ES2295143T3 - Sistema inteligente de maquina herramienta. - Google Patents
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Abstract
Un sistema (30, 30'') de máquina herramienta que comprende: una herramienta (32) para la conformación en frío de una pieza de trabajo sobre un ciclo operativo, la herramienta (32) teniendo un dispositivo electrónico (34) montado de manera fija a la misma, teniendo el dispositivo electrónico (34) un medio para almacenar datos (44) que incluyen datos de identificación para la herramienta (32) y datos operativos para la herramienta (32), los datos operativos para la herramienta (32) incluyendo la vida de la herramienta restante para la herramienta (32); un dispositivo sensor (54) que detecta cada ciclo operativo de la herramienta (32); y al menos un dispositivo de interfaz en comunicación con el dispositivo electrónico (34) y el dispositivo sensor (54); caracterizado porque se proporciona un dispositivo microprocesador (62, 62'') y está en comunicación con el dispositivo de interfaz, el dispositivo microprocesador (62, 62'') estando configurado para recibir los datos de ciclo operativo del dispositivo sensor (54); determinar el número esperado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32); acceder a los datos de identificación y a los datos de ciclo operativo almacenados en el dispositivo electrónico (34); calcular el número de ciclos operativos que la herramienta (32) ha usado a partir de los datos de ciclo operativo; restar el número de los ciclos operativos que haya usado la herramienta (32) del número esperado determinado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32) para determinar el tiempo de vida restante de la herramienta (32); y almacenar el tiempo de vida restante de la herramienta (32) en el dispositivo electrónico (34).
Description
Sistema inteligente de máquina herramienta.
Esta invención se refiere primeramente a un
sistema de máquina herramienta que comprende una herramienta para
la conformación en frío de una pieza de trabajo sobre un ciclo
operativo, teniendo la herramienta un dispositivo electrónico
montado de manera fija a la misma, teniendo el dispositivo
electrónico un medio para almacenar datos que incluyen los datos de
identificación para la herramienta y los datos operativos para la
herramienta, los datos operativos para la herramienta incluyendo la
vida de la herramienta restante para la herramienta, un dispositivo
sensor que detecta cada ciclo operativo de la herramienta y al menos
un dispositivo de interfaz en comunicación con el dispositivo
electrónico y el dispositivo sensor. Esta invención además se
refiere a un procedimiento de supervisión del ciclo de vida de una
herramienta para la formación en frío en un sistema para la
formación en frío, teniendo la herramienta un dispositivo
electrónico montado de manera fija a la misma.
En troqueles de rodadura a rosca a los que se
refiere la invención, las piezas a soldar por resistencia se
transforman en tornillos acabados mediante un proceso de rodadura a
medida que la pieza de trabajo pasa entre un par de troqueles
alargados y generalmente planos. Uno de los troqueles es
estacionario, y el otro troquel se desplaza con relación al otro
para producir un flujo de material superficial sobre la pieza de
trabajo para de esta forma, conformar un camino continuo de rosca
helicoidal sobre el tornillo. En las máquinas de troquel de
rodadura a rosca para las que la invención tiene una aplicabilidad
en particular, un troquel más corto de un par de troqueles se
mantiene en una relación estacionaria mientras que el troquel más
largo se mueve en una dirección por lo general paralela a un plano
de referencia longitudinal. El eje de rotación del cuerpo de la
pieza de trabajo se desplaza de forma longitudinal a medida que la
pieza de trabajo rueda entre el par de troqueles. El diámetro de la
rosca acabada se controla por medio del diámetro de la pieza de
trabajo y la distancia entre los troqueles en el extremo acabado de
la percusión. Los troqueles están configurados de manera que a
medida que la pieza a soldar por soldadura rueda a través de los
troqueles, se forma la rosca deseada sobre la pieza de trabajo. La
rodadura de la rosca también se lleva a cabo usando troqueles y
máquinas cilíndricos o planetarios y esta invención es aplicable a
todas las configuraciones conocidas.
Para ser competitivos en el mercado, los
fabricantes deben mantener un entorno de fabricación efectivo y
deben ser responsables a las peticiones del cliente. Estos dos
objetivos a menudo pueden entrar en conflicto. Por ejemplo, se
pueden reducir los costes manteniendo bajos inventarios de
materiales en bruto, productos finalizados y herramientas. Sin
embargo, si dichos inventarios son demasiado bajos, el fabricante
puede ser incapaz de responder de una manera rápida a un pedido del
usuario. Los fabricantes de manera típica llegan a un equilibrio
donde mantienen algunos inventarios mínimos de materiales en bruto
y/o de productos finalizados de forma que se pueda atender un
hipotético pedido en un período de tiempo aceptable. Dichos
fabricantes también supervisan sus herramientas para asegurarse de
que se reciben las nuevas herramientas a medida que las viejas
herramientas alcanzan el final de su tiempo de vida efectivo.
Cada juego de herramientas tiene un tiempo de
vida efectivo que se define por medio de un número máximo de ciclos
operativos que se pueden realizar antes de que el uso acumulado por
parte del usuario impida su uso por más tiempo. Existen varios
factores que pueden cambiar el tiempo de vida efectivo de un juego
de herramientas. Por ejemplo, la tasa de utilización de las
herramientas es proporcional a la dureza del material de la pieza
de trabajo, donde la tasa de uso del troquel aumenta a medida que
aumenta la dureza del material. Por consiguiente, el tiempo de vida
efectivo de un troquel que se use para la formación de roscas sobre
piezas a soldar por resistencia compuestas de acero inoxidable
relativamente duro es más bajo que el tiempo de vida efectivo de un
juego de troquel idéntico que se use para la formación de roscas
sobre piezas a soldar por resistencia compuestas de acero no aleado
relativamente blando.
