ES2204420T3 - Procedimiento y dispositivo de vigilancia para maquinas-herramienta de control numerico. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de vigilancia para maquinas-herramienta de control numerico.Info
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Abstract
Procedimiento de vigilancia para máquinas herramienta con un husillo de trabajo con accionamiento giratorio motorizado y un dispositivo de protección separador en el cual a) se determina el momento de inercia real de una herramienta colocada en el husillo de trabajo, basándose en una medición, y se compara con un momento de inercia calculado para esta herramienta a partir de unos datos de herramienta especificados, b) se compara una magnitud característica especificada para la herramienta que ha sido cambiada y colocada en el husillo de trabajo, con una magnitud característica máxima para esta herramienta, que depende de la resistencia del dispositivo de protección, y c) el husillo de trabajo se acciona entonces con unas revoluciones teóricas especificadas, si el momento de inercia real coincide con el momento de inercia calculado y si la magnitud característica especificada es menor o igual a la magnitud característica máxima especificada por la resistencia del dispositivo de protección.
Description
Procedimiento y dispositivo de vigilancia para
máquinas-herramienta de control numérico.
La invención se refiere a un procedimiento de
vigilancia y a un sistema de vigilancia para máquinas herramienta de
control numérico con un husillo de trabajo rotativo motorizado y un
dispositivo de protección separador.
Las máquinas herramienta de control numérico
están equipadas por lo general con paredes de separación o cabinas
de protección para proteger a los operarios, mediante las cuales se
trata de evitar entre otras cosas que los operarios puedan quedar
en peligro debido a herramientas, piezas o fragmentos que salgan
volando. Pero precisamente las paredes de visión de tales elementos
de separación o protección presentan una resistencia limitada. Como
quiera que los dispositivos de protección en muchos casos tienen
que ser además móviles, también hay límites en cuanto a su espesor.
Ahora bien, debido a errores de programación o a errores de manejo
de las máquinas herramienta pueden plantearse en determinadas
circunstancias unas condiciones de funcionamiento que pueden dar
lugar a un peligro para el personal operario. Así, por ejemplo,
debido a un error de programación o a una introducción errónea de
la velocidad, la cuchilla intercambiable de una herramienta de
fresar puede ser lanzada, en caso de rotura, fuera del
portaherramientas con una energía tal que los dispositivos de
protección separadores ya no puedan soportar los esfuerzos
mecánicos de un impacto.
El objetivo de la invención es el de crear un
procedimiento de vigilancia y un sistema de vigilancia para
máquinas herramienta que permita mejorar la seguridad de las
máquinas.
Por la patente estadounidense US 4.827.197 se
conoce una centrífuga en la que se determina el momento de inercia
del rotor empleado, midiendo la aceleración con una corriente de
excitación constante. Mediante una tabla con diversos rotores y sus
movimientos de inercia se identifica el rotor empleado y se limita
la velocidad de giro a un valor que se considere seguro para el
rotor que se ha determinado, con una cubierta de protección
especificada.
Este objetivo se resuelve mediante un
procedimiento de vigilancia y un sistema de vigilancia con las
características de las reivindicaciones independientes 1 ó 9.
De acuerdo con la invención se determina el
momento de inercia real de una herramienta que haya sido sustituida
en el husillo de trabajo, basándose en una medición y se compara
con el momento de inercia calculado para esta herramienta a partir
de unos datos de herramienta especificados. De esta manera se puede
comprobar si los datos geométricos de la herramienta introducidos
en el mando del control numérico coinciden con los datos de la
herramienta que se encuentra en el husillo de trabajo o si, por
ejemplo, se han introducido o programado unos valores de diámetro
erróneos. Comparando una magnitud característica especificada de la
herramienta que ha sido cambiada con una magnitud característica
máxima, que depende de la resistencia del dispositivo de protección
separador, se puede determinar si el dispositivo de protección
soporta con los datos de mecanizado elegidos una virtual colisión en
la que salgan volando partes. El accionamiento del husillo de
trabajo se efectúa solamente con las revoluciones teóricas
especificadas si el momento de inercia real coincide con el momento
de inercia calculado y si la magnitud característica especificada es
menor o igual a la magnitud característica máxima especificada por
la resistencia del dispositivo de protección. De esta manera se
puede detectar una introducción errónea del diámetro de la
herramienta y de las revoluciones y se puede limitar la velocidad de
accionamiento del husillo de trabajo a una magnitud admisible, o se
puede detener el accionamiento y emitir un mensaje de error.
