PROJETO, CONSTRUÇÃO E TESTE DE UM SISTEMA DE CORTE
AUTOMÁTICO PARA MATERIAIS SÓLIDOS FRÁGEIS
Alessandro Santos Morais*, Luciana Reyes Pires Kassab**
Resumo
Este trabalho consiste em projetar e
construir um equipamento automático para realizar
cortes [1] em amostras de vidros e cristais frágeis,
para análises espectroscópicas e medidas de índice
de refração. Os vidros são produzidos no nosso
Laboratório de Vidros e Datação, normalmente
dopados com terras-raras [2,3,4,5,6,7] e com
aplicações optoeletrônicas. Os cristais são
provenientes
de
amostras
geológicas
e
arqueológicas [8,9,10] e são datados no nosso
laboratório. O corte será feito por um fio de
diamante com espessura variando de 0,2 a 0,4 mm.
O equipamento será composto por sistemas
mecânico e eletrônico [11]. O sistema eletrônico
será composto por um controle programável com
interface homem-máquina permitindo ao usuário
selecionar os valores das variáveis: número de
cortes e a distância entre eles. Equipamentos de
corte desta natureza podem ser usados sem risco de
danificar a amostra.
produção. Por exemplo, uma determinada máquina
só fazia furos de um mesmo tipo. Com o passar do
tempo, foi preciso fazer algumas alterações nas
máquinas e equipamentos, de forma a resguardar a
mão-de-obra de algumas funções que não se
adequavam à estrutura física do homem. A
máquina passou a fazer o trabalho mais pesado e o
homem, a supervisioná-la.
Introdução
A fim de conseguir uma boa integração entre o
operador e seu instrumento de trabalho, foram
colocados sensores nas máquinas, para indicar a
situação da produção, e também atuadores, para
melhorar a relação entre o homem e a máquina. O
processo da produção era então controlado
diretamente pelo operador, caracterizando um
sistema automático. Automatizar um sistema
tornou-se bastante viável quando a eletrônica
passou a dispor de circuitos eletrônicos capazes de
realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais
de entrada, e gerar sinais de saída. Assim, o
controlador uniu-se aos sensores e aos atuadores
para transformar o processo em um sistema
automatizado.
a)
Métodos, Forma de Análise e Materiais
Fio de Diamante
A tecnologia do uso de serras abrasivas não é nova,
os egípcios já usavam na Antiguidade para cortar
as pedras das pirâmides. O corte com fio é utilizado
quando o material a ser cortado é frágil ou muito
caro. O fio utilizado neste caso tem alta resistência
à tração e passa por um processo de impregnação
de pó de diamante. O diamante, neste caso, é o
responsável pelo corte. Existem no mercado
máquinas que empregam fios de diamante para o
corte
de
materiais
semicondutores
e
optoeletrônicos, tais como Arsenato de Gálio e
materiais caros como YAG ( laser de cristal).
Entretanto, o uso destas máquinas não é restrito a
estas áreas e pode ser usado para o corte de
amostras geológicas, amostras arqueológicas
(fósseis e dentes) e muitos outros materiais.
b) Automatização
No início, os processos produtivos utilizavam ao
máximo a força da mão-de-obra. A produção era
composta por estágios nos quais as pessoas
desenvolviam sempre as mesmas funções,
especializando-se numa certa tarefa ou etapa da
produção. O mesmo ocorria com as máquinas, que
eram específicas para uma dada aplicação, o que
impedia de utilizá-las em outras etapas da
a) Descrição do sistema mecânico
A Figura 1 apresenta uma vista frontal do sistema
de corte. O corte será realizado por um fio de
diamante (ou diamantado) com espessura de 0,2 a
0,4 mm. Este fio é enrolado em um carretel que
gira acionado por um motor de corrente contínua
(Figura 2a, motor 1). Na fonte que alimenta este
motor será acoplado um circuito para o controle da
velocidade. O fio ficará disposto em um sistema de
4 polias paralelas entre si (Figura 2b). O fio será
enrolado no carretel de tal forma que ao ser
desenrolado, passe pelas 4 polias e volte para o
mesmo carretel (Figura 2b). O carretel translada no
eixo do motor, devido à presença de uma rosca
centrada no eixo, para que não ocorra superposição
dos fios enrolados. Este movimento de translação
também tem como função inverter a polaridade do
motor. Tal inversão ocorre quando o carretel toca
os sensores 1 e 2 (Figura 2a). A polaridade do
motor tem que ser invertida para inverter também o
sentido de rotação do motor e evitar que o fio se
rompa.
