ES2249756T3 - Dispositivo para controlar la posicion de un husillo en una maquina herramienta. - Google Patents
Dispositivo para controlar la posicion de un husillo en una maquina herramienta.Info
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Abstract
Dispositivo para controlar la posición de un husillo en una máquina herramienta que comprende una estructura (13) que sirve para soportar al husillo (10) y medios mediante los cuales el husillo es puesto en movimiento a lo largo de tres ejes (X, Y y Z) dentro de una zona de maquinado predeterminada, caracterizado por el hecho que comprende una pluralidad de medios (20) situados fuera de la máquina y en condiciones de emitir señales electromagnéticas, un medio (21) instalado en el husillo y en condiciones de recibir señales electromagnéticas, una unidad maestra de control (23) que comprende medios (24) mediante los cuales procesar y transmitir señales que indican la distancia entre cada uno de los medios emisores y el medio receptor, y medios (25) en condiciones de identificar la posición del husillo sobre la base de las señales que indican las distancias entre los medios emisores y el medio receptor; y por el hecho que la unidad maestra de control está conectada del lado de salida a los medios mediante los cuales el husillo es puesto en movimiento a lo largo de los ejes.
Description
Dispositivo para controlar la posición de un
husillo en una máquina herramienta.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para controlar la posición de un husillo en una máquina
herramienta, según el preámbulo de la reivindicación 1, como por
ejemplo el conocido a partir de la patente de invención
DE-A-19.630.205.
La presente invención halla aplicación en
máquinas herramientas del tipo que comprenden una estructura de
sustentación compuesta por dos guías de deslizamiento montadas
sobre respectivos montantes verticales, y una traviesa o pórtico que
se desliza sobre las guías a lo largo de un eje denotado con la
letra X, que soporta a una unidad que incluye una columna montante
alineada sobre un eje vertical, cuyo extremo inferior posee un
cabezal de maquinado provisto de un husillo al cual se le puede
colocar una herramienta.
En general, la columna puede ser movida
horizontalmente sobre la traviesa, a lo largo de un eje denotado
con la letra Y, en una dirección transversal a la dirección de
movimiento de la traviesa. La columna también se puede deslizar
verticalmente a lo largo de un tercer eje denotado con la letra Z,
de manera que el cabezal de maquinado pueda ser levantado y bajado
con respecto a una estación de maquinado subyacente, la cual está
ocupada por un dispositivo de soporte que sostiene una parte para
maquinar.
Para elaboraciones especiales, finalmente, el
cabezal de maquinado puede girar alrededor de un eje C paralelo al
eje vertical Z, mientras que el husillo también puede oscilar
alrededor de un eje A transversal al mismo eje
Z.
Z.
Para controlar una máquina herramienta del tipo
descrito arriba, en todo momento se debe conocer exactamente donde
está ubicada la herramienta, durante todo el proceso de maquinado.
Usando los métodos de la técnica conocida, la posición del husillo
en el espacio se identifica indirectamente mediante sistemas
ópticos o mecánicos o mediante encoders capaces de medir las
coordenadas X, Y y Z del husillo con respecto al punto de origen de
un sistema de coordenadas Cartesianas establecido mediante los ejes
X, Y y Z y asociado rígidamente con la estructura fija de la
máquina herramienta.
Por consiguiente, la fiabilidad del sistema de
medición en cuestión, que depende de la conexión entre partes
móviles y fijas de la máquina, está basada sobre el supuesto que la
estructura está ubicada de manera correcta y estable con relación a
la estación de maquinado. De manera similar, se asume que las
posiciones geométricas de los varios componentes de la máquina, es
decir las guías de deslizamiento, la traviesa y columna, estarán
dentro de tolerancias determinadas.
Sin embargo, sucede que las posiciones
geométricas en cuestión no siempre pueden ser mantenidas, y además
existe el factor correspondiente a variaciones de la estructura,
por ejemplo causadas por los efectos térmicos y de deformación por
carga, que introducen errores de medida.
El objetivo de la presente invención, por
consiguiente, es el de proporcionar un dispositivo para controlar
la posición de un husillo en una máquina herramienta que no
presente las desventajas mencionadas con anterioridad que son
típicas de los dispositivos pertenecientes a la técnica
conocida.
De acuerdo con la presente invención, el objetivo
señalado se logra mediante un dispositivo según está descrito en la
reivindicación 1 que está más adelante.