Unas realizaciones convenientes de la invención
se describen en las subreivindicaciones.
Así, por ejemplo, la magnitud característica
especificada puede ser convenientemente el diámetro de la
herramienta que se ha introducido, que se compara con un diámetro
máximo que depende de las revoluciones programadas. Pero la magnitud
característica especificada puede ser también la velocidad teórica
introducida del husillo de trabajo, que se compara con una velocidad
máxima que depende del diámetro de la herramienta.
En el caso de que haya variaciones entre el
momento de inercia real y el momento de inercia calculado, y/o al
rebasar la magnitud característica máxima, se detiene
convenientemente el accionamiento del husillo de trabajo y/o también
puede reducirse la velocidad del husillo de trabajo hasta un valor
admisible.
El momento de inercia real de la herramienta
colocada en el husillo de trabajo se puede calcular de forma
especialmente sencilla basándose en el tiempo de aceleración que se
mide durante la aceleración de la herramienta hasta unas
revoluciones de referencia especificadas. Si la máquina herramienta
dispone por ejemplo de un sistema de medida mecánico u óptico para
determinar las dimensiones de la herramienta que se encuentra en el
husillo de trabajo, el momento de inercia real se puede calcular
también sirviéndose de los datos de la herramienta determinados de
esta manera, comparándolo con el momento de inercia calculado a
partir de los valores introducidos. El momento de inercia real
también se puede calcular de las dos maneras, con lo cual se puede
conseguir mayor seguridad.
En otra realización conveniente se acelera el
husillo de trabajo primeramente hasta unas revoluciones de
referencia especificadas, midiendo el consumo de corriente del
motor de accionamiento. Comparando el consumo de corriente con un
valor de referencia, resultante durante la aceleración de un husillo
de trabajo que no lleve herramienta, se puede comprobar si
efectivamente hay una herramienta en el husillo de trabajo. De no
ser este el caso, se puede detener el accionamiento y emitir un
mensaje de error.
Otra realización ventajosa se caracteriza porque
el husillo de trabajo únicamente se acciona con la velocidad
teórica especificada si el desequilibrio medido durante la
aceleración del husillo de trabajo hasta una velocidad de referencia
especificada es inferior al desequilibrio máximo admisible.
Otras particularidades y ventajas de la invención
se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización
sirviéndose del dibujo. En éste pueden verse:
Fig. 1 a 4: un diagrama de desarrollo de un
procedimiento de vigilancia conforme a la invención;
Fig. 5: una variación típica del consumo de
corriente de un motor de accionamiento durante la aceleración de un
husillo de trabajo, con o sin herramienta; y
Fig. 6: un diagrama que muestra la relación
entre el diámetro máximo admisible de la herramienta y la velocidad
máxima admisible del husillo, en función de la capacidad de
retención de un dispositivo de protección separador.
En las figuras 1 a 4 se muestran las distintas
fases de una vigilancia automática, que se puede realizar, por
ejemplo, en una mandrinadora-fresadora universal de
control numérico con cambiador automático de herramienta y cabina de
protección, tanto en régimen de control numérico 100 como en
régimen de control manual 200.
Tal como se muestra en la figura 1, en el régimen
de control numérico 100 se efectúa la introducción 101 del programa
de control numérico mediante la programación directa en la máquina
o leyendo un programa ya preparado en un mando de control numérico.
