ES2221626T3 - Maquina de rectificacion controlada por ordenador. - Google Patents
Maquina de rectificacion controlada por ordenador.Info
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Abstract
Una máquina rectificadora controlada por ordenador programada para rectificar una pieza de trabajo calculando las posiciones requeridas del cabezal porta-muelas basadas en los parámetros de la pieza de trabajo obtenidos calibrando la pieza de trabajo y calculados en el supuesto de que el eje de la pieza de trabajo y el eje de la rueda de rectificación ocupan el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la rueda hacia o fuera de la pieza de trabajo, en la que la máquina es programa también para alterar las posiciones requeridas del cabezal porta-muelas durante la rotación de la pieza de trabajo para compensar por errores que resultan de la altura variada de la pieza de trabajo a medida que gira, caracterizada porque (a) se calcula un valor de posición requerida para cada una de una pluralidad de posiciones giratorias de la pieza de trabajo alrededor de su eje, cuyo valor tiene en cuenta también la diferencia en altura entre el eje de rotación de la pieza de trabajo y el eje derotación de la rueda de rectificación, (b) cada valor de posición requerido es almacenado para cada una de dichas posiciones antes de la rectificación, y (c) las señales requeridas de la posición del cabezal porta-muelas empleadas durante la rectificación de la pieza de trabajo son derivadas de los valores almacenados.
Description
Máquina de rectificación controlada por
ordenador.
Esta invención se refiere a la rectificación de
piezas de trabajo, tales como pasadores de cigüeñales y las regiones
de levas de árboles de levas, donde la rueda de rectificación que
realiza la rectificación se mueve hacia y fuera del eje alrededor
del cual está girando la pieza de trabajo para mantener el
acoplamiento con su superficie que debe ser rectificada, a medida
que la pieza de trabajo gira alrededor de su eje principal, tal como
en el caso de un pasador de cigüeñal que procesa el eje del árbol de
cigüeñal, a medida que gira este último.
El avance y la retirada de la rueda rectificadora
están normalmente bajo el control de ordenador y con el desarrollo
actual de las máquinas rectificadoras, los errores, que hasta ahora
estaban presentes en las piezas de trabajo rectificadas, han sido
eliminados en gran parte por la programación adecuada y han
comenzado a revelarse ahora los errores secundarios que estaban
enmascarados previamente por los errores de proceso más grandes.
Los errores, tales como deformaciones ovaladas de
1 ó 2 micras, pueden dar lugar a un desgaste inadecuado de un
componente final, tal como entre un pasador de cigüeñal y cojinete
de cabeza de biela inferior.
Los errores que ya han sido solucionados pueden
surgir de la altura variada del eje de la región de la pieza de
trabajo que está siendo rectificada (tal como el movimiento orbital
del pasador de cigüeñal a medida que gira el árbol de cigüeñal), con
respecto al plano horizontal que contiene el eje alrededor del cual
gira la rueda de rectificación. Típicamente, el desplazamiento de un
árbol de cigüeñal es del orden de algunos centímetros y existe, por
lo tanto, una variación considerable en altura del eje del pasador
con respecto al plano horizontal que contiene el eje de rotación de
la rueda a medida que los pasadores giran debido a la rotación del
árbol de cigüeñal. La rueda de rectificación se mueve hacia y fuera
del árbol de cigüeñal para mantener el contacto de rectificación con
la superficie del pasador en todo momento a medida que este último
gira alrededor del eje de cigüeñal principal, pero, suponiendo que
el eje del pasador de cigüeñal se coloca en el mismo plano
horizontal que el eje de rotación de la rueda de rectificación,
existen solamente dos puntos durante cada rotación del árbol de
cigüeñal cuando el eje del pasador ocupa también este mismo plano.
Existen posiciones a las tres en punto y a las nueve en punto. A las
doce en punto y a las seis en punto, el eje del pasador estará en el
desplazamiento máximo por encima y por debajo del plano, y en las
posiciones intermedias, la altura del pasador variará con respecto
al plano.
