XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
DESENVOLVIMENTO DE UM
PROGRAMA COMPUTACIONAL PARA
A DETERMINAÇÃO DAS
TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS EM
SISTEMAS MECÂNICOS
Reginaldo Andrilino de Carvalho Junior (CEFET)
[email protected]
Luiz Roberto Oliveira da Silva (CEFET)
[email protected]
José Eduardo Ferreira de Oliveira (CEFET)
[email protected]
Na indústria, em especial a metal-mecânica, não é possível fabricar
peças com medidas exatas, pois isso seria inviável na prática e
economicamente. Por isso, tolerâncias geométricas ganharam
importância, com o passar do tempo, dentro da inddústria metalmecânica, devido à exigência que o seu uso traz para a fabricação de
peças. Por causa disso, o processo de fabricação industrial permite a
utilização dos desvios (tolerâncias) geométricos de medida nominal.
Além destes desvios, ocorrem outros, de forma e posição, que são
ocasionados quando há: tensões próprias da peça, da fixação da
mesma, da pressão da ferramenta, da vibração da máquina ou da
velocidade de trabalho. Essas tolerâncias acabam facilitando a
medição das peças de maneira precisa, segura e eficaz. Porém, a
ausência de regras claras para a sua utilização, faz o uso destas
tolerâncias ficarem a cargo da experiência do projetista, o que acaba
impactando no custo final do produto. Por isso, o objetivo deste
trabalho está na realização de um estudo das recomendações contidas
em normas, livros e artigos a respeito dos desvios de forma, posição e
combinados para serem inseridos em um programa computacional,
feito em VBA (Visual Basic for Application). Assim, com o
desenvolvimento deste programa, será possível dar suporte aos
projetistas para a inserção das tolerâncias geométricas nos projetos
mecânicos, tornando a fabricação industrial mais ágil, prática e com
resultados mais realísticos e, sobretudo, otimizados.
Palavras-chaves: Tolerâncias, desvios, usinagem, geométricas, VBA,
geométricos
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
1. Introdução
O que se propõe mostrar neste artigo é a descrição do desenvolvimento um programa (o qual
está sendo estruturado e aperfeiçoado durante a iniciação tecnológica vigente), em VBA,
devido a necessidade estabelecer valores padronizados e atualizados de tolerâncias
geométricas, através de pesquisa bibliográfica, em função dos processos de usinagem
(torneamento, retificação, mandrilamento, por exemplo). Nestes meses de trabalho foi
possível encontrar valores atualizados contidos em normas técnicas e em documentos, nos
quais algumas tolerâncias geométricas são relacionadas e especificadas de maneira diferente
(relação entre a função das peças e as tolerâncias geométricas, por exemplo). Encontrar
especificações diferentes, em relação às tolerâncias geométricas, não torna o programa
complicado e nem foge ao tema da pesquisa bibliográfica, apenas amplia, de modo
significativo, as possibilidades de utilização das tolerâncias geométricas dentro da indústria,
não deixando de considerar, sobretudo, uma rigorosa análise crítica em determinados valores,
principalmente, com relação àqueles obtidos em catálogos. Ao mesmo tempo em que esta
pesquisa estava sendo feita, a parte programática estava sendo desenvolvida e testada para um
melhor aproveitamento dos seus recursos. Parte dos valores, obtidos através de pesquisa
atualizada, funcionou perfeitamente no programa, mas a pesquisa e o programa ainda não
estão concluídos. Isto ocorre pelo fato da pesquisa não se basear somente nas normas
brasileiras, mas também em normas estrangeiras. Por fim, parte do programa já foi feito e as
outras estão sendo projetadas, de acordo com as tolerâncias geométricas pesquisadas nestes
últimos oito meses. Espera-se concluir este programa quando todas as normas e documentos
atuais, referentes às tolerâncias geométricas (valores limites e aplicações), para que o uso dele
esteja condizente com as exigências que o ambiente industrial proporciona.
2. Descrição do trabalho
2.1 Método experimental utilizado
O procedimento utilizado para criar o programa consiste na utilização do VBA (Visual Basic
for Application) que é um aplicativo presente no Microsoft Office 2003 e 2007
(particularmente no Excel). No caso deste programa é utilizada a linguagem em VBA
associada aos recursos que estão presentes no Excel (principalmente nas fórmulas de cálculo e
vínculo de células com objetos gráficos). O VBA é um programa com interface simples e fácil
de utilizar, pois permite o trabalho com qualquer conjunto de dados e oferece métodos de
controle e personalização para criar aplicativos. Além disso, é possível criar funções para
executar cálculos repetitivos, além de ter a vantagem de possuir vários comandos e estruturas
para testá-los. Ao utilizá-lo junto com o Excel torna-se possível integrar células, planilhas e
fórmulas de arquivos diferentes, o que torna o programa eficaz e produtivo, por manter a
integridade das informações obtidas.
