ES2214328T3 - Metodo de rectificado con potencia constante sobre el husillo. - Google Patents

Abstract

Método de rectificado de un componente, que se hace girar por medio de un cabezal portapieza durante el rectificado, que comprende las etapas de rectificar el componente hasta poco antes de alcanzar el tamaño final, haciendo girar luego el componente, una sola revolución, durante una etapa de rectificado de acabado, caracterizado porque durante dicha única revolución, se controla la profundidad de corte y la velocidad de rotación del componente, con el fin de mantener una potencia constante en el husillo portamuela, sin exceder de la capacidad de potencia máxima del motor del husillo, variándose la velocidad de rotación del cabezal portapieza para tener en cuenta cualquier variación en la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración, como cuando el componente no es circular o cuando las partes de la superficie que se están rectificando se tienen que acabar con un perfil cóncavo, en oposición a un perfil plano o convexo.

Description

Método de rectificado con potencia constante sobre el husillo.

Ámbito de la invención

La presente invención se refiere al rectificado de piezas en elaboración y a mejoras que permiten reducir los tiempos de rectificado y que logran un desgaste de la muela relativamente uniforme así como un acabado superficial mejorado en componentes de la pieza de elaboración, como levas. La invención se puede aplicar en particular al rectificado de piezas no cilíndricas, como levas, que tienen depresiones cóncavas en los flancos, y a las que se suele denominar levas reentrantes.

Antecedentes de la invención

Tradicionalmente, el rectificado de un resalto de leva se ha dividido en diversas pasadas separadas, por lo general cinco pasadas. Era, por tanto, necesario quitar una profundidad total de 2 mm de material en el radio, siendo por lo general la profundidad del material quitado durante cada una de las pasadas, de 0,75 mm en las primeras pasadas, 0,4 mm en la tercera pasada, 0,08 mm en la cuarta pasada y 0,02 mm en la última pasada.

Por lo general, el proceso culmina con una rotación suave, sin aplicar avance, de forma que durante el proceso de poca presión, se quita toda la carga almacenada en la muela y el componente, obteniéndose un acabado y una forma aceptables en el componente.

Algunas veces se han utilizado pasadas adicionales de desbaste y acabado, aumentándose de este modo el número de pasadas.

Durante el rectificado, el componente se hace girar en torno a un eje y si el componente tiene que ser cilíndrico, la muela de rectificado se hace avanzar y se mantiene en una posición constante con respecto a dicho eje, para cada una de las pasadas, de forma que se obtiene un componente cilíndrico. La pieza en elaboración se hace girar mediante el cabezal portapieza y la velocidad de rotación de la pieza en elaboración (denominada a menudo la velocidad del cabezal portapieza) puede ser del orden de 100rpm, si el componente que se está rectificando es cilíndrico. Si se trata de un componente no cilíndrico y la muela se tiene que hacer avanzar y retroceder durante cada rotación de la pieza en elaboración, con el objeto de rectificar el perfil no circular, la velocidad del cabezal portapieza era por lo general inferior a la utilizada en el rectificado de componentes cilíndricos. Por consiguiente, cuando se rectificaban partes no cilíndricas de unas levas, la velocidad del cabezal portapieza habitual era de 20 a 60rpm.

Por lo general, se ha comprobado que toda reducción en la velocidad del cabezal portapieza supone un aumento del tiempo de rectificado, y debido a consideraciones comerciales, dicha pasada resulta poco atractiva.

El problema resulta particularmente evidente cuando se tienen que rectificar de este modo levas reentrantes. En la región reentrante, la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración aumenta posiblemente 10 veces (especialmente en el caso de una muela que tiene un radio igual o justo algo menor que la concavidad deseada) con respecto a la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración, en torno al resalto de leva y el círculo primitivo. Un perfil de velocidad típico en el rectificado de una leva reentrante, con una reentrada poco profunda, será de 60rpm en torno al resalte de la leva, 40rpm a lo largo de los flancos de la leva que contienen las regiones reentrantes, y 100rpm en torno al círculo primitivo de la leva. El cabezal portapiezas se aceleraría o deceleraría entre estas velocidades constantes, dentro de las capacidades dinámicas de la máquina (ejes c y x), y por lo general se ha utilizado una aceleración/deceleración constante.

La potencia absorbida por el motor del husillo que acciona la muela de rectificado depende en parte de las tasas de arranque de material, es decir, de la cantidad de material que la muela tiene que quitar por unidad de tiempo. La mayor longitud de contacto en las regiones reentrantes ha tendido a aumentarlo y se ha observado una potencia absorbida muy elevada durante el rectificado de las regiones cóncavas de los flancos de levas reentrantes.

Para un motor determinado, la potencia máxima es determinada por el fabricante y esto ha limitado el tiempo de ciclo para el rectificado, particularmente, de levas reentrantes, ya que es importante que los requerimientos al motor no sean superiores a la capacidad de potencia máxima absorbida proyectada por el fabricante para dicho motor.

