BR0214844B1

BR0214844B1 - aparelho para guiar e posicionar um componente de máquina relativamente a uma superfìcie de uma peça de trabalho, aparelho para perfurar orifìcios em uma peça de trabalho, método de posicionamento de um componente de máquina relativamente a uma superfìcie de contorno compósito de uma peça de trabalho, e método de posicionamento de um equipamento de perfuração para perfuração de uma peça de trabalho.

Info

Publication number: BR0214844B1
Application number: BRPI0214844-7A
Authority: BR
Inventors: Theodore M Boyl-Davis; James N Buttrick; Roger A Gage; Konstandinos D Papanikolaou
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-11-04
Publication date: 2011-09-20
Also published as: EP1563950B2; AU2002354002A8; US20030116331A1; DE60227294D1; CA2469617A1; DE60209039T2; EP1463605B1; BR0214844A; EP1563950A1; CN100457388C; WO2003049899A3; DE60209039D1; EP1563950B8; JP2006502867A; CN1617785A; AU2002354002A1; CA2469617C; JP4381812B2; US6843328B2; EP1563950B1

Description

APARELHO PARA GUIAR E POSICIONAR UM COMPONENTE DE MÁQUINA RELATIVAMENTE A UMA SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA DE TRABALHO, APARELHO PARA PERFURAR ORIFÍCIOS EM UMA PEÇA DE TRABALHO, MÉTODO DE POSICIONAMENTO DE UM COMPONENTE DE MÁQUINA RELATIVAMENTE A UMA SUPERFÍCIE DE CONTORNO COMPÓSITO DE UMA PEÇA DE TRABALHO, E MÉTODO DE POSICIONAMENTO DE UM EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO PARA PERFURAÇÃO DE UMA PEÇA DE TRABALHO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a máquinas para perfuração ou realização de outras operações de trabalho em peças de trabalho de grande porte configuradas na forma de painéis de contorno simples ou compósito ou similares, tais como asas e seções de fuselagem para aeronaves. A invenção refere-se mais particularmente a uma máquina de trilho flexível e um método de posicionamento de um módulo de trabalho tal como um equipamento de perfuração, um dispositivo de marcação, ou similares, relativamente à peça de trabalho mediante a movimentação do módulo ao longo de um trilho montado sobre a peça de trabalho em alinhamento dimensional com a mesma.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O problema em perfurar com precisão orifícios em peças de trabalho de grandes dimensões tais como painéis de fuselagem e asas de aeronaves e outros tipos de estruturas tem constituído um desafio permanente na indústria aeronáutica bem como em outras indústrias, para o qual não foi até agora obtida uma solução inteiramente satisfatória e passível de aplicação em uma ampla faixa de configurações de peças de trabalho. Máquinas fixas de grande porte tais como máquinas de perfuração de cinco eixos geométricos podem ser utilizadas para alguns tipos de peças de trabalho, mas estas máquinas são bastante dispendiosas em termos de aquisição e operação. Em contraste, uma solução de custo relativamente baixo para o problema mencionado acima que foi desenvolvida pelo cessionário do presente pedido e outros consiste na montagem de um equipamento de perfuração automático ou outro módulo de trabalho sobre um trilho que é montado na peça de trabalho. O equipamento de perfuração ou módulo é suportado sobre um carro que se desloca ao longo do trilho, que é formado por um par de trilhos paralelos montados na peça de trabalho. Exemplos destes dispositivos podem ser observados na patente norte- americana n° 4.850.763, sob cessão ao cessionário do presente pedido e aqui incorporada a título de referência, e na patente norte-americana n° 3.575.364.

Nas patentes mencionadas acima, entretanto, as configurações ilustradas e descritas eram aplicadas a peças de trabalho que não possuíam superfícies de contornos compostos. Conforme é aqui utilizado, o termo "de contorno compósito" é utilizado para referir uma superfície com curvatura em mais de uma direção. Em uma tal superfície de contorno compósito, não é possível em geral aplicar um par de trilhos retos flexíveis de tal forma que os trilhos se conformem ao contorno da superfície e permaneçam com a mesma distância de afastamento em todos os pontos ao longo dos trilhos. Assim, a superfície de uma esfera é um exemplo de uma superfície de contorno compósito, já que em geral o espaçamento entre um par de trilhos flexíveis dispostos sobre a superfície da mesma será variável. Em contraste, um cilindro de seção circular não tem uma superfície de contorno compósito, já que os trilhos podem ser aplicados em direções circunferenciais, axiais, ou helicoidais, e o espaçamento entre os mesmos pode ser constante. Na patente norte-americana n° 3.575.364 assinalada acima, um par de trilhos flexíveis são montados na direção circunferencial em torno de uma peça de trabalho cilíndrica de seção circular. Deverá ser apreciado que os trilhos podem ser perfeitamente paralelos em uma tal disposição, devido ao fato de a superfície cilíndrica ser uma superfície de contorno simples. Os trilhos na patente '364 são formados com características flexíveis para poderem ser conformados a uma variedade de superfícies, mas até mesmo esses trilhos flexíveis não podem ser dispostos com exatamente a mesma distância de afastamento em todos os pontos ao longo dos trilhos quando são montados sobre uma superfície de contorno compósito. Adicionalmente, os trilhos montados ao longo de duas diferentes vias de percurso sobre uma superfície de contorno compósito irão apresentar torções diferentes entre um e outro devido às diferentes direções da superfície normais ao longo das duas vias de percurso. Isto pode tornar muito difícil a movimentação de um carro ao longo dos trilhos e a manutenção de um bom nível de precisão de posicionamento do carro.

