BR112017027140B1 - Máquina para o processamento a laser de perfis e método para realizar uma operação de corte inclinado - Google Patents
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Abstract
máquina para o processamento a laser de perfis e método para realizar uma operação de corte inclinado. são descritos uma máquina e um método para o processamento a laser de perfis (p), em particular, para a realização de uma operação de corte inclinado no perfil (p), por exemplo, para produzir um orifício cônico (h), sendo que antes da operação de processamento um dispositivo de suporte e guia (12) é posicionado em uma dada posição inicial ao longo do eixo longitudinal (x) do perfil (p) em relação a uma cabeça de processamento (10) e, a seguir, durante a operação de processamento, o dispositivo de suporte e guia (12) é movido ao longo do eixo longitudinal (x) integralmente com um dispositivo de alimentação (14), ou seja, integralmente com o perfil (p), de modo a manter constante, durante a operação de processamento, a extensão da projeção (a) do perfil (p) a partir do dispositivo de suporte e guia (12), o dito movimento integral do dispositivo de suporte e guia (12) com o dispositivo de alimentação (14) sendo limitado ao da porção de movimento do dispositivo de alimentação (14) que é necessário para compensar os movimentos de inclinação da cabeça de processamento (10) em torno do dito eixo de oscilação (t).
Description
[001] A presente invenção se refere a uma máquina para o processamento a laser de perfis, em particular uma máquina para o corte a laser de perfis, conforme especificado no preâmbulo da reivindicação independente 1. De acordo com outro aspecto, a presente invenção se refere a um método para realizar uma operação de corte inclinado em um perfil usando uma máquina do tipo identificado acima.
[002] Na descrição e nas reivindicações que se seguem, o termo “perfil” é utilizado para identificar qualquer produto manufaturado alongado que apresente (além das tolerâncias de fabricação) uma seção transversal uniforme ao longo de seu eixo longitudinal, sendo que a seção transversal pode ser indiferentemente uma seção transversal oca fechada (por exemplo, de formato circular, retangular ou quadrado) ou uma seção transversal aberta (por exemplo, uma seção transversal plana ou uma seção transversal na forma de um L, C ou U, etc.). Em adição, os termos “longitudinal” e “transversal” são usados para identificar a direção do eixo longitudinal do perfil e uma direção perpendicular à direção longitudinal, respectivamente. Em adição, a expressão “operação de corte inclinado” deve ser entendida como uma operação de corte realizada com a cabeça de processamento e, portanto, o raio laser emitido pela mesma, orientado não perpendicularmente à superfície da peça que está sendo processada.
[003] A invenção surge da necessidade de melhorar a forma de realizar de uma operação de corte inclinado sobre um perfil relativamente flexível, ou seja, em um perfil que apresenta uma rigidez relativamente baixa na flexão, tal como, por exemplo, um perfil plano, por meio de uma máquina para o processamento a laser de perfis tais como o descrito abaixo com referência à figura 1 dos desenhos anexados.
[004] Com referência a figura 1, que revela a máquina do tipo acima identificado, isto é, máquina para corte a laser vendida pelo mesmo depositante sob a marca “LT8”, a máquina compreende uma cabeça de processamento 10 adaptada para realizar uma operação de processamento a laser (em particular uma operação de corte) em um perfil P e, um dispositivo de suporte e guia 12, normalmente conhecido como “descanso estável”, para suportar e guiar o perfil P enquanto o último é alimentado ao longo de um eixo longitudinal x por um dispositivo de alimentação (não mostrado). O dispositivo de suporte e guia 12 compreende tipicamente um primeiro par de roletes 16, que são montados de modo a poder rotacionar livremente em torno de respectivos eixos de rotação orientados horizontalmente e paralelos um ao outro e, um segundo par de roletes 18, que são montados de modo a rotacionar livremente sobre os respectivos eixos de rotação orientados verticalmente e paralelos entre si. Os roletes de cada par de roletes 16 e 18 podem ser movidos uns em direção aos outros ou afastados uns dos outros de modo a se adaptarem ao formato e às dimensões da seção transversal do perfil P que estiver sendo processado e, assim, permitem suportar de modo adequado o perfil em si. Tipicamente, em uma máquina para o processamento a laser de perfis como a descrita acima com referência à figura 1, os graus de liberdade dos vários componentes da máquina são conforme a seguir. A cabeça de processamento 10 é deslocável tanto na direção vertical quanto na direção transversal, de modo a ser móvel com dois graus de liberdade em um plano vertical transversal, ou seja, em um plano perpendicular ao eixo longitudinal x do perfil P. Em adição, a cabeça de processamento 10 pode ser rotacionada em torno de um eixo transversal de oscilação (indicado como t na figura 1). O dispositivo de alimentação torna possível tanto mover o perfil P ao longo do eixo longitudinal x (movimento de alimentação) quanto rotacionar o perfil P em torno do eixo longitudinal x. Finalmente, o dispositivo de suporte e guia 12, juntamente com os pares de roletes 16 e 18, são móveis ao longo do eixo longitudinal x e também são rotativos em torno do eixo longitudinal x de modo a ser apto a rotacionar em conjunto com o perfil P em torno deste eixo.
