Processos de Fabricação por Usinagem

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Volta Redonda, 
Janeiro de 2017 
UFF – Universidade Federal Fluminense 
EEIMVR – Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica de Volta 
Redonda 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO SOBRE A PRÁTICA DE LABORATÓRIO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Disciplina: Processos de Fabricação por Usinagem 
Professor: Luciano Pessanha Moreira 
Turma: V2 
Grupo: 1 
Nomes: Caio Costa 
Daniel Gomes 
Felipe Medina 
Gabriel Rodrigues 
 Gabriela Alves 
Hostílio Neto 
 
Sumário 
 
Introdução ........................................................................................................................................1 
Materiais Utilizados .........................................................................................................................2 
Revisão Bibliográfica .......................................................................................................................2 
Metodologia ......................................................................................................................................5 
Discussão e Resultados ....................................................................................................................7 
Conclusão ........................................................................................................................................11 
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Introdução 
 
Os processos de fabricação por usinagem são, em todas as suas formas, importantíssimos para 
a indústria atual, não só na área de Engenharia Mecânica, mas também em diversas outras áreas da 
tecnologia. Embora tipicamente associados a trabalho com metais, também se dá o nome usinagem a 
processos de remoção de materiais envolvendo cerâmicos, plásticos e até madeiras. Define-se o 
termo, basicamente, como o processo de remoção controlada de material a partir de uma peça bruta, 
até que se atinja a forma final. 
Apesar de apresentar algumas desvantagens, como desperdício de material e produtividade 
relativamente baixa em comparação com outros processos de manufatura, os processos de usinagem 
trazem vantagens únicas. Entre elas, incluem-se geometrias complexas, fino acabamento superficial 
e tolerâncias dimensionais muito apertadas, sendo estas vantagens exigências em diversos setores 
especializados da indústria. 
Com o crescente treinamento e novas tecnologias na área de engenharia subtrativa, estações 
de usinagem com Comando Numérico Computadorizado (CNC) se tornaram mais frequentes na 
indústria, ou mesmo necessidade para a manutenção da produtividade. As máquinas CNC facilitam 
a automação e melhoram ainda mais a precisão dimensional, desde que programada corretamente. 
Com softwares CAD e CAM (computer aided design e computer aided manufacturing, 
respectivamente), o planejamento de formatos e velocidades de corte fica facilitada e simulações 
realistas são possíveis, evitando colisões ou falhas de corte durante o processo. 
Mesmo com o aumento da produtividade devido à automação, a aquisição de máquinas-
ferramenta deste tipo é muito cara e requer amplo planejamento. A manutenção e as peças para o 
equipamento são caros e exigem mão-de-obra especializada; porém, à medida que as vantagens 
tipicamente superam em muito as desvantagens, as máquinas CNC encontraram seu espaço 
permanente na tecnologia de manufatura atual, e continuam a evoluir constantemente. 
O objetivo do presente trabalho é caminhar por todo o procedimento típico da usinagem CNC, 
objetivando uma operação de faceamento. Será feito o planejamento da peça (desenho) e escolha de 
fixações, bem como escolha de ferramenta e cálculo de velocidades de corte. Para a utilização da 
máquina, será redigido um programa em código G (linguagem de programação padrão para máquinas 
CNC) e então será relatada a usinagem propriamente dita, principalmente no que diz respeito ao 
acabamento superficial obtido. 
 
2 
 
Materiais utilizados 
- Tarugo de aço temperado revenido 1020; 
- Fresa de topo com pastilha intercambiável com 80mm de diâmetro; 
- Porta Pinça BT40xER-40; 
- Pastilhas intercambiáveis Corokey para aços comuns e aços inoxidáveis; 
- Morsa de bancada. 
 
Revisão Bibliográfica 
 
Usinagem 
 
A usinagem compreende o ato de desbaste mecânico que visa dar forma e/ou um acabamento 
superficial desejado à uma peça, sendo ela metálica ou não. Os processos de usinagem são divididos 
segundo os tipos de ferramentas e de corte, podendo ser, dentre outros: torneamento, fresamento, 
furação, eletroerosão e etc. 
As velocidades do processo de usinagem são divididas em velocidade de corte, de avanço e 
efetivo, conforme pode ser visto na figura 1: 
 
 
Figura 1: Vetores de velocidade em um processo de torneamento. 
 
