BRPI0614698A2

BRPI0614698A2 - processo e dispositivo para produção de roscas, particularmente para brocas ou similar

Info

Publication number: BRPI0614698A2
Application number: BRPI0614698-8A
Authority: BR
Inventors: Harry Schiemann
Original assignee: Fms Drehtechnik Schaffhausen Ag
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2006-07-22
Publication date: 2011-04-12
Also published as: CN101277777B; EP1910005B1; WO2007014659A1; CN101277777A; DE102005035576A1; ATE545478T1; US20080232916A1; EP1910005A1

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA PRODUçãO DE ROSCAS, PARTICULARMENTE PARA BROCAS OU SIMILAR. A presente invenção refere-se a um processo para produção de roscas, particularmente, para brocas ou similar, sendo que a peça a trabalhar e a ferramenta de tornear apresentam um movimento de rotação relativo, com alta velocidade em torno de um eixo da peça a trabalhar, e um movimento longitudinal relativo, com velocidade, por sua vez, menor, e sendo que, além disso, é produzido entre a ferramenta de tornear e a peça a trabalhar um movimento de rotação relativo radial, oscilante, no qual o movimento de oscilação radial é produzido mecanicamente, sendo que, particularmente, o movimento de oscilação radial é sincronizado com o movimento de rotação relativo. Além disso, a invenção compreende um dispositivo para produção de roscas por um mecanismo para produção do movimento de oscilação radial mecânico, sendo que, particularmente, o movimento de oscilação radial é sincronizado com o movimento de rotação relativo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOE DISPOSITIVO PARA PRODUÇÃO DE ROSCAS, PARTICULARMENTEPARA BROCAS OU SIMILAR".

A presente invenção refere-se a um processo para produção deroscas, particularmente para brocas ou similar, sendo que a peça a trabalhare a ferramenta de tornear apresentam um movimento de rotação relativocom alta velocidade em torno de um eixo da peça a trabalhar e um movi-mento longitudinal relativo com velocidade por sua vez menor e sendo queentre a ferramenta de tornear e a peça a trabalhar é causado, ainda, um mo-vimento de oscilação radial relativo, bem como a um dispositivo para produ-ção de roscas, particularmente, para brocas ou similar, com mecanismospara produção de um movimento de rotação relativo com alta velocidade emtorno do eixo de peça a trabalhar, entre a mesma e uma ferramenta de tor-near, e para produção de um movimento longitudinal relativo com velocida-de, por sua vez, menor entre a ferramenta de tornear e a peça a trabalhar,bem como a um mecanismo para produção de um movimento de oscilaçãoradial relativo entre as peças a trabalhar e a ferramenta de tornear.

Roscas são produzidas, normalmente, por rosqueamento, sendoque isso pode dar-se por meio de uma máquina de tornear. Nesse caso, osmovimentos relativos de giro e de movimento da peça a trabalhar e a ferra-menta estão sincronizados exatamente uns aos outros e, eventualmente, énecessário trabalhar com diversas passagens, para obtenção da profundida-de de rosca desejada, sendo que podem ser necessárias até 40 passagenspor rosca. No rosqueamento, é desvantajoso, ainda, que, nesse caso, resul-tam aparas de metal longas, que só podem ser controladas com dificuldade.

Foi proposto, ainda, que, divergindo do rosqueamento, a produ-ção de uma rosca se dê por trabalho de torneamento, sendo que à ferramen-ta de tornear é impresso um movimento oscilante radial por comando eletrô-nico de um motor correspondente.

Nos movimentos necessários no comando eletrônico e na sin-cronização para produção de uma rosca por meio de trabalho de torno, épossível trabalhar apenas até o máximo de 300 rotações por minuto, umavez que por meio da eletrônica digital prevista, números de rotações maisaltos não podem ser sincronizados. Ocorrem problemas de sincronização e,desse modo, deformações de perfil, que levam ao fato de que peças traba-lhadas com velocidades mais altas são imprestáveis. Com isso, o aumentode produtividade da produção de roscas por trabalho de tornear é limitadoem relação ao rosqueamento.

