O documento descreve a evolução histórica das máquinas-ferramentas desde o período paleolítico até os dias atuais, com ênfase nos tornos mecânicos. Descreve as principais inovações técnicas ao longo dos séculos, como o uso de arcos e rodas d'água como fonte de energia e o desenvolvimento de tornos cada vez mais automatizados, culminando nos tornos CNC modernos. Também apresenta detalhadamente a nomenclatura e componentes principais de um torno mecânico horizontal.

1. Cinemática das Máquinas
Ferramentas
Usinagem
Juliano Aparecido de Oliveira
Março/2012

2. Origem das Máquinas
 Surgiu Período paleolítico cerca de 6.000 A.C.;
Plainas primitivas;
Utilizando pedaços de madeira para prover
uma estrutura e pedra lascada como
ferramenta.
2

3. Figura 1 – Plaina neolítica (Stoeterau apud Spur,1979)
3

4.  Afrescos egípcios datando de 1500 A.C.;
Trabalho com furadeiras acionadas a arco,
Elemento o qual permaneceu como principal
acionamento de máquinas-ferramentas o
século XVI.
4

5. Figura 2 – Furadeira de arco egípcia 1500 a.C. (Stoeterau apud Spur, 1979)
5

6. Período do Renascimento século XIII até XVI;
Maior Produção;
Melhor Qualidade;
Menor Custo;
Menor Tempo possível;
Ainda utilizavam estruturas em madeiras.
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7. Figura 3 – Torno acionado por arco de 1565 (Stoeterau apud Spur, 1979)
7

8. Período marcado basicamente pelo
torneamento ornamental;
Leonardo Da Vinci em 1500;
Jacques Benson em 1569;
Máquinas-ferramentas de características
revolucionárias;
Idéias que influenciaram muitos projetistas na
Revolução Industrial.
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9. Figura 4 – Ensaio de Da Vinci para uma furadeira com placa centrante
(Stoeterau apud Spur, 1979).
9

10. Século XVII e XVIII (Introdução da pólvora );
Substituição dos arco pelas rodas d’água;
Técnicas de furação;
Técnicas de fundição (Fabricação de Armas);
Charles Plumier, máquinas projetadas com
princípios modernos;
O holandês Verbruggen, em 1755, aprimora a
técnica de furação de canhões;
As brocas neste período já contavam com canais
helicoidais;
10

11. Revolução industrial Século XVIII;
Wilkinson obteve tolerâncias não maiores do
que um dedo em cilindros com diâmetro de
1829mm (72 pol.);
James Watt, desenvolvimento da máquina a
vapor.
11

12. Figura 5 – Furadeira de Willkinson, acionada por roda d'água
(Stoeterau apud Spur, 1979)
12

13. Máquina a Vapor de James Watt
13

14. Vaucanson (Francês) por volta de 1765;
Os primeiros tornos com princípios modernos
com barramentos prismáticos paralelos em V;
Henry Maudslay;
Reuniu sob um único projeto o uso do ferro, aço e
bronze como elemento estrutural de uma
máquina-ferramenta.
Bom senso de fabricante de instrumentos ao
projeto de máquinas e gerou discípulos como
Bramah, Clement, Whitworth, Nasmyth e outros
(Morre, 1989; Thyer, 1991).
14

15. Figura 6 – Torno de Maudslay (Stoeterau apud Moore, 1978)
15

16. Figura 7 – Torno universal do fim do século XIX, com acionamento por
correias (Stoeterau, 2004).
16

17. As primeiras peças produzidas de forma
seriada eram feitas em tornos mecânicos;
Realizavam operações posteriores, como
furações, rosqueamentos e outras em outras
máquinas operatrizes;
O primeiro torno automático foi inventado no
final do século XIX.
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18. Figura 8 – Introdução dos tornos automáticos final do século XIX
18

19. Figura 9 – Torno de carros múltiplos e torre revólver (1920)
19

20. Figura 10 – O lendário torno automático A 25 (1935)
20

21. Figura 11 – Tornos universais CNC (1975)
21

22. Figura 12 – Tornos automáticos CNC de cabeçote móvel (1985).
22

23. Figura 13 – Tornos automáticos CNC de carros múltiplos (1995).
23

24. Figura 14 – Centros de torneamento de carros múltiplos (2000)
24

25. Cinemática de um Torno
1. Partes que suportam ou alojam os diferentes
mecanismos como:
• Barramento;
• Cabeçote fixo e móvel;
• Caixas de mudanças de velocidade.
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26. Cinemática de um Torno
2. Mecanismos que transmitem e transformam
o movimento de rotação do eixo da árvore,
como:
• Motor;
• Polias escalonadas;
• Engrenagens;
• Redutores.
26

