PT1915231E - MéTODO DE MICROMODELAÆO A FRIO DE QUALQUER SUPERFCIE DE FORMA LIVRE EM 3 D - Google Patents

MéTODO DE MICROMODELAÆO A FRIO DE QUALQUER SUPERFCIE DE FORMA LIVRE EM 3 D Download PDF

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Description

ΕΡ 1 915 231 Bl
DESCRIÇÃO
MÉTODO DE MICROMODELAÇÃO A FRIO DE QUALQUER SUPERFÍCIE DE
FORMA LIVRE EM 3 D
[0001] A presente invenção refere-se a um método electromecánico de alisamento e endurecimento a frio de superfícies de ferramentas, peças de máquinas e outras peças mediante impacto contra a superfície dessas peças, mediante alojamento em uma máquina de processamento ou um robô.
[0002] O pedido de patente DE 102 43 415 AI descreve um dispositivo com o qual o movimento da cabeça é realizado mediante transformação do ultra-som em um movimento mecânico. Aquele documento não revela, no entanto, o modo de transformação do ultra-som em movimento da cabeça de impacto, nem faz qualquer referência à amplitude do impacto.
[0003] O documento US-A-4641510 descreve um método electromecánico de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, para o endurecimento a frio de peças, pelo qual a cabeça de impacto é movida por dois diferentes fluxos magnéticos. Estes fluxos magnéticos interagem para controlar com exactidão a frequência do impacto, a amplitude do impacto e a energia de impacto da ferramenta. Esses parâmetros são ajustados de maneira variável em relação às propriedades da peça. No entanto, o pedido US-A-4641510 não revela detalhes sobre o controlo da distância da passagem por zero da frequência de impacto à superfície da peça. Os dois fluxos magnéticos descritos em US-A-4641510 são usados para accionar a cabeça de impacto e não para sustentar a cabeça de impacto na sua posição de repouso. O documento tampouco menciona uma corrente de excitação pulsada para gerar os fluxos magnéticos, com ou sem participação de corrente contínua. 2 [0004] Da US 2001/043133 AI é conhecido que a cabeça de impacto é mantida em posição de repouso por um fluxo magnético, sem corrente de excitação. No entanto, o dispositivo electromecánico de acordo com US 2001/043133 AI é um actuador e não um dispositivo de impacto. Também não se menciona um controlo da distância da passagem por zero da frequência de impacto em relação à superfície da peça.
[0005] Face ao estado da técnica, é objectivo da invenção proporcionar um método de alisamento e endurecimento da superfície de ferramentas, peças e elementos de máquinas, mediante ajuste variável da frequência de impacto e da amplitude de impacto, bem como ajuste variável da posição zero ou da passagem por zero da frequência de impacto à forma local, espessura e dureza das peças, com um mínimo de desgaste, abrasão e dispêndio de energia.
[0006] Este objectivo é conseguido nesta invenção com as características indicadas na reivindicação 1.
[0007] As reivindicações dependentes reivindicações secundárias proporcionar a evolução favorável da invenção; [0008] Graças à suspensão magnética e ao facto de a posição de repouso da cabeça de impacto ser variável, mas definida, em combinação com o controlo e/ou regulação eléctrica e electrónica da frequência e amplitude do impacto em função de parâmetros materiais e geométricos dados, com o método da invenção acham-se e ajustam-se, para cada ponto da superfície de uma peça, o valor óptimo de frequência e amplitude de impacto, bem como da posição de repouso da cabeça de impacto, de modo a obter o melhor resultado possível com o mínimo de tempo e dispêndio de energia.
[0009] Na versão mais simples, tal dispositivo possui geralmente uma cabeça de impacto esférica feita de um material muito duro. A cabeça de impacto é instalada num 3 suporte e removível, . Assim, ela pode ser substituída por outra, por exemplo, uma cabeça em forma de punção, para criar superfícies texturizadas.