[005] De acordo com o estado da arte, é realizada uma operação de chanframento, por exemplo, para produzir um orifício cônico H, pelo posicionamento primeiro do dispositivo de suporte e guia 12 em uma posição que não interfira, durante a operação, com a cabeça de processamento 10 e, a seguir, com o dispositivo de suporte e guia 12, mantido estacionário nesta posição, pela movimentação adequada do perfil P (por meio do dispositivo de alimentação) e da cabeça de processamento 10. Desta forma, durante a operação de processamento, o perfil P projeta em uma extensão variável do dispositivo de suporte e guia 12 em direção à cabeça de processamento 10. Mais precisamente, a extensão da projeção do perfil P a partir do dispositivo de suporte e guia 12 (ou seja, a distância, medida ao longo do eixo longitudinal x, entre o centro da área de processamento no perfil P e a linha que une os eixos dos roletes 16 do dispositivo de suporte e guia 12) irá variar, conforme mostrado na figura 1, entre um valor máximo A, quando a cabeça de processamento 10 estiver inclinada em ângulo máximo na direção oposta do dispositivo de suporte e guia 12 e, um valor mínimo B, quando a cabeça de processamento 10 estiver inclinada em um ângulo máximo em direção ao dispositivo de suporte e guia 12. Em caso de processamento em um perfil flexível, o último se curvará para uma maior ou menor extensão durante o processamento, dependendo da extensão de sua projeção a partir do dispositivo de suporte e guia 12. Conseqüentemente, a geometria obtida (da qual é mostrado um exemplo nas figuras 2A e 2B dos desenhos anexos) será diferente da geometria do projeto e, em particular, não será simétrica em relação ao eixo do orifício H (indicado como z), uma vez que a inclinação da conicidade será maior quando a deformação de flexão do perfil P que estiver sendo processado for menor, ou seja, quando a projeção a partir do perfil P do dispositivo de suporte e guia 12 for menor e, menor quando a deformação de flexão do perfil P que estiver sendo processado for maior, ou seja, quando a projeção a partir do perfil P do dispositivo de suporte e guia 12 for maior.
[006] Portanto, um objeto da presente invenção é o de superar as desvantagens do estado da arte descritas acima, por meio do aumento da precisão com a qual uma operação de corte inclinado pode ser realizada em um perfil flexível por meio de uma máquina de processamento a laser.
[007] Este e outros objetivos são totalmente alcançados, de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, graças a uma máquina para o processamento a laser de perfis, apresentando as características especificadas na reivindicação independente anexa 1 e, de acordo com um outro aspecto da presente invenção , graças a um método para realizar uma operação de corte inclinado em um perfil por meio de uma máquina de processamento a laser, compreendendo os passos especificados na reivindicação independente anexa 3.
[008] As formas de realização vantajosas da invenção são objeto das reivindicações dependentes, cujo conteúdo deve ser entendido como formando uma parte integrante e integral da descrição a seguir.