Al mismo tiempo se efectúa también el registro 102 de los datos
geométricos de la herramienta correspondientes a las herramientas
que se encuentran en un almacén de herramientas. Después de iniciar
103 el programa de control numérico y controlando de forma
correspondiente el cambiador automático de herramientas se lleva a
cabo un cambio de herramientas 104 para colocar la herramienta
necesaria en el husillo de trabajo. También en el caso de régimen
de control manual 200, los datos geométricos de las herramientas
que se encuentren en el almacén de herramientas o que se coloquen
manualmente quedan registrados en el mando de control numérico.
Mediante la correspondiente instrucción de mando del operario se
efectúa un cambio automático de herramienta 201 y la herramienta
necesaria se coloca en el husillo de trabajo.
Una vez completado un cambio de herramienta 104 a
201, iniciado bien sea por medio del programa de control numérico o
por el operario, se acelera el husillo de trabajo según la figura 1
en una fase 300 hasta unas revoluciones de referencia. Al mismo
tiempo se mide el consumo de corriente del motor de accionamiento en
función del tiempo y se compara con una curva de referencia
correspondiente a la aceleración del husillo de trabajo sin
herramienta, registrada en el mando de la máquina herramienta.
En la figura 5 está representada una curva de
corriente típica durante la aceleración del husillo de trabajo, con
o sin herramienta. La curva inferior de la figura 5 muestra el
consumo de corriente durante la aceleración de un husillo de trabajo
sin herramienta. Esta curva puede estar registrada en el mando de
la máquina herramienta como curva de referencia. La curva superior
representada en la figura 5 muestra en cambio el consumo de
corriente que resulta durante la aceleración del husillo de
trabajo, teniendo colocada una herramienta.
Comparando una curva de aceleración determinada
efectivamente con la curva de referencia registrada en el mando se
puede comprobar entonces si hay una herramienta en el husillo de
trabajo.
Si de una comprobación realizada, por ejemplo, en
la fase 301 según la figura 2 se deduce que el consumo de corriente
medido en la fase 300 no está dentro de una gama admisible por
encima de la curva de referencia, se supone que no hay ninguna
herramienta en el husillo de trabajo, con lo cual se detiene
entonces en una fase 302 el accionamiento del husillo de trabajo y
se emite un mensaje de error. En cambio, si el consumo de corriente
medido se encuentra dentro de la gama admisible, se supone en una
fase 303, en una primera evaluación, que hay una herramienta en el
husillo de trabajo.
En otra fase 304 se calcula entonces el momento
de inercia real J_{1} de la herramienta que se encuentra en el
husillo de trabajo, basándose en una magnitud medida durante la
aceleración del husillo de trabajo. Según la fórmula:
M = J_{tot} \cdot 2\pi \cdot
\frac{dn}{dt}
se puede calcular por ejemplo el momento de
inercia total J_{tot} por medio del tiempo de aceleración t
medido al acelerar la herramienta hasta unas revoluciones de
referencia especificadas n, con un par motor M
constante.
El momento de inercia total J_{tot} se compone,
de acuerdo con la fórmula siguiente
J_{tot} = J_{M} + J_{s} +
J_{1} + J_{Sp} +
...
de la suma del momento de inercia del motor
J_{M}, del momento de inercia del husillo J_{s}, del momento de
inercia del portaherramienta J_{1} y del momento de inercia de
las restantes masas que hay que acelerar, como por ejemplo, del
amarre de herramienta y similares. Por eso se puede calcular el
momento de inercia real J_{1} de la herramienta que se encuentra
en el husillo de trabajo, restando del momento de inercia total
medido J_{tot} los valores conocidos del momento de inercia del
motor J_{M}, del momento de inercia del husillo J_{s},
etc.
En otra nueva fase 305 se calcula entonces un
momento de inercia J_{2} a partir de los datos geométricos de la
herramienta que se encuentra en el husillo de trabajo, que están
registrados en el mando de control numérico, y en otra nueva fase
306 se comparan con el momento de inercia J_{1} determinado en la
fase 304. Si los momentos de inercia J_{1} y J_{2} difieren
entre sí, se detiene según la fase 302 el accionamiento del husillo
de trabajo y se emite un mensaje de error.
