BRPI0621325A2 - método para operação de prensa mecánica, prensa mecánica e sistema - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA OPERAçãO DE PRENSA MECáNICA, PRENSA MECáNICA E SISTEMA. A presente invenção refere-se a um método para operar uma prensa mecânica compreendendo pelo menos um motor de acionamento elétrico (20), um dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) para controlar pelo menos um dito motor (20), um percussor (23), um meio mecânico (27-25) para transladar o movimento rotacional do pelo menos um dito motor (20) para movimento linear do dito percussor (23) em uma primeira direção de rotação, 'm um movimento linear do dito percussor (23) disposto para ser abaixado e elevado ao longo de uma trajetória linear (S) para operar a dita prensa para executar um cicio de prensa, incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes sem prensagem do dito ciclo de prensa, e provendo uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) tal que a velocidade (WM) do pelo menos um dito motor de acionamento (20) é variada durante pelo menos uma dita parte de prensagem ou sem prensagem de um dito ciclo de prensa. A prensa pode ser invertida entre ciclos de produção. Uma prensa e sistema incluindo uma tal prensa são também descritos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE PRENSA MECÂNICA, PRENSA MECÂNICA E SISTEMA".

Campo Técnico

A presente invenção refere-se a uma prensa mecânica do tipo usado para prensagem, estampagem ou perfuração de peças de metal a partir de pedaços de metal. Em particular, a invenção se refere a uma pren- sa mecânica acionada por um motor elétrico com um sistema aperfeiçoado controlando a transmissão da potência do motor de acionamento para o per- cussor da prensa.

Antecedente Técnico

Prensas mecânicas são geralmente usadas para produzir peças de carro estampadas a partir de pedaços de metal de aço ou peças de traba- lho. Tradicionalmente, o sistema de transmissão de potência e acionamento da prensa, ou cinemática, é acionado através de um volante. A função do volante é armazenar a energia necessária para fazer um ciclo. O volante é conectado e desconectado na cinemática por meio de um siste- ma de embreagem e freio (que pode ser pneumático ou hidráulico). Quando uma matriz ou molde de tais prensas é para ser alterada, a configuração en- volvendo o ajuste das posições mecânicas para compensar o desgaste atra- vés do tempo, etc., é geralmente um processo complicado e longo incluindo ajustes mecânicos que exigem muita perícia e conhecimento. A manutenção é também requerida para os sistemas de embreagem ou freio na cadeia de acionamento.

Além disso, depois de configurada para funcionar com uma dada matriz, os ciclos de trabalho das prensas mecânicas acionadas por motor tradicional, prensas articuladas, prensas de manivela e similares são fixados. Por exemplo, depois que a velocidade do volante é ajustada e a embreagem engatada, a prensa se moverá seguindo um padrão fixo, tal como esse das figuras 3, 5 (técnica anterior) repetido tantas vezes quanto requerido. A velocidade da prensa é descrita aqui em termos de uma velocidade rota- cional do motor ou de uma parte de transmissão mecânica tal como um excêntrico, ou velocidade linear do percussor da prensa. Ter um ciclo fixo significa que qualquer ajuste a, ou otimização de, o ciclo de trabalho da prensa exige uma interrupção da produção e ajuste dos componentes me- cânicos da transmissão de acionamento, do volante, etc., a fim de modificar o ciclo da prensa ou o tempo do ciclo. A figura 3 (técnica anterior) mostra um diagrama geral para um ciclo de produção da prensa de uma prensa mecâ- nica tradicional, um perfil de velocidade, expresso em termos de uma veloci- dade do excêntrico Wp contra o tempo. O tempo do ciclo de produção, o tempo total para um ciclo de produção completo do início ao término e inclu- indo um ciclo de prensa, normalmente inclui um curto tempo de aceleração no começo do ciclo da prensa até a velocidade de prensagem Wp, um perí- odo de tempo na velocidade de prensagem constante Wp, um período de tempo P durante a operação de prensagem real quando a velocidade nor- malmente cai, um tempo depois da prensagem durante o qual a velocidade gradualmente aumenta de volta para a velocidade de prensagem e finalmen- te um período de tempo de desaceleração ou frenagem quando a prensa é trazida para uma posição parada no fim do ciclo da prensa. Finalmente, e geralmente, quando a prensa está sendo descarregada e recarregada, a pressão normalmente permanece em uma posição parada por um período de tempo. O ciclo de produção assim começa com o início de um ciclo de prensa e termina no fim de um ciclo de prensa mais qualquer tempo parado.

A prensa é normalmente trazida para uma posição parada por frenagem mecânica. A figura 5 (técnica anterior) mostra um diagrama de perfil de posição geral incluindo um ciclo de produção completo expresso em ter- mos de posição do percussor ou cursor contra o tempo. O perfil de posição mostra um ciclo que começa com a posição do percussor no centro morto su- perior (TDC) e o percussor então acelerando para uma posição inferior até um estágio de prensagem P começando com o ponto de impacto I entre a matriz da prensa e a peça de trabalho. O percussor continua a se mover para baixo para o centro morto inferior (BDC), a posição mais baixa do percussor, prensa totalmente fechada. Depois do BDC, o percussor é acelerado de volta para TDC em cujo ponto ele fica em uma posição totalmente aberta novamente. US 6.619.088 para Oyamada intitulada Bottom Dead Centre Correction Device for Press Servo Machine descreve um dispositivo de cor- reção do centro morto inferior para uma máquina de servoprensa na qual um cursor é elevado e abaixado com um servomotor como a fonte de potência.

Uma tal prensa tem a vantagem de não requerer um volante para prover e- nergia para uma operação de prensagem ou estampagem. Uma prensa com esse tipo de transmissão geralmente tem uma alta exigência de potência de pico. Entretanto, o dispositivo mostrado tem um acionamento de parafuso esférico cujo tipo de transmissão até agora tem sido geralmente limitado na quantidade de força que pode ser transmitida e limitado pelo custo da fabri- cação a pequenas prensas e/ou para produtos estampados de alto valor.

É conhecido do material de publicidade de Aida-America Corpo- ration acionar uma prensa mecânica usando um servomotor com um acio- namento direto para o mecanismo de cursor (referência 1). Esse tipo de ser- voprensa com um acionamento direto tem a vantagem de não requerer vo- lante, embreagem ou freio e ter um movimento de cursor programável. En- tretanto, prensas de servomotor podem ter um alto consumo de potência de pico para alguns produtos, especialmente produtos grandes que exigem re- puxamento profundo.

Sumário da Invenção

De acordo com uma ou mais modalidades da presente inven- ção, um aperfeiçoamento é provido nos métodos para operação de uma prensa mecânica compreendendo pelo menos um motor de acionamento elétrico, um dispositivo de controle de acionamento para controlar o motor, um percussor de prensa e um meio mecânico para transladar o movimento rotacional do dito motor para movimento linear do dito percussor disposto para ser abaixado e elevado ao longo de uma trajetória linear para operar a dita prensa para executar um ciclo de produção incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes sem prensagem do dito ciclo, caracteriza- do por prover uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento onde a velocidade do dito motor de acionamento é variada du- rante pelo menos uma parte de um dito ciclo de produção. De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde a velocidade de pelo menos um dito motor de acionamento durante a pelo menos uma parte de um ciclo de produção é controlada para variar e pode ser maior do que a velocidade do dito motor de acionamento durante a dita parte de prensagem do ciclo.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde a velocidade de pelo menos um dito motor de acionamento entre o início do dito ciclo de produção e a dita parte de prensagem do ciclo é variavelmente controlada e alcança uma ve- locidade maior do que a velocidade do dito motor de acionamento durante a dita parte de prensagem do ciclo.

