ES2250278T3 - Un metodo y un sistema de soporte del operario destinados a ayudar a un operario a ajustar parametros de maquina. - Google Patents
Un metodo y un sistema de soporte del operario destinados a ayudar a un operario a ajustar parametros de maquina.Info
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Abstract
Un método destinado a ayudar a un operario a determinar parámetros de máquina optimizados (8) y parámetros de ciclo de una máquina herramienta fresadora, en el que los parámetros de máquina y los parámetros de ciclo se usan para controlar el mecanizado, caracterizado por seleccionar manualmente valores de prioridad de al menos dos valores de objetivo mutuamente dependientes (2) que representan las características de mecanizado, seleccionados del grupo que consiste en precisión, acabado superficial y tiempo de mecanizado, seleccionar atributos del trabajo, seleccionados del grupo que consiste en complejidad, masa inercial y peso de la pieza a trabajar, y determinar automáticamente parámetros de ciclo y parámetros de máquina basándose en los valores de prioridad seleccionados (14, 70).
Description
Un método y un sistema de soporte del operario
destinados a ayudar a un operario a ajustar parámetros de
máquina.
La presente invención se refiere a un método y un
sistema de soporte del operario, destinados a ayudar a un operario a
determinar parámetros optimizados de máquina y parámetros de ciclo
de una máquina herramienta fresadora, en los que los parámetros de
máquina y parámetros de ciclo se usan para controlar el
mecanizado.
Las máquinas herramientas de alto rendimiento
requieren una configuración de su CNC (control numérico por
computador), específica de la máquina, que se ajusta antes de salir
de fábrica. Sin embargo, el ajuste de fábrica destinado a optimizar
el proceso de mecanizado es una solución intermedia entre diversos
valores de objetivo, ya que no puede optimizarse para un proceso
específico de mecanizado. En algunos casos y para superar esta
deficiencia, la fábrica puede preinstalar varias configuraciones
predefinidas de ajuste que luego pueden activarse según se
requiera.
Otro procedimiento puede consistir en dejar que
ciertos parámetros de ajuste puedan ser ajustados por el operario.
Sin embargo, esos parámetros de ajuste suelen formar parte de un
sistema complejo de control que es difícil de interpretar y que
puede averiar seriamente la máquina herramienta en caso de que no se
ajusten correctamente. Por consiguiente, la utilización óptima de
la máquina depende del conocimiento de la máquina por parte del
operario y de la experiencia que tenga en ajustar los parámetros de
máquina. Esos parámetros de máquina, por ejemplo, son parámetros de
corte tales como el avance, la velocidad, el cambio de etapa, etc.
Los operarios pueden realizar la optimización de estos parámetros
en el caso de operaciones sencillas de 2D y con materiales fáciles
de mecanizar. No obstante, con la introducción del fresado de alto
rendimiento las aplicaciones se han extendido a geometrías complejas
de 3D y a materiales difíciles de mecanizar. Al mismo tiempo han
aumentado significativamente las prestaciones del CNC y del equipo
físico o hardware de la máquina, permitiendo aplicar mayores
velocidades y avances. En consecuencia, para aprovechar esas mejoras
ya no son adecuados los parámetros de optimización conocidos.
Como primer documento de la técnica anterior, el
documento US 5.922.187 describe un método de controlar una máquina
de electroerosión en el que se proporciona un dispositivo de control
con conjuntos de parámetros tecnológicos. Estos conjuntos
relacionan un parámetro, de un grupo de parámetros de entrada, con
parámetros de salida apropiados. El dispositivo de control compara
los últimos parámetros reales de entrada, con grupos de parámetros
de entrada de estos conjuntos de parámetros tecnológicos. El
dispositivo de control proporciona después uno o más conjuntos de
parámetros tecnológicos, con grupos de parámetros de entrada que
son idénticos o similares a los últimos parámetros reales de
entrada.
Como segundo y tercer documentos de la técnica
anterior, los documentos DE OS 41 38 092 A1 y US 5.751.589 describen
un método de crear condiciones de mecanizado y/o series de
condiciones de mecanizado capaces de satisfacer una pluralidad de
especificaciones requeridas de mecanizado, cuyo método selecciona
al menos una de las gamas de las especificaciones y funciones de
mecanizado indicando grados de cumplimiento de las especificaciones
requeridas. El método establece un equilibrio entre las
especificaciones requeridas de mecanizado. Las especificaciones
requeridas de mecanizado incluyen rugosidad superficial, velocidad
de consumo del electrodo y tiempo de mecanizado.
Como documento adicional de la técnica anterior,
el documento EP 1 034 880 A1 describe un dispositivo de control de
una máquina herramienta, que tiene una unidad de entrada para
introducir los datos de proceso del perfil y los datos del material
de la pieza a trabajar y un perfil a procesar de la pieza a
trabajar; una base de datos para almacenar al menos los datos
mecánicos de la máquina herramienta relativos al proceso de la
pieza a trabajar y los datos de corte de la herramienta montada en
la máquina herramienta; una unidad de cálculo de estimaciones para
estimar al menos una carga de proceso o la existencia de
interferencia de la herramienta con la pieza a trabajar, basándose
en los datos introducidos mediante la unidad de entrada y en los
datos almacenados en la base de datos; y una unidad de
determinación del recorrido de la herramienta para crear un
recorrido de la herramienta relativo al proceso de la pieza a
trabajar y determinar una condición de proceso relativa al proceso
de la pieza a trabajar, tal como una velocidad de rotación del
husillo y una velocidad de avance de la máquina herramienta,
basándose en el resultado del cálculo estimado realizado por la
unidad de cálculo de estimaciones.
Como documento adicional de la técnica anterior,
el documento JP 62130130 A (número de publicación) describe un
método de simplificar y acelerar la operación de mecanizado,
proporcionando una disposición tal que, cuando se introducen el área
inferior de un electrodo de trabajo y una rugosidad superficial de
acabado y una profundidad de mecanizado de una pieza a trabajar,
pueden prepararse automáticamente un plano y un programa de
mecanizado.
