PT2366497E - Máquina de processamento e acabamento - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

MÁQUINA DE PROCESSAMENTO E ACABAMENTO

Dominio Técnico A presente invenção diz respeito a uma máquina de acabamento a vários eixos comandada por CNC.

Estado da Técnica

Quando do fabrico e da usinagem das peças metálicas, as operações de acabamento visam nomeadamente modificar o estado da superfície das peças produzidas. O acabamento é um processo lento, efectuado após a usinagem propriamente dita, e necessitando uma multiplicidade de operações sucessivas de lixagem, escovagem, feltragem, polimento, lapidação, etc. a fim de dar à peça acabada o estado de superfície metálica desejada. No presente pedido, as operações de rebarbação são igualmente consideradas como exemplos particulares de operações de acabamento.

As diferentes operações de acabamento implementam diferentes ferramentas, por exemplo diferentes discos ou fitas abrasivas, escovas, mó com grãos variáveis. As múltiplas máquinas de acabamento empregues sucessivamente para terminar a superfície externa de uma peça complexa, por exemplo uma caixa de relógio, uma união de pulseira, óculos, um instrumento de escrita, etc., ocupam portanto, uma superfície importante num atelier ou numa fábrica. Além disso, o operador deve passar de uma máquina para a outra para polir, retificar, escovar, etc. as diferentes partes de uma peça com ferramentas com grãos cada vez mais finos. A requerente propõe desde à vários anos máquinas motorizadas para a retificação, acetinagem, polimento, etc. As máquinas são conhecidas sob o nome de lapidários, serviçais, máquina de polir, máquina para a preparação, máquina de acabamento e podem estar equipadas por uma grande variedade de ferramentas de acabamento que podem ser substituídas rapidamente. As máquinas não são dotadas de comandos numéricos de modo que o operador deve efetuar todas as deslocações da peça ou da ferramenta manualmente. Além disso, é necessário desmontar e remontar manualmente as ferramentas a cada substituição; esta operação, ainda que facilitada pelo sistema de fixação de ferramentas, necessita de um tempo importante. 1 DE4430113 descreve uma máquina de usinagem com duas figuras e um canhão porta-ferramenta destinado a ferramentas rotativas ou ferramentas de polimento. 0 emprego de um canhão permite substituir uma ferramenta entre duas operações sem a desmontar. A construção desta máquina não permite no entanto montar as bandas de polimento ou outras ferramentas muito grandes sobre o canhão. US3024575 descreve um aparelho de polimento comportando uma torre rotativa munida de diferentes ferramentas abrasivas. 0 aparelho não é comandado numericamente. A peça a terminar pode unicamente efectuar movimentos simples, por exemplo rotações em volta de um só eixo paralelo ao eixo de indexação da torre. 0 treinamento das diferentes ferramentas faz-se com a ajuda de motores dedicados, cada ferramenta comportando seu próprio motor. As ferramentas são então volumosas, dispendiosas, dificeis de passar fios eletricamente e dificeis de sincronizar entre si. FR2629747 descreve uma máquina de acabamento de peças moldadas ou usinadas compreendendo uma mesa rotativa com uma pluralidade de pinos porta-peças. Uma ferramenta de acabamento, por exemplo uma banda abrasiva, permite polir alternadamente as diferentes peças transportadas pela mesa. Esta máquina é pouco adaptada ao acabamento de peças volumosas ou complicadas que não podem ser colocadas sobre uma mesa. A mesa não comporta um eixo, para além dos eixos de indexação, e não permite a deslocação complexa da peça a terminar.

Uma solução semelhante àquela de FR2629747 é também descrita em DE3442011. EP1935564 descreve uma máquina de acabamento com três eixos lineares e três eixos de rotação.

No fabrico de peças metálicas somos frequentemente confrontados com peças de uma superfície complexa não expansível, ou seja superfícies genéricas curvadas, por exemplo caixas ou molduras de relógio, que necessitam de acabamento delicado. Estas superfícies não podem ser acabadas de forma totalmente automática com máquinas conhecidas, e o seu acabamento comporta operações manuais, ou várias etapas de tratamento automáticas, ou ainda o emprego de rodas e ferramentas especialmente adaptadas à superfície, à custa da rapidez e economia de produção.

