1

A norma alemã DIN 8580 classifica os processos de fabricação conforme pode ser

visto na figura 1.1, e coloca os processos de usinagem todos dentro de um grande grupo

chamado “separar”.

Entende-se por processo de usinagem, todo e qualquer processo no qual haja

remoção, mecânica ou não, de uma determinada quantidade de material de uma peça,

com o objetivo de adequar seu formato ao seu uso.

Figura 1.1 – Classificação dos Processos de Fabricação (Fonte: Adaptado de DIN 8580).

2

Dentro dos processos de usinagem, ainda podem-se classificá-los como sendo:

· Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida

· Usinagem com Ferramenta de Geometria Não-definida

· Usinagem por Processos Não-convencionais

Processos de Usinagem com Ferramenta de Geometria Definida são aqueles em que

a ferramenta possui uma aresta cortante, ou seja, um gume de corte, que descreve uma

trajetória em relação à peça a ser usinada. Esse movimento resulta na remoção do

material na forma de cavaco.

São exemplos desse tipo de processo de usinagem os processos de torneamento,

fresamento, furação, mandrilamento, brochamento, etc.

Processos de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-definida são aqueles

nos quais a ferramenta é formada por uma grande quantidade de grãos abrasivos, que

funcionam como vários gumes de corte. Esses grão abrasivos podem ser mantidos juntos

por meio de algum tipo de aglomerante, e são quebrados e/ou arrancados da ferramenta

ao mesmo tempo que retiram material da peça na forma de cavaco.

São exemplos desse tipo de processo de usinagem os processos de retificação,

brunimento, lapidação, polimento, lixação, etc.

Processos de Usinagem Não-convencionais são todos os processos de usinagem que

não podem ser classificados conforme as duas classificações anteriores.

São exemplos desse tipo de processo de usinagem os processos de usinagem

química, usinagem por eletroerosão, usinagem por jato d’água, usinagem por ultrassom,

etc.

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1.1. Breve Histórico

Os processos de usinagem são utilizados, ainda que de maneira empírica, desde a

antiguidade. As primeiras ferramentas de que se tem notícia, que tinham o objetivo de

cortar ou esculpir materiais, eram construídas em pedra, conforme pode ser visto na

figura 1.2.

Figura 1.2 – Ferramentas de Pedra

Já no período neolítico, aproximadamente 6000 anos antes de Cristo, existiam

dispositivos que podem ser considerados como as primeiras “máquinas” de usinagem.

Um exemplo desses dispositivos é a plaina apresentada na figura 1.3.

No Egito, aproximadamente quinze séculos antes de Cristo, também eram

utilizadas ferramentas para trabalhar a madeira e a pedra, como a furadeira a arco da

figura 1.4, que transformava o movimento alternativo do arco em movimento rotativo da

broca.

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Figura 1.3 – Plaina Neolítica

Figura 1.4 – Furadeira a Arco Egípcia

A figura 1.5 mostra um torno do século XVI utilizando um método similar para

transformar o movimento alternativo em rotativo.

5

Figura 1.5 – Torno a Arco, 1565

Os primeiros tornos que utiliza concepções modernas surgiram a partir do final do

século XVIII, com o torno de Senot (figura 1.6) e evoluíram a partir da Revolução

Industrial do início do século XIX (figura 1.7).

6

Figura 1.6 – Torno de Senot, 1795

Figura 1.7 – Tornos de Maudslay, 1800 e 1848

Alguns eventos marcantes na evolução dos processos de usinagem são

destacados a seguir:

· 1.000 A.C. - Surgem os primeiros tornos - Idade do Bronze – metais predominantes

Cu, Zn, Sn

· 700 A.C. - Processamento do ferro

· SÉC. XIV - Desenvolvimento das primeiras armas de fogo na Europa

· SÉC. XVI - Torneamento ornamental - Jaccques Benson

· SÉC. XVII – Melhoria nos processos de fabricação de ferro e aço

· SÉC. XVIII - Primeiras obras conhecidas sobre torneamento – Jacques Plumier -

L’ART DE TORNEURS.

