WO2019244080A1

WO2019244080A1 - Máquina de fresagem e furação profunda

Info

Publication number: WO2019244080A1
Application number: PCT/IB2019/055176
Authority: WO
Inventors: Sérgio David TAVARES ANDRÉ
Original assignee: Chetocorporation, S.A.
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2019-12-26
Also published as: CN112533714A; JP2021528260A; EP3812067A1; MX2020014197A; US20210162514A1; CA3104238A1; KR20210031649A; BR112020026254A2; US11484951B2

Abstract

O presente pedido descreve uma máquina de fresagem e furação profunda, operada por uma unidade de controlo, que comanda de forma coordenada e automática a ação de um braço robótico (1), responsável pelas ações de fresagem e de furação profunda, e de pelo menos um armário técnico de armazenamento de ferramentas. O braço robótico (1) é formado por uma estrutura móvel, compreendendo uma estrutura base (1.1) ao longo da qual, por intermédio de carris de deslizamento (1.2), se desloca uma unidade motriz (15). A configuração do modo de fresagem na máquina é efetuada acoplando à unidade motriz (15) uma ferramenta de fresa. Para a configuração do modo de furação profunda, a estrutura base (1.1) do braço robótico (1) compreende meios de acoplamento (10) que permitem a montagem de uma cassete (2) na qual está instalada a ferramenta de furação profunda. Figura para publicação

Description

DESCRIÇÃO

"Máquina de fresagem e furação profunda"

Domínio técnico

A presente aplicação descreve uma máquina de fresagem e furação profunda.

Antecedentes

Atualmente observa-se que a troca de uma broca de furação profunda é um processo que exige intervenção humana, intervenção essa que interrompe o ciclo automático de trabalho de uma máquina ferramenta, afetando de forma significativa o tempo total de maquinação.

Com efeito, tratando-se de uma máquina de fresagem e furação profunda, a intervenção humana pode ocorrer em duas situações :

i. Passagem do modo de fresagem para o modo de furação profunda, ou vice-versa, através do carregamento de uma broca canhão, doravante designadas simplesmente por ferramenta de furação, ou de uma ferramenta de fresa; ii. Troca de ferramenta de furação ou de fresa.

A situação i., exige a libertação automática da ferramenta e intervenção do operador levando-o a interromper o ciclo de trabalho. O operador é responsável por montar, de forma manual, todo o equipamento (ponteiras, amortecedores, falanges, lunetas, ferramenta, cone) necessário ao correto acoplamento da ferramenta à máquina. A situação ii. implica a substituição manual, pelo operador, da ferramenta e de todo o seu equipamento de suporte (ponteira, amortecedores, falanges, lunetas e cone) por alteração do diâmetro/comprimento pretendido para a ferramenta ou por desgaste da própria, por exemplo.

Sumário

O presente pedido descreve uma máquina de fresagem e furação profunda compreendendo:

— um braço robótico compreendendo:

— uma estrutura móvel adaptada a executar movimentos lineares a 3-dimensões no interior da máquina;

— uma estrutura base compreendendo carris de deslizamento e meios de acoplamento do tipo braço- cassete;

— uma árvore que se desloca ao longo de uma estrutura base através de carris de deslizamento;

— pelo menos um armário técnico compreendendo:

— pelo menos uma ferramenta de fresa; a referida ferramenta de fresa compreendendo um cone para acoplamento à árvore e um mecanismo de bloqueio de rotação do cone aquando do ato de acoplamento à árvore; e/ou

— pelo menos uma cassete; a referida cassete compreendendo :

— uma ferramenta de furação, compreendendo um cone para acoplamento à árvore e respetivo apoio de cone;

— um mecanismo de bloqueio de rotação adaptado a bloquear a rotação do cone aquando do ato de acoplamento à árvore;

— um mecanismo de bloqueio mecânico adaptado a fixar a posição do apoio de cone;

— meios de acoplamento do tipo cassete-braço; — uma unidade de controlo, compreendendo meios de processamento, especialmente configurados para operar o braço robótico e pelo menos um armário técnico.

