BR112020026254A2 - Máquina de fresagem e furação profunda - Google Patents

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Abstract

“máquina de fresagem e furação profunda”. o presente pedido descreve uma máquina de fresagem e furação profunda operada por uma unidade de controlo, que comanda, de forma coordenada e automática, a ação de um braço robótico (1), sendo responsável por ações de fresagem e furação profunda, e pelo menos um armário técnico de armazenamento de ferramentas. o braço robótico (1) consiste em uma estrutura móvel, compreendendo uma estrutura base (1.1) ao longo da qual é deslocada uma unidade motriz (15), sobre carris de deslizamento (1.2). a configuração do modo de fresagem na máquina é alcançada ao acoplar uma ferramenta de fresa à unidade motriz (15). para a configuração do modo de furação profunda, a estrutura base (1.1) do braço robótico (1) compreende meios de acoplamento (10) que permitem a montagem de um cassete (2) no qual é instalada a ferramenta de furação profunda.

Description

“MÁQUINA DE FRESAGEM E FURAÇÃO PROFUNDA” Domínio técnico
[0001] O presente pedido descreve uma máquina de fresagem e furação profunda. Antecedentes
[0002] Atualmente, se observa que a troca de uma broca de furação profunda é um processo que exige intervenção humana - intervenção que interrompe o ciclo automático de trabalho de uma máquina-ferramenta, afetando significativamente o tempo total de usinagem.
[0003] Na verdade, no caso de uma máquina de fresagem e furação profunda, a intervenção humana pode ocorrer em duas situações: i. A transição do modo de fresagem para o modo de furação profunda, ou vice-versa, através do carregamento de uma broca canhão, doravante denominada simplesmente de ferramenta de furação, ou ferramenta de fresa; ii. A troca da ferramenta de furação ou de fresa.
[0004] A situação i., requer a liberação automática da ferramenta e intervenção do operador levando-o a interromper o ciclo de trabalho. O operador é responsável por montar manualmente todo o equipamento (ponteiras, amortecedores, flanges, lunetas, ferramenta, cone) necessário ao correto acoplamento da ferramenta à máquina. A situação ii. requer a substituição manual, pelo operador, da ferramenta e de todo seu equipamento de suporte (ponteira, amortecedores, flanges, lunetas e cone) devido a alterações do diâmetro/comprimento pretendido da ferramenta ou ao seu desgaste, por exemplo. Sumário
[0005] O presente pedido descreve uma máquina de fresagem e furação profunda compreendendo: - um braço robótico compreendendo: - uma estrutura móvel adaptada para efetuar movimentos lineares em 3 dimensões no interior da máquina; - uma estrutura base compreendendo carris de deslizamento e meios de acoplamento do tipo braço-cassete; - uma árvore que se desloca ao longo de uma estrutura base através de carris de deslizamento; - pelo menos um armário técnico compreendendo: - pelo menos uma ferramenta de fresa, a referida ferramenta de fresa compreendendo um cone para acoplamento à árvore e um mecanismo para bloquear a rotação do cone durante o ato de acoplamento à árvore; e/ou - pelo menos um cassete; o referido cassete compreendendo: - uma ferramenta de furação, compreendendo um cone para acoplamento à árvore e respectivo suporte de cone; - um mecanismo de bloqueio de rotação adaptado para bloquear a rotação do cone durante o ato de acoplamento à árvore; - um mecanismo de bloqueio mecânico adaptado para fixar a posição do suporte de cone; - um meio de acoplamento do tipo cassete-braço; - uma unidade de controle, compreendendo meios de processamento, especialmente configurada para operar o braço robótico e pelo menos um armário técnico.
[0006] Em uma modalidade particular da máquina, o armazenamento de pelo menos uma ferramenta de fresa e de pelo menos um cassete no armário técnico ocorre por meio de ligações automáticas. Os meios de acoplamento braço-cassete ou cassete-braço poderão ser do tipo de ligação automática.
