BRPI0707680A2 - aparelho e mÉtodo para controlar a usinagem de peÇas a trabalhar que utiliza transdutores piezocerÂmicos - Google Patents

Abstract

APARELHO E MÉTODO PARA CONTROLAR A USINAGEM DE PEÇAS A TRABALHAR QUE UTILIZA TRANSDUTORES PIEZOCERÂMICOS. Durante a usinagem de peças a trabalhar, especificamente cargas dinâmicas atuam sobre as ferramentas de corte além das cargas estáticas. Isto leva à fragmentação nas bordas de corte dos elementos de corte e assim à destruição do elemento de corte com a possível conseqúência que a peça a trabalhar seja danificada e assim torne-se inútil. Mais ainda, as forças de deflexão e de torção atuam sobre as ferramentas de corte, e estas forças de deflexão e de torção carregam a máquina ferramenta e causam uma mudança na posição da ferramenta de corte, por meio disto resultando em uma usinagem defeituosa das peças a trabalhar. Mais ainda, as vibrações e os fenômenos de trepidação prejudicam a usinagem das peças a trabalhar. E portanto proposto de acordo com a invenção que transdutores piezocerâmicos (22, 30) sejam dispostos na região das ferramentas de corte (3), onde os componentes de força da força de corte atuam sobre os transdutores. Os sinais produzidos pelas forças que atuam sobre os transdutores são direcionados para o dispositivo de controle da máquina ferramenta e a usinagem das peças a trabalhar é controlada com referência a estes sinais.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "APARELHOE MÉTODO PARA CONTROLAR A USINAGEM DE PEÇAS A TRABA-LHAR QUE UTILIZA TRANSDUTORES PIEZOCERÂMICOS".

A presente invenção refere-se à utilização de transdutores pie-zocerâmicos para controlar a usinagem de peças a trabalhar.

As ferramentas de corte de remoção de material tais como osbedames de torno ou as ferramentas de aplainar consistem em um suporteou eixo no qual o elemento de corte na forma de uma placa de corte estápreso. No caso de ferramentas de fresagem, devido à rotação destas ferra-mentas o suporte, o cabeçote de usinagem, é redondo e está equipado comuma multiplicidade de elementos de corte sobre a circunferência. Durante ausinagem de peças a trabalhar, especificamente cargas dinâmicas atuamsobre as ferramentas de corte além das cargas estáticas. Como um resulta-do, no curso do tempo o material sobre as bordas de corte dos elementos decorte é fragmentado em áreas microscopicamente pequenas. Se estas áreasfossem somadas para formar áreas microscopicamente grandes, isto levariaao lascamento nas bordas de corte e até à destruição do elemento de corte,com a possível conseqüência que a peça a trabalhar é danificada e assimtorna-se inutilizável.

A força de corte a qual atua entre a peça a trabalhar e a ferra-menta de corte durante o processo de usinagem pode ser dividida em forçasno plano de trabalho e forças perpendiculares ao plano de trabalho. Em am-bos os planos as forças de compressão, as quais são transmitidas como for-ças de compressão para o suporte, atuam sobre a borda de corte do ele-mento de corte. No caso de bedames de torno e ferramentas de aplainar,forças de deflexão e torsionais são por meio disto produzidas no suporte doselementos de corte, levando, quando excedendo um dado valor, ao desviodo elemento de corte de sua posição de trabalho ideal. Isto pode causar de-feitos no processo de trabalho os quais são refletidos em um desgaste au-mentado do elemento de corte e um deslocamento irregular do mandril detorno ou da mesa corrediça. No caso de máquinas de fresar, também, estesfenômenos ocorrem no caso de forças de deflexão sobre o eixo de aciona-mento do cabeçote de fresagem. No caso mais desfavorável um fenômenode trepidação ocorre, levando a uma superfície desigual, ondulada da peça atrabalhar e impondo severas tensões sobre uma máquina ferramenta, espe-cialmente se a ressonância ocorrer.

A força de corte assim causa uma carga complexa, e portantodeformação da máquina ferramenta e da peça a trabalhar o que, se valoreslimites forem excedidos, leva a um desgaste aumentado do elemento de cor-te e, no caso mais desfavorável, à sua destruição. Além disso, danos à má-quina ferramenta e erros de usinagem sobre a peça a trabalhar podem resul-tar da sobrecarga.

