ES2274090T3 - Procedimiento de control de trayectoria. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para un control continuo en el cual en el paso (A) de un control numérico (5) se especifican por lo menos dos tolerancias globales, en el paso (B) de un control numérico (5) se especifica una trayectoria de la herramienta (1) con puntos de apoyo (Pn), en los cuales están situados, respectivamente, los vértices de la trayectoria de la herramienta (1) que no sean diferenciables de forma continua, y donde en el paso (C), una unidad de asignación de tolerancias (6) asigna a cada uno de los vértices en un punto de apoyo (Pn) una de las tolerancias establecidas en el paso (A).
Description
Procedimiento de control de trayectoria.
La invención se refiere a un procedimiento para
el control continuo conforme al preámbulo de la reivindicación
1.
En las modernas máquinas herramienta se emplean
controles numéricos (NCs) para controlar el posicionamiento y el
movimiento de las herramientas con relación a una pieza. Para
mecanizar una pieza de acuerdo con una especificación es necesario
desplazar la herramienta con relación a la pieza sobre unas
trayectorias previamente determinadas. Por eso se habla también de
un control continuo. La determinación de las trayectorias deseadas
se realiza en un programa pieza que es procesado por el control
numérico. Al hacerlo, el control numérico convierte las
instrucciones geométricas del programa pieza en instrucciones para
regular la posición de los diferentes ejes de la máquina
herramienta.
Para generar el programa pieza se emplean hoy
día con frecuencia sistemas CAD/CAM, que a partir de una geometría
predeterminada del cuerpo que se trata de realizar y teniendo en
cuenta, por ejemplo, el radio de la herramienta calculan las
trayectorias de la herramienta. Las superficies curvadas del cuerpo
que se trata de obtener, diferenciables de forma continua, se
obtienen mediante curvas de la trayectoria de la herramienta,
curvadas y diferenciables de forma continua. Éstas se aproximan
mediante trayectos poligonales, cuyos tramos incluyen vértices que
no son diferenciables de forma continua. Naturalmente el programador
también puede realizar directamente estos programas pieza, ahora
bien esto a menudo resulta muy laborioso.
En el programa pieza se determina por lo tanto
el mecanizado de la pieza mediante la especificación de la
trayectoria de la herramienta. Si se observa esta trayectoria de la
herramienta con mayor detalle, los vértices determinados por los
tramos de la trayectoria poligonal se pueden clasificar en dos
categorías. En primer lugar hay unos vértices cuyas dimensiones
exactas son especialmente importantes para el posterior
funcionamiento de la pieza, ya que por medio de estos vértices se
definen los cantos de la pieza. Pero también hay vértices que
sirven únicamente como aproximación para curvas curvadas y
diferenciables de forma continua. Generalmente no es tan importante
cumplir con las dimensiones exactas al procesar estos vértices.
Redondear estos vértices evita incluso las facetas que se forman
debido a la aproximación de la superficie realmente lisa, por medio
de un tramo
poligonal.
poligonal.
Dado que una máquina herramienta está sujeta a
determinadas limitaciones en cuanto a la aceleración máxima (y
también a la variación máxima) en la aceleración de sus ejes de
movimiento, no se puede recorrer con exactitud un vértice previsto
en el programa pieza entre dos tramos de la trayectoria de la
herramienta con una velocidad finita ya que para ello se
necesitaría una aceleración infinita. La velocidad máxima mediante
la cual se puede pasar por un vértice depende por lo tanto de la
tolerancia máxima admisible con la que la trayectoria real de la
herramienta puede diferir de la trayectoria ideal de la herramienta.
Cuanto mayor sea esta tolerancia tanto mayor es la velocidad
posible. Un vértice establecido en el programa pieza se va por lo
tanto redondeando cada vez más a medida que aumenta la velocidad.
En cambio, las trayectorias se pueden mecanizar con una precisión
que depende únicamente de la calidad del sistema de accionamiento
regulado.
