Usinagem de Peças Prismáticas_ Processos e Ferramentas

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Análise de Processos de Usinagem por 
Remoção de Cavaco para Peças 
Prismáticas 
 
 
1.0 Introdução à Usinagem e Peças Prismáticas 
 
A usinagem constitui um pilar fundamental da indústria de manufatura moderna, abrangendo 
um conjunto de processos que conferem forma, dimensões e acabamento superficial a uma 
peça através da remoção planejada de material.1 O princípio subjacente a todos esses 
processos é a formação do cavaco, que é a porção de material da peça retirada pela 
ferramenta de corte, caracterizando-se por uma forma geométrica irregular.2 Segundo a 
norma DIN 8580, a usinagem aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a 
remoção de material sob esta forma.1 No universo da fabricação mecânica, os processos são 
amplamente classificados em duas categorias: aqueles com remoção de cavaco e aqueles 
sem remoção de cavaco.2 Este relatório foca-se exclusivamente na primeira categoria. 
A seleção do processo de usinagem mais adequado é intrinsecamente ditada pela geometria 
da peça a ser produzida. Peças com geometria de revolução, como eixos e discos, são 
eficientemente fabricadas por torneamento. Contudo, para peças que não possuem um eixo 
de simetria rotacional, conhecidas como peças prismáticas, são necessários outros 
processos.3 Peças prismáticas são caracterizadas por uma combinação de faces planas, 
rasgos, rebaixos, furos e contornos complexos. Para a conformação dessas geometrias, 
processos como o fresamento, a furação, o mandrilamento e o aplainamento são 
indispensáveis. 
Embora estes quatro processos apresentem cinemáticas, ferramentas e aplicações distintas, 
todos operam sob o mesmo princípio físico fundamental: a remoção de material por 
cisalhamento, resultando na formação do cavaco. A mecânica do corte envolve a penetração 
de uma ferramenta, de dureza e resistência superiores, no material da peça, provocando uma 
deformação plástica severa que culmina na fratura e na expulsão do material excedente. A 
análise da forma, cor e integridade do cavaco gerado serve como uma ferramenta de 
diagnóstico poderosa, fornecendo informações cruciais sobre a eficiência do corte, a 
adequação dos parâmetros de usinagem (velocidade, avanço) e o estado de desgaste da 
ferramenta.4 Portanto, apesar de suas manifestações macroscópicas distintas, os processos 
aqui analisados são variações de um mesmo fenômeno micromecânico, cuja compreensão é 
essencial para a otimização da manufatura. 
 
2.0 Processo de Fresamento 
 
 
2.1 Descrição e Aplicações 
 
O fresamento é um processo de usinagem que remove material de uma peça por meio de 
uma ferramenta de corte rotativa com múltiplos gumes cortantes, denominada fresa.5 
Durante a operação, a fresa gira em alta velocidade enquanto a peça, fixada a uma mesa 
móvel, avança contra a ferramenta, permitindo a remoção controlada de material.7 
Este processo destaca-se por sua notável versatilidade, sendo capaz de produzir uma vasta 
gama de geometrias em peças prismáticas. Suas aplicações incluem a criação de superfícies 
planas (faceamento), contornos complexos, cavidades, rasgos, canais e perfis 
personalizados.6 A capacidade de moldar peças com alta precisão e complexidade faz do 
fresamento uma técnica indispensável em setores como o de moldes e matrizes, aeroespacial 
e automotivo. 
 