Ahora se describirá la presente invención en
detalles, a título ejemplificador, con la ayuda de los dibujos
anexos, en los cuales:
- la figura 1 ilustra una máquina herramienta
equipada con un dispositivo de control realizado según la presente
invención, visto esquemáticamente en perspectiva y parcialmente en
diagrama de bloques;
- la figura 2 ilustra la máquina herramienta de
la figura 1, equipada con un dispositivo de control según una
realización alternativa, visto esquemáticamente en perspectiva y
parcialmente en diagrama de bloques.
Con referencia a las figuras de los dibujos
anexos, el numeral 1 denota en su totalidad una máquina
herramienta, la cual incluye una base (2) y que presenta dos guías
de deslizamiento (3) longitudinales y paralelas soportadas por
correspondientes montantes verticales (4). Montada sobre las guías
de deslizamiento (3), y, por eso, en condiciones de moverse a lo
largo de un eje denotado con la letra X, hay una traviesa o pórtico
horizontal (5) dispuesto transversalmente a las guías (3) y
soportando una unidad (6) que incluye una columna vertical (7)
situada perpendicularmente al pórtico (5), cuyo extremo inferior
(8) posee un cabezal de maquinado (9) equipado con un husillo (10)
en el cual se puede colocar una herramienta (no ilustrada). La
columna (7) se puede mover sobre sus respectivas guías de
deslizamiento (11), presentadas por el pórtico (5), a lo largo de un
segundo eje horizontal (Y) que se extiende transversalmente al
antes mencionado eje X, y también se puede mover sobre las guías
verticales (12) a lo largo de un respectivo eje vertical (Z).
Las guías longitudinales (3), el pórtico (5) y la
columna vertical (7) combinados crean una estructura (13) que sirve
a soportar el husillo (10) e incorporar medios mediante los cuales
ubicar el mismo husillo (10); concretamente, tales medios son
motores (14, 15 y 16) en condiciones, respectivamente, de poner en
movimiento el pórtico (5) a lo largo del eje X, y de poner en
movimiento la columna (7) a lo largo del eje Y y del eje Z.
Los motores en cuestión pueden ser de cualquier
tipo, incluyendo motores convencionales acoplados a un transmisor
mecánico de piñón y cremallera, o alternativamente, a título
ejemplificador, motores eléctricos lineales.
El espacio entre las guías de deslizamiento (3)
longitudinales, debajo del pórtico (5), aloja una estación de
maquinado (17) en la cual posicionar un dispositivo (18) (ver la
figura 2) que sirve para soportar una parte (19) a maquinar.
La máquina (1) como la descrita hasta ahora cae
dentro de la categoría de máquinas herramienta de tres ejes,
mientras que en una máquina denominada de cinco ejes, el cabezal de
maquinado (9) puede girar alrededor de un eje C paralelo al eje
vertical (Z), y el husillo (10) puede estar hecho para oscilar
alrededor de un eje (A) transversal a este mismo eje (Z) a través
de la acción de respectivos medios impulsores no mostrados en las
figuras.
El dispositivo según la presente invención
comprende medios emisores representados como bloques denotados con
el numeral 20, instalados a un nivel por encima de la máquina
herramienta (1), por ejemplo en cuatro puntos fijos del local o nave
en la cual están alojadas una o varias máquinas herramientas (1) de
ese tipo. Esos emisores irradiarán señales electromagnéticas que
pueden ser captadas por un medio receptor (21) instalado en el
husillo (10). Los medios emisores (20) están provistos de
respectivos medios medidores de tiempo sincronizados entre sí y
representados por un bloque único, denotado mediante el numeral
22.
Un bloque denotado con el numeral 23 representa
una unidad maestra de control que comprende respectivos medios de
transmisión y procesamiento de datos, denotados mediante un bloque
(24) dibujado con líneas de trazos, y adecuados para generar
señales que indiquen la distancia entre cada uno de los medios
emisores (20) y el medio receptor (21).
El bloque de transmisión y procesamiento de datos
(24) está conectado a un bloque (25) que representa medios mediante
los cuales identificar la posición del husillo (10) sobre la base
de las señales recibidas desde el bloque de procesamiento (24).
La unidad maestra de control (23) está conectada
del lado de salida a los motores (14, 15 y 16) mencionados con
anterioridad, de manera que esos puedan ser gobernados para
corregir la posición del husillo (10) ajustando las posiciones en
los tres ejes (X, Y y Z).