27. Cinemática de um Torno
3. Mecanismo que possibilita o deslocamento da
ferramenta e peça em diferentes velocidades,
como:
• Engrenagens;
• Caixa de câmbio (Caixa NORTON);
• Inversor de marcha;
• Fuso;
• Vara.
27

28. Cinemática de um Torno
4. Partes de fixação da ferramenta:
• Torre;
• Carro porta-ferramenta;
• Carro transversal;
• Carro principal ou longitudinal.
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29. Cinemática de um Torno
Fixação da peça:
• Placas;
• cabeçote móvel.
5. Comandos dos movimentos e das
velocidades:
• Manivelas,
• Alavancas.
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30. Nomenclatura do torno mecânico
É a máquina-ferramenta usada para trabalhos
de torneamento, principalmente de metais
que, através da realização de operações,
permite dar às peças as formas desejadas.
As figuras a seguir apresentam um torno
mecânico horizontal do tipo comum com
motor elétrico e transmissor colocado
externamente.
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31. Nomenclatura do torno mecânico
Figura 15 – Torno mecânico horizontal. Vista frontal
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32. • A - Barramento
• B - Cabeçote fixo
• C - Carro
• D - Cabeçote móvel
• 1 - Pés
• 2 - Caixa de acessórios
• 3 - Caixa de câmbio ou Caixa Norton
• 4 - Caixa engrenagens da grade
• 5 - Alavanca de velocidade do fuso e da vara
• 6 - Alavanca de inversão de macha
• 7 - Polia em degraus (em “V”)
• 8 - Eixo principal
• 9 - Placa de castanha independentes
• 10 - Mesa do carro principal
• 11 - Porta ferramenta
• 12 - Carro superior
• 13 - Carro transversal
• 14 - Volante
• 15 - Manivela de carro superior
• 16 - Trava de carro principal
• 17 - Contraponta
• 18 - Mangoti
• 19 - Manipulo de fixação
• 20 - Volante do cabeçote móvel
• 21 - Cremalheira
• 22 - Fuso
• 23 - Bandeja
• 24 - Alavanca de engate do fuso
• 25 - Alavanca de engate da vara
• 26 - Avental
• 27 - Volante do carro principal
• 28 - Fundo da caixa
• 29 - Vara
• 30 - Cava e calço da cava
32
Nomenclatura do torno mecânico

33. Figura 16 – Torno mecânico horizontal com transmissão externa. Vista lateral
33
Nomenclatura do torno mecânico

34. 1 - Barramento
• O corpo principal do torno e serve de apoio ao carro
principal e o cabeçote móvel, assim como para a fixação do
cabeçote fixo.
• Construído de ferro fundido especial e endurecido durante
a usinagem.
• A parte superior do barramento apresenta filetes
trapezoidais, que constituem as guias para o deslize dos
órgão montados sobre o barramento.
• Este perfil trapezoidal do barramento tem a vantagem de
resistir melhor à pressão do trabalho, compensar o
desgaste das partes em atrito e proporcionar grande
precisão.
34
Nomenclatura do torno mecânico

35. 2 - Cabeçote fixo
• É a parte do torno, cujo eixo principal recebe a rotação do
motor elétrico, através de um jogo de polias ou
engrenagens.
• No eixo principal esta adaptada um jogo de engrenagens
ABCD (figura 17) a fim de obter as velocidades reduzidas
para tornear o material.
• Na outra extremidade do eixo principal está disposto o
mecanismo de inversão (F) (figura 17) do movimento de
rotação ao jogo de engrenagem da grade, para realizar,
simultaneamente com a rotação do eixo principal, os
diversos avanços do carro para a ferramenta cortar o
material.
35
Nomenclatura do torno mecânico

36. Figura 17 – Torno mecânico horizontal com transmissão externa. Vista lateral
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Nomenclatura do torno mecânico

37. 1 - Engrenagem da grade
2 - Mecanismo de inversão da
marcha
3 - Porca
4 - Bucha de bronze
5 - Bucha de bronze
6 - Rolamento de encosto
7 - Polias em degraus
8 - Luva de acoplamento
9 - Anéis
10 - Mancal
11 - Eixo principal
12 - Rosca de fixação da placa
13 - Encosto da placa
14 - Mecanismo de redução
de velocidade do eixo
principal.
37
Nomenclatura do torno mecânico