2.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
 
A cinemática do fresamento é definida pela combinação de dois movimentos fundamentais: o 
movimento de corte e o movimento de avanço. A complexidade geométrica que o processo 
pode gerar é uma consequência direta da sofisticação com que esses movimentos são 
controlados e combinados, especialmente em máquinas com Comando Numérico 
Computadorizado (CNC). 
● Movimento de Corte: Consiste na rotação da fresa em torno de seu próprio eixo. Este 
é o movimento primário, responsável pela velocidade com que os gumes da ferramenta 
removem o cavaco. O eixo de rotação da ferramenta pode ser vertical, horizontal ou 
inclinado, classificando a fresadora de acordo.5 
● Movimento de Avanço: É o movimento relativo entre a ferramenta e a peça, que 
permite à fresa percorrer a trajetória de usinagem. Em uma fresadora CNC de 3 eixos, 
este movimento é decomposto nos eixos cartesianos, proporcionando um controle 
tridimensional preciso 9: 
○ Eixo X: Corresponde ao movimento longitudinal da mesa da máquina 
(deslocamento da esquerda para a direita). 
○ Eixo Y: Corresponde ao movimento transversal da mesa (deslocamento de frente 
para trás). 
○ Eixo Z: Corresponde ao movimento vertical, que pode ser realizado pelo 
cabeçote da ferramenta ou pela mesa. Este eixo controla a profundidade de 
corte.11 
A versatilidade do fresamento não reside na complexidade do movimento da ferramenta em si 
(que é uma simples rotação), mas na capacidade da máquina de interpolar os eixos de 
avanço. O controle CNC permite mover os eixos X, Y e Z simultaneamente e em velocidades 
variáveis, gerando caminhos que podem ser linhas retas, arcos ou curvas tridimensionais 
complexas, possibilitando assim a fabricação de geometrias intrincadas.12 
 
2.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
 
O conjunto cortante no fresamento é a fresa, uma ferramenta caracterizada por possuir 
múltiplos dentes ou arestas de corte.5 A variedade de fresas disponíveis é vasta, e a seleção 
correta é crucial para a eficiência e qualidade da operação. Alguns tipos comuns incluem: 
● Fresas de Topo (End Mills): Utilizadas para fresamento de contornos, rasgos, canais e 
cavidades. Possuem dentes nas extremidades e na periferia. 
● Fresas de Facear (Face Mills): Projetadas para usinar grandes superfícies planas de 
forma eficiente. Os dentes estão localizados principalmente na face da ferramenta. 
● Fresas de Disco (Side and Face Cutters): Usadas para criar rasgos e canais 
profundos. 
As fresas são fabricadas em materiais de alta dureza e resistência ao desgaste, como Aço 
Rápido (HSS) e, mais comumente, Metal Duro (Carboneto de Tungstênio). Frequentemente, 
recebem revestimentos finos (e.g., TiN, TiAlN) para aumentar a vida útil e permitir maiores 
velocidades de corte. 
 
2.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
 
A imagem a seguir ilustra uma operação de fresamento em um centro de usinagem, onde a 
ferramenta rotativa remove material para criar uma superfície plana na peça. 
!(https://wolfbrasil.com.br/wp-content/uploads/2023/05/Exemplo-de-fresamento-CNC.jpg) 
Figura 1 – Operação de Fresamento de Faceamento em um Centro de Usinagem CNC, 
demonstrando a rotação da ferramenta (eixo Z) e o avanço da peça (eixos X-Y). 
Fonte: Wolf Brasil 6 
Para uma demonstração visual e didática do processo de fresamento e sua programação, o 
seguinte vídeo é recomendado: 
● Link para Vídeo (YouTube): https://www.youtube.com/watch?v=oeE-ga8MoOI 13 
 
3.0 Processo de Furação 
 
 
3.1 Descrição e Aplicações 
https://www.youtube.com/watch?v=oeE-ga8MoOI
 
A furação é uma das operações de usinagem mais fundamentais e ubíquas na indústria, 
destinada a abrir, alargar ou realizar o acabamento de furos em uma peça.4 Embora 
conceitualmente simples, é um processo complexo que exige considerações cuidadosas para 
garantir a qualidade e a integridade da peça e da ferramenta.14 Sua aplicação é universal, 
sendo um requisito em praticamente todos os componentes mecânicos, desde blocos de 
motor na indústria automotiva até estruturas na indústria aeroespacial.16 
 
