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Monografia_Prototipadora_PCI

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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIRADIAL 
 
 
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA 
COM ÊNFASE EM ELETRÔNICA 
 
 
 
LUIZ HENRIQUE NERY 
PLINIO DAMIÃO FERREIRA 
WLADIMIR ANDRÉ DE JESUS 
LEONARDO STEFANI 
 
 
 
PROJETO: 
PROTOTIPADORA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO 
PARA SISTEMAS ELETRÔNICOS 
 
 
 
SÃO PAULO 
2008 
 
 
2
 
 
LUIZ HENRIQUE NERY 
PLINIO DAMIÃO FERREIRA 
WLADIMIR ANDRÉ DE JESUS 
LEONARDO STEFANI 
 
PROTOTIPADORA DE PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO 
PARA SISTEMAS ELETRÔNICOS 
 
 
Trabalho de conclusão do Curso, apresentado 
para obtenção do grau de BACHARELADO no 
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em 
Eletrônica do Centro Universitário Radial, 
UNIRADIAL-SP. 
 
 
Orientador: Prof. Sidney Fernandes da Luz 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O importante não é o objetivo 
e sim a jornada que o levou até lá.” 
Confúncio 
 
 
 
 
4
AGRADECIMENTOS 
A Deus pela graças concedidas no decorrer do trabalho. 
Aos amigos e colegas, pela força, pela motivação e apoio em relação a esta jornada. 
Ao Coordenador do projeto de engenharia, Professor Sidney Fernandes, 
pela sua paciência e dedicação ao trabalho. 
Aos meus pais por me apoiar-me e ao meu amor pelas cobranças. 
A todos que com boa intenção colaboraram para a realização deste trabalho. 
Luiz Henrique Nery 
 
 
Em primeiro lugar ao nosso senhor Jesus Cristo, 
por me dar saúde e entendimento para buscar meus objetivos. 
Aos nossos orientadores Sidney Fernandes e Edison Russo 
por muitas vezes ter dito para buscar informações adicionais para nos orientar. 
Ao corpo docente da faculdade diretamente ou indiretamente 
por muitas vezes me atenderam com satisfação quando fui pedir ajuda. 
Aos colegas de classe e do desenvolvimento do projeto 
por compartilhar comigo seus conhecimentos. 
Aos meus familiares, por muitas vezes que eu não ter 
como participar com eles das suas atividades familiares. 
em especial a minha irmã Ana Lúcia por ter me dado muito apoio em tudo. 
Plínio Damião Ferreira 
 
 
Agradeço a Deus por ter dado saúde e forças para 
superar as dificuldades e me abençoar com a certeza de alcançar meus objetivos. 
Agradeço a todos os professores que se dedicaram ao longo 
desta longa jornada a transmitir-nos o tesouro maior chamado conhecimento. 
Agradeço a diretoria, coordenação e a todos os colaboradores 
da Uniradial pela excelência de seu trabalho. 
Agradeço ao Governo do Estado de São Paulo, ao Projeto Escola da Família 
e a todos os seus integrantes que, além de me possibilitar a 
conclusão de minha graduação, proporcionaram meu crescimento pessoal. 
Agradeço a todos os companheiros de sala e especialmente 
 aos de grupo que se ajudaram mutuamente desde o primeiro ano. 
Agradeço a Empresa em que trabalho pelo apoio e colaboração recebidos. 
Agradeço a meus familiares pela compreensão, paciência, dedicação e credibilidade. 
Wladimir André de Jesus 
 
 
Agradeço a Deus por ser presente em minha vida, 
A minha família por ser minha fonte de inspiração, meu porto seguro, meu apoio, 
 amparo, ajuda, por serem pacientes e, sobre tudo, me amar como sou, 
Aos amigos pela paciência nas minhas faltas e pelo carinho sempre presente nas palavras, 
Aos colegas, que ao longo do curso se tornaram amigos, pela cumplicidade, ajuda e respeito, 
E a todos os professores que acreditaram e compartilharam seus conhecimentos conosco, 
em especial ao Prof. Edison Russo, desde o princípio presente e disposto a ajudar, 
ao Prof. Sidney Fernandes da Luz, por nos guiar nesta etapa final do processo e ao 
Prof. Francisco Manoel Filho, por mostrar onde poderíamos melhorar. 
Leonardo Stefani 
 
 
 
 
5
RESUMO 
 
 
 Desenvolvimento de um equipamento para a confecção de protótipos de Placas 
de Circuito Impresso (PCI) para eletrônica através do processo CNC (Comando Numérico 
Computadorizado). O equipamento deve ser capaz de realizar o desenho na superfíce 
cobreada da placa, retirando áreas indesejadas, realizar os furos para inserção dos 
componentes eletrônicos e efetuar o corte da PCI com formatos diferenciados de acordo com 
necessidades específicas de desenho. Abordará princípios para elaboração de PCI, os 
princípios do CNC, passos para a pesquisa, elementos mecânicos, eletrônicos e o programa 
(software) que gerenciará o equipamento, bem como os custos para desenvolvimento, 
benefícios, técnicas e materiais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6
ABSTRACT 
 
 Development of equipment for manufacturing of prototypes of Printed Circuit 
Boards (PCB) for electronics through the process CNC (Computer Numerical Control). The 
equipment must be able to hold the drawing board charged to the surface, removing unwanted 
areas, make the holes for insertion of leads of electronic components and make the cut of PCB 
with different formats according to the specific needs of design. Discuss principles for 
development of PCB, the principles of CNC, steps for the research, mechanical parts, 
electronics and software to manage the equipment, as well as costs for development, benefits, 
techniques and materials. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7
SUMÁRIO 
 
LISTA DE FIGURAS................................................................................................................... 10 
LISTA DE TABELAS .................................................................................................................. 11 
1 Introdução .............................................................................................................................. 12 
1.1 Razões para o Projeto................................................................................................... 12 
1.2 Objetivos e apresentação do trabalho.......................................................................... 14 
1.3 Princípios Teóricos ....................................................................................................... 15 
1.4 Referência Bibliográfica............................................................................................... 16 
Artigos em Revistas:................................................................................................................. 16 
Livros: ........................................................................................................................................ 16 
Documentos:.............................................................................................................................. 17 
Endereços de pesquisa na Internet: .......................................................................................... 17 
2 TÉCNICAS DE PRODUÇÃO DE PLACAS DE CIRCUITOS IMPRESSOS............... 18 
2.1 O que é uma PCI?......................................................................................................... 18 
2.2 Desenho a mão .............................................................................................................. 19 
2.3 Decalques ...................................................................................................................... 21 
2.4 Processo Térmico.......................................................................................................... 22 
2.5 Processo Fotográfico .................................................................................................... 23 
2.6 Processo Serigráfico .....................................................................................................25 
2.7 Considerações sobre os processos ............................................................................... 27 
3 PRINCÍPIOS E CONCEITOS DE USINAGEM POR CNC............................................. 29 
3.1 Conceitos....................................................................................................................... 29 
3.2 Um pouco de história.................................................................................................... 29 
3.3 Estrutura de códigos do Comando Numérico ............................................................. 31 
3.4 Comando Numérico aplicado a PCIs .......................................................................... 31 
4 ESTRUTURA MECÂNICA DA PROTOTIPADORA ..................................................... 33 
4.1 Conceitos básicos.......................................................................................................... 33 
4.2 Base ............................................................................................................................... 33 
4.3 Estrutura dos eixos........................................................................................................ 34 
4.4 Deslocamentos dos eixos cartesianos.......................................................................... 35 
4.4.1 Guias Lineares .......................................................................................................... 35 
4.4.2 Guias com rolamentos circulares............................................................................. 36 
4.4.3 Rolamentos Lineares ................................................................................................ 38 
4.5 Movimento dos eixos cartesianos................................................................................ 39 
4.5.1 Fusos de Esferas Recirculantes................................................................................ 39 
4.5.2 Movimento por correias ........................................................................................... 40 
4.5.3 Fuso de rosca trapezoidal......................................................................................... 41 
4.6 Motores Elétricos para acionamento dos eixos........................................................... 42 
4.6.1 Motores CC............................................................................................................... 42 
4.6.2 Motores de Passo ...................................................................................................... 45 
4.7 Considerações sobre a mecânica.................................................................................. 47 
5 Circuito Eletrônico ................................................................................................................ 48 
 