Hasta ahora, una reducción en el tiempo de ciclo se ha conseguido incrementando la velocidad de trabajo utilizada para cada revolución del componente. Esto ha tenido como consecuencia unas huellas de vibración y abrasión, resaltos y cavidades en la superficie acabada de la leva, inaceptables para los árboles de levas que se utilizan en los motores modernos, de alto rendimiento, en los que la precisión y la exactitud son esenciales para conseguir el rendimiento previsto de combustión y del motor.

En la Patente EP 0339293 se describe un método para rectificar una leva con una muela, donde la leva se hace girar a una primera velocidad angular, para rectificar la base de la leva, a una segunda velocidad angular reducida para rectificar los flancos de la leva, y a una velocidad angular intermedia entre la primera y la segunda velocidades, para rectificar el resalto de la leva. Sin embargo, la leva descrita no comprende ninguna parte reentrante en sus flancos y, por lo tanto, no existe ninguna notable variación en la longitud de contacto de rectificado entre la muela de rectificado y el perímetro de la superficie de la leva que se está rectificando.

Las innovaciones descritas aquí tienen cierto número de objetivos diferentes.

El primer objetivo es reducir el tiempo de rectificado de precisión de componentes como levas, en particular, levas reentrantes.

Otro de los objetivos es mejorar el acabado superficial de dichos componentes rectificados.

Otro objetivo más es producir un acabado superficial adecuado, con mayores intervalos entre cada reacondicionamiento de las muelas.

Otro de los objetivos es igualar el desgaste de las muelas en la superficie de las mismas.

Otro objetivo es mejorar el acceso del refrigerante a la región de trabajo, particularmente cuando se rectifican levas reentrantes.

Otro de los objetivos es ofrecer un diseño de máquina de rectificar, que pueda realizar un rectificado de desbaste y de acabado de un componente de precisión, como un árbol de levas, en el que los flancos de la leva tienen regiones cóncavas.

En la siguiente descripción se podrán apreciar estos objetivos y otros más.

Resumen de la invención

Según la presente invención, se ofrece un método de rectificado de un componente, que se hace girar por medio de un cabezal portapieza durante el rectificado, que comprende las etapas de rectificar el componente hasta poco antes de alcanzar el tamaño final, haciendo girar luego el componente una sola revolución durante una etapa de rectificado de acabado, y controlando, durante esta única revolución, la profundidad de corte y la velocidad de rotación del componente, con el fin de mantener una potencia constante en el husillo portamuela, sin exceder de la capacidad de potencia máxima del motor del husillo, variándose la velocidad de rotación del cabezal portapieza para tener en cuenta cualquier variación en la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración, como cuando el componente no es circular o cuando las partes de la superficie que se están rectificando se tienen que acabar con un perfil cóncavo, en oposición a un perfil plano o convexo.

La invención se basa en la máquina de rectificar del estado de la técnica actual, donde una muela de rectificar, montada sobre un husillo accionado por un motor, se puede hacer avanzar y retroceder con respecto de una pieza en elaboración, con control informático programable. Se supone que la velocidad de rotación de la muela es elevada y constante, mientras que la velocidad del cabezal portapieza, que determina la velocidad de rotación de la pieza en elaboración en torno a su eje durante el proceso de rectificado, se puede controlar (nuevamente mediante un ordenador programable) con el fin de poder realizar un ajuste considerable durante cada revolución de la pieza en elaboración. La invención aprovecha el elevado control preciso disponible en esta máquina de rectificar del estado de la técnica, para reducir el tiempo de ciclo, mejorar la frecuencia de reacondicionamiento de las muelas así como las características de desgaste de las muelas, especialmente cuando se rectifican piezas no cilíndricas como levas, en particular levas reentrantes.

Según la invención, se consigue reducir el tiempo de rectificado de acabado de una leva, haciendo girar dicha leva en una sola revolución durante el proceso de rectificado de acabado y controlando la profundidad de corte así como la velocidad del cabezal portapieza durante esta sola revolución con el objeto de mantener una carga prácticamente constante sobre el motor del husillo.

El avance del cabezal portamuela determinará la profundidad de corte y la velocidad de rotación de la leva será determinada por el accionamiento del cabezal portapieza.

Por lo general, cuanto mayor es la profundidad de corte y más elevada la velocidad de trabajo, mayor es la potencia absorbida del husillo y la invención intenta realizar un requerimiento constante al motor del husillo que se encuentra justo dentro de la capacidad de potencia máxima nominal del motor del husillo.

Por lo general, es deseable mantener una profundidad de corte constante, y con el fin de mantener una potencia constante absorbida para el husillo, la invención indica que se tiene que modificar la velocidad de rotación de la pieza durante la rotación de rectificado de acabado para adaptarse a las características no cilíndricas de una pieza en elaboración. En un ejemplo en el que se utiliza una muela CBN, de diámetro conocido, para rectificar un árbol de levas, se puede obtener un tiempo de rectificado de acabado aproximadamente igual al 75% del que se obtiene utilizando técnicas de rectificado convencionales, si se hace variar la velocidad del cabezal portapieza entre 2 y 20rpm durante la sola revolución de rectificado de acabado de la leva, utilizándose la velocidad más baja para rectificar los flancos y la más elevada durante el rectificado del resalto y el círculo primitivo de la leva.