Si coinciden los momentos de inercia J_{1} y
J_{2}, se comprueba según la figura 3 y en una fase siguiente 307
el desequilibrio de la herramienta colocada en el husillo de
trabajo. Esto puede efectuarse, por ejemplo, mediante un sensor de
golpeteo, conocido en el sector del automóvil. Si el desequilibrio
medido supera el valor límite máximo admisible se detiene en una
siguiente fase 308 el husillo de trabajo y se emite un mensaje de
error. En cambio, si el desequilibrio medido está dentro de la gama
admisible, se continúa con la comprobación.
En aquellas máquinas herramienta que dispongan de
un sistema independiente para la medición mecánica u óptica de la
herramienta se puede llevar a cabo otra comprobación de seguridad
adicional. Para ello se calcula en una fase 310 un momento de
inercia J_{3}, a partir de los datos de la herramienta
determinados durante la medición 309 de la herramienta, y en otra
nueva fase 311 se comparan con el momento de inercia J_{2} que se
había calculado en la fase 305 mediante los datos de la herramienta
registrados en el mando de control numérico. Si hay variaciones
entre los momentos de inercia J_{2} y J_{3} se detiene el
husillo de trabajo según la fase 308 y se emite un mensaje de
error.
Si coinciden los momentos de inercia J_{2} y
J_{3} se calcula según la figura 4 en una siguiente fase 312 el
diámetro máximo admisible d_{max} de la herramienta, a partir de
la capacidad de retención o energía de retención E_{ret} de la
cabina de protección, en función de las revoluciones. Para ello se
supone que la cabina de protección puede absorber una determinada
energía sin que haya peligro de rotura. Esta energía se puede
determinar mediante ensayos de tiro con un proyectil especificado.
Así, por ejemplo, las láminas de policarbonato utilizadas como
cristales de visión, con un espesor de 12 mm pueden absorber una
energía de aprox. 1100 Nm. Si se tiene en cuenta una pérdida de
resistencia debida al envejecimiento del material se puede suponer
para los cristales de visión de policarbonato, por ejemplo, una
energía de retención máxima de 500 Nm. A partir de esta energía de
retención máxima se obtiene, de acuerdo con la fórmula siguiente,
una relación entre el diámetro de la herramienta d y las
revoluciones n del husillo de trabajo.
d <
\frac{60}{\pi}\cdot\frac{(2 \cdot E_{Ret})^{0,5}}{(m)}
\cdot\frac{1}{n}
Suponiendo que la masa m de una pieza que sale
volando es de 0,1 kg, se puede calcular, de acuerdo con esta
fórmula, un diámetro de herramienta máximo admisible d_{max} para
una velocidad teórica programada n_{tep}.
En la figura 6 se ha representado para un cristal
de policarbonato de 12 mm de espesor la relación entre el diámetro
de herramienta máximo admisible y las revoluciones máximas del
husillo, para distintas energías de retención para un proyectil
normalizado de 0,1 kg.
El diámetro máximo d_{max} calculado en la fase
312 se compara en una siguiente fase 313 con el diámetro de
herramienta medido y/o registrado. Si el diámetro de herramienta
medido y/o registrado es superior al diámetro máximo admisible, se
detiene el husillo de trabajo en una siguiente fase 314 y se emite
un mensaje de error. En caso contrario, se autoriza la velocidad
programada n_{tep} en una fase 315.
A partir de la última relación citada se puede
determinar también de la misma manera una velocidad máxima
admisible del husillo de trabajo para un diámetro especificado de la
herramienta, comparándolo con las revoluciones programadas.
Si se ha autorizado la velocidad programada
n_{tep} se puede comprobar en otra fase 316 si ésta se encuentra
también por debajo de un valor límite especificado, por ejemplo, por
los cojinetes. Si esto es así, se acciona el husillo de trabajo con
la velocidad programada según la fase 317. En caso contrario se
detiene el husillo de trabajo en una fase 318 y se emite un mensaje
de error.
Mediante la comprobación conforme a la invención
se puede detectar la introducción errónea del diámetro de la
herramienta y/o de las revoluciones, evitando el peligro que puede
derivarse de ello para el operario de la máquina.