 
8
5.1 Componentes principais ............................................................................................... 48 
5.1.1 Microcontrolador x Microprocessador.................................................................... 48 
5.1.2 A escolha do microcontrolador PIC 18F4550-I/P:................................................. 49 
5.1.3 Características do Microcontrolador 18F4550 I/P ................................................. 50 
5.1.3.1 Memória FLASH..................................................................................................... 51 
5.1.3.2 Memória RAM......................................................................................................... 51 
5.1.3.3 Memória EEPROM ................................................................................................. 52 
5.1.3.4 Oscilador Interno.................................................................................................. 52 
5.1.3.5 ULA com multiplicador 8 x 8 bits....................................................................... 52 
5.1.3.6 Pinos disponíveis (34 pinos)................................................................................... 53 
5.1.3.7 Módulo MSSP (Master Synchronous Serial Port) ............................................... 53 
5.1.3.8 Módulo Serial Estendido (USART) ....................................................................... 55 
5.1.3.9 Controlador USB..................................................................................................... 55 
5.2 Mostrador LCD............................................................................................................. 56 
5.3 Teclas de Controle ........................................................................................................ 57 
5.4 Memórias EEPROM externas...................................................................................... 57 
5.5 Porta RS-232 ................................................................................................................. 58 
5.6 Placa de Controle e Comunicação ............................................................................... 58 
5.6.1 Microcontrolador PIC 18F4550............................................................................... 59 
5.6.2 Display LCD e Teclado............................................................................................ 60 
5.6.3 Memória EEPROM I2C ........................................................................................... 60 
5.6.4 Barramento USB....................................................................................................... 61 
5.6.5 Porta RS-232............................................................................................................. 61 
5.6.6 Controle dos Motores de Passo................................................................................ 62 
5.6.7 Sensores de início da mecânica ............................................................................... 62 
5.6.8 Placa Montada........................................................................................................... 62 
5.7 Placa de Potência .......................................................................................................... 63 
5.8 Fonte de alimentação .................................................................................................... 65 
6 SOFTWARE ......................................................................................................................... 66 
6.1 Visão geral da programação......................................................................................... 66 
6.2 O Programa de controle da Prototipadora................................................................... 67 
6.3 Divisão em funções ...................................................................................................... 68 
6.4 Programa Principal ....................................................................................................... 70 
6.5 USB_CDC.C................................................................................................................. 71 
6.6 LCD.C ........................................................................................................................... 71 
6.7 TECLADO.C ................................................................................................................ 72 
6.8 EXT_EEPROM.C......................................................................................................... 72 
6.9 ARQUIVO.C................................................................................................................. 72 
6.10 MOV_MP.C.................................................................................................................. 73 
6.11 INTER.C ....................................................................................................................... 74 
6.12 Sobre o programa..........................................................................................................77 
7 VALIDAÇÃO DO SISTEMA ............................................................................................. 78 
7.1 Pontos e instrumentos para validação.......................................................................... 78 
7.2 Processo de validação................................................................................................... 79 
7.2.1 Folga nas guias com rolamentos lineares................................................................ 79 
7.2.2 Folga nos mancais dos fusos dos eixos................................................................... 80 
7.2.3 Folga nas porcas em PTFE dos fusos dos eixos..................................................... 80 
7.2.4 Alinhamento entre os eixos...................................................................................... 80 
7.2.5 Inclinação dos eixos ................................................................................................. 81 
 
 
9
7.3 Testes Elétricos ............................................................................................................. 81 
7.4 Testes integrando mecânica, eletrônica e software .................................................... 82 
8 CUSTOS PARA REFERÊNCIA ......................................................................................... 84 
9 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 88 
9.1 Avaliação Final............................................................................................................. 88 
9.2 Dificuldades Encontradas............................................................................................. 88 
9.2.1 Estrutura Mecânica ................................................................................................... 88 
9.2.2 Eletrônica .................................................................................................................. 88 
9.2.3 Programa de Controle............................................................................................... 89 
9.3 Sugestões para os próximos trabalhos......................................................................... 90 
9.4 Abrangência das disciplinas estudadas para a execução do projeto.......................... 91 
9.5 Fotos do Projeto ............................................................................................................ 92 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 2. 1 – Placa de circuito impresso...................................................................................... 18 
Figura 2. 2 – Placa pronta com as ilhas dos componentes e trilhas ........................................... 19 
Figura 2. 3 – Caneta para circuito impresso ................................................................................ 19 
Figura 2. 4 – Furador manual e mini furadeira elétrica .............................................................. 21 
Figura 2. 5 – Sensibilizante para PCI e placa pré-sensibilizada................................................. 23 
Figura 2. 6 – Expositora para PCI com emulsão fotossensível .................................................. 24 
Figura 2. 7 – Tela de serigrafia com desenho de PCI ................................................................. 26 
Figura 3. 1 – Fresadora CNC........................................................................................................ 32 
Figura 4. 1 – Base da prototipadora ............................................................................................. 33 
Figura 4. 2 – Parte da estrutura em duralumínio ......................................................................... 35 
Figura 4. 3 – Guias Lineares da empresa RAC ........................................................................... 36 
Figura 4. 4 – Guia com rolamentos circulares............................................................................. 37 
Figura 4. 5 – Rolamento Linear.................................................................................................... 38 
Figura 4. 6 – Rolamentos lineares na estrutura ........................................................................... 39 
Figura 4. 7 – Fuso de esferas recirculantes.................................................................................. 40 
Figura 4. 8 – Movimento linear por correia ................................................................................. 41 
Figura 4. 9 – Fuso e porca de rosca trapezoidal .......................................................................... 41 
Figura 4. 10 – Motor Tipo Corrente Contínua............................................................................. 43 
Figura 4. 11 – Motor CC comercial de pequena potência .......................................................... 44 
Figura 4. 12 – Arranjo interno do motor de passo....................................................................... 45 
Figura 4. 13 – Arranjo magnético de um motor de passo........................................................... 46 
Figura 4. 14 – rotor com maior número de ressaltos................................................................... 47 
Figura 5. 2 – Placa de controle e comunicação montada............................................................ 63 
Figura 5. 3 – esquema eletrônico da placa de potência............................................................... 64 
Figura 5. 4 – Placa de potência montada ..................................................................................... 65 
Figura 6. 1 – Distribuição das bibliotecas em C da prototipadora ............................................. 68 
Figura 6. 2 – Bibliotecas e funções .............................................................................................. 69 
Figura 6. 3 – Fluxograma da função Main()................................................................................ 71 
Figura 6. 4 – função recebe_arq() ................................................................................................ 73 
Figura 6. 5 – fluxograma da função mov_eixos() ....................................................................... 74 
Figura 6. 6 – função exec_arq().................................................................................................... 75 
Figura 7. 1 – Paquímetro Digital Mitutoyo CD-8C .................................................................... 78 
Figura 7. 2 – Relógio Comparador Mitutoyo ID-C112-B .......................................................... 79 
Figura 7. 3 – Multímetro Digital Icel MD-6130.......................................................................... 82 
Figura 8. 1 – CCD2, Bungard ....................................................................................................... 86 
Figura 8. 2 – Profiler, Colinbus.................................................................................................... 86 
Figura 8. 3 – Protomat S42, LKPF............................................................................................... 86 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 2.1 – Quadro Comparativos das técnicas apresentadas .................................................. 27 
Tabela 8.1 – Custo dos equipamentos e tempo gasto.................................................................. 84 
Tabela 8.2 – Custo médio por placa............................................................................................. 84 
Tabela 8.3 – Custos das máquinas................................................................................................ 8712 
1 Introdução 
1.1 Razões para o Projeto 
 A eletrônica nos dias de hoje tem desempenhado um papel fundamental no 
cotidiano das pessoas. Presente em praticamente todos os campos da atuação humana, ela tem 
sido a grande alavanca a impulsionar o mundo para novas descobertas e horizontes, 
possibilitando que as tecnologias se tornem cada vez mais acessíveis, a custos menores e com 
mais qualidade que outras opções antecessoras. 
 Essa reinvenção que a eletrônica tem possibilitado vem em grande parte dos 
processos de miniaturização e integração dos componentes. Os cada vez menores resistores, 
capacitores e outros componentes que compõe os circuitos eletrônicos têm criado produtos 
com tamanhos e recursos até então inimagináveis até mesmo para escritores de ficção 
científica. 
 Mas a grande revolução aconteceu no campo da microeletrônica, criando chips 
com imensas quantidades de componentes trabalhando em conjunto e integrados em uma 
única pastilha de silício. Computadores com grande capacidade de processamento e cálculo 
que à apenas alguns anos atrás ocupavam grandes áreas em prédios comerciais e custavam 
pequenas fortunas hoje ocupam a palma de nossa mão, com inúmeros recursos adicionais e 
menor consumo de energia. 
 Graças a este acontecimento, a eletrônica passou por um processo de 
desmistificação e alcançou pessoas e áreas que nunca antes tinham criado algum objeto ou 
dispositivo utilizando esta tecnologia. 
 Entretanto, mesmo com a integração alcançando tais níveis, há componentes e 
acessórios de um circuito eletrônico que não podem ser integrados à pastilha semicondutora. 
Por exemplo, embora seja possível integrar capacitores no substrato da pastilha 
semicondutora, a capacitância destes podem alcançar apenas alguns nanofarads (nano = 10e-
9, Farad = unidade de medida de capacitância), mas em circuitos de fontes de alimentação são 
utilizados capacitores de alto valor, na ordem de microfarads (micro = 10e-6) ou mesmo 
milifarads (mili = 10e-3) para que a mesma tenha sua correta operação. 
 