Breve Resumo da invenção

Um objectivo da presente invenção é nomeadamente o de propor uma máquina de acabamento isenta das limitações das máquinas conhecidas, e nomeadamente de propor uma máquina de acabamento 2 permitindo o tratamento automático de quaisquer superfícies curvadas.

Segundo a invenção, este objectivo foi atingido em particular por meio de uma máquina de usinagem e de acabamento para modificar o estado de superfície das peças fabricadas segundo a reivindicação 1 e comportando uma torre com N postes para fixar diferentes ferramentas de acabamento. Meios motorizados comandados numericamente podem fazer rodar a torre, de forma a apresentar uma ferramenta seleccionada de entre as ditas ferramentas face a uma peça a fabricar. Uma unidade porta-peça motorizada permite apresentar uma peça a finalizar face à ferramenta seleccionada. A ferramenta seleccionada e a peça a fabricar podem ser deslocadas uma em relação à outra segundo pelo menos um eixo linear ou vários eixos lineares, controlados por uma unidade de comando CNC.

Por outro lado, a unidade porta-peças comporta pelo menos três eixos rotativos motorizados e permitindo uma rotação contínua da peça sob controlo da unidade de comando CNC.

Esta construção apresenta nomeadamente a vantagem de permitir uma apresentação da peça à ferramenta segundo não importa qual orientação no espaço, e segundo não importa qual superfície com diferentes ferramentas de acabamento, compreendendo as ferramentas volumosas como as bandas abrasivas, sem ser necessário desmontar as ferramentas entre duas operações sucessivas e sem exigir a intervenção de um operador.

Pelo menos certas ferramentas montadas sobre a torre são conduzidas para a torre, de preferência com a ajuda de pinos conduzidos individualmente por motores elétricos (eletro-pinos). Esta solução permite evitar vibrações que seriam geradas por um sistema de transmissão e melhora a precisão do fabrico. Podemos porém conduzir também as ferramentas com a ajuda de um motor elétrico comum ou de um atuador ligado à torre, evitando assim empregar um motor dedicado para cada ferramenta, o que permite reduzir o custo total e a aglomeração das ferramentas. O uso de um único comando numérico para comandar ao mesmo tempo os eixos de uma unidade porta-peças e os eixos da torre respetivamente as ferramentas permitem sincronizar os diferentes deslocamentos e efetuar por exemplo movimentos de interpolação impossíveis de realizar sem esta sincronização.

Breve Descrição dos Desenhos

Exemplos de implementação da invenção estão indicados na descrição ilustrada pelas figuras anexas nas quais: 3 A figura 1 ilustra uma vista em perspetiva de uma máquina de acabamento segundo a invenção.

As figuras 2a, 2b, 3a, 3b, 3c, 3d, 3e ilustram processos de acabamento segundo a invenção. A figura 4 ilustra um grampo expansível dobrado que é utilizável na máquina da invenção, por exemplo para o acabamento das molduras de relógio. A figura 5 mostra um torno auto-centrado que é utilizável na máquina da invenção, por exemplo para o acabamento das ligações de pulseira.

Exemplo(s) de modo de realização da invenção A máquina ilustrada a titulo de exemplo na figura 1 comporta uma estrutura 60 com uma unidade porta-ferramenta à direita na figura e uma unidade porta-peça 2 à esquerda. A estrutura pode comportar uma cobertura não ilustrada. A unidade porta-ferramenta comporta essencialmente uma torre 1 em rotação em volta de um eixo V perpendicular à estrutura, aqui um eixo vertical. A torre pode além disso deslizar em relação à estrutura segundo um eixo X sobre uma corrediça executando os carris 13 e os pinos de esferas, ou qualquer outro sistema de actuação apropriado. O deslizamento segundo o eixo X e o posicionamento segundo o eixo V são gerados por uma unidade de controlo CNC não representada. A torre comporta neste exemplo quatros postes 7, 8, 9 e 10 permitindo montar até quatro ferramentas semelhantes ou diferentes. Torres comportando um número de postes diferentes, por exemplo seis, oito ou mais são possíveis; o espaço angular entre as ferramentas deve porém ser suficiente para impedir a colisão entre as ferramentas volumosas sobre os postes vizinhos. O eixo motorizado V permite posicionar a torre a fim de apresentar uma ferramenta selecionada face à localização da máquina-ferramenta 5 face à unidade porta-peças. Segundo uma variante, o eixo V é motorizado e indexado, permitindo o posicionamento em posições angulares pré-determinadas e múltiplo de um ângulo módulo, por exemplo Io.