Claims (11)
1. Procedimiento de vigilancia para máquinas
herramienta con un husillo de trabajo con accionamiento giratorio
motorizado y un dispositivo de protección separador en el cual
- a)
- se determina el momento de inercia real de una herramienta colocada en el husillo de trabajo, basándose en una medición, y se compara con un momento de inercia calculado para esta herramienta a partir de unos datos de herramienta especificados,
- b)
- se compara una magnitud característica especificada para la herramienta que ha sido cambiada y colocada en el husillo de trabajo, con una magnitud característica máxima para esta herramienta, que depende de la resistencia del dispositivo de protección, y
- c)
- el husillo de trabajo se acciona entonces con unas revoluciones teóricas especificadas, si el momento de inercia real coincide con el momento de inercia calculado y si la magnitud característica especificada es menor o igual a la magnitud característica máxima especificada por la resistencia del dispositivo de protección.
2. Procedimiento de vigilancia según la
reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud
característica especificada es el diámetro de la herramienta, que se
compara con un diámetro máximo especificado para las revoluciones
programadas.
3. Procedimiento de vigilancia según la
reivindicación 1, caracterizado porque la magnitud
característica especificada son las revoluciones teóricas del
husillo de trabajo, que se comparan con unas revoluciones máximas
que dependen del diámetro de la herramienta.
4. Procedimiento de vigilancia según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en el caso de
que haya variaciones entre el momento de inercia real y el momento
de inercia calculado y/o si se supera la magnitud característica
máxima, se detiene el accionamiento del husillo de trabajo y/o se
emite un mensaje de error.
5. Procedimiento de vigilancia según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el momento de
inercia efectivo de la herramienta colocada en el husillo de trabajo
se determina basándose en un tiempo de aceleración medido durante la
aceleración de la herramienta hasta unas revoluciones de referencia
especificadas.
6. Procedimiento de vigilancia según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el momento de
inercia real de la herramienta colocada en el husillo de trabajo se
determina basándose en las dimensiones de la herramienta obtenidas
mediante una medición.
7. Procedimiento de vigilancia según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el husillo de
trabajo solamente se acciona con las revoluciones teóricas
especificadas si el consumo de corriente del accionamiento del
husillo, durante la aceleración del husillo de trabajo hasta unas
revoluciones de referencia especificadas, está por encima de una
curva de referencia que se obtiene al acelerar un husillo de trabajo
sin herramienta.
8. Procedimiento de vigilancia según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el husillo de
trabajo solamente se acciona con las revoluciones teóricas
especificadas si el desequilibrio medido al acelerar el husillo de
trabajo, hasta unas revoluciones de referencia especificadas, es
inferior a un desequilibrio máximo admisible.
9. Sistema de vigilancia para máquinas
herramienta con un husillo de trabajo con accionamiento de giro
motorizado y un dispositivo de protección separador, con
- -
- un dispositivo para comparar el momento de inercia de una herramienta colocada en el husillo de trabajo, determinado mediante una medición, con un momento de inercia calculado para esta herramienta a partir de unos datos de herramienta especificados,
- -
- un dispositivo para comparar una magnitud característica especificada para la herramienta que ha sido cambiada y colocada en el husillo de trabajo, con una magnitud característica máxima, que depende de la resistencia del dispositivo de protección para esta herramienta, y
- -
- un dispositivo para permitir unas revoluciones teóricas especificadas del husillo de trabajo si el momento de inercia real coincide con el momento de inercia calculado y si la magnitud característica especificada es inferior o igual a la magnitud característica máxima especificada por la resistencia del dispositivo de protección.
10. Sistema de vigilancia según la reivindicación
1, caracterizado porque contiene un sistema para determinar
la variación en el tiempo del consumo de corriente de un motor de
accionamiento al acelerar hasta unas revoluciones de referencia
especificadas.
\newpage
11. Sistema de vigilancia según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque incluye un
sistema para captar el desequilibrio inadmisible de una herramienta
colocada en el husillo de trabajo.
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