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· SÉC. XIX – Revolução industrial

o Desenvolvimento da máquina a vapor – James Watts

o Primeiras Máquinas-Ferramentas projetadas segundo princípios modernos

o Fabricação em série

o Aço ferramenta é o principal material de ferramentas de usinagem

· SÉC. XX – Século da tecnologia

o 1900 – Taylor apresenta o Aço Rápido

o 1930 – Vanner Bush inventa o primeiro computador analógico

o 1935 – É desenvolvido o Metal Duro

o 1946 – É desenvolvido o primeiro computador eletrônico digital – o ENIAC

o 1947 – É desenvolvido o primeiro transistor nos Laboratórios Bell

o 1950 – Primeira máquina-ferramenta numericamente controlada, MIT

o 1960 - Primeira LASER foi construído por Theodore Maiman, Laboratórios

de pesquisa Hugues

o 1968 - Borroughs produz os primeiros computadores utilizando circuitos

integrados

o '70 - BRIAN – Primeiras Pesquisas sobre usinagem de ultraprecisão

o '70 – Primeiras ferramentas Cermets – Japão

o '80 – Primeiras pesquisas sobre usinagem de alta-velocidade

o '90 – Ferramentas cerâmicas

o '90 – Ferramentas CBN, Diamante

· SÉC. XXI – Mais tecnologia

o ´10 - Máquinas Flexíveis

o ´10 – Integração total por computadores

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1.2. Princípios de Usinagem com Ferramentas de Geometria Definida

O material que é removido durante o processo de usinagem é chamado de cavaco.

A remoção do cavaco só é possível mediante o movimento de uma cunha cortante em

relação à peça, como é exemplificado na figura 1.8.

Figura 1.8 – Movimento da cunha de corte em relação à peça (Fonte: YOSHIDA,1979).

A esse movimento é dado o nome de Movimento de Corte, e ele garante que será

retirado cavaco até que acabe a peça naquela direção.

Para que, após a primeira retirada de cavacos, a peça possa continuar sendo

usinada é necessário que haja um outro movimento, que é chamado de movimento de

avanço. Esse movimento garante que a ferramenta seja re-posicionada a fim de realizar

um novo movimento de corte, como mostra a figura 1.9.

9

Figura 1.9 – Movimentos de Corte e Avanço.

Esses movimento são sempre os responsáveis pela retirada de cavacos que

possibilita as operações de usinagem. Eles podem se apresentar sob diversas formas,

dependendo do tipo de processo que está sendo considerado.

O movimento resultante desses dois movimentos é chamado de Movimento Efetivo

de Corte.

Esses três movimentos de usinagem, por contribuirem diretamente para a remoção

de cavaco, são chamados de Movimentos Ativos.

È interessante ressaltar que, embora em alguns casos a peça se movimente e a

ferramenta fique estática, ou ambas se movimentem simultaneamente, para fins de

estudo, considera-se sempre que a ferramenta é que se movimenta em relação à peça.

Alguns exemplos de movimentos em processos comuns de usinagem são

apresentados a seguir.

Movimentos Ativos de Usinagem nos Processos de Serramento Alternativo

Nesse processo de serramento o movimento de corte é dado pelo movimento

alternativo de um sistema biela-manivela, acoplado a um arco que contém a ferramenta

de corte (serra). O movimento de avanço normalmente é realizado pela ação de um peso

sobre o arco, que força o mesmo sobre a peça a ser cortada. Esse processo é

exemplificado na figura 1.10.

MMoovviimmeennttoo

ddee AAvvaannççoo

MMoovviimmeennttoo

ddee CCoorrttee

10

Figura 1.10 – Movimentos Ativos de Usinagem no Serramento Alternativo.

Movimentos Ativos de Usinagem no Processo de Torneamento Cilíndrico

Em um processo de torneamento cilíndrico o movimento de corte é dado pela

rotação da peça em torno do próprio eixo, que garante a retirada de material em uma só

rotação. O movimento de avanço, que quando somado ao movimento de corte permite a

retirada contínua de material, é dado por um deslocamento axial da ferramenta em

relação à peça (figura 1.11).

