ES2201028T3 - Maquina herramienta. - Google Patents

Maquina herramienta.

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ES2201028T3 ES01830557T ES01830557T ES2201028T3 ES 2201028 T3 ES2201028 T3 ES 2201028T3 ES 01830557 T ES01830557 T ES 01830557T ES 01830557 T ES01830557 T ES 01830557T ES 2201028 T3 ES2201028 T3 ES 2201028T3
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Abstract

Máquina herramienta que comprende al menos un carro (4) portahusillo que preponderantemente se extiende longitudinalmente a lo largo de un eje definido (T) y en condiciones de moverse en una dirección (V) paralela a dicho eje (T) al menos entre una primera posición final levantada y una segunda posición final baja con respecto a una guía de deslizamiento (8) fija que se extiende en dicha dirección (V), impulsado por al menos un motor eléctrico lineal (9), estando caracterizada por el hecho que comprende medios de contrapeso (14) para balancear el carro (4), dichos medios de contrapeso (14) combinados con el carro (4) para formar un sistema oscilante y que comprende un elemento amortiguador de retorno elástico (15) conectado al carro (4) mediante al menos un elemento flexible de transmisión (16) cuya rigidez es menor que la rigidez del elemento elástico de amortiguación (15) de manera que su frecuencia, la cual queda determinada por la oscilación del sistema oscilante, sea tal de no interferir negativamente con el funcionamiento del motor lineal (9).