Cada poste 7, 8, 9, 10, comporta um pino ou um outro meio de condução de ferramenta; o pino face à localização da máquina-ferramenta 5 pode ser conduzido em rotação através de um mecanismo não ilustrado na torre. 4

No exemplo ilustrado, a torre é munida das ferramentas seguintes:

Um primeiro disco abrasivo 16 sobre o poste 7, por exemplo uma mó, uma escova de polimento, um feltro, um disco abrasivo montado sobre um disco de suporte de ferro fundido ou de material sintético, etc.

Um segundo disco abrasivo 18 sobre o poste 8, por exemplo um disco de tipo diferente ou com um grão diferente.

Um primeiro dispositivo 20 para conduzir uma banda (correia) abrasiva esticada entre dois (ou vários) meios sobre o poste 9. Os meios podem ser constituídos por simples rolos em borracha, um dos meios sendo conduzido diretamente pelo pino (ou outro motor) . O polir ou acetinar ou lustrar pode de preferência ser efectuado apoiando a peça contra uma superfície plana paralela ao eixo do pino, ou contra uma superfície curva, por detrás da banda em deslocamento. Por outro lado, a posição vertical do meio superior em relação ao meio inferior pode de preferência ser ajustado manualmente a fim de modificar o congestionamento e/ou o plano da banda abrasiva.

Um segundo dispositivo 22 para conduzir uma segunda banda abrasiva entre os dois meios 24 e 26 (ou mais) (poste 10).

Outros tipos de ferramentas de acabamento não ilustradas podem ser montados sobre os diferentes postes, compreendendo: um mandril, por exemplo um mandril de aperto rápido auto-aperto, permitindo montar e substituir facilmente rodas ou outras pequenas ferramentas. um dispositivo « entre-pontos » comportando uma banda abrasiva especialmente adaptada para o polimento das caixas de relógio entre os dois pontos de fecho do bracelete. escovas de acetinar, feltros, tampões de polimento, etc.

Os diferentes postes da torre podem também ser ocupados por ferramentas permitindo o fabrico de peças semi-acabadas para retirada de matéria, por exemplo: um cabo de rato para limar ou trabalhar as aberturas ou as porções côncavas da peça. rodas de forma. fresadoras de forma. 5 ferramentas de corte fixas, por exemplo formões ou ferramentas de tornear, agindo sobre a peça conduzida em rotação pelo eixo C. diamantes. etc.

As ferramentas são fixas sobre os respetivos pinos da torre manualmente ou automaticamente por sistemas diversos (exemplo HSK©, cone ISO, narigueta Crevoisier, etc....)· Outras ferramentas podem ser montadas com a ajuda de um eixo diretamente aparafusado no pino. Segundo uma variante preferencial, os pinos dos quatro postes 7, 8, 9, 10 são conduzidos por quatro motores elétricos independentes (electro-pinos), em que a velocidade é determinada pela unidade de controlo CNC. Podemos porém, imaginar também uma variante da invenção pela qual as ferramentas são conduzidas por um motor comum.

Opcionalmente, a torre pode também incluir dispositivos suplementares, por exemplo bandas abrasivas, completamente independentes pinos 7-10. Para a execução de trabalhos complexos, a máquina da invenção pode ser equipada por um dispositivo de mudança automática de ferramentas.

