PT2061609E - Sistema cinemático para fixação de produtos semi-acabados, por meio de pressão para máquinas de moldagem metálica de revestimentos - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

SISTEMA CINEMÁTICO PARA FIXAÇÃO DE PRODUTOS SEMI-ACABADOS, POR MEIO DE PRESSÃO PARA MÁQUINAS DE MOLDAGEM METÁLICA DE

REVESTIMENTOS

CAMPO TÉCNICO

Esta invenção diz respeito a um sistema cinemático de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 para apertar/pressionar uma unidade de produtos semi-acabados, ou seja, de chapa de metal, da nova geração de máquinas de revestimentos, ou seja, máquinas automáticas para dobrar e moldar chapa. Tal sistema cinemático é divulgado na Patente JP-A-2003010919.

Este sistema cinemático, apropriado para o controlo eléctrico e concebido especificamente para isso, consiste numa cadeia cinemática especial da unidade de prensagem, a unidade que prende a chapa durante a dobra, e que, ao contrário das unidades produzidas actualmente, supera as suas limitações principais. 0 sistema de acordo com a invenção pode ser aplicado a uma máquina de revestimento electricamente controlada por meio de motores que giram a unidade de chapa de aperto, muitas vezes chamada de unidade de furação ou calcador.

Este sistema torna possível limitar o torque de trabalho necessário para garantir a fixação da chapa de metal a ser pressionada para dentro dos valores aceitáveis e limitados, mesmo se forem utilizadas ferramentas auxiliares posicionadas entre o calcador e o elemento fixo da contra-lâmina . 1

Esta invenção pode ser aplicada no sector da produção de máquinas de chapas de metal e máquinas industriais de flexão.

ESTADO DA TÉCNICA E sabido que a indústria que envolve a produção de artigos de folha de metal usa máquinas de painéis que permitem uma série de curvas a serem feitas no mesmo pedaço de chapa metálica, de uma forma controlada e totalmente automática, de modo a obter um produto acabado, como por exemplo, um exaustor ou uma prateleira.

Sabe-se também que as máquinas de painéis ou máquinas de dobrar chapas normalmente consistem em: - um leito fixo para apoiar o material, por exemplo a chapa de metal, para ser pressionado; - uma estrutura de suporte para uma prensa de fixação; - uma perfurador ou calcador, formando parte da prensa, e uma correspondente contra-prensa ou contra-lâmina, actuando como meio de fixação para o material durante a dobra; - um ou mais elementos auxiliares, para inserção manual ou automática, comummente chamados de ferramentas auxiliares, que fazem parte da prensa, a ser posicionada entre o perfurador e o correspondente contra-perfurador ou contra-lâmina, especificamente construída e agindo como meio de fixação para o material durante a dobra de peças particulares; - uma ou mais lâminas de flexão que podem ser movidas em relação ao material a ser processado; - sistemas cinemáticos adequados concebidos para mover a lâmina ou lâminas ao longo do leito para a formação da peça fixada entre o perfurador e o contra-perfurador; 2 - sistemas cinemáticos adequados concebidos para mover as punções que permitem a fixação e a libertação da folha de metal, também na presença de instrumentos auxiliares, garantindo uma força de pressão que corresponde sempre ao comprimento e espessura a ser dobrada; - meios de movimento da chapa de metal, ou da secção, a fim de aproximá-las das lâminas nas condições de trabalho; - transdutores e sensores de vários tipos, para controlar o processo, conectados a uma unidade de controlo electrónico que rege o processo de produção.