É possível montar um par de trilhos espaçado sobre

uma superfície de contorno compósito de tal forma que os trilhos fiquem afastados na mesma distância em todos os pontos ao longo dos trilhos, mas somente mediante um projeto específico dos trilhos para a superfície específica da peça de trabalho pretendida. Caso tais trilhos

especificamente fabricados para esse propósito fossem utilizados em uma superfície com contornos diferentes, os mesmos não ficariam com a mesma distância de afastamento em todos os pontos. Muito embora seja altamente desejável 15 poder movimentar um equipamento de perfuração ou outro componente de máquina sobre um par de trilhos montados sobre uma superfície de contorno compósito, é igualmente desejável poder utilizar o mesmo aparelho sobre uma ampla variedade de contornos de superfícies, incluindo superfícies de contorno simples e de contorno compósito.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

As necessidades acima são abordadas e outras vantagens são obtidas pela presente invenção, que proporciona uma máquina de trilhos flexível para posicionamento com precisão de um equipamento de perfuração ou outro componente de máquina que pode ser utilizado em superfícies de contorno simples e compósito de diversas configurações. A máquina não tem uma fundação ou pedestal rígido; ao invés disso, a própria peça de trabalho suporta a máquina. Mais particularmente, um par de trilhos são montados sobre a peça de trabalho, e o equipamento de perfuração ou outro componente de máquina é movimentado ao longo dos trilhos. As dificuldades referidas acima em associação com a instalação de trilhos sobre superfícies de contorno compósito tornariam aparentemente aconselhável que os trilhos fossem tornados flexíveis em todas as direções de torção de forma a agirem como estrias, e que a localização de cada trilho fosse fixada em uma pluralidade de pontos rígidos espaçados ao longo do trilho para os trilhos ficarem exatamente paralelos. No entanto, a presente invenção não considera esta abordagem.

De acordo com a presente invenção, um par de trilhos flexíveis espaçado são montados sobre a peça de trabalho de tal forma que os trilhos se estendem ao longo de um eixo geométrico de coordenada X, ao longo do qual o equipamento de perfuração ou outro componente de máquina será movimentado. Os trilhos são dispostos aproximadamente paralelos, mas conforme foi referido, não serão precisamente paralelos quando a superfície tiver um contorno compósito. Um carro de eixo geométrico X é montado de forma passível de deslizamento sobre os trilhos e suporta o equipamento de perfuração ou outro componente de máquina. O carro de eixo geométrico X é acionado mediante utilização de somente um dos trilhos como trilho de referência para definição da localização de eixo geométrico X do carro. 0 outro trilho não é utilizado como referência, sendo utilizado somente para reação de forças sobre o carro em uma direção de eixo geométrico Z (isto é, normal à superfície da peça de trabalho), tal como as forças de reação à impulsão do equipamento de perfuração. Os trilhos são relativamente rígidos em termos de flexão em torno de um primeiro eixo geométrico de flexão e são relativamente flexíveis em termos de flexão em torno de um segundo eixo geométrico de flexão ortogonal ao primeiro eixo geométrico de flexão. Isto é realizado em configurações preferenciais da invenção mediante configuração dos trilhos na forma de estruturas alongadas semelhantes a placas com larguras muito superiores à espessura. Os trilhos são montados sobre a peça de trabalho com as superfícies principais dos

trilhos semelhantes a placas substancialmente paralelas à superfície da peça de trabalho, de tal forma que o primeiro eixo geométrico de flexão é substancialmente normal à superfície da peça de trabalho (paralelo ao eixo geométrico Z) e o segundo eixo geométrico de flexão é substancialmente paralelo à superfície da peça de trabalho (paralelo ao eixo geométrico Y). Os trilhos são assim capazes de flexão e torção para acompanharem substancialmente um plano normal à superfície da peça de trabalho. Desta forma, os trilhos são capazes de posicionar o carro de eixo geométrico X de forma a que o mesmo possa encontrar-se em um plano normal e correspondente à superfície da peça de trabalho em qualquer determinada posição ao longo dos trilhos.

O componente de máquina pode consistir em um equipamento de perfuração, conforme foi referido acima, mas pode igualmente consistir em outros tipos de dispositivos, incluindo sem limitação um dispositivo de marcação para aplicação de marcações sobre a peça de trabalho, ou um dispositivo de soldadura. Em qualquer caso, o componente de máquina é preferencialmente montado no carro de eixo geométrico X através de um carro de eixo geométrico Y que por sua vez é montado no carro de eixo geométrico X de forma a ser passível de translação ao longo do eixo geométrico Y transversalmente à direção ao longo da qual o carro de eixo geométrico X se desloca ao longo dos trilhos. Desta forma, o componente de máquina é passível de translação independente em cada um de dois eixos geométricos.

A invenção permite dessa forma o posicionamento tridimensional de um equipamento de perfuração ou similar relativamente à peça de trabalho mediante programação numérica em somente dois eixo geométricos, isto é, os eixos geométricos XeY, visto que os trilhos e o carro de eixo geométrico X atuam de forma a posicionarem automaticamente o equipamento de perfuração em posição normal à superfície da peça de trabalho quando o equipamento de perfuração é adequadamente montado sobre o carro de eixo geométrico X. De acordo com uma configuração preferencial da invenção, uma definição matemática da superfície tridimensional da peça de trabalho é transformada em um padrão plano de duas dimensões, e a programação numérica de um dispositivo controlador para os sistemas de acionamento do carro de eixo geométrico X e de eixo geométrico Y é realizada nos dois eixos geométricos do padrão plano. Desta forma, a programação é consideravelmente simplificada se comparada com a de máquinas convencionais de múltiplos eixos geométricos que requerem programação em três ou mais eixos geométricos.

