Máquina ferramenta - Aula 3.pdf

Introdução sobre Máquinas Ferramentas

1. Prof. Bruno Guedes
1
Máquinas Ferramentas

2. Usinagem é um processo
onde a peça é obtida
através da retirada de
cavacos (aparas de metal)
de uma peça bruta, através
de ferramentas
adequadas.
2

3. Introdução
•Oprocessodeusinagemconfere
formato,dimensãoeacabamento
pelaremoçãodesobremetal,
denominadocavaco.
•Éempregadanaproduçãode
formascomelevadastolerâncias
dimensionais,bomacabamentoe
com frequênciageometria
complexa.
•Éumprocessosecundário.

4. Amáquinaéumdispositivoqueajudaatornaraexecuçãodeumtrabalho
maisfácilporrealizarumaoumaisdasseguintesfunções:
✓transferirumaforçadeumlugarparaoutro;
✓mudaradireçãodeumaforça;
✓aumentodamagnitudedeumaforça;
✓aumentodadistânciadeaçãodeumaforça;ou
✓aumentodavelocidadedeumaforça.
Introdução

5. Máquinas-ferramentasoumáquinasoperatrizes
sãodestinadasarealizaçãodequalquertrabalho
mecâniconomaterial(ex.:prensastornos,
fresadoras,tesouras,punções,plainas,etc.).
Constituemomarcodograudecivilizaçãode
umpaís(revoluçãoindustrial).Semelas,nãoseria
possívelaproduçãoemlargaescaladosvariados
produtosquenossopadrãodevidatemexigido.
Édelasqueoengenheirodependequando
projetaumproduto.Acapacidadedamáquina
executarcertasoperaçõeshabilitaoengenheiroa
adaptaroprojetoaessacapacidadeeassegurara
rápidaeeconômicaproduçãodeutilidades.
Introdução

6. INTRODUÇÃO-Histórico
Podemosconsideraraevoluçãohistóricadausinagemmecânicacomoum
esforçodesuperarasdificuldadesnaconfecçãodepeçascadavezmais
complexascomumgrauderepetitividadecadavezmaior,vistoqueas
peçasmecânicasutilizadasnaatualidadenãotrabalhammaisisoladamente,
massim,emconjuntocomoutraspeças.

7. Se,alémdisso,desejarmosfabricarumprodutoemgrandeslotes,torna-se
imperativodiminuiraummínimooesforçodeajustagem,paraqueas
diversaspeças(frequentementeprovenientedediferentesorigens)se
encaixemetrabalhemharmoniosamenteemconjunto.
INTRODUÇÃO -Histórico

8. Outradificuldademuito
comuméadiversidadede
peçasdiferentesquese
desejaobteremumprocesso
produtivo.
Automatização
Erros
Tempo
Flexibilidade doProcesso
Repetibilidade
Custos
Mão de ObraQualificada
INTRODUÇÃO -Histórico

9. Uma pequena história da Usinagem
•A Pré-História compreende o período que vai desde o surgimento do
homem até o aparecimento da escrita, sendo subdividida em:
-Idade da Pedra Lascada (Paleolítico-machado de pedra lascada)
-Idade da Pedra Polida (Neolítico-foice de osso)
-Idade dos Metais (pontas de armas)
Observe que a usinagem evoluiu juntamente com o homem, sendo
usada como parâmetro de subdivisão de um período.
9

10. A Usinagem na Pré-História
•Surge o Princípio da Fabricação
No Período Paleolítico, as facas, pontas de lanças e
machados eram fabricados com lascas de grandes
pedras.
•No Período Neolítico, os artefatos eram obtidos
com o desgaste e polimento da pedra (Princípio da
Retificação).

11. A Usinagem na Pré-História
•Surge o Conhecimento de Novos Materiais
✓O Homem passa a usar metais na fabricação de
ferramentas e armas no fim da pré-história.
•Os primeiros metais a serem conhecidos foram o cobre e o
ouro, e , em escala menor, o estanho. O ferro foi o último
metal que o homem passou a utilizar na fabricação de seus
instrumentos.

12. A Evolução da Ferramenta
•Com a pancada de uma cunha manual surgiu o cinzel,
movimentando esta ferramenta para frente e para trás,
aplicando-se pressão surgiu a serra
Dispositivo da era Neolítica usado no corte de pedras

13. Um grande avanço nesse período foi a transformação do
movimento de translação em movimento de rotação (com
sentido de rotação invertido a cada ciclo). Este princípio foi
aplicado em um dispositivo denominado Furação de Corda
Puxada
A Evolução da Ferramenta

14. A Evolução da Ferramenta

15. A figura abaixo mostra que a evolução das máquinas possibilitou que um só
homem, com pouco esforço físico, realizasse seu trabalho.
A Evolução da Ferramenta

