ES2881324T3

ES2881324T3 - Procedimiento y dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una masa

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Publication number: ES2881324T3
Application number: ES12702772T
Authority: ES
Inventors: Holger Hielscher; Harald Hielscher; Thomas Hielscher
Original assignee: Dr Hielscher GmbH
Current assignee: Dr Hielscher GmbH
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2021-11-29
Anticipated expiration: 2032-01-09
Also published as: US20130284474A1; RU2568042C2; US9505062B2; EP2663416B1; WO2012095385A3; RU2013137686A; EP2663416A2; JP2014507289A; WO2012095385A2; JP6228011B2; DE102011008576A1; CN103402676B; CN103402676A

Abstract

Procedimiento para generar un movimiento vibratorio de una herramienta (90), en el que la herramienta (90) está conectada mecánicamente en la dirección de propagación de vibración entre al menos dos cuerpos de sujeción con los mismos y la herramienta (90) está sujeta por ambos cuerpos de sujeción (10, 20) con la solicitación de una fuerza de presión (F) de modo que no se produce ninguna fuerza de tracción en la herramienta (90) sino que actúan exclusivamente fuerzas de compresión sobre la herramienta (90), y al menos los cuerpos de sujeción están configurados como componente de un sistema de resonancia, y en el sistema de resonancia se introduce una vibración de excitación, cuya frecuencia coincide esencialmente con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia, de modo que el sistema de resonancia vibra, en el que la vibración de excitación se genera como una onda estacionaria, en el que la fuerza de presión (F) se introduce en un punto sin vibración (0) de los cuerpos de sujeción (10, 20) en los mismos.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una masa

La presente invención se refiere a un procedimiento así como a un dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una herramienta.

Para generar vibraciones mecánicas de masas sólidas se conoce su excitación mediante vibraciones de excitación, como por ejemplo ultrasonidos.

El documento DE 100 27 264 C5 da a conocer un transductor de ultrasonidos, en el que un vibrador que puede excitarse con ultrasonidos está dispuesto entre masas configuradas como cuerpos de sujeción. Mediante el comportamiento de resonancia del vibrador se producen vibraciones entre las masas. En el documento US 2004/245893 A1 se da a conocer un dispositivo de transductor de ultrasonidos con un dispositivo de retención para una bocina amplificadora.

Además, ha de considerarse que se conoce que se aseguran masas a o sobre un cuerpo de resonancia, y este cuerpo de resonancia se expone a una vibración de excitación, de modo que se produce la propia vibración del cuerpo de resonancia y de esta manera se hace vibrar igualmente la masa asegurada al mismo. A este respecto, la masa adicional puede asegurarse al cuerpo resonante por medio de un tornillo o una pieza de apriete que se tensa con un tornillo. Otras posibilidades de fijación son el soldeo por soldadura blanda de la masa o el soldeo por soldadura fuerte, el encolado o la recepción por arrastre de forma mediante contracción y/o compresión.

Si se llevan formaciones de este tipo a la frecuencia de resonancia del cuerpo resonante, se producen fuerzas de aceleración correspondientes dependiendo de la frecuencia de resonancia y la amplitud de vibración, así como dependiendo del peso de las masas correspondientes. El medio de aseguramiento en forma del tornillo, el elemento de apriete o el material que se recibe por arrastre de forma debe recibir las fuerzas de inercia. Por consiguiente, dependiendo de la dirección de movimiento respectiva de la masa se generan tensiones de tracción en el medio de aseguramiento que pueden tener efecto de fatiga en el material en particular con una duración más larga de la vibración así como con altas frecuencias. Las fatigas de material de este tipo pueden conducir a hasta la deformación plástica y/o a la rotura del medio de aseguramiento.

Es decir, en particular por las tensiones de tracción predominantes en el medio de aseguramiento, están establecidos límites al tamaño o peso de la masa que va a acelerarse o a su frecuencia y amplitud.

Por consiguiente, la invención se basa en el objetivo de poner a disposición un procedimiento así como un dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una masa relativamente pesada con alta frecuencia y/o alta amplitud de manera económica y fácil. Este objetivo se alcanza según la invención mediante el procedimiento para generar un movimiento vibratorio de una herramienta según la reivindicación 1 así como mediante el dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una herramienta según la reivindicación 4. En las reivindicaciones dependientes 2 y 3 se indican configuraciones ventajosas del procedimiento según la invención. En las reivindicaciones dependientes 5 a 7 se indican configuraciones ventajosas del dispositivo según la invención. De manera complementaria, se pone a disposición un procedimiento para procesar una pieza de trabajo aplicando el procedimiento según la invención para generar un movimiento vibratorio según la reivindicación 8. En la reivindicación dependiente 9 se indica una configuración ventajosa de este procedimiento para procesar una pieza de trabajo.