Num modo particular de realização da máquina, o armazenamento de pelo menos uma ferramenta de fresa e de pelo menos uma cassete no armário técnico faz-se através de amarres automáticos. Os meios de acoplamento braço-cassete ou cassete-braço poderão ser do tipo amarres automáticos.

Num modo particular de realização da máquina, a instalação de uma ferramenta de furação profunda na cassete é efetuada através de lunetas, cujo número varia em função do comprimento da dita ferramenta. A luneta poderá compreender uma chapa de bloqueio, dois linguetes elásticos, adaptados a acoplar o amortecedor que fixa a ferramenta à cassete.

Num modo particular de realização da máquina, o apoio de cone da ferramenta de furação profunda compreende um rolamento para sustentar o cone da ferramenta, uma flange amovível, um perno de bloqueio e um mecanismo de deslocamento, para posicionamento ao logo da estrutura base do braço robótico.

Ainda num modo particular de realização da máquina, o mecanismo de bloqueio de rotação da cassete compreende um bloco, uma mola e um parafuso batente, onde o bloco se movimenta linearmente num curso restrito pela ação da mola e do parafuso batente. Num modo particular de realização da máquina, o mecanismo de bloqueio mecânico compreende uma régua de ajuste na qual se desloca um castelo ajustável às várias dimensões da ferramenta .

Finalmente num modo particular de realização da máquina, o armário técnico compreende uma cortina de proteção e uma janela de acesso ao exterior para intervenção manual do operador .

Descrição geral

0 presente pedido surge da necessidade de automatizar a operação de uma máquina de fresagem e furação profunda, evitando a intervenção de um operador. Para tal propõe-se uma máquina de fresagem e furação profunda, doravante designada simplesmente por máquina, cujo funcionamento é comandado por uma unidade de controlo, que opera de forma coordenada a ação de um braço robótico, responsável pelas ações de fresagem e de furação profunda, e de pelo menos um armário técnico de armazenamento de ferramentas.

O braço robótico é formado por uma estrutura móvel que garante o seu movimento linear a 3 dimensões, no interior da máquina. O braço robótico compreende uma estrutura base ao longo da qual, por intermédio de carris de deslizamento, se desloca uma unidade motriz, doravante designada por árvore.

A configuração do modo de fresagem na máquina é efetuada acoplando à arvore uma ferramenta de fresa, por intermédio de um cone, estando para esse efeito a árvore na posição mais exterior do braço robótico. As ferramentas de fresa são armazenadas num armário técnico em local da máquina onde o braço robótico tenha alcance. Para a configuração do modo de furação profunda, a estrutura base do braço robótico compreende meios de acoplamento - encaixes de bloqueio automático braço-cassete - que permitem a montagem de uma cassete de furação profunda. O acoplamento entre a cassete e a estrutura base do braço robótico faz-se através de amarres automáticos complementares, dispostos em ambos os componentes, estando para esse efeito a árvore totalmente recolhida na posição mais interior da estrutura base.

As cassetes estão armazenadas num armário técnico, por meio de amarres automáticos - encaixes de bloqueio automático cassete-armário técnico - num local da máquina onde o braço robótico tenha alcance. Cada cassete tem instalada uma ferramenta de furação profunda com caracteristicas particulares de diâmetro e comprimento. A instalação da ferramenta na cassete é efetuada através de lunetas, cujo número pode variar consoante a relação comprimento/diâmetro da ferramenta. A operação de carregamento ou remoção de cassete faz-se por carregamento automático da mesma na estrutura base do braço robótico, sem interromper o ciclo de maquinação, por ação coordenada da unidade de controlo sobre o braço robótico e sobre o armário técnico onde esta se encontra armazenada.