Os trilhos podem ser acoplados à peça de trabalho de diversas maneiras. Em uma configuração, uma pluralidade de dispositivos de acoplamento espaçados são montados na peça de trabalho e os trilhos são acoplados de forma destacável aos dispositivos de acoplamento. Os dispositivos de acoplamento podem ser acoplados à peça de trabalho através de vácuo.

O carro de eixo geométrico X é preferencialmente montado sobre os trilhos por elementos de montagem flexíveis que podem permitir variações de flexão e/ou torção que ocorrem ao longo de cada trilho de uma extremidade até outra quando montado sobre uma superfície de contorno compósito. Os elementos de montagem flexíveis podem compreender molas em forma de placas fixadas ao carro de eixo geométrico X e possuindo rolos de contato de trilho montados sobre as mesmas, ou carros de rolamentos acoplados ao carro de eixo geométrico X por rolamentos esféricos e tendo os rolos montados sobre os mesmos. Na configuração preferencial, os elementos flexíveis de montagem compreendem molas com forma de placas que são rigidamente fixadas ao carro de eixo geométrico X na proximidade de suas partes do meio de tal forma que as extremidades opostas de cada mola são suportadas em forma de cantilever a partir do carro de eixo geométrico X. Os rolos de contato de trilho são montados nas extremidades em cantilever das molas. As molas possuem preferencialmente uma largura que é menor no meio e maior nas extremidades de tal forma que uma mola sofre preferencialmente uma torção na parte do meio ao invés disso ocorrer nas extremidades.

O dispositivo de acionamento de eixo geométrico X emprega preferencialmente uma engrenagem de pinhão montada sobre uma extremidade em cantilever da mola em forma de placa que é disposta acima de um dos trilhos (isto é, o trilho de referência). A engrenagem de pinhão engrena uma cremalheira montada no trilho de referência. Para controle da altura da engrenagem de pinhão relativamente à cremalheira para que a altura seja substancialmente constante quando o carro de eixo geométrico X é movimentado ao longo do trilho de referência, o eixo geométrico de rotação da engrenagem de pinhão fica preferencialmente disposto no mesmo plano dos eixos geométricos de rotação de um par de rolos montados na extremidade da mola. Os rolos consistem preferencialmente em rolos de ranhura em V que definem ranhuras em forma de V nas quais se encaixam as extremidades opostas do trilho, dessa forma impedindo um movimento dos rolos relativamente ao trilho na direção geralmente normal à superfície da peça de trabalho.

Em uma configuração preferencial de uma máquina de perfurar de trilho flexível de acordo com a invenção, uma força de pré-carga é aplicada entre o carro de eixo geométrico Xea superfície da peça de trabalho anteriormente à perfuração de um orifício, em que um componente normal da força de pré-carga possui uma magnitude superior à de um componente normal de força de reação no carro de eixo geométrico X causada pela impulsão do equipamento de perfuração durante a perfuração. Esta força de pré-carga auxilia a estabilização da máquina e absorve qualquer jogo na direção Z que possa existir nas conexões entre os dispositivos de acoplamento, trilhos, carro, etc. Preferencialmente, a força de pré-carga é

aplicada por uma sapata de pressão acoplada ao equipamento de perfuração. A sapata de pressão é preferencialmente ligada ao equipamento de perfuração de tal forma que a força de reação causada pela impulsão do equipamento de perfuração seja reagida através da sapata de pressão de forma a reduzir a força de pré-carga entre a sapata de pressão e a peça de trabalho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS Os objetivos, características, e vantagens da invenção referidos acima, e outros, irão tornar-se mais aparentes da descrição que se encontra a seguir de certas configurações preferenciais da mesma, quando considerada em combinação com os desenhos em anexo, nos quais:

A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de uma máquina de perfurar de trilho flexível de acordo com uma configuração preferencial da invenção;

a FIG. 2 é uma vista em perspectiva da máquina com o fuso de furar removido;

a FIG. 3 é uma vista em perspectiva similar à da FIG. 2, porém sem as ventosas e sem os elementos de montagem para o fuso de furar;

a FIG. 4 é uma vista em perspectiva ilustrando a montagem do carro de eixo geométrico X e do carro de eixo geométrico Y em contato com os trilhos, observada geralmente de cima para baixo;

a FIG. 5 é uma vista em perspectiva similar à da FIG. 4, observada geralmente de baixo para cima;

a FIG. 6 é uma vista de corte transversal através do conjunto de perfuração da máquina; e

a FIG. 7 é uma vista em perspectiva de uma configuração alternativa da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção será agora descrita mais detalhadamente deste ponto em diante com referência aos desenhos em anexo, nos quais se encontram ilustradas configurações preferenciais da invenção. A invenção pode, no entanto, ser configurada de muitas formas diferentes e não deverá ser considerada limitada às configurações aqui divulgadas; ao invés disso, essas configurações são proporcionadas para que a presente divulgação seja minuciosa e completa, e possa transmitir plenamente o escopo da invenção para aqueles que são versados na técnica. Numerais de referência idênticos referem elementos idênticos de principio a fim da descrição.

Fazendo referência à Figura 1, encontra-se ilustrada na mesma uma máquina 20 de acordo com uma configuração preferencial da invenção. A máquina compreende um par de trilhos 22, 24 aos quais uma pluralidade de dispositivos de acoplamento, preferencialmente na forma de dispositivos de ventosa 26, são fixados de forma passível de desprendimento a intervalos espaçados ao longo da extensão de cada trilho. Os trilhos 22, 24 possuem preferencialmente uma largura substancialmente maior que sua espessura de tal forma que os mesmos são substancialmente mais rígidos em termos de flexão em torno de um eixo geométrico que se estende na direção da espessura do que em torno de um eixo geométrico que se estende na direção da largura. Os trilhos são orientados em disposições aproximadamente paralelas entre si, muito

embora o espaçamento lateral entre os trilhos possa variar quando os trilhos são montados sobre uma superfície de peça de trabalho de contorno compósito. Preferencialmente, os trilhos são rigidamente fixados um ao outro em somente uma extremidade por um elemento de ligação 28, que fixa o espaçamento entre os trilhos na outra extremidade. Em outras localizações ao longo dos trilhos, o espaçamento entre os trilhos poderá variar conforme foi referido. Pode existir um outro elemento de ligação 28' na extremidade oposta dos trilhos, porém este elemento de ligação 28' proporciona uma ligação "flutuante" que permite que o espaçamento entre os trilhos seja ajustado conforme for necessário dependendo do contorno da superfície da peça de trabalho.