A invenção tem, portanto, por base a tarefa de criar um processoe um dispositivo para produção de roscas por meio de trabalho de tornea-mento, com os quais as roscas podem ser produzidas com altas velocidadesde rotação, em uma passagem, e, com isso, ser obtido um alto aumento deprodutividade.

De acordo com a invenção, a tarefa citada é solucionada comum processo da espécie citada inicialmente, que está caracterizado pelo fatode que o movimento de oscilação radial é produzido mecanicamente. Parasolução da tarefa, a invenção prevê, ainda, um dispositivo de acordo com aespécie, que está caracterizado por um mecanismo para produção do movi-mento de oscilação mecânico, radial. Desse modo, a forma básica da roscaé produzida de modo puramente mecânico.

O processo de acordo com a invenção baseia-se em um proces-so de tornear, com avanço independente de inclinação e a produção do perfilde rosca sob uso de um disco excêntrico rotativo, que age diretamente sobreo avanço da ferramenta. Os movimentos rotativos da peça a trabalhar e dodisco excêntrico são, nesse caso, sincronizados de tal modo que dos movi-mentos relativos da peça a trabalhar rotativa e da ferramenta oscilante resul-ta uma rosca com a inclinação e direção desejadas. O perfil da rosca é de-terminado pela modelação pelo excêntrico. Dependendo da estabilidade daferramenta, as roscas são terminadas de tornear em uma, até, no máximo,duas passagens, até uma profundidade de rosca de diversos milímetros, talcomo, particularmente, 3 mm, o que representa uma vantagem de produtivi-dade do processo, contrariamente ao rosqueamento convencional, não deacordo com a espécie, com produção da rosca por movimento longitudinalda ferramenta, sincronizadamente à inclinação da rosca, com avanço gradu-al da ferramenta na profundidade da rosca, sendo que, dependendo do ta-manho do perfil, é necessário, para isso, um número maior de passagens,que também é determinada pela constituição da peça a trabalhar e pela qua-lidade da ferramenta.

Por meio da invenção podem ser produzidas diferentes formasde rosca, a uma forma básica cilíndrica ou cônica da peça a trabalhar, sendoque as formas dentadas podem ser roscas R (roscas de rope ou de corda)ou então também roscas trapezoidais, particularmente, na forma de trapé-zios planos. A invenção é particularmente apropriada para produção de ros-cas de união de sistemas de tubos.

Em uma modalidade preferida, está previsto que o movimentode oscilação radial seja sincronizado com o movimento de rotação relativo,sendo que a relação F é calculada independentemente da freqüência domovimento de oscilação em relação ao número de rotações do movimentode rotação relativo, de acordo com

<formula>formula see original document page 4</formula>

sendo que S indica a inclinação da rosca em mm e V o avanço do movimen-to longitudinal relativo em mm/rotação. Os valores de contador e denomina-dores são informados ao comando da máquina de tornear, após o que amesma calcula automaticamente o fator de sincronização. O valor (+1) resul-ta em uma rosca à direita, o valor (-1), uma rosca à esquerda.

Outras configurações vantajosas do processo ou do dispositivoprevêem que o movimento de oscilação radical seja produzido por meio deum disco excêntrico ou que o mecanismo mecânico para produção do mo-vimento de oscilação radial seja um disco excêntrico.

Pela invenção resulta uma divisão do processo de trabalho, emuma produção mecânica, simples e comprovada, do perfil de rosca e umasincronização eletrônica, linear, para produção da inclinação de rosca, bemcomo o uso do carro X de uma máquina de tornear par produção do cone derosca. A produção da forma de excêntrico para a produção do perfil de roscapode dar-se em máquinas de retificar de coordenadas convencionais, ou emmáquinas de fresar. Um reajuste para formas de rosca diferentes é possívelde modo simples por troca dos excêntricos e do programa de divisão. Devidoà modificação de perfil suave dos excêntricos (passagens de rosca com rai-os), pode-se trabalhar com um número de rotações de fuso de até cerca de1000 rpm.

