ES2350068A1 - Cabezal de maquina herramienta. - Google Patents
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Abstract
Cabezal de máquina herramienta comprendida en una máquina herramienta que mecaniza bloques (13) de material; dónde el cabezal o husillo (11) comprende un módulo de detección de temperatura (16) instalado a una distancia del eje vertical del cabezal (11) apuntando a la herramienta de corte (12) que se encuentra entre el husillo (11) de la máquina herramienta y el bloque (13) que se mecaniza para generar una pieza objetivo.
Description
Cabezal de máquina herramienta.
La presente invención se refiere al control del
funcionamiento de una máquina herramienta o unidad de mecanizado
mediante un procedimiento de control numérico por computadora.
Generalmente, una maquina herramientas se
desplaza en los tres ejes espaciales X, Y y Z para poder mecanizar
una pieza (mediante la modificación de la forma de un material o
pieza a mecanizar mediante el arranque de pequeñas porciones del
mismo o virutas, de forma continua o discontinua) de tal manera que
un puente se desplaza sobre unos soportes longitudinales, movimiento
denominado usualmente X.
Un motor de giro de herramienta de corte o
cabezal se desplaza sobre el puente, este es el movimiento
denominado Y, y por ultimo el cabezal se desplaza para arriba y
abajo, movimiento denominado Z.
Por tanto los ejes X e Y se asocian a los
movimientos horizontales de la mesa de trabajo. Si la máquina
herramienta es de mesa fija, el cabezal de la misma realiza los tres
movimientos.
Para trabajos más complejos como, se necesitan
máquina herramientas equipadas con más ejes de desplazamiento.
Existen multitud de modelos de máquinas herramientas para cumplir
con diferentes capacidades de carga, precisión de trabajo, y
trayectorias a recorrer.
El cabezal de la máquina herramienta es el
sistema que sujeta y hace girar la herramienta, el cual es
controlado por un procedimiento de control numérico por computador,
Computer Numerical Control, CNC.
El procedimiento se basa en el control de los
movimientos de la herramienta de trabajo con relación a los ejes de
coordenadas de la máquina, utilizando un programa informático
ejecutado por un ordenador.
El programa ejecutado para llevar a cabo el
mecanizado de una pieza objetivo comprende todo el conjunto de datos
que el control necesita para la mecanización de la misma. El
resultado de dicho control lleva aparejado un aumento de la
productividad, flexibilidad y precisión en la ejecución de los
trabajos.
La máquina herramienta incluye un conjunto de
medios de detección para adquirir parámetros de funcionamiento de la
misma que son suministrados al control numérico por computadora tome
decisiones durante el mecanizado de una pieza para generar al final
del proceso la pieza objetivo. Los datos recopilados tienen relación
con el número de ejes controlados, sistema de evacuación de la
viruta, sistema de proyección de taladrina, robustez mecánica,
rapidez de ejecución, potencia, par, fuerza de avance, precisión y
repetibilidad, comportamiento dinámico (estabilidad, vibraciones),
cuestiones de mantenimiento de la máquina herramienta, etc.
No todos los parámetros tienen el mismo peso en
el control numérico por computadora que se ejecuta para la
generación de la pieza determinada.
La presente invención busca resolver o reducir
uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente por medio de
un cabezal de máquina herramienta que comprende un módulo de
detección de temperatura como es reivindicado en la reivindicación
1. Realizaciones de la invención son establecidas en las
reivindicaciones dependientes.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una máquina herramienta que comprende un módulo de
detección de temperatura que proporciona datos de temperatura con
elevada precisión, siendo los referidos datos adquiridos relativos a
la temperatura de la zona de contacto entre el cabezal o husillo de
la máquina herramienta y el bloque que se mecaniza para generar una
pieza objetivo.
Otro objeto de la invención es suministrar una
máquina herramienta con un conjunto de módulos de detección de
reducido coste de montaje, instalación y mantenimiento, que permiten
a controlar el funcionamiento de la máquina herramienta de tal
manera que su vida útil se prolonga y su rendimiento se eleva al
producirse un elevado número de piezas objetivo que cumplen los
parámetros de calidad deseados.