Además, y más particularmente, la profundidad de corte se ha incrementado notablemente con respecto a la que se asociaba normalmente a la etapa del rectificado de acabado, y se pueden lograr profundidades del orden de 0,25 a 0,5 mm durante la etapa única de rectificado de acabado, utilizando muelas de rectificar que tienen un diámetro comprendido entre 80 y 120 mm, con una potencia de rectificado disponible de 17,5kw, cuando se rectifican levas en un árbol de levas.

El resultado sorprendente ha sido, en primer lugar, un acabado superficial muy aceptable, sin los resaltos o cavidades que se suelen encontrar en torno a la superficie rectificada de este tipo de componente, cuando se utilizaban velocidades de cabezal portapieza más elevadas y tasas de arranque de metal más pequeñas, a pesar del volumen de metal relativamente grande que se ha quitado durante esta sola revolución, y, en segundo lugar, la falta de daño térmico en la superficie del lóbulo de la leva, a pesar del volumen de metal relativamente grande que se ha quitado durante esta única revolución. Los métodos de rectificado convencionales solían abrasar la superficie del lóbulo de la leva cuando se realizaban cortes profundos.

Con el fin de no dejar ningún resalto en el punto en el que la muela de rectificar entra primero en contacto con el componente, al principio del rectificado de acabado de una sola revolución, se programa el accionamiento del cabezal portapieza, de preferencia, para generar un ligero desbordado, de forma que la muela permanezca en contacto con la pieza en elaboración durante algo más de 360° de rotación de ésta última. El ligero desbordado asegura que se elimine todo punto elevado, del mismo modo que se ha utilizado un ciclo de poca presión para quitar las impresiones de rectificado en los procesos de rectificar anteriores. La diferencia es que, en lugar de hacer girar el componente durante una o más revoluciones para lograr la pasada suave, el proceso de poca presión se limita únicamente a la parte de la superficie de la leva que necesita este tratamiento.

Una etapa de rectificado de acabado para producir una superficie de alta precisión, en un componente rectificado, como una leva, supone la aplicación de una fuerza mayor y constante entre la muela de rectificar y el componente, durante una sola revolución, en la que se realiza el rectificado de acabado, que la que se consideraba apropiada hasta la fecha.

La fuerza de rectificado incrementada se requiere para lograr la mayor profundidad de corte que, a su vez, reduce el tiempo de ciclo, ya que sólo se requiere una revolución, además de un ligero desbordado, para ladrar un componente terminado, sin un tiempo de poca presión notable, aunque, como consecuencia de ello, la mayor fuerza de rectificado entre la muela y la pieza en elaboración produce, como se ha podido ver, una superficie acabada más lisa que cuando se utilizaban procesos anteriores de rectificado, que incluían una etapa convencional de poca presión.

Se puede lograr una potencia absorbida prácticamente constante en el accionamiento del husillo, controlando la velocidad del cabezal portamuela durante el rectificado de acabado, con el fin de acelerar y decelerar la velocidad de rotación de la pieza en elaboración durante dicho ciclo, con el objeto de presentar una carga prácticamente constante sobre el motor del husillo mientras se mantiene la notable profundidad de corte indicada.

Asegurándose de que la carga sobre el motor sea prácticamente constante y lo más cercana posible a su potencial nominal máxima durante la totalidad de la rotación, no se producen sobretensiones transitorias, que son la causa de las deceleraciones. De este modo, se obtendrá un desgaste uniforme de la muela.

No obstante, se puede incluir en particular un elemento adicional de control para tener en cuenta la longitud de contacto variable entre la muela y la pieza en elaboración, cuando el componente no es circular, y, particularmente, cuando algunas partes de la superficie que se están rectificando se tienen que acabar con un perfil cóncavo, en oposición a un perfil plano o convexo. Por consiguiente, la velocidad del cabezal portapiezas se controla para tener en cuenta cualquier aumento y reducción en la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración, como puede ocurrir en el caso de una leva reentrante entre regiones cóncavas en los flancos y regiones convexas en torno al saliente y el círculo primitivo de la leva.

En particular, comprobando la aceleración y deceleración del cabezal portapieza, así como su velocidad durante la rotación de una pieza no cilíndrica, y teniendo en cuenta la longitud de contacto variable entre la muela y la pieza en elaboración durante la rotación de esta última, de forma que se mantenga prácticamente constante la potencia en el motor del husillo, se obtiene un desgaste de la muela prácticamente constante, aunque la tasa de arranque de metal puede variar ligeramente en torno a la circunferencia de la pieza en elaboración durante la rotación de la misma. Como la muela está girando a una velocidad de rotación muy superior a la de la pieza en elaboración, no se ha considerado importante controlar el proceso de rectificado a tal efecto. Sin embargo, comparando los parámetros de la máquina de rectificar, de forma que se mantenga constante la potencia del husillo durante el proceso de rectificado de dichas piezas, se ha comprobado que, por lo general, el desgaste de la muela es uniforme, a pesar de que varía la tasa de arranque de metal y la tendencia a que se produzca un desgaste desigual de la muela es inferior a la observada en el pasado.