 
13 
 Tais componentes, devido a seu tamanho externo, não são passiveis de 
integração na pastilha de silício. Torna-se necessário utilizar um meio de interligar tais 
componentes de tamanho avantajado não somente com o chip, mas também com outros 
componentes essenciais ao funcionamento do sistema eletrônico. 
 Nos primórdios da eletrônica era bastante comum interligar os componentes 
uns nos outros diretamente em seus terminais soldando uns aos outros, formando o circuito 
elétrico. Outra técnica de montagem bastante utilizada antigamente é de Ponte de Terminais, 
onde uma barra de material isolante contendo diversos ilhós e terminais presos eqüidistantes 
entre si possibilita interconexões entre os componentes. Os terminais são soldados nos ilhós 
ou nos terminais, criando as conexões elétricas do circuito. 
 Existem outras técnicas, mas esses métodos, assim como os anteriores, não 
permitem um grande número de componentes em uma mesma estrutura, pois a montagem se 
torna complexa demais e o risco de problemas com interferências elétricas e curtos-circuitos é 
bastante alto. Além disso, os circuitos montados são suscetíveis a interferências 
eletromagnéticas devido ao comprimento dos terminais. 
 Para utilizar um grande número de componentes e interligações, a técnica mais 
utilizada e que apresenta os melhores resultados é a Placa de Circuito Impresso, ou 
simplesmente P.C.I. Formada por um meio isolante, geralmente fenolite para aplicações de 
baixo custo e baixa freqüência, ou fibra de vidro para aplicações com grande número de 
componentes e uma grande gama de freqüências, a P.C.I. ainda recebe uma fina lâmina de 
cobre em uma de suas faces para criar as interligações entre os componentes. 
 De acordo com a quantidade de ligações e componentes, o substrato isolante 
pode receber esta lâmina nas duas faces, ou até mesmo em camadas adicionais, em um 
processo conhecido como multicamadas (do inglês multilayer). Entretanto, devido à lâmina de 
cobre recobrir totalmente o substrato, é necessário remover partes do cobre para que seja 
possível interligar os componentes da forma correta. 
 Atualmente a técnica mais utilizada para a remoção de locais específicos da 
lâmina de cobre é o ataque químico realizado por ácidos corrosivos. Para realizar tal intento, o 
revestimento de cobre tem seus pontos de interconexão (conhecidos como ilhas e trilhas) 
protegidos com tintas e emulsões resistentes a ataques químicos. Áreas não desejadas na 
superfíce cobreada são deixadas em seu estado natural. Desta forma, o ataque do ácido 
 
 
14 
concentra-se apenas nas áreas não protegidas do cobre, retirando os excessos e deixando 
apenas as áreas desejadas. 
 Esta técnica tem uma ampla variação de formas, custos e tempos de produção, 
que serão melhores detalhadas nos capítulos subseqüentes. Entretanto cabe ressaltar que para 
a realização de protótipos de circuitos eletrônicos a complexidade e/ou o custo desta forma de 
realização de PCI por vezes pode tornar-se desagradável ou mesmo inviável a realização do 
mesmo. 
 Uma técnica ainda pouco explorada para a realização de PCI é através da 
utilização de fresadora ferramenteira com Comando Numérico Computadorizado também 
conhecida como Fresadora CNC ou Centro de Usinagem. Seu princípio baseia-se na retirada 
de áreas indesejadas por meio de ferramentas de corte, denominada Fresa. A PCI é fixada na 
mesa móvel da fresadora que, deslocando de acordo com um roteiro pré-estabelecido pelo 
desenho da placa e com a ferramenta acoplada a um mecanismo que a faz girar, retira partes 
da superfíce do cobre deixando apenas as trilhas e ilhas necessárias para o funcionamento do 
circuito. 
 Embora a utilização do processo de usinagem para a confecção de P.C.I. tenha 
vantagens inerentes decorrentes do processo, como será abordado nos capítulos seguintes, o 
custo do equipamento inviabiliza a utilização do mesmo para o pequeno usuário ou 
desenvolvedor de soluções em eletrônica. 
1.2 Objetivos e apresentação do trabalho 
 O projeto abordado neste Trabalho de Conclusão de Curso tem por objetivo 
apresentar uma opção de baixo custo para a realização de P.C.I.s para protótipos e/ou pequena 
quantidades de placas, de forma ecológica, pois não utiliza agentes químicos com risco de 
danos ao meio ambiente; rápida, pois não necessita de diversas etapas de preparação das 
placas e desenhos, necessárias nos processos químicos e sem a intervenção humana constante; 
e adicionais vantajosos como a furação da PCI para a introdução dos terminais dos 
componentes e realização de perfis especiais. 
 
 
15 
 O projeto ainda deve ter custo acessível para os padrões nacionais, de forma 
que possa ser utilizado por diversos públicos, desde desenvolvedores autônomos a empresas 
de eletrônica. 
 No capítulo 2 serão abordadas as formas de produção de PCI por processo 
químico, desde processos artesanais como o desenho manual à caneta até a alguns processos 
industriais. Um quadro comparativo das técnicas será apresentado 
 Uma breve descrição dos princípios de usinagem através de CNC (comando 
numérico computadorizado), bem como o funcionamento básico dos comandos, será 
apresentada no capítulo 3. 
 No capítulo 4 será iniciada a descrição do equipamento desenvolvido. 
Detalharemos as técnicas de construção, a estrutura e os dispositivos mecânicos, materiais 
utilizados e formas alternativas, entre outros. 
 A eletrônica do projeto será abordada no capítulo 5 com o funcionamento dos 
componentes principais, a explanação da arquitetura do sistema, portas de comunicação 
utilizadas, controle e ativação dos motorese eletrônica de potência. 
 O software de controle será descrito no capítulo 6, onde os seus princípios, 
estrutura, rotinas de operação e linguagem de programação, serão abordados apropriadamente. 
 No capítulo 7 o processo de validação do projeto será demonstrado, bem como 
a apresentação dos valores correspondentes. 
 No capítulo 8 serão tratados o custo de construção do projeto e os custos para 
a produção de PCI para os sistemas apresentados, além de um comparativo entre 
equipamentos similares. 
 Por fim, no capítulo 9, as conclusões do projeto, dificuldades para a realização do 
projeto e sugestões de possíveis melhorias para o futuro serão apresentadas. 
1.3 Princípios Teóricos 
 O projeto baseia-se em sistemas já existentes no mercado na área de usinagem 
de peças mecânicas para as mais diversas áreas industriais e em equipamentos disponíveis 
 
 
16 
para preparação das placas de circuitos impresso comerciais em algumas de suas etapas. No 
mercado internacional já há alguns equipamentos com características para a furação e 
preparação da PCI, mas a preços não condizentes com a realidade nacional. 
 Por outro lado, para empresas nacionais que possuem equipamentos capazes de 
realizar o processo de fabricação de PCI por usinagem, o custo de manutenção dos mesmos 
impossibilita uma redução acentuada dos custos proporcionalmente a outras técnicas, pois 
muitos dos componentes que integram o equipamento não são encontrados com facilidade no 
mercado nacional, e, mais grave, alguns deles sequer são fabricados dentro do país. 
 Para criar o presente projeto, uma das premissas mais defendidas pelos autores 
foi de manter o maior número possível de componentes existentes no mercado nacional, de 
forma que o mesmo estivesse acessível a qualquer pessoa interessado em fazê-lo. 
1.4 Referência Bibliográfica 
Artigos em Revistas: 
Krempelsauer, Ernest. Produção de Placas de Circuito Impresso, artigo da Revista Elektor 
66, Edição Brasileira, São Paulo, Editora Bolina, 2007. 
Muller, T. Máquina Furadora para Placas . Artigo da Revista Elektor Nº 5, edição 
brasileira, São Paulo, Editora Ferreira & Bento, 2002. 
Livros: 
Silva, Sidnei Domingues da. CNC – Programação de Comandos Numéricos 
Computadorizados – Fresamento, 5ª Edição, Editora Érica, São Paulo, 2008. 
Williams, Al. Build Your Own Printed Circuit Board - Design to Production - Everything 
You Need to Make Your Own PCBs, 1° edition, Tab Books, 2003. 
Witte, Horst. Máquinas Ferramenta - Elementos Básicos de Máquina e técnicas de 
construção. 1ª edição, Editora Hemus, 1998. 
Campbel, Joe. RS-232 – Técnicas de Interface. 1ª edição, EBRAS editora brasileira, 1986. 
 
