ES2239259T3 - Dispositivo de desplazamiento y/o de posicionamiento de un objeto segun cinco ejes. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento para el movimiento y/o posicionamiento en cinco ejes de un objeto (2), con un portaobjetos (1) y cinco elementos de acoplamiento (5) que soportan el portaobjetos (1) en un bastidor (12) donde cuatro de los cinco elementos de acoplamiento (5) están unidos al portaobjetos, respectivamente, mediante un primer conjunto articulado (3, 4 u 8) con respectivamente dos grados de libertad, y el correspondiente otro de los cinco elementos de acoplamiento (5) lo está mediante un segundo conjunto articulado (3a, 4), con un solo grado de libertad.

Description

Dispositivo de desplazamiento y/o de posicionamiento de un objeto según cinco ejes.

La presente invención se refiere a un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento para el movimiento y/o posicionamiento de un objeto en cinco ejes. Un dispositivo de esta clase se conoce por el documento DE 198 40 886 A, que se considera como el estado de la técnica más próximo.

El presente dispositivo de movimiento y/o posicionamiento se puede utilizar especialmente en máquinas que muevan un objeto con cinco grados de libertad, como por ejemplo máquinas herramientas, máquinas de mecanizado y máquinas para montaje y manipulación.

Los dispositivos conocidos de movimiento y/o posicionamiento aprovechan con frecuencia disposiciones a base de varias plataformas de movimiento unidas entre sí y montadas unas sobre otras con una estructura serial de los correspondientes ejes de movimiento de las plataformas de movimiento. Esta clase de disposiciones seriales están realizadas, por ejemplo, en máquinas herramientas convencionales con dos plataformas de movimiento, estando superpuestos los ejes de accionamiento de esa máquina herramienta convencional. Esto significa que un primer eje soporta un segundo eje siguiente, generalmente dispuesto ortogonal respecto al primer eje.

En esta clase de dispositivos de movimiento y/o de posicionamiento con disposiciones seriales se necesitan también, por lo tanto, para realizar movimientos en cinco ejes, por lo general, cinco accionamientos independientes.

En las disposiciones seriales y partiendo de lo expuesto anteriormente es necesario que al efectuar un movimiento o posicionamiento de un objeto se mueva simultáneamente la masa combinada de todas las plataformas de movimiento unidas una tras otra. Aplicado a los distintos accionamientos de las plataformas de movimiento, esto significa que, respectivamente, los primeros accionamientos de una cadena de accionamientos han de mover las mayores masas y que los distintos accionamientos de una cadena de accionamientos mueven, respectivamente, masas diferentes. En consecuencia, esta clase de dispositivos de movimiento y/o de posicionamiento presentan una dinámica reducida en el movimiento o posicionamiento. Además, los eventuales errores de movimiento o posicionamiento que se puedan producir se suman debido al movimiento acoplado de las plataformas de movimiento entre sí, durante el movimiento y/o posicionamiento. Además, esta clase de disposiciones seriales presentan un número reducido de componentes iguales, es decir, de componentes repetidos, con lo cual las posibilidades de una estructura modular son muy limitadas.

Como alternativa están las cinemáticas en paralelo. Aquí se incluyen también los dispositivos de movimiento y/o de posicionamiento designados de forma general como hexápodos, que presentan seis cadenas de guiado, que también se designan como puntales, cada una con cinco grados de libertad, donde en general se impide el giro de los puntales (cadenas de guiado) alrededor de su propio eje longitudinal. Por lo tanto, los puntales llevan, respectivamente, una articulación con tres grados de libertad, y otra articulación con dos grados de libertad, estando realizada una articulación de cada cadena de guiado como posicionamiento. El accionamiento de las cadenas de guiado está realizado como accionamiento de giro o de empuje, alojado en un bastidor o integrado en la cadena de guiado.

Por lo tanto esta clase de hexápodos disponen, en cuanto a la transmisión, de seis grados de libertad de movimiento. Dado que un cuerpo que se trata de mover o posicionar tiene por principio seis grados de libertad, se necesitan también seis accionamientos para influir en los seis grados de libertad. La mayoría de las máquinas de mecanizado solamente necesitan cinco grados de libertad controlables. Esto sucede, por ejemplo, en una máquina fresadora, donde el sexto grado de libertad está representado por el giro alrededor del eje del husillo de fresado.

Un inconveniente de los hexápodos conocidos consiste por lo tanto en que para obtener cinco grados de libertad controlados es necesario emplear seis accionamientos.

Otro inconveniente de los hexápodos viene dado por las grandes limitaciones en el espacio de trabajo debido a las seis cadenas de guiado, lo que se manifiesta finalmente por la limitación de los ángulos de inclinación en un objeto que se trata de mover o en un portaobjetos que se trata de mover. Por principio se considera que al aumentar el número de cadenas de guiado utilizadas, es decir, el número total de puntales utilizados, que unen un objeto o un portaobjetos con el bastidor, se reduce el espacio de trabajo disponible ya que las mayores zonas de colisión entre las cadenas de guiado limitan este espacio de trabajo.