De modo a conseguir ótimos resultados de trabalho, portanto, énecessário coordenar especificamente os parâmetros de velocidade de cor-te, taxa de alimentação e acoplamento de alimentação otimamente com omaterial a ser usinado, na dependência do material do elemento de corte. Demodo que os valores limite de cargas possíveis não sejam excedidos, é por-tanto vantajoso se as forças que surgem sejam medidas e monitoradas.

Um método para compensar os erros de controle de posição deuma máquina, especificamente uma máquina ferramenta, é conhecido daDE 103 12 025 A1. As condições de tensão em várias localizações da má-quina são medidas por meio de calibres de tensão e as forças de inércia queresultam das forças de usinagem ou dos movimentos, ou a deformação queresulta do peso da corrediça transversal e da ferramenta são calculadas ecompensadas no sistema de controle de posição. No entanto, os calibres detensão são inadequados para medir peças intrinsecamente rotativas taiscomo os cabeçotes de fresagem. Além disso, devido à sua inércia, os cali-bres de tensão não são adequados para medir as deformações que resultamdas oscilações de alta freqüência do tipo as quais ocorrem durante a usina-gem de peças a trabalhar.

É o objetivo da invenção equipar as ferramentas de corte demáquinas ferramenta para usinar as peças a trabalhar com sensores de talmodo que as forças que surgem durante a usinagem de uma peça a traba-lhar possam ser determinadas e comparadas com valores limite, de modoque o processo de usinagem possa ser otimizado e, se os valores limite fo-rem excedidos, uma intervenção no processo de trabalho possa ser efetuadapor um dispositivo de controle e por meio de atuadores de modo a preveniros danos.

Este objetivo é conseguido de acordo com a invenção com refe-rência ao aparelho por meio dos aspectos caracterizantes da reivindicação1, e com referência ao método por meio dos aspectos caracterizantes dareivindicação 10. Configurações vantajosas da invenção estão reivindicadasnas reivindicações dependentes.

De acordo com a invenção, as ferramentas de corte de remoçãode material estão equipadas com transdutores piezocerâmicos na forma desensores e/ou atuadores e/ou geradores de voltagem pura. A estrutura e aoperação destes transdutores são conhecidas do estado da técnica modernae portanto não serão aqui explicadas em detalhes. De acordo com a inven-ção, os transdutores piezocerâmicos estão dispostos de tal modo que a fun-ção que estes precisam executar em cada caso é executada otimamente. Ossensores, os atuadores e os geradores de voltagem podem ser utilizados emcontato direto com o elemento de corte no suporte ou cabeçote de fresagem.No caso de bedames de torno e de ferramentas de aplainarmos sensores, osatuadores e os geradores de voltagem podem também estar dispostos emlocalizações onde o respectivo suporte está preso na máquina ferramenta,entre o prendedor de ferramenta e a ferramenta de corte. No caso de má-quinas de fresar, os transdutores podem também estar dispostos onde o ei-xo do cortador de fresagem está montado nos rolamentos. Uma combinaçãode ambas as disposições é também possível.

Como um resultado da fixação do elemento de corte e da reten-ção do suporte da ferramenta de corte dentro do prendedor de ferramenta,os transdutores piezocerâmicos já estão sob uma certa pressão. De modo aobter sinais reproduzíveis dos transdutores é necessário verificar a pré-cargasobre os transdutores após cada mudança de elemento de corte ou suportee ajustar os dispositivos de medição conseqüentemente.

Com os sensores piezocerâmicos, as forças de compressão,tração e cisalhamento exercidas sobre o elemento de corte ou o seu suportesão apuradas. O grau de carregamento em cada caso pode ser determinadoutilizando a piezovoltagem gerada. Os piezoatuadores são deformados poruma voltagem aplicada e podem portanto influenciar ativamente o elementode corte ou o seu suporte e causar uma mudança de posição. Os geradoresde voltagem são deformados como um resultado das forças que atuam so-bre estes e por meio disto geram uma voltagem elétrica. Esta voltagem podeser utilizada para suprir os circuitos eletrônicos os quais, durante a fresagempor exemplo, são utilizados para uma transmissão sem contato de sinaisentre a ferramenta de corte e a máquina ferramenta.