2.2 Resultados obtidos
A seguir uma amostra dos resultados obtidos com o programa, além de tabelas obtidas com
pesquisa, com a utilização de informações importantes (valores usuais recentes e
padronizados) sobre tolerâncias geométricas. Abaixo, alguns resultados relevantes obtidos
com a bibliografia:
Classe de
tolerância
Tolerância para retitude e planeza para faixas de dimensões nominais
Até 10
Acima de 10
até 30
Acima de 30
até 100
Acima de
100 até 300
Acima de
300 até 1000
Acima de
1000 até
2
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
3000
H
0,02
0,05
0,1
0,2
0,3
0,4
K
0,05
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
L
0,1
0,2
0,4
0,8
1,2
1,6
Tabela 1 - Tolerâncias gerais para retitude e planeza (com dimensões em mm), segundo a NBR ISO 2768-2:
2001 [1]
Funções
Superfícies em
bruto sem
contato
Superfícies com
contato fixo
Centragem.
Guiamento. Contato
com atrito, de pequena
ou média velocidade.
Contato
com atrito
de grande
velocidade.
Vedação.
Alta
exatidão.
Exatidão do conjunto
Retitude
Grosseira
0,05 / 100
Corrente
0,02 / 100
Cuidada
0,01 / 100
Planeza
0,06 a 0,03 / 100
0,03 a 0,02 / 100
0,01 / 100
Circularidade
Cilindricidade
0,05
0,1 / 100
0,02
0,05 / 100
0,01
0,02 / 100
Paralelismo
Perpendicularidade
0,1
0,1
0,05
0,05
0,02
0,02
Inclinação
Localização
Coaxialidade
Simetria
0,1
0,05
Variáveis de acordo com a realização: apoio, nônio, leitor óptico,...
0,02
0,3 com mais do que um
aperto
0,1 com mais do que um
aperto
0,005 com um único
aperto
0,02 com um único aperto
0,2
0,01 com um único aperto
0,1
0,05
Tabela 2 - Valores (indicativos) de tolerâncias geométricas (em mm) adequados para diferentes funções das
superfícies [2]
3
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
Alguns resultados relevantes obtidos com o programa:
Figura 1 – Tela de programação do VBA, com a utilização de alguns comandos junto com valores de tolerância
geométrica [3]
A figura 3 demonstra como é feita a parte de programação em VBA. As estruturas
desenvolvidas para criar o programa permitem o uso de vários códigos em conjunto para
serem executadas, de acordo com objetivo que se deseja alcançar, junto com os objetos
gráficos do Excel. Esta imagem diz respeito ao conjunto de códigos (estrutura) desenvolvidos
para que um dos botões de comando (objeto gráfico) possa reproduzir o conteúdo informativo
(valores usuais de tolerâncias geométricas).
A figura 4 mostra os objetos gráficos que recebem os códigos de programação (botões de
comando, abaixo das setas). A cada seleção diferente feita nos botões de opção (acima das
setas), os botões de comando exibirão valores de tolerâncias geométricas, ao serem
pressionados em seguida, de acordo com a escolha feita. Como demonstração, pode-se, por
exemplo, selecionar a 1ª opção referente à Usinagem externa e, posteriormente, pressionar o
botão de comando intitulado como Torneamento (um dos processos de usinagem). A figura 5
mostrará o valor usual de tolerância geométrica após a seleção do método e do processo de
usinagem:
4
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
Figura 2 – Uma das telas desenvolvidas no Excel junto com a programação em VBA
5
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
Figura 5 – O valor do desvio geométrico (em mm) para usinagem externa através do torneamento, após a seleção
do método de usinagem
2.3 Análise e discussão
Como pode ser visto, através das figuras do programa, exibidas anteriormente, as telas criadas
no Excel, com a utilização do VBA, seguem a estrutura das tabelas sobre tolerâncias
geométricas. Uma das idéias principais, para formar as telas do programa, consiste em
facilitar o acesso e simplificar o uso do programa. A estrutura de formação destas telas é
baseada na organização das tabelas sobre tolerâncias geométricas, então, tudo que for feito em
relação ao programa não fugirá às características condizentes com o objeto de pesquisa. A
relação básica utilizada neste programa, que funcionou com sucesso, consiste em fazer o
relacionamento direto entre o método e o processo de usinagem com o respectivo valor do
desvio geométrico necessário para execução do trabalho na indústria metal-mecânica.
