Tornos mecânicos e torneamento e as funções técnicas

Introdução

Como todos sabem, hoje em dia vivemos cada vez mais rodeados de tecnologia, tecnologia essa que tem de ser “construída” com base em outras “tecnologias” que já existam.

Devido à nossa natureza curiosa e às vantagens que a evolução natural nos proporcionou, tais como a destreza manual e a inteligência e raciocínio elevados em relação aos outros animais, conseguimos criar ferramentas e utensílios que iam satisfazendo algumas das nossas necessidades. Desde o domínio do fogo, passando pela arte de trabalhar os metais através do fogo, que nos proporcionou objectos cada vez mais resistentes, impossíveis de construir ou de resistir ao uso se ossem feitos de outros materiais, até aos nossos dias, onde a cada vez mais intensa mistura das várias ciências umas nas outras nos proporciona nova tecnologia de ponta todos os dias.

Este trabalho tem como objectivo abordar o tema do torneamento, uma técnica de trabalhar os materiais que, embora seja simples, proporciona-nos peças de vários formatos, materiais e funções que são empregues nos mais variados ramos de todas as ciências e tecnologias existentes actualmente.

1 – Conceito do torno e a sua história

O torno é uma máquina que, desde que foi concebida, tem vindo a ser aperfeiçoada desde então. Isso deve-se ao facto de este ter como função trabalhar peças de metal (ou madeira e outros materiais) e, devido a isso ter várias qualidades, tornando-o a ferramenta ideal para criar peças de variados formatos, parafusos, roscas, etc.

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A principal característica de um torno é rodar a peça a trabalhar em torno do seu próprio eixo, e com esse movimento produzir um sólido de revolução, ou seja, a peça a trabalhar adquire o resultado desejado à medida que o operador a trabalha com uma ferramenta de corte, que executa movimentos de translação. A ferramenta que trabalha a peça chama-se ferro de corte e pode ter os mais variados formatos e ser constituída pelos mais diversos materiais, consoante o material e/ou as condições de trabalho a que vai ser sujeito. A maneira como o formato desejado é obtido da peça em bruto (ou que não esteja finalizada) designa-se por arranque de apara, já que realmente pedaços de metal em forma de apara se soltam da peça a trabalhar, quando esta é submetida à acção da ferramenta de corte.

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Uma pergunta que se pode colocar é se o torno é uma máquina que foi inventada recentemente, pensada desde o início para trabalhar vários materiais com as mais variadas ferramentas de corte, ou se é uma máquina mais antiga, que foi sofrendo adaptações ao longo dos tempos. Na verdade, o torno é uma máquina-ferramenta muito antiga (o primeiro documento a fazer referência à utilização desta ferramenta é uma pintura encontrada num túmulo egípcio), que proporcionou ao homem da antiguidade uma maneira de criar peças cilíndricas com uma grande precisão, tendo o seu princípio de funcionamento sido usado inicialmente como roda de oleiro, onde estes aproveitavam o facto de o material rodar sobre o seu eixo para produzirem peças cilíndricas a partir do barro, tais como vasos, jarras, etc., que tinham nas suas formas a quase perfeição proporcionada pela rotação da roda do oleiro. Mais tarde, o torno foi aproveitado para trabalhar madeira.

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O torno antigo que servia para tornear a madeira e outras matérias mais duras era movido com o auxílio da mão ou do pé, estando o eixo de rotação da peça colocado horizontalmente. A IMAGEM01 mostra um mecanismo de rotação da peça accionada à mão com ajuda de um arco; a IMAGEM02 e a IMAGEM03 em pormenor representa um torno de vara accionado pelo pé. Nos dois casos, a rotação é alternativa, e o corte da ferramenta fica limitado a um único sentido de rotação.

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Os primeiros tornos dignos desse nome, tinham barramentos de madeira com mecanismos de accionamento por pedal, semelhantes aos dos amoladores (IMAGEM01-05), inspirados, ao que parece, em planos atribuídos a Leonardo da Vinci. Utilizavam-se ainda os ferros à mão. Podendo ver a IMAGEM04 que é um relevo de oficina de produção.