*Aluno de iniciação científica do curso de Mecânica de Precisão da Fatec-SP
** Profa. Plena da Fatec-SP, Doutora em Ciências pelo IFUSP
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Polia
Carretel
Fio
de diamante
Interface
homem-máquina
e controle eletrônico
Sistema de
deslocamento vertical
Figura 1: Vista frontal do sistema de corte.
Figura 2a
Figura 2b
Sistema de deslocamento vertical
Sensor 3
Porta-amostra
Base do portaamostra
Motor de
passo
Motor 2
Guias
Sensor 4
Figura 2c
A amostra será fixada em um portaamostra (Figura 2c) por meio de uma cera colante.
Um sistema de deslocamento vertical, acionado
pelo motor 2 (de corrente contínua com velocidade
ajustável para exercer diferentes forças dependendo
da natureza da amostra), levará a amostra ao
encontro do fio de corte. O deslocamento
horizontal será acionado por um motor de passo
(Figura 2c). Este deslocamento permitirá a
realização, em uma mesma amostra, de cortes a
diferentes distâncias . As guias apresentadas na
Figura 2c garantirão o paralelismo e a planicidade
da amostra cortada. A precisão do corte estará
intrinsecamente relacionada à fixação dos guias na
base do porta-amostras (Figura 2c). Será acoplado
ainda à máquina um sistema de fornecimento de
lubrificante
para
refrigerar
e
limpar
permanentemente o fio e evitar que a amostra se
quebre.
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b) Descrição do sistema eletrônico
O sistema eletrônico (Figura. 3) será composto por
um controle programável com interface homemmáquina que permita ao usuário escolher os valores
das variáveis: número de cortes e distância entre
eles. Ao usuário caberá apenas fixar a amostra no
porta-amostra (com cera colante), determinar os
valores das variáveis e ajustar as velocidades dos
motores (1 e 2). O controle ligará o motor 1 para
acionar o carretel (Figura 2a). Quando o carretel
tocar os sensores 1 e 2 serão enviados pulsos
elétricos para o controle. O controle acionará
também o motor 2 (Figura 2c) que fará a amostra
deslocar-se verticalmente para cima a fim de ser
cortada. Quando o fio de diamante tocar no portaamostra o corte estará encerrado e o sensor 3
enviará um pulso elétrico ao controle que fará o
motor 2 inverter o sentido de rotação a fim de
deslocar a amostra verticalmente para baixo. No
instante em que for tocado o sensor 4 será enviado
um pulso ao controle. Caso seja escolhida a opção
de 2 cortes, ou mais, o controle acionará o motor de
passo que fará o deslocamento horizontal da
amostra de acordo com o valor especificado para a
variável distância entre os cortes. Então o controle
voltará a acionar o motor 2 que irá fazer a amostra
subir novamente repetindo a rotina anteriormente
explicada.
Interface hom em -m áquina
C ontrole
M otor 1
M otor 2
S ensor 1
S ensor 3
S ensor 2
S ensor 4
M otor de Passo
Figura 3: Sistema eletrônico
Conclusão
Com a concretização deste trabalho será possível
cortar amostras frágeis, de vidro e cristal, com
diferentes espessuras. Otimizaremos também as
condições de tratamento das amostras do nosso
laboratório.
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