[0007] Em uma modalidade particular da máquina, a instalação de uma ferramenta de furação profunda no cassete é efetuada através de lunetas, cujo número varia em função do comprimento da referida ferramenta. A luneta poderá compreender uma chapa de bloqueio e duas abas elásticas, adaptadas para acoplar o amortecedor que fixa a ferramenta ao cassete.
[0008] Em uma modalidade particular da máquina, o suporte de cone da ferramenta de furação profunda compreende um rolamento para suportar o cone da ferramenta, um flange amovível, um perno de bloqueio e um mecanismo de deslocamento para posicionamento ao logo da estrutura base do braço robótico.
[0009] Ainda em outra modalidade particular da máquina, o mecanismo de bloqueio de rotação de cassete compreende um bloco, uma mola e um parafuso batente, onde o bloco se desloca linearmente em um curso restrito pela ação da mola e do parafuso batente.
[0010] Em uma modalidade particular da máquina, o mecanismo de bloqueio mecânico compreende uma régua de ajuste na qual se desloca um castelo ajustável às várias dimensões da ferramenta.
[0011] Finalmente, em uma modalidade particular da máquina, o armário técnico compreende uma cortina de proteção e uma janela de acesso ao exterior para intervenção manual pelo operador. Descrição geral
[0012] O presente pedido resulta da necessidade de automatizar a operação de uma máquina de fresagem e furação profunda, evitando a intervenção por um operador. Para este propósito é proposta uma máquina de fresagem e furação profunda, doravante denominada simplesmente de uma máquina, cujo funcionamento é comandado por uma unidade de controle, que opera de forma coordenada a ação de um braço robótico, o qual é responsável pelas ações de fresagem e de furação profunda, e pelo menos um armário técnico de armazenamento de ferramentas.
[0013] O braço robótico é formado por uma estrutura móvel que garante seu movimento linear em 3 dimensões no interior da máquina. O braço robótico compreende uma estrutura base ao longo da qual se desloca uma unidade motriz, sobre carris de deslizamento, doravante denominada de árvore.
[0014] A configuração do modo de fresagem na máquina é efetuada acoplando a arvore a uma ferramenta de fresa, por intermédio de um cone, estando para esse efeito a árvore na posição mais exterior do braço robótico. As ferramentas de fresa são armazenadas em um armário técnico em um local da máquina que o braço robótico pode alcançar. Para a configuração do modo de furação profunda, a estrutura base do braço robótico compreende meios de acoplamento - encaixes de bloqueio automático braço-cassete - que permitem a montagem de um cassete de furação profunda. O acoplamento entre o cassete e a estrutura base do braço robótico é conseguido através de ligações automáticas complementares, dispostas em ambos os componentes, estando para esse efeito a árvore totalmente recolhida na posição mais interior da estrutura base.
[0015] Os cassetes são armazenados em um armário técnico, por meio de ligações automáticas - encaixes de bloqueio automático de armário técnico-cassete – em um local da máquina que o braço robótico pode alcançar. Cada cassete tem instalada uma ferramenta de furação profunda com características particulares de diâmetro e comprimento. A instalação da ferramenta no cassete é efetuada usando uma luneta, cujo número pode variar em função da relação comprimento/diâmetro da ferramenta. A operação de carregamento ou remoção do cassete é conseguida através de seu carregamento automático na estrutura base do braço robótico, sem interromper o ciclo de usinagem, por ação coordenada da unidade de controle sobre o braço robótico e sobre o armário técnico onde esta se encontra armazenada.
[0016] Para a automatização das ações de carregamento e remoção de uma ferramenta de fresa ou de um cassete na estrutura base do braço robótico, garantindo a correta e ininterrupta operação da máquina, ambas estão equipadas com mecanismos de bloqueio. No caso de uma ferramenta de fresa, esta compreende um mecanismo de bloqueio de rotação, com o propósito de garantir a não rotação do cone da ferramenta durante o ato de acoplamento à arvore.