En un control continuo de tipo convencional se
puede establecer una tolerancia de vértices global que actúe para
todos los vértices de la trayectoria de la herramienta, y que junto
con los parámetros citados de máxima aceleración y máxima variación
de la aceleración, así como el ángulo de variación de la dirección
desde un tramo de la trayectoria de la herramienta al tramo
siguiente determina la velocidad máxima admisible en la zona del
vértice.
La patente EP 0864952 A1 describe un
procedimiento para mecanizar una pieza con velocidad de mecanizado
máxima, donde se tiene en cuenta la tolerancia máxima admisible.
Aquí existe la posibilidad de especificar diferentes tolerancias
para diferentes zonas de la trayectoria de la herramienta. Sin
embargo, resulta muy laborioso al programar una trayectoria de la
herramienta indicar antes de cada vértice, que conduzca a un canto
del contorno de la pieza, una tolerancia más pequeña (tolerancia de
cantos) y luego, para la zona siguiente, nuevamente una tolerancia
mayor (tolerancia de curvas), si con los vértices programados
únicamente se asemeja mediante un trayecto poligonal una curva
diferenciable de forma continua. Por este motivo, generalmente para
el procesamiento de un trayecto poligonal sólo se ajusta una única
tolerancia, que es la más pequeña de las dos tolerancias.
Esto da lugar a que las trayectorias que no
tengan vértices diferenciables de forma continua se mecanicen
siempre con la tolerancia de cantos y en aquellas zonas en las que
realmente se permitiría la tolerancia de curvas mayor se mecanicen
los vértices con una velocidad demasiado baja. Por lo tanto resulta
un tiempo de mecanizado de la pieza innecesariamente
largo.
largo.
La WO 98/41910 A1 describe un procedimiento en
el cual solamente se especifica de forma global un único valor de
tolerancia. Un paso del programa de control determina por cálculo y
para cada uno de los vértices que no sean diferenciables de forma
continua un valor de tolerancia individual en función del único
valor de tolerancia especificado globalmente.
Por lo tanto es objetivo de la invención
describir un procedimiento para el control continuo que con un
trabajo reducido permita calcular unas velocidades de mecanizado
optimizadas para la trayectoria de la herramienta.
Este objetivo se resuelve mediante un
procedimiento conforme a la reivindicación 1. Los detalles
ventajosos del procedimiento resultan de las reivindicaciones
dependientes de la reivindicación 1.
Se propone ahora especificarle a un control
numérico por lo menos dos tolerancias de efecto global para los
vértices de una trayectoria de herramienta programada. Una
tolerancia de cantos menor deberá ser válida en todos aquellos
vértices que den lugar a cantos en el contorno de la pieza, y una
tolerancia de curvas mayor debe ser aplicable en todos aquellos
vértices que han sido formados por la descrita aproximación de la
trayectoria de la herramienta a una curva, con una curvatura
diferenciable de forma continua, por ejemplo, para la programación
mediante un sistema CAD/CAM. Para aquellos vértices que no se
encuentren dentro de la pieza se puede especificar una tolerancia
de posicionamiento más vasta.
La trayectoria de herramienta programada se
analiza mediante una unidad de asignación de tolerancias. La unidad
de asignación de tolerancias decide para cada uno de los vértices
previstos en la trayectoria de la herramienta si debido a este
vértice se forma un canto en el contorno de la pieza o si este
vértice únicamente se ha formado por la aproximación a una
trayectoria curvada y diferenciable de forma continua, por medio de
un tramo poligonal. En el primero de los casos se emplea entonces
para el mecanizado del vértice y, por lo tanto, para el cálculo de
la velocidad de traslación permitida, la tolerancia de cantos,
mientras que en el segundo caso se tiene en cuenta para ello la
tolerancia de curvas.
Después de esta decisión adoptada por la unidad
de asignación de tolerancias, el control numérico puede determinar
en cada caso la velocidad máxima para el mecanizado de cada vértice.