Pela invenção é possível trabalhar com um número de rotaçõesrelativo entre 800 e 1000 rotações por minuto, sendo que, em geral, é reali-zada, de modo usual, o torneamento da peça a trabalhar. O avanço longitu-dinal axial da ferramenta em relação à peça a trabalhar situa-se na ordem detamanho de 0,15 a 0,25 mm/rotação, de preferência, em 0,2 mm/rotação. Arosca é produzida em uma passagem, sendo que sua precisão é facilmentecontrolável. Pela invenção, o perfil de rosca pode ser produzido, em cadacaso, em uma passagem, de modo que podem ser dispensados desbaste ealisamento separados. É obtida uma formação de aparas perfeita. Pela osci-lação da ferramenta, a cada rotação é formada uma apara com espessuracrescente e decrescente, que se rompe seguramente no ponto mais fino e,sobretudo em roscas internas, facilita a remoção do furo por sopro ou porlavagem.

Em brocas dessa espécie, em 10 cm de comprimento, encon-tram-se cerca de 5 a 8 filetes, dependendo do diâmetro da rosca.

O dispositivo de acordo com a invenção para produção de ros-cas, que é uma máquina de tornear em si usual, no entanto, com o meca-nismo de acordo com a invenção para produção do movimento oscilante,pode ser uma máquina de tornear de contrafuso, de modo que duas peças atrabalhar podem ser trabalhadas simultaneamente, particularmente, se de-vem ser produzidas roscas em sentidos contrários, no sentido de que, porexemplo, em roscas internas em uma luva, as duas roscas são torneadas apartir de seu respectivo lado de entrada.

De acordo com uma configuração preferida do processo de a-cordo com a invenção, está previsto que a ferramenta de tornear seja movi-da em relação à peça a trabalhar por meio do disco excêntrico, sendo que aferramenta de tornear é movida, ainda, contra a força de mola de uma molapelo disco excêntrico. Uma configuração concreta prevê que a ferramenta detornear esteja fixada em um carne, que é reconduzido pelo disco excêntricocontra a peça a trabalhar, contrariamente à ação da mola, e sob a ação damola.

Conseqüentemente, um desenvolvimento do dispositivo de a-cordo com a invenção prevê que a ferramenta de tornear seja posta em mo-vimento oscilante radial por meio do disco excêntrico, sendo que está previs-ta, particularmente, uma mola para a compressão elástica de um carne quesustenta a ferramenta de tornear, contra o disco excêntrico, e um eixo deacionamento está unido em operação com o acionamento, para o movimen-to longitudinal.

A forma do disco excêntrico para a produção da rosca pode serderivada do perfil da respectiva rosca, sendo que o mesmo é traçado e divi-dido em cortes na direção longitudinal. Pode ser obtida uma resolução me-lhor que 5°. Nesse caso, os cortes são convertidos em deslocamentos radi-cais, levando em consideração o contorno da ferramenta, como base para aforma do disco excêntrico.

Na produção do disco excêntrico da peça em bruto, o perfil dodisco pode ser produzido sobre uma máquina de fresar controlada numeri-camente, sendo que os raios de curva determinados no CAD são usadosdiretamente para a programação. Devido à resolução relativamente grossa,é feita uma interpolação dos valores intermediários através de funções despline, que já são parte integrante de comandos de CNC modernos.

