ES2251627T3 - Dispositivo de control de desgaste y/o de rotura de herramienta para maquina-herramienta. - Google Patents
Dispositivo de control de desgaste y/o de rotura de herramienta para maquina-herramienta.Info
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Abstract
Dispositivo de control de desgaste y/o de rotura de herramienta para máquina-herramienta que dispone de un módulo de mando (B) y un sistema de regulación (A) de un motor de accionamiento (M) de la herramienta. Dicho dispositivo que incluye, en un módulo único (E) totalmente atravesado por las tres fases de alimentación del motor (M), todos los componentes necesarios capaces de medir la potencia activa y/o las corrientes activas absorbidas por el motor, se caracteriza porque integra medios de control digital de desgaste, de ausencia y de rotura de herramienta utilizando simultáneamente la potencia, la energía (integral de la potencia) y la derivada de la potencia, con el fin de detectar, en comparación con una curva de referencia establecida durante un primer mecanizado efectuado por la herramienta, cualquier defecto (rotura de herramienta, ausencia de herramienta, mal posicionamiento de la pieza o fallo de la máquina) sobre cualquier tipo de mecanizado, particularmente los mecanizados convarias herramientas sobre un mismo motor, el torneado o los mecanizados de las piezas brutas.
Description
Dispositivo de control de desgaste y/o de rotura
de herramienta para máquina-herramienta.
La invención se refiere al sector técnico de los
medios de medida de los parámetros de una red trifásica,
particularmente la tensión, la corriente, el desfase y la
frecuencia, teniendo como objetivo calcular las magnitudes físicas
características, tales como la potencia activa, la energía, el par
eléctrico, las corrientes activas, las corrientes reactivas,
etc.
Se ha considerado especialmente importante poder
medir estos diferentes parámetros, de modo independiente para
calcular, en consecuencia, la fórmula que se desee en combinación
con un programa apropiado u otro.
Una solución ventajosa que permite resolver el
problema se deduce de la descripción de la patente FR 2.531.077
que se refiere a un dispositivo de medida de los parámetros de una
red trifásica que incluye particularmente medios apropiados para
medir la corriente en al menos una de las fases de la red y medios
apropiados para medir las tensiones compuestas para recrear un
neutro artificial con el fin de obtener las tres tensiones
simples.
Este dispositivo de medida tiene una aplicación
particularmente ventajosa para el control del desgaste y/o de la
rotura de una herramienta de una máquina-herramienta
con motor trifásico síncrono o asíncrono particularmente. Este
dispositivo utiliza la medida de la potencia y de la energía
absorbidas por el motor de accionamiento del mandril
porta-herramientas con el fin de conocer el estado
de las herramientas. En efecto, se ha comprobado que cuando se han
realizado, por ejemplo, dos mecanizados en las mismas condiciones
con herramientas idénticas, la energía absorbida es la misma. Por
el contrario, un desgaste de las herramientas origina un aumento de
la energía. Durante un ciclo de aprendizaje, el dispositivo
memoriza la potencia instantánea. Durante los ciclos de trabajo,
el dispositivo mide y calcula la potencia y la energía en tiempo
real y las compara con las absorbidas durante la fase de
aprendizaje. Si la potencia o la energía absorbida en ciclo de
trabajo es superior a la potencia o la energía memorizada, con un
coeficiente determinado, esto significa que el dispositivo detecta
un desgaste o una rotura de la herramienta.
Según el estado anterior de la técnica, este
dispositivo de control de desgaste y de rotura de herramienta, es
independiente de los otros elementos o módulos necesarios para el
accionamiento o la regulación del motor y para la medida de ciertos
parámetros eléctricos.
