ES2267375B2 - Maquina grabadora por control numerico. - Google Patents
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Abstract
Máquina grabadora por control numérico. Pueden grabarse diferentes objetos como pueden ser joyas, placas de metal u otro material, consiguiendo en el grabado el efecto producido por el grabado artesanal con buril, en el que el artesano realiza un movimiento descendente-ascendente del buril en cada inserción realizada en la superficie del cuerpo a grabar, presentando el trazo grabado una trayectoria curvilínea. La máquina grabadora que la invención propone incluye además de los tres ejes (X, Y, Z) o grados de libertad para el movimiento del porta-herramientas, crear dos nuevos ejes complementarios a los ya existentes, referenciados como PT (profundidad del trazo) y SV (seguimiento vector), consiguiendo el mismo tipo de grabado que el conseguido artesanalmente con el buril. El eje PT controla el movimiento de penetración de la herramienta para el trazo curvilíneo durante el recorrido del vector que marca la dirección y el sentido del trazo. El eje SV (seguimiento vector) orienta el corte de la herramienta con el ángulo de ataque correcto para efectuar el grabado.
Description
Máquina grabadora por control numérico.
La presente invención, según lo expresa el
enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una máquina
grabadora por control numérico, con la que se consiguen grabar
diferentes objetos como pueden ser joyas, placas de metal u otro
material, con un efecto de grabado similar al producido por el
grabado artesanal con buril.
En la labor del grabado con buril, el artesano
realiza un movimiento descendente-ascendente del
buril en cada incisión realizada en la superficie del cuerpo a
grabar. El trazo grabado presenta una trayectoria curvilínea o
poligonal abierta de profundidad cero en el origen, máxima en
alguna zona del trazado y cero también en la final o de salida del
mismo.
En el mercado actual se pueden encontrar
máquinas grabadoras manuales y de control numérico. Entre estas
últimas son habituales las conocidas como de dos, dos y medio y
tres ejes, siendo las de tres ejes las más avanzadas. En el caso de
los ejes X, Y, pueden estar constituidas por dos ejes lineales, o
bien, uno lineal y el otro radial.
Las máquinas grabadoras están constituidas por
un cuerpo principal que contiene los ejes necesarios para realizar
el movimiento deseado, controlando a través de un software el
cabezal de la máquina. Este cabezal comprende un husillo
presentando un porta-herramientas para sujeción de
la herramienta de corte.
Los ejes son movidos por motores paso a paso o
servomotores situados en uno de los extremos, siendo gobernados a
su vez, por control numérico y el software relacionado a tal
efecto. Mediante el software se crea el grabado que se desee
realizar y se transmiten las órdenes a la máquina que realizará el
grabado sobre la superficie del objeto.
En las máquinas de tres ejes (X, Y, Z), o de
tres grados de libertad, los ejes X e Y corresponden a los
movimientos longitudinales y transversales que realiza el cabezal
de la máquina, mientras que el eje Z corresponde a la profundidad
del trazado.
Se conocen también máquinas grabadoras con más
de tres ejes, tal como se contempla en la Patente de Invención WO
94/27198 referida a un sistema y método de reproducción
tridimensional de objetos, con un dispositivo para el grabado y
pintado de figuras/formas tridimensionales. A partir de técnicas de
scaneado genera un modelo digital que puede ser reproducido con
máquinas de control numérico con cabezales para herramientas de
grabado e inyectores de tinta. Cuenta con programas específicos
para gobierno del movimiento de cinto ejes o grados de libertad del
cabezal, siendo tres de ellos, los clásicos de traslación (X,Y,Z) y
otros dos adicionales de rotación (\mu, \beta) para controlar
el cabezal.
En esta Patente de Invención citada WO 94/27198
la fresa o herramienta se mantiene perpendicular a la superficie a
trabajar, siendo normalmente giratoria.
Con la presente invención se pretende producir
el mecanizado o grabado de una pieza combinando la variación en la
profundidad del trazado con el seguimiento del vector de dirección
que orienta la herramienta para optimizar el corte y conseguir el
efecto de grabado artesanal con buril.