No fim do século XVIII, os tornos tomam o aspecto de conjuntos metálicos como a IMAGEM06. As dimensões aumentam originando dispositivos de avanço mecânico: comando longitudinal do carro (ou carro Principal), aperfeiçoamento já realizado por Vaucasson cerca de 1760 (Museu do Conservatório de Artes e Ofícios).

No final do século XIX a aparição do motor eléctrico trouxe ao torno aperfeiçoamentos que se estendem e generalizam no século XX a uma cadência acelerada. Dispõe-se hoje de máquinas cada vez mais robustas, rápidas e preciosas, capazes de transmitir a potência requerida pelo emprego de novos aços e das ligas metálicas mais recentes que compõem as peças.

2 – Tipo de tornos

IMAGEM05

Como todos sabemos, para cada tipo de trabalho existe uma ferramenta que se adequa melhor que outras, seja porque as outras não têm capacidade para executar o tipo de trabalho pretendido, ou por, mesmo que outras ferramentas façam o trabalho que pretendemos, estas demorariam mais tempo do que outra especialmente concebida para aquele tipo de trabalho, como se vê na IMAGEM05.

Os tornos não são excepção. Aliás, talvez sejam um dos melhores exemplos de quão especializadas tendem a ser as máquinas devido aos cada vez mais complexos e exigentes trabalhos que se realizam na actualidade.

Iremos dar exemplos de vários tipos de tornos existentes que se adequam mais a certos trabalhos do que outros. Mas primeiro iremos apresentar as características mais importantes e comuns de um torno mecânico, com vista ao leitor ficar com uma melhor ideia da constituição da máquina.

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Torno paralelo como se vê na IMAGEM06 é o mais utilizado, o eixo de rotação está disposto horizontalmente. Permite obter todas as superfícies de revolução e resolver a maior parte das dificuldades de execução das peças longas ou curtas.

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Quando uma peça que se quer trabalhar é demasiado pesada e/ou volumosa, torna-se difícil de ser manejada e montada. Para estas situações, usam-se os tornos verticais, como se vê na IMAGEM07 especialmente concebidos para trabalhar peças desta natureza.

O eixo de rotação desta máquina está disposto verticalmente. O prato repousa num rolamento anelar e pode, por isso, suportar grandes cargas. Além disso, esta disposição facilita a montagem de peças pesadas, assimétricas ou de formas particulares que seriam difíceis de fixar num prato de torno de faces. O modo de accionar a ferramenta é variável.

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O Torno revolver como se vê na IMAGEM08 dispõe de uma particularidade que o torna muito versátil em relação aos restantes tipos, que é possuir uma cabeça rotativa, onde as ferramentas são armazenadas segundo a ordem (ou não) da sua utilização na produção da peça. Este sistema permite poupar o tempo de trocar as ferramentas, já que todas elas estão previamente armazenadas no porta ferramentas revólver que é parte da máquina. Este tipo de máquina é ideal para produções em série de pequenas peças.

3 – Máquinas controladas por CNC (Comando Numérico por Computador):

IMAGEM09

A principal característica destas máquinas é a de todo o processo de construção da peça, assim como a de mudança entre ferramentas durante o fabrico da mesma, ser automático como se pode ver uma máquina moderna controlada por CNC na IMAGEM09. O operador insere um programa especialmente concebido para este tipo de máquinas, que é lido e interpretado pela máquina, que transforma as linhas de código em acções automáticas, tais como o corte, rosqueamento, mudança de passo, mudança de ferramenta, etc. Este processo de programação de máquinas-ferramenta é designado por comando numérico por computador. Embora este tipo de máquinas não se enquadre no tema deste trabalho, será importante dizer que estes dispositivos estão cada vez mais a dominar o mercado e a tendência será para ela substituir tanto o torno manual, como a fresadora (no caso das máquinas com as duas funções), não só devido à sua versatilidade, como também à sua precisão relativamente à dos tornos manuais.

4 – Principais operações realizáveis com os tornos:

A versatilidade de um torno verifica-se nas mais variadas possibilidades de trabalhar as peças. Escolhendo a ferramenta adequada, podem-se fazer muitos tipos de intervenções, nomeadamente: Facejamento; Sangramento; Torneamento exterior; Torneamento interior; Roscagem.