Por ejemplo, en la forma de realización
representada en la figura 1, el motor (M) está conectado a la red
trifásica (R) por medio de un módulo (A) que, de modo perfectamente
conocido para un experto en la materia, presenta cualquier sistema
de regulación como un variador de velocidad, convertidor de
frecuencia, etc. Este módulo de regulación está supeditado también
a un módulo de mando digital (B) o a cualquier otro elemento como
un autómata a través de un enlace analógico o un bus digital (a). A
la salida del módulo (A), las tres fases de la red son conectadas
a un sistema (CA), sensor de las medidas eléctricas (potencia,
corriente, etc.) El sensor de medidas eléctricas (CA), a través de
un enlace analógico o un bus digital (b), va conectado al
dispositivo de control de desgaste y de rotura de la herramienta
como tal (D). El módulo (D) va conectado al módulo de mando (B)
por una conexión cableada o un bus de campo (c).
En la figura 2, que muestra otra forma de
realización según la técnica anterior, el sensor de medida
eléctrica (CA) ya no está aislado, sino integrado en el módulo de
regulación del motor. Por el contrario, el módulo (D) relativo al
dispositivo de control y de rotura de la herramienta, sigue siendo
independiente.
La patente EP 0969340 se propone realizar la
detección del estado crítico de una herramienta sin que sea
necesaria ninguna curva de aprendizaje o de calibrado para el
funcionamiento. Con este fin, se mide la diferencia entre la media
de la corriente calculada en los últimos momentos (valor de consigna
dinámica) y el valor instantáneo de la corriente. Esta diferencia
así establecida se compara entonces con un valor fijo (valor de
consigna) para detectar el estado críti-
co.
co.
A partir de esta técnica, los problemas que trata
de resolver la invención son simplificar la instalación y el
cableado, reducir el espacio necesario para un sistema de control de
desgaste y/o de rotura de herramienta en el armario eléctrico, y
eliminar los inconvenientes relacionados con la transmisión de
medidas entre el sensor y el dispositivo de control. En estas
condiciones, se puede aumentar la fiabilidad, la rapidez y la
precisión del conjunto constituido por un autómata, un controlador
de desgaste y de rotura de la herramienta y un sistema de medida
eléctrica, permitiendo que el autómata de control pueda conectarse
directamente al sistema único: medida eléctrica y controlador de
desgaste y/o de rotura de la herramienta.
Para resolver estos problemas, se ha diseñado y
puesto a punto un dispositivo de control de desgaste y de rotura
de herramienta para máquina-herramienta, que lleva
un módulo de mando y un sistema de regulación de un motor de
accionamiento de la herramienta, comprendiendo dicho dispositivo un
módulo único atravesado totalmente por las tres fases de
alimentación del motor, todos los componentes necesarios apropiados
para medir la potencia activa y/o las corrientes activas absorbidas
por el motor.
Según la invención, el dispositivo integra medios
de control digital de desgaste, de ausencia y de rotura de
herramienta utilizando simultáneamente la potencia, la energía
(integral de la potencia) y la derivada de la potencia, con el fin
de detectar, en comparación con la curva de referencia establecida
durante un primer mecanizado efectuado por la herramienta,
cualquier defecto (rotura de herramienta, ausencia de herramienta,
mal posicionamiento de la pieza o fallo de la máquina) en cualquier
tipo de mecanizado, particularmente los mecanizados con varias
herramientas en un mismo motor, el torneado y los mecanizados de
piezas brutas.
Estas características permiten detectar todos los
casos de desgaste, de rotura de herramienta o de ausencia de
herramienta.
Teniendo en cuenta la integración de la medida de
las magnitudes eléctricas, y del control de desgaste y de rotura
de la herramienta, es importante que la presencia de las señales de
potencia en la medida, no perturbe el resto, con objeto de reducir
cualquier riesgo de fallo de funcionamiento que pueda originarse
por tal compacidad.
Para resolver el problema, el módulo de medidas
eléctricas y el medio de control digital del desgaste y de rotura
de la herramienta, tienen un aislamiento galvánico y/o
electromagnético.
A partir del concepto base de la invención, que
es poder integrar al máximo diferentes funciones:
- o bien el sistema de regulación del motor de
accionamiento de la herramienta y el módulo de medidas eléctricas
y de control del desgaste y de la rotura de la herramienta, se
integran en un mismo conjun-
to;
to;
- o bien el módulo de mando y el módulo de
medidas eléctricas y de control del desgaste y de rotura de la
herramienta, se integran en un mismo conjunto,
- o bien el módulo de mando, el sistema de
regulación del motor de accionamiento de la herramienta y el módulo
de medidas eléctricas y de control del desgaste y de la rotura de
la herramienta se integran en un mismo conjunto.