Se conocen también disposiciones para obtener movimientos en cinco ejes empleando cinco accionamientos, dispuestos de forma mixta en paralelo y en serie. Para ello se ha propuesto disponer en paralelo tres cadenas de guiado de longitud variable (denominadas en lo sucesivo también como puntales) entre un bastidor y un objeto. Con los accionamientos correspondientes se realiza un movimiento de los cinco ejes, donde sin embargo estos ejes no se pueden controlar de forma independiente. Para compensar los movimientos basculantes que necesariamente se producen, el portaobjetos dispone de otros dos ejes basculantes dispuestos en serie.

Un inconveniente de esta clase de disposición consiste en que los ejes basculantes dispuestos en serie, que han de estar activos para todos los movimientos en el espacio, limitan la dinámica del dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento. Además resulta un inconveniente la mayor masa que han de mover los accionamientos de los puntales de longitud variable.

En la patente US 4.569.627 se propone un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento en el que se utilizan exclusivamente tres puntales para unir el portaobjetos al bastidor. Estos tres puntales son de longitud controlable. Además, dos de los tres puntales pueden realizar un movimiento de torsión.

Un inconveniente importante de este dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento consiste en la carga de los puntales en la dirección de torsión o flexión. Si bien las barras que forman los puntales presentan un alto grado de rigidez longitudinal, sin embargo son muy elásticas en la dirección de torsión y flexión, por lo que un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento de esta clase presenta una rigidez total limitada y una dinámica limitada.

El objetivo de la presente invención es el de crear un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento que permita el movimiento y/o posicionamiento de objetos con cinco grados de libertad y alto dinamismo.

Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención por un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento que presenta las características de la reivindicación 1.

El dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento objeto de la invención para el movimiento y/o posicionamiento en cinco ejes de un objeto lleva un portaobjetos y cinco elementos de acoplamiento, que apoyan al portaobjetos en un bastidor. Cuatro de los cinco elementos de acoplamiento están unidos al portaobjetos, respectivamente, mediante un primer conjunto articulado que presenta, respectivamente, dos grados de libertad, y el correspondiente elemento de acoplamiento restante de los cinco lo está con un segundo conjunto articulado, con un grado de libertad. Por lo tanto, el dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento objeto de la invención constituye una cinemática paralela con cinco elementos de acoplamiento para el movimiento y/o posicionamiento dinámico del objeto.

En comparación con los hexápodos, en el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento se ahorra un elemento de acoplamiento (y por lo tanto también un ramal de accionamiento). De esta manera se asegura un espacio de trabajo relativamente grande y en particular también un ángulo de ajuste grande del portaobjetos. En consecuencia, el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento ofrece una proporción más ventajosa entre el espacio de construcción necesario y el espacio de trabajo utilizable.

Mediante la combinación del primer y del segundo conjunto de articulaciones en el portaobjetos se logra un alto grado de rigidez. La rigidez necesaria para esta clase de movimiento altamente dinámico viene dada especialmente por el hecho de que las fuerzas que actúan sobre un objeto, por ejemplo, un husillo de fresado, que en un sistema de coordenadas cartesiano atacan en las tres direcciones coordenadas X, Y y Z, se transmiten a los elementos de acoplamiento exclusivamente como fuerzas longitudinales. Además los pares que atacan al objeto en las dos direcciones basculantes también se transmiten a los elementos de acoplamiento exclusivamente como fuerzas longitudinales. Por otra parte, la reducción del número de grados de libertad del segundo conjunto de articulación se manifiesta en que el giro del portaobjetos alrededor del eje longitudinal del mismo se transmite al puntal que está unido al portaobjetos mediante este segundo conjunto articulado, como carga de flexión y/o torsión.

La rigidez del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento se consigue de este modo con unas masas relativamente reducidas de los órganos de máquina, lo que permite unas buenas características dinámicas.

El dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento objeto de la invención presenta además un alto nivel de modularidad, es decir, tiene un gran número de componentes que se repiten.

De acuerdo con un ejemplo de realización preferido, el dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento presenta una primera clase de primeros conjuntos articulados con dos ejes de articulación, donde uno de los dos ejes de articulación se superpone a un eje longitudinal del portaobjetos y/o un eje longitudinal del objeto, y los dos ejes articulados están dispuestos uno respecto al otro sin intersección. Preferentemente, los primeros de los dos ejes articulados de todos los primeros conjuntos articulados de la primera clase están dispuestos superpuestos al mismo eje longitudinal del portaobjetos y/o del objeto. Los dos ejes articulados de la primera clase en los primeros conjuntos articulados pueden estar dispuestos perpendiculares entre sí. Además, la primera clase de los primeros conjuntos articulados puede presentar un anillo de articulación que apoya al portaobjetos giratorio alrededor del eje longitudinal del portaobjetos, estando unido el anillo de articulación al correspondiente elemento de acoplamiento a través de otra articulación con un grado de libertad, en particular una articulación de bisagra.