As larguras dos trilhos estendem-se substancialmente paralelamente à superfície da peça de trabalho quando as ventosas são acopladas à superfície da peça de trabalho. Devido ao fato de os trilhos poderem facilmente defletir-se em torno de direções no sentido da largura e torcerem-se em torno de seus eixos geométricos longitudinais, os trilhos defletem-se e torcem-se conforme necessário para acompanharem substancialmente a superfície da peça de trabalho e os dispositivos de ventosa mantêm cada trilho a uma distância substancialmente constante da superfície da peça de trabalho. Desta maneira, as superfícies principais dos trilhos são substancialmente perpendiculares à superfície normal da peça de trabalho em qualquer ponto ao longo de cada trilho.

Um carro 30 de eixo geométrico X (FIGS. 2-5) é montado sobre os trilhos e desliza ao longo dos trilhos em virtude de rolos 32 que são montados no carro 30 e contatam os trilhos. 0 carro 30 de eixo geométrico X na configuração ilustrada compreende um elemento em forma de placa. Os rolos 32 são montados ao longo de cada uma das bordas de lados opostos do carro. Mais particularmente, placas de mola 34 e 36 (preferencialmente observadas na FIG. 5) são acopladas ao carro 30 na adjacência de uma superfície inferior do mesmo em cada uma das bordas de lados opostos do carro. As placas de mola são fixadas ao carro de eixo geométrico X em localizações 37 (FIG. 5) espaçadas para o lado de dentro a partir de extremidades opostas das placas de molas, de tal forma que cada placa de mola possui duas partes de extremidades opostas que são dispostas em cantilever a partir do carro. Os rolos 32 são montados nestas partes de extremidades em cantilever das placas de mola 34, 36. Existem dois rolos 32 em oposição montados em cada parte de extremidade em cantilever de cada uma das placas de molas 34, 36. Cada trilho 22, 24 é acolhido entre os rolos em oposição 32. Os trilhos 22, 24 possuem preferencialmente bordas em forma de V contatadas pelos rolos, e os rolos são rolos de ranhura em V possuindo ranhuras em forma de V que acolhem as bordas em forma de V dos trilhos. Os rolos impedem dessa forma a ocorrência de um movimento relativo entre os rolos e os trilhos na direção ao longo dos eixos geométricos de rotação dos rolos, cujos eixos geométricos são substancialmente normais à superfície da peça de trabalho.

As placas de mola 34, 36 sobre as quais os rolos são montados realizam flexões e torções conforme é necessário (isto é, ditadas pelo contorno da superfície da peça de trabalho durante o deslocamento do carro de eixo geométrico X ao longo dos trilhos) para permitirem a ocorrência de um grau limitado de movimento relativo entre o carro 30 de eixo geométrico X e os rolos 32. Isto é facilitado tornando-se as placas de mola relativamente estreitas em suas partes do meio e mais largas em suas extremidades, de tal forma que as placas sofram preferencialmente deflexão e torção no meio e não nas extremidades em que os rolos são montados. Assim, pode ocorrer um grau limitado de movimento relativo entre o carro de eixo geométrico X e os trilhos 22, 24. O resultado liquido é que a máquina 20 de trilho flexível permite que o carro de eixo geométrico X percorra os trilhos ao longo do eixo geométrico X (isto é, o eixo geométrico paralelo à direção longitudinal dos trilhos) mesmo que os trilhos sofram deflexões e torções de formas relativamente diferentes entre um e outro. De fato, os trilhos 22, 24 conformam-se ao contorno da superfície da peça de trabalho e portanto dispõem-se em um plano aproximadamente normal à superfície em qualquer ponto ao longo do percurso definido pelos trilhos. Conseqüentemente, um eixo geométrico de referência do carro (na configuração ilustrada, um eixo geométrico normal ao plano do carro) é mantido substancialmente normal à superfície da peça de trabalho em qualquer posição do carro ao longo dos trilhos.

Uma cremalheira 38 (FIGS. 2 e 3) para um dispositivo de pinhão e cremalheira, é montada ao longo da superfície do trilho 24 que fica de face para a placa de mola 36. Um motor 40 e caixa de engrenagens associada 42 são montados na placa de mola 36. Um eixo de saida de transmissão da caixa de engrenagens 42 possui uma engrenagem de pinhão 4 4 montada no mesmo, e a placa de mola 36 inclui uma janela 46 (FIG. 4) através da qual a engrenagem de pinhão se estende para ser acoplada à cremalheira 38 sobre o trilho 24. Desta forma, a rotação da engrenagem de pinhão 44 aciona o carro 30 de eixo geométrico X ao longo dos trilhos. Deverá ser observado que o trilho 24 possuindo a cremalheira 38 compreende um trilho de referência relativamente ao qual é realizado o posicionamento de eixo geométrico X do carro de eixo geométrico X. Não é feita nenhuma tentativa de determinação ou controle do posicionamento de eixo geométrico X do carro relativamente ao outro trilho 22.