De acordo com uma ou mais modalidades da presente inven- ção, um aperfeiçoamento é provido nos métodos para operar uma prensa mecânica compreendendo pelo menos um motor de acionamento elétrico, um dispositivo de controle de acionamento para controlar o motor, um per- cussor de prensa, um elemento de manivela ou excêntrico para transladar o movimento rotacional do dito motor para movimento linear do dito percussor disposto para ser abaixado e elevado ao longo de uma trajetória linear para operar a dita prensa, e por meio do aperfeiçoamento prover uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento onde cada ciclo de prensa de cada ciclo de produção completo executado em uma primeira direção de rotação se estende sobre mais do que 360 graus da rotação do ângulo de manivela.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para controlar pelo menos um dito motor para acelerar durante uma primeira parte do ciclo da prensa e antes de alcançar ou de outra forma dependente de uma posi- ção equivalente a um ângulo de proteção da matriz relativo ao ciclo da pren- sa para uma velocidade que pode ser além da velocidade de prensagem.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde a velocidade do motor é reduzida de uma alta velocidade ou máxima para uma velocidade de prensagem an- tes do ângulo ou posição de impacto do primeiro contato entre a matriz e a peça de trabalho.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde a dita velocidade do motor é vari- avelmente controlada durante um período de tempo enquanto a abertura da prensa está entre um ponto de primeiro impacto com a peça de trabalho e o centro morto inferior (BDC) ou aproximadamente.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de um método para uma prensa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dispositivo de con- trole de acionamento onde a dita velocidade do motor é variavelmente con- trolada para parar por um período de tempo com a chegada no centro morto inferior (BDC) ou aproximadamente, por exemplo, para estampagem a quen- te.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de um método para uma prensa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dispositivo de con- trole de acionamento onde a dita velocidade do motor é variavelmente con- trolada para aumentar ao chegar ao centro morto inferior (BDC) ou aproxi- madamente.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo desacelerar o dito motor de uma posição de desaceleração no ciclo da prensa depois de alcançar ou de outra forma de- pendente de um ângulo de carne de descarga (UC) do ciclo da prensa.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo desacelerar o dito motor e parar o ciclo da prensa na primeira direção em uma posição de parada com um ângulo de manivela maior do que 360 ou duas vezes além do centro morto superior (TDC).

De acordo com uma ou mais modalidades da presente inven- ção, um aperfeiçoamento é provido nos métodos para operar uma prensa mecânica que compreendem pelo menos um motor de acionamento elétrico, um dispositivo de controle de acionamento para controlar o motor, um per- cussor de prensa, um elemento de manivela para transladar o movimento rotacional do dito motor para movimento linear do dito percussor disposto para ser abaixado e levantado ao longo de uma trajetória linear para operar a dita prensa, e por meio do aperfeiçoamento prover uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento onde pelo menos um dito motor de acionamento pode ser invertido em uma segunda direção rotacio- nal no fim de cada dito ciclo de produção completo.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde o dito motor é acelerado de uma posição de partida de antes ou menos do que 0 graus, ou antes do centro morto superior (TDC), e passa através de TDC duas vezes durante um ciclo de prensa na primeira direção de rotação.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de um método para uma prensa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dispositivo de con- trole de acionamento para mover o dito percussor para uma posição de iní- cio de ciclo para cada ciclo de prensa que é uma pluralidade de graus do ângulo de manivela no sentido inverso em uma segunda direção de rotação quando comparado com a posição de parada de um ciclo de produção pré- vio na primeira direção de rotação.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de um método para uma prensa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dispositivo de con- trole de acionamento onde o dito movimento rotacional do motor inverte a direção da primeira direção de rotação para uma segunda direção de rota- ção entre cada ciclo de produção sucessivo e completo.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde o dito motor é acelerado de uma posição de partida de menos do que 0 graus ou ângulo de manivela do cen- tro morto superior (TDC) na primeira direção de rotação durante um primeiro ciclo de produção e acelerado de uma posição de início maior do que 360 graus ou TDC durante um segundo ciclo de produção na segunda direção de rotação.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de um método para uma pren- sa mecânica compreendendo prover uma saída de controle para o dito dis- positivo de controle de acionamento onde o dito motor é desacelerado de uma posição de desaceleração antes de 0 graus, ou antes de alcançar TDC1 na primeira direção de rotação durante o primeiro ciclo de produção e desa- celerado de uma posição de desaceleração maior do que 360 graus e antes de alcançar TDC, durante um segundo ciclo de produção na segunda dire- ção de rotação e oposta.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de uma prensa mecânica compreendendo um motor de acionamento elétrico, um dispositivo de controle de acionamento para controlar o motor, um percussor de prensa e um elemento para transla- dar o movimento rotacional do dito motor para movimento linear do dito per- cussor de prensa disposto para ser abaixado e elevado ao longo de uma trajetória linear para operar a dita prensa, onde por meio do aperfeiçoamento provendo o dito controle de acionamento com dispositivo disposto para con- trolar o motor para prover um ciclo de produção completo compreendendo uma rotação do elemento para transladar o movimento rotacional em uma primeira direção de rotação maior do que 360 graus e esse dispositivo tal que a direção de rotação do dito motor é disposta para ser reversível.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de uma prensa mecânica compreendendo programa de computador ou software disposto para inverter a direção rotacional do motor seguindo depois um ciclo de produção comple- to na primeira direção.

De acordo com um outro aspecto de uma modalidade da inven- ção, aperfeiçoamentos são providos na forma de uma prensa mecânica compreendendo um motor elétrico e onde a dita prensa compreende disposi- tivo sensor de posição para determinar um ângulo de rotação do excêntrico, um ângulo de rotação de manivela ou uma posição linear do percussor na prensa.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de uma prensa mecânica compreendendo um motor onde a dita prensa pode compreender dispositivo sensor compreendi- do no dito motor para determinar uma posição ou velocidade de um eixo do motor.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de uma prensa mecânica compreendendo meio no dito dispositivo de controle ou em uma unidade de controle para medir ou de outra forma determinar a velocidade do dito motor.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de uma prensa mecânica onde o dito meio mecânico para transladar o movimento rotacional do pelo menos um dito motor para movimento linear do dito percussor compreende qualquer tipo de transmissão do grupo de: manivela, junta, articulação, came, parafuso, para- fuso esférico, mecanismo do tipo cremalheira. De acordo com uma outra modalidade da invenção, aperfeiçoa- mentos são providos na forma de uma prensa mecânica onde a inércia da massa rotativa é adaptada por meio em parte de uma variação na inércia de qualquer parte móvel da prensa, tais como um motor, uma engrenagem de prensa, uma caixa de engrenagens ou um volante. A variação na inércia de uma parte móvel da prensa pode ser executada em linha ou fora de linha, por exemplo, por meio do engate ou desengate de uma embreagem ou dis- positivo de acoplamento. A parte móvel da prensa com a qual a variação da inércia pode ser realizada pode ser acionada por um motor.

A invenção compreende uma prensa mecânica aperfeiçoada compreendendo pelo menos um motor elétrico e um dispositivo de controle de motor tal como um conversor de freqüência e acoplamentos mecânicos especificamente projetados para serem capazes de fazer funcionar uma prensa mecânica sem a necessidade da quantidade de armazenamento de energia relativamente grande que é normalmente provida por um volante, um método para operar a dita prensa e um sistema compreendendo uma dita prensa. Para as finalidades de acionamento da prensa em um ciclo de produção, o volante, embreagem e preferivelmente também o freio podem todos ser removidos de uma prensa mecânica tradicional e o motor pode ser conectado diretamente na cinemática da prensa ou mecanismo de articula- ção. O acionamento direto entre o motor e a manivela (ou percussor) possi- bilita que a velocidade da prensa ao longo do curso do cursor seja dinami- camente controlada durante partes diferentes de um ciclo da prensa. Partes de um ciclo da prensa tais como: antes da matriz móvel entrar em contato com a peça de trabalho ou pedaço de metal a ser pensado, depois do fe- chamento da matriz e durante uma parte de ciclo no qual a peça de trabalho está sendo prensada e depois da abertura da matriz novamente e durante a parte do ciclo entre o fim da prensagem e o início da prensagem da próxima peça de trabalho.