38. • Estrutura de ferro fundido, fixado firmemente na
extremidade esquerda do barramento, com a linha
de centro do eixo principal do torno rigorosamente
paralela às guias do barramento e na mesma altura
com o centro do cabeçote móvel.
• Nele estão alojados os mecanismos de rotação para
tornear o material, o mecanismo de inversão dos
avanços da grade para movimentar o carro e as
tabelas das velocidades e avanços apropriados para
tornear os materias.
38
Nomenclatura do torno mecânico

39. 3 - Eixo da árvore
• É um eixo oco, construído de um aço especial, como
aço-cromo-níquel, endurecido, retificado e super
acabado, de maneira a apresentar superfícies
finamente polidas nos contados dos mancais.
• É assentado em mancais de bronze fosforoso ou
rolamentos de esferas.
• Junto ao rebaixo posterior (lado esquerdo), fica em
contato com um mancal de encosto, que recebe
pressão longitudinal resultante do esforço de corte
exercido pela ferramenta.
39
Nomenclatura do torno mecânico

40. Nomenclatura do torno mecânico
• O furo no centro do eixo tem dupla finalidade:
1ª - A parte da frente serve para colocar as
pontas do centro, haste das ferramentas como
broca, mandril, e alargador, todos esses dispositivos
são fixados por meio do cone interno.
2ª - Permitir o torneamento de peças
diretamente no vergalhão, sem que para isso seja
necessário cortá-los previamente, uma vez que este
atravessa o oco do eixo da árvore.
40

41. Figura 18 – Eixo da Árvore
41
Nomenclatura do torno mecânico

42. 4 - Sistemas de transmissão
• Conforme o material e o diâmetro da peça a ser
torneada, esta tem que girar com um número
variável de rotação.
• Para isso, a transmissão de movimento do motor
à árvore é feita por meio de polias escalonadas
com correrias planas ou em “V”, ou , então,
através de um sistema de engrenagens que
permiti essa gradação do número de rotações.
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Nomenclatura do torno mecânico

43. 5 - Cabeçote móvel do torno
• É a parte do torno que, apoiada e fixada sobre o
barramento, serve para as seguintes finalidades:
1º - Suporte de contra-ponta, que é um duplo cone
de aço destinado a prender, num dos topos, a peça a ser
torneada.
2º - Suporte de um mandril de haste cônico, como
o mandril tipo “CHUCK JACOBS” ou de uma bucha de
redução.
3º - Suporte direto de ferramentas de corte de
haste cônica, tais como brocas, alargadores ou machos.
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Nomenclatura do torno mecânico

44. • O cabeçote móvel do torno se compõe das
seguintes partes principais:
Base,
corpo,
mangote,
volante e
dispositivos de fixação.
44
Nomenclatura do torno mecânico

45. • A Base desliza-se sobre o barramento, o qual
apresenta uma ranhura retificada, que se
adapta a uma das guias longitudinais
retificadas do barramento.
• Pode, também, ser fixada em diferentes
partes do barramento, seja por meio dos
parafusos, porcas e placas, ou por outro
processo adequado, como o de uma alavanca
com excêntrico.
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Nomenclatura do torno mecânico

46. Figura 19 – Vista do cabeçote móvel em corte 46
Nomenclatura do torno mecânico

47. 1 – Base;
2 – Corpo;
3 – Contraponta;
4 - Trava do mangote;
5 – Mangote;
6 -Parafuso e deslocamento
mangote;
7 – Volante;
8 – Manipulo;
9 – Porca;
10 - Parafuso de fixação;
11 - Guia do barramento do
torno;
12 - Guia de deslocamento
lateral do cabeçote;
13 - Parafuso de deslocamento
lateral do cabeçote;
14 - Barramento do torno;
15 - Buchas de aperto do
mangote;
16 - Placas de fixação.
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Nomenclatura do torno mecânico

48. 6 - Mangote
• É um tubo cilíndrico, provido de porca e parafuso,
que se desloca dentro do corpo do cabeçote.
• Na extremidade do mangote há um cone interno
para a colocação das pontas ou das hastes da
ferramenta.
• O parafuso interno atravessando uma porca no
mangote e comandado externamente por um
volante.
• Para firmar o mangote utiliza uma alavanda da
trava do mangote.
48
Nomenclatura do torno mecânico