En el documento DE 199 16 757 A1, que forma la
base para el preámbulo de la reivindicación 1, se describe una
aproximación para calcular la vida restante de la herramienta en una
máquina de prensa mediante el uso de una etiqueta que almacena
información acerca del uso del montaje de troquel, en particular,
datos que se refieren al número de piezas procesadas por el
troquel. La vida restante de la herramienta se calcula mediante la
resta del número de piezas que se han fabricado del número máximo de
ciclos operativos fijados para ese troquel.
Efectivamente, la supervisión del tiempo de vida
efectivo de los juegos de herramientas que se utilizan para
producir muchas tiradas cortas de producción y/o que se utilizan
para producir componentes compuestos de diferentes materiales puede
ser problemática. Aunque el número de componentes producidos en cada
tirada de cada material se puede determinar de una manera
claramente sencilla, los sistemas convencionales de mantenimiento de
registros para el seguimiento del tiempo de vida efectivo del juego
de herramientas son voluminosos, dando como resultado errores que
pueden ser costosos para el fabricante y para el suministrador.
Un sistema de máquina herramienta que comprende
una herramienta para la conformación en frío de una pieza de
trabajo en un ciclo operativo, teniendo la herramienta un
dispositivo electrónico montado de manera fija a la misma, teniendo
el dispositivo electrónico un medio para almacenar datos incluyendo
los datos de identificación para la herramienta y los datos de
funcionamiento para la herramienta, los datos de funcionamiento de
la herramienta incluyendo la vida de la herramienta restante para
la herramienta, un dispositivo sensor que detecta cada ciclo
operativo de la herramienta y al menos un dispositivo de interfaz
que está en comunicación con el dispositivo electrónico, y el
dispositivo sensor acuerdo con la invención, se caracteriza en que
se proporciona un dispositivo microprocesador y está en
comunicación con el dispositivo de interfaz, estando el dispositivo
microprocesador configurado para a) recibir datos de ciclo
operativo del dispositivo sensor; b) determinar el número esperado
de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta; c)
acceder a los datos de identificación y a los datos de ciclo
operativo almacenados en el dispositivo electrónico; d) calcular el
número de ciclos operativos que se ha estado usando la herramienta
a partir de los datos de ciclo operativo; e) restar el número de
ciclos operativos que se ha usado la herramienta del número esperado
de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta para
determinar el tiempo de vida restante de la herramienta; y f)
almacenar el tiempo de vida restante de la herramienta en el
dispositivo electrónico.
De manera preferible, el dispositivo electrónico
tal como un microchip se encapsula en material de sellado
dentro de un hueco en una superficie exterior de la herramienta. El
dispositivo electrónico puede tener una antena que se extiende
dentro del material de sellado o un terminal eléctrico o de fibra
óptica que se extienda a través del material de sellado hasta la
superficie de la herramienta.
El dispositivo de la interfaz del sistema de
máquina herramienta incluye por lo general un sistema de supervisión
del proceso que tiene un teclado, un monitor y un microprocesador.
El sistema de supervisión del proceso puede incluir un sensor de
temperatura para medir la temperatura de la herramienta y/o un
detector de flujo para supervisar el flujo de refrigerante a la
herramienta. El dispositivo de interfaz incluye también por lo
general un lector electrónico portátil. El lector electrónico
portátil incluye una primera interfaz de transmisión de datos para
el envío y la recepción de señales al dispositivo electrónico, una
memoria para almacenar las señales recibidas desde el dispositivo
electrónico, y una segunda interfaz de transmisión de datos para la
transmisión de las señales almacenadas al sistema de supervisión del
proceso. El lector electrónico portátil también puede incluir una
pantalla para visualizar las señales recibidas desde el dispositivo
electrónico.
El sistema de máquina herramienta proporciona un
medio para supervisar el ciclo de vida de cada herramienta. Cada
herramienta de conformación en frío tiene un tiempo de vida que se
puede expresar como el número de ciclos operativos que se pueden
esperar de la herramienta antes de que dicha herramienta no funcione
de manera apropiada o eficiente por más tiempo. El dispositivo
sensor detecta cada ciclo operativo de la herramienta y transmite
los datos de ciclo operativo al dispositivo electrónico, en el que
se almacenan y se procesan dichos datos de ciclo operativo. El
sistema de supervisión o el lector electrónico portátil pueden
acceder a los datos de identificación y los datos de ciclo
operativo almacenados en el dispositivo electrónico y se usan para
calcular el número de ciclos operativos que se ha usado la
herramienta. Mediante la resta del número de ciclos operativos que
se ha usado la herramienta del número esperado de ciclos operativos
sobre el tiempo de vida de la herramienta se proporciona una medida
del tiempo de vida restante de la herramienta.
Es un objeto de la invención proporcionar un
sistema de máquina herramienta que supervise de manera automática
el uso de la herramienta, facilitando la determinación del tiempo de
vida restante de la herramienta.
También es un objeto de la invención
proporcionar un sistema de máquina herramienta que facilite la
identificación y los inventarios de múltiples herramientas.
Otros objetos y ventajas de la invención serán
aparentes a partir de los dibujos y de la especificación.
