desenho técnico – proposta motivacional

DESENHO TÉCNICO – PROPOSTA MOTIVACIONAL
Maris Stela do Carmo Silveira
Marcos Aurélio de Souza
Universidade Federal de Itajubá, Instituto de Engenharia Mecânica, Brasil
[email protected], [email protected]
RESUMO
A prática docente apresenta-se como uma construção e aperfeiçoamento
permanente de novos caminhos para o processo ensino-aprendizagem. O papel
do professor é encontrar sua forma mais adequada de integrar as várias
tecnologias e os muitos procedimentos metodológicos gerenciando o processo de
aprendizagem, coordenando e gerindo as diferenças e as convergências. A
metodologia de ensino deve corresponder às expectativas do aluno que, sedento
em aprender e cada vez mais exigente, ingressa à Universidade. Com esta
preocupação foi proposto um trabalho, no início deste ano letivo para a turma do
primeiro ano do curso de Engenharia Mecânica, onde o aluno pôde vivenciar e
experimentar, através do contato com a oficina mecânica, a realidade desta
disciplina.
Motivados e com maior interesse, puderam responder as demais
solicitações propostas ao longo deste semestre.
Palavras-chave: desenho técnico, multidisciplinaridade, comando numérico.
ABSTRACT
Teaching practice shows itself as a permanent building and improvement of new
ways to approach the process teaching-learning. The teacher's role is to find the
most adequate way of combining many technologies with methodology procedures
by managing learning processes, differences, and equalities. The teaching
methodology has to meet expectations of more demanding and learning-avid
students who enter University. Concerning this, a work was proposed in the
beginning of this year to the first year class at Mechanical Engineering Course,
where the students have been living and experiencing the discipline reality through
their contact with the mechanics lab along the present term.
Keywords: technical drawing, multi-subject , numerical command.
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Introdução
No início do curso de engenharia muitas vezes o aluno se perde em expressões matemáticas e
cálculos que o desmotiva e o impede de ver a beleza do horizonte que o espera. Talvez, na
ânsia de ensinar, o professor se esquece de mostrar ao aluno a finalidade da matéria
apresentada. Por muitas vezes o aluno, ao longo de sua caminhada questiona-se: “Para que
serve este conteúdo”? O aluno que entra na universidade necessita de motivação. O aluno
motivado aprende mais e investe em seu aprendizado. É neste contexto que o professor
precisa buscar metodologias motivadoras, dinâmicas, trabalhar com a multidisciplinaridade
levando o aluno a experimentar o gostinho da profissão escolhida. Para muitos alunos que
entram hoje em dia nos cursos de engenharia falar em mecanismos, sistemas e conjuntos
mecânicos, é assunto muito vago. Muitos alunos vêm de escolas não profissionalizantes, ao
contrário de há algum tempo onde a maioria dos alunos chegava à universidade com uma
formação técnica.
Considerando a necessidade dos alunos desenvolverem habilidades específicas, foi
proposto um trabalho onde os alunos puderam acompanhar a fabricação de conjuntos
mecânicos no laboratório LAM - Laboratório de Automação e Manufatura da Oficina Mecânica
da Universidade. Este tipo de atividade só seria visto por estes alunos quando estivessem no
quarto ano do curso. Esperar por todo este tempo seria um desperdício motivacional. Este
trabalho permitiu uma ação conjunta na qual professores e alunos participaram de um processo
criativo, dinâmico, encorajador onde a essência foi a descoberta através da observação e do
diálogo.
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Ambiente de Aprendizagem
A disciplina de Desenho Técnico é ministrada tradicionalmente aos alunos do primeiro ano dos
cursos de Engenharia das Universidades. Ultimamente como os alunos têm chegado à
universidade sem o conhecimento necessário à prática do projeto há a necessidade de um
atendimento individualizado. É neste ambiente “sala de aula”, apresentado na Figura 1, que o
Figura 1: Ambiente sala de aula
aluno aprende a utilizar os instrumentos tradicionais de desenho; o professor expõe a teoria e
posteriormente percorre as pranchetas dando atendimento personalizado, verificando o traçado
e abrindo a visão espacial tão necessária ao desenhista.