Para o caso apresentado na figura acima, as fórmulas para o cálculo são as seguintes: 
 
𝑉𝐶 =
𝜋𝑑𝑛
1000
[
𝑚
𝑚𝑖𝑛
] 
 
𝑓 = [
𝑚𝑚
𝑟𝑜𝑡
] 
 
𝑉𝑓 = 𝑓𝑛 [
𝑚𝑚
𝑚𝑖𝑛
] 
 
Onde 𝑉𝐶 é a velocidade de corte, 𝑉𝑓 é a velocidade de avanço e 𝑉𝑒 velocidade efetiva. 
 
3 
 
Torneamento 
 
É um processo que se dá pela usinagem de peças de forma geométrica de revolução, realizados 
em tornos mecânicos. O processo consiste em fixar a peça em um cabeçote de 3 ou 4 castanhas e 
fazê-lo girar, então a ferramenta de corte é aproximada à peça em rotação, retirando material em 
forma de cavaco. Em algumas aplicações a peça pode ser estacionária, fazendo a ferramenta 
rotacionar, gerando o mesmo princípio de usinagem. O torneamento pode ser usado para reduzir o 
diâmetro de uma peça, facear e produzir um furo. 
 
 
Figura 2: Usinagem de um cilindro vazado por torneamento. 
 
Fresamento 
 
Usinagem que se dá pela rotação da ferramenta em torno do seu próprio eixo e pelo avanço 
na peça retirando o material em forma de cavaco. A ferramenta, que se chama fresa, se caracteriza 
por uma série de dentes e gumes dispostos simetricamente em sua forma. Diferente do torneamento 
a peça é mantida parada e a máquina-ferramenta realiza o movimento. 
 
 
Figura 3: Desenho esquemático de fresas e diferentes cortes possíveis. 
 
4 
 
 
Controle Numérico Computadorizado (CNC) 
 
O controle numérico (CN) é um método de controle dos movimentos de máquinas pela 
interpretação direta de instruções codificadas na forma de números e letras. O sistema interpreta os 
dados e gera o sinal de saída que controla os componentes da máquina. O primeiro protótipo de 
máquina CN foi construído no Massachusetts Institute of Technology e utilizava fitas perfuradas para 
entrar com os dados. 
O CNC surgiu com a substituição do controle número que era por hardware para o controle 
por software. Ele é um sistema em que um microcomputador é utilizado para controlar a máquina, 
este microcomputador é parte integrante do equipamento. A usinagem em máquinas CNC comparada 
a convencional apresenta as seguintes vantagens: 
 Flexibilidade de operação, pode-se produzir formas complexas com boa precisão dimensional, 
boa repetibilidade com alta produtividade. 
 Em alguns casos o custo de ferramentas é diminuído, por exemplo, no caso de perfis 
complexos não há necessidade de modelo (gabaritos ou “chapelona”). 
 Calibração da máquina é facilitada pelos dispositivos eletrônicos. 
 Pode-se executar um número maior de operações a cada preparação da máquina (“setup”) e, 
o tempo de “setup” e usinagem é menor. 
 Os programas podem ser preparados rapidamente, podem ser armazenados eletronicamente e 
recuperados rapidamente, não há necessidade de “papelada”. 
 Podem ser utilizados para prototipagem rápida. Não depende de habilidade do operador. 
As desvantagens comparativas do CNC são: maior custo inicial custo e tempo de 
programação, maior custo de manutenção. De um modo geral, a utilização de máquinas CNC 
apresenta um retorno financeiro maior. 
 
Centro de Usinagem 
 
São equipamentos desenvolvidos para usinagem seriada de peças bastante complexas. Eles 
utilizam CNC e maquinários hidráulicos e pneumáticos. Nesses centros normalmente podem ser 
utilizados todos os processos de usinagem padrão, trabalhando com altas velocidades de corte e com 
alta produtividade. 
 