[0010] Pelo menos uma parte do suporte da cabeça de impacto possui condutividade magnética e é mantida em uma posição de descanso preferencial mediante um fluxo magnético em forma de tubo anelado. A cabeça é mantida e conduzida por apoios radiais ou magnéticos ou outras formas de apoio, de modo que possa executar golpes axiais a partir da sua posição de repouso. Este primeiro fluxo magnético é gerado, ou por um anel magnético permanente magnetizado axialmente e ajustável axialmente que envolve coaxialmente a parte magnética do suporte da cabeça de impacto, ou por uma bobina cilíndrica alimentada com corrente regulada localizada coaxialmente em torno da parte magnética do suporte da cabeça de impacto. Neste último caso, a bobina pode ser constituída por vários enrolamentos parciais alimentados por corrente e ligados, conforme seja a necessidade de força de campo e a posição de repouso da cabeça de impacto, quer em série, em paralelo ou invertidos.
[0011] Accionada pelo fluxo de uma corrente regulada e/ou pulsada, com ou sem participação de corrente contínua, através de uma segunda bobina localizada no mesmo campo magnético, ou num segundo ramo, por exemplo, um fluxo exterior, do mesmo campo magnético, e fixada com o suporte da cabeça de impacto e disposta coaxialmente em relação a ela, a cabeça de impacto entra em vibrações axiais com frequência e amplitude definidas, de tal forma que é possível regular à vontade a posição central ou a passagem por zero das vibrações de impacto. Assim, a frequência de impacto, a amplitude do curso e a posição central ou a passagem por zero das vibrações de impacto se adaptam às condições geométricas e às propriedades mecânicas da peça. 4 [0012] Outra variante vantajosa da invenção prevê que, em vez do anel magnético permanente, sejam utilizadas várias imans permanentes cilíndricas menores, dispostas em paralelo entre si sobre um cilindro, em torno da parte magnética do suporte da cabeça de impacto. Analogamente, as pequenas imans permanentes podem ser são substituídas por bobinas alimentadas por corrente contínua. Esta constelação de imans permanentes e bobinas cria dois fluxos magnéticos distintos, um interior e um exterior. O fluxo magnético interior faz com que o suporte da cabeça de impacto ocupe uma posição definida. Os enrolamentos da bobina de excitação podem, neste caso, ficar localizados no fluxo magnético interior, no fluxo magnético exterior ou em ambos os fluxos magnéticos. Neste último caso, as espiras das duas bobinas são enroladas em sentidos opostos, pois os fluxos magnéticos correm em direções contrárias.
[0013] Com um dispositivo assim projectado consegue-se tratar, malhar, alisar e encruar diferentemente diferentes partes das superfícies de ferramentas e peças. Com o ajuste da distância entre a posição central das vibrações de impacto e a superfície da peça, ajuste este controlado electronicamente por software, optimiza-se a eficiência do dispositivo e reduz-se a dissipação de potência. Assim, por exemplo, as arestas são tratadas com frequência maior e amplitudes menores a fim de preservar a forma e o desenho da peça e não estreitar os furos.
[0014] Uma utilização mais vantajosa do dispositivo prevê a combinação deste dispositivo electromecánico com um sistema CAM analítico especialmente desenvolvido para esta tarefa, como novo método.
[0015] Os sistemas CAM disponíveis comercialmente tratam a superfície de uma peça sempre com a orientação da ferramenta em paralelo à superfície da peça pretendida, pelo método denominado offset. O método da presente 5 invenção, em contraposição, utiliza um sistema CAM analítico. Após a análise da superfície desejada em 3-D, com base nos dados geométricos, calcula-se o raio de curvatura mínima da área e define-se este valor como o raio de esfera máximo da ferramenta. Uma vez seleccionado o raio da ferramenta, o sistema CAM da invenção calcula o caminho do centro da ferramenta esférica de facear e malhar, fazendo uma esfera de raio igual rolar sobre a totalidade da superfície desejada para achar o ponto geométrico dos centros da esfera como uma nova superfície em 3-D para guiar o ponto central da ferramenta. Em seguida, calculam-se e analisam-se as curvaturas da nova superfície 3-D e depois acham-se as linhas de condução a partir do centro da ferramenta, de modo a minimizar a formação de estrias no faceamento e de mossas no bater.