O método de acionamento e controle de motor aperfeiçoado permite que a velocidade do motor durante tais partes de um ciclo de produ- ção total seja variada, algo que não é possível para prensas de volante da técnica anterior. A velocidade do motor pode até mesmo ser variada em uma maneira contínua, de modo que a velocidade do motor e/ou a velocidade do percussor não são limitadas a uma ou mais velocidades predeterminadas. Em contraste com as prensas da técnica anterior, a velocidade do motor é variável entre zero e uma velocidade máxima provendo uma velocidade ro- tacional W1 do excêntrico que pode ser maior do que a velocidade de pren- sagem Wp do excêntrico. Na técnica anterior, as prensas mecânicas com um volante são limitadas a uma velocidade de eixo de manivela fixa porque a velocidade do volante é normalmente mais ou menos constante.

Em uma modalidade da invenção, as dimensões requeridas do motor da prensa aperfeiçoada são reduzidas dispondo a prensa e o controle da prensa para permitir ao motor uma maior parte do ciclo da prensa no qual acelerar até a(s) velocidade(s) requerida(s). Em uma ou mais modalidades vantajosas, os métodos de controle de prensa aperfeiçoados são de tal for- ma dispostos que um ciclo de prensa completo é provido que fica além do ângulo de rotação da manivela de 360 graus tradicional, ou em termos de posição do TDC1 duas vezes além do TDC, e pode ainda ter um tempo de ciclo de produção total mais curto para o ciclo de prensa de produção com- pleto quando comparado com prensas mecânicas com base em volante de tonelagem similar. O ciclo da prensa compreendendo uma rotação de ângulo de manivela maior do que 360 graus pode ser realizado em qualquer uma de pelo menos duas maneiras, como descrito em detalhes abaixo.

Sumariamente, esses métodos compreendem inverter uma prensa no fim de um ciclo e começar o próximo ciclo a partir de uma posição antes da posição de parada do ciclo prévio ou, inverter uma prensa no fim do ciclo e executar o ciclo completo seguinte na direção inversa à direção de rotação do primeiro ciclo da prensa.

A vantagem principal da prensa aperfeiçoada é que a velocida- de do motor pode ser variavelmente controlada durante um ciclo de produ- ção. Isso permite um grau de controle e precisão operacional que não estão disponíveis nas prensas mecânicas atuais tal como prensas de volante. A vantagem obtida é que o tempo total para um ciclo de produção com a pren- sa aperfeiçoada pode ser reduzido comparado com um tempo de ciclo de produção para uma prensa mecânica equivalente do tipo de volante.

Uma outra vantagem da prensa aperfeiçoada é que ela pode ser controlada de modo que a potência de pico requerida durante um curso des- cendente é reduzida. Isso é obtido em uma modalidade começando e pa- rando o ciclo da prensa em um ponto diferente de 0, diferente de 360 graus no ciclo da prensa. Uma outra vantagem é que a operação da prensa pode ser controlada dinamicamente, com a opção de variar a velocidade durante um ciclo de trabalho da prensa. Essa capacidade de controle significa, em primeiro lugar, que com uma dada cinemática, a prensa pode executar um padrão de ciclo preestabelecido para otimizar o processo de estampagem e/ou tempos de abertura de automação, etc. Isso significa que uma prensa mecânica obteria o aspecto principal que principalmente somente uma pren- sa hidráulica tem: ser capaz de controlar a velocidade em um modo variável durante as partes de um ciclo de produção total antes ou depois da fase de prensagem real no ciclo de produção.

Tipicamente, a vantagem preferida comparada com uma prensa mecânica tradicional é um tempo de ciclo de produção reduzido. Entretanto, a velocidade do motor pode também ser variada quando necessário durante qualquer parte do ciclo da prensa e também satisfazer quando requerido uma restrição que o tempo de prensagem e o tempo de ciclo entre o carre- gamento-prensagem-descarregamento não varia. Quando comparado com prensas mecânicas tradicionais, vantagens da invenção podem incluir:

- Capacidade de controle: embora um movimento pré- estabelecido fosse apropriado durante a parte do processo de estampagem de um ciclo de prensa, um controle pode ser aplicado durante o resto do ci- clo de movimento. As seguintes vantagens e aspectos podem assim ser ob- tidos:

- velocidade aumentada durante abertura/fechamento da prensa (enquanto, por exemplo, mantendo a velocidade original durante a parte de estampagem do ciclo), resultando em tempos de ciclo reduzidos,

- adaptar o perfil de velocidade usando controle de velocidade para reduzir o ruído audível, vibração, estresses, por exemplo, reduzindo a velocidade um pouco antes do impacto durante o fechamento da prensa,

- inércia reduzida na configuração da prensa,

- inércia reduzida também significa quantidade reduzida de e- nergia mecânica instalada ou entrada de energia cinética na prensa proven- do um equipamento mais seguro e estresses mecânicos reduzidos,

- menos ajustes mecânicos necessários e simplifica fazer os a- justes na configuração da prensa do estágio de prensagem tal como para a velocidade de prensagem quando corrigindo o desgaste da matriz,

- minimiza a necessidade de prensas hidráulicas e prensas com sistemas articulados complicados, já que o sistema de acionamento do mo- tor inventivo provê melhor capacidade de controle, mais flexibilidade e tem- pos de configuração reduzidos.

Quando comparado com servoprensas conhecidas, as vanta- gens incluem:

- um menor motor de acionamento para uma dada inércia da prensa do que para uma servoprensa,

- uma exigência de potência de pico reduzida para o motor de acionamento.

Além disso, testes podem ser executados na linha real. Por e- xemplo, movimento de prensa lento ou gradual tal como em micropolegada de uma prensa durante uma operação de configuração ou manutenção é facilmente realizado por meio do controle de velocidade de motor variável. Isso por sua vez também permite novas maneiras de planejamento da pro- dução.

Uma outra vantagem importante é que o movimento da prensa inventiva pode ser adaptado à operação de outras máquinas envolvidas em uma seqüência de produção. O movimento da prensa pode ser otimizado em relação a outras máquinas em uma seqüência de produção quando, por e- xemplo, as peças de trabalho são carregadas na prensa e/ou peças estam- padas são descarregadas da prensa por dispositivos de transferência ou outros dispositivos automatizados. Tais outras máquinas na seqüência de produção podem ser um ou mais robôs. O controle da prensa na sincroniza- ção com o controle da alimentação por alimentadores automáticos, outros alimentadores, carregadores/descarregadores de robô, etc., provê a vanta- gem de sincronização do movimento do alimentador/carregador e movimen- to da prensa, proporcionando tempos de ciclo de produção gerais reduzidos sem comprometer a qualidade da prensagem.

Nos ajustes de produção onde mais do que uma prensa funcio- na em um mesmo processo de produção ou relacionado, tal como uma linha de prensas, a prensa inventiva provê maior oportunidade para otimização de uma linha de prensa pela coordenação do movimento de todas as prensas e alimentadores ou mecanismos de transferência/des-carregadores tais como robôs de carregamento/descarregamento, na linha de processo ou prensa. A coordenação entre as prensas e/ou prensas e carregadores/descar- regadores pode ser realizada, por exemplo, pelo controle de uma tal linha usando um controlador único, que é habilitado devido à capacidade de con- trole aperfeiçoada das prensas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. A coordenação ou otimização pode ser realizada em parte adap- tando a velocidade durante a abertura/fechamento de uma prensa (enquan- to, por exemplo, mantendo uma velocidade e saída de energia requeridas durante a parte de prensagem/estampagem do ciclo), resultando em um mo- vimento de prensa que pode ser otimizado dependente de parâmetros tais como: o estado de um processo a jusante ou o estado de um processo a montante ou uma outra consideração tal como potência geral ou consumo de energia, picos de consumo da pico de retificação na linha da prensa. Em uma modalidade preferida do método da invenção, o método pode ser exe- cutado ou controlado por um dispositivo de computação compreendendo uma ou mais unidades de microprocessador ou computadores. A(s) unida- de(s) de controle compreende(m) memória para armazenar um ou mais pro- gramas de computador para execução dos métodos aperfeiçoados para con- trolar a operação de uma prensa mecânica. De preferência, tal programa de computador contém instruções para o processador executar o método como mencionado acima e descrito em mais detalhes abaixo. Em uma outra mo- dalidade, o programa de computador é provido em um portador de dados legível por computador tais como um DVD, um dispositivo de dados ótico ou um magnético.