3.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
 
A cinemática da furação é relativamente simples em comparação com o fresamento, 
consistindo em dois movimentos principais que ocorrem simultaneamente: 
● Movimento de Corte: É o movimento de rotação da ferramenta (broca) em torno de 
seu próprio eixo longitudinal. A velocidade deste movimento é um parâmetro crítico que 
influencia a temperatura de corte e o acabamento do furo. 
● Movimento de Avanço: É o movimento de translação da broca ao longo do seu eixo de 
rotação, que a faz penetrar no material da peça, removendo cavaco continuamente.2 
Em uma máquina-ferramenta,a peça é primeiramente posicionada no plano horizontal 
utilizando os eixos X e Y. Uma vez que o centro do furo está alinhado com o eixo da 
ferramenta, a operação de furação ocorre exclusivamente ao longo do eixo Z. O movimento 
de corte é a rotação em torno do eixo Z, e o movimento de avanço é a translação linear na 
direção negativa do eixo Z. 
 
3.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
 
A ferramenta utilizada na furação é a broca. A mais comum é a broca helicoidal, cuja 
geometria foi otimizada ao longo de décadas para realizar o corte de forma eficiente e, 
crucialmente, para gerir o ambiente desafiador dentro do furo.17 Seus principais componentes 
são: 
● Haste: A parte da broca que é fixada no mandril da máquina. Pode ter formato 
cilíndrico (para mandris de aperto) ou cônico (para encaixe direto no fuso da 
máquina).18 
● Corpo e Canais Helicoidais: O corpo contém dois canais em forma de hélice. Estes 
canais têm uma dupla função essencial: formam as arestas de corte na ponta da broca 
e servem como um sistema de transporte para evacuar os cavacos de dentro do furo. 
Além disso, permitem que o fluido de corte alcance a região de corte.18 
● Ponta: É a extremidade cortante da broca. Contém duas arestas principais de corte, 
que removem a maior parte do material, e uma pequena aresta transversal no centro. A 
geometria da ponta (ângulo da ponta, ângulos de folga) é projetada de acordo com o 
material a ser usinado.20 
O desafio de engenharia na furação não se resume a cortar o material, mas a gerenciar o 
confinamento geométrico da operação. Todo o processo de corte, geração de calor e 
evacuação de cavacos ocorre dentro do furo que está sendo criado. Este ambiente confinado 
dificulta a dissipação de calor e pode levar ao aprisionamento de cavacos, o que aumenta o 
atrito, o torque e o risco de quebra da ferramenta. A geometria helicoidal da broca é uma 
solução elegante para mitigar esses problemas, agindo como um parafuso de Arquimedes 
que transporta os cavacos para fora da zona de corte. A aplicação de fluidos de corte 
torna-se, portanto, crítica não apenas para refrigeração e lubrificação, mas para auxiliar na 
lavagem e expulsão dos cavacos.19 
 
3.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
 
O diagrama a seguir detalha os elementos geométricos de uma broca helicoidal, a ferramenta 
padrão para operações de furação. 
 
Figura 2 – Elementos geométricos de uma broca helicoidal, destacando a ponta com as 
arestas de corte e os canais para escoamento de cavaco. 
Fonte: Adaptado de Diniz et al. (2010), via ResearchGate 20 
O vídeo abaixo oferece uma explicação clara sobre os fundamentos e as complexidades do 
processo de furação na usinagem. 
● Link para Vídeo (YouTube):(https://www.youtube.com/watch?v=jsHLeDgeXE8) 15 
 
4.0 Processo de Mandrilamento 
 
 
4.1 Descrição e Aplicações 
 
O mandrilamento é um processo de usinagem frequentemente realizado como uma operação 
de acabamento para alargar e refinar um furo pré-existente (seja ele obtido por furação, 
fundição ou forjamento). O principal objetivo do mandrilamento não é criar um furo, mas sim 
aprimorá-lo para atingir tolerâncias dimensionais e geométricas rigorosas, como alta precisão 
de diâmetro, circularidade, cilindricidade e retilinidade, além de proporcionar um excelente 
acabamento superficial.21 Por sua cinemática, é muitas vezes descrito como uma operação de 
"torneamento interno" aplicada a peças fixas.24 
 