Además, para la optimización del proceso de
mecanizado han de crearse o ser accesibles parámetros de máquina
adicionales. No obstante, al contrario que los parámetros de
optimización tradicionales, que desde un punto de vista del
operario resultaban relativamente fáciles de ajustar, los nuevos
parámetros requieren distinto nivel de educación profesional por
parte del operario para que comprenda realmente su impacto sobre el
proceso de mecanizado. Por consiguiente, los operarios de las
máquinas actuales pueden tener dificultades para aprovechar las
grandes prestaciones de tales máquinas herramientas.
Con esta finalidad, una tarea de los fabricantes
de máquinas herramientas consiste en proporcionar un modo de
simplificar el proceso de optimización de los parámetros de
máquina, de manera que los clientes puedan aprovechar completamente
las posibilidades de las máquinas.
Según un primer aspecto, la invención proporciona
un método destinado a ayudar a un operario a determinar parámetros
de máquina optimizados al seleccionar manualmente valores de
prioridad de al menos dos valores de objetivo mutuamente
dependientes que representan las características de mecanizado,
seleccionados del grupo que consiste en precisión, acabado
superficial y tiempo de mecanizado, seleccionar atributos del
trabajo, seleccionados del grupo que consiste en complejidad, masa
inercial y peso de la pieza a trabajar, y determinar automáticamente
parámetros de ciclo y parámetros de máquina basándose en los
valores de prioridad seleccionados.
Según otro aspecto, la invención proporciona un
sistema de soporte del operario destinado a ayudar a un operario, en
el que los parámetros de máquina y los parámetros de ciclo se usan
para controlar el mecanizado, que comprende una interfaz de usuario
para seleccionar valores de prioridad de al menos dos valores de
objetivo mutuamente dependientes que representan características de
mecanizado, seleccionados del grupo que consiste en precisión de
acabado superficial y tiempo de mecanizado, medios para seleccionar
atributos de trabajo del grupo que consiste en complejidad, masa
inercial y peso de la pieza a trabajar, y medios para determinar
automáticamente los parámetros de máquina y parámetros de ciclo
basándose en los valores de prioridad seleccionados.
Otras características son inherentes al método
descrito y al sistema de soporte del operario o resultarán evidentes
a los expertos en la técnica, según la siguiente descripción
detallada de realizaciones y de sus dibujos anejos.
A continuación se describen brevemente los
dibujos.
La figura 1 es un diagrama de flujo que muestra
valores de objetivo y parámetros de máquina de una realización
preferida de un sistema de soporte del operario (OSS);
la figura 2 es un diagrama de flujo que
representa la aplicación de configuraciones de valores de prioridad
a parámetros de máquina y parámetros de ciclo;
la figura 3 es un diagrama de flujo que
representa la aplicación de atributos de trabajo a parámetros de
máquina;
la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
la secuencia de ejecución del sistema de soporte del operario del
programa de control numérico;
la figura 5 es un diagrama de flujo que muestra
las etapas del procedimiento del ciclo de precalentamiento del
husillo;
la figura 6 representa una interfaz gráfica de
usuario que se utiliza para determinar valores de prioridad y
atributos de trabajo;
la figura 7 ilustra la asignación de valores de
prioridad como respuesta a una acción del usuario;
la figura 8 representa una realización
alternativa de la interfaz gráfica de usuario;
la figura 9 ilustra la asignación de valores de
prioridad como respuesta a una acción del usuario en la realización
alternativa de la interfaz gráfica de usuario;
la figura 10 proporciona una vista general del
procedimiento de aplicación de valores de prioridad a parámetros de
máquina;
la figura 11 muestra una estructura de objetos de
un proceso de mecanizado;
la figura 12 representa otra realización
alternativa de la interfaz gráfica de usuario.
A continuación se describen con detalle las
realizaciones preferidas. En la figura 1 se representa un posible
conjunto de valores de objetivo y atributos de trabajo del sistema
de soporte del operario (OSS - "operator support system") de la
realización preferida y sus parámetros resultantes de máquina y de
ciclo. Ahora bien, antes de proceder con la descripción se
considerarán diversos elementos de las realizaciones
preferidas.
Las realizaciones preferidas proporcionan a un
operario de una máquina herramienta la posibilidad de optimizar el
ajuste de su máquina ayudándole a determinar parámetros de máquina
optimizados. Más particularmente, el método permite poner
prioridades a valores de objetivo que representan las
características del mecanizado o la calidad del proceso de
mecanizado. Como ejemplos de esos valores de objetivo pueden citarse
el mejor acabado superficial posible de la pieza a trabajar, el
tiempo de mecanizado más rápido posible y la mejor precisión posible
del contorno en el proceso de corte. Sin embargo, los valores de
objetivo no se limitan a esos tres valores de objetivo. Pueden
utilizarse otros valores de objetivo, pueden añadirse valores de
objetivo adicionales o podrían usarse solo dos valores de objetivo
en una realización alternativa.
Esos valores de objetivo normalmente son
parámetros que han de compensarse entre sí para conseguir una
optimización global del mecanizado. Lo cual quiere decir que, por
ejemplo, no pueden optimizarse al mismo tiempo los tres valores de
objetivo de acabado superficial, tiempo de mecanizado y precisión.
Por ejemplo, al disminuir el tiempo de mecanizado se reducirá la
precisión del contorno y viceversa. Por lo tanto se requiere que el
operario seleccione manualmente valores de prioridad de los valores
de objetivo mutuamente dependientes, con objeto de conseguir en una
tarea específica de mecanizado el mejor equilibrio posible entre
esos parámetros a compensar.
El método determina después automáticamente los
parámetros de máquina basándose en los valores de prioridad
seleccionados. Un parámetro de máquina es un ajuste usado por el
CNC (control numérico por computador) para adaptar el comportamiento
dinámico y la configuración de la máquina. Como ejemplos de
parámetros de máquina pueden citarse la tolerancia de recorrido, que
define la desviación máxima del contorno real respecto al contorno
teórico y por tanto la velocidad mínima de avance en el
contorneado, la frecuencia crítica o de corte del filtro de control
de posición, etc. A menudo resulta difícil que el operario de una
máquina herramienta entienda estos parámetros de máquina y su
interacción y dependencia.
Por consiguiente, el método de las realizaciones
preferidas sustituye la difícil tarea de establecer y optimizar los
parámetros de máquina, por un medio de utilización más sencilla con
el que se seleccionan valores de prioridad de un conjunto
relativamente reducido de valores de objetivo que representan el
funcionamiento básico de la máquina y las propiedades del
mecanizado.