La referencia a un plano horizontal presupone que
el movimiento de la rueda de rectificación está en un sentido
horizontal sin ninguna divergencia. Éste es normalmente el caso,
pero para evitar dudas, se entiende que si el lugar del eje de la
rueda de rectificación a medida que esta última se mueve hacia y
fuera de la pieza de trabajo, está en un plano que no es horizontal,
se aplicarán todavía las mismas consideraciones con respecto a la
alineación del eje del árbol de cigüeñal con el eje de la rueda,
excepto que las posiciones de las "tres en punto" y las
"nueve en punto" se corresponden ahora cuando el eje del
pasador del cigüeñal se coloca dentro del plano que contiene la
trayectoria del movimiento del eje de la rueda.
Las máquinas de rectificación controladas por
ordenador han sido programadas ahora para alterar las posiciones
requeridas del cabezal porta-muelas durante la
rotación del pasador de cigüeñal, para compensar por los errores que
pueden resultar de la altura variada del pasador de cigüeñal a
medida que gira el árbol de cigüeñal. Una máquina de este tipo será
referida como "del tipo descrito".
En el caso más general, el eje principal de
rotación del árbol de cigüeñal (o árbol de levas como puede ser el
caso) no ocupará normalmente el mismo plano que la trayectoria de
movimiento del eje de la rueda de rectificación, a medida que esta
última se mueve hacia y fuera de la pieza de trabajo, de forma que
existe un error de altura constante que debe tenerse en cuenta.
Efectivamente, esto introduce un grado de no simetría en los errores
que surgen durante la rotación del árbol de cigüeñal o árbol de
levas, que sería generalmente simétrico si el eje de la pieza de
trabajo y el eje de la rueda de rectificación ocuparon el mismo
plano que la trayectoria de movimiento del eje de la rueda de
rectificación hacia y fuera de la pieza de trabajo.
El documento US 4.747.236, considerado como la
técnica anterior más próxima, describe una máquina rectificadora
controlada por ordenador programada para controlar la máquina
calculando las posiciones requeridas del cabezal
porta-muelas para rectificar la pieza de trabajo
deseada utilizando los parámetros adecuados para la pieza de
trabajo, basado en el supuesto de que el eje de la pieza de trabajo
y el eje de la rueda de rectificación ocupan el mismo plano que la
trayectoria de movimiento del eje de la rueda hacia o fuera de la
pieza de trabajo. Ver, en particular, las columnas 1 y 2 y la figura
3. No obstante, el asunto objeto de la reivindicación 1 se
diferencia del mismo, en particular, en que para los fines de
corrección de errores, se calcula un valor de posición requerido que
tiene en cuenta también la diferencia en la altura entre el eje de
rotación de la pieza de trabajo y el eje de rotación de la rueda de
rectificación.
No obstante, no existe nada en el documento US
4.747.236 que muestre cómo solucionar el problema que se plantea
cuando se rectifica una pieza de trabajo que se mueve verticalmente
con respecto al eje de la rueda, tal como cuando se rectifica un
pasador de cigüeñal de un árbol de cigüeñal cuando este último es
girado alrededor de un eje principal. Aquí, se produce un error de
altura constante, puesto que el eje de rotación principal del árbol
de cigüeñal no ocupará normalmente el mismo plano que la trayectoria
de movimiento del eje de la rueda de rectificación a medida que esta
ultima se mueve con respecto a la pieza de trabajo. Este hecho
introduce efectivamente un grado de no simetría, dando lugar a
operaciones de rectificación inexactas.
El documento US 4.747.236 describe también un
método de rectificación controlado por ordenador (ver la columna 1,
línea 54), pero no están previstas etapas para corregir los valores
de posición requeridos correctos, teniendo en cuenta cualquier
ausencia de giro concéntrico o la rotación no concéntrica de la
pieza de trabajo, junto con cualquier diferencia en la altura entre
la pieza de trabajo y los ejes de la rueda.