É importante, para controlar com precisão a posição de eixo geométrico X do carro de eixo geométrico X, que a engrenagem de pinhão 44 mantenha uma altura constante relativamente à cremalheira 38 em qualquer ponto ao longo do trilho de referência 24. Para assegurar este controle de altura, o eixo geométrico de rotação da engrenagem de pinhão 44 fica preferencialmente disposto no mesmo plano que é definido pelos eixos geométricos de rotação dos dois rolos 32 montados na extremidade da placa de mola 36. Mais particularmente, os eixos geométricos dos rolos 32 são paralelos um ao outro e substancialmente normais à superfície da peça de trabalho, e o eixo geométrico da engrenagem de pinhão 4 4 é substancialmente paralelo à superfície da peça de trabalho e fica disposto no plano dos eixos geométricos dos rolos.

Um carro 50 de eixo geométrico Y é montado de forma passível de deslizamento sobre o topo do carro 30 de eixo geométrico X de tal forma que o carro de eixo geométrico Y pode deslizar em avanço e em recuo ao longo de uma direção de eixo geométrico Y perpendicular à direção de eixo geométrico X. Mais particularmente, um par de trilhos 52, 54 são fixados às bordas opostas do carro 30 de eixo geométrico X, e rolos 56 são montados no carro de eixo geométrico Y para contatarem os trilhos 52, 54. Uma cremalheira 58 para um dispositivo de pinhão e cremalheira é fixada no carro de eixo geométrico X ao longo da borda do mesmo adjacente ao trilho 54 (vide a FIG. 5). Um motor 60 e caixa de engrenagens associada ao mesmo 62 são montados em uma placa 64 que é fixada ao carro de eixo geométrico Y adjacente à cremalheira 58. A placa 64 inclui uma janela rasgada através da mesma, e o eixo de saída de transmissão da caixa de engrenagens 62 estende-se através da janela e aciona uma engrenagem de pinhão 66 que se encaixa na cremalheira 58. Assim, a rotação da engrenagem de pinhão 66 aciona o carro de eixo geométrico Y ao longo dos trilhos 52, 54 na direção de eixo geométrico Y.

Sobre o topo do carro de eixo geométrico Y encontra-se montado um dispositivo de anel de pressão 70, que pode ser preferencialmente observado na FIG. 2. O dispositivo de anel de pressão suporta e fixa um dispositivo de perfuração 80 conforme se encontra ilustrado na FIG. 1. O dispositivo de perfuração 80 inclui um fuso de furar 90. A FIG. 6 ilustra uma parte do dispositivo de perfuração em corte transversal, com o fuso de furar 90 ilustrado em uma posição retraída no lado esquerdo da figura e em uma posição avançada no lado direito da figura. O fuso de furar estende-se através de uma janela no carro 50 de eixo geométrico Y (visível nas FIGS. 3 e 4), e através de uma janela no carro 30 de eixo geométrico X (visível na FIG. 5) que é alongada na direção do eixo geométrico Υ. O fuso de furar é retraído e avançado por um. par de cilindros de fluido 92 (FIG. 1) cujas partes de cilindro são fixadas ao fuso de furar. Mais especificamente, os cilindros 92 são acoplados entre um par de elementos de placa 94, 96 que são fixados ao fuso. As hastes dos cilindros estendem-se através de aberturas no elemento de placa inferior 96 e acoplam-se a um elemento de placa 98 que é fixado ao dispositivo de retenção 70 no carro de eixo geométrico Y. Assim, a retração das hastes para o interior das partes de cilindros faz o fuso de furar avançar na direção da peça de trabalho, e a extensão das hastes faz o fuso de furar ser retraído em afastamento da peça de trabalho. Desta forma, é possível perfurar um orifício na peça de trabalho com uma broca de perfuração rotativa (não ilustrada) montada no fuso de furar. O eixo geométrico do equipamento de perfuração ao longo do qual o fuso de furar é feito avançar e recuar é paralelo ao eixo geométrico de referência do carro 50 de eixo geométrico X, isto é, normal ao plano do carro, e portanto é substancialmente normal à superfície da peça de trabalho.

A máquina também inclui preferencialmente um cilindro hidráulico de retenção 100 ilustrado na FIG. 1, para controlar a velocidade de avanço do fuso de furar. O cilindro de retenção é acoplado entre o elemento de placa 98 e o dispositivo dos elementos de placa 94, 96 e cilindros de fluido 92, e atua com um dispositivo amortecedor para limitar a velocidade de avanço do fuso.

Fazendo referência FIG. 6, o dispositivo de perfuração inclui uma sapata de pressão 102 que é passível de extensão para se apoiar contra a superfície da peça de trabalho em uma direção substancialmente normal à mesma para exercer uma força de pré-carga entre a peça de trabalho e o equipamento de perfuração. Um pistão 104 circunda e é fixado ao corpo 106 do equipamento de perfuração. O pistão 104 é acolhido para o interior de um espaço anular definido em um cilindro 108 que circunda e é fixado ao dispositivo de anel de retenção 70 no carro de eixo geométrico Υ. A sapata de pressão 102 é igualmente fixada ao corpo 106 do equipamento de perfuração. O pistão 104 e o cilindro 108 incluem vedações conforme se encontram ilustradas, de tal forma que é definida na unidade de pistão e cilindro uma câmara de trabalho que pode ser pressurizada através de uma abertura de acesso de entrada 110 para fazer o pistão 104 ser empurrado no sentido descendente na FIG. 6, dessa forma empurrando para baixo o equipamento de perfuração e empurrando a sapata de pressão 102 contra a superfície da peça de trabalho. A pré-carga exercida pela sapata de pressão contra a peça de trabalho é preferencialmente de magnitude superior à força máxima prevista de reação causada pela impulsão do equipamento de perfuração durante a perfuração de um orifício. A força de reação à impulsão do equipamento de perfuração atua de uma forma que tende a reduzir a pré-carga entre a sapata de pressão e a peça de trabalho; em outros termos, toda a impulsão de perfuração é reagida através da sapata de pressão. Uma aplicação de pré-carga com uma força superior à impulsão máxima prevista de perfuração permite minimizar um movimento indesejável do fuso durante a perfuração.