 
17 
Belmiro, Arnaldo. Serigrafia-Silk Screen. 2º edição, Editora Ediouro, 1979, SP. 
Documentos: 
Universal Serial Bus Specification (Especificações da porta USB 2.0), documento composto 
pelas empresas Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC e Philips, 
Abril/2000. 
http://www.usb.org/developers/docs/usb_20.zip 
Stepper Motor Basics – Notas de aplicação industrial 
http://www.solarbotics.net/library/pdflib/pdf/motorbas.pdf 
Zeilmann, R. P., Dr. Eng. Mec. Comando Numérico Computadorizado CNC – 
apresentação. 
Endereços de pesquisa na Internet: 
Selfmade Hobby CNC Engraving 
http://engraving.majosoft.com 
Microchip Inc,. – Microcontroladores da família PIC 
www.microchip.com 
International Rectifier – Transistores MOSFET 
www.irf.com 
USB Implementers Forum, Inc – Grupo mantenedor das especificações da porta USB 
www.usb.org 
Wikipedia 
www.wikipedia.org 
Eletrônica.org 
www.eletronica.org 
 
 
18 
2 TÉCNICAS DE PRODUÇÃO DE PLACAS DE 
 CIRCUITOS IMPRESSOS 
 Com o objetivo de apresentar as características do projeto torna-se necessário 
um pequeno estudo sobre as técnicas de produção de PCI. Serão abordadas as técnicas mais 
conhecidas, usadas para a produção de protótipos e/ou pequenas quantidades. 
2.1 O que é uma PCI? 
 PCI é a abreviação para Placa de Circuito Impresso e é constituída de um 
material isolante e um meio condutor. O isolante pode ser fenolite em aplicações de baixo 
custo e baixa freqüência, ou fibra de vidro para aplicações com grande número de 
componentes, interligações e freqüências mais altas. O elemento condutor é uma fina lâmina 
de cobre na superfíce do material isolante para criar as conexões entre os componentes. Na 
figura 2.11 podemos observar como é uma placa virgem, ou seja, sem circuito ou 
interligações. 
 
Figura 2. 1 – Placa de circuito impresso 
 
 De acordo com a quantidade de ligações e componentes, o substrato isolante 
pode receber esta lâmina nas duas faces ou até mesmo em camadas adicionais, em um 
processo conhecido como multicamadas (em inglês multilayer). 
 Inicialmente a lâmina de cobre recobre totalmente o substrato da PCI, fazendo-
se necessário remover partes desta para interligar os componentes de forma a deixar apenas os 
 
 
19 
pontos de interconexão, também conhecidos como ilhas. As ligações entre as ilhas recebem o 
nome trilhas. Na figura 2.2 há uma placa já pronta para visualização. 
 
Figura 2. 2 – Placa pronta com as ilhas dos componentes e trilhas 
 
 O processo de remoção dos locais específicos da lâmina de cobre é um dos 
objetivos deste trabalho e será abordado de forma apropriada na seqüência. 
2.2 Desenho a mão 
 O desenho a mão é uma técnica artesanal de preparação da placa de circuito 
impresso em que o desenho das trilhas é feito com uma caneta contendo tinta resistente à 
corrosão. Para realizar o desenho é possível utilizar alguns acessórios tais como réguas, 
compassos e referências, para facilitar o desenvolvimento e qualidade do desenho. Na figura 
2.3 podemos observar uma caneta deste tipo. 
 
Figura 2. 3 – Caneta para circuito impresso 
 
 
20 
 O processo para produzir uma PCI por esta técnica inicia-se limpando a 
superfíce do cobre com uma palha de aço ou uma lixa de granulometria bem fina, deixando-a 
livre de oxidações e outras impurezas. Logo após é necessário limpar com um produto 
desengordurante para que a tinta tenha total adesão a superfíce, e não venha se destacar 
durante o ataque químico. 
 Uma vez realizada a preparação da superfíce do cobre, o desenho propriamente 
dito pode ter início, usando a caneta com tinta especial e traçando a mão as trilhas e ilhas que 
compõe o desenho da PCI e, opcionalmente, as ferramentas já citadas. 
 Terminado o desenho, é chegado o momento de preparar o banho para o ataque 
químico. Trata-se de processo corrosivo que ataca áreas não desejadas do cobre, utilizando-se 
para tal um ácido de alta capacidade de corrosão do cobre. O ácido mais utilizado para em uso 
na produção artesanal é o cloreto de ferro III, também conhecido como Percloreto de Ferro, 
cuja fórmula molecular é FeCl3. O percloreto de ferro é vendido em pó e, para preparar o 
banho, é necessário diluí-lo em água, utilizando a proporção de 2 partes de água para 1 parte 
de percloreto de ferro em um recipiente não metálico. 
 Após a diluição e o desenho, a placa é colocada dentro do recipiente contendo 
a solução de percloreto de ferro. O período de corrosão ocorre entre 10 e 40 minutos, pois 
depende do tamanho da placa, da qualidade de solução do percloreto e da temperatura do 
banho, entre as possibilidades mais comuns. 
 Finda a corrosão, a PCI é enxaguada em água corrente, seca e limpa com álcool 
ou outro produto de limpeza para remover a tinta das trilhas. Para evitar a oxidação da cobre é 
necessário proteger a superfíce com um verniz próprio, que impede tal ocorrência. 
 Finalizada esta etapa, é preciso proceder à furaçãoda PCI, onde serão inseridos 
os terminais dos componentes. Esta furação pode ser realizada através de um furador manual 
ou de uma mini-furadeira elétrica, que podem ser vistos na figura 2.4. Após a furação a placa 
encontra-se pronta para a montagem do circuito. 
 
 
21 
 
Figura 2. 4 – Furador manual e mini furadeira elétrica 
 O processo de produção da PCI por desenho a mão, como foi possível 
identificar, é bastante trabalhoso, demanda uma quantidade grande de tempo e sua qualidade 
depende totalmente do desenhista. As vantagens se reduzem ao custo ser reduzido em 
comparação a outras técnicas devido a pouca utilização de ferramentas e materiais. 
 Para a realização de protótipos esta técnica tem validade apenas se a 
quantidade de componentes no circuito for pequena e sem circuitos integrados no projeto, 
pois devido aos terminais deste último estarem muito próximos uns do outros o desenho pode 
ficar prejudicado. 
2.3 Decalques 
 Uma variação da técnica de desenho a mão é a utilização de decalques 
transferíveis para realizar o desenho da PCI. O decalque é uma película contendo partes que 
compõe o desenho da PCI, tais como linhas, curvas e ilhas em diversos e espaçamentos. A 
transferência do decalque para a PCI se dá mediante a aplicação de pressão contínua e 
moderada em toda a área do desenho, até que a mesma de deixado a película e esteja fixa na 
superfíce cobreada. 
 Áreas com grande densidade podem ser preenchidas com decalques próprios 
ou com canetas para circuito impresso, já anteriormente mencionado. 
 
 
22 
 A preparação da placa é idêntica ao processo de desenho à mão. Terminado o 
processo de transferência, o processo continua o mesmo para a preparação do banho 
corrosivo, ataque, limpeza, proteção e furação. 
 A vantagem deste processo para obter PCI para protótipos é a qualidade obtida 
com o desenho, já que as formas pré-estabelecidas propiciam este resultado, e um pequeno 
ganho de tempo de realização do mesmo em relação à técnica anterior. 
 Entretanto, esse processo tende a encarecer a obtenção da placa e, atualmente, 
os decalques vêm deixando de ser produzidos, o que dificulta a obtenção dos mesmos. 
2.4 Processo Térmico 
 O processo térmico consiste em imprimir uma folha de papel revestido em uma 
impressora laser ou em uma fotocopiadora, que depois com uma mesa aquecida ou ferro de 
passar roupa é transferido para a superfíce cobreada. Isto é possível porque a tinta usada 
nestas impressoras é formada por um polímero que com a temperatura se funde a superfíce. 
 O processo completo consiste em preparar o desenho à mão em uma folha de 
papel ou no computador, utilizando programa próprio para esta finalidade. Obtido o desenho, 
é necessário imprimir cópia em impressora laser ou fotocopiadora em uma folha de papel 
revestido ou em papel próprio para esta finalidade, conhecido como Easy-Peel. 
 A folha, impressa com o desenho, é fixada a superfíce cobreada da PCI. Com 
um ferro de passar roupas à temperatura média ou uma prensa térmica com temperatura 
adequada, o desenho é transferido para o cobre. O processo requer um pouco de treino até 
identificar o tempo certo para a transferência correta tanto para a o ferro quando para a prensa, 
o que torna o processo um tanto incerto sobre qualidade. 
 Transferido o desenho, retira-se à folha de base e se necessário é realizada 
pequenas correções nas trilhas com a caneta para circuito impresso. Para completar a placa o 
processo segue os mesmos passos das técnicas anteriores, ou seja, preparo do banho, corrosão, 
enxágüe, limpeza, furação, proteção, etc. 
 A vantagem desta técnica é o seu custo reduzido, qualidade aceitável se 
comparado ao desenho manual e menos dispendioso de habilidade que as técnicas anteriores. 
 