Algumas telas do programa ficaram com mais botões de comando do que outras, por que
dependendo do processo de fabricação, da quantidade de métodos de usinagem e da tolerância
geométrica empregada, houve como conseqüência mais especificações e mais vínculos entre
os objetos do Excel. Mesmo com este fato, decorrente da pesquisa, foi possível organizar de
forma eficiente e precisa as informações relativas às tolerâncias geométricas para um melhor
uso do programa.
6
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
2.4 Conclusão
Espera-se concluir a pesquisa, com uma análise mais crítica e determinante, e terminar o
programa, através de um planejamento detalhado para que as informações pesquisadas
tenham um aproveitamento produtivo ao ser utilizado. Tudo aquilo que foi feito através da
programação em VBA, no programa, servirá como modelo, mas, estará sujeita a alterações
devido aos fatores que regem a utilização de cada tolerância geométrica através dos processos
de fabricação industrial. O programa alcançou os resultados esperados e funciona
corretamente, em relação ao que foi feito nestes últimos meses, conforme o que foi
programado. A transição entre as telas do programa, feita através da programação em VBA,
também funciona com êxito, permitindo uma navegação fácil no programa, tornando tudo o
que for relacionado às tolerâncias geométricas acessível sem comprometer os dados da
programação. Além disso, quando tudo relativo ao programa estiver completo, pretende-se
criar um arquivo de instalação do mesmo. Junto com este programa objetiva-se fazer um
arquivo (de texto) de ajuda, acessível na tela principal do programa, para tirar as dúvidas,
relativas ao programa, daqueles que irão trabalhar com ele.
Referências
[1]
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR ISO 2768-2 – Tolerâncias Gerais Parte 2: Tolerâncias geométricas para elementos sem indicação de tolerância individual. ABNT, 2001.
Disponível
em:
<http://www.daelt.ct.utfpr.edu.br/professores/cassilha/NBR%20ISO%2027682%20Tolerancias%20Gerais.pdf>. Acesso em: 02 set. 2010.
[2]
R.S. TAVARES, JOÃO MANUEL. CFAC: Requisitos de Toleranciamento. Universidade do Porto FEUP,
2010.
Disponível
em:
<http://paginas.fe.up.pt/~tavares/ensino/CFACG/Downloads/Apontamentos/Requisitos%20de%20Toleranciamento.pdf>. Acesso em: 01 set.. 2010.
[3]
AGOSTINHO, LIRANE e ANTÔNIO. Tolerâncias, ajustes, desvios e análise de dimensões. São
Paulo: Ed. Edgard Blücher, 1977.
[4]
ÁLVAREZ, J. P.; PÉREZ BENEDITO, J.L.; MARTÍNEZ, S.P. Expresión Gráfica em la Ingeniería
– Ingeniería Gráfica. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronaútica, 2009. Disponível em:
<http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/ingenieria-grafica-metodologias-de-diseno-paraproyectos/Teoria/PDFs/3_INFORMACION_TECNICA/3.1_UTILIZACION_DE_LOS_SISTEMAS_DE_TOLE
RANCIAS/3-1-3_tolerancias_geometricas.pdf>. Acesso em: 28 set.. 2010.
[5]
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Geometrical product
specifications (GPS) - Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts — Part 2: Dimensional and
geometrical tolerances and machining allowances for castings. ISO, 1997. Disponível em:
<http://isotc213.ds.dk/jgohf/main/c-4th%20plenary%20meeting/213N160.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[6]
OPEN COURSE WARE. Tolerancias generales dimensionales. Universidad Politécnica de Madrid,
2006. Disponível em: <http://ocw.upm.es/ingenieria-mecanica/especificacion-de-dimensiones-y-tolerancias-gdt/14-analisis-de-alternativas/1405-iso2768.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[7]
ROMERO, Javier; GÓMEZ G., Jorge I. Redalyc. Una mirada a las normas sobre dimensionado y
tolerado geométrico en hispanoamérica. Universidad Nacional de Colombia, 2008. Disponível em:
<http://redalyc.uaemex.mx/pdf/496/49615320.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[8]
LATVIJAS STANDARTS. LVS EN ISO 8062-3/AC – Geometrical Product Specifications (GPS) –
Dimensional and geometrical tolerances for moulded parts – Part 3: General dimensional and geometrical
tolerances
and
machining
allowances
for
castings.
Disponível
em:
<https://www.lvs.lv/lv/std4www/LVS%20EN%20ISO%208062-3_%20AC_2009_P.pdf>. Acesso em: 23 set..
2010.
[9]
REYES A., P. Dimensiones e tolerancias geométricas. Tecnología, Innovación y Competitividad de
clase mundial, 2003. Disponível em: <http://www.icicm.com/files/CurTolGeom.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[10]
BOURDET, P. Tolérancement géométrique. Laboratoire Universitaire de Recherche en Production
Automatisse,
2005.