 
Figura 4: Centro de usinagem CNC da EEIMVR. 
5 
 
Metodologia 
 
Inicialmente, ligou-se a chave geral e o compressor da CNC. O compressor foi mantido a 
aproximadamente 80 Psig para que a mesa giratória - ou 4º eixo - pudesse ser movimentada e para 
que a troca e a fixação da ferramenta fossem realizadas. Em seguida, o botão On foi acionado, de 
modo a permitir que a máquina fosse referenciada: posicionou-se a fresa e as pastilhas 
intercambiáveis no Porta Pinça que estava contido no magazine, na posição 24. Para garantir a 
segurança, evitando a movimentação da máquina, o botão de emergência foi mantido acionado 
durante todo o processo. 
Para fixar a peça, optou-se por utilizar a morsa de bancada, pois esta oferecia maior rigidez 
do que o kit de fixação da CNC devido à grande dimensão do tarugo de aço (334,20x44x85 mm). 
Utilizou-se uma das peças do kit de fixação como ressalto por baixo da peça na morsa, para que o 
faceamento pudesse ser feito. Afim de assegurar que o tarugo estivesse na horizontal, um relógio 
comparador foi utilizado. Este funciona através de um sistema magnético que pode ser ativado ou 
desativado através de uma chave (Figura 5) na parte superior. Quanto mais o ponteiro do visor variar, 
mais desnivelada estará a peça. 
 
 
Figura 5: Relógio comparador sendo utilizado no tarugo de aço. 
 
Logo após o ajuste na fixação, posicionou-se a ferramenta através do painel Remoto, que 
possibilitou a movimentação da mesa e da árvore. Como referência para os eixos x e y, foi selecionado 
o canto esquerdo da peça somado ao raio da ferramenta, sendo como positivo y para trás e x para 
direita. A referência para o eixo z foi tomada através de uma folha de papel, cuja espessura desta 
indicaria a altura z inicial, sendo z positivo para baixo. 
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Figura 6: Painel da CNC indicando o posicionamento da peça. 
 
Por último, foram feitos os cálculos da velocidade de avanço da mesa e rotação da ferramenta. 
Com todos os parâmetros definidos, inseriu-se o código da programação formulado no painel 
da máquina, desabilitou-se o painel remoto, virou-se a chave setup, posicionou-se o seletor de 
velocidade em zero e, finalmente, o processo de faceamento foi realizado, reduzindo a altura do 
tarugo em 1mm. 
Para que pudesse ser observado um melhor acabamento superficial, a operação de faceamento 
com redução de 1mm foi repetida, porém com uma rotação maior e uma velocidade de avanço menor. 
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Discussão e Resultados 
 
A peça passou por um processo de faceamento em duas etapas. Cada etapa teve remoção de 
um mm na espessura do material. De acordo com a divisão do monitor, o processo foi dividido nas 
etapas descritas abaixo: 
 
Planejamento 
 
Foi realizada a medição da peça. Com as dimensões inicias e finais é possível e geometria 
final estipulada, é possível verificar a viabilidade da peça. Foi também informado que o material 
usinado era de Aço 1020. 
Comprimento 
(mm) 
Comprimento 
(mm) 
Altura (mm) 
Dimensões iniciais 334 41,2 50,8 
Dimensões após o 
primeiro 
faceamento 
 
334 
 
41,2 
 
49,8 
Dimensões finais 334 41,2 48,8 
Tabela 1: Dimensões da peça trabalhada. 
 
Como só haveria variação apenas na altura da peça, a geometria inicial e final seria igual. A 
partir dessa conclusão, foi verificada a viabilidade da usinagem, pois as dimensões e geometria da 
peça atendiam ao funcionamento da CNC. 
 
Especificações da ferramenta 
 
De acordo com as especificações da ferramenta, foram calculados os parâmetros de trabalho 
da máquina no processo de faceamento. 
 
Dados da pastilha Avanço (𝑓𝑧) = 0,30 mm Velocidade de corte (𝑉𝑐) = 185m/min 
Parâmetros 
calculados 
Velocidade de rotação (n) = 
736,09 RPM 
Velocidade de Avanço (𝑉𝑓)= 
883,308mm/min 
Tabela 2: Parâmetros de corte. 
 
 
Figura 7: Especificações das pastilhas: 345R-1395M-PM 4240, ISO P (aços). 
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Preparação da máquina 
 
Uma vez que todas as informações necessárias para executar o fresamento foram obtidas, foi 
feito o preparo da máquina para que o processo de usinagem pudesse realizado. Assim, seguindo a 
seguinte ordem, foi realizada a terceira etapa: 
 
Fixação da peça 
 
 
Figura 8: Mecanismo de fixação sendo posicionado. 
 
Para garantir o nivelamento da peça, fez-se uso do relógio comparador com medida escalar 
de 0,01mm. Fez-se com que o relógio comparador percorresse toda a extensão da peça, verificando 
assim seu nivelamento. 
 
 
Figura 9: Verificação de nivelamento da peça. 
9 
 
Inserir a ferramenta de corte 
 
Foi inserido o porta-pinça, a fresa de topo e a pastilha que executaria a operação de 
fresamento. 
 