4.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
 
https://www.youtube.com/watch?v=jsHLeDgeXE8
A cinemática do mandrilamento é similar à da furação, mas com foco em precisão e controle. 
Os movimentos são: 
● Movimento de Corte: É a rotação da ferramenta de mandrilar em torno do eixo central 
do furo que está sendo usinado. 
● Movimento de Avanço: É o deslocamento linear e controlado da ferramenta ao longo 
do eixo do furo, fazendo com que o gume de corte remova uma fina camada de material 
da parede interna. 
● Relação com os Eixos: Assim como na furação, a peça é posicionada nos eixos X e Y 
para alinhar o furo com o fuso da máquina. A operação de mandrilamento ocorre com a 
rotação da ferramenta em torno do eixo Z e o avanço linear ao longo do mesmo eixo. 
Uma característica distintiva é o movimento de ajuste, que consiste em um pequeno 
deslocamento radial da ponta cortante para definir com exatidão o diâmetro final do 
furo. Este ajuste é feito antes do início do corte e não constitui um eixo de movimento 
contínuo. 
 
4.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
 
O conjunto de ferramenta para mandrilamento é projetado para maximizar a rigidez e a 
precisão. Ele consiste em dois componentes principais: 
● Barra de Mandrilar: É um eixo robusto e de alta rigidez que serve de suporte para o 
elemento cortante. A rigidez da barra é fundamental para minimizar vibrações e 
deflexões durante o corte, que comprometeriam a precisão geométrica e o acabamento 
do furo.21 
● Ferramenta de Corte de Gume Único: Fixada na extremidade da barra, geralmente é 
um inserto intercambiável de metal duro com geometria de corte otimizada para 
acabamento. O uso de um único gume de corte permite um controle dimensional muito 
mais preciso e gera uma superfície de melhor qualidade em comparação com as duas 
arestas de corte de uma broca.21 
É crucial distinguir a função do mandrilamento da função da furação. A furação é um 
processo de geração de geometria; ela cria o furo. No entanto, devido às forças de corte e à 
flexibilidade da broca, o furo resultante pode apresentar desvios de retilinidade e posição. O 
mandrilamento, por outro lado, é um processo de correção e refinamento de geometria. A 
barra de mandrilar, sendo mais rígida e guiada com precisão pelo fuso da máquina, segue o 
caminho do furo existente e o corrige, melhorando seu alinhamento, concentricidade e 
qualidade geral. Esta sequência funcional — primeiro gerar a forma com a furação, depois 
refinar as superfícies críticas com o mandrilamento — é um princípio fundamental no 
planejamento de processos de fabricação de alta precisão. 
 
4.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
 
A figura abaixo representa esquematicamente o processo de mandrilamento, evidenciando a 
ação da ferramenta de gume único na parede interna de um furo. 
!(https://i.imgur.com/83p0y1a.png) 
Figura 3 – Representação esquemática do processo de mandrilamento, onde uma ferramenta 
de gume único, montada em uma barra de mandrilar rotativa, remove material da parede de 
um furo pré-existente. 
Fonte: Elaborado com base nas descrições de Jorge Street 21 e SENAI 25 
O vídeo a seguir apresenta os diferentes tipos de mandrilamento e as características das 
máquinas e ferramentas utilizadas. 
● Link para Vídeo (YouTube): https://www.youtube.com/watch?v=gjt4J9HrN-4 26 
 