Sempre atenta à turma, a idéia do trabalho originou-se quando o conteúdo
“Dimensionamento de peças”, era apresentado. À medida que o conteúdo ia sendo abordado
surgia a necessidade de inserir o aluno em uma aula prática, para que ele pudesse vivenciar a
realidade apresentada. A idéia foi comentada posteriormente com o professor da disciplina do
quarto ano que rapidamente aceitou fazer a parceria. À partir do desenho de conjunto, foi
levantado suas dimensões em sala de aula e na oficina mecânica, a atividade pode ser
desenvolvida.
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Breve Histórico do Desenvolvimento de Máquinas CNC
A fresadora, máquina provida de uma ferramenta com arestas cortantes (sob as mais variadas
formas) dispostas simetricamente em torno do eixo confere à operação um caráter versátil em
termos de geometrias possíveis de serem geradas. Desde que foi criada a primeira, por Eli
Whitney em 1818, o mesmo princípio tem sido usado para se produzir os diversos tipos de
fresadoras criadas desde então. Existe hoje um grande número delas utilizando uma boa
quantidade de acessórios com função particular. Dentre os diversos tipos existentes no
comércio podemos encontrar a fresadora manual, a horizontal, a aplanaidora, a duplex, cada
uma projetada para executar um determinado tipo de trabalho. Precursoras das modernas
máquinas de comando numérico foram a máquina de cartões perfurados de Joseph Jacquard,
1801, que estabelecia os padrões dos tecidos produzidos e as pianolas, 1860, que eram
controladas por cilindros com pinos salientes ou rolos de papel perfurados através dos quais
passava ar.
Há uma certa disputa sobre quem é responsável pelo desenvolvimento da tecnologia de
comando numérico. Muitas empresas e instituições trabalharam concomitantemente no
conceito de máquinas de comando numérico durante a década de 40. Após o término da 2ª
Guerra Mundial, uma corrida armamentista entre os blocos capitalista e socialista foi marcante.
Crescente era a necessidade de novos armamentos e com elevados níveis de tecnologia.
Projetos rapidamente tinham que transforma-se em processos produtivos, sem qualquer
comprometimento com a qualidade. Na década de 1950 surgia o convênio entre a Força Aérea
Norte-Americana (USAF) e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) para
desenvolvimento de uma nova máquina-ferramenta. A equipe do Dr. John Pearson adaptou
um complexo sistema eletro-mecânico a uma fresadora convencional, que controlava a
movimentação das ferramentas e peças na máquina. Esse sistema basicamente utilizava um
grande número de relés, conectados por cabos; os pesquisadores do MIT criaram o termo
numerical control. Das válvulas aos circuitos integrados em grande escala, os componentes
diminuíram em tamanho e custo fazendo a produção e confiabilidade das máquinas aumentar.
As máquinas comandadas numericamente continuaram a impressionar realizando operações
previamente consideradas impossíveis ou impraticáveis, com melhor precisão e repetibilidade
que os métodos convencionais. Nos anos 70 as máquinas CNC, passaram a depender menos
da parte de hardware (essencial nos circuitos das anteriores dos anos 60) e ter seu
funcionamento baseado muito mais no software. Os avanços substituíram a entrada manual de
dados e as fitas perfuradas por armazenamento em disquete dos programas ou comunicação
remota. A produção de máquinas-ferramenta de controle numérico computadorizado tem
registrado um aumento significativo vinculadas ao desenvolvimento dos microprocessadores;
atualmente as empresas investem em tecnologia, procurando aumentar a produtividade e
qualidade dos produtos sem aumento nos custos de fabricação.