Para esto solamente es necesario especificar una sola vez la
tolerancia de cantos y la tolerancia de curvas en el control
continuo, bien al inicio del programa pieza o como parámetros de
configuración. Para ello se deberán prever en el control numérico
las posibilidades de introducción correspondientes. Pero también
existe la posibilidad de especificar una de las dos tolerancias así
como un factor que sea necesario aplicar a esta tolerancia para
obtener la otra tolerancia respectiva.
Otras ventajas y detalles de la presente
invención se deducen de la siguiente descripción, sirviéndose de
las figuras. Éstas muestran:
Figura 1 un ejemplo de una trayectoria de
herramienta especificada;
Figura 2 un procedimiento para el
tratamiento de esta trayectoria de la herramienta;
Figura 3 detalle de una trayectoria de
herramienta predeterminada.
La figura 1 muestra una trayectoria de
herramienta 1, que viene determinada por los puntos de apoyo
P1 - P11. Debido a esta trayectoria de herramienta 1, la pieza 2 adopta en sección transversal la forma de un rectángulo P1 - P9 - P10 - P11, en cuyo lado P1 - P9 presenta un rebaje semicircular P2 - P8. El semicírculo P2 - P8 está aproximado por un tramo poligonal que tiene sus vértices en P2, P3, P4, P5, P6, P7 y P8. Los vértices en P3, P4, P5, P6 y P7 se pueden mecanizar manteniendo una tolerancia de curvas mayor, mientras que los vértices en P2, P8, P9, P10 y P11 dan lugar a cantos en la pieza 2 y, por lo tanto, es necesario tratarlos con la tolerancia de cantos. En P1 no es necesario especificar una tolerancia ya que el canto en P1 es atacado horizontalmente por la pieza 3 y puede salirse de él verticalmente y, por lo tanto, no es necesario mecanizar ningún vértice en P1.
P1 - P11. Debido a esta trayectoria de herramienta 1, la pieza 2 adopta en sección transversal la forma de un rectángulo P1 - P9 - P10 - P11, en cuyo lado P1 - P9 presenta un rebaje semicircular P2 - P8. El semicírculo P2 - P8 está aproximado por un tramo poligonal que tiene sus vértices en P2, P3, P4, P5, P6, P7 y P8. Los vértices en P3, P4, P5, P6 y P7 se pueden mecanizar manteniendo una tolerancia de curvas mayor, mientras que los vértices en P2, P8, P9, P10 y P11 dan lugar a cantos en la pieza 2 y, por lo tanto, es necesario tratarlos con la tolerancia de cantos. En P1 no es necesario especificar una tolerancia ya que el canto en P1 es atacado horizontalmente por la pieza 3 y puede salirse de él verticalmente y, por lo tanto, no es necesario mecanizar ningún vértice en P1.
En la figura 2 se trata de describir un
procedimiento para el control de la trayectoria de la herramienta
1.
En el paso A se le especifican al control
numérico la tolerancia de cantos y la tolerancia de curvas,
independientes entre sí, a través de las respectivas posibilidades
de introducción. Esto tan solo hay que hacerlo una sola vez y puede
efectuarse bien sea en el programa pieza o directamente en el mismo
control numérico. Las tolerancias se almacenan, por ejemplo, en una
memoria 7 del control numérico 5 y son de aplicación global. Para la
tolerancia de cantos se elige un valor menor que para la tolerancia
de curvas. Un valor típico para la tolerancia de cantos podría
ser
10 \mum, mientras que una tolerancia de curvas razonable podría ser mayor en un factor 2, y sería entonces por ejemplo de 20 \mum.
10 \mum, mientras que una tolerancia de curvas razonable podría ser mayor en un factor 2, y sería entonces por ejemplo de 20 \mum.
En el paso B se le especifica al control
numérico 5 la trayectoria de herramienta que ha de recorrer la
herramienta 3, generalmente en forma de un programa pieza que
también se almacena en la memoria 7 del control numérico 5. En el
ejemplo de la figura 1, el programa pieza describe una trayectoria
de herramienta 1 sirviéndose de los puntos de apoyo P1 - P11, que
están unidos entre sí, por ejemplo, mediante tramos lineales,
formando de esta manera un tramo poligonal. Se forman unos vértices
no diferenciables de forma continua en los puntos de apoyo P2 -
P11.