 
23 
 Entretanto o tempo necessário para elaboração da mesma e a experiência para 
adequar a quantidade de toner, o tempo de aquecimento e a qualidade incerta, principalmente 
para trilhas mais finas (abaixo de 0,5 mm, muito comuns hoje para componentes SMD), 
podem impossibilitar utilização desta técnica. 
2.5 Processo Fotográfico 
 O Processo fotográfico já uma técnica bem mais elaborada que as técnicas 
artesanais, e por esta razão é muito utilizada na indústria por sua qualidade. Entretanto com o 
aprimoramento da técnica já é possível encontrar no mercado placas pré-sensibilizadas, que 
permitem a utilização imediata, ou emulsões fotográficas em frascos. Na figura 2.5 podemos 
ver alguns dos produtos utilizados para a produção de placas por processo fotográfico. 
 
Figura 2. 5 – Sensibilizante para PCI e placa pré-sensibilizada 
 O processo fotográfico inicia-se com a preparação do desenho da PCI 
manualmente ou no computador através de programa próprio, preferencialmente. Na 
seqüência é gerado um fotolito, que é um filme contendo o desenho da PCI. Existem dois 
tipos de fotolito, o positivo e o negativo. 
 O fotolito positivo é utilizado com emulsões positivas e placas pré-
sensibilizadas positivas. Essa característica vem da forma como o desenho é transferido, onde 
as trilhas são escuras e as áreas a serem removidas deixadas transparentes. Desta forma a 
 
 
24 
emulsão foto-sensível que recebe luz (preferencialmente ultravioleta) perde resistência e 
durante o banho de revelação é removida da placa. 
 Já o fotolito negativo é o contrário do fotolito positivo. Nele as trilhas são 
deixadas transparentes, enquanto as áreas não desejadas são mantidas escuras. Com isto a 
emulsão fotográfica negativa recebe luz nas áreas correspondentes às trilhas e endurecem, 
enquanto as que não recebem luz permanecem sem resistência. 
 Assim como no fotolito positivo, a emulsão negativa também necessita de um 
banho de revelação, que irá remover as áreas não expostas do desenho. 
 Se a placa a ser utilizada for pré-sensibilizada, logo após o desenho já é 
possível proceder a exposição da placa. O fotolito é fixado a superfíce exposta da placa pré-
sensibilizada e colocada em uma máquina expositora no processo industrial, como a da figura 
2.6. 
 
Figura 2. 6 – Expositora para PCI com emulsão fotossensível 
 Para a aplicação em protótipos uma lâmpada fluorescente germicida ou mesmo 
exposição à luz solar também podem ser utilizadas em substituição a máquina, devido às 
mesmas terem grande quantidade de raios ultravioleta e revelação. O tempo de exposição 
varia de equipamento e fonte luminosa, mas oscila entre 2 a 10 minutos. 
 Realizada a exposição, a placa segue para um banho com revelador durante 
aproximadamente 10 minutos para retirar as áreas não expostas da superfíce. O tempo de 
permanência varia em função da solução reveladora e do tempo de exposição. Além disso, 
algumas emulsões do mercado não utilizam o banho e sim uma limpeza da placa com álcool 
 
 
25 
isopropílico. A vantagem é que o álcool é um produto químico com menos riscos à saúde que 
outras soluções reveladoras. 
 Concluída a revelação, a placa é enxugada e está pronta para passar pelos 
outros processos já citados anteriormente, como corrosão, limpeza, proteção, furação, etc. 
 A qualidade deste processo é inigualável relacionada com outras técnicas. 
Permite detalhes diminutos, o que a torna a melhor técnica para PCIs que irão abrigar 
componentes de montagem em superfíce, conhecidos como componentes SMD. Além disso o 
fotolito pode ser aproveitado outras vezes. 
 A principal desvantagem deste processo é custo elevado da emulsão 
fotográfica, o que pode tornar inviável a produção de protótipos com esta técnica, e também 
do próprio fotolito. A nitidez e o contraste adequado do fotolito influencia diretamente aqualidade do resultado final, mas também eleva o custo total. Entretanto hoje já é possível 
conseguir bons fotolitos em impressoras a laser, com contraste e nitidez suficientes para uma 
PCI de qualidade. 
2.6 Processo Serigráfico 
 O processo serigráfico, mais conhecido como silk-screen, é uma técnica de 
impressão em superfíce bastante difundida. Seu uso com equipamentos corretos e tintas 
adequadas possibilita imprimir uma grande gama de materiais, que vão desde camisetas até a 
frascos de óleos automotivos. 
 Por tratar-se de uma superfíce lisa, a placa de circuito impresso permite a 
impressão através do processo de serigrafia de forma bastante tranqüila, possibilitando 
qualidade e volume satisfatórios, embora para protótipos a técnica seja uma tanto quanto 
trabalhosa. 
 O processo serigráfico consiste em uma tela de tecido com trama muito fina 
que é colocada em um bastidor e esticada. Recebe então uma camada de emulsão fotográfica 
própria, que fechará totalmente a trama da tela de forma a criar uma superfíce lisa, onde será 
colocado o fotolito contendo o desenho das trilhas da PCI. O conjunto formado pela tela, 
bastidor e fotolito é colocado em uma fonte de luz ultravioleta, conhecida como expositora, 
onde é presa a vácuo. 
 
 
26 
 Exposta a luz através do fotolito, por um período determinado, a emulsão 
fotográfica contida na tela endurece e se torna resistente ao atrito e a determinados solventes. 
As áreas não expostas, devido a áreas escuras do fotolito, permanecem com pouca resistência 
e finalizado o processo de exposição são removidas durante a limpeza. 
 A tela final fica com o aspecto da presente na figura 2.7, onde é possível que 
notar as áreas sem emulsão permitem a passagem de luz facilmente, enquanto as áreas 
protegidas permanecem revestidas pela emulsão, de cor rosa. 
 
Figura 2. 7 – Tela de serigrafia com desenho de PCI 
 Finalizada a tela, o passo seguinte do processo é a impressão da PCI. Para 
realizar esta tarefa, a tela é presa em um suporte adequado que possibilite o movimento 
basculante da mesma e um local de apoio para o substrato a ser impresso com pontos de 
alinhamento. A placa nova, isenta de gorduras e partículas, é fixada sobre o local 
determinado. Na seqüência a tela já com o desenho é colocada na posição certa do 
alinhamento referenciado, sendo o lado desejado do desenho colocado em contato com a 
superfíce cobreada da placa, ou seja, viro para baixo. A tinta serigráfica própria para meios 
ácidos é despejada em pouca quantidade no lado superior da tela e distribuída com um rodo 
próprio para esta aplicação. 
 Ao distribuir a tinta na tela, a mesma atravessará a áreas abertas da trama onde 
não restou a emulsão fotográfica, imprimindo o desenho na placa. A placa impressa é 
colocada em forno próprio para cura da tinta por um período de até 20 minutos, ou deixada 
 
 
27 
para secar ao ar livre por aproximadamente 3 horas, de acordo com a temperatura ambiente. 
Após essas etapas o processo continua com as outras etapas já vista anteriormente. 
 O processo serigráfico é atualmente a forma mais utilizada para produção 
industrial de placas de circuito impresso devido a repetibilidade e praticidade de produção 
com os equipamentos corretos e relação custo-benefício. Mas para a produção de protótipos 
esta técnica tem alguns inconvenientes, como o tempo gasto e o custo para preparar a tela e os 
equipamentos necessários. 
2.7 Considerações sobre os processos 
 O presente trabalho não tem por objetivo ser um tratado sobre técnicas de 
produção de placa de circuito impresso, mas devido a sua utilização é necessário apresentar 
informações de referência para a avaliação do mesmo. 
 Todas as informações presentes foram pesquisadas em livros, artigos de revista 
e endereços na internet, além da experiência dos próprios autores. Com o objetivo de realizar 
um comparativo mais direto das técnicas apresentadas a tabela 2.1 condensa as etapas de 
produção de forma concisa. 
Técnica Qualidade Tempo Custo por placa Dificuldade 
Desenho Manual 
à Caneta 
Dependente do 
Operador 
Longo Baixo realizar desenhos complexos 
Decalques Muito Boa Longo Relativamente Baixo 
encontrar 
decalques no 
mercado 
Térmica Boa Médio Baixo 
muito treino para 
conseguir boa 
qualidade 
Fotográfica Ótima Médio Alto 
Adquirir emulsão 
fotográfica no 
mercado, custo 
Serigráfico Ótima 
Inicialmente 
Médio/Alto, 
baixo 
Relativamente 
baixo 
Tempo 
necessário, 
equipamento. 
Tabela 2.1 – Quadro Comparativos das técnicas apresentadas 
 