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Estrutura da Programação CNC
Em uma máquina-ferramenta universal as peças e/ou ferramentas utilizadas na usinagem tem
seus movimentos controlados pelo operador da máquina. Através de manípulos e alavancas
ele liga a máquina, aproxima a ferramenta da peça, determina os parâmetros de corte e os
aplica, mede com instrumentos a dimensões geradas pela usinagem e, caso não tenha
ocorrido qualquer falha no procedimento, entrega a peça pronta para a próxima etapa do
processo de fabricação. Na máquina-ferramenta com controle numérico computadorizado as
informações são controladas por uma unidade de processamento central (CPU), como pode
ser observado na Figura 2. A entrada de dados, num formato padrão para que as informações
sejam processadas na máquina, pode ser efetuada pelo teclado disponível no painel ou por um
equipamento periférico (leitora de fita perfurada ou microcomputador com interface compatível).
Indicador de Dados
Entrada de
(monitor de Vídeo)
Dados (teclado)
Unidade Central de
Processamento
(CPU)
Sistema
Memória
Operacional
Módulo
de Saída
Máquina
Controle
CNC
Figura 2: Unidade de processamento central
As instruções são descarregadas na memória RAM após gerenciamento da unidade central
de processamento (CPU). Se for feita uma analogia com o ser humano, a unidade de
processamento central apenas controla as atividades da máquina, decidindo e cobrando
respostas (como um diretor), numa base de tempo própria, do sistema operacional. É o sistema
operacional que dispõe dos conhecimentos necessários para fazer a máquina CNC executar as
tarefas desejadas.
As informações processadas são passadas da CPU para um módulo de saída (interface),
que por sua vez comunica a um sistema eletrônico que controla a movimentação (motores de
passo) da máquina. Neste caso a máquina CNC acusa à CPU que a ordem está sendo
executada, repetindo-se o ciclo até a finalização das atividades programadas. Os
procedimentos a serem executados são apresentados à máquina CNC na forma de um
algoritmo ou programa. Esse programa é produzido numa linguagem que o sistema operacional
entenda. A maioria dos controles numéricos computadorizados segue os códigos normalizados
da International Standard Organization ISO 1056 e da Associação Alemã de Normas Técnicas
DIN 66025. Esses códigos, colocados em uma seqüência lógica, permitem que a máquinaferramenta execute os movimentos desejados.
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Desenvolvimento do Trabalho
5.1 O Percurso da Aprendizagem
O caminho traçado para a efetividade da aprendizagem constituiu-se do uso de espaços
diferenciados: sala de aula (prancheta) onde os conceitos básicos foram apresentados e o
projeto desenvolvido e a oficina mecânica onde os alunos, a partir da observação, puderam
acompanhar o processo de usinagem. Todas estas etapas foram devidamente monitoradas e
registradas através de fotos construindo assim a memória do trabalho. Ao término das
atividades, as equipes se organizaram e compartilharam suas experiências estabelecendo-se
uma parceria de aprendizado entre alunos e professores.
5.2 A Metodologia Empregada
Despertar no aluno a vontade de fazer um trabalho bem feito e mostrar a ele que o seu projeto
seria executado por outros profissionais gerou conscientização da turma. A reação da turma foi
satisfatória e os professores, por sua vez, motivados por tal reação. Para o bom andamento
das atividades foi entregue aos alunos um roteiro com a descrição dos itens a serem
observados durante a atividade in loco: dados da máquina, material utilizado para a fabricação,
densidade do material, parâmetros estipulados para a máquina (velocidade de corte, de
avanço, rotação da máquina, ferramentas utilizadas...), bem como a obtenção de tais
parâmetros estipulados. O modelo para a confecção do relatório também foi apresentado:
capa, sumário, introdução, desenvolvimento, comentários, conclusão, anexos (fotos digitais ou
até mesmo filmagem), bibliografia. Sugeriu-se que a turma de 64 alunos fosse dividida em 4
grandes grupos e estes grupos subdivididos em grupos menores formados por 4 alunos (com
liberdade de escolha). Foram estipulados os horários para as turmas observarem a execução
dos 2 conjuntos mecânicos (desde a montagem da máquina até a finalização da operação)
bem como marcada previamente a data para a entrega do relatório. No dia estipulado, os
grupos foram recepcionados pelos dois professores das disciplinas, que previamente deixaram
os blocos já preparados para a operação de usinagem. Inicialmente foi feita uma pequena
explanação sobre o sistema de usinagem em CNC e novamente mencionado a importância das
informações contidas em um desenho técnico para a fabricação de uma peça. Foi mostrada
também a simulação da operação de usinagem no computador do laboratório. Em função da
necessidade de se fazer o relatório os alunos acompanhavam e fotografavam atentos a cada
detalhe
da
operação.