En el paso C, una unidad de asignación de
tolerancias 6 analiza los vértices en los puntos de apoyo P2 - P11
sirviéndose de criterios que se describirán más adelante. Para esto
es necesario decidir si el vértice respectivo da lugar a un canto
en la pieza o si el vértice sirve únicamente para la aproximación de
una curva curvada y diferenciable de forma continua. A cada uno de
los vértices en los puntos de apoyo
P2 - P11 de la trayectoria de la herramienta 1, la unidad de asignación de tolerancia 6 le asigna, en el primer caso, la tolerancia de cantos y en el segundo caso la tolerancia de curvas.
P2 - P11 de la trayectoria de la herramienta 1, la unidad de asignación de tolerancia 6 le asigna, en el primer caso, la tolerancia de cantos y en el segundo caso la tolerancia de curvas.
En el paso D, el control numérico 5 le indica a
la máquina herramienta 4 que procese la trayectoria de herramienta
especificada 1, calculando para ello, para cada uno de los vértices
en P2 - P11 la velocidad máxima posible en cada caso, que permita
cumplir las tolerancias válidas para estos vértices.
El orden de los pasos descritos naturalmente no
tiene por qué seguir el orden de su descripción. Lo importante es
únicamente que en el momento del mecanizado de un vértice en P2 -
P11 la unidad de asignación de tolerancias 6 ya haya adoptado la
decisión relativa a la tolerancia que se tenga que aplicar y que,
por lo tanto, se pueda establecer la velocidad óptima para el
mecanizado. Esto ha de hacerse teniendo en cuenta el hecho de que al
recorrer un vértice que no sea diferenciable de forma continua,
utilizando una velocidad finita, debido a la limitación causada por
la aceleración máxima posible y por la variación de aceleración
máxima posible se producen forzosamente unas desviaciones con
respecto a la trayectoria especificada, cuya magnitud no podrá ser
mayor que la tolerancia especificada en cada caso.
Los ensayos realizados con programas pieza
reales han demostrado que debido a la mayor velocidad de mecanizado
en los vértices con tolerancia de curvas vigente se puede conseguir
un incremento en el rendimiento de la máquina herramienta 4 en
cuestión, de un 10%, en comparación con un ciclo de mecanizado en el
cual actúe en todos los vértices de la trayectoria de la
herramienta 1 la tolerancia de cantos.
Mediante la figura 3 se trata de describir ahora
cuáles son los criterios mediante los cuales la unidad de
asignación de tolerancia 6 puede decidir sobre la asignación de la
tolerancia respectiva a cada uno de los vértices que se han de
mecanizar. La trayectoria de la herramienta 1 viene predeterminada
por los puntos de apoyo Pn-1, Pn, Pn+1. Para el
vértice Pn se trata de decidir si es un vértice que forma canto o si
es un vértice producido por la aproximación a una curva curvada y
diferenciable de forma continua.
Primeramente se puede considerar el ángulo
\alpha en el cambio de dirección de los dos tramos adyacentes al
vértice en el punto de apoyo Pn. Si este ángulo es menor o igual a
un determinado ángulo límite se asigna la tolerancia de curvas, y
si es mayor se asigna la tolerancia de cantos. Como valor límite
razonable se considera un ángulo \alpha de 30°. Para ello se
parte de que en una aproximación de una curva diferenciable de forma
continua, los tramos se eligen tan cortos que entre ellos no se
forme ningún ángulo que sea superior al ángulo límite. En el
ejemplo de la figura 1, el cambio de dirección en el vértice P2 es
de 90° y, por lo tanto, aquí hay que asignar la tolerancia de
cantos, mientras que en los vértices en P3 - P7 el cambio de
dirección es inferior a 30° y por lo tanto se puede aplicar la
tolerancia de curvas.
