ES2319432T3 - Disposicion para amortiguacion de vibraciones y deflexion en un portaherramientas. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de amortiguación de vibraciones y/o control de la flexión de un objeto (2, 10) en el mecanizado, en el que el objeto es una herramienta (2), portaherramientas (2) o pieza (10) de trabajo, caracterizado porque el dispositivo comprende al menos un dispositivo (7) de intercambio de fuerza externo a una superficie del objeto, en el que dicho dispositivo (7) de intercambio de fuerza está unido a un dispositivo (4, 5, 14) posicionador que rodea el objeto (2, 10), y está operativo tanto para el intercambio de una fuerza que tiene una componente de fuerza dirigida en ángulo recto con respecto a la superficie del objeto (2, 10), como para el intercambio directamente o a través de una palanca (3, 14) mecánica, de un momento entre el objeto (2, 10) y el dispositivo.
Description
Disposición para amortiguación de vibraciones y
deflexión en un portaherramientas.
La presente invención se refiere a un método y a
un aparato para la amortiguación de vibraciones, y para la
amortiguación de la flexión de herramientas y piezas de trabajo en
el mecanizado.
El mecanizado, tal como torneado, taladrado o
fresado, con frecuencia ocasiona problemas de vibraciones y
flexiones, particularmente cuando la longitud de la parte en
voladizo o no acoplada de la herramienta supera de 4 a 5 veces el
diámetro.
Las vibraciones y flexiones están estrechamente
relacionadas. Cuando se aplica el diente en la pieza de trabajo en
primer lugar habrá una flexión media provocada por la fuerza de
corte aplicada al diente. Cuando la herramienta está vibrando, se
producirá un movimiento oscilante por encima y por debajo de la
flexión media (véase la figura 1). Este movimiento se amplificará
si las frecuencias aplicadas por la fuerza de corte se aproximan a
las frecuencias de resonancia de la herramienta.
Los problemas de vibración se producen
normalmente en corte interior, cuando se pretende el corte en
profundidad y la posibilidad de aumentar el diámetro del
portaherramientas es baja. Existen dos tipos de vibraciones
particularmente problemáticas; vibraciones de flexión y vibraciones
de torsión. Estas vibraciones dan como resultado una escasa
productividad, un acabado de superficie deficiente, una vida útil
de la herramienta reducida, y con frecuencia, impiden el
mecanizado.
Debido a la flexión de la herramienta, tras una
operación de corte no se obtendrá la dimensión pretendida o la
forma pretendida. Se puede estar más próximo a la dimensión o forma
pretendidas permitiendo ajustes de la flexión media. También puede
controlarse la flexión media para conseguir una forma del producto
final que de otro modo requeriría una herramienta especial.
Las piezas de trabajo, particularmente las
piezas de trabajo que tienen una sección transversal de pared
delgada, también están sujetas a los mismos problemas de flexión
media y vibraciones. Normalmente entonces la pieza de trabajo es la
que se dobla, mientras que la herramienta está más en reposo.
La amortiguación de vibraciones para el
mecanizado normalmente se ha realizado hasta ahora utilizando
amortiguadores mecánicos pasivos en los que una masa de material
más pesado está soportada por elementos de resorte y de
amortiguación (sistema de doble masa) que a su vez están soportados
por la herramienta (véase la patente estadounidense n.º 5.413.318,
por ejemplo). El problema asociado a los amortiguadores mecánicos
es entre otros que los materiales pesados son caros, que cada
herramienta está limitada a longitudes en voladizo específicas y
que el amortiguador ocupa espacio en el portaherramientas,
debilitando de este modo la herramienta. Los materiales de aceite y
caucho se utilizan con frecuencia y es difícil obtenerlos con una
calidad estable y cambian sus propiedades con la temperatura y la
vida útil. Además, tales sistemas de amortiguación tienen
limitaciones respecto a cómo conseguir frecuencias bajas. También,
los amortiguadores de doble masa, añaden una masa adicional,
obstaculizando el equilibrado de herramientas que giran a
revoluciones superiores.
La amortiguación activa de portaherramientas
puede conseguirse, por ejemplo, utilizando accionadores de fuerza
piezoeléctricos (véase por ejemplo la solicitud de patente
estadounidense 2002/0033083 en la que se incrustan elementos de
cerámica piezoeléctrica en el portaherramientas). Tales
accionadores de fuerza se han utilizado anteriormente en
amortiguadores eléctricos pasivos entre otros, tal como en
accionadores de fuerza derivados en esquís, raquetas de tenis y
palos de golf. En sistemas activos normalmente se utiliza un
accionador de fuerza piezoeléctrico que está adherido, o unido de
otro modo, a la soldadura de la herramienta. El accionador
transmitirá entonces la fuerza a la herramienta a través de fuerzas
cortantes. Un sistema de control, normalmente un sistema de
regulación adaptable, controla la fuerza de los accionadores por
medio de la información de un sensor, normalmente un
acelerómetro.