Para a automatização das ações de carregamento e remoção de uma ferramenta de fresa ou cassete na estrutura base do braço robótico, garantido a correta e ininterrupta operação da máquina, ambos são dotados de mecanismos de bloqueio. No caso de uma ferramenta de fresa esta compreende um mecanismo de bloqueio de rotação, com o propósito de garantir a não rotação do cone da ferramenta aquando do ato de acoplamento a arvore. Quanto à cassete, esta é dotada de dois mecanismos de bloqueio complementares, que atuam ao nivel da ferramenta de furação profunda nela instalada e da árvore do braço robótico, na qual esta se irá acoplar. O primeiro mecanismo é o mecanismo de bloqueio mecânico, e tem como objetivo garantir o correto posicionamento e fixação do apoio de cone da ferramenta, que promove o amarre à árvore. Para tal, a cassete compreende uma régua de ajuste na qual se desloca o mecanismo de bloqueio mecânico e que contém um castelo ajustável às várias dimensões de broca canhão. Em função do comprimento da ferramenta a instalar na cassete e devido à interação do castelo com o mecanismo de bloqueio mecânico, é permitido o bloqueio do apoio de cone da ferramenta na posição adequada para o posterior acoplamento da árvore. A operação de instalação da ferramenta na cassete, e respetiva operacionalização do mecanismo de bloqueio mecânico, é executada pelo operador à priori do funcionamento da máquina. O segundo mecanismo de bloqueio diz respeito ao bloqueio de rotação, e tem como objetivo garantir a não rotação do cone da ferramenta aquando do ato de acoplamento à arvore.

A unidade de controlo está encarregue de controlar os movimentos lineares a 3-dimensões do braço robótico, no interior da máquina, e o armário técnico, nomeadamente a ação da sua cortina de proteção. A ação da unidade de controlo, sobre estes dois componentes, faz-se ao nivel da: i. Operacionalização do modo de furação profunda, através do carregamento na estrutura base do braço robótico de uma cassete armazenada no armário técnico ;

ii. Operacionalização do modo de fresagem, através do carregamento na estrutura base do braço robótico de uma ferramenta de fresa armazenada no armário técnico ;

iii. Configuração do modo de fresagem ou de furação profunda, por substituição da ferramenta de fresa ou da cassete acoplada à estrutura base do braço robótico, por alteração dos parâmetros de fresa/furação - diâmetro/comprimento da ferramenta, respetivamente ;

iv. Remoção da ferramenta de fresa ou cassete acoplada à estrutura base do braço robótico, e consequente armazenamento da mesma no armário técnico.

Para o carregamento de uma ferramenta de fresa na estrutura base do braço robótico, tal como implica a operação definida no ponto ii., a unidade de controlo opera sobre o braço robótico e o armário técnico, da seguinte forma:

— a árvore movimenta-se até à sua posição mais exterior;

— o braço robótico desloca-se, através de movimentos lineares, até ao armário técnico, posicionando-se junto à ferramenta de fresa que pretende carregar, dando-se a abertura da cortina de proteção;

— Segue-se o posicionamento da ferramenta de fresa em relação à árvore;

— A árvore faz o movimento linear de aproximação ao cone da ferramenta, seguido do seu amarre à árvore, que habilita o braço robótico, e por extensão a máquina, a realizar a operação de fresagem.

Para o carregamento de uma cassete na estrutura base do braço robótico, tal como implicam as operações definidas nos pontos i. e iii., a unidade de controlo opera sobre o braço robótico e o armário técnico, da seguinte forma: — árvore movimenta-se até a sua posição mais recolhida;

— seguidamente o braço robótico desloca-se, através de movimentos lineares, até ao armário técnico, posicionando-se junto à cassete que pretende carregar, dando-se a abertura da cortina de proteção;

— segue-se o movimento de aproximação do braço robótico à cassete;

— são desabilitados os encaixes de bloqueio automático braço-cassete; dá-se o encosto da estrutura base do braço robótico à cassete; são habilitados os encaixes de bloqueio automático braço-cassete e de seguida desabilitados os encaixes de bloqueio automáticos cassete- armário técnico;

— O braço robótico afasta-se do armário técnico e dá-se o fecho da cortina de proteção;

— A árvore faz o movimento linear de aproximação ao cone da ferramenta, seguido do seu amarre à árvore, que habilita o braço robótico, e por extensão a máquina, a realizar a operação de furação profunda com a ferramenta instalada na cassete.