Figura 1.11 – Movimentos Ativos de Usinagem no Torneamento Cilíndrico.

MMoovviimmeennttoo ddee AAvvaannççoo

MMoovviimmeennttoo ddee CCoorrttee

MMoovviimmeennttoo ddee CCoorrttee

MMoovviimmeennttoo EEffeettiivvoo ddee CCoorrttee

MMoovviimmeennttoo EEffeettiivvoo ddee CCoorrttee

MMoovviimmeennttoo ddee AAvvaannççoo

11

Movimentos Ativos de Usinagem no Processo de Furação

Nos processos de furação o movimento de corte é dado pela rotação da

ferramenta, sendo o movimento de avanço obtido pelo deslocamento axial da ferramenta

e relação à peça. Esse arranjo pode ser visto na figura 1.12.

Figura 1.12 – Movimentos Ativos de Usinagem na Furação.

Movimetos Passivos

Os movimentos passivos são aqueles que, apesar de fundamentais para a

realização dos processos de usinagem, não promovem a remoção de material ao

ocorrerem. São eles:

· Movimento de Ajuste – é o movimento entre a ferramenta e a peça, no qual é pré-

determinada a espessura de material a ser removida.

· Movimento de Correção – é o movimento entre a ferramenta e peça, empregado

para compensar alterações de posicionamento devidas, por exemplo, ao desgaste

da ferramenta, variações térmicas, deformações plásticas, entre outras, que

normalmente incidem durante a ocorrência do processo.

· Movimento de Aproximação – é o movimento entre a ferramenta e a peça, com o

qual a ferramenta, antes do início da usinagem, se aproxima da peça.

· Movimento de Recuo – é o movimento entre a ferramenta e a peça, com o qual a

ferramenta, após a usinagem, é afastada da peça.

MMoovviimmeennttoo ddee AAvvaannççoo

MMoovviimmeennttoo ddee CCoorrttee

12

1.3. Princípios de Usinagem com Ferramentas de Geometria Não-Definida

A remoção é realizada pela ação de grãos, mais ou menos disformes, de materiais

duros que são postos em interferência com o material da peça. Os princípios desses

processos são descritos em maiores detalhes no capítulo 9.

É utilizado em processos de acabamento, para melhorar características

dimensionais, geométricas e superficiais.

13

Cada movimento realizado durante o processo de usinagem é realizado em um

determinado intervalo de tempo. Esse deslocamento em um intervalo de tempo resulta em

uma velocidade.

As velocidades principais que devem ser consideradas são a velocidade de corte e

a velocidade de avanço.

· Velocidade de Corte

- Resultado do deslocamento da ferramenta diante da peça, considerado no

tempo, para operações do tipo aplainamento e brochamento, onde os

movimentos de corte e de avanço não ocorrem concomitantemente.

- Velocidade tangencial instantânea resultante da rotação da ferramenta em

torno da peça, para as operações do tipo torneamento, fresamento, ou

furação, onde os movimentos de corte e de avanço ocorrem

concomitantemente. Para estes últimos, a vc é calculada por:

1000

ndvc

××=p

Onde: vc é a velocidade de corte, em m / min

d é o diâmetro da ferramenta ou da peça, em mm

n é a velocidade de rotação da ferramenta ou da peça, em RPM

· Velocidade de Avanço

- Para operações do tipo aplainamento a velocidade de avanço é considerada

como a quantidade de deslocamento por curso da ferramenta.

- Para operações do tipo torneamento a velocidade de avanço é dada por:

14

fd

vnfv c

f ××

×=×=

p1000

Onde: vf é a velocidade de avanço, em m / min

f é o avanço, em mm / revolução

Figura 2.1 – Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no torneamento. Ângulos da direção de

avanço φ, da direção efetiva η e plano de trabalho (Fonte: DINIZ et al, 2000).