De acuerdo con otro ejemplo de realización preferido, el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento lleva una segunda clase de primeros conjuntos articulados con una junta cardan, en particular una cruceta con dos ejes de articulación, cortándose los ejes de articulación de éste en un punto de articulación. Este punto de articulación de la segunda clase en los primeros conjuntos articulados puede estar situado sobre el eje longitudinal del portaobjetos y/o sobre el eje longitudinal del objeto.

Los anteriormente citados cuatro de cinco elementos de acoplamiento pueden estar unidos con el portaobjetos, respectivamente, mediante un primer conjunto articulado de la primera clase o, respectivamente, mediante un primer conjunto articulado de la segunda clase o mediante unos primeros conjuntos articulados de la primera y segunda clase.

De acuerdo con otro ejemplo de realización preferido, el segundo conjunto articulado lleva un anillo de articulación, donde el anillo de articulación apoya al portaobjetos sin giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos y/o del eje longitudinal del objeto, y está unido con el correspondiente elemento de acoplamiento a través de una articulación con un grado de libertad, en particular una articulación de bisagra. Particularmente en este ejemplo de realización se cumple en muy alto grado la modularidad del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento.

Alternativamente, el segundo conjunto articulado puede llevar una articulación con un grado de libertad, en particular una articulación de bisagra, donde esta articulación une al correspondiente elemento de acoplamiento directamente con el portaobjetos, apoyando al portaobjetos sin giro alrededor del eje longitudinal del objeto.

De acuerdo con otro ejemplo de realización preferido, los elementos de acoplamiento se alojan, respectivamente, en el bastidor mediante una suspensión cardan con dos grados de libertad.

De acuerdo con un ejemplo de realización especialmente preferido, la distancia entre las distintas suspensiones cardan y los primeros conjuntos articulados y el segundo conjunto articulado está configurada con una longitud variable. Para ello, los elementos de acoplamiento pueden estar realizados como husillos roscados, donde los husillos roscados se alojan en las suspensiones cardan respectivamente en un dispositivo de soporte con rosca interior, en particular una tuerca, donde la tuerca puede girar con relación a un eje longitudinal de los husillos roscados mediante un dispositivo de accionamiento.

Simultáneamente o alternativamente a la realización de los elementos de acoplamiento como husillos roscados, entre los primeros conjuntos articulados y el segundo conjunto articulado, puede estar dispuesto, respectivamente, un dispositivo de longitud variable, en particular un cilindro elevador, siendo posible un grado de libertad de giro alrededor de un eje longitudinal del cilindro elevador mediante un dispositivo de accionamiento.

Según otro ejemplo de realización preferido, la distancia entre las distintas suspensiones cardan y los primeros conjuntos de articulación o el segundo conjunto de articulación está configurada con una longitud invariable, estando dispuestas las suspensiones cardan móviles, respectivamente, a lo largo de un eje en el espacio, en particular a lo largo de un eje longitudinal de los elementos de acoplamiento.

El dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento objeto de la invención está realizado especialmente como máquina de mecanizado, donde el objeto comprende un husillo y el portaobjetos un alojamiento del husillo.

El presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento presenta preferentemente una mesa de máquina con otro eje de giro, en particular para recibir una pieza que se trata de mecanizar. El eje de giro de la mesa de la máquina puede estar superpuesto al eje longitudinal del portaobjetos y/o al eje longitudinal del objeto.

Añadiendo esta clase de eje de giro adicional, situado en la mesa de la máquina, se logra especialmente en las máquinas de mecanizado, el mecanizado completo de las cinco caras de una pieza.

El dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento objeto de la invención puede comprender una unidad de mando para el control del movimiento y/o posicionamiento del portaobjetos y/o del objeto. La unidad de mando puede además estar realizada de modo programable, en particular como unidad de mando de control numérico. La unidad de mando de control numérico puede contener exactamente cinco ejes de programación, presentando la unidad de mando de control numérico un módulo de programa para generar seis ejes de máquina a partir de los cinco ejes de programación previstos en el programa, y donde los seis ejes de máquina se pueden corresponder con los distintos elementos de acoplamiento y el eje de giro de la mesa de la máquina. El módulo de programa de la unidad de mando de control numérico puede estar previsto para un cálculo del criterio de calidad, y un valor extremo para el criterio de calidad, donde mediante el valor extremo se puede determinar un ajuste de los ejes de giro de la mesa de la máquina.

De acuerdo con otro ejemplo de realización especialmente preferido, el bastidor está realizado como icosaedro, estando las suspensiones cardan dispuestas sobre superficies seleccionadas del mismo.

Otros ejemplos de realización preferidos del dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento se exponen en las correspondientes restantes reivindicaciones dependientes.