Breve Descrição dos Desenhos

Modalidades da invenção serão agora descritas, por meio de exemplo somente, com referência particular aos desenhos acompanhantes nos quais:

A figura 1 é um diagrama de blocos esquemático para uma prensa mecânica aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção, A figura 2 (técnica anterior) é um diagrama esquemático mos-

trando elementos móveis e rotativos de uma prensa mecânica conhecida,

A figura 3 (técnica anterior) é um diagrama esquemático mos- trando um perfil de velocidade-tempo de acordo com um ciclo de prensa co- nhecido,

A figura 4 é um diagrama esquemático mostrando um perfil de

velocidade-tempo para um ciclo de prensa de uma prensa aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção,

A figura 5 (técnica anterior) é um perfil esquemático de posição- tempo mostrando a posição do percussor contra o tempo de acordo com um ciclo de prensa conhecido,

A figura 6a (técnica anterior) mostra um ciclo de prensa de 360 graus padrão de acordo com um ciclo de prensa conhecido,

As figuras 6b-6d mostram em diagramas esquemáticos ciclos de prensa em relação à posição de partida / parada e direção de rotação de acordo com modalidades da invenção,

A figura 7a é um diagrama esquemático mostrando um ciclo de prensa em relação ao grau e direção de rotação e 7b de acordo com uma modalidade bidirecional da invenção,

A figura 8 é um diagrama esquemático mostrando o ciclo de prensa bidirecional em relação às posições para os ângulos DP e UC,

A figura 9 é um fluxograma esquemático para um método para operar uma prensa mecânica aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção.

A figura 10 é um fluxograma esquemático para um método para operar uma prensa mecânica aperfeiçoada de acordo com uma outra moda- lidade da invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades

A figura 1 mostra um desenho esquemático para uma prensa mecânica aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção. Ela mostra em uma maneira simplificada um percussor de prensa 23, uma roda de acionamento do excêntrico 27, um mecanismo da engrenagem da prensa 29 e um motor de acionamento elétrico 20. Ela também mostra a fonte de alimentação elétrica e dispositivo de controle do motor 21a e 21b. A figura mostra o percussor da prensa 23 que é acionado em um movimento para cima e para baixo S por uma roda de acionamento do excêntrico 27 ou ma- nivela e uma articulação 25. A roda de acionamento do excêntrico é por sua vez acionada por um mecanismo de engrenagem da prensa 29 que é mos- trado em uma seção transversal simplificada na qual os dentes da engrena- gem são indicados por traços inclinados. A roda do excêntrico é acionada através do mecanismo de engrenagem da prensa pelo motor de acionamen- to 20. O motor de acionamento 20, que pode ser um servomotor, é disposto com um inversor 21a e um retificador 21b que são conectados em uma ma- lha ou rede de potência (não mostrada). Outros dispositivos de controle de motor podem ser substituídos. A figura também mostra um freio de emer- gência opcional 31a e uma caixa de engrenagens opcional 33, cada um dos quais pode ser adicionado na prensa se assim requerido. Deve ser observa- do que essa modalidade não é conectada em um volante via uma embrea- gem.

O motor de acionamento pode ter uma alimentação em CA co- mo mostrado ou uma alimentação em CC. O dispositivo de controle de velo- cidade do motor pode ser um conversor de freqüência, um inver- sor/retificador como mostrado ou outro dispositivo de controle de velocidade do motor. A modalidade mostrada tem um motor de acionamento relativa- mente grande. Alternativamente, um motor menor é usado e disposto em uma configuração que compreende inércia extra. A inércia extra pode ser na for- ma de um pequeno volante constantemente conectado ou um motor que tem alta inércia, ou uma caixa de engrenagens com alta inércia 33 ou outro meio mecânico. A inércia extra pode também ser variável ou separável em alguma maneira.

A figura 2 (técnica anterior) ilustra esquematicamente elementos móveis e rotativos de uma prensa mecânica do tipo de prensa de manivela. Nesse tipo de projeto, uma roda de excêntrico ou manivela é conectada ao percussor alternante por uma única haste ou articulação. Múltiplas disposi- ções de excêntrico e/ou articulação são também possíveis, tal como 2-4 ro- das de excêntrico dispostas para acionar um percussor por meio de 2 ou 4 articulações. Outras articulações mecânicas podem ser substituídas para prover a transmissão de potência tais como junta, articulação, came, parafu- so ou parafuso esférico ou mecanismos do tipo de cremalheira são conheci- dos. Por exemplo, um sistema de parafuso esférico pode ser incluído para transferir o movimento de acionamento rotativo de um motor elétrico de ve- locidade variável na prensa para um movimento linear do cursor ou percus- sor da prensa. Similarmente, certos mecanismos duplos de articulação e/ou junta podem também ser substituídos para um mecanismo excêntrico.

A figura 2 mostra uma roda do excêntrico 27 ou manivela na qual uma articulação 25 é disposta de maneira articulável. Quando a roda do excêntrico gira, a extremidade da articulação presa na roda do excêntrico é puxada continuamente em uma trajetória circular mostrada como uma linha de traço-ponto-ponto. Na outra extremidade da articulação está preso um percussor (23, ver figura 1). O percussor se eleva e cai com um curso linear S. A posição angular da prensa em um ciclo de 360 graus, freqüentemente chamada um ângulo de manivela CA, é geralmente tomada para ser o ângu- lo formado entre o raio r no qual a articulação se situa e uma referência tal como a linha central vertical mostrada passando através de TDC e BDC. Uma prensa mecânica aperfeiçoada pode ser disposta com mais do que um motor elétrico de velocidade variável. Esses motores podem ser mecanica- mente conectados em paralelo para acionar uma engrenagem única 29. Nas prensas com mais do que uma roda de excêntrico, cada roda de excêntrico pode ser acionada separadamente usando um ou mais motores para cada roda, com engrenagens separadas 29.

A figura 3 técnica anterior é discutida brevemente acima na se- ção de antecedentes. Ela mostra um perfil de velocidade para uma prensa mecânica tradicional. A figura 4 mostra um diagrama esquemático para pelo menos um ciclo de prensa de acordo com um método aperfeiçoado para o- perar uma prensa mecânica de acordo com uma modalidade da invenção. O diagrama mostra um ciclo de prensa em termos da velocidade do excêntrico W com um tempo. Ele mostra um início de ciclo de prensa em velocidade zero (esquerda do diagrama) e um primeiro estágio de pré-prensagem de aceleração para uma alta velocidade de prensa ou máxima de W1. Em um segundo estágio de pré-prensagem, a velocidade máxima é mantida em W1 por um período de tempo antes de o motor ser desacelerado durante um terceiro estágio de pré-prensagem para uma velocidade de prensagem sele- cionada Wp. Durante o próximo estágio, o estágio de prensagem P, a velo- cidade do motor é normalmente reduzida um pouco, enquanto o trabalho é executado pela ferramenta da prensa na deformação da peça de trabalho pela prensagem, estampagem, perfuração, etc. O estágio de prensagem começa em um ponto do primeiro impacto I entre a matriz e a peça de traba- lho e continua até o centro morto inferior (BDC) ou aproximadamente. Dire- tamente seguinte ao estágio de prensagem, o motor é acelerado novamente para uma alta velocidade ou máxima em um quarto estágio sem prensagem e a velocidade máxima mantida durante um quinto estágio sem prensagem. Em um sexto e adicional estágio sem prensagem, a velocidade é reduzida para zero em tempo para o fim do ciclo de prensa.