Segundo um aspecto independente da invenção, a torre é equipada de ferramentas de acabamento, tais como bandas, rodas etc., e também ferramentas de corte, por exemplo fresadoras, fresadoras de forma, escopros, diamantes, ou qualquer outra ferramenta apropriada. Desta forma, a máquina da invenção pode executar uma sucessão completa de operações de fabrico e de acabamento a partir de peças brutas e semi-acabadas. A unidade porta-peça 2 permite essencialmente apresentar uma peça a fabricar 40 face à ferramenta selecionada sobre a localização 5. Ela é montada sobre uma corrediça horizontal 46 segundo o eixo Z (perpendicular a X) a fim de se aproximar ou de se afastar da unidade porta-ferramenta. Uma corrediça vertical 48 em Y permite ajustar a distância entre a peça e a base 60. A ferramenta selecionada e a peça a fabricar 40 podem então ser deslocadas uma em relação à outra segundo três eixos lineares ortogonais motorizados X, Y e Z. As coordenadas dos deslocamentos segundo esses eixos são lidas por codificadores apropriados, por exemplo réguas ópticas, e transmitidas à unidade de controlo CNC.

Um eixo de rotação motorizado horizontal A paralelo ao eixo X permite fazer rodar a peça fabricada a fim de modificar o ângulo de ataque em relação à ferramenta. O eixo A é conduzido por um motor 81, preferivelmente um motor de tipo « condução directa » (condução directa). A rotação do eixo A é medida em continuo por um codificador angular de precisão, por exemplo de tipo óptico ou magnético, e transmitido à unidade de controlo CNC. 6

Uma esquadria 82, conduzido em rotação pelo eixo A sustem um segundo motor 83, o qual poderá ser também do tipo « condução directa », ou efectivamente comportar um redutor. 0 segundo motor 83 acciona um segundo eixo de rotação motorizado B. 0 ângulo entre os eixos A e B, por exemplo 45°, é determinado pela esquadria 82. A posição do eixo B é lida e transmitida à unidade de controlo CNC, como pelo eixo A.

Uma segunda esquadria 85 e um terceiro motor 84 formam um terceiro eixo rotativo C. A posição angular do terceiro eixo C é também lida diretamente por um codificador acessivel à unidade de controlo CNC. 0 ângulo entre o eixo B e o eixo C é definido pelo suporte 85, por exemplo 45°. 0 motor 84 é apto a rotação continua. 0 eixo C é neste caso um eixo-pino de tipo « condução directa » controlado pela CNC, permitindo posicionar a peça a acabar 40 a um ângulo qualquer, ou de conduzir a peça 40 em rotação a uma velocidade determinada pela unidade de controlo, por exemplo 2000 t/min. Esta modalidade de funcionamento é nomeadamente utilizada para o acabamento das peças com simetria de rotação, por exemplo as bases de relógios, e para as operações de torneamento.

Segundo a necessidade, a máquina pode também estar ligada a um paleteador robotizado ou a um outro dispositivo para o carregamento/descarregamento automático das peças a fabricar.

Segundo uma variante, não ilustrada, o eixo C transporta na sua extremidade uma ferramenta de corte, por exemplo uma fresadora, ou um cinzel e é comandado pela unidade de controlo CNC para posicionar a ferramenta num ângulo definido para o conduzir em rotação com uma velocidade definida. Os pinos 7-10 sobre a torre equipados de mandris ou de todo outro dispositivo para a manutenção das peças a fabricar. A disposição de três eixos de rotação A, B, C, interligados por esquadrias tendo um ângulo diferente de 90°, por exemplo de 45°, permitindo uma redução significativa das dimensões e um melhoramento da rigidez e da precisão da máquina da invenção.

Os ângulos e as dimensões das esquadrias 82 e 85 são escolhidos de forma a que os eixos de rotação A, B, C se cruzem num ponto no espaço. A unidade porta-peça 2 está organizada de forma a que o ponto comum dos eixos de rotação se encontre sobre a peça a fabricar. Esta disposição minimiza os movimentos dos eixos lineares X, Y, Z a quando do fabrico. O comando CNC permite ainda de preferência movimentos de interpolação, quer dizer deslocamentos da peça e/ou da ferramenta durante o fabrico, e nomeadamente movimentos de interpolação segundo os três eixos rotativos A, B, C e eventualmente também os três eixos lineares X, Y, Z a fim de 7 fabricar peças complexas com superfícies não desenvolvidas, por exemplo quaisquer superfícies irregulares. Preferivelmente, a máquina da invenção será equipada de ferramentas especiais, em que a forma foi antecipadamente calculada em função da superfície a fabricar. A unidade porta-peças está de preferência equipada por um sistema de aperto da peça intercambiável 42. Numa variante preferencial, a máquina pode ser equipada à escolha por uma pinça expansível automática e por um aperta-peças amovível do tipo Erowa (marca depositada), Sistema 3R (marca depositada) ou semelhante, ou de um sistema de manutenção por vácuo, ou accionável manualmente, para agarrar a peça fabricada.