· Tempo de Corte (Tempos Ativos)

- O tempo de corte (tc) resume a totalidade dos tempos ativos, pois ele

representa o tempo em que os movimentos de corte e / ou de avanço estão

efetivamente ocorrendo.

- Em uma operação de torneamento cilíndrico pode ser calculado por:

15

c

ff

f

f

cvf

ld

nf

l

v

lt

××

××=

×==

1000

p

Onde: tc é o tempo de corte, em min

lf é o percurso de corte, em mm

Figura 2.2 – Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo na furação. Ângulos da direção de

avanço φ, da direção efetiva η e plano de trabalho (Fonte: DINIZ et al, 2000).

Em operações onde não se tem rotação constante (torneamento de faceamento

com velocidade de corte constante) ou onde a trajetória da ferramenta é complexa, o

cálculo do tempo de corte depende de uma integração da relação ÷÷ø

öççè

æ

f

f

v

ld . Nestes casos,

muitas vezes é preferível cronometrar o tempo de corte ao invés de calculá-lo.

Figura 2.3 - Direção dos movimentos de corte, de avanço e efetivo no fresamento discordante. Ângulos da

direção de avanço φ, da direção efetiva η e plano de trabalho (Fonte: DINIZ et al, 2000).

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Figura 2.4 – Percurso de corte lc, de avanço lf e efetivo le na operação de fresamento discordante (Fonte:

DINIZ et al, 2000).

· 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.

2.1. Conceitos Auxiliares

Serão utilizados para a definição de outros conceitos, que serão tratados em

seguida, e também para estabelecer algumas relações entre as diversas grandezas

envolvidas no processo de usinagem.

· Ângulo da Direção de Avanço (φ) – é o ângulo entre a direção de avanço e a

direção de corte. Pode ser constante, como no torneamento e na furação (φ = 90o)

ou variável continuamente durante o processo, como no fresamento (figuras 2.1,

2.2 e 2.3).

· Ângulo da Direção Efetiva (η) – é o ângulo entre a direção efetiva e a direção de

corte. Estes ângulos obedecem a seguinte expressão:

17

j

jh

cos+=

f

c

v

v

sentg

· Pondo de Corte Escolhido – é um ponto qualquer da aresta de corte (principal ou

secundária) “escolhido” especificamente para a análise do sistema ferramenta /

peça. É um ponto destinado à determinação das grandezas, das superfícies e

ângulos da parte de corte, em uma posição genérica da aresta principal ou

secundária de corte.

· Ponto de Referência da Aresta de Corte (D) – é um ponto situado no meio da

aresta principal de corte utilizado para a fixação do plano de medida PD (figura 2.5).

É um ponto de corte escolhido com a particularidade de situar-se no meio da aresta

principal de corte ativa.

· Plano de Trabalho (Pfe) – é um plano imaginário que contém as direções de corte

e de avanço, passando pelo ponto de corte escolhido (figuras 2.1, 2.2 e 2.3). Como

conseqüência de sua definição, é sobre este plano que ocorrem os movimentos

ativos.

· Plano de Medida (PD) – é o plano perpendicular à direção de corte, passando pelo

ponto de referência da aresta de corte D (figura 2.5).

2.2. Superfícies Definidas Sobre a Peça

· Superfície a Usinar – é a superfície da peça antes da operação de usinagem

(figura 2.5).

· Superfície em Usinagem – é a superfície da peça que está sendo gerada pela

ferramenta. Haverá uma superfície em usinagem principal ou secundária quando a

geração da mesma estiver ocorrendo pela ação da aresta principal de corte, ou da

aresta secundária de corte, respectivamente.

· Superfície Usinada – é a superfície da peça que foi gerada pelo processo de

usinagem.

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2.3. Grandezas de Avanço

São grandezas que resultam do movimento de avanço. São elas:

· Avanço (f) – é o percurso de avanço em cada volta ou em cada curso da

ferramenta (figura 2.5).