Uma máquina de dobra, do tipo conhecido descrito acima, comercializada pela requerente, compreende uma estrutura de suporte da lâmina com uma secção transversal em forma de "C", móvel em duas direcções perpendiculares entre si no que diz respeito a um leito fixo, em que a lâmina (s) de dobra é (são) fixa. 0 perfil da curva que pode ser obtido numa máquina automática de painéis conhecida não é apenas o clássico perfil de 90° que pode ser obtida com uma máquina manual de flexão. O controlo simultâneo do posicionamento da lâmina e da pressão exercida sobre ela torna possivel a obtenção de perfis radiais. O uso de lâminas tradicionais, ferramentas especificas e dados durante o ciclo de flexão também torna possivel a obtenção de perfis especiais, sem que seja necessário para o operador intervir para variar o comprimento ou a ferramenta especial.

Tradicionalmente as lâminas são suportadas por uma estrutura em forma de C montada no quadro principal e a unidade dispõe de duas lâminas: a superior para a 3 formulação de curvas negativas (virada para baixo) e a inferior para a formulação de curvas positivas (voltada para cima). 0 sistema controla o tamanho dos ângulos e a espessura da chapa, ajustando a posição das lâminas por meio de válvulas proporcionais. Todos os movimentos são realizados por cilindros hidráulicos de controlo proporcional. Um mecanismo especial garante o paralelismo dos movimentos da unidade de flexão. 0 perfurador ou um elemento calcador superior é modular, a fim de obter o tamanho adequado da peça a ser contraivel para permitir a extracção da peça fabricada. É montado numa estrutura eléctrica com quatro braços e articulada na parte traseira do quadro principal.

Graças à acção de mecanismos adequados cada segmento pode ser libertado e reposicionado muito facilmente, uma vez que um gatilho impede que o segmento caia a partir da barra porta-ferramentas.

Os movimentos da estrutura em forma de C e da ferramenta superior são controlados por cilindros hidráulicos, em vez de por motores eléctricos. A posição dos cilindros, ou motores eléctricos, é controlada por um sistema especial (controlo numérico ou similar) de forma a permitir o maior grau de precisão em todas as etapas de dobra.

Tradicionais as máquinas de painéis hidráulicas, como outras máquinas de painéis no mercado, estão equipadas com 4 um sistema cinemático que determina e controla o movimento da unidade de suporte da lâmina.

Esta estrutura pode, em alguns casos, ser do tipo pentalateral, ou seja, consistindo numa cadeia cinemática fechada com cinco membros conectados por cinco pares cinemáticos.

Em máquinas hidráulicas é usada a cadeia de tipo tradicional pentalateral cinemática, no entanto, dá à máquina rigidez de torção e, portanto, não tem funções mecânicas especificas.

No pedido de patente PCT/IT2004/000581 A mesma requerente inventou uma cadeia cinemática particular com dois graus de liberdade, actualmente, a única que permite o controlo eléctrico da lâmina de dobra. A mesma requerente introduziu recentemente uma série de máquinas de painéis no mercado, que são caracterizadas pelo controlo eléctrico dos eixos de flexão e do perfurador/calcador, ou seja, todos os eixos que proporcionam torque e absorvem o poder significativo da exploração da invenção descrita acima.

Esta nova série de máquinas, bem recebidas pelo mercado, apresentam as seguintes caracteristicas: consumo reduzido de energia (menos de metade em comparação com uma máquina hidráulica correspondente); - relativamente menos ruido e mais respeito pelo meio ambiente; 5 com - melhor controlo da pressão e eixos de flexão, consequente melhores resultados em termos de componentes de acabamento; - melhor desempenho em termos de velocidade e tempo de ciclo em comparação com todas as máquinas existentes no mercado;

Os projectos cinemáticos para o controle do perfurador/calcador em máquinas produzidas actualmente são mostrados nas Figuras la a 3a, enquanto as Figuras 1 a 3 mostram as respectivas máquinas, caracterizadas pelo uso de uma concepção mecânica definindo um articulado quadrilateral.

Como pode ser visto nas Figuras este é o projecto cinemático definido como mecanismo de quatro barras, que trabalha perto de uma configuração singular, a fim de garantir uma força de pressão adequada para amplificação cinemática do torque fornecido.