Por outro lado, para executar a libertação da ferramenta de fresa ou cassete, tal como define o ponto iv., a unidade de controlo opera sobre o braço robótico e o armário técnico, da seguinte forma:

Libertação da ferramenta de furação:

— a árvore executa a função de desamarre da ferramenta de furação instalada na cassete, libertando o cone da ferramenta, seguindo-se o movimento linear de afastamento da árvore relativamente ao cone, até a uma posição de extremo da estrutura base do braço robótico; — Este afastamento faz atuar o sistema de bloqueio do cone, de forma a que este mantenha a posição relativa à cassete, até ser solicitada nova operação de carregamento ;

— Dá-se a abertura da cortina de proteção e o braço robótico inicia a aproximação da cassete ao armário técnico. Sendo desabilitados os encaixes bloqueio automático cassete - armário técnico; dá-se o encosto da cassete ao armário técnico; são habilitados os encaixes bloqueio automático cassete - armário técnico; e de seguida desabilitados os encaixes de bloqueio automático braço - cassete;

— Dá-se o afastamento do braço robótico em relação ao armário técnico, habilitando o braço robótico e por extensão a máquina a realizar a operação de fresagem.

Libertação da ferramenta de fresagem:

— a árvore executa a função de desamarre da ferramenta instalada na cassete, libertando o cone da ferramenta de fresagem, seguindo-se o movimento linear de afastamento da árvore relativamente ao cone, até a uma posição de extremo da estrutura base do braço robótico;

— dá-se a aproximação do braço robótico ao armazém técnico das ferramentas de fresagem e abertura da cortina de proteção ;

— em seguida dá-se o armazenamento da ferramenta de fresagem no armário técnico e o fecho da cortina.

Breve descrição das figuras

Para uma mais fácil compreensão do presente pedido juntam- se em anexo figuras, as quais, representam realizações preferenciais que, contudo, não pretendem limitar a técnica aqui divulgada.

A figura 1 ilustra o acoplamento de uma cassete à estrutura base do braço robótico, onde os sinais numéricos de referência significam:

1 - braço robótico;

1.1 - estrutura base;

1.2 - carris de deslizamento;

2 - cassete;

10 - encaixes de bloqueio automático braço - cassete; 15 - árvore.

A figura 2 ilustra o braço robótico configurado para efetuar a operação de fresagem, onde os sinais numéricos de referência significam:

1 - braço robótico;

1.1 - estrutura base;

1.2 - carris de deslizamento;

15 - árvore;

16 - ferramenta de fresagem.

A figura 3 ilustra uma vista explodida de uma cassete, onde os sinais numéricos de referência significam:

4 - caixa de limalhas;

5 - ponteira da ferramenta;

6 - amortecedores;

7 - luneta;

8 - apoio de cone;

9 - régua de ajuste e bloqueio de apoio de cone;

10 - encaixe de bloqueio automático braço - cassete; 11 - encaixe de bloqueio automático cassete - armário técnico ;

12 - tesoura espaçadora de lunetas;

13 - guia de luneta e apoio de cone;

14.1 - castelo de bloqueio de apoio de cone habilitado;

14.2 - castelo de bloqueio de apoio de cone desabilitado ;

18 - ferramenta.

A figura 4 ilustra uma vista pormenorizada do elemento apoio de cone, onde os sinais numéricos de referência significam:

8.1 - cone;

8.2 - rolamento de apoio de cone;

8.3 - flange amovível;

8.4 - perno de bloqueio de ferramenta;

8.5 - patins;

8.6 - mecanismo de bloqueio mecânico;

8.7 - mecanismo de bloqueio de rotação;

8.8 - flange fixa.