Ahora serán descritos los dispositivos que
materializan la invención, a modo de ejemplo solamente, con
referencia a los dibujos adjuntos, en el que:
la figura 1 muestra en un diagrama de bloques la
localización de un detector de temperatura de acuerdo a la
invención.
En relación con la figura 1, el objetivo
fundamental en los procesos de fabricación en los que se utiliza una
máquina herramienta, es obtener piezas de configuración geométrica y
un acabado determinado.
Para realizar el referido trabajo, la máquina
arranca sucesivamente de la pieza bruta 13 el excedente del material
por medio de herramientas 12 de corte instaladas en su cabezal o
husillo 11.
En la zona de contacto entre una herramienta 12
determinada de corte y la pieza 13 bruta con objeto de llevar a cabo
el mecanizado de la misma, se genera un incremento de temperatura
con respecto al entorno de la referida zona de trabajo.
La referida temperatura debe ser medida con
exactitud y basándose en la misma deben ser tomadas decisiones
relativas a la operación de mecanizado de la máquina
herramienta.
La razón para adquirir dicha temperatura con
precisión es que dicho parámetro tiene una influencia elevada en el
proceso de mecanizado y en la vida útil de la maquina herramienta en
su conjunto.
La adquisición de dicho parámetro con la
precisión requerida por el proceso de mecanizado determina las
condiciones de trabajo del módulo 16 de detección de
temperatura.
Entre los requisitos de trabajo del detector de
temperatura 16 se encuentra que debe apuntar a la zona objetivo para
adquirir la temperatura de la zona de contacto 12, 13 con
precisión.
El detector de temperatura 16 puede ser un
detector de temperatura óptico que trabaja en el espectro
infrarrojo.
El mencionado detector de temperatura 16 óptico
requiere condiciones de trabajo estáticas ya que en caso contrario
su punto de adquisición de datos se desvía de la zona de trabajo y
los datos de temperatura adquiridos no tienen la necesaria
precisión.
Por tanto, el detector 16 de temperatura óptico
es fijado mecánicamente al cabezal de la máquina herramienta,
mediante un módulo 14, 15 de fijación mecánico absorbedor de las
vibraciones de la máquina herramienta mientras trabaja, es decir,
proporciona las condiciones estáticas requeridas por el detector de
temperatura óptico, foco de medición, para mantenerse apuntado en
todo momento a la zona de trabajo objetivo.
Se ha de observar que durante el proceso de
mecanizado se producen movimientos constantes tanto de la máquina
herramienta, en su conjunto, como del bloque 13 de material que se
mecaniza.
La sustentación 14, 15 mecánica amortiguadora
realiza la función de asegurar que el foco de medición del detector
16 de temperatura apunta a la zona de contacto 12, 13 herramienta de
corte-bloque mecanizado.
Resultando, que la lente del detector 16 de
temperatura está enfocada a la herramienta de corte 12, que está en
constante movimiento por toda el área de trabajo de la máquina
herramienta.
La sustentación 14, 15 mecánica amortiguadora
hace solidario el movimiento del detector 16 de temperatura y el de
la cabeza o husillo 11 de la máquina herramienta, y comprende un
soporte metálico tal como acero, de manera que en el extremo distal
de la sustentación se acopla solidariamente al cuerpo del detector
de temperatura, y en extremo proximal se acopla, a su vez,
solidariamente a la cabeza de la máquina herramienta, para formar un
ángulo con el eje vertical del cabezal 11 de la máquina herramienta
comprendido entre 0º y 90º.
Durante el trabajo de la herramienta mecánica
pueden instalarse diferentes herramientas de corte adecuadas a cada
uno de los trabajos que desarrolla la misma.
Por tanto, la sustentación 14, 15 mecánica debe
ser una sustentación flexible y de fácil adaptación y rápida
adaptación a cada una de las herramientas de corte instaladas, en
cada instante, en la máquina herramienta.