[009] Em resumo, a invenção baseia-se na idéia de realizar a operação de corte inclinado por meio de inicialmente posicionar o dispositivo de suporte e guia em uma dada posição de partida em relação à cabeça de processamento ao longo do eixo longitudinal e, durante toda a operação, movendo o dispositivo de suporte e guia ao longo do eixo longitudinal integralmente com o dispositivo de alimentação (o dito movimento integral do dispositivo de suporte e guia com o dispositivo de alimentação sendo limitado ao da porção de movimento do dispositivo de alimentação que é necessário para compensar os movimentos de inclinação da cabeça de processamento em torno do eixo de oscilação), ou seja, integralmente com o perfil que está sendo processado, de modo a manter constante a extensão da projeção do perfil a partir do dispositivo de suporte e guia durante a operação de processamento. Uma vez que a extensão da projeção do perfil que está sendo processado a partir do dispositivo de suporte e guia permanece constante durante a operação de processamento (ou melhor, durante os estágios da operação de processamento em que o dispositivo de alimentação é movido ao longo do eixo longitudinal para compensar o movimento de inclinação da cabeça de processamento em torno do eixo de oscilação), como resultado do dispositivo de suporte e guia ser movido integralmente com o dispositivo de alimentação e, portanto, com o perfil que está sendo processado, a extensão da flexão do perfil na área de processamento em que a cabeça de processamento está atuando permanece constante durante a operação de processamento. O que torna possível, uma vez a extensão da flexão previamente medida, compensar a flexão e obter assim uma operação de processamento mais precisa e, especialmente, no caso de produzir um orifício cônico, uma conicidade simétrica em relação ao eixo do orifício.
[0010] Outras características e vantagens da invenção irão se tornar evidentes a partir da descrição detalhada a seguir, fornecida apenas a título de exemplo não limitativo com referência aos desenhos anexos, nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva que mostra de forma esquemática como é feito um orifício cônico em um perfil plano por meio de uma máquina de processamento a laser de acordo com o estado da arte; - as figuras 2A e 2B mostram, respectivamente, na vista em planta a partir de cima e de lado, um exemplo de um orifício cônico em um perfil plano feito de acordo com o estado da arte; - as figuras 3 e 4 são uma vista lateral e uma vista em perspectiva, respectivamente, que mostram de forma esquemática como é feito um orifício cônico em um perfil plano por meio de uma máquina de processamento a laser de acordo com a presente invenção; e - a figura 5 é uma vista lateral que mostra um exemplo de um orifício cônico em um perfil plano feito com uma máquina e um método de acordo com a presente invenção.
[0011] A máquina e o método da presente invenção são descritos e ilustrados aqui com referência à sua aplicação na produção de um orifício cônico em um perfil plano, mas é claro que a invenção também pode ser utilizada para realizar outros tipos de operação de processamento que requerem um passo de corte inclinado e/ou realizar tais operações de processamento em perfis de formatos diferentes.
[0012] Com referência às figuras 3 a 5, nas quais às partes e aos elementos idênticos ou correspondentes aos da figura 1 foram atribuídos os mesmos números de referência, uma máquina para o processamento a laser de perfis de acordo com uma forma de realização da presente invenção compreende, em uma forme por si só conhecida, uma cabeça de processamento 10 disposta para emitir um feixe de laser focado para realizar uma operação de processamento (em particular uma operação de corte) em um perfil P que se estende ao longo de um eixo longitudinal x, uma estrutura de suporte de cabeça 11 na qual a cabeça de processamento 10 é montada, um dispositivo de alimentação 14 para mover o perfil P por meio da translação ao longo do eixo longitudinal x e/ou por meio da rotação em torno do eixo longitudinal x e, um dispositivo de suporte e guia 12 para suportar e guiar o perfil P enquanto o último é alimentado pelo dispositivo de alimentação 14 em direção à cabeça de processamento 10. Na forma de realização ilustrada, o dispositivo de suporte e guia 12 compreende um primeiro par de roletes 16, que é montado de modo a ser livremente rotacionável em torno de respectivos eixos de rotação orientados horizontalmente e paralelos um ao outro e, um segundo par de roletes 18, que é montado de modo a ser livremente rotacionável em torno de respectivos eixos de rotação orientados verticalmente e paralelos um ao outro. Os roletes de cada par de roletes 16 e 18 podem ser movidos uns em direção aos outros ou afastados uns dos outros de modo a se adaptarem ao formato e dimensões da seção transversal do perfil P que está sendo processado e, portanto, permitem um suporte adequado para o perfil em si. No entanto, deve ser enfatizado que a estrutura dos componentes da máquina mencionada acima, ou seja, a cabeça de processamento 10, o dispositivo de suporte e guia 12 e o dispositivo de alimentação 14, não são objetos da presente invenção e, portanto, a presente invenção não deve ser entendida como limitada à estrutura particular dos componentes mencionados acima aqui descrita.