Segundo uma variante, ilustrada pela figura 4, a unidade porta-peças 2 é equipada por uma pinça expansível curvada 49 permitindo prender uma peça lateralmente em relação ao eixo C. Esta disposição permite o acesso a certas superfícies de peças complexas, por exemplo as superfícies inferiores de uma cercadura de relógio. A figura 5 ilustra uma outra variante do porta-peças 2, compreendendo um torno auto-centrado 47 automático. Esta variante é utilizada, preferivelmente, para o acabamento dos elementos de um relógio de pulso. A máquina ilustrada na figura comporta um eixo linear X sobre a unidade porta-ferramentas e dois eixos lineares Y e Z sobre a unidade porta-peças. Outras distribuições são possíveis; é por exemplo possível prever três eixos X, Y e Z do lado da unidade porta-peças, ou não importa qual distribuição desejada considerando todavia que é preferível evitar os deslocamentos frequentes das ferramentas, muito mais pesadas e embaraçosas que a peça.

Por outro lado, a disposição ilustrada pode também ser rodada de 90° pondo o eixo Z vertical e os eixos X e Y num plano de esquadria horizontal. A máquina da invenção é particularmente adaptada ao fabrico e ao acabamento de peças complexas e comportando quaisquer superfícies irregulares, em particular no domínio da relojoaria. As figuras 2a e 2b representam por exemplo caixas de relógio de pulso 120 comportando uma superfície irregular 122 e superfícies entre os pinos 125 e 126. As figuras 3a, 3b, 3c, ilustram três movimentos da retificação da face 122 com o dispositivo da invenção. Os eixos A, B, C, X, Y, Z são comandados pela unidade de controlo CNC com um processo de interpolação a fim de apresentar todos os pontos a fabricar da face 122 tangencialmente à roda 16. O dispositivo da invenção adota igualmente a retificação ou o alisado das superfícies entre os pinos 125 e 126 visíveis na figura 2a, como o mostram as figuras 3d e 3e. Por outro lado, o dispositivo da invenção é particularmente adaptado para o 8 fabrico, o acabamento, a retificação ou alisado componentes de relógio comportando quaisquer desenvolvidas ou irregulares, como por exemplo os fundos de caixa, as argolas de bracelete, as fechos.

Lisboa,17 de Junho de 2013. de todas as superfícies, caixilhos, os coroas ou os 9

Lista dos símbolos de referência utilizados 1 Torre 2 Unidade porta-peça 5 Localização de máquina-ferramenta 7-10 Postes para fixar as ferramentas na torre (pinos) 13 Guias (eixo X) 16 Mó no poste 7 18 Segundo disco abrasivo no poste 8 20 Banda abrasiva no poste 9 22 Banda abrasiva no poste 10 28 Cobertura protectora 40 Peça a fabricar 42 Aperto de peça amovivel 44 Pino porta-aperto

46 Guias eixo Z 47 Torno auto-centrado

48 Guias eixo Y 49 Pinça expansível curvada 60 Estrutura da máquina

81 Motor A 82 Esquadria 45°

83 Motor B

84 Motor C 85 Esquadria 45° 120 Caixa de relógio 122 Superfície irregular 10 125 125 126

Superfície entre-pinos Superfície entre-pinos 11

Claims (13)