 
28 
 Naturalmente não é possível abranger todos os aspectos que envolvem as 
técnicas abordadas, mas para o estudo de protótipos os tópicos apresentados estabelecem um 
panorama geral de características de cada processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
3 PRINCÍPIOS E CONCEITOS DE USINAGEM POR CNC 
3.1 Conceitos 
 CNC é a sigla para Comando Numérico Computadorizado e refere-se ao 
controle de uma máquina-ferramenta por meio de um programa ou, mais especificamente, um 
arquivo de computador que contém um conjunto de instruções e coordenadas que possibilitam 
a criação de uma peça mecânica. 
 O equipamento CNC foi definido pela Associação das Indústrias Eletrônicas 
(EIA) como “um sistema em que ações são controladas pela introdução direta de dados 
numéricos em algum ponto. O sistema deve automaticamente interpretar pelo menos alguma 
porção destes dados”. Existem outras definições para Controle Numérico, conceituado por 
outros autores, tais como “uso de informações numéricas codificadas no controle automático 
do posicionamento de um equipamento”, mas referem-se ao mesmo sistema. 
3.2 Um pouco de história 
 A aplicação de conceitos de automação para a produção de peças não é nova e 
no século XIV surgem as primeiras tentativas, utilizando-se cilindros com ranhuras para dar 
movimento a figuras ornamentais em relógios de igrejas. 
 Em 1808 o francês Joseph M. Jacquard criou um tear para malharia que por 
meio de pequenas chapas de metal perfuradas de várias formas, poderia ser controlado para 
gerar um desenho. A presença ou ausência dos furos determina a necessidade ou não de ativar 
um ponto gerando, desta forma, o desenho. 
 No ano de 1863 o M. Founeaux desenvolveu o controle automático para 
pianolas. Conforme a passagem de ar podia-se controlar e ativar o mecanismo do teclado e 
assim produzir as melodias. 
 Após isto várias tentativas foram feitas, mas em 1948 o americano John C. 
Parsons desenvolve o método numérico para controle de trajetórias e, aproveitando a 
necessidade de produzir componentes aeronáuticos de formas complexas e com precisão, 
surgiu a idéia de desenvolver uma máquina ferramenta que controlasse o posicionamento de 
 
 
30 
seus eixos (ou fusos) diretamente da saída do computador. Assim, Parsons e o MIT 
(Massachusetts Institute of Technology), propuseram os seguintes tópicos: 
– Usar o computador para calcular o caminho da ferramenta e transpor os dados de 
movimento para cartões perfurados; 
– Acoplar um dispositivo de leitura na máquina-ferramenta para ler os cartões 
perfurados; 
– Desenvolver um sistema de controle que, por meio dos cartões perfurados, forneçam 
dados apropriados para os motores da máquina ferramenta, que estão conectados aos 
fusos que movimenta os eixos das máquinas. 
 Em 1952 a primeira máquina-ferramenta controlada numericamente, do 
fabricante Cincinnati-Hydrotel, foi demonstrada com sucesso no MIT. A unidade de controle 
era constituída de válvulas, controlando três eixos e com dispositivo de leitura de fitaperfurada (código binário). O uso do computador era exigido, principalmente, devido às 
complexas trajetórias da ferramenta de corte. 
 A partir de 1957 a Força Aérea Americana começa a utilizar as máquinas de 
comando numérico. A Associação da Indústria Aeronáutica e o MIT entram em acordo para o 
desenvolvimento da tecnologia. Em 1960 até 1970 ocorre uma ampla aplicação das máquinas 
NC nas indústrias de manufatura. 
 Com a microeletrônica tornando os componentes cada vez mais acessíveis e 
cada vez menores, os microprocessadores começam a ser empregados no desenvolvimento 
dos controles numéricos computadores, diretamente acoplados às máquinas. O surgimento 
dos sistemas de CAD (Computer Aided Design, desenvolvimento assistido por computador) 
tornam os sistemas CAM (Computer Aided Manufacturingn, manufatura assistida por 
computador) mais poderosos. Mais tarde surgem os sistemas FMS (Flexible Manufacturing 
System, Sistema Flexível de Manufatura), com a utilização de máquinas CNC. 
 Atualmente os sistemas CAD/CAM e equipamentos CNC são utilizados em 
outras indústrias como a injeção de plásticos, indústria de mobiliários e produção de sistemas 
eletrônicos. Outros pontos que merecem destaque são a pouca intervenção humana, a conexão 
de diversos equipamentos em uma rede de operações, tanto para o envio dos arquivos de 
 
 
31 
controle quanto das peças e movimento simultâneo de vários eixos (há sistemas com 5 eixos), 
entre outras. 
3.3 Estrutura de códigos do Comando Numérico 
 Como citado anteriormente, o Comando Numérico dispõe de um conjunto de 
instruções e coordenadas para realizar a usinagem de peças industriais. Esse conjunto de 
instruções é conhecido como código G, embora ele seja apenas um dos grupos contidos no 
comando numérico. Uma linha de instrução ou bloco em código G seria assim: 
 N30 G02 X100. Y238.5 Z0 I0 J20 F100 S1300 T02 M03 
 No programa de controle numérico as instruções são chamadas de dados 
tecnológicos, enquanto as coordenadas são chamadas de dados geométricos. 
 Dados geométricos têm o propósito de realizar o movimento da ferramenta 
para alcançar posições, definir interpolações, controlar direção e sentido do mesmo, sendo 
executados na seqüência em que surgem no programa. Basicamente as instruções são: X, Y, 
Z, A, B, C, U, V, W, I, K, G e R. 
 Dados tecnológicos aplicam as condições de usinagem envolvidas para a 
realização da mesma como, por exemplo, a ferramenta desejada, seu sentido, velocidade de 
rotação e a velocidade de avanço. São basicamente, as instruções F, M, S e T. 
 A versão do código G usado nos Estados Unidos foi estabelecida pela 
Electronic Industries Alliance no início dos anos 60, sendo revisado e aprovado em fevereiro 
de 1980 como norma RS-274-D. Na Europa a norma que rege a o código G é a DIN ISO 
66025, sendo preferida em lugar da norma americana. 
3.4 Comando Numérico aplicado a PCIs 
 No capitulo anterior, sobre processo de produção de PCIs, foi comentado da 
existência de programas para computadores pessoais (PC) capazes de realizar o desenho das 
trilhas que compõe a placa de circuito impresso. Esses programas já possuem em sua 
instalação padrão a opção de gerar um arquivo de produção CAM com o conteúdo do 
desenho. 
 
 
32 
 Desta forma é possível desenvolver um equipamento com capacidade de 
processamento e recursos para receber o arquivo CAM gerado, analisar a instruções contidas 
nele e controlar dispositivos de formar a gerar a PCI pelo processo de usinagem. 
 Naturalmente já existem no mercado equipamentos industriais que realizam 
essa operação em metais para a produção de peças mecânicas e elas poderiam ser adaptadas 
para realizar a usinagem das placas para eletrônica. 
 Um equipamento CNC possibilitaria não apenas proceder a usinagem do cobre, 
mas também à furação do substrato para inserir os terminais dos componentes. Uma única 
ferramenta de corte é capaz de remover a superfíce de várias placas antes de precisar de nova 
afiação, de forma rápida e sem a utilização de agentes químicos danosos à saúde e ao meio 
ambiente. 
 Entretanto tratam-se de máquinas muito grandes e pesadas, como se pode ver 
na figura 3.1, com aplicação para retirada de grandes quantidades de metal e/ou grande 
volume de peças. Tem preço elevado e a colocação de ferramentas de corte pequenas para a 
produção de PCIs pode ser uma tarefa ingrata, já que devido ao se tamanho reduzido podem 
quebrar facilmente num equipamento de grande porte. 
 
Figura 3. 1 – Fresadora CNC 
 
 Pelas últimas razões apresentadas e, somadas as dificuldades encontradas nas 
técnicas de produção de placas mencionado no capítulo anterior, o projeto de uma 
Prototipadora para Placas de Circuito Impresso, como a presente aborta, tem sua validade 
compensada. 
 
 
33 
4 ESTRUTURA MECÂNICA DA PROTOTIPADORA 
4.1 Conceitos básicos 
 A Prototipadora para Placas de Circuito Impresso é um equipamento para 
usinagem, e por esta razão necessita de diversas características para realizar sua tarefa. Duas 
delas estão diretamente ligadas à mecânica e são elas: robustez e precisão. 
 A robustez da máquina irá garantir que a operação da mesma ocorra conforme 
o planejado, evitando vibrações excessivas e mantendo condições adequadas para que o 
segundo item seja cumprido. A precisão possibilitará que o desenho idealizado pelo no 
programa de desenho de PCI seja executado dentro dos parâmetros estabelecidos, com um 
mínimo de diferença ou nenhuma, preferencialmente. Para tornar isso possível, a estrutura 
mecânica da prototipadora foi dividida em 5 áreas, que serão analisadas na seqüência. 
4.2 Base 
 A base da Prototipadora é o ponto principal para a montagem da máquina. Uma 
base robusta irá garantir que todo o restante do equipamento seja disposto para obter o 
máximo de desempenho e precisão com o mínimo de esforço mecânico e erro. 
 Para garantir essas características a base foi construída em aço e dotada 
supressores de vibração, para garantir que as vibrações geradas pelo movimento dos eixos e 
do motor conectado à ferramenta de corte não interfiram na precisão do conjunto. A figura 4.1 
mostra a base durante o processo de usinagem e finalizada. 
 