16. Movimento alterno

19. Arenascença(séculoXVI)trouxenovamenteocomercioa
Europa,ejuntoacomesseanecessidadedeseproduzirmais,
commelhorqualidade,commenorcustoenomenortempo
possível,necessidadesessasquelevaramasubstituiçãodos
arcopelasrodasd’águacomofontemotriznasmáquinas
ferramentas.Nesteperíodoasmáquinas-ferramentasainda
utilizavamestruturasemmadeiraesuasprecisõese
produtividadeaindaserivalizamcomaproduçãodehábeis
artesões.
A Evolução da Ferramenta

20. Pequenasvariaçõesmétodopermitiriaa
Wilkinson,narevoluçãoindustrial,obter
tolerânciasnãomaioresdoqueumdedo
emcilindroscomdiâmetrode1829mm
(72pol.)(Moore,1975).Amelhoriano
processointroduzidaporWilkinson
permitiuaJamesWattodesenvolvimento
damáquinaavapor.Lembrandoque
Wilkinsoneraofabricantedecilindros
oficialdeJamesWatt.
A Evolução da Ferramenta

21. Torno de Maudslay(Moore, 1978)
Nasmyth,oinventordaforjaavapor,foiapessoaque
expressouasideiasdeMausdlayemtrêsregrasbásicas:
·Tenhaumanoçãoclaradoquedesejaobtereentão
vocêterátodasascondições
defazê-lo.
·Mantenhaumcontroledequalidaderígidosobreseus
materiais;tenhaumavisão
claradecada“libra”dematerialequalsuaimportância,
coloqueemsimesmoa
pergunta(existerealmenteanecessidadedetal
componenteestarlá?).Evite
complexidadeefaçatudotãosimplesquantopossível.
·Lembre-sedeterumanoçãodafunçãoexercidapor
cadaumadaspeças.
A Evolução da Ferramenta

22. •Asprimeirasformasusadasparamotorizarmáquinasfoia
rodad’água.
•NoséculoXVIIIsurgemasmáquinasmovidasavapor
(energiaestatransmitidaatravésdaoficinapormeiode
eixos,correiaseroldanas).
•Finalmente,nofimdoséculoXIX,ovaporseriasubstituído
pelaenergiaelétrica.Foiapósestainovaçãoqueapareceram
asmáquinasmodernasdeusinagem,responsáveisem
grandepartepelocrescimentodaindústriadeprodutosde
consumo.
22
Intr. Usin.
A Evolução da Ferramenta

23. Noséculo19otrabalhodoferreiroeramuitolento.
Surgementãoasmáquinasmovidasavapor.Nas
primeirasaplicaçõesindustriais,aenergiageradapelo
motoravaporeratransmitidaparaasmáquinasda
oficinaatravésdeeixos,correiaseroldanas.Maistardeo
vaporviriaasersubstituídopelaenergiaelétrica.A
introduçãodemáquinasmovidasavapor(alimentadas
pelocarvão)abriuaportaaaumentosdramáticosna
produção,enamanufaturademaismáquinas.As
condiçõesquepromoveramaRevoluçãoIndustrialforam
avançosnastécnicasepráticasagrícolasresultandoem
umaumentonofornecimentodealimentosematérias-
primas.Mudançasnatecnologiaeorganizaçãoindustrial
resultaramemaumentodaprodução,eficiênciaelucros.
A Evolução da Ferramenta

24. Aintroduçãodesuportede
ferramentasmecânicoaotornoé
umoutroexemplodeumgrande
avançonoprocessodefabricação.
Osuporteeliminouanecessidade
desegurarasferramentascomas
mãos,reduzindooriscode
acidentes.
A Evolução da Ferramenta

25. Torno multifusode fins do século XIX
Torno universal do início do século XX, com acionamento
por correias
A Evolução da Ferramenta

26. Atualmenteoprojetodemáquinas-ferramentasparausinagemcom
ferramentasdegeometriadefinida,apontapartrêsáreasde
desenvolvimentodistintas.Aprimeiravoltadaparaobteramáxima
flexibilidadedeprodução,sendocaracterizadapelamáquinasdotipo
hexapot,asegundacaracterizadapelamáximaçãodataxaderemoção,
aqualformaabasedausinagememaltavelocidade–HSM,ea
terceiravoltadaparaatenderasnecessidadesdeobtençãodealta
exatidãodimensional,geométricaeelevadaqualidadesuperficial,ou
seja,paraaultraprecisão.
Nomédioprazoexisteatendênciadeabsorçãodascaracterísiticasdas
máquinasdealtavelocidadedeusinagem(HSM)pelasmáquinas-
ferramentascommáximaflexibilidadedeprodução,taiscomoasas
máquinasdecinemáticaparalelaouhexapodes,dandoorigem,no
futuroasmáquinasHexa-HSM.
Tendências do projeto de máquinas-ferramentas
A Evolução da Ferramenta

27. Especificação geral do problema
Comoformadefazersuapartenoprocessoprodutivo,umamáquina-ferramentadeve
satisfazerosseguintesrequisitos:
(1)–independentedahabilidadedooperador,aspeçasaseremproduzidasnamáquina
devemserobtidascomtolerânciasdeformaedimensionaldentrodelimitespermissíveis,
juntamentecomosrequisitosdequalidadesuperficial.
(2)–comoformadesercompetitivanaoperação,eladevemostraraltodesempenho
técnicocomeficiênciaeconômica.
Quandoconsideradooprojetodeumamáquina-ferramentaseuselementospodemser
divididosemtrêsgrupos,osquaissão:
a)–aestrutura;
b)–acionamentosparaaferramenta,avançosedispositivosdemovimentação;
c)–aoperaçãoeosdispositivosdecontroles.

