Magnética versus óptica: uma comparação de dois sistemas de medição para aplicações de mesas rotativ

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MAGNÉTICA VERSUS ÓPTICA: UMA COMPARAÇÃO DOS DOIS SISTEMAS DE MEDIÇÃO PARA APLICAÇÕES DE MESAS ROTATIVAS Os sistemas de medição angular para mesas rotativas exercem uma influência importante sobre a qualidade da maquinação das máquinasferramentas e, consequentemente, sobre a precisão e a qualidade de superfície das peças. Quando se pergunta pelo sistema de medição ideal para accionamentos directos altamente dinâmicos, actualmente costuma-se optar pelos sistemas ópticos. Contudo, os sistemas de medição magnéticos podem ser uma alternativa viável para a utilização em eixos de mesas rotativas em função dos requisitos específicos da aplicação.

A comparação directa dos dois sistemas de medição numa mesa rotativa com accionamento em forma de motor rotativo (torque) permite-nos explicar as suas respectivas características e consequências.

INTRODUÇÃO Existe uma vasta gama de componentes de accionamento potentes para aplicação em mesas rotativas, que servem tanto para trabalhos de fresagem como de torneamento. Com isso, referimo-nos especialmente aos motores rotativos (torque) e aos conversores e reguladores pertinentes, bem como aos rolamentos adaptados para mesas rotativas.

Na hora de escolher um sistema de medição angular para eixos de mesas rotativas altamente dinâmicos e de accionamento directo, e que sirva para a maquinação combinada de fresagem e torneamento, hoje em dia costuma-se dar preferência aos sistemas de medição ópticos com máxima precisão e resolução angular. No entanto, devido ao princípio utilizado para a medição óptica, devem tomar-se medidas especiais de protecção contra a sujidade, tais como lubrificantes refrigerantes ou massas para rolamentos. Os encoderss ópticos geralmente estão disponíveis como encoders rotativos integrados para montagem no centro da mesa rotativa e possuem um acoplamento compensador próprio de flexibilidade mecânica.

Logo, podemos deduzir que o passo axial pelo centro não está disponível para os condutores de meios e que é necessário ter especialmente em conta a rigidez mecânica ao acoplar o sistema de medição à mesa rotativa de accionamento directo, a fim de conseguir uma regulação de elevada rigidez.

Neste artigo, comparamos um encoderr rotativo óptico, como exemplo, com o sistema de medição angular magneto-resistência, incremental e integrado no rolamento YRTSM da Schaeffler KG. Este último oferece vantagens em termos de resistência aos lubrificantes refrigerantes e às massas para rolamentos, permitindo uma montagem em espaços reduzidos e garantindo o passo livre pelo centro, graças ao seu próprio princípio construtivo. A comparação foi realizada no âmbito de um projecto desenvolvido conjuntamente pela Schaeffler KG e o Werkzeugmaschinenlabor (Laboratório para máquinas-ferramentas, WZL) da Universidade RWTH Aachen, em Aquisgrana, tendo sido executada numa mesa rotativa adaptada ao uso prático e equipada paralelamente com ambos os sistemas de medição (ver figura 1).

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Figura 1 . Uma mesa rotativa com accionamento directo, equipada com dois sistemas de medição angular, um óptico e o outro magneto-resistivo.

DADOS CARACTERÍSTICOS DOS SISTEMAS DE MEDIÇÃO ANGULAR E DA MESA ROTATIVA Como sistema de medição de referência foi utilizado um encoder rotativo óptico de alta resolução, com 36 mil marcas de referência por rotação. O encoderr foi instalado na extremidade inferior do eixo da mesa rotativa, à altura do motor. O sistema de medição incremental e magneto-resistência YRTSM (figura 2) está adaptado à série de rolamentos YRTS, os quais estão disponíveis com orifícios de diversos diâmetros e alcançam um número-limite de rotações elevado. Neste caso concreto, foi utilizado um rolamento do tipo YRTS325 com um diâmetro interno de 325 mm e um número-limite de rotações de 760 min-1. A divisão angular magnética está aplicada numa união material sobre o disco-eixo rotativo do rolamento, o qual é explorado por duas cabeças de sensor, que estão dispostas com um desvio do centro geométrico angular de 180º e fixadas directamente ao bastidor da mesa rotativa (figura 3). Através da exploração das duas

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os diferentes tempos de exploração, bem como as características do motor e as correspondentes inércias de massa, permitiu imitar o comportamento dinâmico da mesa rotativa. Além disso, ao integrar os detalhes do ruído de medição, medido realmente nos sistemas de medição simulados, foi possível melhorar ainda mais os resultados da simulação. O modelo demonstrou claramente, com as variações das características do sistema de medição e dos parâmetros de regulação, até que ponto a dinâmica do sistema dependia dos ajustes de controlo realizáveis e das características do sistema de medição.

O modelo da mesa rotativa mostrou, ainda, que a energia dissipada da corrente que representa o binário no motor que depende do momento de carga é um valor múltiplo do valor da energia dissipada pelo ruído de corrente. No funcionamento real, a refrigeração do motor deveria levar a uma redução adicional do aquecimento das bobinas de motor que se deve ao ruído de corrente.

O sistema de medição angular YRTSM, de base magneto-resistência e que está completamente integrado no design construtivo do rolamento, oferece uma solução económica para uma grande variedade de aplicações e apresenta vantagens construtivas, sem que isso comporte deficiências em relação à dinâmica do sistema de eixo circular ou uma energia dissipada quantificável no motor rotativo (torque). No entanto, quando existe uma exigência máxima no que respeita ao sincronismo, como ocorre, por exemplo, nas aplicações de ultraprecisão, pode ser necessária a instalação de encoders rotativos ópticos de alta resolução nos eixos de mesas rotativas de accionamento directo de máquinasferramentas.

BIBLIOGRAFIA [1] Weck, M.; Brecher, C.; Krüger, P.: Grenzen für die Reglereinstellung bei elektrischen Lineardirektantrieben (Os limites do ajuste de regulação nos accionamentos directos lineares eléctricos) Vereinigte Fachverlage, antriebstechnik 38 (1999), Nº 2/3, pág.

55-58 e 71-76.

[2] N.N.: Manual da Siemens: SINUMERIK 840Di, edição 01/2005, pág.

10-327.

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RESUMO Um eixo de mesa rotativa equipado com um encoder rotativo óptico foi completado com o sistema de medição angular magneto-resistencia YRTSM da Schaeffler KG para a realização de uma comparação directa.

Foi efectuada uma optimização de ajuste e filtro, uma análise do comportamento dinâmico e a análise modal da estrutura da mesa e do comportamento de aquecimento durante o serviço contínuo em cooperação com o WZL, do qual resultou um comportamento geralmente

comparável da mesa rotativa com ambos os sistemas de medição.

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