Para poder amortiguar vibraciones en una
herramienta de este tipo de la mejor manera posible, el accionador
tiene que ubicarse próximo a la abrazadera del portaherramientas.
El problema asociado a dichas ubicaciones de los accionadores es el
hecho de que éstas no permiten flexibilidad a lo largo de la
longitud del vuelo. También, la transmisión de fuerza a la
herramienta no resultará eficaz puesto que estas fuerzas cortantes
tienen que ser muy grandes para resistir movimientos más alejados
sobre la punta de diente. El documento estadounidense 5.913.955
también es un ejemplo de un sistema de accionador incrustado, en el
que los accionadores están montados en rebajes realizados en la
superficie de barra.
La técnica anterior comprende el posicionamiento
de accionadores directamente sobre o empotrados en concavidades
del portaherramientas, y las fuerzas se transmitirán entonces desde
el accionador al portaherramientas a través de fuerzas cortantes.
Con un acoplamiento de accionadores de este tipo, las longitudes
del vuelo y la dirección de la fuerza se verán restringidas.
La invención resuelve o al menos disminuye los
problemas de la técnica anterior a los que se ha hecho referencia
anteriormente.
Según la invención se prevé un dispositivo para
la amortiguación de vibraciones y/o el control de la flexión de un
objeto durante el mecanizado, distinguiéndose el dispositivo por
comprender al menos un dispositivo de intercambio de fuerza para
intercambiar una fuerza que tiene una componente de fuerza dirigida
en ángulo recto con respecto a la superficie del objeto y/o para
intercambiar directamente o a través de una palanca mecánica, un
momento entre el objeto y el dispositivo.
En una realización el dispositivo comprende un
dispositivo de transmisión de momento flector para transmitir un
momento flector entre al menos un dispositivo de intercambio de
fuerza y el objeto. El dispositivo que transmite el momento flector
puede comprender un dispositivo que transmite fuerza que rodea al
objeto. En otra realización el dispositivo de intercambio de fuerza
puede disponerse entre un soporte fijo para el objeto y el
dispositivo de transmisión de fuerza, y unirse o empotrarse en el
soporte fijo. Además, el dispositivo de transmisión de momento
flector puede comprender un dispositivo de posicionamiento para el
dispositivo de intercambio de fuerza, en el que el dispositivo de
posicionamiento rodea el objeto, y el dispositivo de intercambio de
fuerza puede disponerse entre el dispositivo de transmisión de
fuerza y el dispositivo de posicionamiento. Podría disponerse un
material elástico entre el dispositivo de transmisión de fuerza y
el dispositivo de posicionamiento. El material elástico podría
disponerse entre al menos un dispositivo de intercambio de fuerza y
el objeto, o entre al menos un dispositivo de intercambio de fuerza
y el dispositivo de posicionamiento. El material elástico puede
fabricarse de caucho. El dispositivo de intercambio de fuerza puede
configurarse para aplicar una fuerza que tiene una componente de
fuerza en ángulos rectos con respecto al dispositivo de transmisión
de fuerza aunque también en paralelo a la superficie del
objeto.
En una realización alternativa, el dispositivo
está dotado de un dispositivo de posicionamiento o posicionador,
para al menos un dispositivo de intercambio de fuerza, para fijar y
posicionar el dispositivo de intercambio de fuerza con respecto al
objeto. Un dispositivo de transmisión de fuerza puede entonces
rodear el objeto y disponerse entre el dispositivo de intercambio
de fuerza y el objeto. El dispositivo de transmisión de fuerza y el
dispositivo de intercambio de fuerza pueden ubicarse en el
dispositivo de posicionamiento.
Según otra realización alternativa el
dispositivo puede comprender un dispositivo de transmisión de
momento para transmitir momento entre al menos un dispositivo de
intercambio de fuerza y el objeto, en el que el dispositivo de
transmisión de momento es una pieza de conexión del objeto para
fijar el objeto a una abrazadera para el objeto. El dispositivo de
intercambio de fuerza puede entonces disponerse en la abrazadera
para el objeto.