28. Especificação geral do problema
•Ascondiçõesoperacionais
•Capacidadedeforma
•Requisitosdedesempenho
•Eficiênciatécnicaeeconômica

29. As condições operacionais
•Determinadaspelosmovimentosrequeridospelos
diferentesprocessosdeusinagem,avançosedispositivos
demovimentaçãosendolocalizadostantonapeçaquanto
naferramentaouemambos.
•Ascondiçõesoperacionaissãodeterminadaspelas
cinemáticaeascaracterísticasdoprocessodeusinagem.
Acinemáticadeterminaqueosmovimentospodemser
distribuídostantonapeçaquantonaferramenta,ou
mesmoemambos.

30. Capacidadedeforma
Acapacidadedeformacorrespondeaáreaouvolumeútil,cobertoporumamáquina
ferramenta,independentementedamassadapeça.Istonãocobresomenteaformatotalda
peça,quepodeseracomodadaemumamáquina,mastambémoespaçototalquepodeser
cobertopelosmovimentosrelativosentrepeçaeferramenta,arelaçãovolume/áreadetrabalho.
Exemplosdoprimeirosãoencontradosnosgrandesdiâmetrosquesãopermitidospelo
batimentodevidoaflexãodapeçadocentrodotorno,aformadofundidoquepodesercoberta
porumamáquinadefuração,ouquepodepassarporumportaldeumaplainaoufresadora
horizontal,plainaouretificadoraplana,ouodiâmetromáximoeocomprimentoquepodeser
usinadoemumtorno,ouretíficacilíndrica.
Requisitosdedesempenho
Istoincluitantoodesempenhoquantitativo(comoporexemplo,ataxaderemoçãode
material,odiâmetromáximoquepodeserfuradoemumsólido,tec.),quantoo
desempenhoqualitativo,expressosobaformadegraudeexatidãoouqualidade
superficial.

31. Eficiênciatécnicaeeconômica
•condiçõesdelocalizarealinhardiferentespeçassãodeterminadaspelosrequisitosfuncionaisdos
movimentos,sãorelacionadosasforçasaplicadaseasvelocidadesoperacionais;
•fatoresquepodemafetaraprodutividadedamáquinaetambémaumentaroscustosrequeridosde
instalação,controleemanutenção;
✓transporteeinstalaçãodemáquinasdegrandeportepodemserfacilitadoseaestruturafordivida
empartesrelativamentemenores,asquaispodemserfacilmentemontadasouerguidas.
•Acessibilidadeeadisposiçãodosdiversosconstituintesdamáquina-ferramentadevemsertalque
assegurequeoset-upeocontroledamáquinasejapossívelcomamaiorsegurançaeomínimode
fadigaparaooperador.
•qualquertrabalhodereparooumanutençãodeveserpossívelsemadificuldadeenomínimotempo,e
semanecessidadedeferramentase/ouferramentalespecial.
éimportante,tambémousodepeçaseunidadespadronizadas,especialmentesecertaunidadepodeser
obtidaexternamentearededofabricantedamáquina.Istopodeserocasodenãosomenterolamentos
mastambémmotoreselétricos,dispositivosdecontroles,sistemashidráulicos,bombaslubrificantes,
filtros,etc.Aquiaprevisãoparadesenhospadronizadosedimensõesparalocalizaçãodesistemasde
travamento,flanges,freios,etc,aumentamaeficiênciatécnicaeaeconomia.

32. Odesempenhodeumamáquina-ferramentadepende:
•Projetoefabricaçãodamáquinaemsí;
•dotipodepeça,
•dosprocedimentos(estratégia)deusinagem,
•dosparâmetrosdeusinagem,
•formaetipodasferramentas,
•darigidezdosdispositivosdefixaçãoparapeçaeferramenta.
Variaçõesnascondiçõesdetrabalhoduranteaoperaçãopodemsercausado:
•pelopróprioprocessodeusinagem,
•pelodesgastedaferramenta,
•mudançasdetemperatura,
•variaçõesdemicroestruturaedurezadapeça,
•perturbaçõesdomeio,etc.
Eficiênciatécnicaeeconômica