De modo a ser capaz de determinar as tensões sobre a ferra-menta de corte e a máquina ferramenta, a força de corte é resolvida em seuscomponentes. Para este propósito um sistema de coordenadas tridimensio-nal é produzido, com o seu ponto zero no ponto de contato entre a borda decorte do elemento de corte e a peça a trabalhar, os eixos geométricos fican-do no plano de trabalho e no plano perpendicular a este. A força de corte éresolvida em seus componentes que ficam nestes dois planos, como podeser visto das figuras 1 e 2. Nestas figuras as forças são levantadas conformeestas atuam sobre o elemento de corte ou o suporte. A força de corte F atuasobre o bedame de torno ou o cortador de fresagem na direção -F. A forçapassiva -Fp que atua na direção do suporte carrega o elemento de corte, eportanto o suporte e o prendedor de ferramenta, em compressão. A forçaativa -Fa pode ser resolvida na força de alimentação -Ff e a força de corte -Fc. A força de alimentação -Ff disposta na direção longitudinal da peça a tra-balhar e a força de corte -Fc disposta perpendicularmente a esta podem e-xercer uma força de deflexão sobre o suporte, a soma destas forças levandona máquina de torneamento a uma torção do suporte e em uma máquina defresagem à deflexão do eixo de acionamento do cortador de fresagem. Demodo a capturar os componentes de força, portanto, pelo menos três trans-dutores na forma de sensores são requeridos. De modo a capturar as forçasem uma máquina de torneamento, os sensores devem estar dispostos abai-xo do elemento de corte ou do suporte e, visto na direção de alimentação vf,na frente do elemento de corte ou do suporte no prendedor de ferramenta, e,visto na direção da peça a trabalhar, na frente do elemento de corte ou su-porte. No caso de uma máquina de fresagem, os sensores estão dispostosabaixo e atrás dos elementos de corte no cabeçote de fresagem, e nos ro-lamentos do eixo de acionamento do cabeçote de fresagem para capturar asforças de deflexão sobre o eixo.

Os transdutores utilizados para capturar as forças que surgemdurante a usinagem de peças a trabalhar geram uma voltagem devido àconstante mudança no valor das forças que atuam sobre estas, cuja volta-gem é continuamente comparada na máquina ferramenta com valores limitepredefinidos na unidade de avaliação de um computador. Com um compor-tamento de desgaste conhecido dos elementos de corte, as forças que atu-am sobre o elemento de corte podem ser limitadas a valores os quais permi-tem um ótimo comportamento de desgaste pelo ajuste dos parâmetros develocidade rotacional da peça a trabalhar ou da ferramenta de corte, da ve-locidade de alimentação e do acoplamento de alimentação, isto é, a profun-didade de corte. Se desvios permissíveis ocorrerem, o defeito pode ser cor-rigido por intervenção no processo de trabalho. No caso de torneamento, avelocidade rotacional da peça a trabalhar e a taxa de alimentação e o aco-plamento da ferramenta de corte podem ser mudados e, no caso de aplai-namento, a taxa de alimentação e o acoplamento podem ser mudados. Nocaso de fresagem, como uma regra a velocidade rotacional do cabeçote defresagem e/ou, dependendo do tipo de máquina, a taxa de alimentação dapeça a trabalhar ou do cabeçote de usinagem são mudadas. A ocorrência defenômenos de trepidação, que se manifestam em uma mudança periódicana velocidade rotacional da peça a trabalhar ou do cabeçote de fresagem ena oscilação periódica do suporte e mesmo da peça a trabalhar, é impedidapor mudanças na velocidade rotacional e/ou na taxa de alimentação. Estasmedidas contribuem vantajosamente para um aumento considerável na du-rabilidade, e portanto no prolongamento da vida útil, das ferramentas de cor-te e para uma qualidade aperfeiçoada da superfície usinada.

A invenção também torna possível monitorar o desgaste dos e-lementos de corte. Com o desgaste crescente, e com uma taxa de alimenta-ção constante e uma velocidade rotacional constante da peça a trabalhar, aforça de corte muda continuamente. Se um valor limite anteriormente deter-minado característico do elemento de corte for atingido, pode ser assumidoque a parte utilizável do elemento de corte está exaurida e uma mudançadeve ser executada. A invenção portanto vantajosamente torna possível amelhor utilização possível dos elementos de corte. Como a vida útil dos ele-mentos de corte pode ser calculada com antecedência, é possível planejaruma mudança oportuna, o que otimamente pode ser integrada na seqüênciade processo, por exemplo, no momento de troca de uma peça a trabalhar.