Según todavía otra realización, el dispositivo
puede disponerse de manera móvil con respecto al objeto. Además, al
menos un dispositivo de intercambio de fuerza puede ser al menos un
accionador. Al menos un dispositivo de intercambio de fuerza puede
ser al menos un accionador, y el dispositivo puede comprender una
unidad de control para regular la entrada a, al menos, un
accionador. Un sensor puede disponerse sobre, o, en el objeto para
detectar vibraciones en y/o flexión del objeto, y la unidad de
control puede recibir señales procedentes del sensor para regular
la entrada basándose en dichas señales. El sensor puede ser un
acelerómetro.
El accionador puede ser un agitador, un
accionador neumático o hidráulico, un accionador de fuerza
piezoeléctrico u otro accionador de presión de fuerza o torsión.
Además, los accionadores pueden adaptarse para ser controlados de
manera pasiva, tal como los que tienen forma de amortiguadores
neumáticos o accionadores derivados, y/o de manera activa,
utilizando un algoritmo de amortiguación.
Además, el dispositivo según la invención puede
ser modular, permitiendo el uso de diferentes dimensiones y
configuraciones geométricas del objeto. También, el dispositivo
puede adaptarse a un objeto que es una herramienta o un
portaherramientas, posiblemente una pieza de trabajo.
Finalmente, se observan dos realizaciones
importantes y básicas, a saber
- -
- que al menos un dispositivo de intercambio de fuerza tiene forma de al menos un dispositivo de aplicación de fuerza para aplicar la fuerza y/o para aplicar el momento al objeto, y
- -
- que al menos un dispositivo de intercambio de fuerza tiene forma de al menos un dispositivo de amortiguación para absorber vibraciones procedentes del objeto, estando adaptado dicho dispositivo de amortiguación para absorber la componente de fuerza y/o absorber el momento procedente del objeto.
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La presente invención utiliza dispositivos de
intercambio de fuerza en forma de dispositivos de aplicación de
fuerza y dispositivos de amortiguación. Como dispositivos de
aplicación de fuerza se utilizan preferiblemente accionadores que
tienen un dispositivo de fijación flexible (soporte), de modo que
los accionadores pueden moverse y las fuerzas aplicarse
directamente sobre el portaherramientas o a través de una palanca o
manguito(s) de transmisión de fuerza. La ventaja es el hecho
de que el vuelo de la herramienta y la dirección de la fuerza
pueden cambiarse con respecto a las fuerzas de corte que se
producen en el proceso de mecanizado, o es deseable aplicar una
fuerza en una dirección deseada distinta. La invención permite
también utilizar portaherramientas que tengan diferentes formas y
dimensiones en el mismo soporte. Con la presente invención, la
energía (fuerza y movimiento) que se aplica a la herramienta puede
aumentarse sustancialmente a través de fuerzas cortantes mediante
accionadores posicionados directamente sobre o empotrados en
concavidades en el portaherramientas tal como se describió
anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
Las realizaciones de la invención se describirán
ahora con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una representación gráfica de
varias fuerzas de mecanizado medio durante el mecanizado, y
variaciones de las mismas;
la figura 2a muestra la flexión de una
herramienta por transmisión de momento;
la figura 2b muestra la flexión de una
herramienta por aplicación de fuerza directa;
la figura 3a muestra ejemplos de una
localización de accionador con dirección de fuerza y punto de
ataque respecto a un objeto según diversas realizaciones de la
invención;
la figura 4 es un croquis de principio de una
herramienta con transmisión de momento según una realización de la
invención;
la figura 5 es un croquis de principio de una
herramienta con transmisión de fuerza directa según una realización
de la invención;
la figura 6 es un croquis de principio de
amortiguación de pieza de trabajo con transmisión de momento según
una realización de la invención; y
la figura 7 es un ejemplo de una realización de
la presente invención, que ilustra cómo los accionadores pueden
presionar directamente sobre una pieza de conexión o reborde.
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Algunos conceptos según se utilizan en la
siguiente descripción van a explicarse con mayor detalle, tal
como
sigue:
sigue:
- Portaherramientas: En este contexto se hace referencia como el elemento que sujeta el diente. Éste puede ser una fijación dentada, diente de fresado, barra dentada con diente integrado o una combinación de bloque dentado/cabeza de fresado y adaptador, por ejemplo.
- Diente: broca acoplada fabricada de material duro con bordes cortantes que eliminan materiales.
- Herramienta: Conjunto de uno o varios portaherramientas y diente.
- Acoplamiento de herramienta: el elemento que sujeta la herramienta. Puede dividirse en soporte dividido, soporte "capto", soporte HSK, Steilkon, por ejemplo.