Na FIG. 7 encontra-se ilustrada em conjunto parcial uma configuração alternativa da invenção. Esta configuração é similar à configuração descrita anteriormente, exceto no fato de que ao invés de os rolos 32 serem montados em placas de mola 34, 36, os rolos 32 são montados em carros de rolamentos 37. Dois carros de rolamentos 37 são montados em cada uma das bordas de lados opostos do carro 30 de eixo geométrico X. Cada carro de rolamentos 37 possui dois pares de rolos opostos 32 que acolhem entre os mesmos o respectivo trilho 22 ou 24. Os carros de rolamentos 37 são acoplados ao carro 30 de eixo geométrico X por rolamentos esféricos 39 que permitem um movimento de rotação dos carros de rolamentos relativamente ao carro de eixo geométrico X. Os carros de rolamentos 37 e os rolamentos esféricos 39 permitem dessa forma o movimento relativo que as placas de mola 34, 36 proporcionam na configuração precedente.

De acordo com a invenção, a superfície de contorno compósito tridimensional da peça de trabalho é transformada em ou mapeada para um padrão planar ou plano de tal forma que uma distância curvilinea entre dois pontos sobre a superfície da peça de trabalho é equacionada para uma distância linear entre correspondentes pontos sobre o padrão plano. Mais especificamente, a representação tridimensional da superfície da peça de trabalho é transformada de tal forma que cada ponto (x, y, z) sobre a superfície da peça de trabalho é transformado em um ponto correspondente (X, Y) sobre o padrão plano. 0 equipamento de perfuração é então posicionado ao longo da superfície da peça de trabalho de tal forma que a perfuração ocorra em um ponto desejado (X1, ylf Z1) mediante posicionamento do equipamento de perfuração de forma a intersectar o ponto (X1, Y1) sobre o padrão plano que corresponde ao ponto (X1, ylf Z1). Um dispositivo controlador numérico para os motores de acionamento de eixo geométrico X e de eixo geométrico Y é programado no sistema bidimensional de eixos geométricos do padrão plano. As coordenadas X e Y no padrão plano correspondem geralmente aos eixos geométricos XeY ao longo dos quais os carros se deslocam, mas a correspondência em geral não será exata e é necessário um ponto de referência para calibrar as coordenadas da máquina para as coordenadas do padrão plano.

Para estabelecimento da relação entre o padrão plano e os eixos geométricos da máquina, dois orifícios de localização são perfurados na peça de trabalho em localizações conhecidas, um dos mesmos em cada extremidade de uma zona da peça de trabalho sobre a qual se deseja operar. O aparelho é acoplado à peça de trabalho de tal forma que uma linha que liga os dois orifícios de localização é aproximadamente paralela ao eixo geométrico X definido pelos trilhos e de tal forma que os orifícios de localização ficam situados dentro da área de trabalho X-Y do aparelho. O fuso de furar é removido do aparelho e um dispositivo de localização de margem de laser (não exibido) é instalado em seu lugar. Os motores de acionamento de eixos geométricos XeY são operados para posicionamento dos carros até o dispositivo de localização de margem de laser detectar um dos orifícios de localização, e as coordenadas X e Y do orifícios são armazenadas em memória, e o processo é repetido para o outro orifício de localização. As coordenadas dos orifícios de localização no quadro de referência da peça de trabalho (transformado para o padrão plano) são conhecidas. Assim, é realizada uma transformação de coordenadas para relacionarem as coordenadas X, Y da máquina com as coordenadas da peça de trabalho no padrão plano, de tal forma que a máquina pode ser posicionada em qualquer ponto desejado da peça de trabalho mediante controle dos motores de acionamento de X e de Y para posicionamento da máquina no ponto X, Y correspondente.

Muitas modificações e outras configurações da invenção poderão ocorrer a uma pessoa versada na técnica na qual a presente invenção se insere mediante o beneficio dos ensinamentos apresentados nas descrições precedentes e nos desenhos associados às mesmas. Por exemplo, muito embora os trilhos 22, 24 na configuração ilustrada permitam uma relativa flexibilidade em torno de um eixo geométrico e uma relativa rigidez em torno de um eixo geométrico perpendicular devido ao fato de suas larguras serem muito superiores as suas espessuras, deverá ser reconhecido que existem outras formas de obter esta característica. Como exemplo, os trilhos poderiam ser feitos de um material com diferentes módulos de elasticidade em diferentes direções, tais como materiais compósitos, ou o formato de seção transversal dos trilhos poderia ser projetado para transmitir a flexibilidade diferencial. Adicionalmente, muito embora sejam ilustrados rolos 32 para contato com os trilhos, podem ser utilizados outros tipos de elementos ao invés dos rolos para contato com os trilhos e para facilitar o deslizamento do carro 30 ao longo dos mesmos, tais como sapatas de deslizamento ou similares. Desta forma, deverá ser entendido que a invenção não se encontra limitada às configurações específicas que foram reveladas e que se pretende incluir modificações e outras configurações dentro do escopo das reivindicações em anexo. Muito embora sejam aqui empregados termos específicos, os mesmos são utilizados com um sentido apenas genérico e descritivo e não com propósitos de limitação.