· Avanço por Dente (fz) – é o percurso de avanço por dente e por volta ou curso da

ferramenta, medido na direção do avanço. Corresponde à distância entre duas

superfícies em usinagem consecutivas, considerada na direção do avanço (figura

2.6).

z

ff z =

Onde: z é o número de dentes da ferramenta

Figura 2.5 – Superfícies, Grandezas de corte, ponto de referência D e largura nominal de corte bD no

torneamento cilíndrico (Fonte: DINIZ et al, 2000).

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· Avanço de Corte (fc) – é a distância entre duas superfícies consecutivas em

usinagem, medida no plano de trabalho e perpendicular à direção de corte. Tem-se

assim que:

jsen×= zc ff

2.4. Grandezas de Penetração

São grandezas que descrevem geometricamente a relação de penetração entre a

ferramenta e a peça.

· Profundidade ou Largura de Usinagem (ap) – é a profundidade ou largura de

penetração da ferramenta em relação à peça, medida perpendicularmente ao pano

de trabalho (figuras 2.5, 2.7 e 2.8). No torneamento cilíndrico e de faceamento,

fresamento e retificação frontal, ap é denominada profundidade de usinagem. No

brochamento, fresamento e retificação tangencial ap é denominada largura de

usinagem. Na furação em cheio ap corresponde à metade do diâmetro da broca.

Figura 2.6 – Avanço por dente fz, avanço de corte fc e avanço efetivo no fresamento discordante (Fonte:

DINIZ et al, 2000).

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· Penetração de Trabalho (ae) – é a penetração da ferramenta em relação à peça,

medida no plano de trabalho e perpendicularmente à direção de avanço. A

penetração de trabalho ae tem importância predominante no fresamento e na

retificação plana (figuras 2.7 e 2.8).

Figura 2.7 – Largura de usinagem ap, penetração de trabalho ae e penetração de avanço af no fresamento

tangencial (Fonte: DINIZ et al, 2000).

Figura 2.8 – Profundidade de usinagem ap, penetração de trabalho ae e penetração de avanço af no

fresamento frontal (Fonte: DINIZ et al, 2000).

21

2.5. Grandezas de Corte

As grandezas de avanço e de penetração, vistas anteriormente, são informadas à

máquina-ferramenta, para que o processo de usinagem ocorra com a definição da porção

de material a ser removido. As grandezas de corte são conseqüência das grandezas de

avanço e de penetração. Não podem ser medidas, pois somente apresentam-se

acessíveis após a usinagem. Após a usinagem, as grandezas podem ser eventualmente

medidas, porém estarão com seus valores alterados devido à deformação sofrida pelo

material. Elas podem ser calculadas a partir das grandezas de avanço e de penetração.

As grandezas nominais de corte são definidas no plano de medida PD (figura 2.5).

· Seção Transversal Nominal de Corte (AD) – é a área da seção transversal

calculada de um cavaco a ser removido, medida no plano de medida PD.

· Seção Transversal Nominal de Corte (ADtot) – é a soma das áreas das seções

transversais nominais de corte, geradas por arestas de corte que estejam em ação

simultaneamente, quando se empregam ferramentas multicortantes.

· Largura Nominal de Corte (bD) – é a distância entre dois pontos extremos da

aresta principal de corte, medida no plano PD (figura 2.5).

· Espessura Local de Corte (hD) – é a grandeza calculada, resultante da relação

entre a seção transversal nominal de corte (AD) e a largura nominal de corte (bD).

D

Dd

b

Ah =

· Espessura Local de Corte (hi) – é a espessura calculada do cavaco a ser

removido, num ponto qualquer da aresta de corte, perpendicular à aresta no plano

de medida (PD). Esta definição é oportuna para situações em que a espessura de

corte seja variável. Quando este fato não ocorrer, a espessura local de corte será

constante e igual à espessura nominal de corte.

22

Figura 2.9 – Grandezas de corte para arestas de corte retilíneas. Exemplo: torneamento cilíndrico com

ferramenta com λ = 0; o ponto de corte escolhido neste caso encontra-se na ponta de corte da ferramenta

(Fonte: DINIZ et al, 2000).