Outras vantagens e características da invenção evidenciam-sedas reivindicações e da descrição abaixo, na qual são explicados detalha-damente exemplos de modalidades da invenção, sob referência aos dese-nhos. Nesse caso mostram:

Figura 1 em representação esquemática, uma máquina de tor-near de contrafuso, com dois mecanismos de tornear roscas;

Figura 2 uma representação em perspectiva esquemática de ummecanismo de tornear roscas;

Figura 3 um corte longitudinal pelo mecanismo de tornear roscasda Figura 2;Figura 4 uma vista lateral das partes essenciais de um meca-nismo de tornear roscas, com uma ferramenta para trabalho externo de umtubo oco;

Figura 4a uma vista correspondente à da Figura 4, com uma fer-ramenta para trabalho interno (no entanto, em uma vista contrária à da Figu-ra 3);

Figura 5 uma vista correspondente a V-V pela unidade de excên-trico do mecanismo de tornear roscas;

Figura 5a uma vista correspondente a A-A da Figura 5 pela uni-dade de excêntrico;

Figura 6 um corte correspondente a VI-VI da Figura 5a pela uni-dade de excêntrico;

Figura 7 um disco excêntrico para produção de uma chamadarosca R (rosca de rope ou corda, com contorno de rosca sinusoidal em cortelongitudinal);

Figura 7a uma ilustração da produção de uma rosca R por meiodo disco excêntrico da Figura 7;

Figura 8 uma representação de um disco excêntrico para produ-ção de uma rosca T (rosca trapezoidal);

Figura 8a uma representação para ilustração de uma roscas Tpor meio do disco excêntrico da Figura 8;

Figura 9a,b rosca trapezoidal de parte de parafuso (Figura 9a) eparte de porca (Figura 9b) de uma rosca de broca.

A Figura 1 mostra em representação esquemática uma máquinade tornear 1 com dois mecanismos de tornear roscas 2, de modo que nessamáquina podem ser torneadas, simultaneamente, duas roscas. Nos meca-nismos de tornear roscas 2 na parte de excêntrico 3 estão dispostas ferra-mentas de tornear 4.

A Figura 2 mostra um mecanismo de tornear rosca 2 em repre-sentação em perspectiva, com uma parte de retenção 2.1, um servomotorcomo motor de acionamento 2.2, um eixo de acionamento 2.3, uma unidadede acoplamento 2.4 e, precisamente, a unidade de excêntrico 3.A Figura 3 mostra um corte longitudinal pelo mecanismo de tor-near roscas 2 da Figura 2, sendo que as partes já nomeadas estão nomea-das da mesma maneira.

A unidade de excêntrico apresenta uma peça de retenção 3.1,que está unida fixamente à unidade de acoplamento 2.4 e no qual é girávelum disco excêntrico 3.2 unido ao eixo 2.3. A parte de retenção 3.1 sustenta,de modo a ser descrito ainda mais detalhadamente, um carro 3.3, deslocávelverticalmente ao eixo do disco excêntrico 3.2 e na direção longitudinal doparte de retenção 3.1, que sustenta uma ferramenta de tornear 4 (não repre-sentada na Figura 3; vide Figura 1, 4, 5), mais precisamente, na configura-ção da Figura 4, a ferramenta 4 representada para trabalho externo, e naconfiguração da Figura 4a, uma ferramenta 4a para trabalho interno.

Tal como pode ser visto da Figura 5, dentro da parte de retenção3.1, em uma cavidade longitudinal 3.1a da mesma, encontra-se um carnemóvel na direção longitudinal da parte de retenção 3.1 ou da cavidade longi-tudinal 3.1a e, desse modo, verticalmente ao eixo X do disco excêntrico 3.2,no qual está apoiado, em sua extremidade inferior, um rolo 3.5, que se en-contra em contato de rolamento com o disco excêntrico 3.2. Entre um ressal-to superior 3.1b da parte de retenção 3.1 e um contramancal 3.4 na forma deum flange radial, está disposta uma mola de recondução 3.5, formada comomola helicoidal, que, conseqüentemente, comprime o carne 3.4 contra o dis-co excêntrico 3.2. O carne 3.4 está unido por encaixe positivo ao carro 3.3deslocável, já citado, que em seu lado superior sustenta uma ferramenta detornear 4 ou 4a (Figura 4, 4a). Além disso, o carro está unido às duas hastesde guia 3.6, que são corrediças, em cada caso, sob tolerâncias estreitas, emoutras cavidades 3.1c da parte de retenção 3.1 e guiadas por buchas esféri-cas 3.1 d, que se encontram na extremidade superior e inferior da parte deretenção 3.1. As duas hastes de guia 3.1c e o carne 3.4 formam a secçãotransversal (Figura 6).