Claims

1. APARELHO PARA GUIAR E POSICIONAR UM COMPONENTE DE MÁQUINA RELATIVAMENTE A UMA SUPERFÍCIE DE UMA PEÇA DE TRABALHO, o aparelho sendo caracterizado por compreender: um primeiro e um segundo trilhos flexíveis alongados (22, 24), os trilhos (22, 24) sendo afastados entre si e aproximadamente paralelos um ao outro; uma pluralidade de dispositivos de acoplamento por vácuo(26) acoplados a cada trilho e espaçados a intervalos ao longo dos mesmos para acoplarem de forma passível de desprendimento cada trilho à superfície da peça de trabalho através de vácuo, com as larguras dos trilhos (22, 24) estendendo-se substancialmente paralelamente à superfície da peça de trabalho, os trilhos (22, 24) sendo passíveis de flexão e torção conforme necessárias para acompanharem substancialmente a superfície da peça de trabalho; e um carro (30) para deslocamento ao longo de um eixo geométrico de sentido X, estruturado e configurado para suportar o componente de máquina, o carro para deslocamento ao longo de um eixo geométrico de sentido X contatando os trilhos (22, 24) em deslizamento sobre os mesmos e sendo passível de deslocamento ao longo dos trilhos (22, 24) de forma a posicionar o componente de máquina com relação à peça de trabalho.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada trilho ser relativamente rígido para flexão em torno de um primeiro eixo geométrico de flexão e relativamente flexível para flexão em torno de um segundo eixo geométrico de flexão ortogonal ao primeiro eixo geométrico de flexão, e cada trilho ser montado sobre a peça de trabalho de tal forma que o primeiro eixo geométrico de flexão se dispõe de forma substancialmente normal relativamente à superfície da peça de trabalho e o segundo eixo geométrico de flexão se dispõe substancialmente paralelamente à superfície da peça de trabalho.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um elemento de ligação(28, 28') acoplado entre os trilhos (22, 24) em uma localização ao longo dos mesmos para fixar substancialmente uma distância de espaçamento entre os trilhos (22, 24) na referida localização, os trilhos (22, 24) sendo livres para se moverem em aproximação e afastamento um do outro em outras localizações remotas relativamente à referida localização.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os dispositivos de acoplamento compreenderem ventosas(2 6).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o carro(30) para deslocamento ao longo de um eixo geométrico de sentido X ser acoplado aos trilhos (22, 24) por elementos flexíveis de montagem.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por os elementos flexíveis de montagem compreenderem molas(34, 36) em forma de placa.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente um dispositivo de acionamento ao longo do eixo geométrico de sentido X para acionamento do carro(30) de eixo geométrico de sentido X ao longo dos trilhos (22, 24), o dispositivo de acionamento ao longo do eixo geométrico de sentido X sendo montado em uma das molas(34, 36) em forma de placa.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o dispositivo de acionamento ao longo do eixo geométrico de sentido X incluir um elemento de acionamento que contata um elemento que coopera com o mesmo em um dos trilhos (22, 24).

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o elemento de acionamento se estender através de uma abertura(46) na mola(36) em forma de placa.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o carro(30) de eixo geométrico de sentido X ser acoplado de forma passível de deslizamento aos trilhos (22, 24) por elementos rotativos(32) que possuem um contato rolante com os trilhos (22, 24).

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por os elementos rotativos(32) serem montados em elementos flexíveis de montagem(34, 36) que são fixados ao carro(30) de eixo geométrico de sentido X e podem defletir-se relativamente ao carro(30) de eixo geométrico de sentido X para acomodação de diversas flexões e torções dos trilhos (22, 24).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um equipamento de perfuração montado no carro(30) de eixo geométrico de sentido X.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente um atuador acoplado ao carro(30) de eixo geométrico de sentido X e uma sapata de pressão acoplada ao atuador, o atuador sendo operável para pressionar a sapata de pressão(102) contra a superfície da peça de trabalho geralmente normal à mesma deforma a exercer uma força de pré-carga entre a peça de trabalho e o carro(30) de eixo geométrico de sentido X.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a sapata de pressão ser acoplada ao equipamento de perfuração(80) de tal forma que uma força de reação causada pela impulsão do equipamento de perfuração durante a perfuração da peça de trabalho é reagida através da sapata de pressão(102) de forma a reduzir a força de pré-carga entre a sapata de pressão (102) e a peça de trabalho.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o equipamento de perfuração(80) ser montado sobre um carro(50) de eixo geométrico de sentido Y que é passível de deslizamento sobre o carro(30) de eixo geométrico de sentido X ao longo de um eixo geométrico de sentido Y, e em que o atuador é acoplado entre o carro (50) de eixo geométrico de sentido Yeo equipamento de perfuração(80).

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o atuador compreender uma pluralidade de cilindros(92) operados por fluido.

17. APARELHO PARA PERFURAR ORIFÍCIOS EM UMA PEÇA DE TRABALHO, caracterizado por compreender: um par de trilhos (22, 24) cada um dos quais é relativamente flexível em deflexão em torno de um eixo geométrico estendendo-se em uma direção através de uma largura de cada trilho, e relativamente rígido em deflexão em torno de um eixo geométrico estendendo-se em uma direção de espessura de cada trilho; uma pluralidade de dispositivos de acoplamento acoplados a cada trilho em localizações espaçadas ao longo dos mesmos para acoplamento dos trilhos (22, 24) a uma superfície da peça de trabalho de tal forma que a direção da espessura de cada trilho é substancialmente normal à superfície da peça de trabalho; um carro montado de forma passível de deslizamento sobre os trilhos (22, 24) através de uma pluralidade de elementos de contato de trilho acoplados ao carro, os elementos de contato de trilho sendo montados em suportes que são acoplados ao carro, os suportes e os elementos de contato de trilho sendo estruturados e configurados de tal forma que permitem um movimento relativo entre o carro e os trilhos (22, 24) para acomodação de diversas deflexões e torções dos trilhos (22, 24); e um equipamento de perfuração suportado sobre o carro.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os suportes compreenderem placas de mola.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por os elementos de contato de trilho compreenderem rolos.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os suportes compreenderem carros de rolamentos que são acoplados ao carro com rolamentos esféricos.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por os elementos de contato de trilho compreenderem rolos.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente um motor de acionamento montado em um dos suportes e em acoplamento de acionamento com um elemento de acionamento que encaixa um elemento acionado que coopera com o mesmo estendendo-se ao longo de um dos trilhos (22, 24).