- Amortiguación activa: Amortiguación que está controlada y dotada de energía procedente de una fuente externa pueden ser accionadores que están controlados mediante un microcontrolador externo y dotados de energía procedente de un amplificador de potencia externo, por ejemplo. Las ventajas de utilizar amortiguación activa es entre otras cosas que básicamente puede suministrarse al sistema tanta energía como se desee, y la posibilidad de controlar la entrada mediante algoritmos adaptables.
- Amortiguación pasiva: Amortiguación que no está controlada o dotada de energía procedente de una fuente externa. Pueden ser accionadores que amortigüen tras pérdidas de electricidad en una conexión derivada incorporada en el sistema o un amortiguador de doble masa mecánico, tal como se describe en la patente estadounidense n.º 5.413.318.
- Modular: Un dispositivo flexible que tiene elementos de inserción adaptados a la configuración del portaherramientas se incluyen como módulos. Un módulo que consiste en un manguito de inserción que tiene una cavidad circular que puede sujetar una herramienta circular de un cierto diámetro mientras que, un módulo que tiene una cavidad rectangular puede sujetar una herramienta rectangular. Un módulo puede también adaptarse a la pieza de conexión de la herramienta.
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Un antiguo principio de ventaja mecánica es el
principio de momento (palanca). Utilizar un brazo de palanca largo
no requiere fuerzas de la misma magnitud a las de utilizar un brazo
corto para conseguir un momento del mismo tamaño. La deflexión como
resultado de fuerzas flectoras sobre una viga en voladizo
homogénea viene dada por u=SL^{3}/3EI, mientras que la deflexión
como resultado de un momento flector viene dada por u=ML^{2}/2EI,
en la que S es la fuerza de deflexión, L es la distancia desde el
centro, M es el momento, E es el módulo de elasticidad e I es el
momento de inercia de la sección transversal. Cuando se superponen
estas ecuaciones, parece que debe ampliarse el momento si surge un
aumento dado en la fuerza de corte para retener el extremo de la
viga en reposo. Este momento puede ampliarse aumentando la fuerza o
el brazo del momento flector. Por consiguiente, en torsión la
fuerza o brazo del momento torsor debe incrementarse para resistir
el par provocado por la fuerza de corte.
Cuando directamente se aplican fuerzas de manera
radial, una deflexión correspondiente viene dada por
u=FL^{3}/3EI, en la que F es la fuerza de accionador.
Comparando los diversos principios de
transmisión de fuerza muestra que tanto aplicar directamente fuerza
como transmitir energía a través del principio de palanca dan como
resultado una transmisión de energía mejorada (fuerza y movimiento
mayores) a la herramienta que la transmisión a través de fuerzas de
corte.
Con el fin de utilizar los principios de momento
o transmisión de fuerza directa, pueden utilizarse uno o más
accionadores de fuerza, tales como accionadores de fuerza de
cerámica piezoeléctrica, accionadores apilados, accionadores
hidráulicos o neumáticos. Éstos deben posicionarse de manera que se
permita la transmisión de fuerzas suficiente para conseguir el
movimiento deseado. En el caso de transmisión de momento, el
movimiento del portaherramientas aumentará cuanto más próximo esté
el movimiento provocado por el accionador con respecto al
portaherramientas, aunque la fuerza requerida aumentará también
(véase la figura 2a). En caso de transmisión de fuerza directa, el
movimiento del portaherramientas aumentará cuanto más próximo esté
el punto de ataque del accionador al acoplamiento del
portaherramientas. (véase la figura 2b). En ambos principios el
posicionamiento dependerá del tamaño del portaherramientas, del
movimiento del accionador, de la rigidez del accionador y de la
fuerza del accionador.
El movimiento que se aplica por los accionadores
puede resistir o amplificar vibraciones/torsiones/flexiones
orientando los accionadores en la dirección de interés. Dos o más
accionadores pueden proporcionar un par de fuerzas.
Los accionadores pueden fijarse en un manguito
posicionador montado en el portaherramientas, en la pieza de
conexión del portaherramientas (en un reborde de una pinza, por
ejemplo), en la abrazadera del portaherramientas o integrado en el
acoplamiento de máquina (revólver o husillo/mandril, por
ejemplo).
En el caso del principio de transmisión de
momento, una palanca para transmitir fuerzas procedentes de los
accionadores se fija al portaherramientas en frente de los
accionadores. Esta palanca debe ser tan rígida como sea posible con
el fin de transmitir el momento procedente de los accionadores de
la mejor manera posible y debe ser de un peso bajo para añadir la
menor masa posible a la frecuencia natural de la herramienta.