Según la invención, se pone a disposición un procedimiento para generar un movimiento vibratorio de una herramienta, en el que la herramienta a continuación también se designa como masa y está conectada mecánicamente en la dirección de propagación de vibración entre al menos dos cuerpos de sujeción con los mismos y la masa está sujeta por ambos cuerpos de sujeción con la solicitación de una fuerza de presión, y al menos los cuerpos de sujeción están configurados como componente de un sistema de resonancia, y en el sistema de resonancia se introduce una vibración de excitación, cuya frecuencia coincide esencialmente con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia, de modo que el sistema de resonancia vibra. A este respecto, la vibración es preferiblemente una onda estacionaria con una dirección de propagación definida. La masa está dispuesta y sujeta en la dirección de propagación de vibración entre los cuerpos de sujeción. Preferiblemente, la frecuencia de excitación debería coincidir completamente con la frecuencia de resonancia. Sin embargo, en la práctica son admisibles desviaciones de la frecuencia de excitación con respecto a la frecuencia de resonancia, pudiendo estar la frecuencia de excitación fs en el intervalo de fs = 0,8... 1,2 fr. A este respecto, con fr se define la frecuencia de resonancia.

A este respecto, la frecuencia de resonancia ha de igualarse esencialmente con la frecuencia propia respectiva, siempre que no esté dispuesta ninguna amortiguación en el sistema. Estando prevista una excitación continua, pueden despreciarse amortiguaciones ligeras, como por ejemplo mediante contacto mecánico de la masa vibratoria con un objeto adicional. Sin embargo, si está presente realmente una amortiguación que actúa esencialmente sobre la vibración de la masa, ha de compensarse el factor de amortiguación con la frecuencia propia respectiva, y determinarse de tal manera la frecuencia de resonancia.

Debido a la conexión mecánica de la masa con los cuerpos de sujeción, con un comportamiento de resonancia de los cuerpos de sujeción la masa también vibra con la misma frecuencia y amplitud. Por consiguiente, ambos cuerpos de sujeción adaptados de manera resonante con al menos aproximadamente la misma frecuencia de resonancia configuran al menos parcialmente el sistema de resonancia.

La ventaja del procedimiento según la invención consiste en particular en que, mediante el posicionamiento y la sujeción de la masa entre los cuerpos de sujeción, la masa se lleva a la vibración de los cuerpos de sujeción, desplazándose la misma en cada caso mediante una fuerza de compresión provocada por, en cada caso, un cuerpo de sujeción en la dirección del, en cada caso, otro cuerpo de sujeción. Es decir, que la masa con una amplitud positiva de la vibración se desplaza desde un primer cuerpo de sujeción, que puede estar dispuesto, por ejemplo, más pegado al excitador de vibraciones que un segundo cuerpo de sujeción, en la dirección del segundo cuerpo de sujeción y con una inversión condicionada por las vibraciones del movimiento de traslación, y, por consiguiente, con una amplitud negativa, se desplaza desde el segundo cuerpo de sujeción nuevamente en la dirección del primer cuerpo de sujeción.

Por consiguiente, no se produce ninguna fuerza de tracción en la masa y/o uno de los cuerpos de sujeción, sino que actúan exclusivamente fuerzas de compresión sobre la masa. El experto en la técnica conoce suficientemente que las tensiones de compresión admisibles de la mayoría de materiales sólidos son esencialmente más altas que las tensiones de tracción admisibles. Por tensiones de tracción o compresión admisibles se entienden las tensiones que puede soportar un cuerpo a partir del material sólido respectivo sin deformarse plásticamente.

Con una vibración de una masa con una frecuencia relativamente alta y una amplitud alta las fuerzas más grandes que actúan sobre esta masa son las fuerzas de inercia, que son independientes de su tamaño (o peso) y su aceleración. En este caso, cuanto más grandes son las tensiones admisibles, mayores pueden ser las fuerzas admisibles que actúan sobre la masa. A este respecto, cuando la masa es constante, por consiguiente, puede ajustarse la aceleración de la masa a un valor tanto mayor. Esto significa en una vibración que la masa puede vibrar con una frecuencia mayor y/o una amplitud mayor que en el caso de vibraciones de masa convencionales. Por consiguiente, puede acelerarse según la invención una masa más pesada con frecuencia o amplitud convencionales, o a la inversa puede acelerarse una masa convencional con una frecuencia más alta y una amplitud mayor. Esto posibilita nuevas tecnologías de procesamiento y/o tiempos de procesamiento acortados en tecnologías que se basan en vibración.