Continúa todavía el problema de la rectificación
de errores provocados por la variación en la altura de la pieza de
trabajo con respecto al eje de rotación de la rueda de
rectificación.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar una solución a este problema.
De acuerdo con la presente invención, se propone
una máquina rectificadora controlada por ordenador programada para
controlar la máquina calculando las posiciones requeridas del
cabezal porta-muelas para rectificar la pieza de
trabajo deseada utilizando parámetros adecuados para la pieza de
trabajo, tales como redondez, diámetro, desplazamiento y
estrechamiento cónico (si se requiere), basado en el supuesto de que
el eje de la pieza de trabajo y el eje de la rueda de rectificación
ocupan el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la
rueda hacia y fuera de la pieza de trabajo, donde la máquina está
programada también para alterar la posición requerida del cabezal
porta-muelas durante la rotación de la pieza de
trabajo para compensar los errores que resultan de la altura variada
de la pieza de trabajo a medida que gira esta última, y donde se
calcula un valor de posición requerida que tiene en cuenta la
diferencia en altura en el eje de rotación de la pieza de trabajo y
el eje de rotación de la rueda de rectificación para cada una de una
pluralidad de las posiciones giratorias de la pieza de trabajo
alrededor de su eje y memorizadas para cada posición, antes de la
rectificación, y las señales requeridas de posición del cabezal
porta-muelas empleadas durante la rectificación de
la pieza de trabajo son derivadas de los valores almacenados.
Si la diferencia en altura entre un eje de pieza
de trabajo de árbol de cigüeñal y el eje de la rueda es H, entonces
de acuerdo con la invención, el valor de la posición requerida (P)
para cada posición angular de la pieza de trabajo A (medida en la
dirección de rotación de la pieza de trabajo alrededor de su eje
principal desde una posición inicial) se da por la siguiente
ecuación:
(1)P = (T* cos
\ A) + \surd (R+ r)^{2} - ((T * sen \ A) +
H)^{2})
- Donde:
- R es el radio actual de la rueda de rectificación,
- \quad
- r es el radio objetivo para el pasador de cigüeñal, y
- \quad
- T es el desplazamiento del pasador de cigüeñal alrededor del eje del árbol de cigüeñal principal.
Típicamente, la rueda de rectificación gira en un
sentido, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj, y el
árbol de cigüeñal gira en el sentido opuesto, por ejemplo, en el
sentido opuesto a las agujas del reloj, y la posición de inicio es
cuando la rueda de rectificación está en su posición más alejada
(más hacia atrás) con respecto al eje del árbol de cigüeñal, y el
pasador del cigüeñal y los ejes del cigüeñal ocupan el mismo plano
horizontal.
Típicamente, el valor calculado para P se calcula
para cada una de las 3600 posiciones durante una revolución de la
pieza de trabajo, es decir, de A= 0 a 2\pi (que en el caso de un
árbol de cigüeñal giratorio da lugar, a su vez, a una revolución del
pasador de cigüeñal alrededor de su eje).
Preferentemente, durante la rectificación del
pasador de cigüeñal, el valor para P se calcula en cada uno de una
sucesión de puntos espaciados igualmente en el tiempo desde el
inicio de la rectificación, utilizando el valor adecuado para P
desde los valores almacenados de P, o donde la posición angular de
la pieza de trabajo en cualquier instante, no se corresponde
precisamente con una posición angular en la que se ha almacenado un
valor para P, se calcula un valor para P interpolando entre los dos
valores almacenados adjuntos para P.
Se ha encontrado que una discrepancia en altura H
de 0,1 milímetro puede dar lugar a un error de redondez de 1 micra,
es decir, un estrechamiento de 1 micra de lo que sería, de otro
modo, una sección transversal circular.