Em um perfil de velocidade tradicional para uma prensa mecâni- ca da técnica anterior, como mostrado na figura 3, a velocidade máxima do motor é fixada para uma prensa de volante tradicional para prover uma velo- cidade de excêntrico fixa e velocidade de prensagem Wp. A prensa mecâni- ca aperfeiçoada de acordo com um aspecto da invenção equipada com um motor de velocidade variável pode ser acelerada para uma velocidade mais alta do que a velocidade de prensagem durante os estágios sem prensagem do ciclo da prensa. Assim, o tempo total do ciclo para um ciclo de produção da prensa pode ser reduzido (ver também figura 5 com relação ao ciclo de produção).

A figura 4 também mostra outros aspectos do ciclo aperfeiçoado de produção da prensa, que são afetados com o carregamento de um peda- ço de metal ou peça de trabalho na prensa e subseqüentemente remoção da peça de trabalho depois do estágio de prensagem (estampagem, perfuração, etc). No início do ciclo de prensa, a pressa é aberta e um pedaço de metal pode ser carregado. À medida que a prensa começa a fechar no estágio de pré-prensagem, surge um ponto depois do qual a prensa já fechou até uma extensão que não existe mais vão livre suficiente para carregar uma peça de trabalho sem danificar a matriz da prensa, peça de trabalho ou o carregador. Esse ponto, quando medido em termos do ângulo de manivela, é chamado aqui o ângulo de proteção da matriz, DP. (O ponto pode ser de outra forma citado em outros termos tal como da posição no curso da prensa, a distância linear de TDC ou BDC entre o percussor e a matriz, etc). Adequadamente, também existe um ponto em um estágio sem prensagem seguinte ao estágio de prensagem depois do qual a prensa abriu suficientemente que a peça de trabalho pode ser removida sem danificar a peça de trabalho ou a matriz. Esse ponto, quando medido em termos do ângulo da manivela, é chamado o ângulo do carne de descarga. O ângulo do carne de descarga (UC) é usado aqui para significar o ponto limitador ou tempo quando a matriz está abrindo e já abriu suficientemente para retirar e descarga a peça de trabalho depois da formação. Ambos o ângulo de proteção da matriz e o ângulo do carne de descarga podem variar até alguma extensão entre a produção de artigos diferentes, tipicamente dependente de ambos o pedaço de metal ou a peça de trabalho usada e da profundidade na qual a peça de trabalho é lançada sobre uma matriz.

Assim, na figura 4, os estágios do ciclo de prensa mostrados compreendem estágios de pré-prensagem, um estágio de prensagem e es- tágios de pós-prensagem. O ciclo da prensa pode ser descrito assim:

- um primeiro estágio sem prensagem, normalmente acelerar de modo que a velocidade máxima da prensa W1 é alcançada em ou perto de DP1

- um segundo estágio manter na velocidade de prensa máxima de W1,

- terceiro estágio sem prensagem reduzir para Wp tão tarde quanto possível,

- um estágio de prensagem com velocidade alvo para prensa- gem de, por exemplo, Wp

- quarto estágio sem prensagem acelerar tão rápido quanto pos- sível (normalmente) para W1,

- quinto estágio sem prensagem manter em alta velocidade, por exemplo, W1,

- sexto estágio sem prensagem reduzir velocidade, normalmente começando próximo de UC.

O ciclo de prensa aperfeiçoado provido pelo método de controle aperfeiçoado permite que o tempo total para um ciclo de produção seja mais curto do que o tempo do ciclo de produção de uma prensa mecânica tradi- cional da técnica anterior reduzindo o tempo gasto para executar partes sem prensagem do ciclo de prensa entre DP e UC. Em particular, o período de tempo do último ponto de carregamento DP para o ponto de descarregamen- to mais recente UC, representado como T2, pode ser reduzido por meio do funcionamento do motor de acionamento em velocidades maiores WM1 para acionar o excêntrico em velocidades maiores do que a velocidade de pren- sagem Wp e a seguir reduzir para a velocidade do excêntrico Wp ou, no fim do ciclo, reduzir para zero. Isso é indicado esquematicamente no diagrama pela diferença no tempo para T2, ΔΤ2 na figura 4 quando comparada com a figura 3 (técnica anterior). Embora o ciclo da prensa aperfeiçoado seja prin- cipalmente descrito em termos de um ciclo ou de ciclos separados, ele pode ser aplicado em operação de curso único e/ou em operação contínua. No último caso, a prensa não pára absolutamente entre ciclos de produção. A figura 5 mostra um perfil de posição da técnica anterior. Ela mostra um ciclo de prensa de 360 graus convencional em termos da posição do percussor contra o tempo. O ciclo de prensa pc e o ciclo de produção PC são indicados. O ciclo de produção PC compreende fases de prensagem P*, descarregamento U e carregamento L. T2 é essa parte do ciclo que ocorre entre DP e UC. T2 pode ser definido de maneiras diferentes. Por exemplo, T2 é normalmente um tempo durante o qual nenhum carregador ou descar- regador está dentro da prensa. Também, é durante um período de tempo T2 começando no ângulo DP e terminando com o ângulo UC que o estágio P da prensagem real (deformação) da peça de trabalho acontece. Pode ser ob- servado que os estágios de descarregamento U a seguir de carregamento L do ciclo de prensa convencional despendem uma quantidade de tempo sig- nificativa, o período T1. O tempo total para um ciclo de produção PC pode também ser expresso como Ti + T2. Nas modalidades da presente invenção, um período de tempo mais curto T2 é provido aumentando a velocidade do motor WM (e assim a velocidade do excêntrico Wea velocidade do percus- sor) além da velocidade de prensagem WMp, assim possibilitando um tempo de ciclo de produção mais curto.

A figura 9 é um fluxograma para um método para operar a pren- sa mecânica aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção. O método compreende um estágio de prensagem e uma pluralidade de está- gios sem prensagem. O método pode também ser descrito como compreen- dendo estágios de pré-prensagem, um estágio de prensagem e estágios de pós-prensagem. Como pode ser observado acima na descrição com refe- rência à figura 4, o método começa com:

60 - acelerar, por exemplo, tão rápido quanto possível, da parti- da até WM1

61 - manter a velocidade do motor na velocidade máxima de WM1

62 - reduzir a velocidade do motor de WM1 para a velocidade de prensagem WMp tão tarde quanto possível

63 - ajustar a velocidade alvo do motor tal como WMp para o es- tágio de prensagem P

64 - quarto estágio sem prensagem acelerar, por exemplo, tão rápido quanto possível para WM1

65 - quinto estágio sem prensagem manter a velocidade do mo- tor em uma velocidade máxima tal como WM1 preferivelmente até próximo de UC,

66 - sexto estágio sem prensagem reduzir para zero

Esse método compreende etapas para controlar a prensa aper- feiçoada de modo a obter um ciclo de produção total que leva tão pouco tempo quanto possível. Outras restrições podem ser incluídas ou condicio- nalmente incluídas no método acima como aplicado em uma prensa inde- pendente, por exemplo, para coordenar com as exigências de carregamento / descarregamento para a prensa ou para otimizar a potência de pico e/ou o consumo de energia para essa prensa. Essa potência de pico e/ou consumo de energia pode ser otimizada, por exemplo, com relação à aceleração e frenagem regenerativa durante períodos de redução de velocidade. Por e- xemplo, na indústria de automóveis, tais volumes de produção típicos signifi- cam que os aspectos de otimização de energia da linha de prensa aperfei- çoada podem ser muito benéficos, por exemplo, na redução do consumo de energia. Entretanto, a linha de prensa aperfeiçoada pode também ser usada em outras aplicações de estampagem, corte, prensagem ou estampagem profunda onde prensas mecânicas devem ser encontradas, tal como no re- corte ou cunhagem de moedas, e certos acessórios.