En una forma de realización del procedimiento según la invención está previsto que el sistema de resonancia esté configurado por los cuerpos de sujeción, de modo que exclusivamente los cuerpos de sujeción se excitan por la vibración de excitación. Es decir, que la frecuencia de la vibración de excitación que se introduce corresponde a la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia formado a partir de los cuerpos de sujeción. En esta configuración la masa que está fijada entre los cuerpos de sujeción no es un componente del sistema de resonancia y, por consiguiente, no se excita directamente en sí misma por la vibración de excitación. Esto puede realizarse, por ejemplo, siendo la frecuencia propia de la masa distinta de la frecuencia de excitación. La masa puede estar configurada ventajosamente como una herramienta. Es decir, que la masa configurada como herramienta entre los cuerpos de sujeción se lleva a un movimiento vibratorio por estos cuerpos de sujeción, pudiendo aprovecharse el movimiento vibratorio de la herramienta para una operación de procesamiento. A este respecto, la masa tampoco es un componente de un dispositivo que realiza el procedimiento que genera la vibración.

En una configuración alternativa está previsto que el sistema de resonancia esté configurado por los cuerpos de sujeción y la masa, de modo que los cuerpos de sujeción y la masa se excitan por la vibración de excitación. Es decir, que en esta configuración la frecuencia de la vibración de excitación que se introduce corresponde a la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia formado a partir de los cuerpos de sujeción así como de la masa. A este respecto, la masa se excita por la frecuencia de excitación al igual que los cuerpos de sujeción. Por lo demás, según la invención se pone a disposición un dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una masa, que comprende la masa, que puede ser en particular una herramienta, y un sistema de resonancia con el que puede acelerarse la masa. El dispositivo comprende un generador de vibraciones con el que puede generarse una vibración de excitación, cuya frecuencia coincide esencialmente con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia. Según la invención, al menos dos cuerpos de sujeción son un componente del sistema de resonancia, estando conectada la masa mecánicamente con los cuerpos de sujeción de tal manera que está fijada entre los cuerpos de sujeción, estando sujeta la masa por ambos cuerpos de sujeción con la solicitación de una fuerza de presión.

Es decir, que la masa está fijada al aplicar una vibración longitudinal en la dirección de propagación de vibración entre los cuerpos de sujeción. El dispositivo según la invención sirve en particular para realizar el procedimiento según la invención. A este respecto, puede estar previsto, como se indicó anteriormente, que el sistema de resonancia esté configurado exclusivamente por los cuerpos de sujeción, o que el sistema de resonancia esté configurado por los cuerpos de sujeción junto con la masa. Como generador de vibraciones se usa preferiblemente un transductor de ultrasonidos, de modo que las vibraciones de excitación son vibraciones por ultrasonidos.

Está previsto que la masa esté sujeta por los dos cuerpos de sujeción con la solicitación de una fuerza de presión. Esta configuración sirve en particular para la realización de la invención en la que el sistema de resonancia está configurado por los cuerpos de sujeción y la masa. Los cuerpos de sujeción y la masa vibran con la fuerza de presión de manera síncrona como sistema resonante, de modo que no ha de temerse ningún desprendimiento de uno de los cuerpos de sujeción de la masa. Por tanto, tampoco debe estar prevista ninguna disposición de un dispositivo mecánico que transmita fuerza de tracción entre los cuerpos de sujeción. Dado el caso, la fijación por arrastre de fuerza de la masa puede combinarse con una recepción por arrastre de forma de la masa. A este respecto, la fuerza de presión se introduce preferiblemente en los cuerpos de sujeción en un punto casi sin vibración de los cuerpos de sujeción, como por ejemplo en un nudo de vibración, en el que ha de registrarse un punto de anulación del desarrollo de vibración. Esta sujeción en los puntos de anulación se realiza preferiblemente en ambos cuerpos de sujeción.