5.0 Processo de Aplainamento (Plaina Limadora) 
 
 
5.1 Descrição e Aplicações 
 
O aplainamento é um processo de usinagem que gera superfícies planas por meio de um 
movimento de corte retilíneo e alternativo entre a peça e uma ferramenta de gume único.27 
Existem diferentes tipos de máquinas de aplainar, sendo a plaina limadora (ou limador) a 
mais comum para peças de pequeno e médio porte. Na plaina limadora, a ferramenta executa 
o movimento de corte principal, enquanto a peça, fixa na mesa, realiza o movimento de 
avanço.28 
Apesar de ser um processo mais lento em comparação com o fresamento, o aplainamento é 
economicamente vantajoso para certas aplicações devido à simplicidade e baixo custo da 
ferramenta de corte. É utilizado para faceamento de superfícies, abertura de rasgos, estrias, 
rebaixos e usinagem de chanfros.29 
 
5.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
 
A cinemática da plaina limadora é definida por três movimentos distintos e ortogonais, que 
podem ser associados aos eixos cartesianos: 
● Movimento de Corte (Principal): É o movimento retilíneo e alternativo (vaivém) da 
ferramenta, que é montada em uma estrutura chamada torpedo. O corte efetivo do 
material ocorre apenas durante o curso deavanço da ferramenta. O curso de retorno é 
mais rápido e não remove material, sendo considerado um tempo passivo no ciclo.27 
Este movimento define o eixo X. 
● Movimento de Avanço: É um movimento intermitente e perpendicular ao movimento 
de corte. Ao final de cada ciclo de retorno da ferramenta, a mesa, onde a peça está 
https://www.youtube.com/watch?v=gjt4J9HrN-4
fixada, desloca-se lateralmente uma pequena e precisa quantidade (o passo do 
avanço). Isso posiciona uma nova faixa de material a ser removida no próximo curso de 
corte.28 Este movimento define o eixo Y. 
● Movimento de Ajuste: É o movimento vertical do conjunto porta-ferramenta, utilizado 
para estabelecer a profundidade de corte, ou seja, a espessura da camada de material 
a ser removida em cada passada.31 Este movimento define o eixo Z. 
O aplainamento pode ser entendido como um processo de geração por cópia. A planicidade 
e a retilinidade da superfície usinada na peça são uma réplica direta da precisão geométrica 
das guias e barramentos da máquina que orientam o movimento do torpedo.32 Qualquer 
desgaste ou desalinhamento nas guias da plaina será diretamente transferido para a peça. 
Isso torna a precisão do resultado final intrinsecamente dependente da condição e da 
qualidade construtiva da própria máquina-ferramenta. 
 
5.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
 
O conjunto cortante utilizado na plaina limadora é notavelmente simples: 
● Ferramenta de Corte: Consiste em uma ferramenta de gume único, frequentemente 
chamada de "bit", similar em conceito a uma ferramenta de torno. Geralmente é 
fabricada em aço rápido (HSS) ou possui um inserto de metal duro fixado em uma 
haste.27 
● Porta-Ferramenta Articulado (Caixa de Espera): A ferramenta é montada em um 
dispositivo articulado na extremidade do torpedo. Esta articulação permite que a ponta 
da ferramenta se levante ligeiramente durante o curso de retorno (sem corte), evitando 
o atrito e o arrastamento contra a superfície recém-usinada, o que protege tanto a 
ferramenta quanto o acabamento da peça.31 
 
5.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
 
A imagem abaixo mostra uma plaina limadora em operação, destacando o movimento 
retilíneo do torpedo que carrega a ferramenta sobre a peça fixada na mesa. 
!(https://i.ytimg.com/vi/JNQlBREP3Q4/maxresdefault.jpg) 
Figura 4 – Plaina limadora em operação, ilustrando o movimento de corte retilíneo da 
ferramenta (eixo X) sobre a peça, que recebe avanços intermitentes (eixo Y). 
Fonte: Canal Medida Certa Usinagem, via YouTube 34 
Para uma visualização detalhada do funcionamento, componentes e ajustes de uma plaina 
limadora, o vídeo a seguir é recomendado. 
● Link para Vídeo (YouTube):(https://www.youtube.com/watch?v=JNQlBREP3Q4) 34 
 