[0017] Quanto ao cassete, este está equipado com dois mecanismos de bloqueio complementares, que atuam ao nível da ferramenta de furação profunda nela instalada e da árvore do braço robótico, à qual será acoplada. O primeiro mecanismo é o mecanismo de bloqueio mecânico, que é projetado para garantir o correto posicionamento e fixação do suporte de cone da ferramenta, o que possibilita a ligação à árvore. Para tal, o cassete compreende uma régua de ajuste na qual se desloca o mecanismo de bloqueio mecânico e que contém um castelo ajustável às várias dimensões de broca canhão. Em função do comprimento da ferramenta a instalar no cassete e devido à interação do castelo com o mecanismo de bloqueio mecânico, é permitido o bloqueio do suporte de cone da ferramenta na posição adequada para acoplamento subsequente da árvore. A operação de instalação da ferramenta no cassete, e respectiva operacionalização do mecanismo de bloqueio mecânico, é efetuada pelo operador à priori da operação da máquina. O segundo mecanismo de bloqueio se refere ao bloqueio de rotação, e se destina a garantir a não rotação do cone da ferramenta durante o ato de acoplamento à arvore.
[0018] A unidade de controle é responsável por controlar os movimentos lineares em 3 dimensões do braço robótico, no interior da máquina, e o armário técnico, especificamente a ação de sua cortina de proteção. A ação da unidade de controle, sobre estes dois componentes, ocorre ao nível de: i. Operacionalização do modo de furação profunda, através do carregamento na estrutura base do braço robótico de um cassete armazenado no armário técnico; ii. Operacionalização do modo de fresagem, através do carregamento na estrutura base do braço robótico de uma ferramenta de fresa armazenada no armário técnico; iii. Configuração do modo de fresagem ou de furação profunda, substituindo a ferramenta de fresa ou o cassete acoplado à estrutura base do braço robótico, por alteração dos parâmetros de fresa/furação – diâmetro/comprimento da ferramenta, respectivamente; iv. Remoção da ferramenta de fresa ou cassete acoplado à estrutura base do braço robótico, e seu consequente armazenamento no armário técnico.
[0019] Para o carregamento de uma ferramenta de fresa na estrutura base do braço robótico, tal como implica a operação definida no ponto ii., a unidade de controle opera sobre o braço robótico e o armário técnico, da seguinte forma: - a árvore se desloca para a sua posição mais exterior; - o braço robótico se desloca, através de movimentos lineares, para o armário técnico, se posicionando junto à ferramenta de fresa que se pretende carregar, provocando a abertura da cortina de proteção; - em seguida a ferramenta de fresa é posicionada em relação à árvore; - a árvore executa o movimento linear em direção ao cone da ferramenta, seguido de sua ligação à árvore, o que possibilita que o braço robótico, e por meio da extensão da árvore, efetue a operação de fresagem.
[0020] Para o carregamento de um cassete na estrutura base do braço robótico, tal como implicam as operações definidas nos pontos i. e iii., a unidade de controle opera sobre o braço robótico e o armário técnico, da seguinte forma: - a árvore se desloca para a sua posição mais recolhida;
- em seguida o braço robótico se desloca, através de movimentos lineares, para o armário técnico, se posicionando junto ao cassete que pretende carregar, levando à abertura da cortina de proteção; - isto é seguido do movimento do braço robótico em direção ao cassete; - os encaixes de bloqueio automático cassete- braço são desabilitados; a estrutura base do braço robótico vai assentar contra o cassete; os encaixes de bloqueio automático cassete-braço são habilitados e em seguida os encaixes de bloqueio automático armário técnico-cassete são desabilitados; - o braço robótico se afasta do armário técnico e se dá o fecho da cortina de proteção; - a árvore executa um movimento linear em direção ao cone da ferramenta, seguido de sua ligação à árvore, que permite que o braço robótico, e por extensão a máquina, efetue a operação de furação profunda com a ferramenta instalada no cassete.