Se a borda de corte estiver danificada ou o elemento de corteestiver até fraturado, isto é manifestado em uma mudança abrupta na forçade corte. Tal sinal pode ser utilizado para desligar a máquina ferramenta i-mediatamente de modo a impedir danos à peça a trabalhar.

Além dos sensores para medir as forças sobre os elementos decorte e/ou o prendedor de ferramenta ou os rolamentos, atuadores tambémpodem estar dispostos nas mesmas localizações. Estes atuadores são pie-zoelementos ativos. Se uma voltagem for aplicada a estes, os mesmos con-traem ou expandem, dependendo da polaridade da voltagem aplicada. Comestes atuadores é possível reagir diretamente às forças atuando, mesmosem a intervenção no sistema de controle de máquina. Se um valor limitedas forças que atuam for excedido, o atuador o qual está conectado em pa-ralelo ao sensor que registra a superação do valor limite pode ser supridocom uma voltagem tal que a deformação sofrida pelo sensor de registro sejacompensada. Qualquer mudança de posição do elemento de corte ou dosuporte e a ocorrência de oscilações são por meio disto impedidas.

Devido às deformações a serem executadas, os atuadores osquais causam uma mudança de posição de um elemento de corte ou de umsuporte são elementos de múltiplas camadas. O material cerâmico, o núme-ro de camadas e a forma e as dimensões devem ser correspondidas com adeformação requerida em cada caso e com a força a ser exercida para estepropósito.Especificamente no caso de máquinas de fresagem, onde atransmissão de sinais do cabeçote de fresagem rotativo para o sistema decontrole da máquina ferramenta, e inversamente, é difícil, uma transmissãosem fio dos sinais é vantajosa. O suprimento de voltagem do transmissor e,se aplicável, do receptor no cabeçote de fresagem pode ser gerado por pie-zoelementos os quais, além dos sensores existentes, estão dispostos aolado ou abaixo destes na mesma localização.

Através do monitoramento dos dados sobre a condição do ele-mento de corte e das forças que atuam sobre os elementos de corte e seussuportes, e portanto sobre a máquina ferramenta, torna-se possível impediras sobrecargas e as oscilações, especificamente os fenômenos de trepida-ção. Isto leva a processos de usinagem mais estáveis, o que por sua veztornam possíveis qualidades de peças a trabalhar superiores e vida útil maislonga dos elementos de corte.

A invenção será explicada em mais detalhes com referência àsmodalidades exemplares. Nos desenhos:figura 1 mostra um diagrama esquemático da disposição dosvetores de força e dos vetores de velocidade os quais ocorrem durante otorneamento e

figura 2 durante uma fresagem convencional;

figura 3 mostra a disposição de transdutores sobre o elementode corte e na região da retenção do suporte em uma vista lateral e

figura 4 em uma vista de topo; e

figura 5 mostra a disposição de transdutores e de um elementode transmissão de sinal sobre um cortador de fresagem de face.

A figura 1 mostra a disposição das forças e das velocidades queocorrem durante um torneamento longitudinal. Para a usinagem, uma ferra-menta de corte 3 é guiada na direção da seta 4 ao longo de uma peça a tra-balhar 1 a qual está girando na direção da seta 2. O ponto zero 5 de um sis-tema de coordenadas tridimensional está localizado no canto de corte doelemento de corte. A direção de alimentação fica no plano do sistema noqual a peça a trabalhar fica e o acoplamento da ferramenta de corte 3 é efe-tuado no plano perpendicular a este. Os movimentos durante o processo deusinagem, quando torneando, aplainando e fresando, são movimentos relati-vos entre a borda de corte do elemento de corte e a peça a trabalhar. Estessão gerados pela máquina ferramenta no ponto de aplicação, aqui o ponto 5,e referem-se à peça a trabalhar em repouso. A borda de corte principal mo-ve-se ao longo da peça a trabalhar 1 na velocidade de trabalho ve, enquantoque a força de corte -F atua sobre o elemento de corte e portanto sobre osuporte e finalmente sobre a máquina ferramenta.

Como já descrito, a força de corte -F pode ser resolvida em for-ças no plano de trabalho e forças perpendiculares ao plano de trabalho. Aforça ativa -Fa, a qual é um fator determinante para calcular a capacidade deremoção de material, fica no plano de trabalho, e a força passiva -Fp, a qualnão contribui para a capacidade de remoção de material mas a qual carregao elemento de corte, e portanto a ferramenta de corte 3 e finalmente a má-quina ferramenta, em compressão, está disposta perpendicularmente aoplano de trabalho. A força ativa -Fa pode, de acordo com a direção de ali-mentação e de corte no plano de trabalho, ser resolvida nos componentesforça de corte -Fc e força de alimentação -Ff, as quais atuam como forças dedeflexão ou de torção sobre a ferramenta de corte 3.