Disponível
em:
<http://www.lurpa.enscachan.fr/~bourdet/doc_poly_diaporamas/Diapo_3_concepts-tol_ISO.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
7
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial
Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
[11]
DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG. DIN EN ISO 4759-3 – Tolerances for fasteners – Part
3: Plain washers for bolts, screws and nuts – Product grades A and C (ISO 4759-3: 2000). EUROPEAN
STANDART,
2000.
Disponível
em:
<http://gjbz.ugcn.cn/%E5%9B%BD%E5%A4%96%E6%A0%87%E5%87%86/%E5%9B%BD%E9%99%85%E
6%A0%87%E5%87%86/20100225/2/DIN%20EN%20ISO%204759-3.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[12]
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. ISO 1101 – Geometrical
Product Specifications (GPS) - Geometrical tolerancing - Tolerances of form, orientation, location and run-out.
ISO,
2006.
Disponível
em:
<http://gjbz.ugcn.cn/%E5%9B%BD%E5%A4%96%E6%A0%87%E5%87%86/%E5%9B%BD%E9%99%85%E
6%A0%87%E5%87%86/20100225/1/ISO_1101%20%E5%B7%A5%E7%A8%8B%E5%88%B6%E5%9B%BE
%20%E5%87%A0%E4%BD%95%E5%85%AC%E5%B7%AE%20%E5%BD%A2%E7%8A%B6%E3%80%8
1%E6%96%B9%E4%BD%8D%E3%80%81%E4%BD%8D%E7%BD%AE%E5%92%8C%E8%B7%B3%E5%
8A%A8%E5%85%AC%E5%B7%AE%20%E5%88%B6%E5%9B%BE%E7%9A%84%E6%A6%82%E8%BF
%B0%E3%80%81%E5%AE%9A%E4%B9%89%E3%80%81%E7%AC%A6%E5%8F%B7.pdf>. Acesso em:
14 out. 2010.
[13]
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA. Desvios e Tolerâncias geométricas. Minas Gerais:
PUC, 2005. Disponível em: <http://mea.pucminas.br/palma/metrolapostdesvgeom.pdf>. Acesso em: 28 dez.
2010.
[14]
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA. Desvio Geométrico – Forma. Minas Gerais: PUC,
2004. Disponível em: <http://mea1.mea.pucminas.br/palma/metroltranspdesvgeom.pdf>. Acesso em: 28 dez.
2010.
[15]
TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE - MECÂNICA – METROLOGIA. Aula 25 –
Tolerância geométrica de forma. Universidade de Brasília – UnB, 1997. Disponível em:
<ftp://graco.unb.br/jatlite/alvares/capp/gauss.grima.ufsc.br/capp/tolerancia/metr25_ToleranciaGeometricaDeFor
ma.pdf>. Acesso em: 17 nov. 2010.
[16]
TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE - MECÂNICA – METROLOGIA. Aula 26 –
Tolerância geométrica de orientação. Universidade de Brasília – UnB, 1997. Disponível em:
<ftp://graco.unb.br/jatlite/alvares/capp/gauss.grima.ufsc.br/capp/tolerancia/metr26_ToleranciaGeometricaDeOrie
ntacao.pdf>. Acesso em: 17 nov. 2010.
[17]
TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE - MECÂNICA – METROLOGIA. Aula 27 –
Tolerância geométrica de posição. Universidade de Brasília – UnB, 1997. Disponível em:
<ftp://graco.unb.br/jatlite/alvares/capp/gauss.grima.ufsc.br/capp/tolerancia/metr27_ToleranciaGeometricaDePosi
cao.pdf>. Acesso em: 17 nov. 2010.
[18]
TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE - MECÂNICA – METROLOGIA. Aula 29 –
Tolerância geométrica. Escola Secundária de Antônio Inácio da Cruz, 1997. Disponível em:
<http://destec.no.sapo.pt/pdf/tolerancia%20geometrica.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[19]
MECATRÔNICA ATUAL. Mecânica industrial – Tolerância geométrica. Ed. Saber, 2003.
Disponível em: <http://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/9/9b/Revista_02.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[20]
MECATRÔNICA ATUAL – AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL DE PROCESSOS E
MANUFATURA. Mecânica industrial – Tolerância geométrica – 2ª parte. Ed. Saber, 2003. Disponível em:
<http://wiki.ifsc.edu.br/mediawiki/images/b/bb/Revista_03.pdf>. Acesso em: 28 dez. 2010.
[21]
ASME Y14.5M. ―Dimensioning and tolerancing‖. Revision of ANSI Y14.5M-1982. New York, 1994.
8