En una configuración del dispositivo según la invención está previsto que entre los cuerpos de sujeción esté presente una conexión mecánica, con la que puede transmitirse fuerza de tracción entre los cuerpos de sujeción. Esta conexión mecánica puede penetrar la masa entre los cuerpos de sujeción o salvar los mismos. En la dirección de propagación de la vibración existe una disposición paralela de la masa y la conexión mecánica entre los cuerpos de sujeción. La conexión mecánica es preferiblemente una conexión atornillada, es decir, una conexión mecánica que, dado el caso, también puede ejercer una fuerza de presión sobre la masa. Mediante esta fuerza de presión se realiza, además de la fijación por arrastre de forma de la masa, también una fijación por arrastre de fuerza. La posición de la conexión mecánica y, por consiguiente, también de la masa está preferiblemente en un máximo, es decir el punto de la amplitud de vibración máxima respectiva de los dos cuerpos de sujeción. Esta configuración puede estar realizada en ambas formas de realización, es decir, cuando el sistema de resonancia está configurado exclusivamente por los cuerpos de sujeción, o cuando el sistema de resonancia está configurado por los cuerpos de sujeción y la masa. Mediante el movimiento sincrónico de los cuerpos de sujeción en su comportamiento de resonancia las tensiones que resultan de las cargas dinámicas de la conexión mecánica se mantienen reducidas.

En una forma de realización sencilla del dispositivo según la invención está previsto que ambos cuerpos de sujeción estén configurados como vibradores de traslación. Por consiguiente, ambos cuerpos de sujeción están cargados a compresión y pandeo por la sujeción de la masa. A este respecto, preferiblemente, los dos cuerpos de sujeción están conectados entre sí por medio de un manguito de sujeción, en el que el manguito de sujeción introduce fuerzas de sujeción en los puntos en los cuerpos de sujeción en los que han de registrarse los puntos de anulación ya mencionados de la vibración.

Alternativamente, las fuerzas de sujeción también pueden aplicarse hidráulica o neumáticamente.

En una configuración alternativa del dispositivo puede estar previsto que al menos uno de los cuerpos de sujeción esté configurado como vibrador de flexión. El dispositivo según la invención en esta forma de realización es un sistema de vibración que se compone de un vibrador de traslación y un vibrador de flexión. Según la invención, se pone a disposición además un procedimiento para procesar materia sólida o líquida aplicando el procedimiento según la invención para generar un movimiento vibratorio de una masa, en el que la masa está configurada como una herramienta que, debido a su movimiento vibratorio, realiza una operación de procesamiento en la materia. Este procedimiento se realiza preferiblemente usando el dispositivo según la invención. El movimiento de vibración de la herramienta se transforma en un movimiento de un elemento que realiza un trabajo, como por ejemplo de una cuchilla para el procesamiento mecánico, de un láser para propósitos de cortar, soldar con soldadura fuerte o quemar o de un elemento de limpieza. Sin embargo, un caso de aplicación preferido es el procesamiento mecánico de una pieza de trabajo. Un procesamiento mecánico de este tipo de una pieza de trabajo puede ser, por ejemplo, un torneado exterior, un torneado interior, un corte con una cuchilla circular, un aserrado con una sierra circular, un fresado con una fresa de disco o también una operación de rectificado asistidos por ultrasonidos. En el corte se impide mediante la aplicación de la invención una adhesión del material que va a cortarse a la cuchilla. En el aserrado puede realizarse una hendidura de aserrado con una anchura que sea mayor que la anchura de la hoja de sierra, para impedir a pesar de los dientes no triscados de la hoja de sierra un atasco de la hoja de sierra. Alternativamente, el procedimiento según la invención puede servir para excitar masas para el tratamiento de líquidos con cavitación.

Preferiblemente, en el procedimiento según la invención para procesar una pieza de trabajo la masa está configurada como un útil de torno que corta una pieza de trabajo rotatoria, en el que la velocidad de rotación de la pieza de trabajo vc es menor que la velocidad vs del movimiento de traslación del útil de torno realizado debido a la vibración. Es decir, que la aplicación del procedimiento según la invención es preferiblemente el torneado de una pieza de trabajo, habiendo de entenderse a este respecto con el término del útil de torno todos los elementos de corte que pueden utilizarse para la operación de torneado, como por ejemplo también plaquitas de corte reversibles. Por consiguiente, al usar ultrasonidos como vibración de excitación, la velocidad vs del útil de torno en su movimiento de vibración de traslación puede ajustarse a un valor mayor que la velocidad de rotación de la pieza de trabajo vc en el punto del enganche de la cuchilla del útil de torno. Por consiguiente, al usar ultrasonidos la velocidad de rotación vc ha de elegirse menor que la velocidad acústica de una partícula.

Dicho de otro modo, una velocidad de traslación (velocidad acústica de una partícula vs) de la punta de plaquita de corte debe ser mayor que la velocidad periférica (vc) de la pieza de trabajo rotatoria para generar una interrupción de corte.