La invención se describe a continuación con mayor detalle sirviéndose de ejemplos de realización preferidos, en combinación con los correspondientes dibujos. Las Figuras muestran:

Figura 1 una representación esquemática tridimensional de un ejemplo de realización del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento,

Figura 1a una representación ampliada de un portaobjetos según la Figura 1, con una suspensión del mismo y un objeto alojado en el mismo,

Figura 2 una representación tridimensional esquemática de otro ejemplo de realización,

Figura 2a una representación ampliada de un portaobjetos según la Figura 2, con una suspensión del mismo y un objeto alojado en el mismo,

Figura 3 una representación tridimensional esquemática de otro ejemplo de realización con una mesa de máquina con movimiento de giro, y

Figura 4 una representación esquemática de una vista en planta y de dos vistas laterales de un ejemplo de realización de un bastidor del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento.

En las Figuras 1 y 1a está representado un primer ejemplo de realización del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento, en la aplicación de una máquina de mecanizado. El mecanizado de una pieza 11 representada en la Figura 3 se realiza mediante un husillo de fresado 2, que a continuación se designará, de manera general, como objeto a mover o a posicionar. El husillo de fresado 2 está alojado con movimiento de giro en un portahusillos 1 de forma tubular, designándose en lo sucesivo el portahusillos 1, de manera general, como portaobjetos, y donde en este ejemplo de realización, el portahusillos 1 (portaobjetos) y el husillo de fresado 2 (objeto) forman una unidad mecánica. El accionamiento y el control del movimiento de giro del husillo de fresado 2 puede realizarse, por ejemplo, mediante una unidad de accionamiento (no representada) dispuesta en el portahusillos 1.

Un eje longitudinal del portaobjetos 1 y un eje longitudinal del husillo de fresado 2 están dispuestos coaxiales entre sí. Por lo tanto, en el ejemplo de realización representado, el eje longitudinal (eje de simetría) del portahusillos 1 coincide con el eje longitudinal del husillo (eje del husillo), no estando limitado el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento a esta disposición coaxial de los ejes longitudinales. Más bien puede estar dispuesto en particular el eje longitudinal del husillo de fresado 2 también excéntrico respecto al eje longitudinal del portaobjetos 1, sin que fueran necesarias modificaciones esenciales del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento.

En el ejemplo de realización representado en las Figuras 1 y 1a, el husillo de fresado 2 está dispuesto en el portahusillos a lo largo de un eje designado como eje Z, es decir que en la posición del portaobjetos 1 representado en las Figuras 1 y 1a, el eje longitudinal del portaobjetos 1 coincide con el eje Z representado del sistema de coordenadas cartesianas. El eje Z designa en este caso el eje vertical del sistema de coordenadas cartesianas en el espacio, pudiendo comprender éste un eje z en el sistema de coordenadas del bastidor (de la máquina) 12 y un eje z del sistema de coordenadas del portaobjetos 1. El eje z en el sistema de coordenadas del bastidor (de la máquina) 12 y el eje z en el sistema de coordenadas del portaobjetos 1 son idénticos, exclusivamente en la posición del punto medio de ambos ejes.

Un plano X, Y, cubierto por los otros ejes del sistema de coordenadas cartesianas, está definido en la Figura 3 por la mesa de la máquina. El portaobjetos 1, y con ello también el husillo de fresado 2 se bascula con respecto al eje Z en un plano paralelo al eje X, Y. Esta clase de movimiento basculante está representada en la Figura 3, donde el portaobjetos 1 se bascula en la posición representada en la Figura 3 con respecto al eje Z y en un plano paralelo al plano X, Y.

En el ejemplo de realización representado en las Figuras 1, 1a y 3, el portaobjetos 1 atraviesa cinco anillos de articulación 3, 3a, estando el portaobjetos 1 alojado en cuatro de los cinco anillos de articulación 3 con posibilidad de giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos 1. El restante quinto anillo de articulación 3a está unido fijo con una superficie envolvente tubular del portaobjetos 1, con lo cual éste queda fijo sin giro con relación al eje longitudinal del portaobjetos 1. Para la unión fija sin giro se puede elegir cualquiera de los cinco anillos de articulación representados, 3, 3a. Lo determinante es únicamente que el portaobjetos 1 esté alojado firme al giro en uno de los anillos de articulación 3a, y giratorio con respecto al eje longitudinal del portaobjetos 1 en los restantes anillos de articulación 3.

En el ejemplo de realización representado en las Figuras 1 y 1a, los anillos de articulación 3, 3a están dispuestos en dos grupos que tienen una vez tres y una vez dos anillos de articulación, estando estos dos grupos dispuestos por una mayor separación entre sí. Esta clase de agrupación y la separación entre estos grupos se puede elegir de acuerdo con las condiciones marco del diseño con respecto al espacio de construcción disponible, al espacio de trabajo necesario y al ángulo de basculamiento necesario.

Cada uno de los cinco anillos de articulación 3, 3a está unido además con otra articulación 4, que tiene respectivamente un grado de libertad. Los cuatro anillos de articulación 3, en los que el portaobjetos 1 está alojado con posibilidad de giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos 1, forman respectivamente con una de estas otras articulaciones 4, de un grado de libertad, lo que se denomina un primer conjunto de articulación.