En líneas generales, la máquina grabadora por
control numérico, objeto de la invención, presenta al igual que
otras de su tipo, una bancada sobre la que puede desplazarse
debidamente guiada una torreta porta-herramientas,
estando el cabezal asistido de tres grados de libertad, o dotado de
tres ejes en los que puede moverse.
Pues bien, la característica básica de la
invención se centra en el hecho de que se incluyen además de estos
tres grados de libertad, dos nuevos ejes que denominaremos PT y
SV, los cuales permiten obtener un tipo de grabado como el
realizado artesanalmente con un buril, ya que posibilitan tanto una
trayectoria curvilínea en profundidad para el corte del material,
como otras compuestas por tramos rectos o mixtos.
Los caracteres tipográficos y/o dibujos que se
deseen grabar, están representados por vectores o su definición
matemática, indicándose de esta forma la posición y longitud de los
mismos, así como la dirección en la que se graban, permitiendo con
estos datos mover los ejes para realizar el trabajo programado.
Los movimientos en el plano X e Y no serán
descritos aquí por ser ya conocidos, pero se utilizarán para el
grabado de la geometría plana del dibujo en la forma habitual.
El eje PT (profundidad del trazo) es un nuevo
eje que se moverá en el plano vertical y permitirá clavar
gradualmente el buril o herramienta de corte, en el material a
medida que la herramienta avanza siguiendo la geometría que se está
grabando, mediante el descenso del mismo, hasta alcanzar la
profundidad de grabado deseada y luego se va retrayendo para ir
sacando paulatinamente la herramienta hacia la superficie del
material y separarse de ella, punto éste que coincidirá con el fin
del vector que se está grabando.
Simultáneamente y de forma interpolada con los
otros ejes, en el momento en que la herramienta ataca el material,
otro eje, al que hemos denominado SV (seguimiento vector),
orientará la herramienta de forma que presente su cara o arista
cortante en la dirección principio-fin del vector,
e irá siguiendo la geometría del mismo, girando la herramienta
adecuadamente y de tal forma que siempre presente su cara cortante
en la dirección que sigue el vector que se está grabando. Para ello
la herramienta contará con medios adecuados de posicionamiento en
la pieza de sujeción en el cabezal de la máquina.
Este eje SV que gira el husillo de la máquina
para orientar la herramienta según el sentido del vector que se
está grabando, podrá estar acoplado al husillo directa o
indirectamente de manera que permitirá, también, girar el mismo a
las revoluciones apropiadas cuando se desee utilizar una
herramienta de corte tradicional, o permanecer detenido en el caso
de querer utilizar una herramienta de diamante para los trabajos en
que no se desee grabar con la herramienta buril.
El quinto eje es un eje Z tradicional, ya sea en
el modo de medio eje que solo baja y sube hasta un plano
determinado o un verdadero eje para tercera dimensión que permite
seguir la forma de la pieza sobre la que se está efectuado el
trabajo.
La herramienta buril que puede ser utilizada
para la máquina por control numérico, ha de poseer una guía de
referencia con el fin de poder alinear su plano de ataque o corte,
con la posición de origen o cero del eje SV, de manera que al
inicializar la máquina se conozca la posición de la misma y pueda
irse orientando de la forma descrita anteriormente.
Con respecto a la forma de la parte cortante de
la herramienta, podrá ser afilada de diferentes maneras: en forma
de triángulo, redonda, trapezoidal, etc., según sea el tipo de
trazo que se desea lograr en el grabado.
Para lograr el movimiento
descendente-ascendente que describe la curva
tridimensional trazada por la interpolación de los ejes al
reproducir cada vector, deberá contemplarse en el programa de
mecanizado la asignación de un valor para el movimiento del eje PT,
debidamente acotado de tal manera que la carga ejercida sobre la
herramienta no sea excedida y permita que ésta corte el material
limpiamente, manteniendo una proporción entre la profundidad y el
largo del vector que se está grabando. En el caso de querer lograr
mayores profundidades, éstas podrán alcanzarse con sucesivas
pasadas ejecutadas incrementando dicha profundidad en cada una.
De esta forma sería posible grabar tipografías
del tipo conocido como True Type, convertidas a curvas, o gráficos
vectoriales de cualquier tipo. Además, se podrán diseñar
tipografías específicas para este sistema de grabado, que permitan
aprovechar al máximo las posibilidades de la máquina.