As Figuras 1 a 3 mostram os componentes das máquinas de perfuração produzidas actualmente com uma estrutura de ligação de quatro barras. Nas três figuras, que representam a técnica conhecida, A indica o quadro, B a condução da manivela, C a biela, D o braço calcador e E uma ferramenta auxiliar. As Figuras la, 2a e 3a mostram os desenhos cinemáticos respectivos.

Os projectos cinemáticos para o controlo do perfurador/calcador de máquinas deste tipo apresentam as seguintes limitações: - se a máquina é usada com ferramentas auxiliares posicionadas entre o perfurador/calcador e o contra-perfurador ou a contra-lâmina (e em qualquer outra situação 6 semelhante), o sistema cinemático funciona em condições desfavoráveis, em que as forças de pressão fornecidas são consideravelmente reduzidas e insuficientes (cerca de _ da força máxima necessária) para garantir a estabilidade de todas as chapas que podem ser processados na máquina (veja a figura do sistema cinemático); - sob a forma de um gráfico fornecido aos utilizadores, os limites máximos (comprimento, espessura, tipo de material) são definidos para o uso de ferramentas auxiliares posicionados entre o perfurador/calcador e o contra-perfurador ou a contra-lâmina (ver gráfico). - este sistema cinemático é actualmente uma limitação para o desenvolvimento (maiores comprimentos e espessuras) do conjunto de máquinas de painéis eléctricas devido à impossibilidade técnica de emitir o maior torque; a superação dessa limitação permitiria a substituição gradual da máquina hidráulica Express Bender (EB) pela mais moderna e cumpridora EBe em todos os tamanhos produzidos. 0 documento JP-A-2403010919 revela uma unidade de pressão para um material de placa de uma máquina de dobra em que a parte traseira de um quadro superior é articulada à parte traseira de uma armação de fundo para que a parte frontal da moldura superior possa ser aberta e fechada na vertical; as extremidades superiores de um par de braços elásticos fornecidas lado a lado são suportadas na parte de deslocamento por um mecanismo de manivela horizontal prevista no quadro superior. 0 documento WO-A-9801244 revela um dispositivo para movimentar parte de uma máquina para exercer uma força no final do curso compreendendo um primeiro conjunto para mover a peça da máquina, um segundo conjunto orientado em rotação montado em pelo menos um rolamento, uma peça de ligação montada através de um primeiro eixo de ligação do primeiro conjunto e um segundo eixo de ligação no segundo conjunto, definido o eixo por uma relação a ser compensada em relação ao segundo eixo de ligação. 7

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Esta invenção propõe-se fornecer um sistema cinemático para dirigir as unidades de prensagem de máquinas de revestimento que seja capaz de eliminar ou reduzir os inconvenientes descritos acima, resumidos numa força de prensagem disponível reduzida quando se utiliza ferramentas auxiliares, ou quando as peças a ser fabricadas são especialmente longas ou espessas. Essa solução é divulgada no objecto da reivindicação 1. A invenção propõe em primeiro lugar, fornecer um sistema cinemático para a condução das unidades de trabalho de um novo projecto de máquina de revestimento, que prevê a utilização de servo-motores e redutores epicicloidais ou esferoidais, ou seja, os motores com uma saída de alto torque (torque de motores ou similares) ao invés dos tradicionais actuadores hidráulicos, para o movimento da unidade de prensagem.

Os servo-motores e engrenagens de redução, de facto, tornam possível atingir desempenhos muito superiores aos de um sistema hidráulico, sobretudo no funcionamento do rotor de pressão típico das operações de prensagem.