Preferentemente, los parámetros de máquina
determinados por el método de las realizaciones preferidas, se
aplican automáticamente a un sistema de control de una máquina
herramienta a fin de controlar el mecanizado. Esto quiere decir que
los parámetros de máquina determinados se transfieren directamente
al CNC de la máquina herramienta. Sin embargo, también sería
posible ejecutar el método en un computador remoto y transferir los
parámetros de máquina determinados al CNC de la máquina herramienta,
a través de una red o de un medio portátil de almacenamiento, o
insertar manualmente en el CNC de la máquina herramienta los
parámetros de máquina determinados.
Preferentemente, la determinación automática de
los parámetros de máquina se efectúa aplicando los valores de
prioridad seleccionados a los parámetros de máquina usando una base
de datos. En esta base de datos se guarda la mejor configuración de
parámetros de máquina relativa a una prioridad determinada de los
valores de objetivo. Estos valores predefinidos de los parámetros
de máquina pueden determinarse mediante ensayos previos, por
experiencia propia o con la ayuda del conocimiento de expertos.
Otras posibilidades de obtención de la mejor configuración posible
de parámetros de máquina, relativa a una selección determinada de
valores de prioridad de los valores de objetivo, consisten en la
interpolación de configuraciones conocidas de parámetros de
máquina, calculando explícitamente los parámetros de máquina
basándose en modelos que representen las propiedades físicas de la
máquina herramienta o mediante algún tipo de procedimiento didáctico
basado en parámetros previos de mecanizado y en bucles de
realimentación de mediciones de los parámetros reales de
mecanizado.
Un modo preferido de implementar una base de
datos de este tipo, consiste en guardar una tabla que contenga
valores predefinidos de los parámetros de máquina relativos a todas
las selecciones posibles de prioridades.
Las máquinas herramientas modernas disponen de
una serie de los llamados ciclos de máquina. Un ciclo de máquina es
un procedimiento predefinido que ejecuta la máquina o el CNC para
conseguir cierto efecto. Un ejemplo típico de este tipo de ciclo de
máquina consiste en detener por programa la velocidad del husillo
para ajustar la temperatura después de un cambio de herramienta.
Por consiguiente, a fin de aprovechar por completo la capacidad de
la máquina herramienta se ejecutan ciclos automáticos específicos
en función de la prioridad de los valores de objetivo. Esto quiere
decir que el método determina automáticamente si se activan o
desactivan ciclos específicos de máquina basándose en los valores de
prioridad seleccionados.
También es preferible que la determinación
automática de los parámetros de máquina se base, además, en
atributos de trabajo seleccionados. Estos atributos de trabajo se
usan además de los valores de objetivo para optimizar
adicionalmente el ajuste de los parámetros de máquina y ciclos de
máquina. Los parámetros y ciclos de máquina ajustados pueden ser
los mismos que los ajustados al seleccionar los valores de
objetivo, pero normalmente son distintos, al menos en parte. Como
atributos adicionales pueden citarse, por ejemplo, el peso de la
pieza a trabajar o su masa inercial, la tracción o empuje axial en
función del peso de la pieza a trabajar, o la complejidad del
contorno. La selección de esos atributos de trabajo también puede
llevarse a cabo utilizando una ventana de diálogo o usando
automáticamente resultados de mediciones.
Preferentemente se representan visualmente al
menos parte de los parámetros de máquina determinados y/o la
activación/no-activación determinada de los ciclos
de máquina. Lo cual permite al usuario experimentado verificar el
resultado del sistema de soporte del operario y al usuario sin
experiencia comprender la relación existente entre los valores de
objetivo y los parámetros de máquina.
Preferentemente, el sistema de soporte del
operario proporciona la posibilidad de que el operario ajuste
manualmente al menos un subconjunto de los parámetros de máquina
determinados y, más preferentemente, todos los parámetros de ciclo,
es decir, la activación o no activación de los ciclos de máquina.
Por consiguiente, al operario se le permite fijar explícitamente
valores discretos relativos a una selección de parámetros de
máquina y activar o desactivar todos los ciclos de máquina
utilizando una ventana de ajuste manual (MTW - "manual tuning
window"). De modo similar a los parámetros de máquina y de ciclo
determinados por el método automáticamente, en casos particulares
puede determinarse y representarse visualmente el efecto producido
sobre los valores de objetivo por el ajuste manual de los parámetros
de máquina y de ciclo. La ventaja de este acceso directo a los
parámetros de máquina y ciclos de máquina consiste en que permite
que el operario verifique las acciones iniciadas por el sistema de
soporte del operario y comprenda mejor la influencia de los
parámetros y cómo ajustarlos para aumentar el rendimiento de la
máquina.
En una realización ventajosa, antes de ejecutar
una operación de mecanizado, el sistema de control verifica si en el
propio sistema de control se dispone de todos los conjuntos de
ajuste requeridos. Preferentemente, la ayuda del operario relativa
a la selección manual de valores de objetivo se inicia
automáticamente cuando en el sistema de control no se dispone de
uno o varios de los conjuntos de ajuste requeridos.
Resulta preferible estructurar en el CNC los
diversos objetos de mecanizado y las etapas de mecanizado, según un
modelo jerárquico orientado a objetos. En la Solicitud de Patente
alemana con nº de publicación 198 56 098 se describe una estructura
orientada a objetos de este tipo, cuyo contenido se incorpora en la
presente memoria por referencia. Básicamente, los objetos de este
tipo de estructura orientada a objetos son, por ejemplo, una pieza
a trabajar, un grupo de piezas a trabajar, la geometría de una
pieza a trabajar, un grupo de trabajos de mecanizado, etc., o etapas
de mecanizado tales como desbastado, semiacabado, acabado o
superacabado. El método de las realizaciones preferidas permite así
que el usuario seleccione opcionalmente distintos valores de
prioridad de diversos objetos de mecanizado. Por ejemplo, pueden
asignarse distintos valores de prioridad a varias geometrías de
piezas a trabajar o pueden asignarse valores diferentes de
prioridad a cada una de las etapas de mecanizado de desbastado,
semiacabado, acabado o superacabado. De este modo puede
especificarse fácilmente el ajuste de la máquina y puede optimizarse
respecto a la operación en cuestión, sin que sea preciso adoptar
una solución intermedia para los distintos procesos de
mecanizado.