A Figura 7 mostra um disco excêntrico, por exemplo, na relaçãode 1:1, enquanto a Figura 7a mostra como ao longo de uma peça a trabalharé produzida uma rosca de parafuso por movimento para cima e para baixoda ferramenta de tornear 4, 4a, devido ao movimento do carne 3.4 e do carro3.3, pelo processo de trabalho mecânico de torneamento. Os círculos repre-sentados correspondem, nesse caso, ao raio da ferramenta de tornear.

Observando-se secções transversais de uma rosca em qualquerponto da mesma, então, dependendo do tipo de rosca, resulta uma superfí-cie de corte que no deslocamento repete-se na direção axial da rosca, noentanto, torcida por um ângulo que resulta da reação do avanço Z para ainclinação da rosca. A uma inclinação S de 12,7 mm e um avanço de 0,25mm/rotação, isso significa uma torção de (0,25/12,7) χ 360 = 7,087° entredois cortes situados um ao lado do outro, mais precisamente, positiva ounegativa, dependendo da direção de inclinação (passo à direita ou à esquer-da) da rosca.

O perfil da superfície de corte é produzido de acordo com a in-venção pela ferramenta oscilante 4, 4a, cujo movimento radial é produzidopelo excêntrico rotativo. O número de rotações do excêntrico está sincroni-zado com o número de rotações da peça a trabalhar, de tal modo que ocorreuma torção contínua das superfícies de corte. Com referência ao exemploacima, é obtido um fato de 1,02008 ou 0,98069, dependendo da direção deinclinação. Em princípio, vale

<formula>formula see original document page 9</formula>

sendo que S indica a inclinação da rosca em mm e V, o avanço do movimen-to longitudinal relativo em mm/rotação.

O movimento de avanço para a profundidade de rosca, bem co-mo a produção de uma rosca cônica dá-se pelo carro X existente da máqui-na de tornear como suporte de um carro adicional. O mesmo está montadosobre o lado frontal do disco revólver da máquina de tornear e acionado a-través do eixo giratório revólver com um servomotor, que é sincronizado como fuso principal na forma descrita.

Embora a produção da rosca possa, em princípio, dar-se em umprocesso de trabalho, desde que necessário, as roscas também podem serproduzidas em duas passagens (desbaste e alisamento). Isso requer o usode avanços diferentes e uma adaptação correspondente do fator de sincro-nização programável.

Enquanto o disco excêntrico da Figura 7, tal como é visível daFigura 7a, serve para produção de uma rosca R, portanto de uma rosca derope ou corda, a Figura 8 mostra um disco excêntrico par produção de umarosca T ou rosca trapezoidal, tal como é visível da Figura 8a. É visível que aregião de curva do disco excêntrico da Figura 7 estende-se sobre 180°, en-quanto na configuração da Figura 8 ela se estende sobre um ângulo menorque 180° e o resto é formado por arcos de círculo. As Figuras 9a e 9b ilustram em comparação duas roscas quefuncionam em conjunto uma com a outra em duas peças de trabalho acoplá-veis por união roscada, a saber, uma parte "male" [macho] (Figura 9a), comuma rosca externa e uma parte "female" [fêmea] correspondente, com umarosca interna correspondente (Figura 9b), sendo que α é o ângulo de rosca,de cerca de 35°, e S, a inclinação da rosca.