Así, la sustentación puede comprender una
primera 14 pieza de sustentación para ser acoplada a la cabeza de la
máquina herramienta, incluyendo en su extremo distal de una primera
ranura de acoplamiento mecánico a una segunda 15 pieza de
sustentación, de manera que se dota de la necesaria flexibilidad de
montaje al conjunto de sustentación para adaptarse a diferentes
herramientas de corte de diferente longitud.
La segunda 15 pieza comprende una segunda ranura
de acoplamiento en su extremo distal para su acoplamiento mecánico a
la primera ranura mediante un conjunto
tornillo-tuerca.
La segunda 15 pieza comprende en su extremo
distal de un soporte mecánico para sujetar el detector de
temperatura adecuadamente con su lente a puntando a la zona de
trabajo. En general, la lente forma un ángulo agudo con un plano
imaginario que une el eje vertical de la cabeza y un eje
longitudinal del detector de temperatura.
Tanto la altura y la inclinación del detector de
temperatura es función de la geometría de la herramienta de corte
instalada en el cabezal de la máquina herramienta.
El valor de temperatura adquirido por el
detector de temperatura es convertido en una señal eléctrica que se
transmite a un medio de lógica programable tal como un ordenador
conectado eléctricamente a conjunto de módulos de detección que
tiene la misión de adquirir datos relativos a otro conjunto de
parámetros relativos al funcionamiento de la máquina y, por tanto,
en el proceso de fabricación de la pieza objetivo, de manera que
deben ser controlados para asegurar que la fabricación de la misma
se realiza de acuerdo a la configuración geométrica y dimensiones,
precisión y acabados requeridos.
Entre los parámetros que se supervisan se
encuentran: vibraciones del material y del husillo o cabezal (11),
velocidad de avance y velocidad de giro de la herramienta de corte
(12), temperatura en la zona de contacto entre la pieza de material
y la herramienta de corte.
Por ejemplo, la adquisición de datos relativos
al conjunto de parámetros a controlar se realiza por medio de un
conjunto de medios de detección, respectivamente.
El control de dichos parámetros y la generación
de ordenes de mando a partir de los datos adquiridos por cada uno de
los detectores hacen que el proceso de elaboración presente un
tiempo y coste de fabricación adecuado a las piezas que se fabrican,
con la máxima calidad posible y protegiendo la vida de la
herramienta.
El ordenador realiza la función de control del
proceso de mecanizado mediante la ejecución de un algoritmo de
gobierno, distribución y transmisión de ordenes de mando a cada una
de las partes móviles o inmóviles de la máquina herramienta.
El algoritmo es previamente almacenado en un
medio de almacenamiento tal como una memoria.
En algunas ocasiones un grupo de detectores o
combinación de detectores unidireccionales, localizado en la cabeza
de corte, y bidireccionales, localizado en la mesa, pueden ser
sustituido por un detector tridimensional que de forma directa
adquiere datos de las vibraciones que se producen en la máquina
durante el proceso de mecanizado, es decir, vibraciones asociadas a
los movimientos de partes móviles de la maquina herramienta; la
vibración en cada dirección del espacio es controlada, generalmente,
por un detector unidireccional particularizado para la parte móvil a
la que está asociado.
En cualquiera de las posibles configuraciones de
detectores posibles localizables en la máquina herramienta, el
algoritmo mencionado anteriormente recibe muestras de los datos
adquiridos por el detector tridimensional o conjunto de detectores
unidireccionales y/o bidireccionales, computando el correspondiente
vector vibracional.
Para adquirir datos de deformación de la
herramienta durante el proceso de mecanizado, en si mismo, se
instala un detector de fuerza que adquiera muestras de datos
relativas a la fuerza empleada por la máquina herramienta durante el
proceso de mecanizado de la pieza.
El algoritmo mencionado anteriormente calcula la
deformación de la herramienta durante el proceso de mecanizado en
base a las muestras de datos adquiridas y transmitidas por el
detector de fuerza al ordenador.