La invención se basa también en una máquina
rectificadora controlada por ordenador como se indica anteriormente
en la que el ordenador está cargado con un programa y es accionado
para calcular y almacenar en una memoria la posición requerida (P)
para el cabezal porta-muelas utilizando una ecuación
para (P) teniendo en cuenta cualquier deformación ovalada o rotación
no concéntrica de la pieza de trabajo, junto con cualquier
diferencia en altura entre la pieza de trabajo y los ejes de la
rueda, para cada una de una pluralidad de posiciones, durante una
revolución de la pieza de trabajo, y la alimentación del cabezal
porta-muelas es controlada posteriormente por
señales derivadas de los valores almacenados de (P), durante una
posterior rectificación de la pieza de trabajo.
La invención se basa también en un método de
control del cabezal porta-muelas de una máquina
rectificadora controlada por ordenador para adaptar los errores que
surgen debido a una desalineación de los planos horizontales que
contienen el eje de la rueda y el eje principal alrededor del cual
gira la pieza de trabajo; donde como una pieza etapa, un ordenador
es cargado con un programa que permite que la posición requerida
instantánea para el cabezal porta-muelas (P) sea
calculada para cada una de las N posiciones de la pieza de trabajo
para una sola revolución de la pieza de trabajo, y almacene el valor
calculado de (P), y como una segunda etapa, durante la rectificación
de la pieza de trabajo, calcular la posición requerida del cabezal
porta-muelas en cada sucesión de los puntos
espaciados igualmente en el tiempo desde el inicio de la
rectificación, relacionando el tiempo con la posición angular de la
pieza de trabajo y utilizando los N valores almacenados e
interpolando entre estos donde los valores para P requeridos son
intermedios de los valores almacenados para las posiciones angulares
particulares, y como una etapa para generar una señal de control de
posición requerida para controlar el cabezal
porta-muelas durante la rectificación utilizando los
valores de posición requeridos almacenados y/o interpolados para
P.
Preferentemente en el método anterior, el valor
de P es calculado de nuevo a intervalos de 1 ms durante la
rectificación.
La invención se basa también en piezas de trabajo
cuando se rectifican utilizando una máquina rectificadora como se
indica anteriormente o una máquina rectificadora que funciona de
acuerdo con el método anterior.
La invención se describirá ahora a modo de
ejemplo con referencia al dibujo que se acompaña, que ilustra en
vista en alzado lateral una rueda de rectificación y una pieza de
trabajo de pasador de cigüeñal.
En el dibujo, la rueda de rectificación 10 gira
alrededor del eje 12 y está montada para movimiento hacia delante y
hacia atrás a lo largo de trayectoria 14 para permitir que la rueda
se acople y desacople con una pieza de trabajo y en el caso de un
componente excéntrico, tal como un pasador de cigüeñal, permita que
la rueda siga la trayectoria orbital del pasador y mantenga el
acoplamiento de rectificación entre la rueda y el pasador, a medida
que el árbol de cigüeñal que contiene el pasador gira por sí
mismo.
En el dibujo, el eje principal del árbol de
cigüeñal es designado con 16, y el pasador que es rectificado es
designado por 18, con su eje mostrado en 20.
El pasador 16 está situado en el extremo exterior
de una pareja de brazos de cigüeñal, uno de los cuales se muestra
con 22.
La trayectoria 14 será generalmente horizontal e,
idealmente, el eje del cigüeñal debería basarse en el mismo plano
horizontal que el eje de la rueda 12 y la trayectoria 14.
En el caso general, por muchas razones
diferentes, éste no será el caso, y la distancia perpendicular entre
el plano 24 (que contiene el eje de la rueda 12 y la trayectoria 14)
y el plano horizontal 26 que contiene el eje del árbol de cigüeñal
16, está identificado por H.
De acuerdo con la invención, la posición
requerida para la rueda 10 en cada una de varias de las posiciones
de rotación del árbol de cigüeñal es calculada antes del inicio de
la rectificación utilizando la fórmula (2) anterior. La posición
inicial (donde A = 0) es donde la línea recta que une el eje de
cigüeñal 16 y el eje de pasador 20 se coloca en el plano horizontal
26, con el pasador 18 entre el eje del árbol de cigüeñal 16 y la
rueda 10.