La presente invención se puede comprender mejor
y sus numerosas ventajas y objetos serán aparentes para los que
sean expertos en la técnica haciendo referencia a los dibujos que se
acompañan en los que:
La figura 1 es un diagrama esquemático de una
primera realización de un sistema de máquina herramienta de acuerdo
con la invención;
La figura 2 es una vista superior parcialmente
esquemática de la máquina herramienta de la figura 1 comprendiendo
un troquel estacionario corto y un troquel que se puede desplazar
largo en una posición coincidente, teniendo el troquel estacionario
un hueco que contiene un microchip;
La figura 3 es un diagrama esquemático de una
segunda realización de un sistema de máquina herramienta de acuerdo
con la invención;
La figura 4 es una vista superior parcialmente
esquemática de la máquina herramienta de la figura 2 que comprende
un troquel corto estacionario y un troquel largo que se puede
desplazar en una posición coincidente, teniendo el troquel
estacionario un hueco que contiene un sensor y/o un microchip
y/o una fuente de alimentación piezoeléctrica;
La figura 5 es una vista esquemática del lector
electrónico portátil de las figuras 1 y 3;
Las figuras 6a a la 6d son una representación
esquemática de un proceso de formación de cabezas en frío que
utiliza una tercera realización de un sistema de máquina herramienta
de acuerdo con la invención; y
La figura 7 es una vista en perspectiva,
parcialmente en sección, de una máquina taladradora a cañón que
utiliza una cuarta realización de un sistema de máquina herramienta
de acuerdo con la invención.
Con referencia a los dibujos, en los que los
mismos números representan idénticas partes en todas las figuras,
un troquel estacionario 10 y un troquel móvil 12 se emplean para
hacer rodar una rosca sobre una pieza de trabajo para producir un
tornillo acabado por medio de un procedimiento de troquel plano de
vaivén. El troquel móvil de vaivén 12 se mueve con relación al
troquel estacionario 10 en la dirección de las flechas 14 de las
figuras 2 y 4 para definir un ciclo de rodadura. A medida que la
pieza de trabajo rueda longitudinalmente entre los extremos de
inicio y de final 16, 18 del troquel estacionario 10, se forma una
rosca sobre la pieza de trabajo.
Como se ilustra en las figuras 2 y 4, los
troqueles 10, 12 tienen cada uno de ellos caras enfrentadas 20, 22
configuradas con aristas y ranuras que forman las roscas y que
definen, por ejemplo, el paso de rosca, el diámetro mayor, el
diámetro menor y el tipo de rosca del tornillo acabado. Los
troqueles 10, 12 durante cada ciclo de rodadura penetran de manera
gradual cooperando uno con el otro en la pieza de trabajo para
formar el tornillo acabado. Los troqueles 10, 12, están
configurados de forma que se haga la cantidad más pequeña como sea
posible de trabajo de rodadura en la sección de reposo para
maximizar la vida del troquel.
Una manecilla de puesta en marcha (que no se
muestra) engrana la pieza en bruto de la pieza de trabajo para
asegurar que el troquel móvil 12 coge la pieza en bruto e inicia el
proceso de rodadura. Para la mayoría de las aplicaciones, a medida
que la pieza de trabajo comienza en el extremo de inicio 16, 24 de
cada uno de los troqueles 10, 12, las roscas son profundas y
agudas. En las secciones de reposo 26, 28, las roscas son planas y
más poco profundas. Las roscas del extremo de inicio son agudas para
una penetración más fácil a medida que el tornillo inicia la
rodadura y se hace progresivamente más ancho a lo largo de la
longitud del troquel hasta que por último alcancen una anchura y
una profundidad iguales a la forma de la rosca acabada deseada. Los
troqueles 10, 12 se alinean o se "hacen coincidir" para
producir el continuo de la rosca óptimo apropiado. La forma de
troquel final se denomina la sección de reposo 26, 28 y se extiende
a lo largo del troquel 10, 12 para una distancia que sea la
suficiente para dimensionar de manera apropiada el tornillo. La
rosca y la punta se desarrollan por completo justo antes de
separarse de los troqueles.
Para cada ciclo de rodadura existe un ciclo de
presión asociado. Como se ha descrito con anterioridad, la agudeza
de las roscas y la anchura de la rosca varían a lo largo de la
longitud de los troqueles 10, 12. Por consiguiente, la fuerza de la
presión que se ejerce sobre la pieza de trabajo por medio de los
troqueles 10, 12 varía a medida que la pieza de trabajo avanza a
través del ciclo de rodadura. Se puede calcular un ciclo de presión
ideal y se puede comparar con el ciclo de presión observado de un
sistema de rodadura de rosca operativo como un medio de supervisión
de su funcionamiento. Por ejemplo, el sistema de supervisión de
proceso IMPAX/SK 3000^{TM} supervisa y visualiza la fuerza de
presión de rodadura sobre cada ciclo de rodadura del sistema de
rodadura de rosca. El ciclo de presión ideal se visualiza de manera
simultánea de forma que se proporciona al operador información en
tiempo real sobre las desviaciones de las condiciones operativas
óptimas del sistema.
El sistema de supervisión de proceso IMPAX/SK
3000^{TM} utiliza un dispositivo sensor piezoeléctrico montado en
un bloque de ajuste de troquel para detectar la presión ejercida
sobre la pieza de trabajo por medio de los troqueles. Otros
sistemas de supervisión de proceso del sistema de rodadura de rosca
convencional pueden utilizar otros sensores y localizar estos
sensores en el bloque, la estructura o el yugo del troquel.