Aplica:

Vs = velocidad acústica de una partícula [m/s]

vc = velocidad periférica [m/s] = velocidad de corte

donde aplican las siguientes relaciones:

vc = ir * d * n

siendo

d = diámetro de pieza de trabajo [m]

n = número de revoluciones [1/s] y

y

vs — .4 ^* m — 1 ^* 2 ^* u * f

siendo

w = frecuencia angular [1/s]

A = amplitud matemática [m]

f = frecuencia [1/s; Hz].

Por consiguiente, según la invención puede conseguirse un denominado torneado asistido por ultrasonidos, que posibilita como procedimiento híbrido el acoplamiento simultáneo de una forma de energía adicional en forma de una vibración en la zona de actuación del proceso de mecanizado por desprendimiento de virutas. De esta manera pueden satisfacerse varios requisitos de la técnica de producción moderna, como por ejemplo la reducción del rozamiento o las fuerzas de corte debido a una menor deformación elástica y plástica del sistema de procesamiento, de lo que resultan exactitudes de fabricación más altas y una reducción del desgaste de herramientas. En particular puede influirse de manera dirigida en la formación de virutas o la interrupción de corte, por ejemplo, para impedir virutas embrolladas. Las virutas embrolladas de este tipo representan para los operarios y/o los dispositivos de fabricación riesgos para la salud o también peligros potenciales. Para impedir de manera dirigida virutas embrolladas, en particular al procesar materiales que tienden a la formación de virutas embrolladas, pueden utilizarse el dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención. De esta manera, puede conseguirse igualmente una automatización del proceso de fabricación y obtenerse virutas con volumen relativamente reducido. Una ventaja adicional de la invención está en el menor calentamiento de la herramienta de corte, con lo que se aumenta la duración de la herramienta y no es necesario ningún tiempo de espera en un procesamiento manual adicional. Además, puede influirse de manera dirigida en la estructura superficial al realizar el procedimiento según la invención. Por consiguiente, puede conseguirse una productividad más alta con una exactitud igual o más alta de las piezas de trabajo. En general la invención ofrece la ventaja de la mejora de la capacidad de mecanizado por desprendimiento de virutas y de la superación de los límites tecnológicos, junto con un aumento del rendimiento.

La presente invención se explica a continuación mediante los ejemplos de realización representados en los dibujos adjuntos.

A este respecto, muestra

la figura 1: una vista en corte A-A de un dispositivo según la invención,

la figura 2: un dispositivo según la invención en una vista desde el lado,

la figura 3: una representación esquemática del procedimiento según la invención mediante vibradores de traslación,

la figura 4: una configuración alternativa del procedimiento según la invención mediante un sistema a partir de un vibrador de traslación y un vibrador de flexión,

la figura 5: una representación de una operación de torneado.

En la figura 1 se representa un dispositivo según la invención para generar un movimiento vibratorio de una masa 50 en un corte A-A, pudiendo observarse el desarrollo del corte a partir de la figura 2. El dispositivo comprende un primer cuerpo de sujeción 10 así como un segundo cuerpo de sujeción 20, en el que entre estos cuerpos de sujeción 10, 20 está dispuesta de manera sujeta la masa 50. A este respecto, por ejemplo, la masa 50 puede estar configurada como una herramienta, como se describe aún a continuación. Para realizar una recepción por arrastre de forma de la masa 50, entre los cuerpos de sujeción 10, 20 está configurada una conexión mecánica 40 que se adentra desde el primer cuerpo de sujeción 10 en el segundo cuerpo de sujeción 20. A este respecto, la conexión mecánica 40 puede estar configurada, por ejemplo, como una conexión atornillada. En este caso mediante la conexión mecánica 40 no sólo se consigue una fijación por arrastre de forma de la masa 50, sino también una fijación por arrastre de fuerza. Los dos cuerpos de sujeción 10, 20 están conectados mecánicamente entre sí mediante un manguito de sujeción 30, como puede observarse en particular a partir de la figura 2. A este respecto, el manguito de sujeción 30 está enganchado mecánicamente con un primer resalte roscado 11 en el primer cuerpo de sujeción 10 y con un segundo resalte roscado 21 en el segundo cuerpo de sujeción 20. Por consiguiente, independientemente de la conexión mecánica 40, los cuerpos de sujeción 10, 20 están conectados mecánicamente entre sí mediante el manguito de sujeción 30. Mediante el aseguramiento a los resaltes roscados 11, 21 puede ejercerse mediante el giro del manguito de sujeción 30 una fuerza de sujeción sobre los cuerpos de sujeción 10, 20, de modo que la masa 50 entre los cuerpos de sujeción 10, 20 se solicita por fuerzas de compresión opuestas. En el primer cuerpo de sujeción 10 está dispuesto un generador de vibraciones 60, por ejemplo, un transductor de ultrasonidos. Este generador de vibraciones 60 genera por ejemplo una onda estacionaria, longitudinal. Mediante la configuración al menos del primer cuerpo de sujeción 10 y del segundo cuerpo de sujeción 20 como sistema de resonancia, estos cuerpos de sujeción 10, 20, al generarse una frecuencia de excitación que coincide con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia, se excitan de tal manera que vibran longitudinalmente en la dirección de propagación de vibración 70. Esto conduce a un movimiento oscilatorio de la masa 50.