[0021] Além disso, para efetuar a liberação da ferramenta de fresa ou cassete, tal como definido no ponto iv., a unidade de controle opera sobre o braço robótico e sobre o armário técnico, da seguinte forma: Liberação da ferramenta de furação: - a árvore efetua a função de liberar a ferramenta de furação instalada no cassete, liberando o cone da ferramenta, seguido do movimento linear da árvore se afastando do cone, para uma posição extrema na estrutura base do braço robótico;
- esta remoção causa a ativação do sistema de bloqueio de cone, de forma a que este mantenha sua posição relativa ao cassete, até que seja necessária uma nova operação de carregamento; - ocorre a abertura da cortina de proteção e o braço robótico inicia o movimento do cassete em direção ao armário técnico, sendo desabilitados os encaixes de bloqueio automático armário técnico-cassete; os encaixes de bloqueio automático armário técnico-cassete são habilitados; e em seguida os encaixes de bloqueio automático cassete–braço são desabilitados; - ocorre o movimento de afastamento do braço robótico em relação ao armário técnico, habilitando o braço robótico, e por extensão a máquina, a realizar a operação de fresagem. Liberação da ferramenta de fresagem: - a árvore executa a função de liberar a ferramenta instalada no cassete, liberando o cone da ferramenta de fresagem, seguido do movimento linear da árvore se afastando do cone, para uma posição extrema da estrutura base do braço robótico; - ocorre o movimento do braço robótico em direção ao armário técnico das ferramentas de fresagem e a abertura da cortina de proteção; - em seguida ocorre o armazenamento da ferramenta de fresagem no armário técnico e o fecho da cortina. Breve descrição das figuras
[0022] Para melhor entendimento do presente pedido se juntam em anexo figuras que representam realizações preferenciais, mas que não procuram limitar a técnica aqui divulgada.
[0023] A figura 1 ilustra o acoplamento de um cassete à estrutura base do braço robótico, onde os sinais numéricos de referência significam: 1 – braço robótico;
1.1 – estrutura base;
1.2 – carris de deslizamento; 2 – cassete; 10 - encaixes de bloqueio automático cassete- braço; 15 – árvore.
[0024] A figura 2 ilustra o braço robótico configurado para efetuar a operação de fresagem, em que os sinais numéricos de referência significam: 1 – braço robótico;
1.1 – estrutura base;
1.2 – carris de deslizamento; 15 – árvore; 16 - ferramenta de fresagem.
[0025] A figura 3 ilustra uma vista explodida de um cassete, em que os sinais numéricos de referência significam: 4 - caixa de limalhas; 5 – ponteira da ferramenta; 6 - amortecedores; 7 - luneta; 8 - suporte de cone; 9 - régua de ajuste e bloqueio de suporte de cone;
10 - encaixe de bloqueio automático cassete- braço; 11 - encaixe de bloqueio automático armário técnico-cassete; 12 - tesouras de espaçamento de lunetas; 13 - guia de luneta e suporte de cone;
14.1 - castelo de bloqueio de suporte de cone habilitado;
14.2 - castelo de bloqueio de suporte de cone desabilitado; 18 – ferramenta.
[0026] A figura 4 ilustra uma vista detalhada do elemento suporte de cone, em que os sinais numéricos de referência significam:
8.1 – cone;
8.2 - rolamento de suporte de cone;
8.3 - flange amovível;
8.4 - perno de bloqueio de ferramenta;
8.5 - patins;
8.6 - mecanismo de bloqueio mecânico;
8.7 - mecanismo de bloqueio de rotação;
8.8 – flange fixa. Descrição das modalidades
[0027] Fazendo referência às figuras, são agora descritas algumas modalidades em mais detalhe, as quais não se destinam, contudo, a limitar o âmbito do presente pedido.
[0028] Em uma modalidade preferencial da máquina de fresagem e de furação profunda desenvolvida, esta compreende em seu interior, um braço robótico (1), adaptado para efetuar movimentos lineares em 3 dimensões sobre todo o espaço interior da referida máquina, um armário técnico (3), carregado com múltiplos cassetes (2), e uma unidade de controle configurada para comandar as operações de fresagem ou furação profunda, por controle coordenado das ações do braço robótico (1) e do armário técnico (3).