No obstante, también puede estructurarse cierto
número de herramientas que se dispongan preferentemente en un
cambiador automático de herramientas. En este caso, a cada
herramienta específica puede asignarse una prioridad específica de
mecanizado. Después, durante la operación de cambio de herramienta,
se carga un conjunto adecuado de ajuste.
En principio es válida cualquier combinación de
valores de prioridad relativa a los valores de objetivo. Por
ejemplo, el operario puede especificar cualquier valor porcentual
en un intervalo continuo de 0 a 100. Sin embargo, para mantener el
número de conjuntos posibles de valores de prioridad en una cantidad
razonable y manejable, es preferible que los valores de prioridad
se seleccionen entre un número limitado de valores de
prioridad.
En las realizaciones preferidas los valores de
prioridad pueden seleccionarse manualmente usando una interfaz
gráfica de usuario (GUI - "graphical user interface"), la cual
se incluye en una ventana específica de interfaz
hombre-máquina (MMI - "man-machine
interface") visualizada en una pantalla de ordenador y que es
utilizada por el operario para establecer prioridades.
Un modo útil de especificar prioridades de los
valores de objetivo consiste en asignar un número entre 0 y 100 a
cada uno de los valores de objetivo, siendo la suma de esos números
igual a 100. Por lo tanto, en caso de asignarse sólo a dos valores
de objetivo, la especificación de un valor de prioridad de uno de
los dos valores de objetivo supone la asignación automática del
valor de prioridad al otro valor de objetivo. Con objeto de
mantener la necesaria interacción del usuario tan reducida como sea
posible, las realizaciones más preferentemente preferidas permiten
que el usuario seleccione los distintos valores de prioridad
mediante una sola acción del usuario. En particular, cuando se usan
más de dos valores de objetivo es preferible utilizar un medio de
entrada (por ejemplo una palanca omnidireccional) de modo que se
seleccionen los valores de prioridad fundamentalmente mediante una
acción del usuario que seleccione una posición del medio de entrada,
en el que la posición corresponda a distintos valores de prioridad
de los valores de objetivo.
Más preferentemente, esta selección se efectúa
gráficamente moviendo un indicador dentro de un área representada
visualmente en la pantalla de ordenador, en la que la posición del
indicador corresponde a ciertos valores de prioridad de los valores
de objetivo. Un modo preferido de asignar valores de prioridad a más
de dos valores de objetivo, consiste en posicionar el indicador
dentro del área visualizada de un polígono en el que cada vértice
del polígono corresponde a un valor de objetivo. Además, la
distancia existente entre un vértice y la posición del indicador es
proporcional al valor de prioridad correspondiente, es decir, a
menor distancia al vértice, mayor prioridad del valor de objetivo
correspondiente. Este modo resulta muy intuitivo y muy cómodo para
que el usuario especifique más de dos valores de prioridad porque
requiere una sola acción del usuario.
Más preferentemente, el polígono representado
visualmente es un triángulo o un rombo.
Las realizaciones preferidas del sistema de
soporte del operario son compatibles con cualquier tipo de máquinas
herramientas. Sin embargo, el sistema es particularmente eficaz con
cualquier tipo de herramienta de corte, herramienta de fresado o
herramienta de electroerosión. Más en general, el sistema también
puede utilizarse con manipuladores u otros impulsores de ejes de
gran dinamicidad cuyos objetivos de velocidad de recorrido y
exactitud de recorrido sean contrapuestos entre sí.
La selección de las prioridades (es decir, la
priorización de valores de objetivo) de cierto trabajo de
mecanizado puede haberse realizado tras una etapa de preparación
del mecanizado, por ejemplo en un terminal de programación (terminal
de CAM). Por consiguiente, la priorización manual de los valores de
objetivo puede implementarse en un terminal de CAM.
Volviendo ahora a la figura 1 se explicarán los
parámetros de entrada y salida del sistema de soporte del operario
(OSS). En el diagrama de flujo de la figura 1 los valores de
objetivo 2 y atributos de trabajo 4 sirven como parámetros de
entrada del sistema de soporte del operario 6 para determinar
parámetros de máquina 8 y parámetros de ciclo 10. Los valores de
objetivo 2 usados en las realizaciones preferidas son: el mejor
acabado superficial posible, el tiempo de mecanizado más rápido
posible y la mejor precisión posible de los contornos.
Uno de los atributos de trabajo 4 es el peso de
la pieza a trabajar. Una estimación aproximada del peso de la pieza
a trabajar es especialmente útil con máquinas herramientas en las
que la pieza a trabajar efectúe al menos un movimiento. Asimismo,
al sistema de soporte del operario puede añadirse como atributo
adicional de trabajo la información relativa a las posibilidades de
sujeción de la máquina herramienta, siempre que la máquina
herramienta tenga varias posibilidades de sujeción y con tal que
esta variabilidad influya en la masa inercial. Alternativamente, la
masa inercial también puede evaluarse directamente mediante un
ciclo automático de máquina. En este caso, la máquina herramienta
lleva a cabo uno o más gradientes definidos de aceleración y
establece la masa inercial a partir del consumo existente o de otro
criterio que esté relacionado con la masa inercial. Como
alternativa adicional la máquina puede realizar un ciclo preliminar
de autoajuste, minimizando de este modo el efecto de interferencia
de la masa inercial.
El segundo atributo de trabajo 4 de las
realizaciones preferidas es la complejidad estimada del contorno.
Se han previsto tres clases para clasificar el contorno como
"simple", "esquinado" o "curvado". Alternativamente,
esta información puede obtenerse directamente con el sistema de
control analizando los elementos de contorno del programa de
mecanización en cuestión.
El sistema de soporte del operario determina los
parámetros de máquina 8 y los parámetros de ciclo 10 usando dichos
parámetros de entrada y utilizando una tabla predefinida de
aplicación. Los ciclos de máquina 10 se activan o desactivan en
función de las prioridades de los valores de objetivo 2
especificadas por el usuario y de los atributos de trabajo 4.