El algoritmo de cálculo de la deformación de la
herramienta, aparte de la los datos adquiridos por el detector de
fuerza, utiliza datos relativos a la herramienta como longitud,
rigidez, resistencia, etc..
El algoritmo de fuerza se basa en el cálculo de
la flexión de un perfil en voladizo, de manera que calcula el
desplazamiento de un extremo libre del mismo cuando se aplica una
fuerza de flexión derivada de los datos adquiridos por el detector
de fuerza.
A partir de los datos resultantes de la
ejecución del algoritmo por el ordenador, se deriva el estado de
ejecución del proceso de mecanizado en cada instante del mismo, en
base a los datos adquiridos por los detectores en las tres
direcciones del espacio y el detector de fuerza.
Se ha de observar que cada detector se conecta
de modo independiente al ordenador, es decir, el algoritmo se puede
ejecutar con datos relativos a un número inferior de detectores del
número óptimo de detectores.
Cada detector está asociado a un módulo de
estado del algoritmo, por lo antedicho, cada módulo de estado es
independiente de los otros módulos.
En función de los datos de entrada a un módulo
concreto, el algoritmo calcula una señal de salida, combinando cada
señal de salida propia de cada módulo se genera una señal de mando
conjunta, que se transmite a una correspondiente parte de la máquina
herramienta, relativas al avance, caudal de líquido refrigerante,
revoluciones por minuto, etc; corrigiendo su posición relativa con
respecto al resto de la máquina herramienta. Es decir, el algoritmo
en base a los datos recibidos genera y transmite, en el caso de ser
necesario, señales de mando particulares para cada parte móvil de la
máquina herramienta con el objeto de mecanizar la pieza objetivo con
el grado de calidad deseado.
Como número máximo de señales de mando, se
generaran tantas como detectores haya instalados, en este caso
cuatro.
El resultado del conjunto de señales de mando es
una acción conjunta y global sobre la máquina herramienta. En el
caso de que el número de señales de mando sea inferior a cuatro,
debido a que alguno de los detectores no está instalado o que la
posición de alguna parte móvil no ha de ser rectificada, la acción
conjunta será la combinación de señales de mando generadas en cada
instante.
Resumiendo, el ordenador recibe desde el
conjunto de detectores señales eléctricas relativas a parámetros de
funcionamiento de la máquina herramienta, y en base a los mismos, el
ordenador genera y transmite señales de mando para mantener o variar
el modo de funcionamiento de alguna parte de la máquina herramienta
con el objetivo de optimizar el proceso de mecanizado de la pieza
objetivo y evitar la rotura de la máquina herramienta.
Asimismo, debe observarse que la presente
invención puede implementarse en una variedad de ambientes de medios
legibles por ordenador que comprenden códigos legibles por
ordenadores programables que incluyen componentes de procesamiento,
dispositivos de almacenamiento de un sistema de almacenamiento
legible por ordenador, que incluye dispositivos de memoria de un
sistema de memoria volátil y no volátil.
Las lógicas del ordenador ejecuta diversos
conjuntos de instrucciones o programas que se aplican a los datos de
muestras adquiridos por el conjunto de detectores para realizar las
funciones descritas anteriormente y para generar señales de mando
que son transmitidas a las correspondientes partes de la máquina
herramienta.
Los programas usados por los módulos hardware
descritos anteriormente pueden implementarse preferiblemente en
diversos lenguajes de programación.
Cada programa de ordenador se almacena
preferiblemente en un módulo o dispositivo de almacenamiento que es
legible por un ordenador programable de uso general o especial para
configurar y operar el ordenador cuando el módulo o dispositivo de
almacenamiento es leído por el ordenador con el fin de ejecutar los
procedimientos antes descritos.
Asimismo, puede considerarse que los algoritmos
antedichos pueden ser implementados como un módulo legible por
ordenador, configurado con un programa de ordenador, que hace el
ordenador funcione de la manera especificada y predefinida
anteriormente.
Las realizaciones y ejemplos establecidos en
esta memoria se presentan como la mejor explicación de la presente
invención y su aplicación práctica y para permitir de ese modo que
los expertos en la técnica pongan en práctica y utilicen la
invención.
