Usinagem a laser inovadora. Máquinas de nova geração com designs de transmissão mecânica econômicos

Localizada em Chennai, a Proteck foi criada há mais de vinte e cinco anos e é agora um dos líderes no fornecimento de máquinas de produção na Índia, distribuindo, fornecendo e fabricando uma vasta linha de máquinas de impressão, máquinas-ferramenta, equipamentos para cortar e moldar metal e software CAD/CAM, no seu mercado interno e em mais de 20 países em todo o mundo. A Proteck Precision, subsidiária de fabricação da Proteck, possui uma equipe de engenharia jovem, dinâmica e altamente qualificada que desenvolve e produz novas soluções econômicas para as indústrias de fabricação Indianas em rápido crescimento, fornecendo também máquinas com preços competitivos que são exportadas para além da Ásia. A empresa impulsionada pela tecnologia baseou os seus departamentos de produção, controle de qualidade e logística de engenharia num modelo Europeu e possui duas fábricas muito modernas em Chennai, equipadas com sistemas CAD/CAM e MRP de última geração e com as certificações ISO mais recentes.

A Proteck começou a trabalhar de maneira mais aproximada com a Kollmorgen EU depois do desempenho impressionante e da experiência de confiabilidade por parte dos fornecedores de sistemas de movimento globais, incluindo servo-motores e servo-acionamentos como parte das máquinas-ferramenta CNC alemãs que a Proteck estava fornecendo para os seus mercados. A curva de aprendizagem e a relação próxima evoluíram com o treinamento sobre produtos e com o apoio de aplicação aproximado por parte das instalações de desenvolvimento e produção europeias da Kollmorgen e ainda com o apoio da sua equipe de Bombaim.

Os engenheiros da Proteck receberam um extenso treinamento nas instalações da Kollmorgen em Ratingen. Atualmente, com a Proteck desenvolvendo a sua própria linha de máquinas-ferramenta CNC e de corte com laser para finalidades especiais, a Kollmorgen está solidamente estabelecida como parceira de fabricação. "As nossas máquinas-ferramenta e perfilamento com laser de última geração foram desenvolvidos com base em mais de duas décadas de experiência no fornecimento e apoio em tecnologias de máquinas-ferramenta por parte de nossos parceiros, assim como no aumento de nosso próprio design e capacidade de fabricação." Afirma o Sr. K. Bala, Diretor Geral da Proteck, "Para esses dois fatores importantes, podemos contar com a Kollmorgen como um grande contribuidor de tecnologia e parceiro valioso."

A linha Proteck

A evolução da Proteck para a fabricação de suas próprias máquinas começou com máquinas de corte com laser de 3 eixos equipadas com CO2 de alta especificação com ótica flutuante que se adapta a uma grande variedade de materiais em folha de metal. Essas máquinas de pequenas dimensões incluíam originalmente bases em ferro fundido e geometria de eixo inferior individual que permitia o acesso aberto de três lados para tamanhos de folha com cerca de 2,5 por 1,5 metros. As opções de controlador CNC da Bosch Rexroth ou Siemens, totalmente integradas com o software MetaCAM CAD/CAM altamente desenvolvido da Proteck, permitem uma fácil utilização para todos os tipos de corte em folha de metal. Como um desenvolvimento dessa máquina, a Proteck introduziu um modelo "Plug and Play" para oficinas de fabricação e tarefas que incluía todas as características das máquinas anteriores mas utilizando uma construção de estrutura soldada muito mais leve e de custo inferior. A empresa líder em tecnologia lançava então o inovador conceito de marketing, mostrando que uma máquina de corte a laser não deve ser mais complicada que uma impressora a laser de escritório.

Como parte dessa iniciativa continuada, os designers da Proteck prestaram atenção especial à mecânica de transmissão. O custo dos fusos de esferas de precisão para 2,5 metros de curso é elevado e o design de eixo individual/parafuso individual com cargas radiais exige rolamentos de guia do movimento linear mais resistentes e dispendiosos, de maneira a proporcionar o suporte adequado. Além disso, para manter um bom desempenho dinâmico, os fusos de esferas devem ser de grande diâmetro de maneira que permita altas velocidades de rotação, o que aumenta o tamanho dos servo-motores e servo-acionamentos. Com a necessidade de produzir máquinas com um curso ainda maior para realizar trabalhos em folhas maiores, a Proteck e a Kollmorgen EU começaram a abordar algumas questões centrais:

• Como manter o desempenho de repetibilidade bidirecional de +/- 10 mícron e até 110 m/min de velocidade linear máxima, exigidos pelas máquinas?