Description

Máquina herramienta.
La presente invención se refiere a un dispositivo para mover un carro portahusillo.
La invención se refiere en particular a un dispositivo para mover el carro portahusillo de una máquina herramienta soportada por un bastidor controlado por motores lineales que mueven la herramienta a alta velocidad a lo largo de uno o varios ejes.
En las modernas máquinas herramientas automáticas, la herramienta normalmente está colocada en un elemento de soporte movido por motores lineales a lo largo de tres ejes perpendiculares entre sí.
Algunas máquinas herramientas automáticas de la técnica conocida comprenden un motor eléctrico lineal que proporciona al menos el movimiento vertical del carro portahusillo. El motor eléctrico lineal comprende un rotor, también conocido como núcleo primario o simplemente "primario", y un estator, también conocido como núcleo secundario o simplemente "secundario", el primario siendo solidario con el carro portahusillo, y el secundario siendo solidario con la guía de deslizamiento vertical del carro.
El carro portahusillo normalmente está conectado a un contrapeso proyectado para balancear el mismo carro durante su movimiento vertical.
Experimentalmente se ha demostrado que, en las máquinas de la técnica conocida descritas arriba, la frecuencia de oscilación del sistema compuesto por el carro portahusillo y el contrapeso, debido a la rigidez del mismo sistema, no es compatible con el movimiento de traslación del núcleo primario móvil del motor eléctrico lineal y del carro portahusillo solidario con el mismo. Frecuencia incompatible significa una frecuencia de oscilación que dificulta la amortiguación de las vibraciones del carro y que incluso puede conducir a la inestabilidad del mismo sistema.
El objetivo de la presente invención es el de superar la desventaja mencionada con anterioridad proporcionando un dispositivo usado para mover un carro portahusillo y provisto de un contrapeso que no interfiera con el motor eléctrico lineal que proporciona el movimiento de impulsión.
Por consiguiente, la presente invención proporciona una máquina herramienta que comprende al menos un carro portahusillo que preponderantemente se extiende longitudinalmente a lo largo de un eje definido y en condiciones de moverse en una dirección paralela a dicho eje al menos entre una primera posición final levantada y una segunda posición final baja con respecto a una guía de deslizamiento fija que se extiende en dicha dirección, impulsada por al menos un motor eléctrico lineal, estando caracterizada por el hecho que comprende medios de contrapeso para balancear el carro, dichos medios de contrapeso combinados con el carro para formar un sistema de oscilación y comprendiendo un elemento amortiguador de retorno elástico conectado al carro por al menos un elemento de transmisión flexible cuya rigidez es menor que la rigidez del elemento amortiguador elástico de manera que su frecuencia que está determinada por la oscilación del sistema de oscilación es tal como para no interferir negativamente con el funcionamiento del motor lineal.
Ahora la invención se describirá con referencia a los dibujos anexos que ilustran una realización preferida, y en los cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de una máquina herramienta hecha de acuerdo a la presente invención;
- la figura 2 es una vista lateral esquemática de detalle de una parte de la máquina herramienta mostrada en la figura 1, que ilustra la parte en una primera posición operativa levantada;
- la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva de detalle de la parte mostrada en la figura 2, que ilustra la parte en una segunda posición operativa
baja.
Con respecto a la figura 1, el numeral 1 denota en su totalidad una máquina herramienta automática del tipo control numérico montada sobre una base (2). La máquina (1) está provista de un módulo operativo (3) que se puede mover en el espacio tridimensional a lo largo de los tres ejes lineales (X, Y y Z) de un sistema de coordenadas cartesianas.
El módulo operativo (3) comprende un carro (4) sobre el cual está instalado un husillo (5) que transmite movimiento rotativo de corte a una herramienta de corte del tipo conocido y no ilustrada. El carro (4) se extiende preponderantemente a lo largo de un eje longitudinal (T) y puede moverse en una dirección vertical (V) paralela al mencionado eje Y entre una primera posición final levantada, ilustrada en la figura 2, y una segunda posición final baja, ilustrada en la figura 3.
La máquina (1) ilustrada en la figura 1 también está provista de un depósito del tipo conocido, que no está ilustrado en detalle y está etiquetado esquemáticamente mediante el numeral 6. Este depósito aloja una pluralidad de herramientas a las cuales el módulo operativo (3) puede acceder en cualquier momento durante un ciclo de maquinado para cambiar automáticamente la herramienta en el caso que fuera requerida otra herramienta para una diferente operación de maquinado.
Tal como se puede apreciar en las figuras 2 y 3, el extremo inferior (7) del carro (4) está provisto del husillo (5) donde se vinculan las mencionadas herramientas (no ilustradas).
El carro (4) está soportado y guiado en su movimiento vertical por una guía de deslizamiento (8) que está montada en una posición fija con respecto a la dirección vertical (V) y que también se extiende longitudinalmente a lo largo de la misma dirección (V).
El carro (4) es movido por un motor eléctrico lineal (9) que comprende un núcleo primario o rotor (10) y un núcleo secundario o estator (11).
Nuevamente con referencia a las figuras 2 y 3, el núcleo primario o rotor (11) está colocado y conectado al carro (4) en su extremo superior (13), opuesto al mencionado extremo inferior (7).
El núcleo secundario o estator (11) se extiende longitudinalmente a lo largo de toda la longitud de la guía de deslizamiento (9) y es solidario a la guía de deslizamiento.
El núcleo primario (10) y el núcleo secundario (11) están ubicados enfrentados y separados por un adecuado entrehierro (13) de acuerdo al principio de funcionamiento conocido de los motores eléctricos lineales.
El carro (4) es soportado y guiado en su movimiento vertical en la dirección V por apropiados medios de guía de deslizamiento que forman un montaje corredizo entre el carro (4) y la guía de deslizamiento (8), dichos medios de guía de deslizamiento siendo del tipo conocido y, por lo tanto, no ilustrados.
Tal como se puede apreciar en las figuras 2 y 3, el carro (4) está provisto de un dispositivo de contrapeso (14) proyectado para contrabalancear el carro (4) durante su rápido movimiento por la guía de deslizamiento (8) en la dirección V. El dispositivo de contrapeso (14) substancialmente comprende un elemento elástico (15) y un elemento flexible de transmisión (16) que conecta el carro (4) al mismo elemento elástico (15).
El elemento elástico (15) está alojado en una carcasa tubular (17) que es solidaria a la guía de deslizamiento (8) que soporta al carro (4) y comprende un pistón (18) que, durante la etapa de compresión ilustrada en la figura 3 y como resultado de la bajada del carro (4), penetra en un correspondiente cilindro (19) para definir una primera posición final baja del carro en la cual se carga el elemento elástico (15).
El pistón (18) y el cilindro (19) se combinan para formar el elemento elástico (15) que es del tipo conocido y, por lo tanto, no se describe con mayor nivel de detalles.
Con referencia a la figura 2, la energía potencial elástica acumulada con anterioridad fuerza al pistón (18) a salir del cilindro (19) casi completamente hasta una posición donde el carro (4) ocupa una segunda posición final levantada.
De manera ventajosa, el elemento flexible de transmisión (16) se compone de una cadena de rodillos (20), un primer extremo de la cual (21) está fijado a la parte superior (12) del carro (4), y un segundo extremo de la cual (22) está fijado a un elemento de anclaje ajustable (23) que es solidario a la carcasa tubular (17).
Elementos de transmisión (24) de la cadena (20), que comprenden dos poleas del tipo conocido, es decir, una primera polea (25) en la parte superior y una segunda polea (26) en la parte inferior, forman recorridos definidos para los movimientos de la misma cadena (20) entre las dos posiciones finales del carro (4) ilustradas en las figuras 2 y 3.
La polea superior (25) gira libre sobre un perno (27) soportado por una ménsula (28) conectada a la carcasa tubular (17) solidaria con la guía de deslizamiento (8), mientras que la polea inferior (26) gira libre sobre un perno (29) soportado por una ménsula (30) vinculada al pistón (18) del elemento
elástico (15).
Durante el funcionamiento de la máquina (1), el carro (4) portahusillo se mueve rápidamente en la dirección V acercándose y alejándose de la pieza a elaborar.
Tal como se puede ver en la figura 3, cuando el carro (4) alcanza su posición final baja con respecto a la guía de deslizamiento (8) verticalmente fija, la cadena (20) está tensada y, como consecuencia de la transmisión efectuada por las poleas (25 y 26), comprime el elemento elástico (15), forzando así al pistón (18) a penetrar dentro del cilindro (19).
Tal como se puede ver en la figura 2, por el contrario, cuando el carro (4) alcanza su posición final levantada con respecto a la guía de deslizamiento (8), la acción de liberación de la energía potencial elástica acumulada por el elemento elástico (15), mantiene la cadena (20) tensada gracias a las poleas (25 y 26).
El dispositivo de contrapeso (14) que incluye a la cadena (20) y al elemento elástico (15), lleva a cabo la tarea de balancear el carro (4) y, junto con el mismo carro (4), forma un sistema oscilante continuo.
La vida útil y el funcionamiento de la máquina dependen en gran medida de la forma en que vibran las partes de la máquina y por ende el diseño de la máquina herramienta no puede dejar de estudiar tales vibraciones.
Aunque las partes de la máquina sean sistemas continuos, con una masa y elasticidad distribuida, y por lo tanto en condiciones de vibrar con infinitos grados de libertad, es posible, a los fines de las aplicaciones técnicas, concentrar la deformación sobre una cantidad limitada de partes altamente deformables, asimilando así el sistema continuo a un sistema que posee una cantidad finita de grados de libertad.
Por consiguiente, tal como se ha mencionado con anterioridad el conjunto compuesto por el carro (4), la cadena (20) y el elemento elástico (15) constituye un sistema continuo que, por simplicidad, puede ser asemejado a un sistema que posee una cantidad finita de grados de libertad.
Se supone que el elemento elástico (15) presenta un valor general de rigidez que puede ser asimilado al valor infinito, donde la rigidez general se usa para indicar el valor individual equivalente de los valores de rigidez de cada uno de los componentes mecánicos que forman el elemento elástico (15), e independientemente del hecho que, en su totalidad, la carrera del elemento elástico (15) constituye una deformación del mismo elemento (15).
De acuerdo a lo anterior, la rigidez de la cadena (10) es menor que la rigidez del elemento elástico (15), creando así una frecuencia de oscilación del sistema tal de no interferir negativamente con el funcionamiento del motor lineal (9).
Experimentalmente se ha demostrado que el funcionamiento ideal de la máquina (1) se puede lograr sólo dentro de un intervalo de frecuencias comprendido entre 0 y 50 Hz. En particular, los mejores resultados se logran a valores de frecuencia que no superan los 10 Hz.
De esta manera, dimensionando adecuadamente la cadena (20) sobre la base de la masa del carro (4) y de otras partes móviles y de acuerdo a la constante elástica del elemento elástico (15), es posible durante el proyecto, seleccionar la frecuencia característica del mencionado sistema oscilante de manera de optimizar su acoplamiento con el motor lineal (9).