Cabe-se
destacar
que
o
desenvolvimento
das
habilidades
complementares, a capacidade de trabalho em grupo, o aumento do espaço de criação, a
necessidade de comunicação e expressão e a descoberta do espaço da Universidade,
auxiliaram no enriquecimento e na diversificação do projeto pedagógico, onde as habilidades e
competências foram acionadas para a efetividade deste projeto.
5.3 As Etapas do Processo de Aprendizagem
Apresenta-se na Figura 3 o esboço de um dos desenhos desenvolvidos pelos alunos em sala
de aula.
Figura 3: Esboço de um dos desenhos
A Figura 4 mostra o centro de usinagem CNC do LAM - Fadal, modelo VMC15.
Figura 4: Centro de usinagem CNC do LAM
A Figura 5 mostra a simulação da operação de usinagem do desenho mostrado na Figura 3.
Figura 5: Simulação da operação de usinagem
Os alunos fizeram o levantamento dos parâmetros da operação: velocidade de corte,
velocidade de avanço, rotação. A velocidade de corte (Vc), definida como a velocidade
instantânea de um ponto de referência localizado na interface material-aresta principal de corte
(ferramenta), considerada a principal grandeza de corte, responsável pelos tempos de
usinagem produtivos e de vida útil da ferramenta possui também grande efeito sobre o
acabamento da peça usinada. A velocidade de corte, expressa normalmente em metros por
minuto, depende muito de vários fatores: material da peça, tipo e material da ferramenta, uso
de lubrificação refrigerante, entre outros.
A velocidade de avanço (Va) é a velocidade
instantânea da ferramenta em relação à peça. O avanço possui grande influência sobre a
rugosidade superficial (acabamento) da peça usinada. Na utilização de ferramentas
multicortantes (fresas, por exemplo) é comum a especificação do avanço por dente (ad). Estas
informações são facilmente obtidas em tabelas tecnológicas. A profundidade de corte (p) é
definida como a profundidade com que a aresta principal de corte penetra no material, medida
na direção ortogonal ao plano formado pelas direções de corte e avanço. A utilização de
grandes profundidades de corte aumenta a quantidade de metal removido por unidade de
tempo mas, em compensação, provoca significativos acréscimos na potência de corte e no
desgaste das ferramentas. O materal utilizado para a usinagem foi o alumínio B51ST6,
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densidade 2,7g/cm .
Na Figura 6, observa-se a utilização do fluido de corte na operação. Este fluido responsável
pela melhoria no processo de usinagem dos metais, facilita o processo e confere a este um
melhor desempenho. Entre estas melhorias destacam-se: redução do coeficiente de atrito entre
a ferramenta e o cavaco, expulsão do cavaco da região de corte, refrigeração da ferramenta,
refrigeração da peça, melhor acabamento superficial e refrigeração da máquina – ferramenta.
Como melhorias de caráter econômico pode-se destacar: redução do consumo de energia de
corte, redução do custo da ferramenta na operação e impedimento da corrosão da peça no
processo de usinagem. Observa-se na Figura 7 o reaproveitamento do fluido de corte.
Figura 6: Utilização de fluido de corte na operação
Figura 7: Reaproveitamento do fluido de corte
A Figura 8 apresenta as 4 peças usinadas.
Figura 8: Peças usinadas
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Relato dos alunos
“...foi possível também se familiarizar com alguns componentes da máquina CNC, assim como
sua proteção contra eventuais acidentes”.
“...conclui-se que ao acompanhar o processo de usinagem foi possível ver a importância do
desenho técnico nos processos de fabricação”.
“...foi muito importante pra nós esse contado com o laboratório para começarmos a nos
familiarizar com as máquinas como fresadoras e tornos. É muito interessante saber como
funcionam estas máquinas e como são fabricadas peças presentes em nosso cotidiano”.