Además, la palanca debe tener una cierta anchura para evitar
tensiones puntuales excesivas. En una realización alternativa, la
pieza de conexión del portaherramientas (véase la figura 7) puede
utilizarse para transmitir el momento a la herramienta, en lugar de
a la palanca.
Tanto la palanca como un posible manguito
posicionador para el(los) accionador(es) pueden
moverse a lo largo del portaherramientas hasta la posición deseada.
También, en caso de herramientas que no tengan vuelos fijos
(herramientas no modulares), la herramienta puede entrar y salir
del soporte. Todo esto dará como resultado una flexibilidad
considerable en relación con las longitudes del vuelo. Con o sin el
uso de manguitos de inserción, el sistema puede comprender muchas
herramientas diferentes, en muchas realizaciones diferentes.
Al utilizar el principio de transmisión de
fuerza directa, los accionadores añadirán fuerzas aplicándolas
directamente sobre el portaherramientas o sobre un manguito que
transmite fuerza fijado al portaherramientas.
En lugar de un manguito o palanca de transmisión
de fuerza, puede utilizarse un dispositivo de transmisión de
fuerza diferente, tal como un collarín, collar de fijación,
horquilla o similares.
Los accionadores pueden controlarse de manera
activa utilizando un algoritmo de amortiguación, por ejemplo, y/o
de manera pasiva (derivación), y con o sin sensores, en forma de
acelerómetro, por ejemplo. El sistema puede utilizarse también en
combinación con otros sistemas activos, por ejemplo mecánico
adaptable, o pasivos tales como amortiguador mecánico. En lugar de
o además de accionadores, la invención podría utilizar
amortiguadores pasivos, tales como amortiguadores de caucho o
hidráulicos/neumáticos, para amortiguación de vibraciones.
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La figura 4 muestra una realización del
dispositivo de amortiguación según la invención. Un
portaherramientas (2) se coloca en una abrazadera (5) de
herramienta. Un diente (1) para el mecanizado de una pieza (10) de
trabajo se fija al portaherramientas (2). La abrazadera (5) de
herramienta puede ser modular y adaptarse a diámetros y
configuraciones geométricas diferentes (triangulares, ovales,
cuadradas, por ejemplo) del portaherramientas. Los accionadores (7)
están fijos entre la abrazadera (5) de herramienta o un manguito
(4) posicionador específico y una palanca (14) separada hacia fuera
de la superficie del portaherramientas (2). Los accionadores (7)
están fijos a o empotrados en la abrazadera (5) de herramienta en
el lado orientado hacia el diente (1). Alternativamente, los
accionadores (7) pueden fijarse a un manguito (4) posicionador
específico para los accionadores. El manguito (4) posicionador puede
separarse del portaherramientas (5), de modo que el dispositivo de
amortiguación pueda deslizarse a lo largo del cuerpo de barra. La
fuerza procedente de los accionadores (7) puede actuar de manera
que deforme el portaherramientas (2) directamente, o el
portaherramientas (2) y/o la abrazadera (5) de herramienta pueden
estar soportados de manera que permita el movimiento desde los
accionadores (7) sin deformarse.
La palanca (14) rodea el portaherramientas (2),
transfiriendo el momento procedente de los accionadores (7) al
portaherramientas (2). Para una amortiguación adicional, un
material (11) elástico, tal como caucho, puede disponerse como un
material de relleno entre el portaherramientas y la palanca (14).
En la realización que incluye un manguito (4) posicionador para los
accionadores (7), el material elástico puede disponerse entre la
palanca (14) y el manguito (4) posicionador. El material elástico
puede disponerse entre el accionador (7) y el portaherramientas (2)
o disponerse en el exterior de los accionadores (7).
Los accionadores (7) pueden controlarse de
manera activa mediante una unidad (8) de control. Un sensor (6)
para medir flexión y/o vibración, tal como un acelerómetro, puede
colocarse sobre o en el portaherramientas (2) próximo al diente (1).
Las señales procedentes del acelerómetro (6) se transmiten a la
unidad (8) de control en el dibujo de principio a través de las
líneas (9) y la unidad (8) de control puede entonces regular la
entrada en los accionadores (7) basándose en las señales procedentes
del sensor. Las señales procedentes del sensor (6) pueden también
transmitirse mediante transmisión inalámbrica a la unidad de
control.