Claims (8)

1. Máquina herramienta que comprende al menos un carro (4) portahusillo que preponderantemente se extiende longitudinalmente a lo largo de un eje definido (T) y en condiciones de moverse en una dirección (V) paralela a dicho eje (T) al menos entre una primera posición final levantada y una segunda posición final baja con respecto a una guía de deslizamiento (8) fija que se extiende en dicha dirección (V), impulsado por al menos un motor eléctrico lineal (9), estando caracterizada por el hecho que comprende medios de contrapeso (14) para balancear el carro (4), dichos medios de contrapeso (14) combinados con el carro (4) para formar un sistema oscilante y que comprende un elemento amortiguador de retorno elástico (15) conectado al carro (4) mediante al menos un elemento flexible de transmisión (16) cuya rigidez es menor que la rigidez del elemento elástico de amortiguación (15) de manera que su frecuencia, la cual queda determinada por la oscilación del sistema oscilante, sea tal de no interferir negativamente con el funcionamiento del motor lineal (9).
2. Máquina herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho que los valores de rigidez del elemento elástico (15) y del elemento flexible de transmisión (16) determinan una frecuencia del sistema oscilante comprendida entre 0 y 50 Hz.
3. Máquina herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho que los valores de rigidez del elemento elástico (15) y del elemento flexible de transmisión (16) determinan una frecuencia del sistema oscilante (31) que no supera los 10 Hz.
4. Máquina herramienta según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizada por el hecho que el elemento flexible de transmisión (16) se compone de una cadena (20).
5. Máquina herramienta según la reivindicación 4, caracterizada por el hecho que comprende medios (24) para transmitir movimiento a la cadena (20).
6. Máquina herramienta según la reivindicación 5, caracterizada por el hecho que los medios de transmisión (24) de la cadena (20) comprenden al menos una polea (25, 26) colocada de manera tal que gira libre sobre una ménsula de soporte (28, 30).
7. Máquina herramienta según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizada por el hecho que el elemento elástico (15) comprende un pistón (18) que se desliza dentro de un cilindro (19), moviéndose entre una posición elásticamente cargada en la cual está dentro del cilindro y una posición elásticamente liberada en la cual está fuera del cilindro.
8. Máquina herramienta según la reivindicación 7, caracterizada por el hecho que una de las ménsulas (28, 30) que soportan a las poleas (25 y 26) está conectada al pistón (18) del elemento elástico (15).
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