38. Relação entre os Processos de Fabricação
Tolerância e Acabamento
Comoobjetivodetransformarmatériaprimaempeçasacabadas,comtolerâncias
geométrica,dimensionalequalidadesuperficialpré-definidas,estastemqueser
processadasdediversasmaneiras.Osdiversosprocessosdefabricaçãopodemser
classificadoscomo:
•Processosdetransformaçãodematerial;Ex.:fundição.
•Processosdeuniãodematerial,estasaindapodemsersubdividasem:
•permanentes(Ex.:soldagem,colagem,brasagem,etc.)e,
•nãopermanentes(Ex.:uniõesaparafusadaserebitadas,etc.).
•Processosporconformaçãodematerial;Ex.:laminação,estampagem,embutimento,
etc.
•Processosporremoçãodematerial,comumentedenominadosdeprocessosde
usinagem.

39. Relação entre os Processos de Fabricação
Tolerância e Acabamento

42. Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas

43. AsequênciaparaodesenvolvimentodeumprojetopropostoporPahleBeitz(1992),
assimcomoaVDI2221,dividemotrabalhoemquatrofasesprincipais
(Back,1996;Forcellini,2002;Pereira,1996):
•adefiniçãodatarefa,ondeodepartamentodeprojetosolicitainformaçõesaos
representantesdosclientes,visandolevantarpossíveiscustos,rentabilidadeeuma
viabilidadepotencialdoprojeto;
•projetoconceitual,ondesãoestabelecidasasrelaçõesfuncionaisdos
componenteseumaestruturafísicaégeralmentedefinida;
•projetopreliminar,ondealgumasdassoluçõesapresentadasnoprojetoconceitual
sãoexpandidasemdetalhesearranjadas;
•projetodetalhado,quepodeserdefinidocomotudoquesegueoprojetopreliminar
comoobjetivodetrazeroprojetoàvida.
Slocum(1992)acrescentaumaquintafaseasquatroapresentadasanteriormente:
•acompanharoprojeto(Designfollow-up),aqualpodeserdefinidacomoas
atividadesqueenglobamapartededocumentaçãoeplanosdemanutenção,onde
geralmenteosprojetistastentamseesquivaroumesmofugir(Slocun,1992).
Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas

44. AmetodologiadeprojetopropostaporPahleBeitz(1992)definetrêstiposdeclientes
responsáveispelodesenvolvimento.Osclientessãodefinidoscomo:
•Externos-agrupamentodepessoas,instituiçõesouempresasRelacionadocoma
utilizaçãodamáquina-ferramenta,ouseja,Aquelesqueirãodiretamenteutilizá-lana
manufatura;
•Intermediários-Pessoasresponsáveispelaembalagem,Armazenamento,transporte
emanutenção,fundamentaisparaumEficientefuncionamentodamáquina;
•Internos-pessoasresponsáveispeloprojeto,fabricaçãoemontagemdamáquina-
ferramenta,bemcomopelofornecimentodecomponentes.tem-sebasicamentedois
gruposenvolvidos:técnicosdefabricaçãoeprojetistas.
Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas

45. Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas
•Cliente externo
✓peçadeprodução:quaisostipos(formas)quesedesejaproduzir?
✓tolerâncias:quaisastolerânciasdimensionaisegeométricasenvolvidas?
✓qualidadesuperficial:qualaqualidadesuperficialdesejada?
✓materiaisdeprodução:osmateriaisquepoderãoserutilizadosnafabricaçãodaspeças
deprodução
tamanhodoslotesaseremproduzidos:ostamanhosdoslotesenvolvidossãoemgeral
pequenosemédios,sendomuitocomunsoslotesdepeçaúnica.
•Cliente intermediário
✓Geometria:qualéotamanhototalaproximado?
✓Montagem:amáquinapodesermontadadeformaeconômica?
✓Transporte:amáquinapodesertransportadacomfacilidade?
✓Manutenção:quaisasfrequênciasdemanutenção?

46. Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas
Cliente interno
•Geometria: qual é o tamanho total aproximado?
•Cinemática: que tipo de mecanismo e qual a repetibilidade, precisão e resolução Requeridas?
•Dinâmica: que forças são geradas e quais são seus efeitos potenciais sobre o sistema e seus componentes?
•Qual a rigidez necessária à máquina para resistir às forças do processo, mantendo a precisão dos seus
componentes e acabamento superficial?
•Potência requerida: que tipos de atuadores e acionamentos podem ser utilizados e quais são os controles
necessários?
•Materiais: quais os tipos de materiais que podem ser utilizados para maximizar a eficiência da máquina?
•Sensores e controle: que tipo de sensores e sistemas de controle são Necessários?
•Como eles podem ser usados para reduzir o custo dos sistemas Mecânicos exigidos e aumentar a sua
confiabilidade?