A figura 10 mostra uma variação do método descrito em relação ao fluxograma da figura 9. Em certas operações, por exemplo, na estampa- gem a quente, é desejável que a prensa pare durante o estágio de prensa- gem e mantenha a peça de trabalho sob pressão aplicada por um período de tempo, indicado como THs- Essa posição parada é normalmente executada na posição de BDC ou aproximadamente. É uma tarefa simples incluir uma ou mais etapas funcionais adicionais para o controle da prensa aperfeiçoada de acordo com uma ou mais modalidades. A figura 10 mostra um estágio extra 63hs executado durante ou depois do estágio de prensagem 63: 63Hs - reduzir a velocidade de WMp para zero e manter por um tempo Ths-

64 - acelerar o motor para WM1 tão rápido quanto possível (ou em uma taxa ou taxas de acordo com um outro esquema).

O consumo de energia elétrica do motor de acionamento de uma prensa pode ser melhorado ou suavizado pelo uso da frenagem rege- nerativa. O motor pode ser desacelerado para uma velocidade reduzida ou para uma velocidade zero por meio em parte da frenagem regenerativa. Por exemplo, uma redução de velocidade do motor durante o primeiro estágio de pré-prensagem de WM1 para WMp1 e uma redução de velocidade do motor depois da prensagem de WM1 para zero. Um sistema compreendendo uma prensa aperfeiçoada de acordo com uma modalidade da invenção pode compreender meio de recuperação de energia para recuperar a energia da prensa durante, por exemplo, a desaceleração ou frenagem. Esse pode ser qualquer meio de recuperação tal como, por exemplo, elétrico, mecânico ou químico. Esse pode envolver o uso de um ou mais capacitores, baterias, dispositivos mecânicos tais como volantes, molas mecânicas ou dispositivos compreendendo um reservatório de um fluido compressível. A energia arma- zenada é principalmente reutilizada durante um ou mais dos períodos se- guintes do ciclo da prensa: a aceleração inicial no início do ciclo da prensa, prensagem, nova aceleração depois da prensagem. A energia recuperada pode também, ou ao invés disso, ser realimentada para a grade de supri- mento. Também, ou ao invés de recuperar a energia durante a desacelera- ção, a energia pode ser recuperada de um movimento da prensa que inclui uma mudança na energia cinética do sistema. Por exemplo, a energia pode ser recuperada durante um período de tempo em um ciclo de prensa com- preendendo uma mudança na inércia do sistema.

De acordo com uma outra modalidade da invenção, o motor de acionamento da prensa é controlado para operar a prensa em um ciclo de prensa aperfeiçoado que se estende ao longo de um ângulo de manivela maior que 360 graus ou equivalente, quando expresso em termos de uma distância de abertura de prensa. Uma prensa mecânica convencional tem um ciclo de prensa de até 360 graus e tipicamente começa e termina no cen- tro morto superior (TDC). A figura 6a mostra um ciclo de prensa padrão da técnica anterior. Ela mostra um ciclo de 360 graus em uma direção rotacio- nal. O ciclo começa e termina em 0/360 graus. Posições relativas para DP e UC são esquematicamente indicadas.

A figura 6b mostra uma modalidade que permite um tempo mais longo para um motor acelerar do que o ciclo de prensa padrão fornece. A figura mostra um ciclo de prensa que pode começar e/ou terminar em uma posição não igual a 0/360 ou TDC.

A figura 6c mostra uma modalidade na qual a prensa opera de maneira bidirecional. Um ciclo no sentido horário Sc, linha sólida, começa no início 1 em aproximadamente 10 horas e continua no sentido horário para DPc em aproximadamente 2 horas, direto até UCc em aproximadamente 10 horas e termina na parada 1 em aproximadamente 2 horas. Dependendo das exigências do processo de produto, as posições de partida/parada po- dem ficar mais próximas de TDC do que as posições mostradas nas figuras, mas raramente mais distantes do que o ângulo UC. Similarmente, a prensa então gira em uma direção inversa, linha tracejada, começando na partida 2 de aproximadamente duas horas e continuando no sentido anti-horário para DPac em aproximadamente 11 horas, continua direto para UCAc em aproxi- madamente duas horas e termina na parada 2 em aproximadamente 10 ho- ras que é a mesma posição que a posição de partida 1 para a rotação horá- ria.

A figura 6d mostra uma modalidade alternativa na qual a prensa gira em uma primeira direção rotacional através de um ciclo de prensa maior do que 360 graus. No fim do ciclo de produção, a prensa então inverte para a posição de partida. A figura 6d mostra uma partida em aproximadamente 10 horas que percorre no sentido horário, linha sólida, para DPc em aproxi- madamente uma hora, no sentido horário direto para UCc em aproximada- mente 10 horas, continuando para terminar na parada em aproximadamente duas horas. A prensa então inverte Rac em uma direção anti-horária para a posição de partida em aproximadamente 10 horas. As posições de partida e parada podem ser dispostas simetricamente ao redor de TDC como mostra- do nos exemplos acima, ou não, e a partida e a parada podem também ser colocadas mais próximas de TDC1 então as figuras esquematicamente indi- cam. A partida/parada não é geralmente colocada mais distante de TDC do que o ângulo UC ou aproximadamente.

A figura 7a mostra esquematicamente o ciclo de prensa aperfei- çoado em diagrama em termos de graus do ângulo de manivela. A figura 7a mostra um ciclo de prensa 1 compreendendo um ciclo Sc em uma primeira direção horária, ver seta 3. O ciclo começa no ponto 2 iniciando em aproxi- madamente 300 graus, ângulo 4, e continua no sentido horário através de mais do que 360 graus para uma parada em aproximadamente 60 graus, ângulo 5.

A figura 7b mostra um ciclo em uma segunda direção rotacional, ciclo Sac mostrado com uma linha tracejada que começa em um ângulo 6 de aproximadamente 60 graus e continua no sentido anti-horário em torno de mais de 360 graus para uma parada 10 em um ângulo 9 que pode ser apro- ximadamente 300 graus. O ciclo de prensa aperfeiçoado da presente moda- lidade se estende sobre mais do que 360 graus, e a direção rotacional é alte- rada em cada operação. Isso fica em contraste com os métodos tradicionais com início e parada na mesma posição durante cada operação, tipicamente em TDC1 como é feito com prensas mecânicas tradicionais.

Um exemplo de pontos de aceleração e desaceleração em ter- mos de ângulos para o ciclo da figura 7a ou 7b são mostrados na figura 8. Assim, uma primeira operação no sentido horário Sc é executada, por exem- pio, começando em 300 graus, acelerando até alcançar 40 graus (40 graus nesse exemplo é também o ângulo de proteção da matriz DP). A desaceleração é iniciada em 300 graus, também indicada nesse exemplo como o ângulo do carne de descarga UC e a prensa é parada em 60 graus. A próxima operação é então iniciada a partir de 60 graus, e acelerando na direção de rotação oposta, no sentido anti-horário, até 320 graus, indicado como ângulo de proteção de matriz espelhado DPm. A desaceleração é inici- ada em 60 graus que pode também ser o ângulo do carne de descarga es- pelhado até a posição parada em 300 graus. Assim, nas figuras 7a, 7b e 8, os ciclos de prensa sucessivos são maiores do que 360 graus e os ciclos em direções diferentes começam e param no mesmo ponto, 60 graus. Observe que o primeiro e o segundo ciclos exemplares ilustrados nas figuras 7a, 7b ò não têm que parar e começar no mesmo ponto.