As roscas são produzidas por trabalhos de torneamento, sendoque, na produção de uma rosca externa, a peça a trabalhar é girada comalta velocidade e, simultaneamente, o carro longitudinal é movido com umpequeno avanço axial, enquanto a ferramenta de tornear 4 é movida paracima e para baixo pelo disco excêntrico, com uma velocidade ajustada à ve-locidade de avanço, de modo que, quando a peça a trabalhar se encontraacima da ferramenta de tornear, na posição superior da ferramenta, é produ-zido o côncavo da ranhura ou onda da rosca de parafuso, na região da posi-ção inferior da ferramenta de tornear, a convexidade da ranhura ou onda darosca de parafuso, sendo que a rosca de parafuso é produzida pelo fato deque o avanço da peça a trabalhar e da ferramenta de tornear estão sincroni-zadas de um determinado modo um ao outro, de preferência, de acordo coma sincronização já citada acima.

Claims

1. Processo para produção de roscas por meio de torneamento,particularmente para brocas ou similar, sendo que a peça a trabalhar e aferramenta de tornear apresentam um movimento de rotação relativo comalta velocidade em torno de um eixo da peça a trabalhar e um movimentolongitudinal relativo com velocidade, por sua vez, menor, e sendo que, alémdisso, entre a ferramenta de tornear e a peça a trabalhar é produzido ummovimento de oscilação radial relativo, caracterizado pelo fato de que o mo-vimento de oscilação radial é sincronizado mecanicamente.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o movimento de oscilação relativo é sincronizado com o movi-mento de rotação relativo.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelofato de que a relação F da freqüência do movimento de oscilação para onúmero de rotações do movimento de rotação relativo<formula>formula see original document page 11</formula>sendo que S indica a inclinação da rosca em mm e V, o avanço do movimen-to longitudinal relativo em mm/rotação.

4. Processo de acordo com uma das reivindicações preceden-tes, caracterizado pelo fato de que o movimento de oscilação relativo é pro-duzido por meio de um disco excêntrico.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelofato de que a ferramenta de tornear é movida em relação à peça a trabalharpor meio de um disco excêntrico.

6. Processo de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizadopelo fato de que a ferramenta de tornear é movida contra a força de mola deuma mola pelo disco excêntrico.

7. Processo de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, carac-terizado pelo fato de que a ferramenta de tornear está fixada em um carne,que é reconduzido pelo disco excêntrico, contrariamente à ação da mola,contra a peça a trabalhar e sob a ação da mola.

8. Dispositivo para produção de roscas por meio de torneamen-to, particularmente, para brocas ou similar, com mecanismos para produçãode um movimento de rotação relativo com alta velocidade em torno do eixode uma peça a trabalhar, entre a mesma e uma ferramenta de tornear, e pa-ra produção de um movimento longitudinal relativo com velocidade, por suavez, menor entre a ferramenta de tornear e a peça a trabalhar, bem comoum mecanismo para produção de um movimento de oscilação radial relativoentre a peça a trabalhar e a ferramenta de tornear, caracterizado por ummecanismo para sintonização mecânica do movimento de oscilação radialmecânico com o movimento de rotação relativo.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato deque o movimento de oscilação radial é sincronizado com o movimento derotação relativo.

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a relação F da freqüência do movimento de oscilação parao número de rotações do movimento de rotação relativo<formula>formula see original document page 12</formula>sendo que S indica a inclinação da rosca em mm e V, o avanço do movimen-to longitudinal relativo em mm/rotação.

11. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 8 a 10,caracterizado pelo fato de que o mecanismo mecânico para produção domovimento de oscilação radial é um disco excêntrico.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11, caracterizadopelo fato de que a ferramenta de tornear pode ser posta em movimento deoscilação radial por meio do disco excêntrico.

13. Dispositivo de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracte-rizado por uma mola para compressão elástica de um carne que sustenta aferramenta de tornear contra o disco excêntrico.

14. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações 11 a 13,caracterizado pelo fato de que a ferramenta de tornear está fixada em umcarne, que é reconduzido pelo disco excêntrico, contrariamente à ação damola, contra a peça a trabalhar e sob a ação da mola.