• Como reduzir os requisitos de energia e aumentar a eficiência?

• Como reduzir ainda mais os custos dos componentes propulsores?

O resultado foi a introdução de um inovador sistema de acionamento por cremalheira e pinhão para o eixo inferior de longo curso da máquina para um novo centro de usinagem a laser com ponte de 3 eixos que inclui dois eixos X inferiores sincronizados apoiando um eixo Y de ponte e um eixo Z vertical.
Cremalheira e pinhão com motor de acionamento direto e pré-carga inovadora

O conceito inicial considerava uma tecnologia de motor linear para o duplo eixo X sincronizado de longo curso mas o custo era proibitivo, para o setor de mercado onde a Proteck pretendia introduzir a máquina. Por esse motivo, o conceito de design econômico de cremalheira e pinhão da Proteck foi desenvolvido com a consciência de que o desempenho de folgas e repetibilidade teria que ser alcançado utilizando uma abordagem inovadora. O mecanismo especial de pré-carga foi concretizado através da montagem do pinhão e de seu motor num círculo de piloto excêntrico e de uma geometria de engrenagem que permitia o contato total dos dentes, com ajuste no local para minimizar os movimentos perdidos e a histerese. Este sistema tinha um desempenho perfeito no ponto de contato da face de cremalheira e pinhão mas quando combinado com um servo-motor rotativo padrão, que exigia uma engrenagem planetária para desenvolver o torque necessário para mover a carga, a folga da engrenagem, embora relativamente pequena, revelou-se proibitiva. A resposta foi o design de uma transmissão de cremalheira e pinhão em torno da série KBM de motores de acionamento direto da Kollmorgen.

Montados diretamente

Os pacotes de rotor e estator separados da KBM agora são fornecidos em forma de kit e montados diretamente na máquina pela Proteck, com o seu próprio sistema de rolamentos e cobertura protetora, com os conectores de energia e codificação incorporados. A disposição de montagem liga diretamente o eixo de pinhão de grandes dimensões ao rotor, como uma peça maciça única, limitando os movimentos perdidos e os potenciais movimentos harmônicos que uma ligação flexível pode originar. O design resultante foi comprovado com uma folga extremamente reduzida e apresenta especificações de produtividade e dinâmica muito semelhantes ao desempenho de um servo-motor linear. O sistema de cremalheira e pinhão também é muito resistente a detritos e não necessita do mesmo grau de proteção exigido por um sistema de motor linear para um ambiente de usinagem a laser.


Os motores KBM oferecem uma grande liberdade para configurar os servo-eixos com otimização em termos de espaço, devido ao seu design variável e modular.

Dito de maneira simples, o sistema de cremalheira e pinhão da Proteck, combinado com os motores KBM de acionamento direto da Kollmorgen possuem menos peças, é mais eficiente a nível energético e oferece maior velocidade e precisão, reduzindo as folgas e os movimentos perdidos até um nível bem inferior ao das especificações desejadas. Como parte intrínseca do design, os servo-acionamentos Kollmorgen S700 com a sua capacidade de feedback múltiplo são utilizados com feedback de resolução, montado no motor KBM para comutação e com escalas lineares magnéticas para o loop de posicionamento. O protocolo de feedback é SSI absoluto, EnDAT ou, alternativamente, BiSS para se adaptar à escolha de controladores CNC com configuração e controle através de EtherCAT integrado em todos os acionamentos S700. Podem ser incluídas na especificação da máquina muitas características opcionais do servo-acionamento avançado.
Essas opções incluem STO (Desligamento de Torque Seguro) para os padrões de segurança SIL 2 e 3. E ainda ligação de Ethernet para configuração e controle. O EtherCAT também está disponível e será integrado em futuras máquinas para a sincronização de eixos.