Usando o método aperfeiçoado acima, o sistema de prensa po- de ser controlado de modo que o motor acelere o percussor da prensa du- rante 100 graus ou mais ou menos (e desacelera durante 120), que são ex- tensões maiores comparadas com aproximadamente 40 graus de acelera- ção em um ciclo de prensa mecânica tradicional típica (como na figura 6a) ou um ciclo de prensa aperfeiçoado (como na figura 6b). Assim, um motor com uma dada saída de torque máximo será capaz de acelerar uma inércia que pode ser aproximadamente duas vezes maior até a velocidade total. Maior inércia, por sua vez, torna mais energia (cinética) disponível para o processo de prensagem real, de modo que menos energia tem que sair do motor diretamente durante a parte de prensagem do ciclo de prensa. Isso permite o uso de um motor menor. Simulações mostraram que a operação bidirecional permite o uso de um motor com 30% menos torque para um da- do ciclo de tempo, comparado com as operações com um ciclo de prensa tradicional ou tradicional aperfeiçoado.

No exemplo acima, o valor do ângulo do carne de descarga (60 graus do topo) foi usado como posição de partida e parada para a operação bidirecional. Se esse ângulo for ou não usado também dependerá do tama- nho da maquinaria auxiliar, um carregador/descarregador ou dispositivo de transferência tal como um robô, e tamanho da peça versus profundidade da matriz da prensa. Embora um dispositivo de transferência ou robô sem peça possa entrar na prensa nesse ângulo, um robô ou dispositivo de transferên- cia com a peça pode exigir uma abertura de prensa maior. Se afirmativo, por exemplo, o ângulo de proteção da matriz (40 graus do topo, por exemplo) pode ser usado como uma posição de partida e parada. No exemplo dado, o início da primeira operação assim estaria em 320 graus, aceleração para 40, desaceleração de 320, posição parada em 40. A operação bidirecional ainda fornece um grande benefício comparada com a operação padrão tradicional das prensas mecânicas.

Também dependendo da prensa e da peça, os valores do ângu- lo de proteção da matriz e ângulo do carne de descarga podem diferir dos exemplos fornecidos aqui.

De acordo com uma outra modalidade da presente invenção, um aperfeiçoamento é provido nos métodos para operar uma prensa mecâ- nica compreendendo um motor de acionamento elétrico, onde a prensa é movida no sentido inverso entre operações de ciclos de produção de prensa sucessivos, ao invés de mudar a direção de rotação da operação da prensa para cada ciclo alternado. Essa modalidade é particularmente vantajosa para prensas que, devido ao projeto ou outras razões, não podem ser acionadas em reverso para um ciclo de prensa completo.

A figura 7a mostra esquematicamente um ciclo de prensa Sc com um ponto de partida 2 para, nesse exemplo, uma rotação horária a par- tir de um ponto 2, que é um ângulo 4 de aproximadamente 300 graus. O primeiro ciclo atravessa no sentido horário através de aproximadamente 480 graus para uma parada de ciclo 11 com um ângulo 5 de aproximadamente 60 graus. No fim 11 do primeiro ciclo, a prensa é então girada em uma dire- ção rotacional inversa Rac de volta para o mesmo ponto de partida Sc como o ciclo de prensagem prévio.

O controle e a aceleração e/ou desaceleração do ciclo de pren- sa aperfeiçoado com a mesma direção rotacional por ciclo de prensa e a reversão entre cada ciclo de prensa podem ser variados. Por exemplo, as posições de partida e término de um ciclo de prensa podem ser variadas. Um ciclo de prensa pode começar, por exemplo, em 300 graus, acelerar no sentido horário através de 100 graus para 40 graus e girar através de uma fase de formação. Depois da prensagem ou formação, a desaceleração po- de começar em 300 graus e pode seguir através de 100 graus para uma po- sição parada que ocorre em 60 graus. A seguir, em um período de tempo durante o qual, por exemplo, as máquinas estão descarregando/carregando a prensa, a prensa é movida no sentido inverso RAc de 60 graus para 300 graus, de modo que a próxima operação fica então pronta para ser iniciada novamente a partir de 300 graus, e novamente em uma direção horária ou adiante. Esse método é mais efetivo quando tempo suficiente está disponível para o movimento inverso durante um tempo morto tal como descarrega- mento/carregamento, então a aplicação pode ser um pouco mais limitada que para a operação bidirecional, dependendo das demandas da operação de formação específica que é planejada. Entretanto, uma redução similar do torque de pico se torna possível.

Um ou mais microprocessadores (ou processadores ou compu- tadores) compreendem uma unidade de processamento central CPU execu- tando as etapas dos métodos de acordo com um ou mais aspectos da in- venção, como descrito, por exemplo, com referência à figura 9 ou 10. O mé- todo ou métodos são executados com o auxílio de um ou mais programas de computador, que são armazenados pelo menos em parte em memória aces- sível pelo um ou mais processadores. É para ser entendido que os progra- mas de computador para execução dos métodos de acordo com a invenção podem também ser executados em um ou mais microprocessadores indus- triais de uso geral ou computadores ao invés de um ou mais computadores ou processadores especialmente adaptados.

O programa de computador compreende elementos de código de programa de computador ou porções de código de software que fazem o computador ou processador executar os métodos usando equações, algo- ritmos, dados, valores armazenados, cálculos e semelhantes para os méto- dos previamente descritos, por exemplo, em relação às figuras 9, 10 e em relação ao perfil de velocidade da figura 4 e aos métodos descritos em rela- ção às figuras 6b-d, 7, 8 em relação ao acionamento da prensa em mais do que uma direção rotacional. Uma parte do programa pode ser armazenada em um processador como acima, mas também em um chip de ROM, RAM, PROM, EPROM ou EEPROM, ou similar ou outro meio de memória adequa- da. O programa ou alguns dos programas em parte ou no total podem tam- bém ser armazenados localmente (ou centralmente) sobre, ou dentro, de outro meio legível por computador adequado tais como um disco magnético, CD-ROM ou disco de DVD, disco rígido, meio de armazenamento de memó- ria magneto-ótico, em memória volátil, em memória flash, como firmware ou armazenado em um servidor de dados. Outros meios conhecidos e adequa- dos, incluindo meios de memória removíveis tais como bastão de memória Sony (TM) e outras memórias flash removíveis, unidades rígidas, etc. tam- bém podem ser usados. O programa pode também em parte ser suprido de uma rede de dados, incluindo uma rede pública tal como a Internet. Os pro- gramas de computador descritos podem também ser dispostos em parte como um aplicativo distribuído capaz de funcionar em vários computadores diferentes ou sistemas de computador mais ou menos ao mesmo tempo.

Um sistema de produção pode incluir uma ou mais prensas a- perfeiçoadas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. Por exemplo, uma ou mais prensas podem ser incluídas em uma linha de pren- sa, onde uma pluralidade de prensas opera nos mesmos produtos ou rela- cionados. Uma produção pode incluir uma pluralidade de linhas de prensa compreendendo uma ou mais prensas aperfeiçoadas de acordo com uma ou mais modalidades da invenção. No contexto do sistema de produção, alguns dos métodos de otimização e coordenação descritos acima para otimizar uma única prensa independente podem ser estendidos sobre o grupo de processos. Assim, a energia recuperada, por exemplo, pode ser consumida por outras máquinas e não apenas por uma prensa aperfeiçoada indepen- dente. Potência de pico combinada de, ou o uso de energia por mais do que uma máquina pode ser otimizado ou coordenado, por exemplo, para reduzir o consumo de potência de pico total ou para reduzir a formação de pico ou ponta potencialmente disruptiva no uso da potência. Tais considerações pa- ra uso de potência geral por uma linha de prensa podem também introduzir restrições para tempos de aceleração, desaceleração, etc. que podem ser fatorados no método tal como esse descrito com referência à figura 6. Por exemplo, para obter o tempo mais curto possível para um ciclo de produção, a prensa é acelerada tal como na etapa 60 da figura 9 tão rápido quanto possível, mas a aceleração pode ser variada para menos do que a máxima para evitar uma pico instantâneo de potência para a linha de prensa como um todo. A primeira aceleração para WM1, etapa 60, pode não ser linear, e pode ser disposta para igualar um período de tempo, a quantidade de tempo necessário por um carregador para inserir a peça de trabalho, e assim levar pelo menos um dado tempo para alcançar o ângulo DP, ao invés de uma aceleração de linha máxima e/ou reta. Similarmente, a frenagem regenerati- va que é normalmente executada, tal como em conjunto, por exemplo, com as etapas 62, 66 da figura 9, pode ser disposta com restrições para prover energia de retorno para qualquer uma da mesma prensa, uma outra máqui- na, a linha da prensa ou a grade.