Se pueden utilizar sistemas de supervisión de
proceso convencionales de diferentes maneras. Una desviación
persistente entre el ciclo de presión medido y el ciclo de presión
ideal indica por lo general que la configuración del sistema de
rodadura de rosca no es apropiada. Cuando esto ocurre, el operador
puede ajustar la configuración del sistema de rodadura de rosca
para minimizar o eliminar dichas desviaciones y optimizar por lo
tanto el funcionamiento del sistema. Una desviación puede indicar
que se produjo un tornillo con fallos durante el ciclo de rodadura
en el que se observó la desviación. Cuando esto ocurra, el operador
puede comprobar la salida del sistema de rodadura de rosca para
verificar la calidad del producto.
Con referencia a las figuras 1 y 2, una primera
realización 30 de un sistema de máquina herramienta de acuerdo con
la invención incluye una herramienta de conformación en frío 32, tal
como un par de troqueles de rodadura de rosca planos 10, 12 que
tienen un dispositivo electrónico incorporado tal como un
microchip 34. De manera preferible, el microchip 34
se coloca en un hueco 36 en el troquel estacionario 10 y se monta
dentro del hueco 36 por medio de un material de sellado 38, tal
como un compuesto de encapsulado o epoxi, que selle el hueco 36
frente a la infiltración por material en partículas y líquidos. Una
antena 40 que se extiende desde el microchip 34 también se
puede disponer dentro del material de sellado 38. De manera
alternativa, un terminal eléctrico o de fibra óptica 42 se puede
extender desde el microchip 34, a través del material de
sellado 38, hasta al menos la superficie del troquel estacionario
10.
El microchip 34 incluye al menos una
parte de memoria 44 y una parte de transmisión de datos 46. La parte
de memoria 44 tiene una suficiente capacidad de almacenamiento para
almacenar la identificación de la herramienta y los datos de diseño
de la herramienta que no cambian durante el tiempo de vida de la
herramienta y los datos operativos de la herramienta que se
actualizan a medida que se usa la herramienta en el proceso de
fabricación. Los datos de herramienta permanentes para un conjunto
troquel de rodadura de rosca pueden incluir el número de pieza del
cliente, el número de pieza del fabricante, la información de
fabricación, la información de configuración tal como una curva de
fuerza de rodadura óptima y el tiempo de vida efectivo expresado
como un número de ciclos de rodadura. Los datos operativos para un
conjunto de troquel de rodadura de rosca 10, 12 pueden incluir la
fecha/hora de cada configuración, la fecha/hora de cada tirada, el
número de ciclos de rodadura de cada tirada, el número de ajustes
de la configuración en cada tirada, incidentes de fuerza anormal,
documentación de patrón de utilización por tirada, y la vida de la
herramienta restante expresada como un número de ciclos de
rodadura. El microchip 34 almacena los datos permanentes y
los datos operativos y comunica estos datos cuando un lector
electrónico pregunte por ellos. La parte de transmisión de datos 46
incluye todos los componentes de circuito y/o el software que se
requiere para transmitir y recibir los datos operativos. Se debería
apreciar que se puede usar en la presente invención cualquier
dispositivo electrónico que tenga al menos la memoria y las partes
de transmisión de datos 44, 46 anteriormente descritas y que sea lo
suficientemente pequeño y lo suficientemente duro como para ser
incorporado sobre una herramienta de conformación en frío 32.
La máquina de conformación en frío 48 en la que
la herramienta de conformación en frío 32 está montada incluye un
sistema de supervisión de proceso 50 que tiene un lector electrónico
52, que se comunica con el microchip 34 incorporado en la
herramienta de conformación en frío 32. Dicha comunicación puede ser
por medio de microondas, RF, infrarrojos u otra radiación común del
espectro electromagnético. El sistema de supervisión del proceso 50
también incluye sensores 54 para la detección de varios parámetros
operativos de la herramienta de conformación en frío 32. Los
sensores 54 pueden incluir un sensor, tal como un sensor
piezoeléctrico capaz de detectar el ciclo de presión, para detectar
el funcionamiento de la herramienta de conformación en frío, un
sensor de temperatura para la medida de la temperatura de la
herramienta de conformación en frío, o un detector de flujo para
supervisar el flujo de refrigerante a la máquina de conformación en
frío. El sistema de supervisión del proceso 50 también puede
incluir un teclado 56 para la entrada de datos, un monitor 58 para
la visualización de la información del proceso, tal como el ciclo
de presión y una salida de datos 60 a un sistema programador
maestro a un sistema de control de máquina. Los sensores del sistema
de supervisión de proceso 54 y/o el teclado del sistema de
supervisión del proceso 56 se utilizan para introducir todos los
parámetros que son registrados en el microchip 34. Un
microprocesador 62 en el sistema de supervisión de proceso 50
realiza cualquier cálculo que sea necesario para convertir las
señales de entrada o para transformar los datos detectados o
introducidos en el formato requerido para el almacenamiento en el
microchip 34. Por ejemplo, el microprocesador 62 calcula el
tiempo de vida efectivo restante de la herramienta de conformación
en frío 32 en base a la salida del sensor 54 que detecta el
funcionamiento de la herramienta de conformación en frío 32 y los
datos de vida esperada y los datos de uso anterior almacenados en
el microchip 34.
De manera preferible, los datos/señal de
consulta recibidos por la parte de transmisión de datos 46 del
microchip 34 proporciona la alimentación que necesita el
microchip 34 para registrar los datos o para responder a la
consulta y por lo tanto no se necesita una fuente de alimentación
externa. Si los datos/señal de consulta no proporcionan una
alimentación suficiente, se puede usar una fuente de alimentación
externa. Se puede usar una batería montada en el hueco 36 como la
fuente de alimentación externa. También se puede utilizar la
energía de vibración generada por la máquina. De manera alternativa,
se puede proporcionar una conexión de datos/alimentación entre el
sistema de supervisión del proceso 50 y el microchip a través
de un terminal eléctrico 42. Si se utiliza una fuente de
alimentación externa, se puede usar el microchip 34 para
realizar funciones más intensas en potencia. Por ejemplo, los
cálculos realizados por el microprocesador 62 podrían ser
realizados por el microchip 34.