En el caso que el cabezal de maquinado (9)
estuviera en condiciones de girar alrededor del mencionado eje
vertical (C) y el husillo (10) pudiera oscilar alrededor del eje
horizontal (A), el dispositivo según la presente invención también
podría comprender medios, mostrados como un bloque denotado con el
numeral 26, capaces de detectar la orientación de los ejes polares
(A y C) y suministrar respectivas señales de salida a la unidad
maestra de control (23) de manera de permitir gobernar el
funcionamiento de los motores (no ilustrados) mediante los cuales
se genera el movimiento giratorio del cabezal de maquinado (9) y la
oscilación del husillo (10).
Los medios de transmisión y procesamiento de
datos (24) que indican la distancia entre los medios emisores (20)
y el medio receptor (21) son adecuados para calcular la distancia
(D) en cuestión sobre la base del tiempo empleado por la señal para
viajar entre cada uno de los medios emisores (20) y el medio
receptor (21). En efecto, los medios de medición (22) conocen el
tiempo de envío (T1) y el tiempo de llegada (T2) de las señales
electromagnéticas, mientras que la velocidad (c) de las señales es
igual a la velocidad de la luz.
Para cada uno de los medios emisores (20), por lo
tanto, se tiene:
D = c*(T2 -
T1)
Las cuatro distancias (D) obtenidas de esta
manera proporcionan la información de entrada para un procedimiento
de cálculo a través del cual obtener las tres coordenadas (X, Y y
Z) que definirán unívocamente la posición de la herramienta.
El procedimiento de cálculo es uno de
triangulación, basado sobre una operación que implica la
intersección de tres esferas cuyos radios se obtienen aplicando la
fórmula de arriba y los centros coinciden con el husillo (10). El
procedimiento proporciona dos soluciones posibles; la solución
correcta se obtiene utilizando la intersección de la cuarta esfera,
a través de la cual se identifica unívocamente la posición del
husillo.
En el caso que la máquina herramienta fuera del
tipo de cinco ejes, en cuyo caso el dispositivo según la presente
invención podría incluir medios en condiciones de detectar la
orientación de los dos ejes polares (A y C), los medios de detección
en cuestión incorporarán medios capaces de detectar una rotación del
cabezal (9) alrededor de un eje polar (A), ilustrados como un
bloque denotado con el numeral 27, y medios capaces de detectar un
movimiento de oscilación con respecto al otro eje polar (C),
ilustrados como un bloque denotado con el numeral 28. Tales medios
(27 y 28) podrían componerse, por ejemplo, de encoders giratorios o
dispositivos giroscópicos.
Los medios (27 y 28) en cuestión están conectados
del lado de salida a un bloque denotado con el numeral 29 que sirve
para procesar las respectivas señales, que a su vez está conectado
a la unidad maestra de control (23).
En el caso de una máquina herramienta de cinco
ejes, para determinar la posición del husillo (10), el dispositivo
de acuerdo a la presente invención utiliza los procedimientos de
cálculo descritos arriba para una máquina de tres ejes, integrados
con la información provista por el bloque de procesamiento
(29).
De manera ventajosa, los cuatro emisores (20)
están en condiciones de monitorear una pluralidad de máquinas
herramientas (1) instaladas dentro del mismo local o nave, o dos o
más husillos (10) de una máquina (1) individual.
Los emisores (20) pueden ser de cualquier tipo,
lo que equivale a decir, emisores de ondas electromagnéticas en la
banda de radiofrecuencia del espectro, transmisores de ondas radar,
o transmisores de señales láser.
Correspondientemente, el receptor (21) será una
antena de recepción de radiofrecuencias, un objetivo radar, o en el
caso de señales láser, un objetivo reflector.
Con referencia a la figura 2, el dispositivo (18)
que sirve para sostener una parte (19) en elaboración se ejecuta
mediante operaciones de maquinado de precisión con las cuales se
forman los asientos que alojarán las partes (19).
Para asegurar que las operaciones de maquinado se
lleven a cabo con la debida precisión, las posiciones de la parte
(19) se deben mantener inalteradas a lo largo del tiempo y por este
motivo el dispositivo publicado también debe conocer el
emplazamiento de la máquina herramienta (1) con respecto al
dispositivo (18) que sostiene a la parte (19).