Otro criterio puede ser que en aquellos casos en
que el más largo de los dos tramos Pn-1 - Pn y Pn -
Pn+1, adyacentes al vértice del punto de apoyo Pn, tenga una
longitud mayor que una determinada longitud límite, se supone que
se trata de un vértice que forma canto y, por lo tanto, se asigna la
tolerancia de cantos. Este criterio parte del hecho de que los
tramos más largos no están previstos como aproximación a una curva
curvada y diferenciable de forma continua y que, por lo tanto, el
vértice adyacente forma canto en la pieza.
Como criterio adicional hay que mencionar que se
puede determinar el radio de un arco de círculo 8 definido por
Pn-1, Pn y Pn+1. Si este radio es mayor que un radio
límite (en la práctica se ha acreditado
500 mm), entonces se supone también que es un vértice que forma canto en el punto de apoyo Pn.
500 mm), entonces se supone también que es un vértice que forma canto en el punto de apoyo Pn.
Basándose en consideraciones geométricas se
pueden encontrar otros numerosos criterios mediante los cuales
puede trabajar la unidad de asignación de tolerancias 6. En todos
ellos se basa principalmente en hipótesis relativas a una
aproximación razonable de curvas curvadas y diferenciables
continuamente, por medio de tramos poligonales. Así pueden surgir
criterios más rigurosos (como el citado en primer lugar) y otros más
débiles (como los otros dos descritos), que permiten evaluar de
forma más o menos unívoca el vértice respectivo en Pn. Cuando se
utilizan varios criterios en la unidad de asignación de tolerancias
6, es razonable asignar a un vértice la tolerancia de cantos
incluso aunque sólo lo exija uno de los criterios. Cuando se empleen
criterios más débiles, puede ser también razonable no asignar la
tolerancia de cantos hasta que sean varios los criterios que
aboguen por ello. Se debería tener en cuenta que es preferible
mecanizar un vértice, que únicamente se aproxima a una curva
curvada y diferenciable de forma continua, aplicando la tolerancia
de cantos, que no un vértice que forma cantos mediante la
tolerancia de curvas, ya que en el primer caso únicamente se
utilizaría una velocidad de trayectoria menor, mientras que en el
segundo caso se podría infringir la tolerancia especificada.
Para aplicaciones especiales también podría ser
útil trabajar con más de dos tolerancias tan solo. En ese caso, y
mediante las correspondientes consideraciones de carácter
geométrico, también se podría proceder a la asignación de una
tolerancia de entre una selección de 3 ó más tolerancias, por
ejemplo, mediante la determinación de varios ángulos límites para
la variación de la dirección \alpha del recorrido de la
herramienta 1 en un vértice Pn.
El procedimiento más arriba descrito también se
puede aplicar en controles numéricos 5 que permitan la programación
directa de segmentos de la trayectoria de la herramienta tales como
arcos de círculo, ranuras u otras trayectorias de herramienta 1
curvadas en el programa pieza. De este modo, una información de
curvatura ya existente se puede emplear entonces directamente para
establecer la tolerancia que se tenga que aplicar en cada caso,
dentro de esos segmentos de la trayectoria de la herramienta. Para
las transiciones al siguiente segmento respectivo de la trayectoria
de la herramienta se pueden aplicar los criterios antes
descritos.
Naturalmente también se puede prever el
modificar una o ambas tolerancias en el curso del mecanizado de la
pieza, en el caso de que no sea suficiente la posibilidad de
especificar únicamente dos tolerancias. Esto puede realizarse, por
ejemplo, mediante las correspondientes instrucciones en el programa
pieza.
Una opción adicional para el procedimiento
descrito para el control continuo es una función del control
numérico 5 que vigile la velocidad de la trayectoria programada y
que al rebasar una determinada velocidad límite (por ejemplo, 15 -
20 metros por minuto) detecta que el movimiento de la herramienta 3
puede ser únicamente un movimiento de posicionado y que la
herramienta 3, por lo tanto, no se encuentra en contacto con la
pieza 2. En los vértices de este tramo de la trayectoria de la
herramienta 1 se puede asignar entonces otra tolerancia, la
tolerancia de posicionamiento, que se puede especificar de forma
global, adicionalmente a la tolerancia de cantos y la tolerancia de
vértices. En este sentido, la vigilancia de la velocidad de la
trayectoria programada también podría considerarse como un criterio
adicional para la unidad de asignación de tolerancia 6. Un valor
razonable para la tolerancia de posicionamiento podría estar dentro
del orden de 0,1 - 1 mm.