Durante la rectificación, el árbol de cigüeñal es
girado relativamente lento alrededor de su eje 16, de forma que, a
su vez, el pasador de cigüeñal es girado alrededor del eje del árbol
de cigüeñal 16, mientras que la rueda 10 gira alrededor de su eje 12
a una velocidad relativamente alta, típicamente miles de
revoluciones por minuto, y se avanza y retrasa con respecto al árbol
de cigüeñal para permanecer en contacto con el pasador de manera
conocida por sí.
En una disposición preferida, la posición
requerida P es calculada para 3600 posiciones igualmente espaciadas
circularmente del pasador 18 alrededor del eje 16, para una sola
rotación del árbol de cigüeñal entre A = 0 y A = 360º (es decir, P
es calculado de nuevo cada 1/10º de un grado de rotación del árbol
de cigüeñal) antes de que se inicie la rectificación de los
pasadores. Durante la rectificación a intervalos de 1 segundo desde
el inicio de la rectificación, se calcula un valor para P
interpolando entre los valores pre-calculados
memorizados dependiendo del ángulo A en cada instante. Los valores
interpolados para P son utilizados para determinar las señales
requeridas para determinar la posición demandada para el cabezal
porta-muelas, utilizando la ecuación (1)
anterior.
Claims (8)
1. Una máquina rectificadora controlada por
ordenador programada para rectificar una pieza de trabajo calculando
las posiciones requeridas del cabezal porta-muelas
basadas en los parámetros de la pieza de trabajo obtenidos
calibrando la pieza de trabajo y calculados en el supuesto de que el
eje de la pieza de trabajo y el eje de la rueda de rectificación
ocupan el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la
rueda hacia o fuera de la pieza de trabajo, en la que la máquina es
programa también para alterar las posiciones requeridas del cabezal
porta-muelas durante la rotación de la pieza de
trabajo para compensar por errores que resultan de la altura variada
de la pieza de trabajo a medida que gira, caracterizada
porque
- (a)
- se calcula un valor de posición requerida para cada una de una pluralidad de posiciones giratorias de la pieza de trabajo alrededor de su eje, cuyo valor tiene en cuenta también la diferencia en altura entre el eje de rotación de la pieza de trabajo y el eje de rotación de la rueda de rectificación,
- (b)
- cada valor de posición requerido es almacenado para cada una de dichas posiciones antes de la rectificación, y
- (c)
- las señales requeridas de la posición del cabezal porta-muelas empleadas durante la rectificación de la pieza de trabajo son derivadas de los valores almacenados.
2. Una máquina de rectificación controlada por
ordenador según la reivindicación 1, adaptada para rectificar un
pasador de cigüeñal de un árbol de cigüeñal, donde el valor de
posición requerido (P) para cada posición angular del árbol de
cigüeñal A (medida en la dirección de su rotación alrededor de su
eje principal de una posición de inicio) es calculado utilizando la
siguiente ecuación:
P = (T* cos \
A) + \surd [(R+ r)^{2} - ((T * sen \ A) +
H)^{2}]
- donde:
- R es el radio actual de la rueda de rectificación,
- \quad
- r es el radio objetivo para el pasador de cigüeñal,
- \quad
- T es el desplazamiento del pasador de cigüeñal alrededor del eje del árbol de cigüeñal principal, y
- \quad
- H es la altura vertical entre los dos ejes (error de altura).
3. Una máquina de rectificación controlada por
ordenador según la reivindicación 1 ó 2, adaptada para rectificar un
pasador de cigüeñal de un árbol de cigüeñal, donde la rueda de
rectificación gira en un sentido y el árbol de cigüeñal gira en el
sentido opuesto y la posición inicial para la rectificación es
cuando la rueda de rectificación está en su posición más alejada
(más hacia atrás) con respecto al eje del árbol de cigüeñal, aunque
todavía en contacto con el pasador, y los ejes del pasador de
cigüeñal y el árbol de cigüeñal ocupan el mismo plano
horizontal.