Claims (9)
1. Cabezal de máquina herramienta comprendida en
una máquina herramienta que mecaniza bloques (13) de material;
caracterizado porque el cabezal o husillo (11) comprende un
módulo de detección de temperatura (16) instalado a una distancia
del eje vertical del cabezal (11) apuntando a la herramienta de
corte (12) situada entre el husillo (11) de la máquina herramienta y
el bloque (13) que se mecaniza para generar una pieza objetivo.
2. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 1;
caracterizado porque el módulo de detección de temperatura
(16) es fijado mecánicamente al cabezal (11) mediante un módulo (14,
15) de fijación mecánico absorbedor de las vibraciones de la máquina
herramienta mientras trabaja la misma.
3. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 2;
caracterizado porque el módulo (14, 15) de fijación mecánico
comprende al menos un soporte metálico (14) de manera que en el
extremo distal de la sustentación se acopla solidariamente al cuerpo
del detector (16) de temperatura, y en el extremo proximal se
acopla, a su vez, solidariamente a la cabeza o husillo (11) de la
máquina herramienta.
4. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 3;
caracterizado porque el módulo (14, 15) de fijación mecánico
comprende una primera (14) pieza de sustentación para ser acoplada a
la cabeza (11) de la máquina herramienta, incluyendo en su extremo
distal de una primera ranura de acoplamiento mecánico a una segunda
(15) pieza de sustentación, de manera que se dota de la necesaria
flexibilidad de montaje al conjunto de sustentación para adaptarse a
diferentes herramientas de corte de diferente longitud.
5. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 4;
caracterizado porque el módulo de detección de temperatura
(16) es fijado mecánicamente al cabezal (11) mediante un módulo (14,
15) de fijación mecánico absorbedor de las vibraciones de la máquina
herramienta mientras trabaja la misma.
6. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 5;
caracterizado porque la segunda (15) pieza comprende en su
extremo distal de un soporte mecánico para sujetar el detector (16)
de temperatura adecuadamente con su lente a puntando a la zona de
trabajo (12, 13).
7. Cabezal de acuerdo a la reivindicación 1;
caracterizado porque el detector de temperatura (16) puede
ser un detector de temperatura óptico que trabaja en el espectro
infrarrojo.
8. Método para adquirir datos de una máquina
herramienta por medio de un conjunto de detectores que adquieren
datos relativos a un conjunto de partes (11, 12, 13) de la misma;
caracterizado porque comprende las etapas:
\bullet Generación y transmisión desde cada
uno de los detectores a un conjunto de módulos de estado de muestras
de datos relativos a partes (11, 12, 13) de la máquina herramienta
asociada a cada detector, y
\bullet Cálculo y transmisión de señales de
mando de salida desde un medio de lógica programable que ejecuta un
al algoritmo de cálculo en función de los datos recibidos, hacia
partes (11, 12, 13) de la máquina herramienta para que la misma
modifique su modo de funcionamiento en base a la señal de mando
recibida.
9. Un módulo legible por ordenador que tiene
instrucciones legibles por ordenador para dar instrucciones a un
ordenador para que ejecute el método de acuerdo a la reivindicación
8.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803352A ES2350068B1 (es) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Cabezal de maquina herramienta |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200803352A ES2350068B1 (es) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Cabezal de maquina herramienta |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2350068A1 true ES2350068A1 (es) | 2011-01-18 |
| ES2350068B1 ES2350068B1 (es) | 2011-11-21 |
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ID=43425928
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|---|---|---|---|
| ES200803352A Expired - Fee Related ES2350068B1 (es) | 2008-11-25 | 2008-11-25 | Cabezal de maquina herramienta |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2350068B1 (es) |
Citations (3)
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| CN2652590Y (zh) * | 2003-10-10 | 2004-11-03 | 华南理工大学 | 刀具高速旋转时测温装置 |
-
2008
- 2008-11-25 ES ES200803352A patent/ES2350068B1/es not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2350068B1 (es) | 2011-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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