Este controlo elétrico é possível graças a um sistema cinemático para a condução das unidades de prensagem de uma máquina de revestimentos, cujas características estão descritas na reivindicação principal. A invenção propõe a garantir uma força perfuradora nominal, tanto para o uso padrão e quando usada com ferramentas auxiliares posicionadas entre o perfurador/calcador e o contra-perfurador e a contra-lâmina. 8 0 sistema cinemático para a condução da unidade de prensagem de uma máquina de painéis de acordo com a invenção propõe-se reduzir significativamente o torque necessário para a fixação das chapas em comparação com as soluções actualmente utilizadas.

Os dois graus de liberdade do sistema cinemático para a condução da unidade de prensagem de uma máquina de painéis de acordo com a invenção propõe-se permitir o fácil pressionar com torque de trabalho limitado de elementos de espessura (dupla espessura ou mais), por meio da utilização simultânea de uma sequência de eixos.

As reivindicações de pendentes da solução em questão, descrevem modalidades vantajosas da invenção.

As principais vantagens desta solução dizem respeito em primeiro lugar ao facto da unidade de perfurador/calcador da máquina de painéis poder produzir o máximo de força de pressão tanto para o uso padrão como para o uso com ferramentas auxiliares interposicionadas.

Outras vantagens estão no facto de que o mecanismo articulado original apresentar uma sequência de dois graus de liberdade que pode ser activada de forma independente ou simultânea.

Isso permite a abertura extremamente rápida obtida pela activação de ambos os eixos em sequência, com uma maior redução nos tempos de ciclo e um consequente aumento no desempenho da máquina. 9

Isto torna possível a utilização de ambos os eixos para pressionar grossos, com uma consequente distribuição da pressão (torque) em ambos os eixos de sequência, que podem assim ser de menor tamanho, com a vantagem dos custos de produção da máquina.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras características e vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes, ao lermos a seguinte descrição de uma modalidade da invenção, fornecida como um exemplo não limitativo, juntamente com a ajuda dos desenhos que a acompanham:

As figuras 1 a 3 são vistas laterais esquemáticas de um tipo tradicional máquina de pressão;

As Figuras la a 3a são vistas esquemática do projecto de relação funcional; A Figura 4 é uma vista lateral esquemática do sistema cinemático de acordo com a invenção, que activa o sistema de pressão na posição fechado de uma máquina de painéis; A Figura 5 mostra uma visão lateral esquemática do mesmo sistema cinemático em que uma ferramenta auxiliar está inserida; A Figura 6 mostra uma visão lateral esquemática do sistema cinemático de acordo com a invenção na posição aberta;

As Figuras 4a a 6a mostram os desenhos cinemáticos em relação às situações mostradas nas Figuras 4 a 6; A Figura 7 é uma visão esquemática e axonométrica do dispositivo geral de acordo com a invenção. 10

DESCRIÇÃO DE UMA MODALIDADE DA INVENÇÃO

Como mencionado anteriormente, as figuras 1 A 3 e la a 3a são vistas esquemáticas mostrando a construção de máquinas de perfuração produzidas actualmente com uma estrutura de ligação de quatro barras, enquanto a Figura 4 mostra uma máquina equipada com o sistema cinemático de acordo com a invenção e que acciona o sistema de pressão para uma posição fechada de uma máquina de painéisd.

Substancialmente, a máquina de acordo com a invenção consiste num quadro 10 em que uma unidade de prensa 12 é articulada a um pino 11 e é livre para realizar movimentos angulares em torno do pino 11.

Como mostrado na Figura 7, a unidade de prensa 12 consiste num par de elementos 13 que são fixados a uma cabeça 14 de apoio à unidade de prensa superior 15. A unidade de prensa 12 é movida angularmente por uma biela 16, que é activada por uma primeira unidade inferior de manivela 17 e uma segunda unidade superior de manivela 18.

Do ponto de vista da construção, estas primeira 17 e segunda manivelas 18 são feitas usando pinos excêntricos impulsionados por motores independentes respectivos 19 e 20, ou seja, servomotores ou redutores epicicloidais ou esferoidais, que actuam sobre os eixos 21 dos pinos excêntricos.