23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por o elemento de acionamento consistir em um elemento de engrenagem rotativo e o elemento acionado ser um elemento de engrenagem linear, os suportes sendo resilientes e suportando pares de rolos espaçados que acolhem cada um dos trilhos (22, 24) entre os mesmos, o elemento de engrenagem rotativo sendo configurado de tal forma que um eixo geométrico de rotação do mesmo é coplanar com eixos geométricos de rotação de um dos pares de rolos montados no suporte que suporta o motor de acionamento.

24. MÉTODO DE POSICIONAMENTO DE UM COMPONENTE DE MÁQUINA RELATIVAMENTE A UMA SUPERFÍCIE DE CONTORNO COMPÓSITO DE UMA PEÇA DE TRABALHO, de tal forma que um eixo geométrico de máquina do componente de máquina(80) fica disposto em uma disposição substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho, o método sendo caracterizado por compreender: montagem de forma passível de deslizamento de um primeiro carro(30) sobre um par de trilhos (22, 24) flexíveis afastados entre si que são relativamente flexíveis em deflexão em torno de primeiros eixos geométricos de flexão e relativamente inflexíveis em deflexão em torno de segundos eixos geométricos de flexão; fixação dos trilhos (22, 24) à superfície da peça de trabalho de tal forma que os primeiros eixos geométricos de flexão ficam dispostos em uma disposição substancialmente paralela à superfície da peça de trabalho e os segundos eixos geométricos de flexão ficam dispostos em uma disposição substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho, em que dessa forma os trilhos (22, 24) se defletem e torcem conforme necessário para se conformarem substancialmente à superfície da peça de trabalho de tal forma que um eixo geométrico de referência do primeiro carro(30) em qualquer posição ao longo dos trilhos (22, 24) fica disposto em uma disposição substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho; e fixação do componente de máquina(80) sobre o primeiro carro(30) de tal forma que o eixo geométrico de máquina do componente de máquina(80) fica alinhado ao longo do eixo geométrico de referência do primeiro carro(30), dessa forma o eixo geométrico de máquina ficando substancialmente posicionado em uma disposição normal com relação à superfície da peça de trabalho.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por compreender adicionalmente a provisão de um segundo carro(50) montado sobre o primeiro carro(30) de tal forma que o segundo carro(50) é passível deslizamento sobre o primeiro carro(30) ao longo de uma direção definida por um eixo geométrico de sentido Y paralelo à superfície da peça de trabalho, o primeiro carro(30) sendo passível de deslizamento ao longo dos trilhos (22, 24) em uma direção definida por um eixo geométrico de sentido X perpendicular ao eixo geométrico de sentido Y, e em que o componente de máquina(80) é fixado ao segundo carro(50).

26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por compreender adicionalmente a determinação de uma transformação matemática da superfície da peça de trabalho de contorno compósito para um padrão plano bidimensional, e o controle da posição dos primeiro e segundo carro(50)s com base no padrão plano.

27. MÉTODO DE POSICIONAMENTO DE UM EQUIPAMENTO DE PERFURAÇÃO PARA PERFURAÇÃO DE UMA PEÇA DE TRABALHO, possuindo uma superfície contornada de tal forma que a perfuração ocorre ao longo de um eixo geométrico que é substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho em qualquer ponto sobre a mesma, o método sendo caracterizado por compreender: transformação de uma representação matemática tridimensional da superfície da peça de trabalho em um padrão plano bidimensional de tal forma que cada ponto (χ, γ, ζ) sobre a superfície da peça de trabalho é transformado em um correspondente ponto (X, Y) sobre o padrão plano; posicionamento do equipamento de perfuração ao longo da superfície da peça de trabalho para que a perfuração ocorra em um ponto desejado (X1, Y1, Z1) mediante posicionamento do equipamento de perfuração de forma a intersectar um ponto [X1, Y1) sobre o padrão plano correspondente ao ponto (x1, y1, z1); e orientação do equipamento de perfuração com um eixo geométrico de perfuração do mesmo disposto em uma disposição substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho no ponto (x1, y1, z1) mediante montagem do equipamento de perfuração sobre um sistema de suporte que é acoplado à superfície da peça de trabalho e orienta automaticamente o eixo geométrico de perfuração para uma disposição substancialmente normal à superfície da peça de trabalho.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por a etapa de orientação do equipamento de perfuração compreender o acoplamento de um par de trilhos (22, 24) flexíveis espaçados à superfície da peça de trabalho de tal forma que os trilhos (22, 24) possam sofrer flexões e torções conforme forem necessárias para acompanhamento do contorno da superfície da peça de trabalho, com os trilhos (22, 24) aproximadamente paralelos um ao outro, e montagem do equipamento de perfuração de forma passível de deslizamento sobre os trilhos (22, 24), os trilhos (22, 24) posicionando o equipamento de perfuração de tal forma que o eixo geométrico de perfuração fica disposto em uma disposição substancialmente normal com relação à superfície da peça de trabalho em qualquer posição do equipamento de perfuração ao longo dos trilhos (22, 24).