La invención se expone a continuación con más
detalle con ayuda de las figuras adjuntas en las
que:
que:
- la figura 1 es una presentación sinóptica que
muestra el mando, el control y la medida de las magnitudes
eléctricas de un motor según la técnica anterior;
- la figura 2 es una vista parecida a la de la
figura 1 que muestra otra solución según la técnica ante-
rior;
rior;
- la figura 3 es una presentación sinóptica que
muestra el mando, el control y la medida de ciertas magnitudes
eléctricas de un motor según una característica básica del
dispositivo de la invención;
- la figura 4 muestra particularmente el módulo
único que permite detectar el desgaste y/o la rotura de
herramientas de un mandril de máquina-herramienta,
por ejemplo.
Como muestra la figura 1, el dispositivo según la
invención incluye un módulo (A) que constituye el sistema de
regulación del motor (M) integrando, por ejemplo, un variador de
velocidad, un convertidor de frecuencia, etc. El motor (M)
constituye, por ejemplo, el motor de accionamiento de un mandril de
máquina-herramienta.
Como se ha indicado y es sabido, este módulo (A)
está supeditado al módulo (B) de control digital o u otro sistema
de control como un autómata programable. La conexión entre los
módulos (A) y (B) se efectúa por un bus digital o un enlace
analógico (a).
Según la invención, a la salida del módulo (A),
la red trifásica (R) de alimentación del motor (M) es interceptada
por un módulo (E) que integra un medio de medida de las magnitudes
eléctricas (CA) (potencia, corriente, etc.) y un medio digital de
control del desgaste y de la rotura de la herramienta (D) en
comparación con una curva de potencia de aprendizaje establecida
durante una primera operación efectuada por una herramienta
accionada por el motor (M).
El módulo (E) está conectado al módulo de mando
(B) por un bus de campo o una unión cableada (c).
De ello es resultante una integración en el
módulo (E) de las funciones de medida de las magnitudes eléctricas
y de control digital de desgaste y de rotura de la herramienta.
Teniendo en cuenta esta integración, ha sido
necesario resolver el problema planteado de evitar que la presencia
de las señales trifásicas de potencia de regulación del motor,
perturbe la función de control. Con este fin, el sistema (CA) que
permite efectuar las medidas y digitalizarlas se ha concebido en
dos partes (CA1) y (CA2) con aislamiento galvánico entre
sí (g).
sí (g).
- La obtención (CA1) de las magnitudes analógicas
de corrientes y tensiones por dispositivos adecuados como por
ejemplo shunts para las corrientes y puentes de resistencias para
las tensiones.
- la amplificación, la conformación y la
digitalización de las señales (CA2) con vistas a su explotación
para el control de desgaste y de rotura de la herramienta.
Al estar aisladas de la red trifásica de potencia
las señales eléctricas digitalizadas por aislamiento galvánico,
las únicas perturbaciones que puede recibir el control digital de
desgaste y de rotura de herramienta (D), son de origen
electromagnético y creadas por las fuertes variaciones de corriente
que pueden surgir durante la regulación del motor. Para evitar
esto, se han previsto dos métodos:
- Se ha insertado una pantalla electromagnética
(e) entre el módulo de medida (CA) y el control (D);
- La utilización de un microcontrolador en lugar
de un microprocesador inmuniza el sistema a las perturbaciones
electromagnéticas. Esto es debido al hecho de la integración del
procesador, de la memoria del programa y de la pila de usuario en
el mismo componente electrónico.
A partir de este concepto básico, los módulos (A)
y (E) pueden integrarse en un mismo conjunto. Lo mismo sucede en
lo relativo a los módulos (B) y (E) que pueden integrarse en un
mismo conjunto. Finalmente, según otra forma de realización, para
una integración total, los módulos (A), (B) y (E) son integrados en
un mismo conjunto.