Los accionadores pueden controlarse de manera
activa utilizando un algoritmo de amortiguación, por ejemplo, o de
manera pasiva utilizando amortiguadores neumáticos o accionadores
derivados, por ejemplo, y con, o sin, sensores tales como en forma
de un acelerómetro. El sistema puede también utilizarse en
combinación con otros sistemas activos, tales como mecánicos
adaptables, o sistemas pasivos tales como amortiguador mecánico.
Los accionadores pueden ser un agitador, un accionador neumático o
hidráulico, un accionador de fuerza piezoeléctrico o cualquier otro
accionador de fuerza, presión o torsión.
Al utilizar accionadores (7) pasivos, el
dispositivo actuará como un dispositivo de amortiguación en el que
las vibraciones se absorben desde el objeto más que aplicando
fuerzas de manera activa al objeto. Las diversas partes
estructurales del sistema de amortiguación serían entonces las
mismas, pero entonces las fuerzas se transmitirían directamente o
mediante el principio de momento desde el objeto (2) a los
accionadores (7).
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 5 muestra una realización del
dispositivo de amortiguación según la invención. La realización
ofrece muchos puntos de semejanza con la realización de transmisión
de momento. En contraste con la transmisión de fuerza según el
principio de momento, las fuerzas se aplican por lo general
directamente en la herramienta y por lo general en una dirección
radial. Si las fuerzas se aplican a un manguito (3) de transmisión
de fuerza fijado a la herramienta y la dirección de la fuerza
aplicada está orientada más a lo largo de la dirección de longitud
de la herramienta, entonces el principio sería más similar a la
realización de transmisión de momento.
Los accionadores (7) están fijados entre la
abrazadera (5) de herramienta o un manguito (4) posicionador
específico y la superficie del portaherramientas (2). Los
accionadores (7) pueden transmitir también fuerzas al
portaherramientas (2) a través de un manguito (3) de transmisión de
fuerza que rodea el portaherramientas (2). Los accionadores (7)
están fijados al manguito (4) posicionador en el lado de la
abrazadera (5) de herramienta orientado hacia el diente (1) separado
de la abrazadera (5) de herramienta. La fuerza de los accionadores
(7) puede actuar de una manera que deforme directamente el
portaherramientas (2), o el portaherramientas (2) y/o la abrazadera
(5) de herramienta pueden soportarse de manera que permita el
movimiento de los accionadores (7) sin deformarse.
Los accionadores (7) aplican fuerzas
directamente sobre la herramienta (2) o un manguito (3) de
transmisión de fuerza. Para una amortiguación adicional un material
(11) elástico, por ejemplo caucho, puede disponerse como un
material de relleno entre los accionadores (7) y el manguito (4)
posicionador.
Los accionadores (7) pueden controlarse de
manera activa mediante una unidad (8) de control. Un sensor (6)
para medir la flexión y/o la vibración, tal como un acelerómetro,
puede colocarse sobre, o en, el portaherramientas (2) próximo al
diente (1). Las señales del acelerómetro (6) se transmiten a la
unidad (8) de control en el dibujo de principio a través de líneas
(9) de cable y la unidad (8) de control puede regular entonces la
entrada a los accionadores (7) basándose en las señales procedentes
de los sensores. Las señales procedentes del sensor (6) pueden
también transmitirse mediante transmisión inalámbrica a la unidad
de control.
Los accionadores pueden controlarse de manera
activa utilizando un algoritmo de amortiguación, por ejemplo, o de
manera pasiva (utilizando amortiguadores neumáticos o accionadores
derivados, por ejemplo), y con o sin sensores tales como en forma
de un acelerómetro. El sistema puede también utilizarse en
combinación con otros sistemas activos, tales como mecánicos
adaptables, o sistemas pasivos (tales como amortiguador mecánico).
Los accionadores pueden ser un agitador, un accionador neumático o
hidráulico, un accionador de fuerza piezoeléctrico o cualquier otro
accionador de fuerza, presión o torsión.
La fuerza y el movimiento obtenidos de un
accionador pueden tener diferentes orientaciones y puntos de ataque
tal como se muestra en la figura 3. Las flechas indican ejemplos de
cómo los accionadores pueden orientarse y cómo los vectores de
fuerza pueden atacar a la herramienta o la pieza de trabajo en
transmisión de momento y transmisión de fuerza directa. Pueden
utilizarse varios accionadores y pueden obtenerse entonces fuerzas
grandes y orientaciones distintas de los mismos en varias
direcciones deseadas.