A este respecto, como ya se describió anteriormente, el sistema de resonancia, que se excita mediante la vibración de excitación, puede estar configurado únicamente por los cuerpos de sujeción 10, 20, o estar configurado por los cuerpos de sujeción 10, 20 junto con la masa 50. En la configuración en la que el sistema de resonancia está configurado únicamente por los cuerpos de sujeción 10, 20, la masa 50 sólo se lleva mediante una fuerza de compresión respectiva que actúa sobre la misma por uno de los cuerpos de sujeción 10, 20 y realiza de tal manera igualmente un movimiento vibratorio. En la configuración en la que la masa 50 es un componente del sistema de resonancia, se excitan los cuerpos de sujeción 10, 20 así como la masa 50, de modo que vibran sincrónicamente.

En la figura 2 puede observarse que la conexión mecánica 40 no se limita a la forma de realización representada en la figura 1, sino que también puede estar previsto que la masa 50 esté configurada con un elemento de forma que está conectado por arrastre de forma y/o fuerza con al menos uno de los cuerpos de sujeción 10, 20. El manguito de sujeción 30 presenta preferiblemente la abertura 31 representada en la figura 2, para posibilitar la transmisión del movimiento oscilatorio de la masa 50 a una pieza de trabajo dispuesta al lado del dispositivo.

En las figuras 3 y 4 se representan los cuerpos de sujeción 10, 20 con la masa 50, en las que para explicar el procedimiento también se indica el desarrollo de vibración al lado de los cuerpos de sujeción 10, 20.

Como puede observarse en la figura 3, dos cuerpos de sujeción 10, 20 resonantes se exponen a fuerzas de presión F, de modo que la masa 50 dispuesta entre los cuerpos de sujeción 10, 20 está solicitada con estas fuerzas F. Es decir, que sobre los materiales que vibran actúa una carga de compresión. Los puntos de la introducción de las fuerzas de presión F en los cuerpos de sujeción 10, 20 corresponden a los puntos de anulación o nudos de vibración 0, que presentan la onda representada a su lado.

Con respecto a la figura 1 esto significa que la posición del primer resalte roscado 11 así como la del segundo resalte roscado 21 son los puntos de la introducción de las fuerzas de presión F y, a este respecto, al mismo tiempo están dispuestos en los puntos de anulación o nudos de vibración 0. Puede observarse que la masa 50 se encuentra en el intervalo de la amplitud A. por consiguiente, con la introducción de una vibración, como por ejemplo ultrasonidos, en el sistema de resonancia, se consigue que los puntos de la sujeción, concretamente los resaltes roscados 11 y 21, no estén sometidos esencialmente a las vibraciones, sin embargo, la zona de la sujeción de la masa 50 vibra con un comportamiento de resonancia en la dirección de propagación de vibración 70. Esto también puede observarse en que los puntos de la introducción de las fuerzas de presión están dispuestos en el centro de una media longitud de onda X respectiva, en la que x significa un número entero de longitudes de onda.

Aun cuando los cuerpos de sujeción 10, 20 deben estar conectados con una conexión mecánica 40, no existe ninguna carga de tracción en las partes que vibran. Al disponerse una conexión mecánica 40 puede excluirse ya una carga de tracción generándose una fuerza de presión mediante la conexión mecánica 40 y/o mediante el manguito de sujeción 30, que puede ajustarse a un valor mayor que la fuerza de inercia respectiva del cuerpo que va a acelerarse. Es decir, que únicamente los límites técnicos están definidos por las tensiones de compresión o pandeo admisibles. Como ya se mencionó, en la mayoría de materiales las tensiones de compresión admisibles son esencialmente más altas que las tensiones de tracción admisibles. De esto se desprende que pueden acelerarse masas más pesadas y/o masas con una frecuencia y/o una amplitud más altas que en el caso de procedimientos y dispositivos convencionales. De esta manera, pueden aumentarse esencialmente parámetros de procesamiento, con lo que puede aumentarse la productividad.

Además de la tensión mecánica mostrada de los cuerpos de sujeción 10, 20 por medio del manguito de sujeción 30 pueden realizarse aún posibilidades adicionales para solicitar los cuerpos de sujeción 10, 20 con las fuerzas de presión F, como por ejemplo una solicitación de compresión hidráulica o neumática.