[0029] O cassete (2) é configurado para comportar diferentes tipos de ferramentas (18), com valores de diâmetro e/ou comprimento respectivos, e para esse propósito, cada cassete (2) é composto por: - caixa de limalhas (4) que contém flanges frontal (4.1) e traseira (4.2); - ponteira de ferramenta (5); - amortecedores (6); - lunetas (7); - suporte de cone (8); - régua de ajuste e de bloqueio do suporte de cone (9); - encaixe de bloqueio automático braço–cassete (10); - encaixe de bloqueio automático cassete–armário técnico (11); - tesouras de espaçamento de lunetas (12); - guia de luneta e suporte de cone (13); - castelo de bloqueio de suporte de cone habilitado (14.1); - castelo de bloqueio de suporte de cone desabilitado (14.2); - ferramenta (18).
[0030] O número de lunetas (7) que um cassete (2) possui varia dependendo da relação comprimento/diâmetro da ferramenta (18). Cada luneta (7) é formada por uma chapa de bloqueio (7.1) e por duas abas elásticas (7.2 e 7.3), e a sua função consiste em acoplar o amortecedor que se destina a fixar a ferramenta (18) ao cassete (2), e garantir sua estabilidade durante a operação. Além disso, dependendo do diâmetro da ferramenta (18), os amortecedores (6) também variam, existindo um amortecedor específico para cada diâmetro de ferramenta.
[0031] A operação de montagem ou desmontagem de uma ferramenta (18) do cassete (2) é efetuada por um operador, ou em um estágio anterior ao armazenamento do cassete (2) no armário técnico (3) ou estando é previamente armazenada através de uma porta de acesso ao armário (3). O cone da ferramenta (8.1) segura o rolamento (8.2) que o sustenta no suporte de cone (8), e através da abertura do flange amovível (8.3) é possível inseri-lo ou removê-lo do suporte junto com a ferramenta (18), e com o desaperto do perno de bloqueio (8.4) é permitida a montagem ou desmontagem da ferramenta (18). Dependendo do comprimento da ferramenta (18), o suporte de cone (8) é posicionado por meio dos patins (8.5) ao cassete (2) e fixado por meio do mecanismo de bloqueio mecânico (8.6), que é posicionado na régua de ajuste (9) através do castelo de bloqueio do suporte de cone habilitado (14.1).
[0032] O suporte de cone (8) é posicionado no cassete (2) através de um mecanismo de bloqueio, chamada mecanismo de bloqueio mecânico (8.6) e por meio da régua de ajuste (9) que está equipada com castelos amovíveis (14.1, 14.2).
Estes permitem a montagem de diferentes comprimentos de ferramenta tornando o cassete (2) flexível. O castelo de bloqueio de suporte de cone pode assumir duas posições habilitando (14.1) e desabilitando (14.2) o suporte de cone (8) da ferramenta na posição desejada.
[0033] O mecanismo de bloqueio de rotação (8.7) tem a função de garantir o bloqueio de rotação do cone da ferramenta que é acoplada à árvore (15). Este é composto por um bloco, uma mola e um parafuso batente, embutidos em uma caixa do flange fixo (8.8). O bloco se desloca linearmente em um curso limitado pela ação da mola e do parafuso batente. Tanto ao ligar como ao desligar do cone da ferramenta (8.1) é garantido que a árvore (15) posiciona o cone (8.1) alinhado com o mecanismo de bloqueio (8.7). O bloco assume duas posições, uma posição bloqueada e uma posição desbloqueada. A posição bloqueada é a posição normal por defeito, garantida pela ação da mola, que expõe a geometria do bloco de forma a bloquear o cone (8.1). A posição desbloqueada é feita pela ação de encosto da árvore (15) no momento da ligação do cone (8.1), fazendo com que o bloco entre para dentro caixa do flange fixo, desbloqueando assim a rotação do cone (8.1). Esta ação ocorre com o pressionar da mola que exerce uma força inferior no mecanismo de bloqueio mecânico (8.6) de forma a que o suporte de cone (8) não se desloque duração a ação de ligação.
[0034] O cassete (2) é instalado na estrutura base (1.1) do braço robótico (1), através de ligações automáticas complementares - encaixe de bloqueio automático cassete-
braço (10) e encaixe de bloqueio automático armário técnico-cassete (11).