Descrição de formas de realização

Fazendo referência às figuras, algumas formas de realização são agora descritas de forma mais pormenorizada, as quais não pretendem, contudo, limitar o âmbito do presente pedido.

Num modo preferencial de realização da máquina de fresagem e de furação profunda desenvolvida, esta compreende no seu interior, um braço robótico (1), adaptado a executar movimentos lineares a 3-dimensões sobre todo o espaço interior da referida máquina, um armário técnico (3), carregado com múltiplas cassetes (2), e uma unidade de controlo configurada para comandar as operações de fresagem ou furação profunda, por controlo coordenado das ações do braço robótico (1) e do armário técnico (3) .

A cassete (2) é configurada para comportar diferentes tipos de ferramentas (18), com respetivos valores de diâmetro e/ou comprimento, sendo que para isso, cada cassete (2) é compreendida por:

- Caixa de limalhas (4) que contém falanges frontal (4.1) e traseira (4.2) ;

- Ponteira de ferramenta ( 5 ) ;

- Amortecedores (6);

- Lunetas ( 7 ) ;

- Apoio de cone (8);

- Régua de ajuste e de bloqueio do apoio do cone (9);

- Encaixe de bloqueio automático braço - cassete (10);

- Encaixe de bloqueio automático cassete - armário técnico (11) ;

- Tesoura espaçadora de lunetas (12);

- Guia de lunetas e apoio de cone (13);

- Castelo de bloqueio de apoio de cone habilitado (14.1);

- Castelo de bloqueio de apoio de cone desabilitado (14.2);

- Ferramenta (18) .

O número de lunetas (7) que uma cassete (2) possui varia consoante a relação comprimento/diâmetro da ferramenta (18) . Cada luneta (7) é formada por uma chapa de bloqueio (7.1) e dois linguetes elásticos (7.2 e 7.3), sendo a sua função a de acoplar o amortecedor que tem como objetivo fixar a ferramenta (18) à cassete (2), e garantir a sua estabilidade durante o funcionamento. Para além disso, consoante o diâmetro da ferramenta (18), os amortecedores (6) também variam, existindo um amortecedor especifico para cada diâmetro de ferramenta. A operação de montagem ou desmontagem de uma ferramenta (18) da cassete (2) é efetuada por um operador, ou num estágio anterior ao armazenamento da cassete (2) no armário técnico (3) ou estando ela já armazenada através de uma porta de acesso ao armário (3) . O cone da ferramenta (8.1) detém o rolamento (8.2) que o sustenta no apoio de cone (8), e pela abertura da falange amovível (8.3) é possível inseri-lo ou remove-lo do apoio juntamente com a ferramenta (18), e com o desaperto do perno de bloqueio (8.4) é permitida a montagem ou desmontagem da ferramenta (18) . Dependendo do comprimento da ferramenta (18), o apoio de cone (8) é posicionado por meio dos patins (8.5) à cassete (2) e fixo por meio do mecanismo de bloqueio mecânico (8.6), que se posiciona na régua de ajuste (9) através do castelo de bloqueio do apoio do cone habilitado (14.1) .

O apoio de cone (8) é posicionado na cassete (2) através de um mecanismo de bloqueio, designado por mecanismo de bloqueio mecânico (8.6) e por meio da régua de ajuste (9) que é dotada de castelos amovíveis (14.1, 14.2) . Estes permitem a montagem de diferentes comprimentos de ferramenta tornando a cassete (2) flexível. O castelo de bloqueio de apoio de cone, pode assumir duas posições habilitando (14.1) e desabilitando (14.2) o apoio de cone (8) da ferramenta na posição desejada.