Ha de considerarse la influencia de la masa 50 en la frecuencia de resonancia y, dado el caso, ha de compensarse mediante adaptaciones geométricas del sistema de resonancia. Una medida de adaptación de este tipo puede ser, por ejemplo, el acortamiento de uno o ambos cuerpos de sujeción 10, 20 en el grosor de la masa 50, de modo que la masa 50 es un componente de uno o ambos cuerpos de sujeción 10, 20 y, por consiguiente, es igualmente un componente del sistema de resonancia. Es decir, también pueden incluirse en el cálculo partes de la masa según la fuerza de sujeción en la masa de los cuerpos de sujeción, de modo que se reduce la masa m que va a acelerarse. La fuerza de presión siempre debe ser mayor que la fuerza de aceleración para evitar un acoplamiento flojo de la masa 50. A partir del siguiente cálculo estará claro qué magnitudes tecnológicas según la invención pueden optimizarse.

r < F

Se aspira a: b R

siendo

Fa = fuerza de presión [N]

Fb = fuerza de aceleración [N].

La fuerza de aceleración Fb se calcula:

Fb = m * a

siendo

m = masa [kg]

a = aceleración [m/s2].

A este respecto, existe la siguiente relación:

a = T t (j,)1 = ^ * (2⁴n ^*f ) s

siendo

r = radio [m]

w = frecuencia angular [1/s]

A = amplitud matemática [m]

f = frecuencia [1/s; Hz])

De ello se obtiene:

Fb = m * J * (2 * w * f ) 2

Cuando Fa se ha calculado a partir de la tensión admisible, por consiguiente se obtiene la amplitud posible que va a conseguirse a partir de:

Despejando la frecuencia puede calcularse la frecuencia máxima a partir de la relación matemática representada. Las amplitudes factibles están, por ejemplo, en el intervalo de 30-50 pm, preferiblemente 40 pm, con una frecuencia de 20-30 kHz, en particular con 26 kHz.

En la figura 4 se representa un dispositivo según la invención en el que el primer cuerpo de sujeción 10 está configurado como un vibrador de traslación y el segundo cuerpo de sujeción 20 está configurado como un vibrador de flexión 80. Es decir, que el primer cuerpo de sujeción 10 realiza una vibración longitudinal y el segundo cuerpo de sujeción 20 realiza una vibración transversal. Como puede observarse a partir del desarrollo de vibración respecto al segundo cuerpo de sujeción 20, las fuerzas de presión F también están aplicadas en el caso del vibrador de flexión 80 en los puntos de anulación o nudos de vibración 0 respectivos. Como resultado la masa 50 realiza la misma vibración de traslación que con un mero sistema de vibración de traslación según la figura 3.

En la figura 5 se representa una aplicación preferida del procedimiento según la invención y del dispositivo según la invención, en la que la masa 50 está configurada como una herramienta 90 en forma de un útil de torno. La cuchilla 91 del útil de torno está enganchada con una pieza de trabajo 100 rotatoria. El perímetro de la pieza de trabajo 100 rota con una velocidad de rotación Vc. Mediante el movimiento oscilatorio del útil de torno 90 con una velocidad de herramienta Vs se consigue en particular con una oscilación en la dirección de la velocidad de herramienta Vs representada en la figura 5 que en un período de tiempo determinado no tenga lugar esencialmente ningún movimiento relativo entre la cuchilla 91 y el perímetro de la pieza de trabajo 100. Al invertir el movimiento de traslación de la herramienta 90 se efectúa un movimiento relativo con una velocidad que corresponde a la suma de la velocidad de rotación vc y la velocidad de herramienta vs. De esta manera, se impide la formación de una viruta embrollada o una viruta continua y se genera una viruta relativamente corta. Esta forma de viruta tiene la ventaja de un volumen envolvente más reducido, de modo que ha de proporcionarse una capacidad de transporte menor para el traslado de las virutas. Además, debido al corte sólo temporal e interrumpido continuamente se consigue que la herramienta 90 se caliente relativamente poco, con lo que se aumenta la duración de la herramienta.