Con referencia a la figura 5, el sistema de
máquina herramienta incluye también un lector electrónico portátil
de mano 64. El lector electrónico de mano 64 incluye una parte de
comunicaciones 66, que comprende los componentes de circuito y/o el
software que se necesitan para enviar y para recibir datos y señales
de consulta, una interfaz de transmisión de datos 68 para el envío
y para la recepción de señales al microchip 34 y una interfaz
de transmisión de datos 70 para la transmisión de los datos
almacenados al sistema de control central o a algún otro sistema de
supervisión central. El lector electrónico de mano 64 también
incluye una memoria 72 para el almacenamiento de los datos
recibidos en respuesta a la consulta y puede incluir una pantalla 74
para visualizar los datos recibidos desde el microchip
34.
El lector electrónico de mano 64 proporciona
flexibilidad al sistema de máquina herramienta sujeto 30, 30'. Por
ejemplo, si la pantalla 58 del sistema de supervisión del proceso 50
está en una localización que está remota respecto de la herramienta
de conformación en frío 32, el lector electrónico de mano 64 permite
que el operador consulte y visualice los datos almacenados mientras
está en la máquina de conformación en frío 32.
Además de las herramientas de conformación en
frío 32 que estén en uso en cualquier momento del tiempo en las
máquinas de conformación en frío 48, la mayoría de los fabricantes
tienen también un paño de herramientas que contiene herramientas 32
que no están en uso de manera activa. Cuando se completa la tirada
de producción de un primer tipo de tornillo, el primer juego de
troquel 10, 12 (que se ha usado para producir el primer tipo de
tornillo) se retira de la máquina de conformación en frío, un
segundo juego de troquel 10, 12 diseñado para producir el segundo
tipo de tornillo se retira del paño de herramientas y se monta en la
máquina de conformación en frío 48, y la máquina de conformación en
frío 48 comienza la tirada de producción del segundo tipo de
tornillo. Si el primer juego de troquel 10, 12 no ha alcanzado el
final de su tiempo de vida efectivo, se coloca en el paño de
herramientas para su uso en la siguiente tirada de producción del
primer tipo de tornillo. Si el primer juego de troquel 10, 12 ha
alcanzado el final de su tiempo de vida efectivo, se descarta, se
compra un nuevo juego de primer troquel 10, 12 y se coloca en el
paño de herramientas. Por lo tanto, el paño de herramientas por lo
general contiene nuevos juegos de troqueles y juegos de troqueles
usados. Con buenos controles administrativos, un fabricante puede
conocer con facilidad qué herramienta de conformación en frío 32
está instalada en las máquinas de conformación en frío 48 y qué
herramientas de conformación en frío 32 están almacenadas en el
paño de herramientas. Sin embargo, es más difícil para el fabricante
saber qué herramientas de conformación en frío 32 son nuevas y
cuáles están usadas y mucho más difícil para el fabricante saber
cuántas piezas pueden ser producidas por cualquiera de las
herramientas de conformación en frío 32 usadas.
El lector electrónico de mano 64 y el
microchip incorporado 34 proporcionan un medio para dirigir y
mantener con facilidad unos inventarios precisos de las
herramientas de conformación en frío 32 de los fabricantes. De
manera más importante, un inventario dirigido con el lector
electrónico de mano 64 y el microchip incorporado 34 incluye
información fácilmente accesible y hasta el minuto acerca de la
historia operativa de cada una de las herramientas de conformación
en frío 32 y la vida restante de la herramienta. Para dirigir el
inventario, el usuario simplemente pasa el lector electrónico de
mano 64 por cada una de las herramientas de conformación en frío
32. Durante cada pasada, el lector 64 pregunta a la herramienta 32,
la herramienta 32 transmite los datos almacenados en el
microchip 34, y los datos transmitidos se almacenan en la
memoria 72. Dependiendo de la capacidad de la memoria 72, la
cantidad de datos que se reciben desde cada herramienta 32, y el
número de herramientas 32 que se deben inventariar, se descargan
los datos almacenados al ordenador central de manera periódica
durante el inventario o al final del inventario, y el ordenador
central recopila una lista de inventario. La consulta de datos se
puede personalizar dependiendo de las necesidades de un inventario
en particular. Se debería apreciar que la precisión y la facilidad
de uso de este procedimiento de inventariado depende del
microchip 34 que está incorporado y que es inseparable de
cada herramienta de conformación en frío 32.
La realización 30' ilustrada en las figuras 3 y
4 es muy similar a la primera realización 30 con la excepción
principal de que se monta un dispositivo sensor 76, tal como un
dispositivo piezoeléctrico en el hueco 36 y que está en
comunicación con el microchip 34. Por consiguiente, la señal
del dispositivo sensor puede ser recibida directamente por el
microchip 34 en lugar de por medio del microprocesador 62' en
el sistema de supervisión del proceso. De manera preferible, la
señal del dispositivo sensor proporciona la alimentación requerida
por el microchip 34 para el registro de los datos. De manera
alternativa, se puede usar una fuente de alimentación externa tal
como una batería o una conexión eléctrica con el microprocesador.