No processo de usinagem de fresagem convencional represen-tado na figura 2, as mesmas forças surgem como no torneamento longitudi-nal representado na figura 1, e no aplainamento. No entanto, a diferença éque um elemento de corte de um cortador de fresagem está em acoplamen-to com a peça a trabalho sobre a metade da circunferência do cortador defresagem, e que o sistema de coordenadas aqui mostrado reproduz a distri-buição de forças somente em um ponto de acoplamento. Na fresagem con-vencional, a peça a trabalhar 11 move-se na direção da seta 12 abaixo daferramenta de corte posicionalmente fixa, um cortador cilíndrico 13 que girana direção da seta 14. O centro 15 do sistema de coordenadas para resolvera força de corte -F neste ponto fica em um dos pontos de acoplamento daborda de corte do elemento de corte.

Através de uma disposição apropriada de sensores é possíveldeterminar as forças -Fp, -Ff e -Fc, e por meio disto obter as informações so-bre o processo de usinagem e o carregamento do elemento de corte e damáquina ferramenta. No caso de cortadores de fresagem, a disposição dossensores sobre o cabeçote de usinagem atrás e, visto radialmente, abaixode um respectivo elemento de corte é possível. Aqui, os elementos de cortesão carregados periodicamente em cada acoplamento.

As voltagens geradas nos sensores durante o processo de usi-nagem são uma medida das cargas instantâneas sobre os elementos decorte e a máquina ferramenta. Se valores limites predefinidos forem excedi-dos uma intervenção é feita no sistema de controle da máquina ferramenta,a taxa de alimentação e/ou a velocidade rotacional, por exemplo, sendo mu-dadas.

Por meio de uma disposição comparável de atuadores, é possí-vel contra-atuar as forças que surgem durante o processo de usinagem e pormeio disto compensar as deformações. Se uma deformação for detectadapor um sensor, uma voltagem é aplicada no atuador que atua nesta localiza-ção, a um nível tal que uma deformação opostamente direcionada que cor-responde à deformação do sensor é gerada. Isto opõe a força gerada duran-te o processo de usinagem e compensa as deformações que ocorrem. Asoscilações as quais ocorrem podem também ser impedidas ou pelo menosamortecidas deste modo.

As figuras 3 e 4 mostram uma ferramenta de corte 3, um beda-me de torno, equipado com transdutores piezocerâmicos de acordo com ainvenção. A representação é esquemática. A figura 3 mostra uma vista detopo da ferramenta de corte. Sobre o suporte 6, um elemento de corte 7 naforma de uma placa de corte está preso dentro de um rebaixo 8 do suporte 6de tal modo que um movimento controlado em relação ao suporte seja pos-sível. O suporte 6 está do mesmo modo preso em um prendedor de ferra-menta 9 dentro de um rebaixo 10 de tal modo que um movimento controladoem relação ao prendedor de ferramenta 9 seja possível.

Na presente modalidade exemplar, os transdutores suportadosdentro das aberturas 20 ou 21 estão dispostos tanto entre o elemento decorte 7 e o suporte 6 quanto entre o suporte 6 e o prendedor de ferramenta9. Além das forças que atuam sobre o elemento de corte, as forças que atu-am sobre a máquina ferramenta podem também ser determinadas. Devido àpequena quantidade de espaço disponível para instalar os transdutores, évantajoso dispô-los uns sobre os outros. Por meio de atuadores 33 os efeitosde forças podem ser contra-atuados diretamente nos pontos de aplicaçãodas forças.

Os sensores 22 os quais estão providos para determinar as for-ças que atuam sobre o elemento de corte 7 ou prendedor de ferramenta 9, eportanto sobre a máquina ferramenta, estão posicionados primeiro contra oelemento de corte 7 e o suporte 6. Como os sensores são utilizados para ageração de sinais, os piezoelementos de camada única podem ser utilizadosde modo a manter as mudanças de construção tão pequenas quanto possí-vel. As voltagens geradas nestes sensores pela ação de forças são conduzi-das como sinais 23 primeiro para um circuito de recepção de sinal e de dis-paro 24. Ali os sinais são verificados quanto a exceder os valores limites e,no caso de ultrapassar ou não alcançar uma força predeterminada sobre oelemento de corte 7 ou sobre o suporte 6 no prendedor de ferramenta 9, umsinal é transmitido para o dispositivo de controle da máquina ferramenta. Odispositivo de controle 25 pode intervir no processo de operação da máquinaferramenta e mudar o seu acionamento 26, isto é a velocidade rotacional, ataxa de alimentação 27 e/ou o acoplamento de alimentação 28. Um diagra-ma de blocos ilustra o processamento de sinal.