Esto reduce el tiempo requerido para reacondicionar las muelas y mejora por lo tanto la eficacia de todo el proceso.

Tradicionalmente, se han utilizado muelas de rectificado mayores para el rectificado de desbaste y muelas menores para el rectificado de acabado, particularmente cuando la muela grande tiene un radio demasiado grande para que la muela pueda rectificar una región cóncava en el flanco de una leva reentrante. Se han presentado propuestas para minimizar el desgaste de la muela más pequeña, utilizando la muela grande para rectificar en la mayor medida de lo posible la forma básica de la leva, inclusive parte de las regiones cóncavas, a lo largo de los flancos de la leva, utilizando posteriormente la muela más pequeña para eliminar simplemente el material dejado en las regiones cóncavas, y luego realizar el rectificado de acabado de la leva en la forma tradicional, con poca presión.

Utilizando un proceso de este tipo, se ha comprobado que una muela grande oculta una parte de la superficie cóncava que está generando, del fluido refrigerante, de modo que se pueden producir daños superficiales durante el rectificado de desbaste de la concavidad. Esto ha originado problemas al intentar lograr un acabado superficial de alta calidad en la concavidad, utilizando posteriormente una muela más pequeña para realizar el rectificado de acabado del componente.

Cuando se rectifica un componente para obtener regiones cóncavas, el rectificado se realiza, preferentemente, utilizando dos muelas de diámetro pequeño, por lo general, ambas de mismo diámetro, una para el rectificado de desbaste y la otra para el rectificado de acabado, preferentemente en la misma máquina, de forma que el componente pueda someterse a la acción de la muela de acabado de desbaste en una etapa durante el proceso de rectificado y la otra muela de rectificado durante el proceso de rectificado de acabado, con el objeto de reducir la longitud de contacto entre la muela de rectificar y el componente, particularmente en las regiones cóncavas de los flancos, de forma que el fluido refrigerante tenga buen acceso a la región en la que se produce el rectificado, en todas las etapas del proceso de rectificado, con el objeto de minimizar el daño superficial que, de otro modo, se produce si se impide el acceso del fluido refrigerante.

El término "pequeño" aplicado aquí al diámetro de las muelas de rectificado implica un diámetro de 200 mm o menos, por lo general un diámetro de 120 mm. Se han utilizado con buenos resultados muelas de 80 mm y 50 mm. Suele ser habitual utilizar muelas CBN para rectificar componentes como árboles de levas, pero como las muelas a base de dicho material son relativamente duras, la vibración de la muela puede ser un problema importante y la presente invención reduce la vibración de la muela cuanto se utilizan muelas CBN, utilizando una fuerza de rectificado relativamente elevada durante todo el rectificado de los componentes, si se compara con los procesos convencionales, en los cuales las etapas finales del rectificado se han caracterizado por unas profundidades de corte relativamente pequeñas, de forma que no ha existido virtualmente ninguna fuerza entre la muela y el componente, de modo que cualquier irregularidad por defecto de circularidad o superficie del componente puede producir rebote y vibración en la muela.

Los resultados actuales muestran que la profundidad de corte debe ser, por lo menos dos veces y, por lo general, de cuatro a cinco veces lo que se consideraba adecuado hasta la fecha para el rectificado de acabado, y por lo tanto se incrementa en consonancia la fuerza entre la muela y el componente, tal como se propone en la invención.

En una máquina de dos husillos, una disposición preferida es que los dos husillos se monten verticalmente, el uno encima del otro, en el extremo exterior de un chasis pivotante que se puede hacer girar en torno a un eje horizontal con respecto a un cabezal portamuela deslizante. Haciendo pivotar el brazo hacia arriba o hacia abajo, de forma que uno de los dos husillos esté alineado con el eje de la pieza en elaboración, y haciendo avanzar el cabezal portamuela, cuyo chasis se hace pivotar respecto del eje de la pieza en elaboración, se puede hacer avanzar una muela de rectificado, unida al husillo, hacia la pieza en elaboración, y apartarla de la misma.

El brazo se puede elevar y bajar utilizando accionamientos neumáticos o hidráulicos, o accionamiento por motor eléctrico o solenoide.

Si se tiene que utilizar una de las muelas para el rectificado de desbaste y la otra para el rectificado de acabado, es preferible que la muela para el rectificado de desbaste se monte sobre el husillo superior, ya que dicha disposición presenta una estructura más rígida cuando está bajada. La configuración más rígida tiende a resistir a las mayores fuerzas asociadas con el rectificado de desbaste.