Similar a la primera realización, el microchip 34 puede
realizar cualquier cálculo requerido y la conversión de datos si se
utiliza una fuente de alimentación externa. En cualquier otro caso,
el microprocesador 62' del sistema de supervisión del proceso
realiza los cálculos requeridos y la conversión de datos. El sistema
de supervisión del proceso incluye un lector electrónico 52',
sensores adicionales, un teclado 56', un monitor 58' y una salida
de datos 60' a un sistema programador maestro o un sistema de
control de máquina.
Las figuras 6a a la 6d muestran la secuencia
básica de acciones en una máquina estándar de formación de cabezas
por percusión de tipo de troquel sólido. En la figura 6a, se muestra
el hilos 78 estando alimentado a través del troquel de corte 80
hasta que alcance la retención del cable 82. Mediante el ajuste de
la localización de esta retención 82, el operador determina la
longitud de la pieza en bruto 86.
En la figura 6b, el cuchillo de corte 84 ya ha
cortado la pieza en bruto 86 de la bobina y la ha llevado (la pieza
en bruto) al troquel de formación de cabeza 88. La percusión de
cuchillo se fija para que se detenga cuando la pieza en bruto 86
esté centrada en el troquel formador de cabezas 88.
En la figura 6c, el primer punzón 90 va hacia el
primer golpe. El primer y el segundo punzones 90, 92 son ambos
llevados sobre el pistón o la puerta 94 (ambos términos son
comúnmente usados). Cuando el primer punzón 90 comienza su
percusión hacia adelante, impulsa la pieza en bruto 86 dentro del
troquel formador de cabezas 88, hacia arriba contra el pasador
extractor 96 (si no se está haciendo ninguna extrusión). En este
punto, la pieza en bruto 86 es sometida a la fuerza plena del
primer punzón 90, y comienza a fluir dentro de su nueva forma.
Cuando se completa el primer golpe, la extrusión, en caso de
existir, se hace, y la cabeza ha sido alterada en forma de cono,
lista para la conformación final.
Con referencia a la figura 6d, el mecanismo
accionado por medio de leva desplaza los punzones 90, 92 después
del primer golpe, de forma que el segundo punzón 92 está alineado
con el troquel formador de cabezas 88. La puerta 94 avanza de
nuevo, se golpea el segundo golpe o el golpe de acabado y la puerta
94 se retira. Cuando se retira, los punzones 90, 92 se desplazan
ahora de forma que el primer punzón o el punzón de cono 90 esté de
nuevo en posición para la nueva pieza en bruto. Mientras tanto, a
medida que se retira la puerta 94, el pasador extractor 96 avanza
todo el camino hasta la cara del troquel 88, forzando a la pieza
acabada 98 a salir de él. Cuando la puerta 94 alcanza su posición
de retirada completa, la pieza acabada 98 se expulsa y cae en un
recipiente de recogida 100. El cuchillo de corte 84 está ya
comenzando a desplazarse a una nueva pieza en bruto que esté en
posición, listo para comenzar el ciclo una y otra vez.
Como se muestra en las figuras 6c y 6d, se
montan un sensor 102, 102' y un microchip 104, 104' en un
hueco en cada una de las puertas 94 y en el troquel formador de
cabezas 88. Los sensores 102, 102' detectan cada operación de la
herramienta de formación de cabezas en frío y transmiten una señal a
un sistema de supervisión del proceso para su uso por parte del
sistema y para su almacenamiento en el microchip 104,
104'.
Con referencia a la figura 7, el taladrado a
cañón es un proceso de retirada de metal que utiliza una máquina
taladradora 108, un sistema refrigerante a alta presión 110 y un
taladro a cañón simple o de dos cánulas 112. El proceso de
taladrado a cañón es una operación controlada que ofrece una
precisión de tamaño, localización, acabado y rectitud en la que las
tolerancias críticas son importantes. Beneficios añadidos son la
reducción de residuos, agujeros sin rebabas, la formación de la
parte inferior y agujeros ciegos, así como la entrada con otras
superficies distintas a 90 grados. La repetitividad hace que esta
aplicación sea factible sobre un equipo controlado
numéricamente.
Además de las máquinas de taladrado a cañón
dedicadas 108, los taladros a cañón 112 y los sistemas de
refrigeración 110 son fácilmente integrados con centros de
maquinaria CNC, tornos y máquinas de acería, proporcionando a los
usuarios todos los beneficios del proceso por una inversión
relativamente pequeña. La incorporación de taladros a cañón 112 o
de otros tipos de maquinaria requiere a menudo la utilización de un
corto agujero de arranque (1 a 2 diámetros) en lugar del casquillo
de arranque 116 de la máquina de taladrado a cañón. La punta del
taladro a cañón 114 es entonces colocada dentro del agujero
pretaladrado antes de engranar el huso.
El taladro a cañón 112 es una herramienta
sencilla básica con tres partes esenciales: la punta 114, el fuste
118 y el motor 120. Estas partes se sueldan juntas dentro de una
unidad correctamente alineada.
La punta 114 es el elemento más crítico de los
tres elementos. La punta 114 corta el agujero y mantiene la
precisión a medida que pilota el taladro a través de la pieza,
produciendo agujeros de precisión en una sola pasada. El punto o
esmerilado de la punta tiene dos ángulos básicos que se pueden
variar para conseguir resultados óptimos dependiendo del material
que se vaya a taladrar. Estos ángulos deben equilibrar las fuerzas
de corte, distribuyéndolas a las almohadillas de soporte de la
punta para conservar el taladro concéntrico. La punta 114 es
ligeramente mayor en diámetro que el fuste, haciendo posible de esta
forma que el fuste 118 gire libremente sin hacer contacto con la
pared del agujero. A través de la punta 114 hay un agujero de aceite
que está alineado con el canal de aceite del fuste para facilitar
el correcto flujo de refrigerante a altas presiones al borde de
corte.