Este primer conjunto de articulación compuesto respectivamente de un anillo de articulación 3 y de una articulación 4 presenta por lo tanto un primer eje de articulación que coincide con el eje longitudinal del portaobjetos 1. En el ejemplo de realización representado, el eje del husillo, es decir, el eje longitudinal del objeto 2, está dispuesto de tal manera que éste coincide precisamente con este eje de articulación del primer conjunto de articulación. Igualmente coinciden los primeros ejes de articulación de todos los primeros conjuntos de articulación con un mismo eje longitudinal del portaobjetos 1.

El primer conjunto de articulación presenta además un segundo eje de articulación, que coincide con el eje de articulación de la articulación 4 que tiene un grado de libertad. Los segundos ejes de articulación del primer conjunto de articulación, es decir, los ejes de articulación de las restantes articulaciones 4 que tienen un grado de libertad, están dispuestos perpendicularmente al respectivo primer eje de articulación, y por lo tanto perpendiculares al eje longitudinal del portaobjetos. Además, los primeros y segundos ejes de articulación del primer conjunto de articulación están dispuestos sin intersección entre sí.

Los componentes móviles de las articulaciones 4 de un grado de libertad están unidos firmemente con los elementos de acoplamiento 5, que en los ejemplos de realización representados en las Figuras 1, 1a y 3 están realizados como puntales roscados. Por lo tanto, el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento del ejemplo de realización representado lleva cinco puntales roscados 5, que por el lado del bastidor van a un dispositivo de soporte con rosca interior, que en este ejemplo de realización es, respectivamente, una tuerca 6. Las tuercas 6 van fijadas, respectivamente, en una suspensión cardan 7, con respectivamente dos grados de libertad. A su vez, las suspensiones cardan 7 van fijadas individualmente en el bastidor (también designado como marco).

En los ejemplos de realización representados en las Figuras 1, 2, 3, estas suspensiones cardan 7 presentan, respectivamente, dos grados de libertad de rotación en el bastidor. Estas suspensiones cardan 7 están realizadas, respectivamente, por medio de dos elementos de forma anular, donde en el interior de un anillo exterior se aloja un anillo interior y este anillo interior está apoyado en el anillo exterior con movimiento de giro alrededor de un eje del anillo interior. A su vez, el anillo exterior va alojado en el bastidor 12 del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento con posibilidad de giro alrededor de un eje del anillo exterior. En este ejemplo de realización, los ejes del anillo interior y del anillo exterior están dispuestos perpendiculares entre sí.

Las tuercas 6 se desplazan con relación a la suspensión cardan 7 mediante dispositivos de accionamiento individuales, girando con respecto al eje longitudinal de los puntales roscados. Mediante este giro de las tuercas 6 se modifica la distancia entre un punto central de cada suspensión cardan 7 y el objeto 2, es decir, el husillo de fresado, en el ejemplo de realización que está representado.

Mediante esta clase de modificación de la distancia respecto a los cinco puntales roscados 5 se puede mover el husillo de fresado 2 con cinco grados de libertad.

De manera correspondiente, las Figuras 1, 1a y 3 muestran un dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento con cinco elementos de acoplamiento (puntales), que unen un bastidor con un objeto 2, que se trata de posicionar, estando unidos al portaobjetos 1 cuatro de los cinco puntales con unos primeros conjuntos de articulación, que presentan, respectivamente, dos grados de libertad, y un puntal con un segundo conjunto de articulación, que tiene un grado de libertad. Uno de los ejes de articulación de cada uno de los primeros conjuntos de articulación es coaxial al eje longitudinal del portaobjetos 1. Además, los dos ejes de articulación del primer conjunto de articulación, que presentan, respectivamente, dos grados de libertad, están dispuestos entre sí sin punto de intersección.

En las Figuras 1, 1a y 3 está representado un ejemplo de realización con cinco combinaciones de articulación idénticas, cada una con dos grados de libertad, comprendiendo las combinaciones de articulaciones idénticas, respectivamente, un anillo de articulación 3, 3a y otra articulación 4, con un grado de libertad, donde cuatro de las combinaciones de articulación están realizadas con posibilidad de giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos 1, y una de las combinaciones de articulación está realizada sin posibilidad de giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos 1.

De este modo se cumple en alto grado el requisito de la modularidad.

En las Figuras 2 y 2a está representado otro ejemplo de realización del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento para el movimiento y/o el posicionamiento en cinco ejes de un objeto. En este ejemplo de realización, uno de los anillos de articulación 3 del ejemplo de realización representado en las Figuras 1 y 1a, en los que se aloja con movimiento de giro el portaobjetos 1, está sustituido por una articulación cardan, que en este ejemplo de realización es una cruceta 8. Los ejes de articulación de esta cruceta 8 se cortan en un punto de articulación 9, estando situado este punto de articulación 9 sobre el eje longitudinal del portaobjetos 1. En este ejemplo de realización, el eje longitudinal del portaobjetos 1 coincide con el eje del husillo.

El ejemplo de realización representado en las Figuras 2 y 2a presenta además otros tres anillos de articulación 3, en los que se aloja el portaobjetos con movimiento de giro respecto al eje longitudinal del mismo.