Actuando únicamente fuerzas de compresión sobre la herramienta 90, las fuerzas que actúan sobre la herramienta 90 pueden ajustarse a un valor alto de manera correspondiente. Dado que las mayores fuerzas que actúan con la vibración sobre la herramienta 90 son las fuerzas de inercia, la herramienta 90 puede tener una gran masa de manera correspondiente y/o moverse con una alta frecuencia y una alta amplitud A de manera correspondiente. Esto posibilita la utilización de un transductor de ultrasonidos como generador de vibraciones 60, que posibilita velocidades de herramienta vs con velocidad acústica de una partícula. La velocidad de rotación vc de la pieza de trabajo 100 puede ajustarse a un valor alto de manera correspondiente, que depende del número de revoluciones así como del diámetro d de la pieza de trabajo 100. De ello se desprende a su vez la posibilidad de manejar velocidades de corte muy altas, ajustar un avance relativamente alto así como poder procesar piezas de trabajo 100 relativamente grandes.

Lista de números de referencia

10 primer cuerpo de sujeción

11 primer resalte roscado

20 segundo cuerpo de sujeción

21 segundo resalte roscado

30 manguito de sujeción

31 abertura

40 conexión mecánica

50 masa

60 generador de vibraciones

70 dirección de propagación de vibración

80 vibrador de flexión

90 herramienta, útil de torno

91 cuchilla

100 pieza de trabajo

A amplitud

0 punto de anulación, nudo de vibración

F fuerza de presión

X longitud de onda

vc velocidad de rotación

d diámetro de pieza de trabajo

vs velocidad de herramienta

Claims

REIVINDICACIONES

i. Procedimiento para generar un movimiento vibratorio de una herramienta (90), en el que la herramienta (90) está conectada mecánicamente en la dirección de propagación de vibración entre al menos dos cuerpos de sujeción con los mismos y la herramienta (90) está sujeta por ambos cuerpos de sujeción (10, 20) con la solicitación de una fuerza de presión (F) de modo que no se produce ninguna fuerza de tracción en la herramienta (90) sino que actúan exclusivamente fuerzas de compresión sobre la herramienta (90), y al menos los cuerpos de sujeción están configurados como componente de un sistema de resonancia, y en el sistema de resonancia se introduce una vibración de excitación, cuya frecuencia coincide esencialmente con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia, de modo que el sistema de resonancia vibra, en el que la vibración de excitación se genera como una onda estacionaria, en el que la fuerza de presión (F) se introduce en un punto sin vibración (0) de los cuerpos de sujeción (10, 20) en los mismos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el sistema de resonancia está configurado por los cuerpos de sujeción (10, 20) y la herramienta (90), de modo que los cuerpos de sujeción (10, 20) y la herramienta (90) se excitan por la vibración de excitación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la fuerza de presión (F) se ajusta a un valor mayor que una fuerza de inercia de la herramienta (90) vibratoria.
4. Dispositivo para generar un movimiento vibratorio de una herramienta (90), que comprende

la herramienta (90) y un sistema de resonancia, con el que puede acelerarse la herramienta (90), así como un generador de vibraciones (60), con el que puede generarse una vibración de excitación correspondiente a una onda estacionaria, cuya frecuencia coincide esencialmente con la frecuencia de resonancia del sistema de resonancia, en el que constituyen un componente del sistema de resonancia al menos dos cuerpos de sujeción (10, 20) con los que la herramienta (90) está conectada mecánicamente de tal manera que la herramienta (90) está fijada entre los cuerpos de sujeción (10, 20), en el que la herramienta (90) está sujeta por ambos cuerpos de sujeción (10, 20) con la solicitación de una fuerza de presión (F) de modo que no se produce ninguna fuerza de tracción en la herramienta (90) sino que actúan exclusivamente fuerzas de compresión sobre la herramienta (90),

en el que están dispuestos puntos de la introducción de la fuerza de presión (F) en los cuerpos de sujeción (10, 20) en un punto sin vibración (0) durante el funcionamiento del dispositivo.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que entre los cuerpos de sujeción (10, 20) está dispuesta una conexión mecánica, con la que puede transmitirse fuerza de tracción.
6. Dispositivo según la reivindicación 4 o 5, en el que ambos cuerpos de sujeción (10, 20) están configurados como vibradores de traslación.
7. Dispositivo según la reivindicación 4 o 5, en el que al menos uno de los cuerpos de sujeción (10, 20) está configurado como vibrador de flexión (80).
8. Procedimiento para procesar materia sólida o líquida aplicando el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la herramienta (90), debido a su movimiento vibratorio, realiza una operación de procesamiento en la materia.
9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que se procesa una pieza de trabajo a partir de materia sólida y en el que la herramienta (90) está configurada como un útil de torno (90), que corta una pieza de trabajo (100) rotatoria, en el que la velocidad de rotación (vc) de la pieza de trabajo (100) es menor que la velocidad (vs) del movimiento de traslación del útil de torno (90) realizado debido a la vibración.