Como se muestra en la figura 7, se han montado
un sensor 122 y un microchip 124 en un hueco 126 en el
taladro a cañón 112. El sensor 122 detecta cada operación del
taladro a cañón 112 y transmite una señal a un sistema de
supervisión del proceso para su uso por parte del sistema y para su
almacenamiento en el microchip 124.
Se debería apreciar que las máquinas
herramientas de formación de cabezas, roscas y taladros a cañón
descritos anteriormente pueden incluir sensores distintos a los
sensores de carga, para la supervisión de parámetros adicionales
del sistema. Por ejemplo, los sensores 128, 130, 132 se pueden
localizar en otros componentes del sistema de taladro a cañón, como
se muestra en la figura 7. Los sensores 128 del sistema de
refrigeración 110 se pueden proporcionar para detectar el flujo de
refrigerante y/o la temperatura.
Mientras que se han mostrado y se han descrito
las realizaciones preferidas, se pueden hacer varias modificaciones
y sustituciones a las mismas sin salirse del alcance de la invención
como se define en las reivindicaciones anejas. De acuerdo con esto,
se comprenderá que la presente invención se ha descrito a modo de
ilustración y no como una limitación.
Claims (30)
1. Un sistema (30, 30') de máquina herramienta
que comprende:
una herramienta (32) para la conformación en
frío de una pieza de trabajo sobre un ciclo operativo, la
herramienta (32) teniendo un dispositivo electrónico (34) montado
de manera fija a la misma, teniendo el dispositivo electrónico (34)
un medio para almacenar datos (44) que incluyen datos de
identificación para la herramienta (32) y datos operativos para la
herramienta (32), los datos operativos para la herramienta (32)
incluyendo la vida de la herramienta restante para la herramienta
(32);
un dispositivo sensor (54) que detecta cada
ciclo operativo de la herramienta (32); y al menos un dispositivo
de interfaz en comunicación con el dispositivo electrónico (34) y el
dispositivo sensor (54);
caracterizado porque
se proporciona un dispositivo microprocesador
(62, 62') y está en comunicación con el dispositivo de interfaz, el
dispositivo microprocesador (62, 62') estando configurado para
- recibir los datos de ciclo operativo del dispositivo sensor (54);
- determinar el número esperado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32);
- acceder a los datos de identificación y a los datos de ciclo operativo almacenados en el dispositivo electrónico (34);
- calcular el número de ciclos operativos que la herramienta (32) ha usado a partir de los datos de ciclo operativo;
- restar el número de los ciclos operativos que haya usado la herramienta (32) del número esperado determinado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32) para determinar el tiempo de vida restante de la herramienta (32); y
- almacenar el tiempo de vida restante de la herramienta (32) en el dispositivo electrónico (34).
2. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 comprendiendo además un material de sellado (38),
teniendo la herramienta (32) una superficie exterior y definiendo un
hueco (36) que se extiende desde la superficie, el dispositivo
electrónico (34) estando dispuesto dentro del hueco (36) y
encapsulado por el material de sellado (38), el dispositivo
electrónico (34) teniendo una antena (40) que se extiende dentro del
material de sellado (38).
3. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 comprendiendo de manera adicional un material de
sellado (38), teniendo la herramienta (32) una superficie exterior y
definiendo un hueco (36) que se extiende desde la superficie, el
dispositivo electrónico (34) estando dispuesto dentro del hueco (36)
y encapsulado por el material de sellado (38), el dispositivo
electrónico (34) teniendo un terminal de fibra óptica (42) que se
extiende a través del material de sellado (38) hasta al menos la
superficie de la herramienta (32).
4. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 en el que el al menos uno, dispositivo de interfaz
incluye un sistema de supervisión de procesos (50) que tiene un
teclado (56), un monitor (58) y un microprocesador (62).
5. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 4 en el que el sistema de supervisión de procesos
(50) también incluye un sensor de la temperatura para medir la
temperatura de la herramienta (32).
6. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 4 en el que la herramienta (32) tiene también un
sistema de refrigerante que lleva un flujo de refrigerante a través
de la herramienta (32) y el sistema de supervisión de procesos (50)
también incluye un detector de flujo para la supervisión del flujo
de refrigerante.
7. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 4 en el que el al menos uno, dispositivo de interfaz
incluye también un lector electrónico portátil (64).
8. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 7 en el que el lector electrónico portátil (64)
incluye una primera interfaz de transmisión de datos (68) para
enviar y para recibir señales desde el dispositivo electrónico
(34), memoria (72) para almacenar las señales recibidas desde el
dispositivo electrónico (34) y una segunda interfaz de transmisión
de datos (70) para transmitir las señales almacenadas al sistema de
supervisión de procesos (50).
9. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 8 en el que el lector electrónico portátil (64)
incluye también una pantalla (74) para ver las señales recibidas
desde el dispositivo electrónico (34).
10. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 en el que el dispositivo electrónico (34) y el
dispositivo de interfaz tienen cada uno de ellos una parte de
comunicaciones (46, 52), la parte de comunicaciones (52) del
dispositivo de interfaz incluyendo un medio para transmitir una
señal de datos/consulta, la parte de comunicaciones (46) del
dispositivo electrónico (34) teniendo un medio para recibir la señal
de datos/consulta y para alimentar el medio de almacenamiento de
datos (44) con la señal de datos/consulta.
11. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 comprendiendo de manera adicional una fuente de
alimentación montada en la herramienta (32).
12. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1, en el que la herramienta (32) incluye un punzón
(90, 92), un troquel (88) y un pistón (94), el dispositivo sensor
(54) comprende primer y segundo sensores (102, 102') y el
dispositivo electrónico (34) comprende un primer microchip
(104'), el troquel (88) y el pistón (94) definiendo cada uno de
ellos un hueco, el primer sensor (102') y el primer microchip
(104') estando montados dentro del hueco del troquel (88), el
segundo sensor (102') estando montado dentro del hueco del pistón
(94).
13. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 12 en el que el dispositivo electrónico (34) también
comprende un segundo microchip (104) montado dentro del hueco
del pistón (94).
14. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1, en el que la herramienta (32) es un taladro a
cañón (112) que define un hueco (126), el sensor (122) estando
montado dentro del hueco (126) del taladro a cañón (112).
15. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 14 en el que el dispositivo electrónico (124) está
montado dentro del hueco (126) del taladro a cañón (112).
16. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 en el que los datos de identificación para la
herramienta (32) se seleccionan a partir del número de pieza del
cliente, el número de pieza del fabricante, la información de
fabricación, la información de configuración, el tiempo de vida
efectivo y cualquier combinación de los mismos.
17. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 16 en el que la información de configuración
comprende una curva de fuerza de rodadura óptima.
18. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 16 en el que el tiempo de vida efectivo es un número
predeterminado de ciclos de rodadura.
19. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 en el que la herramienta es un troquel de rodadura
y los datos operativos para la herramienta (32) incluyen parámetros
seleccionados de la fecha/hora de cada configuración, fecha/hora de
cada tirada, número de ciclos de rodadura experimentados en cada
tirada, número de ajustes de la configuración experimentados en
cada tirada, incidentes de fuerza anormales, patrón de uso por
tirada y cualquier combinación de los mismos.
20. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 1 en el que la herramienta es un troquel de rodadura
y la vida de herramienta restante se calcula mediante la resta del
número de ciclos experimentados por la herramienta (32) a partir de
un número predeterminado de ciclos de rodadura.
21. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 10 en el que no existen otras fuentes de alimentación
conectadas al dispositivo electrónico (34).
22. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 11 en el que la fuente de alimentación es una
batería.
23. El sistema de máquina herramienta de la
reivindicación 11 en el que el dispositivo sensor es un dispositivo
piezoeléctrico (54), el mencionado dispositivo piezoeléctrico (54)
emitiendo una señal que es indicativa del ciclo operativo de la
herramienta (32), la mencionada señal alimentando el medio de
almacenamiento de datos (44), con lo que el mencionado dispositivo
piezoeléctrico (54) es la fuente de alimentación.
24. Un procedimiento para supervisar el ciclo de
vida de una herramienta de conformación en frío (32) en un sistema
de conformación en frío (30, 30'), teniendo la herramienta (32) un
dispositivo electrónico (34) montado de manera fija a la misma,
comprendiendo el procedimiento los pasos de:
- almacenar los datos de identificación para la herramienta (32) en el dispositivo electrónico (34);
- detectar cada ciclo operativo de la herramienta (32) con un dispositivo sensor de ciclo operativo (54) y transmitir los datos de ciclo operativo desde el dispositivo sensor de la señal operativa (54);
- recibir y almacenar los datos de ciclo operativo en el dispositivo electrónico (34);
- determinar el número esperado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32);
\newpage
- acceder a los datos de identificación y a los datos de ciclo operativo almacenados en el dispositivo electrónico (34);
- calcular el número de ciclos operativos que se ha usado la herramienta (32) a partir de los datos de ciclo operativo;
- restar el número de ciclos operativos que se haya usado la herramienta (32) del número determinado esperado de ciclos operativos sobre el tiempo de vida de la herramienta (32) para determinar el tiempo de vida restante de la herramienta (32); y
- almacenar el tiempo de vida restante de la herramienta (32) en el dispositivo electrónico (34).
25. El procedimiento de la reivindicación 24 en
el que el sistema conformador en frío (30, 30') tiene también un
sistema de supervisión de procesos (50), el procedimiento
incorporando de manera adicional los pasos de:
- recibir los datos de ciclo operativo en el sistema de supervisión de procesos (50); y
- transmitir los datos de ciclo operativo desde el sistema de supervisión de procesos (50) al dispositivo electrónico (34).
26. El procedimiento de la reivindicación 25 en
el que el sistema conformador en frío (30, 30') tiene además un
sensor de la temperatura, el procedimiento comprendiendo de manera
adicional los pasos de:
- detectar la temperatura de la herramienta (32); y
- transmitir una señal correspondiente a la temperatura detectada de la herramienta (32) al sistema de supervisión de procesos (50).
27. El procedimiento de la reivindicación 25
comprendiendo de manera adicional los pasos de:
- acceder a los datos de identificación y a los datos de ciclo operativo almacenados en el dispositivo electrónico (34) con el sistema de supervisión de procesos (50); y
- visualizar los datos de identificación y los datos de ciclo operativo en el sistema de supervisión de procesos (50).
28. El procedimiento de la reivindicación 24
comprendiendo de manera adicional el paso de acceder a los datos de
identificación y a los datos de ciclo operativo almacenados en el
dispositivo electrónico (34) con un lector portátil (64).
29. El procedimiento de la reivindicación 28
comprendiendo de manera adicional el paso de registrar los datos de
identificación y los datos de ciclo operativo en el lector portátil
(64).
30. El procedimiento de la reivindicación 28
comprendiendo de manera adicional el paso de visualizar los datos
de identificación y los datos de ciclo operativo en el lector
portátil (64).
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