Figura 4. 1 – Base da prototipadora 
 
 
34 
 Outro ponto importante da base refere-se a superfíce da mesma, que foi 
retificada para garantir o perfeito alinhamento da peça em relação ao movimento dos eixos, 
gerando mais garantias da precisão do conjunto. 
4.3 Estrutura dos eixos 
 Definida a base o próximo passo é estabelecer a estrutura da prototipadora, que 
será responsável por receber os eixos de movimento. O objetivo da estrutura junto com os 
eixos é possibilitar o movimento que ira produzir a PCI. 
 Existem basicamente duas formas de estruturar uma máquina-ferramenta: uma 
delas é movimentar a peça utilizando para isso uma mesa móvel, ou movimentar a ferramenta 
de corte. 
 Após estudos e avaliações em algumas máquinas-ferramenta, tais como 
fresadoras e centros de usinagem, a opção de movimentar a ferramenta em lugar da peça se 
mostrou mais apropriada para o projeto da Prototipadora. Isto se deve a algumas razões: 
– Movimentando apenas a ferramenta, a estrutura não necessita ter alta 
resistência, que implicaria em utilizar materiais mais resistentes e caros; 
– Com a ferramenta o peso do conjunto é constante, o que garante a 
repetibilidade do conjunto, aumentando a precisão. 
 Estabelecida o tipo de estrutura, a escolha do material para a mesma 
considerou a importância da leveza do conjunto para propiciar movimentos suaves e o uso de 
motores com menor potência, melhorando sensivelmente o custo total do projeto.Para isso a 
estrutura foi desenvolvida em duralumínio, uma liga de alumínio, cobre e magnésio, com 
pequenas quantidades de manganês e silício, apresentando elevada resistência mecânica e 
leveza. É utilizado na indústria aeronáutica. 
 O duralumínio foi utilizado para criar as estruturas dos eixos X e Z. o eixo Y 
foi montado diretamente na base, com mancais em aço. A figura 4.2 mostra as vigas em 
duralumínio que sustenta o eixo X da Prototipadora. 
 
 
35 
 
Figura 4. 2 – Parte da estrutura em duralumínio 
4.4 Deslocamentos dos eixos cartesianos 
 Como foi explanado no capítulo 3, a Prototipadora é regida pelo sistema de 
coordenadas cartesianas e composta por três eixos, conforme os planos cartesianos. São eles o 
eixo X, correspondente ao plano X, eixo Y acompanhado o plano Y e eixo Z, ligado ao plano 
Z. 
 Para cada eixo é necessário uma superfíce ou dispositivo de deslocamento, ou 
outro capaz de empreender movimento linear ao mesmo. Por existirem formas distintas para 
realizar esta tarefa, serão apresentados os dispositivos mais comuns e suas características. 
4.4.1 Guias Lineares 
 A Guia linear é composta por dois elementos principais: o carro, também 
conhecido com patim, e o trilho, onde o carro realiza seu movimento. 
 O trilho é uma peça em aço especial, endurecido, tratado e retificado para 
diminuir o desgaste e manter a precisão durante sua utilização. Formado por uma peça única, 
tem geometria própria formada por canais em suas laterais, onde correm as esferas presentes 
no carro, e furos a intervalos regulares para fixá-lo na superfíce de base. 
 O carro possui características semelhantes, mas é dotado nas extremidades de 
um dispositivo capaz de recircular as esferas em seu interior, impedindo a entrada de corpos 
 
 
36 
estranhos e propiciando um deslocamento preciso e isento de interferências. Na figura 4.3 é 
possível identificar o dispositivo. 
 
Figura 4. 3 – Guias Lineares da empresa RAC 
 
 A guia linear é atualmente a melhor opção para suporte de movimento linear, 
pois combina precisão (erro menor que 0,002 mm) com confiabilidade e velocidade de 
movimento (alguns modelos atingem até 2 metros/segundo). Seu porém é tratar-se de um 
dispositivo de alto custo para implantar em equipamentos, e sua utilização se justifica apenas 
se suas características são utilizadas de forma plena, ou seja, necessidade de alta velocidade, 
alta precisão, etc. 
 Embora tenha sido desenvolvida para uma aplicação de precisão, a 
Prototipadora não necessita operar em alta velocidade, e devido ao custo elevado das guias 
lineares, a mesma não foi utilizada no projeto. 
4.4.2 Guias com rolamentos circulares 
 Operando de forma semelhante a anterior, mas com elementos simplificados, 
as guias com rolamento angular são uma opção de baixo custo para superfíce de 
deslocamento. Também composta por um carro e um trilho, este modelo de guia tem como 
característica a construção feita a partir de materiais disponíveis no mercado. 
 
 
37 
 A constituição do trilho pode seguir a estrutura já existente ou ser construída 
usando um perfil metálico comercial, como um tubo quadrado ou um perfil redondo, ambos 
preferencialmente em aço com alto teor de carbono. 
 O carro pode ser construído de diversas formas para melhor se adaptar ao 
conjunto. Um tubo quadrado pode operar com um suporte em forma de L, e assim por diante. 
 Embora o custo desta guia é baixo ela possui inconvenientes que limitam seu 
campo de aplicação. A precisão do conjunto é baixa, na ordem de 0,05 mm até 0,2 mm, o que 
inviabiliza sua utilização aplicações de precisão como a Prototipadora. Sua velocidade 
máxima também não é alta (máximo de 0,5 metro/segundo), pois a vibração excessiva pode 
quebrar a capa externa do rolamento. 
 Por não possuir uma proteção contra corpos estranhos, uma pequena sobra de 
metal que alcance a superfíce de rotação dos rolamentos pode ocasionar o bloqueio do 
mesmo, ou fazer com que ocorra um salto no deslocamento, podendo inclusive danificar 
irremediavelmente o conjunto. 
 Devido às características negativas do parágrafo anterior, a mesma não pode 
ser utilizada no projeto da Prototipadora, sendo apresentada aqui apenas como referência de 
pesquisa, mas pode ser identificada na figura 4.4. 
 
Figura 4. 4 – Guia com rolamentos circulares 
 
 
38 
4.4.3 Rolamentos Lineares 
 O rolamento linear (ou bucha de esferas) é um tipo especial de rolamento 
preparado para operar em movimento linear, diferente do seu irmão de nome, o rolamento 
circular, cujo movimento é apenas de rotação. 
 O rolamento linear é bastante semelhante a guia linear, sendo o rolamento 
linear o elemento mais antigo, mas ainda com características adequadas a boa parte dos 
projetos que demando movimento linear. Uma visão da estrutura inter do mesmo pode ser 
vista na figura 4.5. 
 
Figura 4. 5 – Rolamento Linear 
 
 Nela podemos ver as esferas dentro do circuito e o eixo de base para o 
movimento. Seu funcionamento resume-se as esferas circularem dentro do circuito quando o 
eixo movimenta-se no interior do rolamento. A precisão do conjunto vem do número de 
circuitos do rolamento, quanto mais circuitos mais áreas de contato, melhor a precisão, 
influenciando também a carga máxima que cada peça suporta sem desgaste prematuro. 
 Por possuir custo condizente com o propósito inicial do projeto e 
funcionalidade compatível, o mesmo foi desenvolvido utilizando rolamento lineares, sendo 
utilizado um conjunto de dois rolamentos para cada eixo e dois conjuntos eixo-rolamentos 
para os eixos-planos cartesianos X e Y, conforme mostra a figura 4.6. 
 
 
39 
 
Figura 4. 6 – Rolamentos lineares na estrutura 
4.5 Movimento dos eixos cartesianos 
 Definido o suporte para deslocamento dos eixos é necessário verificar a 
maneira de mover os eixos de forma adequada. Devido às múltiplas variações de posição o 
acionamento dos eixos deve ser realizado por motor elétrico, conforme será visto adiante, mas 
é necessário que seja acoplado no eixo de rotação do motor um dispositivo capaz de 
transformar o movimento rotativo do mesmo em movimento linear. Para isso algumas opções 
foram estudadas. 
4.5.1 Fusos de Esferas Recirculantes 
 A primeira opção é um mecanismo semelhante a um rolamento circular, com a 
diferença que neste o canal onde as esferas rodam está no sentido da geometria do rolamento, 
possibilitando apenas a rotação do mesmo. Já no fuso de esferas recirculantes o canal se 
desenvolve em todo o comprimento do fuso e em formato espiral, transformando assim a 
rotação do fuso em movimento linear. Na figura 4.7 há um desses dispositivos. 
 