“...para nós esse contato com os laboratórios logo no início da nossa formação, torna o curso
muito mais interessante”.
“...a proposta do trabalho nos fez tomar conhecimento de vários pontos positivos que
despertaram o interesse em aprender a projetar”.
“...o contato com a oficina mecânica e com os funcionários foi de grande proveito”.
“...quando se iniciaram as aulas de desenho técnico a idéia da real importância do desenho na
indústria era um pouco vaga. Porém, a proposta de nos levar ao laboratório ampliou a nossa
idéia do que vem a ser um desenho para a fabricação de peças”.
“...essa experiência com a fresadora CNC, aliada à esclarecedora explicação dos professores
fez com que alunos, que não haviam tido contato com esse tipo de equipamento, tivessem uma
pequena amostra da parte prática de nossa futura profissão”.
“...essa idéia inovadora foi incrivelmente positiva. Estamos todos muito ansiosos para
continuarmos a aprender a projetar”.
“...a visita foi interessante e construtiva, fez com que os alunos tivessem idéia do que estariam
desenhando e da finalidade do seu desenho”.
“...esse trabalho, de forma geral, foi muito importante pois ampliou o conhecimento da classe e
despertou curiosidade nos alunos, o que é muito importante na formação de um engenheiro”.
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Considerações Finais
Alunos vivenciaram e identificaram alguns pontos do trabalho: as descobertas, as habilidades
requeridas e as adquiridas, a autoconfiança, o trabalhar em equipe, o partilhar, o dialogar, a
troca de experiência com a turma da oficina, o crescimento e a ampliação do espaço-físico
Escola. Esta metodologia, aplicada ao ensino de desenho técnico confirmou a importância de
utilizar instrumentos diversos na construção do conhecimento do aluno a fim de promover uma
aprendizagem significativa. A competência profissional e a autoridade do professor não estão
em demonstrar que exerce o controle sobre a classe ou que tem a situação controlada, mas
fundamentalmente na interação de caráter intelectual e afetivo numa co-aprendizagem. Tornase necessário que, no processo de ensino, sejam revistos a metodologia capaz de priorizar a
construção de estratégias de verificação e comprovação de hipóteses na construção do
conhecimento, a construção de argumentação
dos resultados do processo e o
desenvolvimento do espírito crítico capaz de favorecer a criatividade e a compreensão das
explicações propostas. O professor deve ser um investigador e produtor de conhecimento com
repercussão na melhoria da prática docente. Por meio de suas reflexões suas aulas tornam-se
um verdadeiro laboratório ideal para a realização da teoria e da prática educativa. Tal
metodologia de trabalho em sala de aula exigiu a presença de um novo tipo de professor, não
mais aquele que apenas traçava as formas e padronizava desenhos, mas que
substancialmente colocou-se como parceiro na elaboração do conhecimento do aluno; as aulas
de Desenho Técnico adquirem, assim, uma nuance diferente, em que aluno e professor
tornam-se cúmplices ativos no processo de aprendizagem.
Agradecimentos
Agradecemos especialmente o apoio do engenheiro João Carlos Fernandes, chefe da oficina
mecânica, pelo apoio à realização deste trabalho.
Referências
[1] FERRARESI, D. Fundamentos da Usinagem dos Metais. Editora Edgar Blücher Ltda, São
Paulo, 1977.
[2] INOUYE, Mitsuo; SILVEIRA, Maris Stela; OLIVEIRA, Waldir. Leitura e Interpretação de
Desenho Mecânico. Apostila UNIFEI, 1995.
[3] MORAN, J.M., MASETTO, M.T., BEHRENS, M.A. Novas Tecnologias e Mediação
Pedagógica. Campinas, SP: Papirus, 2001.
[4] Manual Técnico, Editora SKF Ferramentas SA.
[5] Telecurso 2000 Profissionalizante Mecânica, Vol. 3, Fundação Roberto Marinho, Editora
Globo, São Paulo
[6] www.mundocnc.com.br