Un proceso de rectificado habitual-multipasada se puede reducir a un proceso de dos pasadas en el que (a) la primera pasada rectifica el componente para eliminar una gran cantidad de material, mientras que el componente se hace girar a una velocidad relativamente lenta en torno a su eje, controlando informáticamente la velocidad del cabezal portapieza, en todo momento, durante cada rotación y ajustando la velocidad del cabezal portapieza para adaptarse a la mayor longitud de contacto en alguna región cóncava de un componente no cilíndrico, con el objeto de mantener una potencia absorbida prácticamente constante en el motor del husillo, igual o apenas inferior a la potencia nominal constante del motor, de modo que el tiempo para rectificar la primera pasada se reduce al periodo más corto asociado a la potencia disponible, y (b) la segunda pasada comprende el desbastado de acabado durante una sola revolución de la pieza en elaboración, controlándose los parámetros de rectificado por ordenador, de forma que la potencia absorbida en el motor del husillo se mantiene, de forma similar, constante en la potencia nominal o cerca de la potencia nominal constante del motor durante dicha revolución única y controlándose también la velocidad del cabezal portapieza con el ordenador con el objeto de mantener constante la potencia absorbida del husillo.

Una máquina de rectificar para realizar la invención, incluye un sistema de control informático programable, adaptado para permitir que la máquina rectificadora pueda realizar todas las etapas del método de la presente invención y, de preferencia, para generar señales de control para hacer avanzar y retroceder la muela de rectificar y controlar la aceleración y deceleración del accionamiento del cabezal portapieza y por lo tanto la velocidad de rotación instantánea de la pieza en elaboración.

La invención también se basa en un programa informático que comprende unos medios adaptados para realizar todas las etapas del método de la presente invención, cuando se utiliza dicho programa sobre una máquina de rectificar de la presente invención.

En las reivindicaciones adjuntas, se definen otras características de la invención.

Descripción de los dibujos

La invención se describirá ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, donde:

La figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina de rectificar de doble muela, y

La figura 2 es una vista ampliada de parte de la máquina mostrada en la figura 1.

En las figuras, la bancada de la máquina lleva el número (10), el conjunto del cabezal portapieza el número (12) y el contrapunto el número (14). La mesa portapieza (16) incluye una corredera (18), a lo largo de la cual el cabezal portapieza (14) se puede mover, situar y fijar. La máquina está prevista para rectificar levas de árboles de levas para motores de vehículos y resulta especialmente adecuada para el rectificado de levas que tienen regiones cóncavas a lo largo de sus flancos.

Dentro del alojamiento del conjunto de cabezal portapieza (12), se encuentra un accionamiento de rotación (no mostrado), y un dispositivo de transmisión del accionamiento y de montaje del árbol de levas (20), que se extiende desde el conjunto cabezal portapieza (12) para soportar y hacer girar el árbol de levas. Otro dispositivo, que soporta un árbol de levas (no mostrado), se extiende hacia el cabezal portapieza desde el contrapunto (14).

En los extremos exteriores de los dos husillos, hay dos muelas de rectificar (22) y (24), ninguna de las cuales se puede ver, pero que se extienden dentro de una pieza fundida (26) de izquierda a derecha, donde se sujetan los husillos a dos motores, el (28) y (30) respectivamente, para hacer girar los árboles centrales de los husillos. Esto transmite accionamiento a las muelas (22) y (24) montadas sobre los mismos.

La anchura de la pieza fundida (26) y, por consiguiente, la longitud de los husillos es de tal índole que los motores (28) y (30) están situados bien a la derecha de la región que contiene la pieza en elaboración (no mostrada) y el contrapunto (14), de forma que, al hacer avanzar las muelas (22) y (24) para entrar en contacto con las levas, a lo largo del árbol de levas, los motores no interfieren con el contrapunto.

La pieza fundida (26) es parte integrante de (o está sujeta al extremo delantero de) una pieza fundida más grande (32), sujeta de forma que pueda pivotar, por medio de un conjunto principal de cojinetes (que no se puede ver, aunque se puede apreciar en (34) uno de sus extremos), de forma que la pieza fundida (32) puede pivotar hacia arriba y hacia abajo con respecto al eje del cojinete principal (34) y por consiguiente respecto de una plataforma (36). Esta última forma la base del conjunto del cabezal portamuela, que se puede deslizar ortogonalmente respecto del eje de la pieza en elaboración a lo largo de una corredera, cuyo extremo frontal se puede ver en (38). Esto comprende la parte fija de un motor lineal (no mostrado), que incluye de preferencia unos cojinetes hidrostáticos para permitir que el conjunto macizo, generalmente designado con el número 40, pueda deslizarse libremente y con una fricción mínima y un máximo de rigidez a lo largo de la corredera (38).

Ésta última está sujeta al bastidor principal de la máquina (10), al igual que la corredera (42), que se extiende formando ángulo recto, a lo largo de la cual se puede deslizar la mesa portapieza (16).

Se dispone de unos medios de accionamiento para mover la mesa portapieza con respecto a la corredera (42), aunque éste accionamiento no se puede ver en las figuras.

Las muelas de rectificado suelen ser muelas CBN.

La máquina está diseñada para utilizarse con muelas de rectificado de diámetro pequeño, igual o menor de 200 mm. Se han realizado pruebas utilizando muelas de 100 mm y 80 mm. También se podrían utilizar muelas más pequeñas, como por ejemplo de 50 mm.