[0016] O sistema CAM analítico da invenção conhece, em qualquer tempo, o ponto momentâneo de contacto da ferramenta com a superfície da peça e pode agir em conformidade. As linhas planas são tratadas com uma estratégia diferente do que as linhas mais curvas ou os cantos das furações, cavidades, ranhuras ou as arestas da peça.
[0017] A combinação e a ligação electrónica do dispositivo com o referido sistema CAM analítico, utilizando ou não um método mecânico ou um método sem contacto, para a medição de superfícies, como, por exemplo, a medição a laser da superfície da peça durante a usinagem, permitem um processo inteligente e autónomo de faceamento e malhação no sentido de engenharia de controlo. As formas das superfícies desejadas em 3-D, as tolerâncias de forma e posição, bem como as rugosidades parciais da superfície e os graus de durezas são tomados por este sistema inteligente consoante o programa de desenho e realizados automaticamente. 6 [0018] O sistema inteligente detecta todas as arestas e outras vulnerabilidades, como, por exemplo, as paredes mais finas da peça, e trata-as com correspondente suavidade.
[0019] Dado conhecer-se o preciso instante e o ponto de contato da ferramenta de impacto com a peça a ser trabalhada, é possível orientar e conduzir o eixo longitudinal do dispositivo sempre como perpendicular à tangente da superfície no ponto de contato da superfície da peça. Desta forma consegue-se a batida óptima e o melhor resultado actualmente.
[0020] Os pormenores das figuras são: A fig. 1 mostra um corte transversal através do dispositivo, tendo, fixada à caixa, uma bobina que funciona como imã de retenção, e uma bobina de excitação axialmente móvel para a cabeça de impacto, A fig. 2 mostra um corte transversal através do dispositivo, com um anel de íman permanente ou vários pequenos imãs permanentes ou bobinas dispostas em círculo em torno do suporte da cabeça de imipacto funcionando como íman de retenção e uma ou duas bobinas de excitação axialmente móvel (móveis) para accionar a cabeça de impacto.
[0021] Elementos idênticos têm o mesmo número ou a mesma letra. índices diferentes indicam áreas diferentes ou diferentes formas de realização ou arranjo múltiplo do mesmo elemento.
[0022] De acordo com a figura 1, uma cabeça de impacto (la) é presa a um suporte (lb) leve e não-magnético de maneira, podendo ser substituída. O suporte (lb) é montado radialmente no receptáculo (2), de forma tal que possa apenas fazer movimentos axiais no sentido do seu eixo 7 longitudinal (A). 0 receptáculo (2) é fixado por meio de um elemento adequado a uma máquina de processamento, como, por exemplo, uma fresadora, ou a um robô ou hexápode. 0 suporte da cabeça de impacto (lb) pode ser inteiramente oco para possibilitar a passagem de cabos, sondas ou feixes de luz pelo seu centro oco.
[0023] No suporte (lb) fixa-se coaxialmente um invólucro ferromagnético (lc), o qual ocupa uma posição especifica num campo magnético (Bl), definida como posição de repouso.
[0024] Ao redor deste invólucro (lc) encontra-se uma bobina (3a) fixada coaxialmente na caixa (2) e disposta centralmente, a qual é alimentada por uma corrente continua (11a) para formar um campo magnético (Bla) . A bobina (3a) pode ser constituída por uma única bobina ou várias bobinas menores, ligadas, conforme seja necessário, em paralelo ou em série ou ainda em combinado, para variar a força de retenção e a posição de descanso da cabeça de impacto. É possível projetar a bobina (3a) para ter capacidade de deslocar-se axialmente a fim de variar a posição de repouso da cabeça de impacto manualmente ou por meios electromotores ou electromagnéticos.