https://www.youtube.com/watch?v=JNQlBREP3Q4
6.0 Conclusão e Quadro Comparativo 
 
A análise dos processos de fresamento, furação, mandrilamento e aplainamento revela um 
espectro diversificado de estratégias para a conformação de peças prismáticas, todas 
unificadas pelo princípio da remoção de material na forma de cavaco. A escolha entre esses 
processos é uma decisão de engenharia que depende de um balanço criterioso entre a 
complexidade geométrica desejada, as tolerâncias dimensionais e de forma exigidas, o 
acabamento superficial, a produtividade e os custos envolvidos. 
O fresamento se destaca como o processo mais versátil, cuja capacidade de gerar 
geometrias complexas é uma função direta da sofisticação cinemática da máquina CNC. A 
furação, embora cinematicamente simples, apresenta desafios significativos relacionados ao 
confinamento da zona de corte, exigindo ferramentas com geometrias especializadas para a 
evacuação de cavacos. O mandrilamento atua como um processo corretivo e de 
refinamento, elevando a precisão de furos pré-existentes a um patamar que a furação sozinha 
não consegue alcançar. Por fim, o aplainamento representa um método fundamental para a 
geração de superfícies planas, cuja precisão é uma cópia direta da integridade geométrica da 
própria máquina-ferramenta. 
O quadro comparativo a seguir sintetiza as características distintivas de cada processo, 
facilitando uma compreensão clara de suas diferenças fundamentais. 
Tabela 1: Quadro Comparativo dos Processos de Usinagem para Peças Prismáticas. 
Característica Fresamento Furação Mandrilamento Aplainamento 
(Limadora) 
Movimento 
Principal 
Rotativo da 
Ferramenta 
Rotativo da 
Ferramenta 
Rotativo da 
Ferramenta 
Retilíneo 
Alternativo da 
Ferramenta 
Movimento de 
Avanço 
Linear da 
Peça/Ferramenta 
(X, Y, Z) 
Linear da 
Ferramenta (Z) 
Linear da 
Ferramenta (Z) 
Linear 
Intermitente da 
Peça (Y) 
Ferramenta 
Típica 
Fresa (múltiplos 
gumes) 
Broca Helicoidal 
(dois gumes) 
Ferramenta de 
Gume Único em 
Barra 
Ferramenta de 
Gume Único (Bit) 
Aplicação 
Principal 
Geração de 
superfícies 
planas, contornos, 
canais 
Abertura de furos Acabamento e 
precisão de furos 
existentes 
Geração de 
superfícies 
planas, rasgos 
Natureza do 
Corte 
Interrompido Contínuo Contínuo Interrompido 
(corte no avanço) 
Compreender a inter-relação entre a cinemática da máquina, a geometria da ferramenta e a 
aplicação final é essencial para o planejamento eficaz dos processos de fabricação e para a 
produção de componentes mecânicos que atendam rigorosamente às especificações de 
projeto. 
 
7.0 Referências Bibliográficas 
 
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	Análise de Processos de Usinagem por Remoção de Cavaco para Peças Prismáticas 
	1.0 Introdução à Usinagem e Peças Prismáticas 
	2.0 Processo de Fresamento 
	2.1 Descrição e Aplicações 
	2.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
	2.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
	2.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
	3.0 Processo de Furação 
	3.1 Descrição e Aplicações 
	3.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
	3.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
	3.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
	4.0 Processo de Mandrilamento 
	4.1 Descrição e Aplicações 
	4.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
	4.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
	4.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
	5.0 Processo de Aplainamento (Plaina Limadora) 
	5.1 Descrição e Aplicações 
	5.2 Cinemática do Processo (Eixos X, Y, Z) 
	5.3 Conjunto Ferramenta-Elemento Cortante 
	5.4 Ilustração e Recurso Audiovisual 
	6.0 Conclusão e Quadro Comparativo 
	7.0 Referências Bibliográficas 
	Referências citadas