Como se puede apreciar mejor en la figura 2, el refrigerante se puede dirigir hacia la región de rectificado entre cada muela y una leva por medio de una tubería (44) y (46), que se extiende desde un colector (no mostrado), alimentado con fluido refrigerante a través de una tubería (48) desde una bomba (no mostrada).

Se han dispuesto unas válvulas dentro del colector (no mostrado) para dirigir el fluido refrigerante por la tubería (44) hacia la salida del refrigerante (50) o por la tubería (46) hasta la salida de refrigerante (52). La salida de refrigerante se utiliza según la muela que se utilice en el momento.

Las válvulas o la bomba de suministro de refrigerante, o ambas, se controlan con el fin de permitir que fluyan unas gotas desde la salida (50) o (52), durante una etapa final de rectificado asociada con el rectificado de cada una de las levas.

Un ordenador (no mostrado) está asociado con la máquina presentada en las figuras 1 y 2, y las señales de un taco (no mostrado) asociadas con el accionamiento del cabezal portapieza, desde sensores de posición asociados con los movimientos lineales del conjunto del cabezal portamuela y de la mesa portapieza, permiten al ordenador generar las señales de control requeridas para controlar la velocidad de alimentación, la velocidad de rotación de la pieza en elaboración y la posición de la mesa portapieza, y, si se desea, la velocidad de rotación de las muelas de rectificado, para los fines aquí descritos.

Según se indica anteriormente, la máquina mostrada en las figuras 1 y 2 se puede utilizar para rectificar levas de árboles de levas, y se utiliza particularmente en el rectificado de levas, que deben tener una forma ligeramente cóncava en uno de sus flancos o en ambos. El radio de curvatura en estas regiones cóncavas suele ser del orden de 50 a 100 mm, y, como es bien sabido, es imposible rectificar la curvatura cóncava utilizando las muelas de diámetro mayor (por lo general, de más de 300 mm. de diámetro), que se han utilizado habitualmente para rectificar componentes como árboles de levas y cigüeñales. Utilizando dos muelas de rectificado similares, de diámetro pequeño, y montándolas en la máquina de las figuras 1 y 2, se pueden rectificar no solamente las regiones convexas, sino también cualquier región cóncava de los flancos (si es necesario), sin tener que desmontar la pieza en elaboración. Además, si se utilizan muelas de rectificado adecuadas (de forma que se pueda realizar con la misma muela el rectificado de desbaste y de acabado), se puede realizar el rectificado sin tener que cambiar siquiera una muela por otra.

Manteniendo los parámetros de la máquina con el objeto de obtener una tasa de arranque de metal específica constante (SMRR), se pueden producir picos de potencia absorbida no deseados al rectificar, al no tenerse en cuenta la longitud de contacto entre la pieza y la muela. La presente invención (en la que los parámetros de la máquina se controlan con el fin de asegurar una potencia absorbida prácticamente constante en el accionamiento del husillo (motor) suaviza las cargas en la muela de rectificado, con el resultado de incluso menos huellas de vibración en la pieza en elaboración y una mejora ulterior de las tasas de desgaste de las muelas.

La relación entre la Potencia Específica P' (expresada en términos de Kw/mm de anchura de muela o pieza en elaboración (tomándose la más estrecha)) y otros parámetros de la máquina viene dada por la siguiente expresión:

(A)P'= Whl spd*LOC*SMRR*Cr

Donde P'= Potencia Específica (Kw/mm de anchura).

Whl spd = Velocidad superficial de la muela en mm/s.

LOC = longitud de contacto entre componente y muela (mm).

SMRR = tasa de arranque específico de metal (mm^{3}/mm).

Cr = una constante (determinada por la muela de rectificado elegida y la pieza en elaboración).

En general, estos se conocen antes del rectificado.

Por consiguiente, la Potencia Específica es la máxima potencia motriz dividida por la anchura de la región de la pieza que se está rectificando, por ejemplo la anchura de un lóbulo de leva (cuando se está rectificando un árbol de levas, y la anchura de la muela es mayor o igual que la anchura de la región).

La velocidad de la muela se puede ajustar antes del rectificado. Por lo general, la velocidad superficial es de 100 m/s.

La LOC entre el componente y la muela se puede determinar por el radio de la muela, el radio del componente y la profundidad de cada corte -todos estos datos son conocidos.

Cr es una constante para cualquier muela de rectificado y el valor del material de la pieza en elaboración se obtiene de pruebas anteriores en materiales similares utilizando muelas de rectificado similares.

Por consiguiente, la SMRR se puede calcular utilizando valores para las demás variables, y un valor adecuado Cr y utilizando el valor de SMRR, se puede calcular la velocidad del cabezal portapieza para cada grado de rotación del componente (por ejemplo árbol de levas).

Se puede utilizar un programa informático para calcular la longitud de contacto entre el componente y la muela, y para convertir las cifras de SMRR en cifras de rpm instantáneas del cabezal portapieza.