Claims (10)
1. Procedimiento para un control
continuo en el cual en el paso (A) de un control numérico (5) se
especifican por lo menos dos tolerancias globales, en el paso (B) de
un control numérico (5) se especifica una trayectoria de la
herramienta (1) con puntos de apoyo (Pn), en los cuales están
situados, respectivamente, los vértices de la trayectoria de la
herramienta (1) que no sean diferenciables de forma continua, y
donde en el paso (C), una unidad de asignación de tolerancias (6)
asigna a cada uno de los vértices en un punto de apoyo (Pn) una de
las tolerancias establecidas en el paso (A).
2. Procedimiento según la reivindicación
1, donde en el paso (A) se especifica una tolerancia de cantos
global y donde en el paso (C) se asigna la tolerancia de cantos, si
la unidad de asignación de tolerancias (6) reconoce que el vértice
en el punto de apoyo (Pn) da lugar a un canto en la pieza (2).
3. Procedimiento según la reivindicación
1, donde en el paso (A) se especifica una tolerancia global de
curvas, y en el paso (C) se asigna la tolerancia de curvas, si la
unidad de asignación de tolerancias (6) reconoce que el vértice en
el punto de apoyo (Pn) sirve únicamente para aproximación a una
curva curvada y diferenciable de forma continua.
4. Procedimiento según la reivindicación
2 y 3, donde en el paso (A) se especifica la tolerancia de cantos
con un valor menor que la tolerancia de curvas.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, donde en el paso (A) se especifica
adicionalmente una tolerancia de posicionamiento global, y donde en
el paso (C) se asigna la tolerancia de posicionamiento si la
velocidad de la trayectoria programada en la zona del vértice en el
punto de apoyo (Pn) es mayor que una determinada velocidad
límite.
límite.
6. Procedimiento según la reivindicación 2,
donde se asigna la tolerancia de cantos si un ángulo (\alpha) de
la variación de dirección en el vértice en el punto de apoyo (Pn) es
mayor que un determinado ángulo límite.
7. Procedimiento según la reivindicación 2,
donde se asigna la tolerancia de cantos si el más largo de los dos
trayectos (Pn-1 - Pn) y (Pn - Pn+1) que forman el
vértice en el punto de apoyo (Pn) es mayor que una determinada
longitud límite.
8. Procedimiento según la reivindicación 2,
donde se asigna la tolerancia de cantos si el radio de un arco de
círculo 8 que pasa por los puntos de apoyo
(Pn-1), (Pn) y (Pn+1) es mayor que un determinado radio límite.
(Pn-1), (Pn) y (Pn+1) es mayor que un determinado radio límite.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, donde en un paso (D) el control
numérico (5) da instrucciones a una máquina herramienta (4) para
procesar la trayectoria de la herramienta teniendo en cuenta la
tolerancia establecida para cada uno de los vértices.
10. Control numérico, con medios para
especificar por lo menos dos tolerancias globales, con medios para
especificar una trayectoria de la herramienta (1) con unos puntos de
apoyo (Pn) en los cuales están situados unos vértices no
diferenciables de forma continua de la trayectoria de la herramienta
(1), y con una unidad de asignación de tolerancia (6) mediante la
cual se puede asignar a cada vértice, en un punto de apoyo (Pn), una
de las por lo menos dos tolerancias globales.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10144487A DE10144487A1 (de) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | Verfahren zur Bahnsteuerung |
| DE10144487 | 2001-09-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2274090T3 true ES2274090T3 (es) | 2007-05-16 |
Family
ID=7698474
Family Applications (1)
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