49. • Os deslocamentos longitudinais, quer dizer,
avançar ou recuar o mangote, podem ser
regulados por um dos dois seguintes meios:
1º Pela graduação retilínea na parte
superior ou lateral.
2º Graduação circular no eixo do volante.
49
Nomenclatura do torno mecânico

50. 7 - Carro do torno
• É uma forte peça construída de ferro fundido e
que proporciona à ferramenta cortante os
movimentos exigidos para operações de
torneamento.
• O carro do torno compõe-se de três partes, cada
uma com finalidades diferentes, que são:
A. Carro principal
B. Carro transversal
C. Carro longitudinal ou carrinho superior.
50
Nomenclatura do torno mecânico

51. Figura 20 – Carro principal
51
Nomenclatura do torno mecânico

52. Nomenclatura do torno mecânico
A. Carro Principal:
• Tem na parte inferior rasgos trapezoidais que se adaptam
nas guias prismáticas do barramento do torno, para
facilitar o seu deslocamento.
• As duas guias prismáticas externas são as que servem de
apoio ao carro.
• A guia prismática interna e o ressalto achatado servem
para o deslocamento do cabeçote móvel.
• Todas essas guias são rigorosamente retificadas, para que
o movimento da ponta da ferramenta se faça sempre
paralelamente ao alinhamento da ponta e da
contraponta.
52

53. B. Carro transversal:
• Na parte superior do carro principal, desliza, por guias
transversais, o carro.
• Na parte inferior do carro transversal esta o parafuso de
movimento que se conjuga a uma porca, determinando o
deslocamento transversal do mesmo.
• Este deslocamento se faz manualmente, pelo volante, ou
automaticamente, através do mecanismo do avental,
conforme será explicado adiante.
• Um anel graduado no eixo do volante permite
deslocamento micrométrico do carro transversal.
53
Nomenclatura do torno mecânico

54. C. Carro superior:
• O carro superior é a parte que serve de base à porta-
ferramentas.
• O deslocamento se faz girando o volante, que move um
parafuso conjugado a uma porca existente na mesma.
• Um anel graduado no eixo do volante facilita a execução
manual de avanço micrométrico da ferramenta de corte.
• A base do carro superior é de forma cilíndrica, com uma
graduação angular, para indicar qualquer inclinação da
direção de avanço da ferramenta em relação ao eixo da
peça que esta sendo torneada.
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Nomenclatura do torno mecânico

55. Figura 21 – Carro Transversal e Carro Superior
55
Nomenclatura do torno mecânico

56. 8 - Porta-ferramenta:
• O porta-ferramentas é o órgão superior que
suporta e prende a ferramenta de corte,
mediante parafusos de aperto.
56
Nomenclatura do torno mecânico

57. 9 - Avental de torno
• É uma caixa de ferro fundido, adaptada na
parte da frente do carro longitudinal.
• Nela contém o mecanismo de movimento
longitudinal do carro ao longo do barramento
do torno, assim como o mecanismo de
movimento automático transversal do carro
transversal.
57
Nomenclatura do torno mecânico

58. Figura 22 – Avental vista frontal
58
Nomenclatura do torno mecânico

59. Figura 23 – Avental vista superior
59
Nomenclatura do torno mecânico

60. Nomenclatura do torno mecânico
10 - Caixa Norton
• Serve para proporcionar avanços mecânicos e passos de
roscas com economia de tempo. Em lugar de calcular e
montar as engrenagens da grade, é preciso apenas mudar a
posição de certas alavancas.
• Os tornos antigos não possuem caixa de mudança rápida de
avanço de carro (CAIXA NORTON).
• No extremo do fuso é adaptado uma engrenagem, por meio
da qual se estabelece, com as engrenagens da grade a
transmissão de velocidade de rotação do eixo da árvore ao
fuso, com redução desejada.
60

61. • É necessário, portanto, um outro jogo de engrenagens
que permita as convenientes combinações de
engrenagens na grade, para produzir diferentes
velocidades de rotação do fuso, portanto, diversos
avanços do carro, em consequência, à ferramenta.
• As combinações da engrenagem da grade são
estabelecidas pelo cálculo de mudança de rotação,
determinando as relações entre os números dos dentes
da engrenagem condutora e da engrenagem conduzida.
• A mudança dos avanços, nos tornos antigos, dependia de
cálculos e de trabalhos de desmontagem e montagem
das engrenagens da grade, resultando perda de tempo.
61
Nomenclatura do torno mecânico