Os transdutores na forma de geradores de voltagem 30 podemestar dispostos entre os sensores 22 e o suporte 6, os transdutores sendoseparados uns dos outros por uma placa de suporte isolante 29. Ao contráriodo caso com os sensores, elementos de múltiplas camadas são aqui reque-ridos. A voltagem 31 gerada nestes pela ação mutável de forças é transmiti-da para uma unidade retificadora 32 e pode ser utilizada para suprir os cir-cuitos eletrônicos, por exemplo no circuito de recepção de sinal e de disparo24.

As intervenções podem também ser feitas diretamente nos pon-tos de aplicação das forças por meio de atuadores 33. As deformações de-terminadas pelos sensores 22 podem ser contra-atuadas diretamente nospontos de aplicação das forças, pelo fato de que uma voltagem 34 é aplica-da a estes atuadores 33, o valor e a polaridade desta voltagem sendo assimselecionados que uma deformação oposta, exatamente da mesma magnitu-de que aquela detectada na localização do respectivo sensor sobre o ele-mento de corte 7 ou o suporte 6, é efetuada. Na presente modalidade exem-plar, os atuadores 33 estão dispostos sobre o elemento de corte 7 entre osgeradores de voltagem 30 e o suporte 6, também separados por uma placade suporte isolante 29. Devido aos grandes deslocamentos de ajuste quedevem ser executados pelos atuadores 33 com uma voltagem de operaçãolimitada, elementos de múltiplas camadas são aqui requeridos. Estes estãodispostos de tal modo dentro do suporte de ferramenta 9 que, levando emconta o tipo de máquina ferramenta, uma força máxima possa ser exercidasobre o suporte 6, os elementos de múltiplas camadas sendo aqui circunda-dos concentricamente pelos sensores 22 e geradores de voltagem 30. Umadistribuição uniforme das forças que atuam sobre os sensores ou geradoresde voltagem é por meio disto conseguida, e ao mesmo tempo o atuador po-de atuar no centro desta distribuição de forças.

O controle da usinagem de peças a trabalhar por meio de atua-dores pode ser efetuado isoladamente ou em conjunto com o controle damáquina ferramenta, isto é, o controle de velocidade rotacional, alimentaçãoe acoplamento.

Uma vista lateral do bedame de torno da figura 3 está mostradana figura 4. Os elementos funcionais do mesmo tipo estão portanto designa-dos pelos mesmos números de referência que na figura 3. Os elementos defixação do elemento de corte e do bedame de torno estão aqui omitidos paraclareza. O suporte 6 está cortado na região do elemento de corte 7 e da re-tenção no suporte de ferramenta 9, de modo a mostrar a possível disposiçãodos transdutores abaixo do elemento de corte e abaixo do suporte no pren-dedor de ferramenta. Os transdutores e a placa de suporte estão mostradoscortados na região do elemento de corte. Através da disposição dos transdu-tores abaixo do elemento de corte e do suporte é possível determinar oscomponentes da força de corte os quais são aplicados perpendicularmenteao elemento de corte e ao suporte. Os atuadores 33, os quais tem a funçãode forças opostas que atuam sobre o elemento de corte e a máquina ferra-menta, estão dispostos nos pontos de aplicação destas forças.

A figura 5 mostra um cortador de fresagem de face 40 como aferramenta de corte durante o processamento de uma peça a trabalhar 41.Enquanto o cortador de fresagem 40 posicionalmente fixo gira ao redor deseu eixo 43 na direção 42, a peça a trabalhar 41 é puxada abaixo do corta-dor de fresagem na direção 44, as Iimalhas 45 sendo removidas. Os elemen-tos de corte 47 estão dispostos no cabeçote de corte 46 a intervalos unifor-mes sobre a circunferência. Vistos na direção de rotação 42 do cortador defresagem, os transdutores contra os quais os elementos de corte 47 apoiamestão dispostos no cabeçote de corte 46 na frente dos elementos de corte47. Na presente modalidade exemplar, os transdutores são sensores 48 pa-ra determinar força que atua sobre os elementos de corte e o cabeçote defresagem, e os geradores de voltagem 49. Na presente modalidade, ostransdutores estão dispostos lado a lado. Uma disposição de um acima dooutro, como mostrado para as modalidades exemplares nas figuras 3 e 4, étambém possível.