Por ejemplo, el ciclo de compensación de la
temperatura de la herramienta de corte activa automáticamente un
tiempo de espera después de un cambio de herramienta de corte y
antes de medir las dimensiones de la herramienta de corte. Durante
este tiempo la herramienta de corte debería girar a la velocidad
programada de la operación que se va a ejecutar. La finalidad de
este ciclo de máquina es permitir que la herramienta de corte
termine su incremento térmico adaptando su temperatura a la
temperatura del husillo. Lo cual conduce a un aumento de precisión a
costa de mayor tiempo de mecanizado.
El ciclo de precalentamiento del husillo activa
automáticamente un tiempo de espera antes de empezar una operación
de mecanizado, a fin de dejar tiempo suficiente para completar su
incremento térmico. Normalmente sólo es necesario activar este
ciclo después de una inmovilización prolongada del husillo. Como en
el ciclo de compensación de la temperatura de la herramienta de
corte, la ventaja del ciclo de precalentamiento reside en un
aumento de precisión. No obstante, la desventaja del ciclo de
precalentamiento del husillo consiste en un tiempo de mecanizado
significativamente mayor.
La tolerancia de recorrido, el avance mínimo de
recorrido, el avance mínimo en esquinas, el factor de tolerancia en
curvas y la frecuencia crítica, son parámetros de máquina 8
importantes que se ajustan con el sistema de soporte del operario
6.
El parámetro "tolerancia de recorrido"
limita la desviación del contorno real respecto al contorno teórico,
definiendo una distancia máxima en cada punto de la línea de
contorno y perpendicular al contorno.
El parámetro "avance mínimo de recorrido"
especifica una velocidad mínima de avance para el contorneado. En
las partes de la geometría de una pieza a trabajar que hayan sido
identificadas como esquinas por un sistema de evaluación anticipada
("look ahead system"), la velocidad de avance se especifica con
el parámetro "avance mínimo en esquinas". Ambos, el "avance
mínimo de recorrido" y el "avance mínimo en esquinas", son
parámetros tecnológicos, lo cual significa que son de suma
importancia para efectuar un proceso satisfactorio de corte. Por
consiguiente estos parámetros tienen mayor prioridad que la
"tolerancia de recorrido". Ha de efectuarse una compensación
óptima entre estos parámetros y la tolerancia requerida.
El sistema de evaluación anticipada es capaz de
identificar como curvas ciertas áreas de una geometría. Esas áreas
normalmente tienen una tolerancia poco rigurosa o son difíciles de
medir. En esas partes de la geometría, el parámetro "factor de
tolerancia en curvas" permite ampliar la tolerancia y obtener así
mayores velocidades de avance y mejor acabado superficial.
El parámetro "frecuencia límite" cambia la
frecuencia crítica del filtro de control de posición. Una
frecuencia crítica menor hará que la máquina funcione de modo más
uniforme, lo que dará la impresión de mejor acabado superficial,
aunque empeorará la tolerancia dinámica. Una frecuencia crítica
mayor hará que la máquina herramienta funcione de manera más brusca
o desigual, lo que implicará que la máquina herramienta funcione
con una tolerancia dinámica más estrecha y por tanto con mejor
precisión, aunque el acabado superficial normalmente empeorará.
Ahora bien, teniendo en cuenta la interacción de
esos importantes parámetros de máquina anteriormente mencionados,
resulta obvio que la optimización directa de los parámetros de
máquina es una tarea muy compleja y difícil para el operario.
El diagrama de flujo de la figura 2 representa la
aplicación de los valores de objetivo de precisión, acabado
superficial y tiempo de mecanizado, a parámetros de máquina 8 y
parámetros de ciclo 10. Los valores de prioridad son introducidos
por el operario en la etapa 12 de la figura 2 mediante una interfaz
gráfica de usuario, usando una barra de desplazamiento, como se
representa en la figura 12, un triángulo, como se representa en la
figura 6, o un rombo, como se representa en la figura 8.
Dependiendo del conjunto seleccionado de valores de prioridad, en la
etapa 14 se recupera de una tabla predefinida el conjunto
correspondiente de parámetros de máquina 8 y parámetros de ciclo
10.
En el diagrama de flujo de la figura 3 se
representa el peso de la pieza a trabajar, como ejemplo de la
aplicación de un atributo de trabajo a los parámetros de máquina
20. En la etapa 16 de la figura 3 el operario proporciona, mediante
la interfaz gráfica de usuario, el peso de la pieza a trabajar en
porcentaje de la carga máxima de tabla. La etapa 18 determina el
intervalo correspondiente al peso real de la pieza a trabajar,
dentro de los cuatro intervalos existentes, y recupera de una tabla
predefinida el conjunto respectivo de parámetros de máquina 20.
El diagrama de flujo de la figura 4 ilustra la
secuencia de ejecución del sistema de soporte del operario del
programa de control numérico (NC - "numerical control"). Dicho
programa de NC se procesa previamente en la máquina herramienta. El
preprocesador detectará automáticamente puntos específicos del
programa de NC tales como una ("call") llamada 22 de un
conjunto de ajuste de parámetros de máquina o un cambio de
herramienta. En cada uno de esos puntos el preprocesador ofrecerá la
posibilidad de crear e insertar un nuevo ajuste de máquina o activar
ciclos predefinidos de máquina, cuando el conjunto llamado de
ajuste no esté disponible durante la ejecución del programa. El
programa detiene la ejecución 24 y muestra, en la etapa 26, el
sistema de soporte del operario (OSS) o la ventana de ajuste manual
(MTW) donde el operario puede definir el conjunto llamado de ajuste
28 manualmente (MTW) o especificando valores de prioridad de los
valores de objetivo (OSS). En la etapa 30 el conjunto de ajuste
generado se guardará en tablas compatibles con el NC antes de que
la ejecución del programa continúe 32 mediante una llamada de
reproceso del conjunto de ajuste 34. Por consiguiente, los
parámetros de máquina quedan optimizados respecto a la sección
siguiente del programa de NC.
Los puntos de inserción ofrecidos están en
posiciones del programa de NC situadas entre las etapas secuenciales
normales de un proceso de mecanizado (por ejemplo, desbastado,
semiacabado y acabado) o entre herramientas de corte de geometría
totalmente diferente, etc. De este modo puede optimizarse el ajuste
de la máquina respecto a la operación en cuestión y se elude por
tanto la adopción de una solución intermedia en relación con los
parámetros de máquina.