Na Figura 7 o número de referência 22 mostra o eixo de rotação que actua no pino excêntrico 17, enquanto na Figura 11 5 o número 23 indica uma ferramenta auxiliar montada na cabeça de 14. 0 sistema cinemático descrito para a condução da unidade de prensagem de uma máquina de painéis de acordo com a invenção propõe-se reduzir significativamente o torque necessário para a fixação das chapas em comparação com as soluções actualmente utilizadas.

Os dois graus de liberdade do sistema cinemático, representados pela primeira 17 e segunda 18 manivelas para a condução da unidade de prensagem de uma máquina de painéis de acordo com a invenção, propõe-se permitir a fácil prensagem com um torque de trabalho limitado de elementos de espessura (espessura dupla ou mais) por meio da utilização simultânea dos eixos de sequência. A unidade de perfurador/calcador 12 da máquina de revestimento pode fornecer a força máxima de prensagem, tanto para o uso padrão como para o uso com ferramentas auxiliares interposicionadas. 0 mecanismo articulado original de acordo com a invenção, para a condução da unidade de prensa perfuradora, apresenta dois graus de liberdade numa sequência que pode ser activada de forma independente ou simultânea.

Isso permite a abertura extremamente rápida obtida pela activação dos eixos em sequência, com uma maior redução nos tempos de ciclo e um consequente aumento no desempenho da máquina. 12

Isso torna também possível a utilização de ambos os eixos para pressionar os elementos grossos, com uma consequente distribuição da pressão (torque) em ambos os eixos de sequência, que pode assim ser menor em tamanho, com a a vantagem dos custos de produção da máquina. A máquina é controlada electricamente por meio de um mecanismo que move a unidade de perfurador/calcador e pode conseguir a amplificação do torque suficiente para gerar as forças de fixação necessárias para dobrar as espessuras e comprimentos de acordo com as especificações da máquina em todas as condições de trabalho. 0 sistema articulado formando o mecanismo é cinematicamente considerado um mecanismo plano, em que mecanismo plkano significa um mecanismo cujos membros se movem com movimento plano, com os eixos dos pares girando paralelos uns aos outros e perpendicularmente ao plano do movimento.

Do ponto de vista topológico (número de membros e tipo de uniões), esta é uma cadeia cinemática fechada, com cinco membros conectados por cinco pares cinemáticos de viragem.

Um dos membros é o quadro 10 da máquina. Esta cadeia cinemática tem dois graus de liberdade, ou seja, aceita dois motores independentes, servomotores ou redutores epicicloidais ou esferoidais, neste caso representado por duas manivelas 17 e 18 do sistema cinemático impulsionado pelos motores respectivos 19 e 20.

Do ponto de vista geométrico, o mecanismo: apresenta configurações geométricas particulares (correspondentes às condições cinemáticas da singularidade, no caso de inversão cinemática do movimento) num cenário de 13 configurações em que o mecanismo fixa a chapa, com ou sem ferramentas auxiliares, que geram a ampliação necessária do torque; existem quatro dessas configurações, duas com caracteristicas de singularidade dupla e correspondente à utilização com e sem ferramentas auxiliares colocadas entre o perfurador e o contra-perfurador.

Note-se que o mecanismo de acordo com a invenção é tal que está na condição de singularidade cinemática dupla (referindo-se ao movimento inverso) numa configuração de ambas as configurações significativas para a prensagem.

Este conceito é independente das dimensões geométricas dos membros, incluindo a ferramenta auxiliar, ou da posição do quadro de pares cinemáticos, mesmo que pareça evidente que o efeito de amplificação de certa forma depende dessas dimensões, como o espaço de trabalho da máquina.