 
40 
 
Figura 4. 7 – Fuso de esferas recirculantes 
 Para garantir que as esferas não saiam do conjunto existe um sistema de 
chamado de “gaiola” que captura as esferas no final porca e através de um canal interno as 
envia de volta pra o fuso. 
 O fuso de esferas é atualmente a melhor opção para conversão de movimento 
rotativo em movimento linear. Alcança grandes velocidades, de até 200 m/minuto; alta 
precisão, como modelos operando na ordem de milésimos de milímetro (0,001mm); e opera 
com baixa manutenção e alta confiabilidade. 
 Mas por todas essas vantagens há custo relativamente alto, e por essa razão sua 
aplicação é explorada em sistemas cujo movimento deve ser rápido e preciso. 
4.5.2 Movimento por correias 
 Uma opção bastante interessante é a utilização de correias ou cabos para a 
conversão do movimento rotativo em movimento linear. Com baixo custo e fácil 
implementação, sua aplicação abrange várias aplicações como impressoras de agulha,jatos de 
tinta, plotters, mesas de retificadoras, entre outras. A foto 4.8 ilustra o sistema. 
 
 
41 
 
Figura 4. 8 – Movimento linear por correia 
 
 Embora bastante versátil, está técnica não deve ser aplicada em alguns 
equipamentos. Por exemplo, uma massa de movimentação elevada e rápida sofre com a 
imprecisão do conjunto, pois a correia sofrerá deformação durante a aceleração do conjunto, 
dificultado o posicionamento preciso. 
4.5.3 Fuso de rosca trapezoidal 
 Quando um sistema linear necessita de precisão e movimentos, velocidade 
baixa e custo baixo, a técnica de conversão de movimento mais aplicada é fuso de rosca 
trapezoidal, que pode ser vista na figura 4.9. O nome trapezoidal vem do formato do perfil da 
rosca, a forma geométrica conhecida como trapézio, um quadrado com dois lados paralelos. 
 
Figura 4. 9 – Fuso e porca de rosca trapezoidal 
 
 
 
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 O princípio do fuso trapezoidal é próximo do fuso de esferas. O perfil da rosca 
abrange toda a extensão do fuso e da porca na forma de espiral continuo. O contato entre os 
flancos e a distância mantida o mínimo possível para deslizamento mantém a precisão do 
conjunto. 
 Embora a velocidade máxima de deslizamento do fuso trapezoidal não seja alta 
(máximo de 5 metros/minuto), o mesmo permite grande precisão quando bem dimensionado. 
Por isso e devido ao custo do projeto este dispositivo foi o escolhido, como passo de 2mm de 
deslocamento por volta. Para melhorar o desempenho geral e possibilitar uma operação mais 
suave e precisa, as porcas foram usinadas em plástico de engenharia com baixo coeficiente de 
atrito, conhecido por PTFE (Politretrafuoretileno). 
4.6 Motores Elétricos para acionamento dos eixos 
 Identificados os principais aspectos da mecânica do projeto, outro ponto de 
elevada importância é como movimentar os eixos. No principio do item 4.5 foi comentado da 
utilização de motores elétricos para girar os fusos, entretanto é necessário pesquisar a melhor 
opção para isto. A pesquisa para o projeto avaliou as possibilidades abaixo. 
4.6.1 Motores CC 
 Os motores de corrente contínua, ou motores CC, são motores de construção 
simples, porem muito versáteis. Seu controle não requer circuitos complexos e é encontrado 
no mercado com ampla gama de possibilidades de potência, torque e tensão de trabalho, entre 
outras características. 
 Para melhor entendimento a figura 4.10 mostra a estrutura básica de um motor 
elétrico de corrente contínua. 
 
 
43 
 
Figura 4. 10 – Motor Tipo Corrente Contínua 
 
 Nela é possível observar a fonte de alimentação, denominada fonte CC, o rotor 
formado por um cilindro com uma bobina em torno, o estator através dos imãs retangulares 
ao lado do rotor, com as inscrições S e N, e as escovas ou comutadores responsáveis pela 
inversão dos pólos magnéticos do rotor. 
 Na maioria dos motores elétricos CC o bobinamento em torno do rotor forma 
um eletroímã durante a passagem de corrente elétrica, girando entre os pólos de ímãs 
permanentes estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo 
de ferro com propriedades magnéticas, que fortemente magnetizado quando a corrente flui 
pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta seu sentido de percurso cada vez 
que seus pólos alcançam os pólos opostos do estator. O modo mais comum para isto é usar 
um comutador. 
 Em sua forma mais simples o comutador apresenta duas placas de cobre 
encurvadas e fixadas, isoladamente, no eixo do rotor e os terminais do enrolamento da bobina 
são soldados nessas placas. Com o circuito fechado a corrente elétrica flui pela primeira 
escova (+), placa do comutador, continua através da bobina do rotor, placa do comutador e 
fecha na segunda escova (-). 
 O funcionamento do motor pode ser descrito da seguinte maneira: a corrente 
contínua gerada pela fonte C.C. é ligada ao coletor do motor por meio das escovas. Essa 
corrente então gera, através da bobina enrolada no rotor, um campo eletromagnético, 
transformando o rotor em um eletroímã móvel. 
 
 
44 
 Sabendo-se que pólos magnéticos iguais se repelem e pólos diferentes se 
atraem, podemos entender que quando o eletroímã formado pelo rotor estiver próximo do 
campo magnético dos imãs permanentes que formam o estator, podem acontecer dois 
movimentos: 
a) se os pólos forem iguais, eles automaticamente irão se repelir, fazendo assim 
com que o rotor e o coletor girem. 
b) se os pólos forem diferentes, haverá uma atração entre eles, de forma que o 
movimento é gerado. 
 Após uma dessas opções, o rotor realiza sua primeira meia-volta, quando então 
as placas do comutador trocam de posição, invertendo assim o sentido do campo magnético 
do rotor e reiniciando o ciclo para mais meia-volta, e assim sucessivamente, gerando o 
movimento de rotação do motor. Um motor CC comercial pode ser visto na figura 4.11 
 
Figura 4. 11 – Motor CC comercial de pequena potência 
 
 Embora o motor CC seja versátil, eficiente e de baixo custo, para aplicações de 
movimento com precisão o mesmo necessita de operar em malha fechada, ou seja, necessita 
de um outro dispositivo para indicar o posicionamento do mecanismo. Esse dispositivo é 
conhecido como encoder. A função do encoder é gerar sinais de acordo com o movimento 
que lhe é impresso, possibilitado assim determinar a sua posição. 
 Para que seja possível identificar a posição, um circuito controlador se faz 
necessário, capturando os sinais do encoder e calculando a posição. Devido a esta necessidade 
e ao custo elevado do encoder, o projeto não utilizou o motor CC. 
 
 
45 
4.6.2 Motores de Passo 
 O motor de passo é um tipo de motor elétrico um pouco diferente dos outros. Diferente 
do motor CC em que o imã permanente geralmente está na armadura, o ímã permanente agora 
está no rotor e as bobinas eletromagnéticas circundam regiões do estator. A figura 4.12 ilustra 
um motor de passo por dentro, e a figura 4.13. o arranjo magnético para uma rotação 
completa. 
 
Figura 4. 12 – Arranjo interno do motor de passo 
 
 Na posição 1 podemos ver que o rotor está canto está magneticamente ligado à 
bobina superior, que está energizada. Para mover o rotor no sentido horário a bobina superior 
é desligada e a bobina à direita é ativada, fazendo com que o rotor desloque 90 graus, 
alinhando-se com a bobina ativa. Este processo é repetido da mesma forma para a bobina 
inferior e bobina esquerda, até retornar a posição inicial. 
 
 
46 
 
Figura 4. 13 – Arranjo magnético de um motor de passo 
 
 Existem vários tipos de motores de passo. Os motores bipolares contêm apenas duas 
bobinas operando como eletroímãs, porém a operação é mais complexa que os motores com 
quatro bobinas porque o circuito deve ser capaz de inverter a polaridade das bobinas para cada 
passo. 
 Ao contrário do exemplo, em que o motor tem um passo de 90°, os motores atuais 
empregam uma série de ressaltos sobre o rotor e o estator para aumentar a resolução. Embora 
isto possa parecer para acrescentar mais complexidade ao processo de condução de motores, a 
operação é idêntica ao exemplo de 90° da ilustração. 
 Um exemplo de motor de passo com vários pólos na Figura x. Na posição 1, o pólo 
norte do rotor está alinhado com o pólo sul do estator. Nota-se que várias posições estão em 
alinhamento. Na posição 2, a parte superior do estator está desativada e o próximo a sua 
esquerda é ativado, fazendo o rotor girar exatamente para o encontro deste, a 45°. Neste 
exemplo, depois de oito etapas o rotor terá dado uma volta completa. 
 
 
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Figura 4. 14 – rotor com maior

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