O mecanismo de bloqueio de rotação (8.7) tem como função garantir o bloqueio de rotação do cone da ferramenta que acopla à árvore (15) . Este é composto por um bloco, uma mola e um parafuso batente, embutidos numa caixa da falange fixa (8.8) . O bloco move-se linearmente num curso restrito pela ação da mola e do parafuso batente. Tanto no amarre como no desamarre do cone da ferramenta (8.1) é garantido que a árvore (15) posiciona o cone (8.1) alinhado com o mecanismo de bloqueio (8.7) . O bloco assume duas posições, posição bloqueado e posição desbloqueado. A posição bloqueada é a posição normal por defeito, garantida pela ação da mola, que expõe a geometria do bloco de forma a bloquear o cone (8.1) . A posição desbloqueada é feita pela ação de encosto da árvore (15) na altura do amarre do cone (8.1), fazendo com que o bloco entre para dentro caixa da falange fixa e assim desbloqueando a rotação do cone (8.1) . Esta ação ocorre com o esmagamento da mola que exerce uma força inferior ao mecanismo de bloqueio mecânico (8.6) de forma a que o apoio de cone (8) não se mova na ação de amarre.

A cassete (2) é instalada na estrutura base (1.1) do braço robótico (1), através de amarres automáticos complementares - encaixe de bloqueio automático braço - cassete (10) e encaixe de bloqueio automático cassete - armário técnico (11) ·

As cassetes são armazenadas no armário técnico (3), por meio de amarres automáticos - encaixes de bloqueio automático cassete - armário técnico (11) - estando acessíveis ao braço robótico (1), para posterior instalação automática, sem necessidade de interromper o ciclo de maquinação. Num modo particular de realização, o armário técnico (3) compreende uma cortina de proteção (17), de forma a manter as cassetes protegidas das limalhas e de óleo. O armário técnico (3) compreende uma janela de acesso ao exterior para intervenção manual do operador que alimenta as cassetes (2) aí armazenadas com as ferramentas (18) .

A máquina é comandada por ação de uma unidade de controlo, que se encarrega de controlar a operação integrada do braço robótico (1) e do armário técnico (3), atuando ao nível do acionamento dos encaixes de bloqueio automático (10), (11), da cortina de proteção (17) do armário técnico (3) e ao nível da árvore (15), para a operacionalização e configuração das ações de fresagem e de furação profunda.

A presente descrição não é, naturalmente, de modo algum restrita às realizações apresentadas neste documento e uma pessoa com conhecimentos médios da área poderá prever muitas possibilidades de modificação da mesma sem se afastar da ideia geral, tal como definido nas reivindicações. As realizações preferenciais acima descritas são obviamente combináveis entre si. As seguintes reivindicações definem adicionalmente realizações preferenciais.

Claims

RE IVINDICAÇÕES

1. Máquina de fresagem e furação profunda compreendendo:

— um braço robótico compreendendo:

— pelo menos um armário técnico compreendendo:

— pelo menos uma cassete; a referida cassete compreendendo

2. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o armazenamento de pelo menos uma ferramenta de fresa e de pelo menos uma cassete no armário técnico é feito através de amarres automáticos.

3. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que os meios de acoplamento braço- cassete ou cassete-braço são do tipo amarres automáticos .

4. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que a instalação de uma ferramenta de furação profunda na cassete é efetuada através de lunetas, cujo número varia em função do comprimento da dita ferramenta.

5. Máquina de acordo com a reivindicação 4, em que a luneta compreende uma chapa de bloqueio, dois linguetes elásticos, adaptados a acoplar o amortecedor que fixa a ferramenta à cassete.

6. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o apoio de cone da ferramenta de furação profunda compreende um rolamento para sustentar o cone da ferramenta, uma flange amovível, um perno de bloqueio e um mecanismo de deslocamento, para posicionamento ao longo da estrutura base do braço robótico .

7. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o mecanismo de bloqueio de rotação da cassete compreende um bloco, uma mola e um parafuso batente, onde o bloco se movimenta linearmente num curso restrito pela ação da mola e do parafuso batente.

8. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o mecanismo de bloqueio mecânico compreende uma régua de ajuste na qual se desloca um castelo ajustável às várias dimensões da ferramenta.

9. Máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o armário técnico compreende uma cortina de proteção e uma janela de acesso ao exterior para intervenção manual do operador.