[0013] A cabeça de processamento 10 é passível de ser deslocada tanto em uma direção vertical quanto em uma direção transversal, de modo que pode ser móvel com dois graus de liberdade em um plano vertical transversal, ou seja, em um plano perpendicular ao eixo longitudinal x do perfil P. A cabeça de processamento 10 também pode rotacionar em torno de um eixo transversal de oscilação (indicado como t na figura 1) entre uma posição de inclinação máxima em direção ao dispositivo de suporte e guia 12 (rotação no sentido horário, em relação ao ponto de vista do observador da figura 3) e uma posição de inclinação máxima afastada do dispositivo de suporte e guia 12 (rotação no sentido anti- horário, em relação ao ponto de vista do observador da figura 3). De acordo com uma forma de realização, a cabeça de processamento 10 também pode rotacionar em torno de outro eixo de oscilação (não mostrado) perpendicular ao eixo de oscilação t.
[0014] Conforme apresentado acima, o dispositivo de alimentação 14 torna possível tanto mover o perfil P ao longo do eixo longitudinal x (movimento de alimentação) quanto rotacionar o perfil P em torno do eixo longitudinal x. Finalmente, o dispositivo de suporte e guia 12 é móvel ao longo do eixo longitudinal x e também é passível de ser rotacionado em torno do eixo longitudinal x para rotacionar juntamente com o perfil P em torno deste eixo.
[0015] Os movimentos da cabeça de processamento 10, do dispositivo de suporte e guia 12 e do dispositivo de alimentação 14 (e, portanto, do perfil P que está sendo processado) são controlados por uma unidade de controle eletrônico (não mostrada) que gerencia a operação da máquina. Dependendo do ciclo de processamento a ser realizado, a unidade de controle eletrônico controla os movimentos dos componentes mencionados acima de acordo com lógicas pré-determinadas.
[0016] No caso em que a máquina tenha que produzir um orifício cônico H no perfil P, ou, mais genericamente, realizar qualquer operação de processamento que requeira a produção do corte inclinado, a unidade de controle eletrônico controla os movimentos da cabeça de processamento 10, do dispositivo de suporte e guia 12 e do dispositivo de alimentação 14 da maneira descrita abaixo.
[0017] Em primeiro lugar, o dispositivo de suporte e guia 12 é movido ao longo do eixo longitudinal x de modo a alcançar uma dada posição em relação à cabeça de processamento 10, uma posição que é determinada com base em critérios descritos abaixo em detalhe. Neste ponto, a cabeça de processamento 10 e o dispositivo de alimentação 14 (e com ele o perfil P que está sendo processado) são adequadamente movidos de modo a realizar a operação de processamento prevista para ciclo de processamento, no caso presente, o orifício cônico H. Em particular, o dispositivo de alimentação 14 e, portanto, o perfil P que está sendo processado, são adequadamente movidos ao longo do eixo longitudinal x, parcialmente, para compensar o movimento de inclinação da cabeça de processamento em torno do eixo de oscilação t e, parcialmente, para obter a geometria desejada para a operação de processamento. Neste contexto, Δx na figura 3 indica o curso do dispositivo de alimentação 14 ao longo do eixo longitudinal x durante a operação de processamento. De acordo com a invenção, durante a operação de processamento, a unidade de controle eletrônico também controla o movimento do dispositivo de suporte e guia 12 ao longo do eixo longitudinal x integralmente com o movimento do dispositivo de alimentação 14, o dito movimento integral