4. Una máquina de rectificación controlada por
ordenador según la reivindicación 2 ó 3, en la que el valor
calculado para P se calcula para cada una de las 3600 posiciones
durante una revolución del árbol de cigüeñal, es decir, desde A = 0
a 2\pi.
5. Una máquina de rectificación controlada por
ordenador según las reivindicaciones 2, 3 ó 4, donde durante la
rectificación del pasador de cigüeñal, el vapor para P es calculado
en cada uno de una sucesión de puntos igualmente espaciados en el
tiempo desde el inicio de la rectificación, utilizando el valor
adecuado para P desde los valores memorizados de P, o donde la
posición angular de la pieza de trabajo en cualquier instante no se
corresponde, precisamente, con una posición angular en la que un
valor de P se ha memorizado, se calcula un valor de P interpolando
entre los dos valores almacenados adyacentes para P, y se programa,
por consiguiente, el ordenador.
6. Un método de control de una máquina de
rectificación controlada por ordenador caracterizado porque
antes del inicio de la rectificación
- (1)
- el ordenador está cargado con un programa para calcular y almacenar en una memoria la posición requerida P para el cabezal porta-muelas, utilizando una ecuación para calcular P teniendo en cuenta cualquier ausencia de giro concéntrico o rotación no concéntrica de la pieza de trabajo, junto con cualquier diferencia en altura entre la pieza de trabajo y los ejes de rueda para cada una de una pluralidad de posiciones durante una revolución de la pieza de trabajo, y
- (2)
- la alimentación del cabezal porta-muelas es controlada posteriormente por señales derivadas de los valores almacenados de P durante la rectificación de la pieza de trabajo.
7. Un método de control del cabezal
porta-muelas de una máquina de rectificación
controlada por ordenador para adaptarse a los errores que pudieran
surgir debido a desalineación de los planos horizontales que
contienen el eje alrededor del cual se gira la rueda de
rectificación y el eje alrededor del cual se gira la pieza de
trabajo, comprendiendo las etapas de:
- (1)
- cargar el ordenador con un programa que permite que sea calculada la posición requerida para el cabezal porta-muelas P para cada una de las N posiciones de la pieza de trabajo para una sola revolución de la pieza de trabajo,
- (2)
- memorizar los N valores calculados de P,
- (3)
- acoplar la pieza de trabajo con la rueda y durante la rectificación de la pieza de trabajo, calcular la posición requerida para el cabezal porta-muelas en cada uno de una sucesión de puntos espaciados igualmente en el tiempo desde el inicio de la rectificación,
- (4)
- relacionar el tiempo con la posición angular de la pieza de trabajo y utilizar los N valores almacenados y la interpolación entre ellos, donde son requeridos los valores para P que son intermedios de los valores memorizados para las posiciones angulares particulares, y
- (5)
- generar una señal de control de posición requerida para controlar el cabezal porta-muelas durante la rectificación utilizando los valores de posición requeridos almacenados y/o interpolados para P.
8. Un método según la reivindicación 7, donde el
valor de P se calcula a intervalos de 1 ms durante la
rectificación.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9928825.0A GB9928825D0 (en) | 1999-12-06 | 1999-12-06 | Improvements in and relating to grinding |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2221626T3 true ES2221626T3 (es) | 2005-01-01 |
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ID=10865800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00979815T Expired - Lifetime ES2221626T3 (es) | 1999-12-06 | 2000-12-06 | Maquina de rectificacion controlada por ordenador. |
Country Status (8)
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| EP (1) | EP1235662B1 (es) |
| CA (1) | CA2382934A1 (es) |
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| GB (2) | GB9928825D0 (es) |
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