La supresión de cualquier elemento entre la parte
medida y tratamiento (de tipo red informática, unión cableada,
etc.) aumenta la calidad de las medidas de potencia y/o de corriente
(velocidad de muestreo aumentada, supresión de las corrientes
parásitas de transmisión, etc.).
Con esta ventaja, se puede utilizar otra magnitud
física: la derivada de la potencia y/o de la corriente.
Hasta ahora, los controles de desgaste y de
rotura de herramienta detectan el desgaste y la ausencia de
herramienta por la medida de la energía y la rotura y la ausencia
de herramienta por la medida de poten-
cia.
cia.
Sin embargo, el control de las herramientas de
plaquitas (fresa, escariador) o de cabezales
multi-herramientas (10 brocas accionadas por el
mismo motor) que utilizan únicamente la energía y la potencia, no
es suficientemente fiable para detectar la rotura de una plaquita o
de una herramienta.
La combinación simultánea del control de la
potencia, la energía y la derivada mejora considerablemente la
detección de desgaste y/o de rotura de herramienta.
La ventaja de la derivada es de destacar sobre
todo para el escariado con herramienta compleja, el taladrado y el
roscado con cabezal multi-herramientas que son
operaciones en las que la rotura de una herramienta sólo provoca
una débil variación de la potencia. Esta ventaja es destacable
también en el caso del fresado o del torneado en piezas brutas,
cuya amplitud de la potencia absorbida varía mucho de una pieza a
otra. El control derivado utilizado, amplía las pequeñas
variaciones rápidas de la potencia (rotura de una sola plaquita en
una fresa, rotura de una herramienta en un cabezal
multi-herramientas, etc.) y elimina las variaciones
debidas a las diferencias de las piezas en bruto. La derivada
permite de este modo una detección fiable de la rotura de
herramientas o de plaquitas en estos mecanizados.
Por el contrario, la utilización de la derivada
con uno sólo de los otros dos controles (potencia o energía) no es
suficiente para detectar todos los casos de desgaste, de rotura o de
ausencia. Solamente la combinación de los tres controles
simultáneamente asegura la fiabilidad de las detecciones.
Las ventajas se deducen de la descripción.
Claims (5)
1. Dispositivo de control de desgaste y/o de
rotura de herramienta para máquina- herramienta que dispone de un
módulo de mando (B) y un sistema de regulación (A) de un motor de
accionamiento (M) de la herramienta. Dicho dispositivo que incluye,
en un módulo único (E) totalmente atravesado por las tres fases de
alimentación del motor (M), todos los componentes necesarios
capaces de medir la potencia activa y/o las corrientes activas
absorbidas por el motor,
se caracteriza porque integra medios de
control digital de desgaste, de ausencia y de rotura de herramienta
utilizando simultáneamente la potencia, la energía (integral de la
potencia) y la derivada de la potencia, con el fin de detectar, en
comparación con una curva de referencia establecida durante un
primer mecanizado efectuado por la herramienta, cualquier defecto
(rotura de herramienta, ausencia de herramienta, mal
posicionamiento de la pieza o fallo de la máquina) sobre cualquier
tipo de mecanizado, particularmente los mecanizados con varias
herramientas sobre un mismo motor, el torneado o los mecanizados de
las piezas brutas.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque en el módulo (E), las medidas
eléctricas y el medio de control del desgaste y de la rotura de la
herramienta tienen un aislamiento galvánico o electromagnético.
3. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque el sistema de regulación (A) del motor
de accionamiento de la herramienta y el módulo (E) de medida
eléctrica y de control del desgaste y de la rotura de la
herramienta están integrados en un mismo conjunto.
4. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque el módulo de mando (B) y el módulo (E)
de medida eléctrica y de control del desgaste y de la rotura de la
herramienta, están integrados en un mismo conjunto.
5. Dispositivo según la reivindicación 1
caracterizado porque el módulo de mando (B), el sistema de
regulación (A) del motor de accionamiento de la herramienta y el
módulo (E) de medida eléctrica y de control del desgaste y de la
rotura de la herramienta están integrados en un mismo conjunto.
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