do dispositivo de suporte e guia 12 com o dispositivo de alimentação 14 é limitado ao da porção de movimento do dispositivo de alimentação 14 que é necessário para compensar o movimento de inclinação da cabeça de processamento 10 em torno do eixo de oscilação t. Durante as etapas da operação de processamento em que o dispositivo de alimentação 14 e, portanto, o perfil P que está sendo processado, são movidos ao longo do eixo longitudinal x para compensar os movimentos de inclinação da cabeça de processamento 10 em torno do eixo de oscilação t, não há, portanto, nenhum relativo movimento ao longo do eixo longitudinal x entre o perfil P que está sendo processado, que é fixo longitudinalmente em relação ao dispositivo de alimentação 14 e, ao dispositivo de suporte e guia 12. Conseqüentemente, a extensão da projeção (indicada como A na figura 4) do perfil P que está sendo processado, a partir do dispositivo de suporte e guia 12, é mantida constante durante estas etapas da operação de processamento. Na figura 3, o curso do dispositivo de suporte e guia 12 ao longo do eixo longitudinal x durante a operação de processamento é indicado como Δx1 e coincide com o curso Δx do dispositivo de alimentação 14. Quando, no entanto, o dispositivo de alimentação 14 é movido ao longo do eixo longitudinal x para obter a geometria desejada para a operação de processamento, há necessariamente um relativo movimento entre o perfil P que está sendo processado e o dispositivo de suporte e guia 12.
[0018] Conforme indicado na parte introdutória da descrição, uma vez que a projeção do perfil que está sendo processado a partir do dispositivo de suporte e guia é mantida constante durante a operação de processamento, é possível manter constante, no caso de perfis relativamente flexíveis, a extensão da deformação da flexão (deflexão) do perfil na área de processamento na qual a cabeça de processamento está atuando e, assim, obter uma conicidade que é simétrica em relação ao eixo do orifício (como mostrado na figura 5), contrariamente ao estado da arte descrito acima. Em adição, por meio da medição da extensão da deformação da flexão do perfil onde o orifício deve ser feito, é possível compensar adequadamente essa deformação durante o processamento e obter assim uma geometria final correspondente o mais próximo possível da geometria do projeto.
[0019] No que se refere ao posicionamento inicial (ou seja, antes do início da operação de processamento propriamente dita) do dispositivo de suporte e guia 12, o mesmo deve ser definido de tal forma que, durante a operação de processamento, o dispositivo de suporte e guia 12, em seu movimento de translação longitudinal integral com o do dispositivo de alimentação 14, permaneça sempre acima de uma dada distância de segurança (indicada como L na figura 3), por exemplo, de ao menos 50 mm, a partir da cabeça de processamento 10, para evitar o risco de colisões com esta. Dependendo, portanto, da posição inicial do dispositivo de alimentação 14 ao longo do eixo longitudinal x e do valor da distância de segurança L, a unidade de controle eletrônico da máquina irá determinar a posição longitudinal na qual posiciona o dispositivo de suporte e guia 12 no início da operação de processamento.
[0020] Naturalmente, o princípio da invenção permanecendo inalterado, as formas de realização e os detalhes de construção podem variar amplamente dos descritos e ilustrados puramente a título de exemplo não limitativo, sem se afastar do escopo da invenção conforme definido nas reivindicações anexas.