É necessário que se entenda a necessidade de escolher a ferramenta certa para cada operação no torneamento. Tal como um serrote não cumprirá a sua função se tentarmos cortar um pedaço de material com a face que não está afiada, um torno também necessita de uma selecção adequada das ferramentas a usar, sob pena de se estragar tanto a peça e/ou a ferramenta, causando possíveis acidentes, como de, devido à escolha errada das ferramentas, se desperdiçar tempo, dinheiro, ferros de corte e material, factores estes que são cada vez mais decisivos na nossa economia globalizada e competitiva. Feita esta introdução irei apresentar cada operação.

4.1 – Facejamento

O facejamento consiste em trabalhar a peça de modo a que a face trabalhada fique perpendicular (faça um ângulo de 90º) ao eixo da máquina e, além disso, como o nome indica, fique plana.

Esta operação pode ser executada tanto do centro do eixo para a periferia da peça (de “dentro para fora”), ou inversamente, desde fora da peça até ao eixo (“de fora para dentro”). Dependendo de uma das duas maneiras escolhida, teremos de seleccionar a ferramenta certa.

4.2 – Sangramento

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O sangramento de peças consiste em cortar a peça em secções completas (troços), ou seja, cortar a peça em “fatias” sendo essas o resultado final da operação. Mas nem sempre o sangramento é total. Pode-se desejar apenas executar estreitamentos no diâmetro da peça e assim o sangramento passa a ser parcial, designando-se de ranhuragem. Todas estas operações executam-se com ferramentas apropriadas, sendo a ferramenta de corte para o sangramento total diferente da do parcial, como se vê na IMAGEM10.

4.3 – Torneamento exterior

Consiste em retirar material da superfície da peça a ser trabalhada de modo a criar a forma que desejamos. Pode ser cilíndrico ou cónico.

4.4 – Torneamento interior

Consiste em retirar material do interior da peça de modo a criar uma cavidade no interior da peça. Pode ser cilíndrico ou cónico.

4.5 – Roscagem

Consiste em criar roscas usando um torno mecânico. Tanto podem ser criadas roscas interiores como roscas exteriores.

5 – Ferramentas de corte

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A ferramenta de corte é o que vai trabalhar a nossa peça a ser torneada, podendo ver uma exemplo na IMAGEM11. É importante que seja a adequada ao trabalho que se vai realizar, porque senão o resultado não será o esperado e há o risco de se danificar tanto a nossa peça como a ferramenta de corte. A superfície da ferramenta de corte está dividida em várias secções, nomeadamente: Face que é a secção por onde é escoada a apara; flanco principal é a secção voltada para a superfície ainda não torneada da peça; flanco secundário é a secção voltada para a superfície da peça já torneada.

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Para medir os ângulos da ferramenta, usam-se como referência os gumes e as quinas como se vê na IMAGEM12: os gumes são os vértices destinados à operação de corte; a quina é a aresta que une o gume principal e o secundário.

6 – Código ISO

Todas as ferramentas de corte, hoje em dia, têm de ser normalizadas para que quaisquer trabalhos iguais e feitos com a mesma máquina e a mesma ferramenta tenham o mesmo resultado final. Isto é necessário quer para orientação do próprio trabalhador, que terá assim a certeza de que ferramentas com o mesmo código são iguais, como para a pessoa que faz a concepção do trabalho, que terá a certeza que este será feito de igual modo em virtualmente qualquer parte do mundo, se forem usadas esta ou aquela ferramenta. A seguir indico as tabelas de normalização de ferramentas de corte de acordo com a norma ISO.

6.1 – Torneamento exterior

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O código ISO para o torneamento exterior indicado na IMAGEM13, e a sua respectiva denominação da IMAGEM14 à IMAGEM22.

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6.2 – Torneamento interior

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O código ISO para o torneamento interior indicado na IMAGEM23, e a sua respectiva denominação da IMAGEM24 à IMAGEM32.

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7 – Fixação das ferramentas

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A ferramenta do torno é fixa rigidamente num porta-ferramentas situado sobre o carro superior da máquina, também denominado carro porta-ferramentas. Alguns tornos vêm equipados com porta-ferramentas. Alguns tornos vêm equipados com porta-ferramentas lateral como se vê na IMAGEM33 que pode ser orientado segundo a necessidade de posicionamento do ferro.