47. Teoria de Projeto Aplicada a Máquinas-Ferramentas
Segurança:quaissãoasexigênciasparaaproteçãodooperador?Doambiente?Damáquina?Produção:
oscomponentesdamáquinapodemserfabricadosdeformaeconômica?Fatoreconômicoépredominante
nodesenvolvimentodequalquerprojeto,emEspecialdemáquinas-ferramentas.
Ergonomia:comotodososfatoresdeprojetopodemsercombinadosparaProduzirumamáquinaque
proporcionesatisfaçãoparaquemaoperar,realizarSuamanutençãoefizerosreparos?
Meiosdefabricaçãoàdisposição:comquemeiosdefabricaçãovocêpodecontar?
Limitesdosmeiosàdisposição:oquevocêpodefabricaremfunçãodosmeios(homensemáquinas)a
suadisposição?
Controle de qualidade: os componentes podem ser fabricados com uma qualidade
Consistente NAS PEÇAS?

48. Tendências no Projeto de Máquinas-Ferramentas
Odesenvolvimentodemáquinas-ferramentasatualmenteéfortementefavorecido:
•pelobarateamentoeaumentodacapacidadedeoperaçãodosdispositivoseletrônicos;
•pelosnovostiposdeacionamentosprincipalmentemotoreslineares;
•pelosdesenvolvimentosnaengenhariademateirasquepermitemaconstruçãode
estruturasmaisestáveisdinamicamentesemocomprometimentodepeso;
•melhoriadossistemasdemediçãoenoselementosdemáquinas.

49. •Característicasdesejáveisdeumamáquina-
ferramenta:
•Altaprodutividade;
•Flexibilidadeparafabricaçãodeváriostipos
depeças;
•Capacidadedeexecutarpeçascomaltograu
decomplexidade;
•Granderepetibilidadeeprecisão
•Repetibilidadeéacapacidadedemanter
dentrodeumadeterminadatolerânciaas
medidasdeumapeçaparaoutra.
Tendências no Projeto de Máquinas-Ferramentas

50. Tendências no Projeto de Máquinas-Ferramentas

51. Asmáquinasferramentasconvencionais(ex:tornouniversal,fresadora)operadasmanualmenteapresentam:
•Grandeflexibilidade.
•Baixacomplexidadedeexecuçãodepeças.
•Repetibilidadeeprecisãodependentesdahabilidadedooperador.Baixaprodutividade,devidoaofator
humano.
Emmáquinasautomáticas(porexemplo:tornoautomáticocontroladoporcarro)eemmáquinascopiadoras(por
exemplo:tornocopiador)tem-se:
•Poucaflexibilidade.Devidoaocustodosacessórios,taiscomo,gabaritos,cameemodelos,etambémdevido
aotempodepreparaçãodamáquina.
•Podefabricarpeçasdegrandecomplexidade.Possuemboarepetibilidadeeprecisão.
•Têmaltaprodutividade.
Máquinasacomandonuméricopossuem:
•Altaflexibilidadedevidoafacilidadecomquepodeserreprogramadaparafabricarnovaspeças.
•Possibilidadedefabricarpeçascomgeometriacomplexasemnecessidadedeutilizaçãodegabaritos,carnesou
outrosdispositivos.
•Repetibilidadeeprecisãoasseguradospelosistemadecontroledamáquina.Altaprodutividade.

52. Usinagem com alta velocidade de corte (HSC High
SpeedCuttingou HSM High SpeedMachining)
éumadasnovastecnologiasquepodegarantirmaiorprodutividade,
reduçãodoscustos,flexibilidadedaprodução,melhorqualidade
superficialedimensional,alémdousodenovosmateriaisemcurto
espaçodetempo.
A'altavelocidade'éaquelaqueatingeafaixade7a10vezessuperiorà
velocidadeconvencionalparaausinagemdeumdeterminadotipode
material.Assim,oconceitoHSC/HSMédinâmico.Eleacompanhao
desenvolvimentotecnológicoemtermosdemáquinas-ferramentas,
ferramentaserecobrimentodepastilhas.Conformeavançamas
possibilidadesconvencionaisdevelocidade,avançamtambémos
requisitosdaHSC.

53. Máquinas com máxima flexibilidade do tipo
hexapot
A adaptação deste mecanismo a`smáquinas-ferramenta, deu
origem às máquinas Hexapod, nas quais a plataforma móvel
pode ser tanto o fuso como a mesa.
Nomédioprazoexisteatendênciade
absorçãodascaracterísticasdasmáquinas
dealtavelocidadedeusinagem(HSM)
pelasmáquinas-ferramentascommáxima
flexibilidadedeprodução,taiscomoas
máquinasdecinemáticaparalelaou
hexapodes,dandoorigem,nofuturoas
máquinasHexa-HSM.