El diagrama de flujo de la figura 5 muestra las
etapas del procedimiento de un ciclo de precalentamiento del
husillo. Un ciclo de precalentamiento del husillo activa un tiempo
de espera antes de que comience una operación de mecanizado con
objeto de dejar tiempo suficiente para conseguir su incremento
térmico y por tanto implica un aumento de precisión, aunque
obviamente aumenta el tiempo de mecanizado. Normalmente sólo es
preciso activarlo después de una inmovilización prolongada husillo,
por ejemplo después de un cambio de herramienta.
En este ejemplo de un ciclo de máquina de las
realizaciones preferidas, el ciclo de precalentamiento del husillo
se inicia manualmente mediante una ("call") llamada
correspondiente 36. En la etapa 38 se pregunta al operario si ha de
realizarse un cambio manual o automático de herramienta. En el caso
de un cambio manual de herramienta se solicita al operario que
ponga la nueva herramienta en el husillo 40 y que ponga en marcha
el husillo 42. En el caso de un cambio automático de herramienta se
pide al operario la posición del cambiador de herramientas 44.
Basándose en la posición del cambiador de herramientas 46
proporcionada por el operario se efectúa 48 el cambio automático de
herramienta y se pone en marcha el husillo, por ejemplo a un 50%
de su velocidad máxima 50. Se deja un tiempo suficiente de
incremento térmico haciendo funcionar el husillo durante un número
predefinido de minutos 52.
La figura 6 ilustra una interfaz gráfica de
usuario destinada a determinar valores de prioridad y atributos de
trabajo. En las realizaciones preferidas, el elemento gráfico 56 de
selección de valores de prioridad de los valores de objetivo tiene
una forma triangular que muestra en las esquinas del triángulo los
tres valores de objetivo de precisión 58, tiempo de mecanizado 60 y
acabado superficial 62. El elemento gráfico 56 permite priorizar
los valores de objetivo 58, 60, 62 usando el ratón u otro
dispositivo apuntador (indicador) 54. Los valores de prioridad se
generan moviendo el cursor en el interior del triángulo: cuanto más
se acerca el cursor 54 a una esquina, mayor es la prioridad del
valor correspondiente de objetivo. El OSS mostrará la lista de los
valores de objetivo, según la prioridad, en una sección aparte 64 de
la pantalla. Por consiguiente se presenta al operario una interfaz
intuitiva hombre-máquina que puede utilizarse sin
más explicaciones.
El operario puede seleccionar atributos de
trabajo adicionales en las secciones 66 y 68 de la pantalla. El
operario puede elegir entre cuatro intervalos relativos al peso de
la pieza a trabajar, en porcentaje de la capacidad máxima, haciendo
clic sobre el elemento correspondiente de la sección 66. En la
sección 68 el operario puede asignar el atributo de trabajo de
"geometría" o "complejidad del contorno". En la
realización preferida se facilitan tres complejidades de contorno
definiendo a este como "simple", "esquinado" y
"curvado".
En la figura 7 se ilustra la asignación de
valores de prioridad con una acción del usuario. Preferentemente,
el diagrama triangular está dividido en áreas discretas 70 que
proporcionan un ajuste idéntico de parámetros de máquina y de ciclo.
La finalidad de las áreas discretas es limitar a una cantidad
razonable y manejable el número de conjuntos posibles.
Al mover el cursor dentro del triángulo se
produce un salto de un área a la siguiente. Este salto impide que el
operario crea que se ha producido un cambio mientras el cursor siga
activando el mismo conjunto de parámetros de máquina y ciclos de
máquina.
La figura 8 ilustra una realización alternativa
de la interfaz gráfica de usuario que tiene un elemento gráfico con
forma de rombo 72. El elemento gráfico muestra en un ángulo el
valor de objetivo de "tiempo de mecanizado" 74 y en el ángulo
opuesto el de "acabado superficial" y "precisión" 76. Los
otros dos ángulos 78 y 80 definen respectivamente un proceso de
mecanizado esencialmente bidimensional y esencialmente
tridimensional.
En la figura 12 se ilustra otra realización
alternativa de la interfaz gráfica de usuario. En esta realización
puede seleccionarse mediante una barra de desplazamiento un valor
de prioridad de dos valores de objetivo mutuamente dependientes,
precisión y tiempo de mecanizado.
En la figura 9 se ilustra la asignación de una
acción de usuario a valores de prioridad con la realización
alternativa de la interfaz gráfica de usuario de la figura 8. Como
en la realización anterior, el diagrama está dividido en áreas
discretas que proporcionan un ajuste idéntico de parámetros de
máquina y de ciclo, cuya finalidad es limitar el número de
conjuntos posibles. La distribución de prioridades se hace igual
que en la realización anterior, moviendo el cursor hacia el ángulo
deseado del rombo. Dando prioridad a un tiempo corto de mecanizado
74 se producirá un movimiento poco uniforme, muy rápido y muy
desigual, mientras que dando prioridad al mejor acabado superficial
y a la mejor precisión 76 se efectuará un movimiento muy uniforme y
muy lento. Por otra parte, moviendo el cursor hacia 80 para realizar
un proceso de mecanizado esencialmente bidimensional se origina
buen acabado superficial y un movimiento rápido, brusco y desigual,
mientras que eligiendo 78 para efectuar un proceso de mecanizado
esencialmente tridimensional se genera buen acabado superficial con
un movimiento lento, uniforme y menos brusco.
Los elementos gráficos del sistema de soporte del
operario pueden adoptar disposiciones alternativas, aunque siempre
existirán al menos dos, preferentemente tres, valores de objetivo y
una pluralidad de conjuntos de ajuste asignados a zonas distintas
de las áreas de prioridades.