Estas tipografías diseñadas especialmente serán
tridimensionales e incorporarán en su forma, además del recorrido
en el plano X e Y, los trayectos.
descendentes-ascendentes de los vectores que las
compongan, siendo cada uno de ellos una curva tridimensional para
lograr un óptimo control de la herramienta en el proceso de
grabado.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención y formando parte integrante de esta
memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas
figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha
representado lo siguiente.
Figura 1.- Es un ejemplo del grabado de un trazo
con trayectoria recta, realizado con las máquinas actuales.
Figura 2a.- Muestra en tres posiciones
secuenciales el grabado de un trazo recto con trayectoria
curvilínea en su profundidad obtenido con la máquina grabadora
objeto de la invención.
Figura 2b, 2c y 2d.- Son ejemplos de grabado de
un tramo recto con diferentes trayectorias de incisión en
profundidad, acorde con la invención.
Figura 3.- Es una vista esquemática de una
herramienta de uso convencional y que puede montarse libremente en
la pieza de sujeción del cabezal porta-herramientas,
según la posición b) de esta figura.
Figura 4.- Es una vista esquemática en
perspectiva, del recorrido de la herramienta para efectuar grabados
de trayectoria curvilínea en profundidad, acorde con la invención,
según los diferentes vectores del trazado.
Figura 5a.- Es un esquema del grabado acorde con
la invención, de una letra "A" de trazos rectos según tres
vectores que totalizan su contorno.
Figura 5b.- Es un esquema de grabado acorde con
la invención, de una letra "A" de rasgos curvos, formada por
cinco vectores.
Figura 6 . - Es una vista esquemática en
perspectiva de una máquina grabadora por control numérico, acorde
con la invención y en la que se indican con flechas las
direcciones de los diferentes ejes o grados de libertad del
cabezal.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras y en especial a la figura 1, vemos una pieza (1) que
posee un grabado según un trazo de trayectoria recta (2), tal como
se realiza mediante las máquinas actuales, teniendo una profundidad
constante en toda su longitud. No tiene por tanto el efecto de
grabado con buril que se persigue con la invención.
En la figura 2a puede observarse en tres
posiciones a), b) y c) respectivas fases del grabado con la
herramienta (3) de un trazo recto con profundidad curvilínea (4) y
simétrico, practicado en la pieza (1). En la posición a) se inicia
el grabado del vector, avanzando la herramienta (3) en la dirección
del vector y a la vez se produce la penetración para lograr la
forma curvilínea del trazado, hasta su profundidad máxima en que el
avance continúa y la herramienta (3) se retira progresivamente,
como se observa en la posición b). En la posición c) la herramienta
(3) ya ha llegado al final del vector grabado.
En la figura 2b se observa un grabado de
trayectoria curvilínea en profundidad y en el que el punto de
máxima profundidad no coincide en la mitad del trazo. El perfil
del vector trazado puede ser quebrado o poligonal (figura 2c), o
mixto como se ve en la figura 2d.
En la figura 3, posición a) se muestra
esquemáticamente una herramienta (5) que puede montarse libremente
en cualquier posición en la pieza de sujeción (6) del cabezal de la
máquina grabadora, pudiendo quedar encarada de cualquier
manera.
En la figura 4, se observa una herramienta
especial (7) empleada para lograr el tipo de grabado acorde con la
invención, la cual tiene superiormente, es decir, en su extremo de
conexión a la pieza (6) de sujeción en el cabezal de la máquina y
en este ejemplo de realización, un fresado (8) que marca la
posición inicial correcta para atacar debidamente a la pieza (1) a
grabar, en la dirección del vector. En la parte izquierda de la
figura 4 se muestra un trazo según un vector que se inicia en el
punto de origen (9) y finaliza en la cabeza de flecha (10). De este
vector parten otros dos de mayor longitud referenciados con (11) y
puede verse que presentan un trazo recto de profundidad curvilínea
acorde con la invención. En la parte derecha de esta figura 4 se
observa cómo el grabado incluye además otros dos vectores (12) y
(13).