54. Máquinas para
usinagem de alta e ultraprecisão
A tecnologia de usinagem de ultraprecisão, também conhecida
como usinagem com ferramentas de diamante, microusinagem
ou nanousinagem, é uma operação de usinagem para a
produção de peças ópticas e mecânicas com precisões no
campo submicrométricoe, em alguns casos, na faixa de apenas
alguns nanometros.
emprega uma ferramenta de diamante monocristalinode
elevada precisão em máquinas-ferramentas especialmente
projetadas para esta função e sob condições controladas de
temperatura, umidade e isolamento do meio-ambiente, com o
objetivo de obter superfícies de altíssima precisão
Através deste processo é possível usinar uma extensa gama de
materiais, como metais, plásticos, materiais semicondutores,
vidros, cerâmicas e cristais, com praticamente todas as formas
desejadas

55. ESTRUTURAS DE MÁQUINAS-FERRAMENTAS
Asestruturasdemáquinas-ferramentas,tambémdenominadastemporfunçãoservirde
superfíciedemontagemparatodososdemaiselementosqueconstituirãoamáquinacomoum
todo.Esseelementospodemserguias,acionamentos,sistemasdemediçãoecontrole,
dispositivosdesegurança,sistemashidráulicosoupneumáticos,fiações,tubulações,sistemas
decoletaeremoçãodecavacosefluidos,etc.
Atualmenteoprojetodemáquinas-ferramentasconsistebasicamentenaintegraçãode
subsistemasquepodemseradquiridosdediferentesfornecedores,nãosendonecessárioo
domíniodetodososprocessosprodutivosnecessáriosaobtençãodeumamáquina
ferramenta.
Daestruturaaeletrônicadecontroletodososelementosconstituintesdeumamáquina-
ferramentapodemserencomendadosaterceirosouencontradoscomercialmente.

56. Oprojetodetodaestruturademáquina-ferramentadevelevaremcontaosaspectosdoselementos
fornecidosporterceiro,contudoessedeveatenderosseguintesrequisitos:
•rigidezestática;
•rigidezdinâmica;
•estabilidadetérmica;
•estabilidadequímica;
•facilidadedemanipulação;
•acessibilidadeaoscomponentesinternos;e
•custo.
Comoregrageralparaoprojetodeestruturasdemáquinas-ferramentas,recomenda-sequeamesma
quandodimensõestaisquetornemsuamanipulaçãodificultada,querporseutamanho,querporseu
peso,essasejadivididaemestruturasmenores.Adivisãoemestruturasmenoresimplicaemmaior
facilidadedetransporte,contudodeve-setomarcuidadocomreferênciasdemontagem,comode
formaagarantirexatidãogeométricadamáquinasemanecessidadededispositivosdeajustagem
complexos.
ESTRUTURAS DE MÁQUINAS-FERRAMENTAS

57. ESTRUTURAS DE MÁQUINAS-FERRAMENTAS
Constituintes básicos de um torno universal convencional e uma furadeira de coluna

58. ✓Estrutura
Linear
rotativa
Contínua
pulsante
Material
Desenho
fabricação
Motor
Hidráulico/pneumático;
Elétrico,
Combustão
✓Atuação
✓Movimentação
✓Controle
.......
Precisão/acuracidade/resolução–vibração-estabilidade
Constituintes de umamáquina

59. Estrutura-função
✓receberesforços;
✓Recebe e conduzcalor
✓Localiza e posicionacomponentes;
✓Recebe e amortece as vibrações(Damping);
✓Design
Rigidez;
Resistência.
Expansão térmica;
Condutividade.
Funcional;
Ergonômico;
Estético.

60. •Cargasmortas
•Cargasvivas
Carregamento estático
Carregamentodinâmico
•Choques(eventuais)
•Impactos (velocidade de
aplicação)
•Tensões normais (tração,
compressiva) e de cisalhamento
•Tensõestérmicas
•Tensões detorção
•Tensões deflexão
Considerações importantes no projeto deMáquinas
1. Tipo de Carga e Tensões causadas pelocarregamento

61. 2.Cinematicada máquina (movimento dos componentes)
•Encontrar uma disposição mais simples que ofereça mais eficiência ao
movimentonecessário.
3. Seleção dosMateriais
•É necessário um conhecimento das propriedades dos materiais e do seu
comportamento em condições detrabalho.
•Resistência, dureza, durabilidade, flexibilidade, peso, resistência ao calore
à corrosão, a condutividadeelétrica,usinabilidade,etc.

62. 4. DESENHOEDIMENSÃOdoscomponentes
Asdimensõesserãodeterminadaspelaaplicaçãode
forças/torquenoscomponentes/materialdetalformaqueuma
falha(rupturaoudeformaçãoexcessiva)nãoocorra.