La figura 10 proporciona una vista general del
procedimiento de aplicación de valores de prioridad a parámetros de
máquina. La configuración de prioridad 94 elegida por el operario
en el elemento gráfico 72 se usa como entrada en la tabla de
aplicación 82. La tabla de aplicación 82 puede ser simplemente una
tabla Excel™ de Microsoft o cualquier otro programa de base de
datos. En la tabla de aplicación 82 está guardado un conjunto de
ajuste con valores predefinidos de parámetros de máquina y de ciclo
84 por cada configuración de prioridad 94. Después el operario tiene
la posibilidad de corregir manualmente al menos un subconjunto de
los parámetros de máquina. Los parámetros de máquina 84 se
transfieren al CNC de la máquina herramienta como parámetros
activos de máquina 88 junto con los parámetros de los atributos de
trabajo 86. La elección de la prioridad proporciona varias salidas
de información 90 que se representan visualmente en la pantalla de
información 92, mostrando en particular los valores de objetivo que
pueden esperarse cuando se trabaja con el ajuste de prioridad 94
que asigna el usuario.
El usuario sólo especifica la prioridad relativa
de los valores de objetivo del mecanizado y ordena a la máquina que
incorpore los valores de los parámetros de máquina y elija el
conjunto adecuado de ajuste. Por consiguiente, el uso del sistema
descrito de soporte del operario pudiera ser que no proporcione un
ajuste óptimo, no obstante, el método garantiza un ajuste apropiado
y por tanto buen rendimiento de la máquina, en particular incluso
con personal sin experiencia. La ventaja referente al mejor
aprovechamiento de la capacidad de la máquina herramienta y la
facilidad de uso de la interfaz gráfica de usuario, van acompañadas
por la ventaja de emplearse un tiempo limitado en la operación de
ajuste. Por tanto, el rendimiento de la máquina puede optimizarse
de manera sencilla y estable en procesos específicos de
mecanizado.
La figura 11 muestra posibles objetos de un
proceso de mecanizado y sus relaciones entre sí. Los objetos de
mecanizado y las etapas de mecanizado se definen según un modelo
jerárquico de datos orientado a objetos que se describe en la
Solicitud de Patente alemana con nº de publicación 198 56 098 y cuyo
contenido se incorpora en la presente memoria por referencia. Los
objetos de una máquina herramienta pueden comprender, por ejemplo,
una mesa de fabricación 98, un palé 100 o un grupo de piezas a
trabajar 102, cuyos componentes son piezas a trabajar 104. A los
objetos antes mencionados pueden conectarse objetos adicionales 106
del modelo de datos orientado a objetos, tales como la geometría de
una pieza a trabajar por mecanización o un grupo de trabajos de
mecanizado. A cada objeto pueden asignarse distintas etapas de
mecanizado 108, tales como desbastado, semiacabado, acabado,
superacabado.
En las realizaciones preferidas y usando el
sistema de soporte del operario puede asignarse individualmente un
ajuste individual de los parámetros de máquina y de ciclo a cada
uno de los objetos de la máquina herramienta y a cada etapa simple
de mecanizado. No obstante, el operario puede elegir hasta qué nivel
de detalle quiere adaptar de manera óptima los parámetros de
mecanizado y de ciclo. El modelo jerárquico de datos orientado a
objetos ayuda al operario a realizar esta tarea de modo muy
conveniente. Por ejemplo, el operario puede especificar cierto
conjunto de ajuste para un grupo completo de piezas a trabajar 102
especificando una sola vez un conjunto optimizado de parámetros de
máquina que se aplicará automáticamente a todo el grupo de piezas a
trabajar. Sin embargo, el operario aún puede corregir los ajustes,
por ejemplo para una sola pieza especial a trabajar 104 del grupo de
piezas a trabajar 102. De modo similar puede especificarse cierto
conjunto de ajuste a cada etapa individual de mecanizado 108 de
desbastado, semiacabado, acabado y superacabado, que después pueden
aplicarse a todos los objetos, por ejemplo de cierta mesa 98.
En las realizaciones preferidas también se puede
configurar el sistema de soporte del operario de modo que siga
siendo válido el mismo conjunto de ajuste hasta que se defina un
nuevo conjunto de ajuste, o, al contrario que en esta configuración,
de modo que después de cada etapa de mecanizado se aplique un
conjunto de ajuste por defecto que se adapte mejor a las
necesidades de cierto cliente, a menos que el operario defina una
etapa de ajuste individual.
Un ejemplo típico de aplicación del método y del
sistema de soporte del operario, según la invención, puede
referirse al mecanizado de un molde de inyección de una carcasa de
plástico que comprenda varias pletinas y clavijas. En este ejemplo
el tiempo de mecanizado puede tener poca prioridad, ya que se
dispone de bastante capacidad de mecanizado. Después de colocar
sobre la mesa de la máquina herramienta la pieza a trabajar, se
carga el programa de NC y se ejecuta el sistema de soporte del
operario, solicitando al operario que defina los valores de
prioridad relativos a los valores de objetivo de tiempo de
mecanizado, precisión y acabado superficial para cada una de las
etapas de mecanizado de desbastado, semiacabado y superacabado,
respectivamente. Para la etapa de mecanizado de desbastado puede
ponerse el cursor 54 de la figura 6 cerca de la posición 60 del
triángulo 56 dando alta prioridad al tiempo de mecanizado, es
decir, realizando el desbastado con velocidad máxima. Para el
semiacabado puede situarse el cursor 54 en el medio de los ángulos
58 y 62 del triángulo 56 definiendo una solución intermedia entre
precisión y acabado superficial. Finalmente, respecto al acabado
debería lograse el mejor acabado superficial posible y por
consiguiente se selecciona la prioridad más elevada de acabado
superficial eligiendo el ángulo 62 del triángulo 56.
El operario conoce el peso de la pieza a trabajar
y, por tanto, puede escoger directamente la categoría
correspondiente del peso de la pieza a trabajar del menú 66 de la
figura 6 sin usar un ciclo especial de máquina para determinar el
peso de la pieza a trabajar. Asimismo puede ser conocida la
complejidad del contorno y señalarse como "esquinada" en el
menú 68 de la figura 6 que corresponde al botón central. Después se
aplican los valores de prioridad al conjunto correspondiente de
ajuste y se empieza el mecanizado efectuando ciclos automáticos de
medida antes de y entre las diversas etapas de mecanizado.
Una ventaja de la disposición simple e intuitiva
del sistema de soporte del operario, reside en que el operario puede
realizar el ajuste de los parámetros de máquina en breves
instantes. El cliente obtiene el mejor resultado posible de
mecanizado en un tiempo muy corto de mecanizado, lo cual representa
una ventaja significativa si se compara con un conjunto fijo de
ajuste para todas las etapas de mecanizado.