O sucesso de desempenho e confiabilidade que a Proteck experimentou com os motores KBM e AKM deu origem a outros desenvolvimentos.

Com um tamanho máximo de folha de 3,1 X 1,6 metros, a nova geração de máquinas de corte de folhas também usa servo-motores rotativos da série AKM da Kollmorgen, com caixas de engrenagens planetárias da série MicronTM para o eixo Y e para o eixo Z com freio equipado. Para uma compatibilidade total, os acionamentos S700 são utilizados em toda a máquina. No futuro, essa máquina também irá se beneficiar de uma solução de controle CNC otimizada em termos de custos proveniente da especialista em máquinas de corte Alemã Eckelmann, que também trabalha de perto com a Kollmorgen EU.


O acionamento direto oferece mais vantagens

Desenvolvida a partir das máquinas de pórtico com ponte de 3 eixos e base plana, a mais recente máquina de corte a laser da Proteck, a Sl 2530, é um enorme centro de usinagem "walkin" de 7 eixos que inclui um design de cabeça com ótica flutuante, permitindo o corte com laser vertical e angular de peças formadas. As peças de folha de metal fabricado tridimensionais e de grandes dimensões são fixas numa mesa central estacionária e a cabeça de laser multi-rotativa é orientada de maneira que sempre mantenha o ângulo perpendicular ideal para um corte perfeito. Os motores de acionamento direto KBM com o inovador mecanismo de cremalheira e pinhão da Proteck são utilizados os principais eixos horizontais da máquina que cobrem uma área de 1,6 X 3,3 x 0,7 metros. Além disso, o motor KBM de eixo oco também é utilizado como o acionamento principal para o sistema de ótica flutuante multi-rotativa, permitindo a passagem do laser e do sistema de focagem, enquanto mantém a flexibilidade e precisão
para proporcionar eixos rotativos duplos com graus nX360 e impulsos rotativos de +/- 135 graus completamente sincronizados. A máquina também usa um complemento de servo-motores AKM em outros eixos, juntamente com acionamentos S700 correspondentes, permitindo que a Proteck e os seus clientes reduzam os custos com peças de reposição e inventário.

Os servo-acionamentos S700 ocupam menos espaço no armário.

Outros desenvolvimentos e futuros projetos

O sucesso de desempenho e confiabilidade que a Proteck experimentou com os motores KBM e AKM deu origem a outros desenvolvimentos. A BMT 125 é uma máquina de fresamento e furação horizontal tipo-mesa controlada por um avançado CNC da Siemens que se beneficiou recentemente da substituição dos acionamentos de servo-motor rotativo padrão e engrenagens propensas a folgas por motores KBM de acionamento direto. Diretamente montados em fusos de esferas de eixo X, Y e Z, o sistema de transmissão melhorado apresenta menos peças, mais eficiência, utiliza menos energia e permite maior precisão e velocidade através da remoção das folgas provocadas pelas engrenagens. Uma vez mais, a Proteck instalou os componentes de rotor e estator no seu próprio design de rolamentos, com uma cobertura de proteção que guarda as ligações elétricas.




A nova geração de máquinas de corte de folhas também usa servo-motores rotativos da série AKM da Kollmorgen com caixas de engrenagens planetárias da série MicronTM.

Para concluir, o rápido crescimento das economias BRIC está impulsionando a bem colocada Proteck para um sucesso continuado e fazendo com que mais máquinas sejam produzidas com os benefícios da tecnologia de acionamento direto da Kollmorgen.
Na verdade, o tempo de desenvolvimento também está sendo reduzido. "Com o design de máquinas com menos peças e com a uniformização da tecnologia comprovada de acionamento direto da Kollmorgen, reduzimos o nosso tempo de desenho," afirma o Sr. K. Bala, "desse modo podemos comercializar os produtos mais rapidamente. E com menos componentes, precisão melhorada, melhor confiabilidade das máquinas e maior eficiência, podemos ultrapassar a nossa concorrência e conseguir uma maior quota de mercado.


Os pacotes de rotor e estator separados da KBM agora são fornecidos em forma de kit e montados diretamente na máquina.


Autor:

Alexander Hack,

Gerente de Desenvolvimento de Mercado,

Kollmorgen, Ratingen

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