63. Estrutura de Máquinas, Granito Sintético –Aula 04 –Notas deaulaSãoCarlos
✓Estrutura
Linear
rotativa
Contínua
pulsante
Constituintes de umamáquina
Material
Desenho
fabricação
Motor
Hidráulico/pneumático;
Elétrico,
Combustão
✓Atuação
✓Movimentação
✓Controle
.......
 Precisão/acuracidade/resolução –vibração -
estabilidade

64. Estrutura de Máquinas, Granito Sintético –Aula 04 –Notas deaulaSãoCarlos
ESTRUTURA -função
✓receberesforços;
✓Recebe e conduzcalor
✓Localiza e posicionacomponentes;
✓Recebe e amortece as vibrações(Damping);
✓Design
Rigidez;
Resistência.
Expansão térmica;
Condutividade.
Funcional;
Ergonômico;
Estético.

65. vezes,émais
Rigidez estática e rigidezdinâmica
Emumprojetomecânicoarigidez,muitas
importante que a capacidade decarga.
Rigidezestática,
Deformação sob cargasestáticas:
Rigidezdinâmica,
Comportamento sob ação de cargas inerciais evibrações
Peso das partes móveis;
Peso da peça obra;
Forças decorte

66. Desenho
✓Resistencia maiore maisleve maiormementodeinécia;
✓Rigidez maioremaisleve maiormomentodeinércia;
✓Peso maisleve;
✓Dissipação de calor e compensação dadistorção;
✓Acomodação doscomponentes;

67. Figura 3.3 –Estrutura em “L” (SLOCUM,1992).
Desenho
Figura 3.4 –Estrutura tipo Ponte (SLOCUM,1992)

68. Arranjos de estruturas de máquinas-
ferramentas
Oarranjodeestruturasdemáquinas-ferramentasindependedomaterial
oudaconstruçãointernadamesma,contudooarranjoéfortemente
dependenteda:
·cinemáticadoprocesso;
·daopçãoconstrutivadamáquina;e
·doslimitesdosprocessosdefabricaçãocomrelaçãoaomaterialaser
empregado.

69. Arranjos de estruturas de máquinas-
ferramentas

70. Considerações quanto a Rigidez Estática e
Dinâmica de Máquinas-Ferramentas
Oconceitoderigidezsedivideemestáticoedinâmico,eesseéutilizadocomoparâmetrode
desempenhooudeprojeto.
A rigidez estática é estabelecida
tomando a relação entre a carga
e a deformação .
rigidez dinâmica toma os mesmos
parâmetros como sendo função da
frequência.
onde:k=rigidez
F=forçaaplicadaoucarregamento
δn=deslocamento
ω=freqüência

71. Orequisitoderigidezestáticasecaracteriza
principalmente,emtermosdasdeformaçõesresultantes
dosesforçosaplicadossobreamáquina-ferramentaA
origemdessasdeformaçõessãoprincipalmente
decorrentesdo:
a)pesodaspartesmóveis;
b)pesodaspeçasdetrabalho;
c)forçasdeusinagem;
d)gradientestérmicos.
e)Montagenserrôneasdepartesdamáquinas,emgeral
devidoatorquesexcessivosemparafusos,nivelamento
incorreto,entreoutras.
Considerações quanto a Rigidez Estática
Máquinas-Ferramentas

72. Arigidezestáticapodeserdefinidadeduasmaneira,aprimeiraporintermédiodeumasecanteentrea
origemeopontodeinteresse,figura1.4a,easegundapormeiodeumaretatangentepassandopelo
mesmoponto,figura1.4b.
Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

73. A flexibilidade d é obtida de
maneira recíproca pelo
inverso da rigidez
A flexibilidade total por:
Aformacomoosdiversoselementosestão
montadosnamáquinaferramentadefineseas
rigidezesirãoatuardeformaparalelaou
seriada,ondeascaracterísticasderigidezdos
elementoscontituinteséfornecidapelas
associações,conforme:
Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

74. Opontodecarregamentoem
máquinas-ferramentasédadopelo
contatoentrepeçaeferramenta,a
partirdessepontotodosos
carregamentosãotransmitidos
paraaparaaárvore,seusmancais,
suasguiaseestrutura,assimcomo
essessetransmitemparaapeça,
dispositivosdefixaçãoe
novamenteparaasguiase
estrutura.
Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

75. Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

76. Deformações em função do tipo de estrutura (Weck, 1997)
Uma avaliação analítica das
características estáticas dos
componentes da estrutura é possível
quando sua geometria não for muito
complexa, e quando os carregamentos
são de flexão ou torção. No entanto, o
uso de modernas ferramentas de
projeto, permitem que os sistemas
CAD e de análise numérica troquem
informações, possibilitam que análises
mais complexas sejam realizadas.
Neste caso a escolha da gemetriada
estrutraficaria limitada somente pelos
processos de fabricação, transporte e
montagem.
Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

77. Oproblemaderigidez
estruturalpodeserminimizado
comaescolhadeuma
geometriaadequadaparaa
estrutura.Odesenvolvimento
daconfiguraçãointernada
estruturadeveserfeita
tomando-secomobaseos
conhecimentosdemecânica
dossólidoseresistênciados
materiais.
Considerações quanto a Rigidez Estática Máquinas-
Ferramentas