2.6. Análise Simplificada das Grandezas

Na prática de usinagem, raramente as grandezas definidas são constantes.

Entretanto, é freqüente a possibilidade de considera-las aproximadamente constantes,

bastando para isso que uma análise da magnitude do erro cometido seja feita.

Como o processo de usinagem é dependente de um grande número de variáveis e

se constitui em um processo randômico, os erros considerados aceitáveis podem oscilar

entre 10 e 15% dos valores medidos ou calculados.

A situação idealmente simples para análise das relações entre as grandezas de

usinagem, ocorre quando se considera uma ferramenta com aresta de corte retilínea, com

23

ponta de corte em canto vivo, ângulo de inclinação λ = 0 e ângulo de posição da aresta

secundária χ’r = 0.

Para a situação idealmente simplificada (figura 2.9), tem-se:

· Seção Transversal de Corte (A) – é a área da seção transversal calculada de um

cavaco a ser removido, medida perpendicularmente à direção de corte no plano de

medida. Neste caso é válida a relação:

hbfaA p ×=×=

· Largura de Corte (b) – é a largura calculada da seção transversal de corte. Nas

condições idealizadas, a largura de corte é idêntica ao comprimento da aresta de

corte ativa e à largura nominal de corte (bD). Da figura 2.9, têm-se:

r

p

X

ab

sen=

· Espessura de Corte (h) – é a espessura calculada da seção transversal de corte.

Nas condições idealizadas, a espessura de corte é idêntica à espessura nominal

de corte (hD) e é calculada com base na figura 9, por:

b

AXfh r =×= sen

24

Denomina-se cunha de corte (ou gume de corte) a parte da ferramenta na qual o

cavaco se origina, através do movimento relativo entre a ferramenta e a peça. As arestas

que limitam as superfícies de corte são arestas de corte (Fonte: NBR 6163).

A seguir são descritas as principais partes construtivas de uma ferramenta de

corte.

· Superfícies de Saída (Aγ) – é a superfície da cunha de corte sobre a qual o

cavaco é formado e sobre a qual o cavaco escoa durante sua saída da região do

trabalho de usinagem (figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4).

Figura 3.1 – Cunha de corte da ferramenta de torneamento (Fonte: DINIZ et al,2000).

· Superfície Principal de Folga (Aα) – é a superfície da cunha de corte da

ferramenta que contém sua aresta principal de corte e que defronta com a

superfície em usinagem principal (figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4).

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· Superfície Secundária de Folga (A’α) – é a superfície da cunha de corte da

ferramenta que contém sua aresta de corte secundária e que defronta com a

superfície em usinagem secundária (figuras 3.1, 3.2, 3.3 e 3.4).

Figura 3.2 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma ferramenta de torneamento (Fonte:

DINIZ et al, 2000).

· Aresta Principal de Corte (S) – é a aresta da cunha de corte formada pela

intersecção das superfícies de saída e de folga principal (figura (figuras 3.1, 3.2,

3.3 e 3.4). Gera na peça a superfície em usinagem principal.

· Aresta Secundária de Corte (S’) – é a aresta da cunha de corte formada pela

intersecção das superfícies de saída e de folga secundária (figuras 3.2, 3.3 e 3.4).

Gera na peça a superfície em usinagem secundária.

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Figura 3.3 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma fresa frontal (Fonte: DINIZ et al, 2000).

· Ponta de Corte – é a parte da cunha de corte onde se encontram as arestas

principal e secundária de corte (figuras 3.2, 3.3 e 3.4). A ponta de corte pode ser a

intersecção das arestas, ou a concordância das duas arestas através de um

arredondamento, ou o encontro das duas arestas através de um chanfro.

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Figura 3.4 – Arestas de corte e superfícies da parte de corte de uma broca helicoidal (Fonte: DINIZ et al,

2000)

3.1. Sistemas de Referência

Para a definição e descrição dos ângulos da parte de corte são necessários um

sistema de referência da ferramenta e um sistema de referência efetivo. Cada um desses

sistemas é constituído de planos ortogonais entre si.