En cuanto al sistema de amortiguación mostrado
en la figura 4, utilizar accionadores (7) pasivos tal como se
explicó anteriormente provocaría también que el dispositivo actuase
como un dispositivo de amortiguación en el que las vibraciones se
absorben del objeto más que aplicando fuerzas de manera activa al
objeto. Las diversas partes estructurales del sistema de
amortiguación serían las mismas, pero las fuerzas se transmitirían
entonces directamente o a través del principio de momento del
objeto (2) a los accionadores (7).
\vskip1.000000\baselineskip
Los principios de transmisión de fuerza directa
y de momento pueden utilizarse tanto en herramientas giratorias
(fresado, taladrado) así como en herramientas no giratorias
(torno). En el caso de herramientas no giratorias, la herramienta
(2), los accionadores (7), los manguitos (3, 4, 14) y el soporte
(5) se mantienen en reposo mientras que la pieza (10) de trabajo
está girando. En el caso de herramientas giratorias, la pieza (10)
de trabajo se mantiene en reposo mientras que la herramienta (2) y
el soporte (5) están girando. Los accionadores (7), y los manguitos
(3, 4, 14) pueden girar junto con la herramienta, pero también
podrían mantenerse en reposo. Si los accionadores giran junto con la
herramienta, se transmiten entonces la señal y la energía o bien
mediante transmisión inalámbrica o bien mediante cables móviles,
por ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 6 muestra una realización de un
dispositivo de amortiguación para piezas de trabajo según la
invención. En la amortiguación de piezas de trabajo pueden
utilizarse tanto el principio de transmisión de momento como el de
transmisión de fuerza directa. La figura 6 ilustra una realización
en la que se utiliza la transmisión de momento.
La pieza de trabajo puede acoplarse en un
mandril (13) y en una luneta o elemento (12) de soporte, por
ejemplo. Un dispositivo de amortiguación según la invención, basado
en el principio de momento o aplicación de fuerza directa rodea la
pieza (10) de trabajo. Un sensor puede unirse o incorporarse en la
pieza (10) de trabajo para detectar vibraciones. Esta realización
del dispositivo de amortiguación tiene la misma construcción que la
realización mostrada en la figura 4 con respecto a la localización
del material (11) elástico, los accionadores (7) de fuerza, y el
manguito (3) de transmisión de fuerza o palanca (14). Sin embargo,
la totalidad del dispositivo de amortiguación mostrado en la figura
6 está dispuesto de manera móvil sobre la pieza de trabajo, y el
manguito (4) posicionador está por tanto fijado al material
elástico y a los accionadores (7). Los accionadores pueden
controlarse de manera activa mediante una unidad (8) de control
conectada al dispositivo de amortiguación a través de líneas
(9).
También en esta realización pueden utilizarse
accionadores pasivos. Éstos absorberán entonces vibraciones de la
pieza de trabajo para amortiguarlas, en lugar de aplicar
directamente fuerzas sobre la misma.
Con frecuencia, cuando se manejan piezas de
trabajo de pared delgada o gran vuelo de la pieza de trabajo, se
presentan problemas como resultado de las vibraciones sobre la
pieza de trabajo durante el mecanizado. El problema se presenta
tanto en el mecanizado interno como en el externo, de modo que el
principio del dispositivo de amortiguación es tal que puede
montarse tanto interna como externamente sobre la pieza de
trabajo.
La figura 7 muestra una realización del
dispositivo de amortiguación en el que la transmisión de momento se
produce a través de una pieza de conexión para el portaherramientas
(2). La pieza de conexión conecta el portaherramientas (2) a la
abrazadera (5) para el portaherramientas. La pieza de conexión
transmite fuerzas al portaherramientas a través del principio de
transmisión de momento aplicando fuerzas procedentes de los
accionadores (7) a la pieza de conexión sobre el borde más exterior
de la misma. Se obtiene un momento colocando el punto de ataque de
la fuerza más allá de la superficie de la herramienta. Al mover
los accionadores hacia fuera desde la propia herramienta, se
obtiene una herramienta que tiene una posibilidad mayor de variar
el vuelo.
Anteriormente se han descrito realizaciones de
la invención. Sin embargo, resulta obvio para un experto en la
técnica que la invención puede comprender otras realizaciones,
tales como las definidas en las reivindicaciones de patente
adjuntas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante se dirige únicamente a ayudar al lector y no forma
parte del documento de patente europea. Incluso si se ha procurado
el mayor cuidado en su concepción, no se pueden excluir errores u
omisiones y el OEB declina toda responsabilidad a este
respecto.