Uma vez que o perfurador ou calcador da máquina de acordo com a invenção é movido por meio de dois graus de liberdade do sistema articulado, o movimento do elemento de aperto/prensagem, caracterizado por movimentos bem definidos, é possível e pode ser planeado por um especial e original algoritmo cinemático inverso não iterativo, que, inserido no controlo numérico ou usado como um pré-processador, torna possível realizar movimentos simultâneos ou independentes correspondentes às trajetórias bem definidas

Deve-se notar que a singularidade consiste em: - cadeia cinemática particular com as caracteristicas acima descritas; 14 - tendo métodos aplicados e os algoritmos típicos do sector da robótica para uma máquina-ferramenta, a fim de permitir o controlo do movimento por meio de diferentes variáveis para as coordenadas da ferramenta, e não em ângulos rectos entre si, mas independentes entre si.

Este algoritmo resolve a posição cinemática de um modo não-iterativo e, portanto, com nenhum erro. 0 algoritmo cinemático inverso consiste na resolução de uma ligação fechada, o que corresponde ao encerramento de duas equações não-lineares em duas incógnitas. A resolução não-iterativa ocorre por meio de considerações de tipo geométrico.

De acordo com a invenção, os elementos cinemáticos 13 da unidade de furador/calcador são dispostos em pares independentes, e cada par é accionado pelas respectivas bielas 16 impulsionadas por sua vez, pelos respectivos motores independentes, isto é, servomotores e motores de redução epicicloidais ou esferoidais, de tal modo que agem de forma independente um do outro.

Este conceito torna possível a obtenção de impulsos de torques independentes, que, sendo capazes de agir de forma independente, permitem à cabeça da unidade de perfuração/calcador se adaptar às irregularidades da peça a ser fabricada. A invenção está descrita acima, com referência a uma modalidade preferida. É óbvio que a invenção é susceptível 15 de inúmeras variações que se encontram dentro reivindicações, no âmbito da técnica equivalente. das 16

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES do movimento da unidade de peça semi-acabada, ou seja, de ou semelhante, de máquinas de > uma armação (10) em que uma ) é articulada a um pino (11) e Sistema cinemático apertar/pressionar uma uma chapa de metal painéis, compreendendo unidade de prensa (12) está livre para fazer movimentos angulares em torno do pino (11), a unidade de prensa (12) consistindo em dois pares de elementos (13) fixados a uma cabeça (14) apoiando a ferramenta de pressão superior (15), a unidade de prensa (12) sendo movida angularmente por um par de bielas (16) conduzidas por um primeiro par de manivelas inferiores (17), caracterizado pelo facto da unidade de prensa (12) ser conduzida por um segundo par de manivelas superiores (18), o primeiro (17) e o segundo (18) par de manivelas definindo um mecanismo articulado, para dirigir a unidade de perfurador/calcador com dois graus de liberdade numa sequência que pode ser que pode ser activada de forma independente ou em simultâneo, em que cada manivela (17, 18) das ditas primeira e segunda manivelas são fornecidas com um pino excêntrico accionado por um motor independente (19, 20), isto é, um servomotor e um redutor epicicloidal ou esferoidal agindo sobre um eixo respectivo (21) do um pino excêntrico.
2. 2. Sistema cinemático de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, do ponto de vista topológico, ou seja, o número de membros e o tipo de uniões, a unidade de orientação cinemática do perfurador-calcador (12) consistir numa cadeia cinemática fechada com cinco membros conectados por cinco pares cinemáticos de viragem.
3. 3. Sistema cinemático acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto dum dos membros ser o quadro (10) da máquina, um outro membro ser a primeira manivela (17), o terceiro membro ser a biela (16), o quarto membro ser a segunda manivela e é o último membro ser a unidade de prensa (12). 1
4. 4. Sistema cinemático de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por algoritmos de cinemática inversa, que permitem a definição sem aproximação das trajectórias da ferramenta.
5. 5. Sistema cinemático de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por algoritmos de cinemática inversa não-iterativos, que permitem a definição sem aproximação das trajectórias da ferramenta. 2