Las coordenadas de emplazamiento del dispositivo
(18) con respecto a la máquina (1) las calcula un operador de la
máquina, y al comienzo de cada ciclo de maquinado el operador
ingresa los datos en un controlador de la máquina.
De la misma forma como se ha mencionado con
referencia a la estructura (13) que soporta al husillo, el sistema
que sirve para detectar la posición de la herramienta durante el
ciclo de maquinado puede ser afectado por errores debido a
dilatación térmica del dispositivo (18).
Por consiguiente, el dispositivo (18) estará
provisto de al menos un conjunto de medios (30) en condiciones de
recibir señales electromagnéticas provenientes de los medios
emisores (20). El procedimiento de cálculo es el mismo que el
descrito con anterioridad.
Claims (12)
1. Dispositivo para controlar la posición de un
husillo en una máquina herramienta que comprende una estructura
(13) que sirve para soportar al husillo (10) y medios mediante los
cuales el husillo es puesto en movimiento a lo largo de tres ejes
(X, Y y Z) dentro de una zona de maquinado predeterminada,
caracterizado por el hecho que comprende una pluralidad de
medios (20) situados fuera de la máquina y en condiciones de emitir
señales electromagnéticas, un medio (21) instalado en el husillo y
en condiciones de recibir señales electromagnéticas, una unidad
maestra de control (23) que comprende medios (24) mediante los
cuales procesar y transmitir señales que indican la distancia entre
cada uno de los medios emisores y el medio receptor, y medios (25)
en condiciones de identificar la posición del husillo sobre la base
de las señales que indican las distancias entre los medios emisores
y el medio receptor; y por el hecho que la unidad maestra de control
está conectada del lado de salida a los medios mediante los cuales
el husillo es puesto en movimiento a lo largo de los ejes.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde
cada uno de los medios (20) que emiten señales electromagnéticas
está asociado con uno de una correspondiente pluralidad de
respectivos medios de medición de tiempo, los cuales están
sincronizados entre sí.
3. Dispositivo según las reivindicación 2, donde
medios (24) mediante los cuales procesar y trasmitir señales que
indican la distancia entre cada uno de los medios emisores (20) y
el medio receptor (21) están en condiciones de determinar la misma
distancia sobre la base del tiempo empleado por la señal
electromagnética para recorrer la distancia entre los medios
emisores y el medio receptor.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, donde
el husillo (10) es puesto en movimiento dentro de la zona de
maquinado, mediante correspondientes medios, alrededor de otros dos
ejes polares (A y C), y medios (27 y 28) mediante los cuales
detectar la orientación de los ejes polares (A y C) están conectados
a medios de procesamiento (29) conectados a su vez del lado de
salida a la unidad maestra de control (23).
5. Dispositivo según la reivindicación 4, donde
los medios de detección comprenden encoders giratorios.
6. Dispositivo según la reivindicación 4, donde
los medios de detección comprenden dispositivos giroscópicos.
7. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
6, donde los medios (20) capaces de emitir señales
electromagnéticas son emisores de ondas electromagnéticas en la
banda de radiofrecuencia del espectro, y el medio receptor (21) es
una antena de recepción.
8. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
6, donde los medios (20) capaces de emitir señales
electromagnéticas son transmisores de ondas radar, y el medio de
recepción (21) es un objetivo radar.
9. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
6, donde los medios (20) capaces de emitir señales
electromagnéticas son transmisores de señales láser, y el medio
receptor (21) es un objetivo reflector.
10. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
9, instalado en un sistema que incluye una pluralidad de máquinas
herramientas y respectivos husillos (10), donde los medios (20)
capaces de emitir señales electromagnéticas y la unidad maestra de
control (23) están ejecutados como una entidad única que funciona
conjuntamente con cada uno de los medios receptores (21) asociados
con los husillos individuales.
11. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
10, instalado en una máquina herramienta de la cual la zona de
maquinado predeterminada está ocupada por un dispositivo (18) que
sirve a soportar una parte (19) para maquinar, donde el dispositivo
comprende al menos un conjunto de medios receptores (30) en
condiciones de capturar las señales electromagnéticas provenientes
de los medios emisores y conectados a medios capaces de procesar y
emitir señales que indican la distancia existente entre cada uno de
los medios emisores y los medios receptores.
12. Dispositivo según las reivindicaciones de 1 a
11, donde el método de cálculo utilizado por los medios de
procesamiento es el de triangulación.
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