Claims (26)
1. Un método destinado a ayudar a un operario a
determinar parámetros de máquina optimizados (8) y parámetros de
ciclo de una máquina herramienta fresadora, en el que los
parámetros de máquina y los parámetros de ciclo se usan para
controlar el mecanizado, caracterizado por seleccionar
manualmente valores de prioridad de al menos dos valores de
objetivo mutuamente dependientes (2) que representan las
características de mecanizado, seleccionados del grupo que consiste
en precisión, acabado superficial y tiempo de mecanizado,
seleccionar atributos del trabajo, seleccionados del grupo que
consiste en complejidad, masa inercial y peso de la pieza a
trabajar, y determinar automáticamente parámetros de ciclo y
parámetros de máquina basándose en los valores de prioridad
seleccionados (14, 70).
2. El método de la reivindicación 1, en el que
los parámetros de máquina determinados (8) se aplican
automáticamente a un sistema de control destinado a controlar el
mecanizado.
3. El método de la reivindicación 1 ó 2, en el
que la etapa de determinar automáticamente los parámetros de máquina
(8) comprende aplicar los valores de prioridad seleccionados (14,
70) a los parámetros de máquina (8) usando una base de datos (82),
o un sistema estructurado de ficheros.
4. El método de la reivindicación 3, en el que la
base de datos comprende una tabla predefinida (82).
5. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la etapa de determinar
automáticamente los parámetros de máquina (8) comprende además
determinar automáticamente la activación o no activación de ciclos
de máquina (10) basándose en los valores de prioridad seleccionados
(14, 70).
6. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la selección de los
atributos de trabajo (4) se efectúa manual o automáticamente.
7. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de
representar visualmente los parámetros de máquina determinados (8)
y/o la activación/no-activación determinada de los
ciclos de máquina (10).
8. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de
ajustar opcional y manualmente al menos un subconjunto de los
parámetros de máquina determinados (8).
9. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de
ajustar opcional y manualmente la activación/no- activación
determinada de los ciclos de máquina (10).
10. El método de la reivindicación 9, que
comprende además la etapa de determinar y representar visualmente el
efecto del ajuste manual de los parámetros de máquina (8) sobre los
valores de objetivo (2).
11. El método de la reivindicación 10, que
comprende además la etapa de determinar y representar visualmente el
efecto del ajuste manual de la
activación/no-activación determinada de los ciclos
de máquina (10) sobre los valores de objetivo (2).
12. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que, antes de ejecutar una
operación de mecanizado, el sistema de control verifica si en el
sistema de control se dispone de todos los conjuntos requeridos de
ajuste.
13. El método de la reivindicación 12, en el que
la ayuda del operario relativa a la selección manual de valores de
objetivo, se inicia automáticamente cuando en el sistema de control
no se dispone de uno o varios de los conjuntos requeridos de
ajuste.
14. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el mecanizado se divide en
diversos objetos de mecanizado, tales como una pieza a trabajar
(104), un grupo de piezas a trabajar (102), una geometría, un grupo
de trabajos de mecanizado, y la etapa de seleccionar manualmente
valores de prioridad (14, 70) comprende seleccionar opcionalmente
distintos valores de prioridad (14, 70) de diversos objetos de
mecanizado.
15. El método de la reivindicación 14, en el que
los objetos de mecanizado comprenden etapas de mecanizado (108),
tales como desbastado, semiacabado, acabado o superacabado.
16. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la selección de valores de
objetivo se asigna a herramientas específicas y los conjuntos de
ajuste se llaman durante operaciones de cambio de herramienta.
17. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los valores de objetivo (2)
se eligen del grupo que comprende: precisión, tiempo de mecanizado
y acabado superficial.
18. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los valores de prioridad
(14, 70) se seleccionan entre un número limitado de valores de
prioridad (14, 70).
19. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los valores de prioridad
(14, 70) se seleccionan manualmente usando una interfaz gráfica de
usuario (56, 72).
20. El método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los al menos dos valores de
prioridad (14, 70) se seleccionan mediante una sola acción del
usuario.
21. El método de la reivindicación 20, en el que
la única acción del usuario comprende seleccionar la posición de un
medio de entrada, en el que la posición corresponde a distintos
valores de prioridad (14, 70) de los valores de objetivo (2).
22. El método de la reivindicación 20, en el que
la única acción del usuario comprende mover gráficamente un
indicador (54) dentro de un área (56, 72) representada visualmente,
en la que la posición del indicador (54) corresponde a ciertos
valores de prioridad (14, 70) de los valores de objetivo (2).
23. El método de la reivindicación 20, en el que
la única acción del usuario comprende posicionar gráficamente un
indicador (54) dentro de un área visualizada de un polígono (56,
72), en el que cada vértice del polígono corresponde a un valor de
objetivo (2) y en el que la distancia existente entre el vértice y
la posición del indicador (54) está en correlación con el valor de
prioridad (14, 70) correspondiente.
24. El método de las reivindicaciones 22 ó 23, en
el que el polígono representado visualmente es un triángulo (56) o
un rombo (72).
25. Un sistema de soporte del operario destinado
a ayudar a un operario a determinar parámetros de máquina
optimizados (8) y parámetros de ciclo de una máquina herramienta
fresadora, en el que los parámetros de máquina y los parámetros de
ciclo se usan para controlar el mecanizado, que comprende una
interfaz de usuario para seleccionar valores de prioridad (14, 70)
de al menos dos valores de objetivo mutuamente dependientes (2) que
representan características de mecanizado, seleccionados del grupo
que consiste en precisión de acabado superficial y tiempo de
mecanizado, medios para seleccionar atributos de trabajo del grupo
que consiste en complejidad, masa inercial y peso de la pieza a
trabajar, y medios para determinar automáticamente los parámetros
de máquina y parámetros de ciclo basándose en los valores de
prioridad seleccionados.
26. El sistema de soporte del operario de la
reivindicación 25, en el que se implementa en un puesto de trabajo
de CAM una priorización manual de los valores de objetivo.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES01121306T Expired - Lifetime ES2250278T3 (es) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Un metodo y un sistema de soporte del operario destinados a ayudar a un operario a ajustar parametros de maquina. |
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