78. Momento de inercia estrutural de Torção e Flexão para
perfiz circulares, quadrados e retangulares
I/Io
s/a
I/Io
onde:
It = momento de inércia torcionaldo perfil qualquer
Ito = momento de inércia torcionaldo perfil de seção
circular
I = momento de inercia do perfil
Io = momento de inercia do perfil de seção circular
Considerações quanto a Rigidez Estática
Máquinas-Ferramentas

79. Considerações Dinâmicas
Nautilizaçãodemáquinas-ferramentasgeralmentesãoencontradasvibrações.Estasdãoorigema
ondulaçõesnasuperfícieusinada,consequênciadavariaçãodasecçãodeusinagem,quegeravariações
naforçadecorte,asquaisprejudicamavidadaferramentaedamáquina(KoenigsbergeTlusty,1970;
Rognitz,1968;Weck,1984).
Diagramabásicodevibrações(KoenigsbergeTlusty,1970)

80. Asvibraçõesencontradasduranteoprocessodeusinagemconvencionalprovemdosistemamáquina,
basicamenteruídodeengrenagens,rolamentos,stick-slipemguias,suportesdeferramentas
subdimensionados,ferramentasemdemasiadobalanço,etc..Destaformaasvibraçõesprovenientes
dosistemamáquinasinfluenciamdiretamenteasvibraçõesdoprocesso,taiscomoomecanismode
formaçãodecavaco,formaçãodegumepostiço,separaçãodelamelas,dentreoutros.Istoindicaque
avibraçãoentreaferramentaeapeçainfluênciaoprocessodeusinagemcausandoavariaçãoda
forçadeusinagem,aqualatuasobreosistemadevibraçãodamáquina,realimentandoavibração
entreferramentaepeça,oquegeralmentelevaaocolapsodoprocesso(KoenigsbergeTlusty,1970).
Assim,podemserconsideradostrêsgruposdeparâmetrosqueinfluenciamaocorrênciadevibrações:
a)aquelasprovenientesdoprocessodeusinagem,
b)aquelasprovenientesdosistemavibratóriomáquinae
c)aquelasdeorientaçãodoprocessodeusinagemcomrelaçãoaosistemavibratório
damáquina(KoenigsbergeTlusty,1970;Welbourn,1970).
Considerações Dinâmicas

81. Aeliminaçãodasfontesdevibraçõesprovenientesdamáquina-ferramentasedápelodespojamento
destadeengrenagens,guiasdeescorregamentomallubrificadas,mancaisderolamento,eainda
minimizando-seocomprimentoembalançodasferramentas,edimensionandoadequadamenteosuporte
daferramentadecorte.
Oruídoprovenientedo"processo"podeserminimizadoatravésdadiminuiçãodaseçãodeusinagem,do
atritoentreoflancodaferramentadecorteeapeçadetrabalho,bemcomoentreafacedaferramentade
corteeocavaco,utilizando-seferramentascomgeometriaadequadaecorretamenteafiadas.Omaterial
dapeçadeveapresentarummecanismodeformaçãodecavacocontínuoparaquegarantirumprocesso
deusinagemestável.
Oproblemadarigidezdinâmicapodeseremparteatenuadocomaescolhadosmateriaisqueformarãoa
estrutura,comusodedissipadoresdeenergiaeisoladoresdevibrações.
Aestruturademáquinas-ferramentaspodeserconsideradacomosendoumsistemavibratóriocom
infinitosgrausdeliberdade.Issoocorrecomoconsequênciadeumadistribuiçãonãouniformedemassas
evariaçõesnarigidezdaestrutura.Algumaspeçasoucomponentesrepresentammassaseoutras
representammolas,algunselementosaindapodematuarcomodissipadoresdeenergia,ouseja,
amortecedores.
Considerações Dinâmicas

82. Dopontodevistapráticodeve-seconsiderarumnúmerofintodegrausdeliberdade,esseconcentrar
nosprimeirosmodosdevibraçõesenasfrequênciasmaisbaixas,poissãojustamenteessesque
carregammaisenergia,eamplitudesdevibrações.Maioresamplitudededeslocamentoeenergiassão
maisfáceisdeseremcontroladasnoprojetodaestrutura.
Naanálisedevibraçõesalgumassimplificaçõespodemserassumidas,entreasquais:
➔osistemavibratóriomáquinaéconsideradolinear,apesardenãooser;
➔Asdireçõesdasforçasdecortesãoconstantes;
➔Acomponentedeforçaédependentesomentedasvibraçõesnadireçãodanormal
daforçadecorte;
➔Osvaloresdaforçadecortedinâmicavariaproporcionalmenteeinstantaneamente
comodeslocamentovibratório;e
➔Nãohárelaçãoentreafrequênciaeasondulaçõesnasuperfíciedapeça,exceto
quandoseconsiderarusinagensnocampodosub-micrométrico.
Considerações Dinâmicas

83. Considerações Dinâmicas