- \bullet US 5413318 A (0007) (0022)
- \bullet US 5913955 A (0009)
\bullet US 20020033083 A (0008)
Claims (22)
1. Dispositivo de amortiguación de vibraciones
y/o control de la flexión de un objeto (2, 10) en el mecanizado,
en el que el objeto es una herramienta (2), portaherramientas (2) o
pieza (10) de trabajo, caracterizado porque el dispositivo
comprende al menos un dispositivo (7) de intercambio de fuerza
externo a una superficie del objeto, en el que dicho dispositivo
(7) de intercambio de fuerza está unido a un dispositivo (4, 5,
14) posicionador que rodea el objeto (2, 10), y está operativo
tanto para el intercambio de una fuerza que tiene una componente de
fuerza dirigida en ángulo recto con respecto a la superficie del
objeto (2, 10), como para el intercambio directamente o a través de
una palanca (3, 14) mecánica, de un momento entre el objeto (2,
10) y el dispositivo.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo comprende además un
dispositivo (3) de transmisión de fuerza que rodea el objeto (2,
10).
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el dispositivo (7) de intercambio de
fuerza está dispuesto entre una abrazadera (5) para el objeto (2) y
el dispositivo (3) de transmisión de fuerza, y está fijado o
empotrado en la abrazadera (5).
4. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el dispositivo (7) de intercambio de
fuerza está dispuesto entre el dispositivo (3) de transmisión de
fuerza y el dispositivo (4) posicionador.
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un material
(11) elástico está dispuesto entre el dispositivo (3) de
transmisión de fuerza y el dispositivo (4) posicionador.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque el material (11) elástico está
dispuesto entre dicho al menos un dispositivo (7) de transmisión de
fuerza y el objeto (2, 10) o entre dicho al menos un dispositivo
(7) de intercambio de fuerza y dispositivo (4) posicionador.
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el material (11) elástico está
fabricado de caucho.
8. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el dispositivo (7) de intercambio de
fuerza está configurado para proporcionar una fuerza que tiene una
componente de fuerza en ángulos rectos con respecto al dispositivo
(3) de transmisión de fuerza aunque también en paralelo a la
superficie del objeto.
9. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el dispositivo (3) de transmisión de
fuerza está posicionado entre dicho dispositivo (7) de intercambio
de fuerza y el objeto (2, 10).
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el dispositivo (3) de transmisión de
fuerza y dicho dispositivo (7) de intercambio de fuerza están
posicionados en el dispositivo (4) posicionador.
11. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque al menos un dispositivo (7) de
intercambio de fuerza intercambia un momento proporcionado por una
pieza de conexión para el objeto (2) para fijar el objeto (2) a una
abrazadera (5) para el objeto.
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
caracterizado porque dicho dispositivo (7) de intercambio de
fuerza está posicionado en la abrazadera (5) para el objeto
(2).
13. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el dispositivo
está dispuesto de manera móvil con respecto al objeto (2, 10).
14. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicho al menos
un dispositivo de intercambio de fuerza es al menos un accionador
(7).
15. Dispositivo según la reivindicación 14,
caracterizado porque comprende una unidad (8) de control
para regular la entrada a, al menos, un accionador (7).
16. Dispositivo según la reivindicación 15,
caracterizado por un sensor (6) que va a disponerse sobre o
en el objeto (2, 10) para detectar vibraciones en y/o la flexión
del objeto (2, 10), recibiendo dicha unidad (8) de control señales
procedentes del sensor (6) para regular la entrada basándose en
dichas señales.
17. Dispositivo según la reivindicación 16,
caracterizado porque el sensor es un acelerómetro.
18. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16, caracterizado porque el accionador
es un agitador, un accionador neumático e hidráulico, un accionador
de fuerza piezoeléctrico o cualquier otro accionador de fuerza,
presión o torsión.
\newpage
19. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque los
accionadores están adaptados para ser controlados de manera pasiva,
siendo dichos accionadores amortiguadores neumáticos o accionadores
derivados, por ejemplo, y/o de manera activa utilizando un
algoritmo de amortiguación, por ejemplo.
20. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo es modular y permite el uso de diferentes dimensiones y
configuraciones geométricas del objeto (2, 10).
21. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho al menos un dispositivo de
intercambio de fuerza es al menos un dispositivo (7) de aplicación
de fuerza para aplicar dicha fuerza y/o para aplicar dicho momento
al objeto (2, 10).
22. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho al menos un dispositivo de
intercambio de fuerza es al menos un dispositivo (7) de
amortiguación para absorber vibraciones procedentes del objeto (2,
10), estando adaptado dicho dispositivo (7) de amortiguación para
absorber dicha componente de fuerza y/o absorber dicho momento
procedente del objeto (2, 10).
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