\newpage

Por consiguiente, en el cálculo de la Longitud de Contacto (LOC), la información requerida para comenzar es la siguiente:

Perfil de la leva = elevación por grado por encima de la radio del círculo primitivo (unidades = mm)

Material total (radialmente) a eliminar del lóbulo de la leva (unidades = mm)

Las pasadas de arranque de material en (unidades = mm)

El diámetro de la muela de rectificar (unidades = mm)

- y utilizando el algoritmo correspondiente del análisis siguiente, la Longitud de Contacto (LOC) se puede calcular en mm por grado de rotación del lóbulo de la leva.

En el caso de la conversión de tasa de arranque de metal específica a rpm del cabezal portapieza, la información al comienzo es la siguiente:

Perfil de la leva = elevación por grado por encima del radio del círculo primitivo (unidades = mm)

Material total (radialmente) a arrancar del lóbulo de la leva (unidades = mm)

Las pasadas de arranque del material (unidades = mm)

La tasa de arranque específico de metal requerida (unidades = mm^{3} /mm.s)

- y utilizando el algoritmo correspondiente del análisis siguiente, se podrá calcular la velocidad del cabezal portapieza para cada grado de rotación del lóbulo de la leva (en rpm).

Las etapas matemáticas que tiene que realizar el programa informático se entenderán mejor con referencia, primero, a la figura 3, donde:

\Gamma = muela/superficie de contacto de trabajo

R = posición compleja del centro de la muela

DR = vector movimiento de muela

p = un punto a lo largo de \Gamma

ds = movimiento de un punto a lo largo de \Gamma

\theta = ángulo del centro de la muela

\Phi = ángulo entre el punto de tangencia sobre la superficie de corte y la línea que une la muela y el centro de la pieza

\Theta = ángulo del punto de tangencia a lo largo de \Gamma

n = la unidad normal sobre la superficie de la muela

wrac = el radio de la muela

En la figura 3, el centro de la muela gira alrededor del centro de la leva y la profundidad de material es constante, \theta se mide en el sentido contrario a las agujas del reloj, y \Phi y \Theta se miden en el sentido de las agujas del reloj. Utilizando este convenio, el corte (\Gamma) comienza en \theta - \Phi y termina en \theta - \Phi - \Theta;

y \Theta es el ángulo a lo largo de la muela/superficie de trabajo.

Si la tasa de arranque específico de metal viene designada por Q', entonces Q' se puede calcular utilizando la ecuación (B), deducida utilizando las fórmulas de Fórmula figura 1.

Si consideramos ahora el caso sencillo de una superficie plana que se está rectificando con una muela de rectificado cilíndrica, como se muestra en la figura 4, se puede deducir un cálculo más sencillo para Q'. Es decir, en cada punto a lo largo de una superficie plana:

Q' = v\cdotdoc (donde v es la velocidad de contacto y doc es la profundidad de corte).

La deducción de ésta ecuación se muestra en Fórmula figura 2.

Si consideramos ahora un caso en el que la superficie del componente que se está rectificando está a su vez curvada y tiene un radio r, como se puede apreciar en la figura 5, entonces el valor de Q' se puede considerar que es el área abarcada por la superficie cortada, menos el área de la superficie cortada, multiplicada por la velocidad de rotación.

La deducción del valor de Q' en este ejemplo se muestra en la Fórmula figura 3.

Si los flancos de la leva son planos, y se funden con las curvas en la base en un extremo y la cabeza o elevación en el otro extremo, el valor de Q' se puede calcular en cada punto utilizando la aproximación adecuada según que la superficie presente una curva convexa o sea plana.

Si una leva tiene características cóncavas en los flancos, el ángulo \Theta no se puede conocer exactamente, salvo en el círculo primitivo y alrededor de la cabeza.

Para los puntos en las rampas, el ángulo se puede encontrar a partir del trazado de la muela, la superficie cortada y la superficie no cortada.

Se puede escribir un programa para realizar este análisis utilizando la ecuación contenida en la Formula figura 4.

1) Calcular el ángulo de la superficie normal al radio primitivo del palpador utilizando la ecuación (C).

NB d(lift) se puede calcular con precisión utilizando una ecuación de diferencia central y d(\anglelift) es normalmente \pi/180 para tablas de elevación de grado par.

2) Evaluar las cifras de elevación en forma compleja utilizando la ecuación (D).

3) Calcular el radio primitivo de la muela de rectificado utilizando la ecuación (E).

4) Interpolar el radio primitivo de la muela de rectificado en los intervalos angulares de la velocidad de trabajo; por lo general a intervalos de grado par.

5) Calcular el ángulo de la superficie normal al radio primitivo de la muela de rectificar utilizando la ecuación (F).

6) Calcular el perfil de la leva utilizando la ecuación (G).

7) Calcular el perfil de leva no cortado utilizando la ecuación (H).

8) Determinar el ángulo \Theta interpolando el punto de intersección de la superficie no cortada y la muela de rectificar utilizando los puntos de la etapa 7 y los layouts de la muela de rectificar en torno a los puntos de la etapa 3.

(Nota: el ángulo \Theta también se puede utilizar para calcular la longitud de contacto "geométrica" 1, ya que 1 = wrac\cdot\theta.