[0035] Os cassetes são armazenados no armário técnico (3), por meio de ligações automáticas - encaixes de bloqueio automático armário técnico-cassete (11) - estando acessíveis ao braço robótico (1), para posterior instalação automática, sem necessidade de interromper o ciclo de usinagem. Em um modo particular de realização, o armário técnico (3) compreende uma cortina de proteção (17), de forma a manter os cassetes protegidos das limalhas e de óleo. O armário técnico (3) compreende uma janela que dá acesso ao exterior para intervenção manual do operador que alimenta os cassetes (2) aí armazenados com as ferramentas (18).
[0036] A máquina é comandada por ação de uma unidade de controle, que se encarrega de controlar a operação integrada do braço robótico (1) e do armário técnico (3), atuando ao nível do acionamento dos encaixes de bloqueio automático (10), (11), da cortina de proteção (17) do armário técnico (3) e ao nível da árvore (15), para a operacionalização e configuração das ações de fresagem e de furação profunda.
[0037] A presente descrição não está, naturalmente, de modo algum limitada às realizações apresentadas neste documento e uma pessoa com conhecimentos médios da área poderá prever muitas possibilidades de a modificar sem se afastar da ideia geral, tal como definido nas reivindicações. As realizações preferenciais acima descritas são obviamente combináveis entre si. As reivindicações seguintes definem adicionalmente realizações preferenciais.

Claims (9)

REIVINDICAÇÕES
1. Máquina de fresagem e furação profunda caracterizada por compreender: - um braço robótico compreendendo: - uma estrutura móvel adaptada para efetuar movimentos lineares em 3 dimensões no interior da máquina; - uma estrutura base compreendendo carris de deslizamento e meios de acoplamento do tipo braço-cassete; - uma árvore que se desloca ao longo de uma estrutura base através de carris de deslizamento; - pelo menos um armário técnico compreendendo: - pelo menos uma ferramenta de fresa; a referida ferramenta de fresa compreendendo um cone para acoplamento à árvore e um mecanismo de bloqueio de rotação do cone no momento do acoplamento à árvore; e/ou - pelo menos um cassete, o referido cassete compreendendo - uma ferramenta de furação, compreendendo um cone para acoplamento à árvore e ao respetivo suporte de cone; - um mecanismo de bloqueio de rotação adaptado para bloquear a rotação do cone no momento do acoplamento à árvore;
- um mecanismo de bloqueio mecânico adaptado para fixar a posição do suporte de cone; - meios de acoplamento do tipo cassete-braço; - uma unidade de controlo, compreendendo meios de processamento, especialmente configurada para operar o braço robótico e pelo menos um armário técnico.
2. Máquina, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o armazenamento de pelo menos uma ferramenta de fresa e de pelo menos um cassete no armário técnico ser feito através de ligações automáticas.
3. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada por os meios de acoplamento braço-cassete ou cassete-braço serem do tipo ligações automáticas.
4. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 e 3, caracterizada por a instalação de uma ferramenta de furação profunda no cassete ser efetuada através de lunetas, cujo número varia em função do comprimento da referida ferramenta.
5. Máquina, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a luneta compreender uma chapa de bloqueio, duas abas elásticas, adaptadas para acoplar o amortecedor que fixa a ferramenta ao cassete.
6. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizada por o suporte de cone da ferramenta de furação profunda compreender um rolamento para suportar o cone da ferramenta, um flange amovível, um perno de bloqueio e um mecanismo de deslocamento, para posicionamento ao longo da estrutura base do braço robótico.
7. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caracterizada por o mecanismo de bloqueio de rotação do cassete compreender um bloco, uma mola e um parafuso batente, em que o bloco se movimenta linearmente em um curso restrito pela ação da mola e do parafuso batente.
8. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caracterizada por o mecanismo de bloqueio mecânico compreender uma régua de ajuste na qual se desloca um castelo que é ajustável às várias dimensões da ferramenta.
9. Máquina, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8, caracterizada por o armário técnico compreender uma cortina de proteção e uma janela que dá acesso ao exterior para intervenção manual por parte do operador.
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