[0025] No suporte da cabeça de impacto (lb) encontra-se uma segunda bobina (4a) , cujos enrolamentos de cobre são perpendiculares às linhas do campo magnético (Bla). A bobina (4a) é alimentada com corrente alternada (I2a) de frequência e amplitude reguladas e/ou com uma corrente pulsada (I2a), com ou sem uma componente contínua. Como resultado, a cabeça de impacto move-se para cima e para baixo com frequência e amplitude definidas. A frequência do impacto é determinada pela frequência de pulso e a força do impacto pela altura e pela largura do impulso.
[0026] De acordo com a figura 2, a estrutura mecânica do dispositivo é, em princípio, semelhante à da figura 1, mas o campo magnético (Bla) é gerado ou por um anel de íman permanente magnetizado axialmente (3) ou por vários imans permanentes cilíndricos menores, dispostos coaxialmente ao redor do invólucro (lc), que também podem ser substituídos por bobinas individuais (3b, 3c, ...). Com esta disposição do anel de imã permanente ou das imans permanentes ou da bobina formam-se dois fluxos magnéticos em forma de tubo anela, um fluxo magnético interior (Blb) e um fluxo magnético exterior (B2) . 0 fluxo magnético interior (Blb) assegura, juntamente com o invólucro (lc), a posição de repouso da cabeça de impacto, enquanto a bobina (4b) alimentada com corrente alternada ou com corrente pulsada (12b) se encontra no fluxo magnético exterior (B2) e provê o movimento da cabeça de impacto para cima e para baixo.
[0027] Com esta disposição dos campos magnéticos (Blb, B2) é possível colocar mais uma bobina excitadora (4c) no campo magnético interior (Blb), localizada no suporte (lb) da cabeça de impacto, mas com direcção de fluxo (12C) inversa à direcção de fluxo (12b) da primeira bobina de excitação (4b), porque os campos magnéticos têm sentidos diferentes.
[0028] As características da invenção reveladas na descrição acima, nos desenhos e nas reivindicações podem ser importantes para a realização da invenção tanto tomadas individualmente como em qualquer combinação delas. Todas as características reveladas são essenciais à invenção.

Claims (5)

1 Reivindicações 1. Método electromecânico para trabalhar, nivelar e endurecer a frio a superfície das ferramentas, peças de máquinas e 5 outras partes martelando a cabeça de impacto (la) na superfície das referidas partes montando-as numa máquina de ferramenta ou num robot, caracterizado por a cabeça de impacto (la) sem corrente de excitação (12) é mantida na posição de repouso por um fluxo magnético (Bl) e 10 a frequência de impacto e a amplitude de impacto são produzidas de forma muito variável pelo fluxo de uma corrente de excitação alternante ou pulsada (12), com ou sem uma componente de corrente directa variável, através do enrolamento de pelo menos uma bobina (4) localizada no 15 mesmo fluxo magnético (Bl) um num fluxo magnético diferente (B2) em que a distância do cruzamento zero da frequência de impacto da superfície da peça de trabalho possa ser alterada pela corrente de excitação (12).
2. O método da reivindicação 1, caracterizado por 20 Os campos magnéticos (Bl, B2) são produzidos por um anel axialmente magnetizado (3) ou por uma pluralidade de magnetes cilíndricos permanentes, dispostos num cilindro oco.
3. O método da reivindicação 1, caracterizado por 25 O campo magnético (Bla) é produzido por uma bobina (3a) e os campos magnéticos (Bl e B2) são produzidos por uma pluralidade de bobinas (3b, 3c, ...) dispostas coaxialmente ao eixo A, onde cada bobina pode, ela própria, ser constituída por uma pluralidade de bobinas que pode ser 30 comutada electronicamente, em paralelo ou em série.
4. O método descrito em qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por 2 Um dispositivo de bater é dirigido a uma ferramenta de máquina ou a um robot através de um sistema analítico CAM.
5. 0 método descrito na reivindicação 4, caracterizado 5 por 0 dispositivo de bater e/ou a força de retenção magnética da cabeça de impacto e/ou a corrente de excitação (12) e a frequência de excitação das oscilações de impacto é acoplado a um sistema analítico CAM e controlado ou 10 regulado por este último em função da geometria de dados.
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