A instalação de atuadores na região dos outros transdutores po-de também ser provida, mas não está aqui mostrada.

Como o cortador de fresagem 40 gira, a transmissão de sinaldos dados adquiridos pelos sensores para um dispositivo de controle da má-quina ferramenta é difícil. Por esta razão uma transmissão de rádio do cabe-çote de fresagem 46 para um receptor sobre a máquina ferramenta está pro-vida na presente modalidade exemplar. As voltagens geradas nos sensores48 pelas forças que atuam são transmitidas como sinais 50 primeiro para umcircuito de recepção de sinal e de disparo 51. Ali os sinais são verificadosquanto a exceder os valores limite e, no caso de ultrapassar ou não alcançaruma força predeterminada sobre um elemento de corte 47, um sinal étransmitido para o dispositivo de controle da máquina ferramenta. A trans-missão de sinal do cortador de fresagem rotativo 40 para a máquina ferra-menta é efetuado por meio de um transmissor 52. A energia elétrica 53 re-querida para este propósito é gerada nos transdutores 49 configurados comogeradores de voltagem e é suprida para uma unidade retificadora 54. A últi-ma supre o circuito de recepção de sinal e de disparo 51 e um transmissor52 com a voltagem requerida.

Se atuadores estiverem também providos sobre o elemento decorte 47, estes podem ser ativados por sinais do dispositivo de controle damáquina ferramenta. Neste caso o dispositivo de transmissão de sinal 52serve como transmissor e receptor.

Na modalidade exemplar precedente a determinação das forçassobre o prendedor de ferramenta de um torno e da influência ativa sobre aposição do suporte da ferramenta de corte no prendedor de ferramenta poratuadores, está mostrada. Em um modo comparável, no caso em que a for-ça de corte cause uma mudança de posição ou o flexionamento do eixo 43do cortador de fresagem 40 no rolamento ou rolamentos na máquina ferra-menta, o posicionamento incorreto do cortador de usinagem pode ser corri-gido por atuadores, pelo fato de que os últimos influenciam a posição do ro-lamento ou rolamentos. Os sensores e atuadores podem ser dispostos, porexemplo, sobre a circunferência dos rolamentos do eixo do cortador de fre-sagem na máquina ferramenta. É vantajoso se cada atuador puder atuarperpendicularmente na direção do eixo do cortador de fresagem.

Claims (16)

1. Ferramenta de corte de remoção de material (3; 40), que con-siste em um suporte (6; 46) o qual carrega pelo menos um elemento de corte(7; 47), a ferramenta de corte estando montada em um prendedor de ferra-menta (9) ou rolamento de uma máquina ferramenta e a máquina ferramentaestando equipada com um dispositivo para controlar (25) a usinagem de pe-ças a trabalhar, caracterizada pelo fato de que transdutores piezocerâmicos(22, 30, 33; 48, 49) estão providos, de que estes transdutores estão dispos-tos pelo menos em uma localização sobre a ferramenta de corte (3; 40) ousobre a sua disposição de rolamento, em cuja localização pelo menos umcomponente (-Fc, -Ff, -Fp) da força de corte (-F) que surge durante a usina-gem atua sobre a ferramenta de corte (3; 40), de que os transdutores (22,- 30, 33; 48, 49) estão conectados no dispositivo de controle (25) da máquinaferramenta e de que os sinais (23, 31, 34; 50, 53) gerados nos transdutores(22, 30, 33; 48, 49) como um resultado da ação de forças e avaliados pelodispositivo de controle (25) podem ser utilizados para controlar a usinagemdas peças a trabalhar (41).

2. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os transdutores piezocerâmi-cos são sensores (22; 48) para determinar pelo menos um componente (-Fc,-Ff, -Fp) da força de corte (-F) que atua sobre a ferramenta de corte (3; 40).

3. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os transdutores piezocerâmi-cos são geradores de voltagem (30; 49).

4. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os transdutores piezocerâmi-cos são atuadores (33) para corrigir as mudanças posicionais da ferramentade corte (3) e/ou do elemento de corte (7) causadas pela força de corte (-F),e para amortecer ou compensar as oscilações.

5. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo com areivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os atuadores (33) são piezoe-lementos de múltiplas camadas.

6. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que ostransdutores piezocerâmicos (22, 30, 33; 48, 49) estão dispostos entre o e-lemento de corte (7; 47) e o suporte (6; 46) da ferramenta de corte (3; 40).

7. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que ostransdutores piezocerâmicos (22, 30, 33; 48, 49) estão dispostos entre o su-porte (6) da ferramenta de corte (3) e o prendedor de ferramenta (9), ou en-tre o eixo (43) do elemento de corte (40) e o rolamento ou rolamentos namáquina ferramenta.

8. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que ostransdutores piezocerâmicos (22, 30, 33; 48, 49) estão dispostos tanto entreo elemento de corte (7; 47) e o suporte (6; 46) da ferramenta de corte (3; 40)e entre o suporte (16) da ferramenta de corte (3) e o prendedor de ferramen-ta (9), quanto entre o eixo (43) do elemento de corte (40) e o rolamento ourolamentos na máquina ferramenta.

9. Ferramenta de corte de remoção de material de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que osatuadores (33) estão circundados concentricamente pelos transdutores pie-zocerâmicos para determinar as forças (22) e para a geração de voltagem(30).

10. Método para controlar a usinagem de peças a trabalhar emmáquinas ferramenta com ferramentas de corte as quais carregam pelo me-nos um elemento de corte sobre um suporte e estão montadas em um pren-dedor de ferramenta ou rolamento de uma máquina ferramenta, a máquinaferramenta sendo controlada com um dispositivo de controle, caracterizadopelo fato de que transdutores piezocerâmicos estão providos pelo menos emuma localização sobre a ferramenta de corte ou sobre a sua disposição derolamento, em cuja localização pelo menos um componente da força de cor-te que surge durante a usinagem atua sobre a ferramenta de corte, de queos componentes de força da força de corte atuam sobre os transdutores, deque os sinais gerados pela ação de forças sobre os transdutores são trans-mitidos para o dispositivo de controle e de que a usinagem das peças a tra-balhar é controlada enquanto levando em conta estes sinais.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe-Io fato de que os transdutores piezocerâmicos são sensores, em que pelomenos um dos componentes da força de corte que atua sobre a ferramentade corte é determinado utilizando os sensores e de que o grau de carrega-mento do elemento de corte e/ou da máquina ferramenta é inferido da mag-nitude do sinal.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pe-lo fato de que os sinais determinados pelos sensores são comparados comvalores limite predefinidos e, no caso de ultrapassar ou não alcançar um va-lor limite, o sinal é transmitido para o dispositivo de controle da máquina fer-ramenta, e de que o dispositivo de controle muda a velocidade rotacional dapeça a trabalhar ou da ferramenta de corte e/ou a taxa de alimentação e/ouo acoplamento de alimentação de modo a eliminar o desvio o qual ocorreu.

13. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe-lo fato de que os sensores piezocerâmicos são geradores de voltagem e deque a voltagem gerada com estes geradores de voltagem é utilizada parasuprir os circuitos eletrônicos.

14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe-lo fato de que os transdutores piezocerâmicos são atuadores, de que comoum resultado dos sinais gerados pelos sensores os atuadores são supridospelo dispositivo de controle com uma voltagem tal que os atuadores são su-jeitos a uma deformação com a qual as mudanças posicionais da ferramentade corte e/ou do elemento de corte causadas pela força de corte são corrigi-das e as oscilações que ocorrem são amortecidas ou compensadas.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 10a 14, caracterizado pelo fato de que, no caso de ferramentas de corte rotati-vas, a comunicação entre os sensores piezocerâmicos sobre a ferramentade corte e o dispositivo de controle na máquina ferramenta é efetuada pormeio de sinais de rádio, os sinais dos transdutores sendo transmitidos paraum dispositivo de transmissão e de recepção sobre a ferramenta de corte edali para um receptor na máquina ferramenta.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pe-lo fato de que, no caso de atuadores sobre ferramentas de corte rotativas, ossinais para ativar os atuadores são transmitidos do dispositivo de controle damáquina ferramenta para um receptor sobre a ferramenta de corte e dali sãodirecionados para os atuadores.