9) Calcular las etapas de tiempo a partir de la velocidad de trabajo utilizando la ecuación I de la Fórmula figura 4.

10) Calcular Q' utilizando valores calculados a partir de lo anterior en la ecuación (B).

El cálculo de \Theta requiere tiempo y en la práctica se puede lograr una aproximación de Q' utilizando puntos en el perfil de la leva de la etapa 6 e interpretarse el modelo de tasa de arranque como si se rectificara una pieza plana, es decir Q' = v\cdotdoc donde v es la velocidad de pisada (footprint). La ecuación simplificada resultante para deducir Q' viene dada por la ecuación J en la Fórmula página 4.

Aquí también dp se calcula de preferencia utilizando la ecuación de diferencia central.

Claims (13)

1. Método de rectificado de un componente, que se hace girar por medio de un cabezal portapieza durante el rectificado, que comprende las etapas de rectificar el componente hasta poco antes de alcanzar el tamaño final, haciendo girar luego el componente, una sola revolución, durante una etapa de rectificado de acabado, caracterizado porque durante dicha única revolución, se controla la profundidad de corte y la velocidad de rotación del componente, con el fin de mantener una potencia constante en el husillo portamuela, sin exceder de la capacidad de potencia máxima del motor del husillo, variándose la velocidad de rotación del cabezal portapieza para tener en cuenta cualquier variación en la longitud de contacto entre la muela y la pieza en elaboración, como cuando el componente no es circular o cuando las partes de la superficie que se están rectificando se tienen que acabar con un perfil cóncavo, en oposición a un perfil plano o convexo.

2. Método según la reivindicación 1, que se utiliza para rectificar un componente, cuyo perfil aumentará o disminuirá la carga sobre el motor del husillo durante la sola revolución del componente, y en el que se varía la velocidad de rotación del componente entre un punto y otro durante la sola revolución, con el objeto de mantener una carga prácticamente constante sobre el motor del husillo.

3. Método según la reivindicación 2, donde la velocidad de rotación instantánea del componente se varía con el objeto de adaptarse a variaciones de carga debidas al perfil del componente, como características no cilíndricas del mismo.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que utilizando una muela CBN con un diámetro comprendido entre 80 y 120 mm para rectificar un componente de acero, y con 17,5 KW de potencia disponible para accionar la muela de rectificar, se controla el avance de la muela para lograr una profundidad de corte durante la etapa única de rectificado de acabado, comprendida entre 0,25 y 0,5 mm, y la velocidad de rotación del cabezal portapieza se varía para que el componente gire a velocidades comprendidas entre 2 y 20rpm.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que, para no dejar un resalto, una cavidad o un escalón no deseado en el punto en el que la muela de rectificar entra al principio en contacto con el componente, al comienzo del rectificado de acabado de una sola revolución, el accionamiento del cabezal portapieza se programa para generar un licero desbordado, con el fin de que la muela permanezca en contacto con el componente durante poco más de 360° de rotación de éste, con el fin de asegurar el arranque de un posible punto elevado.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la velocidad de rotación del cabezal portapieza está relacionada con la capacidad de potencia del accionamiento del husillo portamuela y se mantiene una fuerza de rectificado notable entre la muela y el componente hasta el final del proceso de rectificado, incluso durante el rectificado de acabado, con el objeto de lograr una notable profundidad de corte, incluso durante la etapa de rectificado de acabado, con el objeto de reducir las huellas de vibración y de acabado en la superficie final conseguida y lograr un tiempo de rectificado reducido.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el rectificado del componente se realiza utilizando una muela de diámetro pequeño, tanto para el rectificado de desbaste como para el rectificado de acabado, con el objeto de reducir la longitud de contacto entre la muela de rectificar y el componente, con el fin de permitir que el fluido refrigerante pueda acceder bien a la región en la que se está realizando el rectificado, en todas las etapas del proceso de rectificado, para minimizar los daños superficiales que se pueden producir si el líquido refrigerante no llega al componente.

8. Método según la reivindicación 7, en el que se montan dos pequeñas muelas en la misma máquina, utilizándose una de ellas para el rectificado de desbaste y la otra para el rectificado de acabado del componente, sin necesidad de desmontar este último.

9. Método según la reivindicación 7, en el que se utiliza una sola muela, eligiéndose una muela que pueda realizar el rectificado de desbaste y el de acabado del componente.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la muela de rectificado es una muela CBN.

11. Máquina de rectificar, que incluye un sistema de control informático programable, adaptado para permitir que la máquina de rectificar pueda realizar todas las etapas del método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
10.

12. Máquina de rectificar según la reivindicación 11, donde el sistema de control informático programable genera unas señales de control para hacer avanzar y retroceder una muela de rectificado y para controlar la aceleración y la deceleración del accionamiento del cabezal portapieza y por consiguiente la velocidad de rotación instantánea del componente.

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13. Programa informático que comprende unos medios adaptados para realizar todas las etapas del método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, cuando dicho programa se utiliza en una máquina de rectificar según la reivindicación 11 ó 12.