 
Figura 10: Ferramenta de corte utilizada na operação. 
 
Referenciar a máquina 
 
Foi realizado o referenciamento dos eixos da mesa e da mesa giratória, eixos X e Y. Definindo 
assim como seria o movimento da mesa durante o fresamento. 
Após a fixação e a inserção da ferramenta de corte, foi estabelecido o ponto zero da peça 
(PZP). E assim, feito o referenciamento do eixo Z. Para este processo de referenciamento foi feito o 
pre-set da ferramenta para indicar ao equipamento onde seria o PZP, após foi informado ao 
equipamento os dados da geometria da peça. Na sequência foi colocada uma folha sulfite sobre a peça 
e fez-se com que a ferramenta descesse até que a folha fosse rasgada, garantindo assim que a 
ferramenta e a peça estavam o mais próximo possível. 
 
10 
 
Código de programação 
 
Com o referencial estabelecido para a máquina e para a ferramenta, é inserido no painel da 
CNC o código de programação a ser executado. 
O código de programação: 
 
O0019 
N10 G17 G21 G90 G94 
N20 G53 G0 Z0 H0 
N30 T04 
N40 M06 
N50 G54 S736,09 M03 
N60 G00 X-50 Y20,25 
N70Z5 H1 D1 
N80 Z-1 
N90 G01 X382 F883,308 
N100 G00 Z10 
N110 G53 G0 Z0 H0 
N120 M30 
 
Quinta etapa: execução 
 
Tendo sido informado à máquina o código de programação, foi dado início ao processo de 
usinagem 
Para que pudesse ser avaliada como a velocidade de rotação (n) influencia na qualidade 
superficial da peça e na formação do cavaco, n foi modificado, passando de 736,09 para 1000 RPM, 
no código de programação, passando assim a ser: 
 
O0019 
N10 G17 G21 G90 G94 
N20 G53 G0 Z0 H0 
N30 T04 
N40 M06 
N50 G54 S1000 M03 
N55 M08 
N58 G00 X-50 Y20.25 
N60 G43 H1 D1 Z5 
N70 G00 Z-1.5 
N90 G01 X400 F300 
N115 M09 
N125 G53 G0 Z0 H0 
N120 M30 
 
Após corrigir o código na máquina, foi realizado um novo faceamento. 
Ao final dos processos, percebeu-se que para as duas velocidades de rotação foram geradas 
marcas de praia na superfície trabalhada. Isso é devido à baixa velocidade de corte utilizada 
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inicialmente, porém o efeito foi reduzido ao aumentar-se a velocidade para 1000RPM na segunda 
operação. Tal fato demonstra o melhor resultado obtido pelo valor teórico calculado. 
 
Conclusão 
 
A realização do procedimento de usinagem permitiu uma grande experiênciapara os alunos 
envolvidos. Através de um processo de faceamento realizado por uma fresa, observou-se 
detalhadamente toda a metodologia utilizada, desde ferramentas, máquinas, peças, materiais e o 
método de CNC. 
Além da grande experiência prática adquirida ao ver de perto um processo de fabricação por 
usinagem, foi possível utilizar a teoria obtida dentro da sala de aula. Através do conhecimento obtido 
com o professor na sala de aula, foi possível calcular algumas variáveis indispensáveis para a 
usinagem, como, por exemplo, a velocidade de corte que deveria ser empregada. Notou-se a 
importância dos cálculos previamente realizados para planejar uma usinagem eficiente. Acompanhar 
todo o processo de perto foi indispensável para observar os cuidados que devem ser tomados ao operar 
uma máquina de usinagem, observou-se a utilização do fluido no processo, também chamou a atenção 
os vários procedimentos de segurança que estão presentes durante o processo, como, por exemplo, a 
trava de segurança presente na porta da máquina que não permite que ela seja aberta em qualquer 
momento da operação. Durante todo o processo viu-se de perto que algumas distorções podem 
acontecer na peça usinada, como foram vistas as marcas de praia em diferentes velocidades de corte 
que são causadas pela utilização das velocidades de corte e avanço inapropriadas. 
Os processos de fabricação por usinagem são indispensáveis para a indústria, para as 
engenharias e para a tecnologia em geral. O trabalho realizado foi o início da convivência dos alunos 
com este tipo de processamento, que pode ser tão útil e tão eficiente.