramenta deve estar para que 
gere o perfil necessário, com as posições em X e Z, no caso do torneamento, 
deve-se executar o programa aplicando os parâmetros de corte e a sequência 
de operações. Existe mais de uma forma de compilar um programa para CNC, 
mas o mais aplicado é por código EIA (Associação das Indústrias Eletrônicas) 
ou ISO (Organização Internacional de Normalização), também chamado de 
linguagem G.
A linguagem G foi adotada pelo sistema ISO como um padrão a ser usado 
pelos fabricantes de comandos, com algumas normas rígidas que exigem man-
ter as funções básicas e universais, funções que não podem ser definidas de 
maneiras diferentes e que tenham a mesma finalidade em todos os comandos. 
Fora da lista de comandos da norma, os fabricantes possuem liberdade para 
criação de recursos próprios; essa possibilidade impulsiona a criatividade 
entre os fabricantes — dessa forma, alguns oferecem mais recursos do que 
outros, conforme leciona Silva (2008).
A linguagem de programação é a maneira de se comunicar com a máquina 
por meio de códigos; é a transformação de um desenho ou peça em números e 
letras, que são matemáticas. O programa é caracterizado por uma sequência 
de sentenças que são memorizadas pelo comando e executadas na usinagem 
uma após a outra. O bloco de dados ou as sentenças do programa apresentam 
caracteres que têm o objetivo de informar ao comando as operações que 
devem ser executadas, pois as sequências de caracteres são padronizadas, 
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sendo que cada combinação apresenta uma instrução, conforme pode ser 
observado no Quadro 1.
Fonte: Adaptado de Silva (2008).
Funções preparatórias
Código G Função
G00 Avanço rápido
G01 Interpolação linear
G02 Interpolação circular/interpolação helicoidal (sentido horário)
G03 Interpolação circular/interpolação helicoidal (anti-horário)
G04 Pausa, parada exata
G20 Entrada em polegadas
G21 Entrada em milímetros
G28 Retorno ao ponto de referência
G41 Compensação do raio da ponta da ferramenta
Funções auxiliares
M3 Eixo girando no sentido horário
M4 Eixo girando no sentido anti-horário
M20 Adiciona alimentador de barras
M21 Para alimentador de barras
M49 Troca de barras
N Número sequencial de blocos: N10, N20, N30
Quadro 1. Algumas funções da linguagem ISO para programação CNC
As letras de endereçamento, como G, M, T, F, S e N, são instruções que 
podem executar um movimento ou assumir uma função. O sufixo G representa 
funções preparatórias, como o tipo de coordenadas e a unidade de entrada; o 
sufixo M indica as funções auxiliares; o sufixo T representa números e tempos 
de ferramentas, enquanto F representa a velocidade de avanço, S a velocidade 
de rotação, e N é o número da linha do endereço.
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Existem funções preparatórias de movimento, funções auxiliares, funções 
para troca de ferramenta, indicação de parâmetros de usinagem, etc. Um 
programa apresenta definições iniciais, por exemplo, se a entrada de cotas 
é em polegadas ou em milímetros, se o eixo gira em sentido horário ou anti-
-horário; somente depois disso a sequência de comandos para a operação 
é executada.A Figura 6 apresenta um exemplo de programa para torno CNC; juntamente 
com a peça em coordenadas absolutas, observa-se a definição das funções 
preparatórias, do avanço e das posições da ferramenta. As máquinas CNC 
também apresentam ciclos fixos, como para furação e rosqueamento, os quais 
poupam tempo de programação e evitam erros nas programações.
Figura 6. Exemplo de peça e programa para torno FANUC.
Fonte: Adaptada de Silva (2008).
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FERRARI, A. V. F. A evolução dos tornos automáticos: do came ao CNC. Material Didá-
tico. São Paulo, SP: Ergomat, 2003. E-book. Disponível: em https://edisciplinas.usp.br/
pluginfile.php/1806743/mod_resource/content/1/AF%20Folder%20Evolution%20
Ferrari%201.pdf. Acesso em: 19 mar. 2019.
FITZPATRICK, M. Introdução a usinagem com CNC. Porto Alegre, RS: McGraw-Hill, 2013. 
(Série Tekne).
GROOVER, M. P. Introdução aos processos de fabricação. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2014.
LYNCH, M. The key concepts of CNC: modern machine shop. Cincinati, [s. l.], v. 69, n. 
11, p. 81-144, 1997.
SILVA, S. D. CNC: programação de comandos numéricos computadorizados – tornea-
mento. 8. ed. São José dos Campos, SP: Érica, 2008. 
Leituras recomendadas
GONÇALVES, M. Um estudo sobre implementação de ciclos de usinagem através de pro-
gramação parametrizada em máquinas de comando numérico computadorizado. 2007. 
Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) — Programa de Pós-Graduação 
em Engenharia de Produção, Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, RS, 
2007. Disponível em: https://repositorio.ufsm.br/handle/1/8419. Acesso em: 19 mar. 2019.
SILVA, S. D. Processos de programação, preparação e operação de torno CNC. São José 
dos Campos, SP: Érica, 2015.
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