62. Nomenclatura do torno mecânico
• Por outro lado, a combinação, na grade de diferentes jogos de
engrenagens, possibilitam uma variedade limitada de avanços
do carro do torno, conforme o número de engrenagens
disponíveis.
• No mecanismo da caixa NORTON, existe um eixo no qual
estão montadas, com chavetas, diversas engrenagens. Pelo
manejo de uma alavanca externa, estas engrenagens se
combinam com outras engrenagens montadas num outro
eixo, produzindo mudanças de avanços.
• Existem os tornos que possuem a chamada “meia caixa
NORTON” isto é, uma caixa NORTON com poucas
engrenagens, para determinadas mudanças de rotação.
• Neste é possível ainda, obter-se diversos avanços, mantendo
jogos de engrenagens adequados na grade.
62

63. Nomenclatura do torno mecânico
Figura 24 – Caixa Norton
63

64. Movimentos na Usinagem
 Movimento de corte:
É o movimento entre a ferramenta e a peça que
provoca remoção de cavaco durante uma única rotação
ou um curso da ferramenta.
Geralmente este movimento ocorre através da
rotação da peça (torneamento) ou da ferramenta
(fresamento).
Figura 25 – Movimento principal de Corte
64

65. Movimentos na Usinagem
Movimento de avanço ( f ):
É o movimento entre a ferramenta e a peça
que, juntamente com o movimento de corte,
possibilita uma remoção contínua do cavaco ao
longo da peça.
Figura 26 – Movimento de Avanço
65

66. Movimentos na Usinagem
 Movimento de ajuste ou penetração (ap):
É o movimento entre a ferramenta e a
peça, no qual é predeterminada a espessura da
camada de material a ser removida.
Figura 27 – Movimento de Ajuste
66

67. Movimentos na Usinagem
Movimento efetivo de corte:
É o movimento entre a ferramenta e a peça, a
partir do qual resulta o processo de usinagem.
Quando o movimento de avanço é continuo,
o movimento efetivo é a resultante da composição
dos movimentos de corte e de avanço.
Figura 28 – Movimento de Ajuste
MOVIMENTO EFETIVO
67

68.  Movimento de Correção:
É o movimento entre a ferramenta e a
peça, empregado para compensar alterações de
posicionamento devidas, por exemplo, pelo
desgaste da ferramenta.
68
Movimentos na Usinagem

69.  Movimento de aproximação:
É o movimento da ferramenta em direção
à peça, com a finalidade de posicioná-la para
iniciar a usinagem.
69
Movimentos na Usinagem

70. Movimento de recuo:
É o movimento da ferramenta pelo qual
ela, após a usinagem, é afastada da peça.
70
Movimentos na Usinagem

71. Tanto os movimentos ativos como passivos
são importantes, pois eles estão associados a
tempos que, somados, resultam no tempo total
de fabricação.
71
Movimentos na Usinagem

72. 1000
.d.n
vc


Vc = velocidade de corte [m/min]
d = diâmetro da peça (ferramenta) [mm]
n = rotação da peça (ferramenta) [rpm]
72
Cálculo da Velocidade de Corte

73. .f
.d
1000.v
f.nv c
f


Vf = velocidade de avanço [mm/min]
f = avanço [mm/rot]
n = rotação da peça (ferramenta) [rpm]
Vc = velocidade de corte [m/min]
d = diâmetro da peça (ferramenta) [mm]
73
Cálculo da Velocidade de
Avanço

74. Cálculo do Tempo de Corte
(tempos ativos)
c
ff
f
f
1000.f.v
.d.I
f.n
I
v
I
tc


tc = tempo de corte [min]
If = percurso de avanço [mm]
Vf = velocidade de avanço [mm/min]
74

75. Cálculo dos Tempos Passivos
Os tempos passivos nem sempre podem
ser calculados. Geralmente são estimados por
técnicas específicas que estudam os
movimentos e a cronometragem dos tempos a
eles relacionados, estabelecendo os chamados
tempos padrões.
75

76. Cálculo da Seção Transversal de
Corte
.faΑ p
A= área da seção transversal de um cavaco a ser
removido [mm²]
ap= profundidade ou largura de usinagem, medida
perpendicularmente ao plano de trabalho [mm]
76