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O tipo de porta-ferramentas mais usual é o de torreta como se vê na IMAGEM34 e permite fixar simultaneamente 4 ferramentas, previamente escolhidas e apertadas de forma conveniente. Tanto num como noutro, a altura da ferramenta é regulada por meio de calços, colocados na parte inferior do ferro de corte. Uma versão mais sofisticada dos porta-ferramentas de torreta é o da IMAGEM35, a afinação da altura dos ferros de corte neste tipo de porta-ferramentas é feita por rotação dos pernos de afinação.

IMAGEM35

8 – Ferramentas de corte

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Ferro de desbastar recto, que se aplica-se no torneamento e no facejamento como se vê na IMAGEM36.

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Ferro de anquinar aplica-se no torneamento exterior e no facejamento como se vê na IMAGEM37.

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O ferro de sangrar aplica-se no sangramento de peças e abertura de rasgos como se vê na IMAGEM38 e trabalha somente com avanço radial.

9 – Velocidade de corte e avanço

IMAGEM39

Entende-se por velocidade de corte (caso do torno) como o caminho percorrido em metros durante um minuto por um ponto da circunferência em contacto com a ferramenta de corte como se vê na IMAGEM39.

Vc=(πDn/1000) (m/min), em que Vc = Velocidade de corte (m/min); D = Diâmetro da peça a tornear (m); n = Número de rotações por minuto da peça (rpm).

A velocidade de corte depende de diversos factores tais como: tipo de material a trabalhar; tipo do material da ferramenta cortante; tipo de trabalho que se efectua; secção da apara; forma da peça e tipo de montagem; tipo de refrigerante; grau de acabamento da peça a tornear.

10 – Tipo de trabalhos possíveis de executar num torno

IMAGEM40

A execução de chanfros no torno pode ser feita de diversos modos; uma das formas que podemos considerar correcta é a descrita de seguida forma que baixo de descreve.

IMAGEM41

- Por inclinação da espera, primeiro com o ferro de rebaixar montado, rodamos a torreta porta-ferros com inclinação correspondente ao ângulo a do chanfro a executar como se vê na IMAGEM40, depois o comprimento L do chanfro podendo ver na IMAGEM41 é controlado pelo deslocamento axial da ferramenta mediante o tambor graduado do carro superior seja o carro porta-ferramentas.

IMAGEM42

A execução de arredondados de meias-canas nos tornos exteriores ou interiores são normalmente executados segundo ferros de corte como os da IMAGEM42.

IMAGEM43

Com ferro de meia-cana como se vê na IMAGEM43, havendo pouco material a retirar, podemos utilizar em desbaste e acabamento. O raio de ponta tem de ser igual ao da meia-cana da peça. Quando o material a retirar é importante, podemos executar uma gola com o ferro como se vê na IMAGEM43 e terminar com outro ferro de corte.

IMAGEM44

Com ferro de meia-cana interior como se vê na IMAGEM44, a peça é torneada no diâmetro final D deixando uma zona A para ser acabada com ferro de forma (B).

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Com ferro de meia-cana exterior como se pode ver na IMAGEM45, é executada depois da peça ter sido completamente perfilada acabando-se a meia-cana.

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Sempre que os arredondados não exijam grande precisão podem ser feitos por manipulação simultânea do carro transversal e superior como se vê na IMAGEM46.

11 – Atarraxar o torno

IMAGEM47

Para aproveitar o aperto da peça e ter a certeza de um bom desempenamento da tarraxa no início da operação, podemos executar roscas por atarraxamento no torno mecânico. Este processo é utilizado quando se trata de roscas de pequenos diâmetros. A peça deve manter-se fixa e a tarraxa roda manualmente. Este tipo de processo é executado da seguinte forma, como se vê na IMAGEM74.

IMAGEM48

Apontar a tarraxa e encostar a manga do cabeçote móvel cujo parafuso de fixação deve estar desapertado como se vê na IMAGEM48.

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Rodar a tarraxa e simultaneamente avançar a manga do cabeçote móvel durante os primeiros filetes como se vê IMAGEM49.

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Recuar o cabeçote móvel e continuar a atarraxar no comprimento desejado como se vê na IMAGEM50.