Claims (4)
1. MÁQUINA PARA O PROCESSAMENTO A LASER DE PERFIS (P), compreendendo: - uma cabeça de processamento (10) para emitir um feixe de laser focado para realizar uma operação de processamento, tal como, em particular, uma operação de corte, em um perfil (P) a ser processado que se estende ao longo de um eixo longitudinal (x), a cabeça de processamento (10) sendo transladável em um plano perpendicular ao dito eixo longitudinal (x) e também sendo inclinável em torno de um eixo de oscilação (t) perpendicular ao dito eixo longitudinal (x), - um dispositivo de alimentação (14) para mover o perfil (P) a ser processado ao longo de dito eixo longitudinal (x), - um dispositivo de suporte e guia (12) para suportar e orientar o perfil (P) a ser processado na medida que esta última seja alimentada durante a operação de processamento pelo dispositivo de alimentação (14) em direção à cabeça de processamento (10), o dispositivo de suporte e guia (12) sem transladável ao longo de dito eixo longitudinal (x), e - uma unidade de controle eletrônico para controlar os movimentos da cabeça de processamento (10), do dispositivo de alimentação (14) e do dispositivo de suporte e guia (12) de acordo com lógicas pré-determinadas, de tal maneira que, antes de iniciar a operação de processamento, o dispositivo de suporte e guia (12) é posicionado em uma dada posição inicial ao longo de dito eixo longitudinal (x) em relação à cabeça de processamento (10), caracterizada por a unidade de controle eletrônico ser disposta para controlar os movimentos do dispositivo de alimentação (14) e do dispositivo de suporte e guia (12) ao longo de dito eixo longitudinal (x), enquanto é realizada uma operação de corte inclinado no perfil (P), tal como, em particular, para produzir um orifício cônico (H), de tal maneira que durante a operação de corte inclinado, o dispositivo de suporte e guia (12) é movido ao longo de dito eixo longitudinal (x) integralmente com o dispositivo de alimentação (14) e, portanto, integralmente com o perfil (P), o dito movimento integral do dispositivo de suporte e guia (12) com o dispositivo de alimentação (14) é limitado ao da porção de movimento do dispositivo de alimentação (14) que é necessário para compensar os movimentos de inclinação da cabeça de processamento (10) em relação ao dito eixo de oscilação (t).
2. MÁQUINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a unidade de controle eletrônico ser disposta para calcular a posição inicial do dispositivo de suporte e guia (12) de tal maneira que, durante a operação de corte inclinado, o dispositivo de suporte e guia (12), em seu movimento de translação longitudinal integral com o dispositivo de alimentação (14) permaneça sempre a uma distância, a partir da cabeça de processamento (10), maior do que uma dada distância de segurança (L).
3. MÉTODO PARA REALIZAR UMA OPERAÇÃO DE CORTE INCLINADO, tal como, em particular, para produzir um orifício cônico, em um perfil (P) que se estende ao longo de um eixo longitudinal (x), por meio de uma máquina de processamento a laser conforme definida na reivindicação 1 ou 2, em que a máquina compreende: - uma cabeça de processamento (10) para emitir um feixe de laser focado no perfil (P) a ser processado, a cabeça de processamento (10) sendo transladável em um plano perpendicular ao dito eixo longitudinal (x) e sendo também inclinável em torno de um eixo de oscilação (t) perpendicular ao dito eixo longitudinal (x), - um dispositivo de alimentação (14) para mover o perfil (P) a ser processado ao longo do referido eixo longitudinal (x), - um dispositivo de suporte e guia (12) para suportar e orientar o perfil (P) a ser processado na medida que o último é alimentado, durante a operação de corte inclinado, pelo dispositivo de alimentação (14) em direção à cabeça de processamento (10), o dispositivo de suporte e guia (12) sendo transladável o longo de dito eixo longitudinal (x), e - uma unidade de controle eletrônico para controlar os movimentos da cabeça de processamento (10), do dispositivo de alimentação (14) e do dispositivo de suporte e guia (12) de acordo com lógicas pré-determinadas, o método compreendendo as etapas de: a) antes de iniciar a operação de corte inclinado, posicionar o dispositivo de suporte e guia (12) em uma dada posição de partida ao longo de dito eixo longitudinal (x) em relação à cabeça de processamento (10), caracterizado por o método compreender ainda a etapa de: b) durante a operação de corte inclinado, mover o dispositivo de suporte e guia (12) ao longo de dito eixo longitudinal (x) integralmente com o dispositivo de alimentação (14) e, portanto, integralmente com o perfil (P), o dito movimento integral do dispositivo de suporte e guia (12) com o dispositivo de alimentação (14) sendo limitado ao da porção de movimento do dispositivo de alimentação (14) que é necessário para compensar os movimentos de inclinação da cabeça de processamento (10) em torno de dito eixo de oscilação (t).
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a posição inicial do dispositivo de suporte e guia (12) ser determinado de tal maneira que, durante a operação de corte inclinado, o dispositivo de suporte e guia (12), em seu movimento de translação longitudinal integral com o do dispositivo de alimentação (14), permaneça sempre a uma distância, a partir da cabeça de processamento (10), maior do que uma dada distância de segurança (L).
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