El ejemplo de realización representado en las Figuras 2 y 2a presenta además un anillo de articulación 3a que apoya al portaobjetos 1 sin giro alrededor del eje longitudinal del mismo.

Las restantes características del ejemplo de realización representado en las Figuras 2 y 2a se corresponden con las características del ejemplo de realización descrito con relación a las Figuras 1 y 1a.

Por lo tanto, el ejemplo de realización descrito en las Figuras 2 y 2a presenta una cruceta 8 con dos grados de libertad y unos ejes de articulación que se cortan en un punto de articulación 9, estando situado este punto de articulación 9 sobre el eje longitudinal del portaobjetos 1.

Pueden realizarse todas las formas mixtas entre los distintos ejemplos de realización que están representados en las Figuras 1 ó 1a y 2 ó 2a. Por lo tanto, una parte de los elementos de acoplamiento (puntales) pueden estar unidos al portaobjetos 1 mediante unos primeros conjuntos de articulación con ejes de articulación independientes, uno de los cuales es el eje longitudinal del portaobjetos 1, y la otra parte correspondiente con unos primeros conjuntos de articulación con ejes de articulación que se cortan, cuyo punto de intersección está situado sobre el eje longitudinal del portaobjetos 1.

En todas estas formas mixtas, uno de los puntales está unido al portaobjetos con exactamente un grado de libertad. El segundo conjunto de articulación por lo tanto está reducido en un grado de libertad con respecto al primer conjunto de articulación de los puntales restantes. De este modo, los esfuerzos de torsión del portaobjetos 1 alrededor del eje longitudinal del portaobjetos 1 se transmiten, exclusivamente como fuerzas de flexión o torsión, precisamente a este puntal con el segundo conjunto de articulación.

La unión de los puntales 5 al bastidor 12 se realiza, tal como ya se ha indicado anteriormente, a través de unas suspensiones cardan 7, que tienen respectivamente dos grados de libertad. En el ejemplo de realización representado en las Figuras 1, 1a, 2, 2a, los puntales 5 están realizados como husillos roscados 5, realizándose el movimiento de avance de los puntales 5 girando para ello la tuerca 6 alrededor del eje longitudinal del husillo roscado correspondiente. En los restantes grados de libertad de la suspensión cardan 7, la tuerca 6 respectiva está firmemente unida a aquella, es decir que la tuerca 6 tiene, con respecto a la suspensión cardan 7, exclusivamente un grado de libertad de giro alrededor de un eje longitudinal del correspondiente husillo roscado 5.

Como alternativa a la realización de los puntales 5 (elementos de acoplamiento) como husillos roscados, o simultáneamente con esta clase de realización, se pueden disponer entre las suspensiones cardan 7 y los primeros conjuntos articulados 3, 4 u 8 o el segundo conjunto articulado 3a, 4, unos cilindros elevadores (que no están representados). En este ejemplo de realización hay otro grado de libertad que permite girar los puntales alrededor del eje del puntal mediante la disposición de un accionamiento. Para ello, un lado del cilindro elevador se aloja en las articulaciones cardan y el otro lado respectivo está unido a los primeros conjuntos de articulación o al segundo conjunto de articulación.

En los dos ejemplos de realización citados de los elementos de acoplamiento 5 en forma de husillo roscado y/o como cilindro elevador, se modifica la distancia entre el punto central de las suspensiones cardan 7 y el husillo 2 (el objeto).

El presente dispositivo de movimiento y/o posicionamiento no se limita sin embargo a esta clase de variación de la distancia. En particular, y en el caso de una distancia fija entre el punto central de las distintas suspensiones cardan 7 y el objeto 2, el posicionamiento y/o posicionamiento del objeto se puede realizar mediante el desplazamiento de la suspensión cardan 7 a lo largo de un eje controlable en el espacio. Por ejemplo, estos ejes controlables se pueden disponer respectivamente a lo largo del eje longitudinal de los distintos elementos de acoplamiento 5.

El espacio de trabajo útil en el presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento está limitado, por una parte, por las zonas de colisión de los puntales 5, y por otra parte disminuye la rigidez en determinadas posiciones en el recinto de trabajo. En consecuencia, no se pueden conseguir todos los movimientos basculantes del objeto 2 o del portaobjetos 1 o se deberían evitar debido a la menor rigidez.

El espacio de trabajo utilizable se puede ampliar añadiendo otro eje de giro redundante (denominado también eje adicional), situado en la mesa de la máquina 10, lo cual permite el mecanizado completo de cinco caras de la pieza 11. En este caso, el eje de giro de la mesa de la máquina 10 puede coincidir con el eje Z. El eje adicional actúa en este caso en combinación con la cinemática paralela de cinco puntales antes descrita.

Un ejemplo de realización de esta clase, con una mesa de máquina 10 giratoria, está representada en la Figura 3. En la posición representada, el husillo 2 está girado 90º con respecto al eje Z. Otro movimiento basculante en un plano paralelo al plano X, Y no se puede realizar sin limitaciones, ya que se producirían colisiones entre los elementos de acoplamiento 5. Gracias a la mesa de la máquina 10 se logra la accesibilidad a la pieza 11 por las cinco caras. El alto dinamismo de la estructura paralela se mantiene sin limitaciones para los movimientos locales, mientras que la mesa de la máquina 10 no tiene por qué presentar necesariamente un alto dinamismo.