12 – Recartilhagem

IMAGEM51

Certas peças ou órgãos de máquina que tenham de ser empunhadas ou manejadas, por exemplo, alavancas, manivelas, cabeças de parafusos e etc., têm necessidade de ter uma superfície rugosa por questões de firmeza de operação. Essa rugosidade consegue-se no torno mecânico executando estriados (recartilhado) por meio de ferramentas denominadas recartilhas. O recartilhado consiste em “lavrar” sobre uma superfície cilíndrica uma série de relevos regulares, paralelos ou cruzados como a IMAGEM51.

Alguns exemplos das ferramentas de recartilhar ou as recartilhas.

IMAGEM52

Recartilha direita, este tipo de recartilhagem consiste num suporte cuja extremidade está montado um roleto estriado, o qual gira quando comprimido contra a peça em rotação, imprimindo-lhe o seu relevo com se vê na IMAGEM52. O ataque da ferramenta deve ser preferencialmente radial.

IMAGEM53

Recartilhagem cruzada, este tipo de recartilhagem é o mais utilizado, não só pelo aspecto do recartilhado mas porque as arestas são menos cortantes. É formado por dois roletos como a IMAGEM53, ou conjuntos de dois roletos dentados como se vê na IMAGEM54 cujo dentado possui inclinações contrárias.

IMAGEM54

No entanto há ainda outro tipo que dada inclinação contrária das estrias dos roletos e o mesmo sentido de rotação da IMAGEM55em que o relevo imprimido apresenta-se cruzado.

IMAGEM55

Método de execução ou seja a recartilha cruzada é realizada da seguinte forma, montar na torreta porta-ferramentas do torno a recartilha de forma que o seu eixo coincida com o eixo da peça como se vê na IMAGEM56.

IMAGEM56

Na extremidade da peça a recartilhar sejam aproximadamente 2 a 3 mm, aplicar a recartilha com forte pressão. Logo que as estrias estão gravadas e adquiriram a profundidade desejada, embraiar o movimento mecânico do carro como se vê na IMAGEM57.

IMAGEM57

Ao utilizar uma rotação moderada de 20-25 rpm e um avanço muito baixo. Refrigerar abundantemente salvo nos ferros fundidos e bronzes.

13 – Roscasgem no torno a bico de ferro

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É a operação que consiste em efectuar roscas em peças, com a ajuda de ferramentas de corte adequada, relacionando convenientemente a velocidade de rotação da peça com deslocamento da ferramenta. O deslocamento da ferramenta de corte é conseguido pelo fuso do torno. O fuso, animado de movimento rotativo por meio dum trem de engrenagens, está ligado a uma porca solidária com o carro, obrigando este a mover-se paralelamente ao eixo do torno. Assim a ferramenta de corte, possui o mesmo movimento. As ferramentas de roscar mais correntes têm as formas da IMAGEM58 sendo os seus ângulos e dimensões variam consoante o tipo de roscas a serem executadas.

IMAGEM59

A montagem do ferro de roscar deve ser feita com grande precisão, de forma que o eixo de simetria do perfil da ferramenta fique perpendicular com o eixo da peça. Um dos processos mais correntes, é utilizando um escantilhão como se vê na IMAGEM59 para comprovar o posicionamento correcto da ferramenta.

IMAGEM60

O método de execução é após o posicionamento correcto das alavancas da caixa Norton com se vê na IMAGEM60 em função do passo da rosca a abrir, pôr o ferro tangente a peça encostando nela ligeiramente e colocar o tambor graduado a “zero” como se vê na IMAGEM61.

IMAGEM61

O avançar da profundidade conveniente e dar a primeira passagem, assim após cada passagem, depois de avançar em profundidade o ferro de corte como indicado pela seta 1 da IMAGEM62, deslocar ligeiramente o ferro no sentido longitudinal como indicado pela seta 2 da IMAGEM62, agindo na espera transversal como indicado na IMAGEM62. Desta forma conseguimos que o ferro trabalhe unicamente sobre o flanco esquerdo. A última passagem deverá ser feita sem que a espera transversal seja deslocada.

IMAGEM62

Um nota de importância com o tambor graduado da espera transversal a zero e a ferramenta de corte a roçar na peça, esta deve penetrar perpendicularmente de 0,704xP para a rosca métrica, e 0,64xP para rosca whitworth, sendo P igual ao passo da rosca.

Após cada passagem o ferro deve ser recuado, a marcha do torno invertida sem no entanto desengrenar o carro, para evitar a sobreposição dos filetes da rosca.