La herramienta (7) de esta figura 4 tiene
distinta orientación dependiendo del sentido del vector cuyo
trazado está ejecutando. El sentido de giro se marca con la flecha
curvilínea (14).
En la figura 5a se observa cómo para el grabado
de la letra "A" se efectuarán tres vectores y es necesario
cambiar la orientación de la herramienta para realizarlos.
En la figura 5b se muestra el grabado de una
"A" cursiva mediante cinco trazos vectoriales curvos.
En la figura 6 se observa una vista esquemática
de la máquina grabadora por control numérico, acorde con la
invención, en la que se han creado los des nuevos ejes
complementarios a los ya existentes, que permitirán obtener el
efecto de grabado conseguido artesanalmente con un buril, efecto
éste que no puede conseguirse mediante las máquinas actuales. Uno
de los dos nuevos ejes definidos anteriormente como PT (profundidad
del trazo) consigue variar la penetración de la herramienta (7)
mediante el bloque (15) vinculado al husillo
porta-herramientas (16), el cual se desplaza
verticalmente en las guías (17). El otro eje al que hemos
denominado SV (seguimiento vector) posibilita el giro del husillo
para orientar la herramienta (7), tal y como lo muestra la flecha
anular (14).
El desplazamiento vertical de la herramienta (7)
de penetración progresiva hasta alcanzar la máxima profundidad y
el retroceso de la misma hasta finalizar dicho trazo, es
independiente del movimiento vertical que pueda tener el cabezal
según el eje "Z" que se consigue por deslizamiento del bloque
(18) en las guías (19).
La razón por la que se ha incorporado el eje SV
es porque solamente una de las caras que constituye el extremo
activo de la herramienta (7) será la cortante y mantendrá dicha
cara cortante encarada en el sentido del vector.
Con la máquina grabadora que la invención
propone se podrán seguir grabando tipografías del tipo True Type
(microsoft), Portscript (adobe), figuras de cualquier tipo
(gráficos vectoriales), incluso se podrían diseñar tipografías
específicas para este nuevo sistema de grabado.
Claims (6)
1. Máquina grabadora por control numérico, de
aplicación al grabado de objetos (joyas, placas de metal, etc.),
contando con un cabezal porta-herramientas asistido
de movimientos en los tres ejes X, Y y Z que definen tres grados de
libertad gobernados por control numérico, y asistido además de
otros dos movimientos en dos ejes o grados de libertad gobernados
igualmente por control numérico, caracterizada porque uno de
estos otros dos movimientos es un movimiento de avance progresivo
de penetración y ulterior retroceso de la herramienta en el objeto
a grabar, en cada tramo del trazado, siguiendo un eje (PT) que
define la profundidad de trazado, mediante un bloque (15) vinculado
al husillo (16) del cabezal que se desplaza verticalmente en guías
(17) diferentes de las que permiten el desplazamiento vertical
según el eje Z; siendo el segundo de estos otros dos movimientos un
movimiento de giro de orientación de la herramienta durante la
trayectoria en cada tramo del trazado definiendo un eje (SV) que
realiza un seguimiento del vector que define la dirección y sentido
del trazado para mantener siempre el mismo ángulo de ataque,
permitiendo obtener así un grabado de tipo
artesanal con buril.
artesanal con buril.
2. Máquina grabadora por control numérico, según
reivindicación 1, caracterizada porque los ejes o grados de
libertad son movidos por motores paro a paso o servomotores.
3. Máquina grabadora por control numérico, según
reivindicación 2, caracterizada porque los motores son
gobernados por control numérico y programas relacionados a tal
efecto.
4. Máquina grabadora por control numérico, según
reivindicación 1, caracterizada porque el eje SV está
acoplado directa o indirectamente al husillo (16) del cabezal de la
máquina.
5. Máquina grabadora por control numérico, según
reivindicación 1, caracterizada porque la herramienta buril
(7) incluye medios de posicionamiento (8) en el
porta-herramientas (6) o cabezal, para poder
alinear su plano de ataque o corte, con la posición de origen o
cero del eje SV y ser orientada durante el trabajo.
6. Maquina grabadora por control numérico, según
reivindicación 5, caracterizada porque los medios de
posicionamiento (8) están definidos por un fresado en el extremo de
anclaje al porta-herramientas (6).
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