Cabe otra ampliación del área de trabajo mediante la integración del conjunto de la disposición en otros dispositivos de movimiento, en particular en las denominadas instalaciones de pórtico.

Con el fin de poder aplicar programas de control numérico con un máximo de cinco ejes programables también a esta clase de dispositivos de movimiento y/o de posicionamiento con una mesa de máquina 10, con otro eje de giro, sin que haya limitaciones, el control numérico está provisto de un módulo de programa que realiza la subdivisión de los ejes de programación entre los seis ejes de máquina realmente existentes (elementos de acoplamiento 5 y eje de giro de la mesa de la máquina). Para ello el mando calcula, en el momento de limitar los valores de aceleración y desplazamiento de los ejes (el denominado Look-Ahead), un valor de calidad (criterio de calidad), en el que interviene la rigidez de la máquina en el punto de trabajo y la distancia a las zonas de colisión. El eje o ejes redundantes adicional(es) se controlan de tal manera que este valor de calidad sea lo mayor posible.

En consecuencia, se puede establecer el programa de control numérico en cinco ejes, para lo cual la unidad de mando genera a partir de estos cinco ejes de programación seis ejes de máquina, calculando para ello en la unidad de mando un criterio de calidad, y determinando para este criterio de calidad un valor extremo (mínimo o máximo). De este modo se determina unívocamente la posición del sexto eje. La unidad de mando puede por lo tanto convertir cinco ejes programados en seis ejes de máquina, en tiempo real, para lo cual éstos evalúan el criterio de calidad adicional, por ejemplo, una distancia a las zonas prohibidas o una rigidez del conjunto, buscando el valor extremo.

Para ello se asigna a estos ejes únicamente una proporción de velocidad tal del conjunto de movimiento que debido a ello no sea necesario reducir la velocidad total. En consecuencia, se realiza también con un eje adicional, que eventualmente gire con mayor lentitud, el mecanizado completo de las cinco caras en un solo amarre sin que se pierdan las ventajas dinámicas del presente dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento.

Los programas de control numérico para mecanizado convencional de cinco caras pueden funcionar sin necesidad de adaptación con el sistema de máquina combinado. Resulta una estrategia para el mando que permite desarrollar los programas de control numérico para cinco ejes (elementos de acoplamiento), incluso de forma efectiva si la máquina dispone de más de cinco ejes (ejes redundantes).

En la Figura 4 está representado un ejemplo de realización del batidor de la máquina. El bastidor está realizado como icosaedro. Las articulaciones exteriores de los elementos de acoplamiento 5, es decir, las articulaciones cardan 7, están dispuestas, respectivamente, sobre una de las superficies del cuerpo básico del icosaedro, garantizando el cuerpo básico del icosaedro un alto nivel de rigidez.

La elección correspondiente de las caras del icosaedro sobre las cuales se disponen las distintas articulaciones cardan 7, depende de la disposición deseada de los puntales (elementos de acoplamiento) con relación al portaobjetos 1, determinándose la disposición de los elementos de acoplamiento 5 en función del espacio de trabajo necesario y de los ángulos de basculamiento necesarios del portaobjetos 1.

Además de la realización descrita del cuerpo básico de un bastidor como icosaedro se pueden realizar también otros poliedros como cuerpos básicos del bastidor.

Claims (24)

1. Dispositivo de movimiento y/o de posicionamiento para el movimiento y/o posicionamiento en cinco ejes de un objeto (2), con un portaobjetos (1) y cinco elementos de acoplamiento (5) que soportan el portaobjetos (1) en un bastidor (12) donde cuatro de los cinco elementos de acoplamiento (5) están unidos al portaobjetos, respectivamente, mediante un primer conjunto articulado (3, 4 u 8) con respectivamente dos grados de libertad, y el correspondiente otro de los cinco elementos de acoplamiento (5) lo está mediante un segundo conjunto articulado (3a, 4), con un solo grado de libertad.

2. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 1, caracterizado por una primera clase de primeros conjuntos articulados (3, 4) con dos ejes de articulación, donde el primero de los dos ejes de articulación se superpone a un eje longitudinal del portaobjetos (1) y/o a un eje longitudinal del objeto (2), y los dos ejes de articulación están dispuestos entre sí sin intersección.

3. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el primero de los dos ejes de articulación de todos los primeros conjuntos articulados de la primera clase (3, 4) están dispuestos superpuestos al mismo eje longitudinal del portaobjetos (1) y/o del objeto (2).

4. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque los dos ejes de articulación de la primera clase están dispuestos en primeros conjuntos articulados (3, 4) perpendiculares entre sí.

5. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la primera clase de primeros conjuntos articulados (3, 4) presenta un anillo de articulación (3), en el que se apoya el portaobjetos (1) giratorio alrededor del eje longitudinal del portaobjetos (1) y/o del eje longitudinal del objeto (2), estando unido el anillo de articulación (3) con el correspondiente elemento de acoplamiento (5) a través de otra articulación (4) de un solo grado de libertad, en particular una articulación de bisagra.

6. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por una segunda clase de primeros conjuntos articulados con una articulación cardan (8), en particular una cruceta, con dos ejes de articulación, cortándose los ejes de articulación del mismo en un punto de la articulación.

7. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el punto de articulación de la segunda clase en los primeros conjuntos articulados está situado sobre el eje longitudinal del portaobjetos (1) y/o del eje longitudinal del objeto (2).

8. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cuatro de los cinco elementos de acoplamiento (5) están unidos al portaobjetos (1), respectivamente, mediante un primer conjunto de articulación de la primera clase (3, 4) o respectivamente, mediante un primer conjunto de articulación de la segunda clase (8) o mediante primeros conjuntos de articulación de la primera y segunda clase (3, 4 y 8).

9. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el segundo conjunto articulado (3a, 4) lleva un anillo de articulación (3a), donde el anillo de articulación (3a) soporta al portaobjetos (1) rígido al giro alrededor del eje longitudinal (Z) del portaobjetos (1) y/o del eje longitudinal del objeto (2), y está unido con el correspondiente elemento de acoplamiento (5) por medio de una articulación (4) con un solo grado de libertad, en particular una articulación de bisagra.

10. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el segundo conjunto articulado (3a, 4) presenta una articulación (4) con un solo grado de libertad, en particular una articulación de bisagra, estando la articulación (4) unida directamente al portaobjetos (1) por medio del correspondiente elemento de acoplamiento (5), soportándolo rígido al giro alrededor del eje longitudinal del portaobjetos (1).

11. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque el eje longitudinal del portaobjetos (1) coincide con el eje longitudinal del objeto (2).

12. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los elementos de acoplamiento (5) están apoyados en el bastidor (12), respectivamente, mediante una suspensión cardan (7) con dos grados de libertad.

13. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la distancia entre las distintas suspensiones cardan (7) y los primeros conjuntos de articulación (3, 4 u 8) y/o los segundos conjuntos de articulación (3a, 4) está configurada con una longitud variable.

14. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 13, caracterizado porque los elementos de acoplamiento (5) están realizados como husillos roscados, donde los husillos roscados están alojados con posibilidad de giro en las distintas suspensiones cardan (7), respectivamente, con un dispositivo de soporte con rosca interior (6), en particular una tuerca, pudiendo girarse la tuerca con relación a un eje longitudinal de los husillos roscados, por medio de un dispositivo de accionamiento.

15. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 13 ó 14, caracterizado porque entre las distintas suspensiones cardan (7) y los primeros conjuntos articulados (3, 4 u 8) o el segundo conjunto articulado (3a, 4), está dispuesto, respectivamente, un dispositivo de longitud variable, en particular un cilindro elevador, siendo posible un grado de libertad de giro alrededor del eje longitudinal de los cilindros elevadores por medio de un dispositivo de accionamiento.

16. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la distancia entre las distintas suspensiones cardan (7) y los primeros conjuntos articulados (3, 4 u 8) o el segundo conjunto articulado (3a, 4) está configurada con una longitud invariable, estando realizadas las suspensiones cardan (7) respectivamente con posibilidad de movimiento a lo largo de un eje en el espacio.

17. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el dispositivo de movimiento y/o posicionamiento está realizado como máquina de mecanizado, donde el objeto (2) comprende un husillo y el portaobjetos (1) un alojamiento de husillo.

18. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado por una mesa de máquina (10) con otro eje de giro, en particular para la colocación de la pieza que se ha de mecanizar.

19. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 18, caracterizado porque el eje de giro de la mesa de la máquina (10) está superpuesto al eje longitudinal del portaobjetos (1) y/o al eje longitudinal del objeto (2).

20. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado por una unidad de mando para el control del movimiento y/o posicionamiento del objeto (2) o del portaobjetos (1).

21. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 20, caracterizado por una unidad de mando programable, en particular por una unidad de mando de control numérico.

22. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 21, caracterizado porque la unidad de mando de control numérico comprende exactamente cinco ejes de programación, presentando la unidad de mando de control numérico un módulo de programa para generar seis ejes de máquina a partir de los cinco ejes del programa, pudiendo asignarse los seis ejes de mecanizado a los distintos elementos de acoplamiento (5) y al eje de giro de la mesa de la máquina (10).

23. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según la reivindicación 22, caracterizado porque mediante el módulo de programa de la unidad de mando de control numérico se puede calcular un criterio de calidad y determinar un valor extremo para el criterio de calidad, donde mediante el valor extremo se puede determinar el ajuste del eje de giro de la mesa de la máquina (10).

24. Dispositivo de movimiento y/o posicionamiento según por lo menos una de las reivindicaciones 12 a 23, caracterizado por un bastidor (12) realizado en forma de icosaedro, estando asignadas las suspensiones cardan (7) a superficies seleccionadas (13) de aquél.