14 – Execução de molas no torno

IMAGEM63

É uma operação executada no torno mecânico, que consiste em enrolar em torno de um mandril apertado na bucha, em arame de aço ou outro material. Sem pretender obter a precisão das molas executadas com máquinas especiais, podemos executar no torno paralelo molas de boa qualidade como se vê na IMAGEM63.

IMAGEM64

O mandril deve ter um diâmetro inferior (de 0,5 a 1,5 mm para uma mola de diâmetro médio) ao diâmetro interior da mola, porque após a execução, a mola distende-se duma determinada quantidade, em função do diâmetro do fio e do esforço de tensão exercido durante o enrolamento. O mandril é furado de acordo com o diâmetro do fio como se vê na IMAGEM64.

IMAGEM65

O guia de arame é constituído por um corpo montado na torreta porta-ferramentas e duma placa ranhurada por onde passa o arame. A placa ranhurada pode ser ajustada de forma a manter a tensão do arame como se vê na IMAGEM65.

IMAGEM66

O avanço do carro, no caso das molas de tracção como se vê na IMAGEM66 as espiras são enroladas encostadas. O avanço do carro, é igual ao diâmetro do arame.

IMAGEM67

No caso das molas que trabalham à compressão, estas são enroladas com um passo cujo valor é igual ao comprimento da mola dividido por um número de espiras da mola como se vê na IMAGEM67, sendo que o enrolamento é feito com baixa velocidade.

IMAGEM68

O sentido de rotação no enrolamento de molas “à direita”, o carro desloca-se no sentido do contra-ponto e com sentido de rotação inverso como se vê na IMAGEM68.

IMAGEM69

No enrolamento de molas “à esquerda” o carro desloca-se no sentido da bucha e sentido de rotação inverso como se vê na IMAGEM69.

15 – Execução de cones

IMAGEM70

A execução de peças cónicas no torno mecânico pode ser feita por diferentes processos. O mais usual consiste em orientar as guias do carro superior (espera) de forma, que a ferramenta de corte ao deslocar-se forma um ângulo qualquer, com o eixo do torno como se vê na IMAGEM70.

IMAGEM71

Este sistema pode ser utilizado tanto no torneamento de cones exteriores como interiores com qualquer conicidade, sempre que o comprimento a tornear não exceda o curso do carro superior. O ângulo de inclinação com que se regula o carro superior é igual à metade do ângulo de conicidade seja o ângulo do cone. Sendo o ângulo de conicidade, o ângulo de inclinação será a/2 que aparecem nas IMAGENS71 e IMAGEM72.

IMAGEM72

Como o movimento do carro superior é feito manualmente, convém fazer girar o respectivo manípulo o mais uniformemente possível afim de garantir um bom acabamento superficial.

18 – Conclusão

Muito embora o torneamento ainda esteja associado a um trabalho que, embora preciso, seja “manual” e por isso passível de falhas, assiste-se a uma modernização cada vez mais acentuada das técnicas e da arte do torneamento. Os materiais desempenham um papel muito importante, tal como sempre desempenharam na evolução da tecnologia humana. Surgem novas ligas e novos métodos de fabrico cada vez mais rapidamente graças à “sociedade da informação”, que disponibiliza o intercâmbio do conhecimento à velocidade da luz e à distância de um clique no rato ou num teclado. Actualmente já existem os tornos (assim como as fresadoras e as máquinas mistas) controladas por CNC, que nos proporcionam exactidões na execução dos trabalhos inimagináveis para os nossos avós. No entanto, independentemente de toda esta inovação aparentemente sem fim, continuamos a necessitar de simples peças cilíndricas, de peças para automóveis e tantas outras coisas que um simples torno produz tão facilmente que rapidamente nos apercebemos que por mais que a evolução avance não podemos prescindir de certas coisas quase básicas das quais nem nos apercebemos da sua existência olhando para a panóplia de tecnologia que nos rodeia, (visível e invisível).

Que não nos esqueçamos de que muita coisa que é nova hoje se apoia em outras coisas já existentes, e assim sucessivamente, chegando à base fundamental que é a nossa Terra, à qual nós pertencemos também. Que não descuremos as bases, então…

E um grande agradecimento aos colegas do curso de tecnologia mecatrónica.