1. REIVINDICAÇÕES 1 Máquina de fabrico e acabamento para peças mecânicas, comportando: Uma unidade de comando CNC Uma torre (1) com uma pluralidade de postes (7-10) para fixar diferentes ferramentas de corte e/ou de acabamento (16, 18, 20, 22), Meios motorizados comandados numericamente para fazer rodar a torre (1), de forma a apresentar uma ferramenta selecionada entre as ditas ferramentas face a uma peça a fabricar, Uma unidade porta-peça comandada numericamente para apresentar uma peça (40) a acabar face à dita ferramenta selecionada, A dita unidade porta-peça comportando um eixo linear ou vários eixos lineares motorizados (Χ,Υ,Ζ), controlados pela dita unidade de comando CNC, e pelo menos três eixos rotativos motorizados (A,B,C), cada um dos três eixos rotativos permitindo uma rotação continua da peça sob controlo da unidade de comando CNC, caracterizada em que os ditos pelo menos três eixos rotativos motorizados compreendem um primeiro eixo de rotação motorizado (A) , um segundo eixo de rotação motorizado (B) conduzido pelo primeiro eixo de rotação (A) através de uma primeira esquadria (83) determinando um primeiro ângulo de inclinação fixo entre o primeiro eixo de rotação (A) e o segundo eixo de rotação (B) , e um terceiro eixo de rotação (C) conduzido pelo segundo eixo de rotação (B) através de uma segunda esquadria (85) determinando um segundo ângulo de inclinação fixo entre o dito segundo eixo de rotação (B) e o terceiro eixo de rotação (C) , no qual os ditos três eixos de rotação (A,B,C) se cortam num ponto no espaço.
2. 2. Máquina de fabrico e acabamento segundo a reivindicação 1, na qual pelo menos as ditas ferramentas comportam uma banda abrasiva (20) alongada entre centros.
3. 3. Máquina de fabrico e acabamento segundo a reivindicação 1, na qual pelo menos uma das ferramentas é constituída por uma mó.
4. 4. Máquina de fabrico e acabamento segundo as reivindicações de 1 a 3, na qual a dita unidade porta-peça permite deslocar a dita peça segundo pelo menos dois eixos lineares (Z,Y) ortogonais e independentes. 1
5. 5. Máquina de fabrico e acabamento segundo a reivindicação 4, na qual a dita torre é conduzida por um terceiro eixo linear motorizado (X) ortogonal aos ditos eixos lineares (Z,Y) permitindo deslocar a peça, o dito terceiro eixo linear sendo controlado pela dita unidade de comando CNC.
6. 6. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações 1 a 5, na qual pelo menos um mandril é fixado sobre um dos ditos postes a fim de conduzir uma escova de polimento, um feltro ou uma almofada de polimento.
7. 7. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações 1 a 6, na qual pelo menos um dos ditos primeiros ângulos de inclinação é fixo e o segundo ângulo de inclinação fixo é diferente de 90°.
8. 8. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações 1 a 7, na qual os ditos pelo menos três eixos rotativos motorizados comportam motores do tipo condução directa, e os codificadores angulares dispostos para ler diretamente a posição angular da árvore de sarda dos eixos rotativos respectivos.
9. 9. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações precedentes, na qual o dito terceiro eixo de rotação (C) um eixo-pino tendo na sua extremidade a peça a fabricar ou uma ferramenta de corte e podendo, segundo as instruções da unidade de controlo CNC, seja posicionar a peça num ângulo definido, seja conduzir a peça ou a ferramenta em rotação com uma velocidade de rotação definida.
10. 10. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações 1 a 9, na qual a dita unidade porta-peça é equipada por um sistema de aperto de peça intercambiável, de uma pinça expansível pneumática para prender a peça a fabricar, e/ou de um aperta-peça amovível de tipo Sistema 3R (marca depositada) ou outro para prender a peça a fabricar.
11. 11. Máquina de fabrico e acabamento segundo uma das reivindicações 1 a 10, na qual a dita torre é conduzida por um eixo de rotação motorizado controlado pela dita unidade de controlo CNC.
12. 12. Processo de fabrico e acabamento de peças comportando uma superfície irregular por uma máquina de fabrico segundo uma das reivindicações precedentes, e compreendendo as etapas seguintes: posicionamento da torre porta-ferramenta de forma a pôr uma ferramenta de corte e/ou uma ferramenta de acabamento selecionada entre várias ferramentas sobre a torre face a uma peça a fabricar; comando, da parte da unidade de comando CNC, 2 peça à de forma a apresentar a superfície irregular da ferramenta. a dita
13. 13. Processo segundo a reivindicação precedente, na qual peça a fabricar é uma componente de relógio. Lisboa, 17 de Junho de 2013. 3