Tal coordenação ou otimização entre prensas pode ser disposta ao redor de outros aspectos da prensa aperfeiçoada. Por exemplo, quando otimizando uma linha de prensa, a partida/parada se posiciona em cada ciclo de prensa sendo executado em cada prensa que pode ser selecionado ou ajustado. Isso permite maior liberdade para dispor tempos de produção ge- rais ótimos para uma linha de prensa.

Deve ser observado que embora o acima descreva modalidades de exemplificação da invenção, existem várias variações e modificações que podem ser feitas na solução revelada sem se afastar do escopo da presente invenção como definido nas reivindicações anexas.

Referências:

1. High-tech presses, Servo technology meets mechanical pres- ses por Dennis Boerger, Stamping Journal, Novembro de 2003, thefabrica- tor.com.

Claims (23)

1. Método para operação de uma prensa mecânica compreen- dendo pelo menos um motor de acionamento elétrico (20), um dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) para controlar pelo menos um dito mo- tor, um percussor (23), um meio mecânico (27, 25) para operar a dita prensa para executar um ciclo de prensa incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes sem prensagem do dito ciclo de prensa, caracterizado por prover uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de aciona- mento (21a, 21b) tal que a velocidade (WM) do pelo menos um dito motor de acionamento é variada dinamicamente, de forma variável durante pelo me- nos uma dita parte de prensagem ou parte sem prensagem de um dito ciclo de prensa, e onde o dito ciclo de prensa compreende um movimento ao lon- go de mais de 360 graus de rotação de ângulo de manivela.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade (WM) do dito motor de acionamento (20) durante a pelo menos uma parte de prensagem ou sem prensagem de um dito ciclo de prensa é controlada para variar e é maior do que a velocidade do dito motor de acionamento (WMP) durante a dita parte de prensagem (P, 63) do dito ciclo de prensa.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o torque do dito motor de acionamento (20) durante a pelo menos uma parte de prensagem ou sem prensagem de um dito ciclo de prensa é controlado.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada dito ciclo de prensa completo executado na dita primeira direção de rotação de um ciclo de produção se estende ao longo de mais do que 360 graus do ângulo de manivela ou rotação do excêntrico (27).

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada ciclo de prensa completo executado na dita primeira dire- ção de rotação compreende uma etapa de reversão do dito motor de acio- namento (20) no fim de cada ciclo completo da prensa e operação em uma segunda direção rotacional.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito motor de acionamento (20) é acelerado na primeira dire- ção de rotação de uma posição de partida (Sc) que não é igual ao centro morto superior ou 0/360 graus.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade do dito motor de acionamento (20) é mantida em uma velocidade alta ou máxima (WM1) maior do que a velocidade do motor durante a prensagem (WMp) por um período de tempo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, provendo uma saí- da de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b), caracterizado pelo fato de que o dito motor (20) é desacelerado e a prensa mantida em uma posição parada ao alcançar BDC, ou aproximadamente, por um período de tempo (THs).

9. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 7, caracterizado pelo fato de que o dito motor (20) é desacelerado de uma posição de desa- celeração dependente de uma posição de um ângulo do came de descarga (UC) do ciclo de prensa.

10. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pe- lo fato de que o dito motor (20) é desacelerado e o ciclo da prensa na primei- ra direção de rotação termina em uma posição onde o ângulo de manivela é maior do que 360 graus ou depois de passar TDC por uma segunda vez.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- lo fato de que o dito motor (20) é controlado tal que a prensa inverte da pri- meira direção de rotação para a segunda direção de rotação ao longo de uma pluralidade de graus entre o fim (11,7) de um primeiro ciclo de prensa e o início (Sc, 4) de um segundo ciclo de prensa.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -11, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um dito motor (20) é de- sacelerado para uma velocidade reduzida ou uma velocidade zero por meio em parte da frenagem regenerativa.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- lo fato de que a velocidade do motor de acionamento (20) é variavelmente controlada para reduzir a prensa ao alcançar o carne de descarga (UC) ou aproximadamente por um período de tempo para finalidades de sincroniza- ção e acelerar novamente a prensa antes de alcançar a posição de proteção da matriz (DP) ou aproximadamente do próximo ciclo de prensa.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pe- lo fato de que a velocidade do motor de acionamento (20) é variavelmente controlada para operar a prensa em uma operação contínua sem parar a prensa entre ciclos de prensa sucessivos.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -14, caracterizado pelo fato de que a velocidade do motor de acionamento (20) é controlada para otimizar ou minimizar para a prensa qualquer um do grupo de: consumo de pico de energia, consumo de energia, tempo de ciclo, qualquer combinação.

16. Prensa mecânica compreendendo pelo menos um motor de acionamento elétrico, um dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) para controlar o dito motor, um percussor e um meio mecânico (27-25) para operar a dita prensa para executar um ciclo de prensa, incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes sem prensagem do dito ciclo de pren- sa, caracterizada por compreender nela dispositivo de controle (21a, 21b) tal que a velocidade (WM) do pelo menos um dito motor de acionamento (20) é variada durante pelo menos uma dita parte de prensagem ou sem prensagem de um dito ciclo de prensa.

17. Prensa mecânica, de acordo com a reivindicação 16, com- preendendo dispositivo de controle (21a, 21b), caracterizada pelo fato de que a velocidade do dito motor de acionamento (20) pode ser controlada para variar dinamicamente durante pelo menos uma dita parte sem prensa- gem do ciclo e pode ser maior do que a velocidade do dito motor de aciona- mento (20) durante a dita parte de prensagem do ciclo de prensa.

18. Prensa mecânica, de acordo com a reivindicação 16, com- preendendo um dispositivo de controle (21a, 21b), caracterizada pelo fato de que o dito motor (20) é disposto reversível e operável em qualquer uma da dita primeira ou segunda direção rotacional.

19. Prensa mecânica, de acordo com a reivindicação 16, carac- terizada pelo fato de que o dito meio mecânico (27-25) para transladar o movimento rotacional do pelo menos um dito motor (20) para movimento linear do dito percussor (23) compreende qualquer tipo de transmissão do grupo de: manivela, junta, articulação, came, parafuso, parafuso esférico, mecanismo do tipo cremalheira.

20. Prensa mecânica, de acordo com a reivindicação 16, carac- terizada por compreender uma transmissão sem embreagem entre o motor de acionamento (20) e o percussor da prensa (23).

21. Sistema compreendendo pelo menos uma prensa mecânica que compreende pelo menos um motor de acionamento elétrico (20), um dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) para controlar o dito motor (20), um percussor (23), um eixo rotativo e um meio mecânico para operar a dita prensa incluindo uma parte de prensagem e uma ou mais partes sem prensagem do dito ciclo, e pelo menos um dispositivo de carregamento e/ou descarregamento, caracterizado por compreender nele pelo menos uma dita prensa disposta com uma saída de controle para o dito dispositivo de controle de acionamento (21a, 21b) tal que a velocidade do dito motor de acionamento (20) pode ser controlada para variar dinamicamente durante pelo menos uma parte de uma dita parte de prensagem ou não prensagem do ciclo de prensa ou de um ciclo de produção.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma unidade de controle compreende um ou mais programas de computador para controlar a velocidade e/ou o torque de pelo menos um motor de acionamento (20) da pelo menos uma dita prensa.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende meio de recuperação de energia para recuperar a energia do pelo menos um dito motor (20) da pelo menos uma dita prensa durante a desaceleração ou frenagem.