ES2313357T3 - Procedimiento y aparato para controlar el mecanizado de piezas mecanicas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar el mecanizado de una pieza (18, 38) durante el giro en una máquina-herramienta por medio de un aparato de verificación, que incluye las siguientes etapas: - detección (54) de los valores instantáneos (V(i)) indicativos de las dimensiones radiales de la pieza (18, 38), - procesamiento (57, 59, 60) de los valores instantáneos detectados (V(i)), y - control (62, 63) de por lo menos una fase de mecanizado sobre la base de los valores instantáneos detectados y procesados, en el que la etapa de procesamiento de los valores instantáneos (V(i)) incluye: - un cálculo dinámico (57) de los valores promedio (M(j)) de dichos valores instantáneos (V(i)) durante el mecanizado, la etapa de procesamiento de los valores instantáneos adicionalmente caracterizada porque incluye: - una adquisición (59) de un índice de variación (P), indicativo de la tendencia de los valores promedio (M(j)) durante el mecanizado, y - un cálculo dinámico (60) de una dimensión instantánea (R I) sobre la base del valor promedio calculado (M(j)), el índice de variación (P) y por lo menos un coeficiente de correlación (K), dicha por lo menos una fase de mecanizado estando controlada (62) sobre la base de la dimensión instantánea calculada (R I).
Description
Procedimiento y aparato para controlar el
mecanizado de piezas mecánicas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para controlar el mecanizado de una pieza mecánica
durante el giro en una máquina-herramienta por
medio de un aparato de verificación, incluyendo las siguientes
etapas: detección de los valores instantáneos indicativos de las
dimensiones radiales de la pieza, procesamiento de los valores
instantáneos detectados y control de por lo menos una fase de
mecanizado sobre la base de los valores instantáneos detectados y
procesados.
La invención también se refiere a un aparato
para verificar una pieza en giro durante el mecanizado en una
máquina-herramienta de control numérico, que incluye
un cabezal de verificación adaptado para cooperar con la pieza en
giro y emitir señales eléctricas indicativas de las dimensiones de
la pieza y un dispositivo de procesamiento y visualización
conectado al cabezal de verificación y al control numérico de la
máquina-herramienta y adaptado para recibir las
señales desde el cabezal de verificación, detectar y procesar los
valores instantáneos y proporcionar al control numérico las señales
indicativas de las dimensiones de la pieza.
Se conoce llevar a cabo el mecanizado de piezas
mecánicas, más específicamente en máquinas de rectificar de control
numérico, con una verificación durante el proceso, esto es,
utilizando cabezales de calibración o bien otros aparatos de
verificación o de medición que detecten las dimensiones de la pieza
durante el mecanizado y señalen cuándo se alcanza una dimensión
previamente establecida a fin de controlar el paro del mecanizado o
la transición a una fase de mecanizado subsiguiente.
La solicitud de patente europea Nº
EP-A- 0791873 expone un procedimiento específico de
mecanizado en una máquina de rectificar, según el cual la pieza
mecanizada es la muñequilla de un cigüeñal que gira con un
movimiento orbital alrededor del eje principal del árbol mientras
el carro de la muela de rectificar se traslada con respecto a dicho
eje.
En el mecanizado de este tipo de piezas,
alcanzar las normas extremadamente elevadas de precisión que
actualmente se requieren es difícil debido al requisito simultáneo
de tiempos de producción incluso más cortos. De hecho, los ciclos
de mecanizado deben ser muy cortos, con una elevada relación entre
la velocidad de avance del mecanizado de la muela de rectificar en
movimiento hacia la muñequilla (que determina la velocidad de
extracción de material) y la velocidad de giro del árbol. Como
consecuencia, la sección transversal de la muñequilla mecanizada
tiene, instante por instante y hasta la fase final, por ejemplo la
fase de "pasada suave", una asimetría axial, esto es
dimensiones radiales que varían considerablemente -en relación con
la precisión requerida- desde un punto de la circunferencia a otro.
Esto hace particularmente difícil la verificación durante el
proceso, llevado a cabo por cabezales conocidos con uno o más
palpadores que entran en contacto justo con ciertas áreas de la
superficie de la muñequilla, necesariamente separadas del área que
realmente se está mecanizando en ese instante.
El procedimiento de mecanizado según la
solicitud de patente mencionada Nº
EP-A-0791873 contempla una secuencia
de etapas que incluyen un paro en una posición intermedia durante
el avance de mecanizado del carro de la muela de rectificar hacia
la muñequilla (mientras el carro continúa el desplazamiento a fin de
seguir a la muñequilla que gira orbitalmente sin extraer material)
cuando el cabezal de verificación durante el proceso señala que se
ha excedido una dimensión del diámetro previamente establecida, en
un cierto margen más elevado que la dimensión final deseada. El
procedimiento también contempla que las dimensiones detectadas en
una o más revoluciones de la muñequilla, cuando el carro de la
muela de rectificar está en la posición intermedia, sean procesadas
para calcular un valor promedio a partir del cual se determina la
cantidad del avance subsiguiente del carro de la muela de
rectificar para alcanzar la dimensión deseada. El cabezal de
verificación se retrae y queda inactivo en la última parte del
mecanizado, que contempla el avance de mecanizado del carro de la
muela de rectificar en una cantidad determinada y la fase final de
"pasada suave", cuando el carro de la muela de rectificar se
para otra vez.
El procedimiento según la solicitud de patente
europea mencionada intenta resolver los problemas introducidos por
los requisitos elevados que contrastan en términos de velocidad de
la producción y de precisión de los resultados.
Sin embargo, el ciclo de mecanizado propuesto
está gravado por los controles y las operaciones adicionales, por
la interrupción y la continuación después del avance de mecanizado
del carro de la muela de rectificar antes de alcanzar la dimensión
deseada, que contrastan con los requisitos de reducción del tiempo
de mecanizado. Además, tales operaciones adicionales contribuyen a
deteriorar los componentes eléctricos y mecánicos implicados y
representan posibles causas adicionales de fallos y disfunciones en
la máquina de rectificar.
Los aparatos para la verificación durante el
proceso de muñequillas del cigüeñal en movimiento orbital se
describen en la solicitud de patente internacional
WO-A-9712724, presentada por el
mismo solicitante de la presente solicitud de patente. Tales
aparatos incluyen cabezales de verificación con un elemento de
referencia en forma de V que descansa sobre dos puntos en la
superficie de la muñequilla que se va a verificar, y un palpador
móvil que está en contacto con una superficie de ese tipo entre los
dos puntos de descanso y transmite los desplazamientos a medios de
transductor a lo largo de una dirección que sustancialmente
corresponde con la línea bisectriz de la "V".
Los aparatos fabricados por el propietario de la
presente solicitud de patente según las enseñanzas de la solicitud
de patente WO-A-9712724 garantizan
resultados excelentes desde el punto de vista metrológico, la
máxima simplicidad en la aplicación y bajas fuerzas de inercia y las
normas de comportamiento que se alcanzan en las aplicaciones
relacionadas en las máquinas de rectificar confirman la calidad y la
fiabilidad remarcables de las soluciones adoptadas.
Sin embargo, los requisitos de una velocidad de
mecanizado más elevada mientras se mantenga sin cambiar o se
aumente el grado de precisión, causan los inconvenientes
anteriormente mencionados incluso con los aparatos de este
tipo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento y un aparato asociado para controlar
el mecanizado de piezas mecánicas que permita una precisión y una
fiabilidad del mecanizado considerables en tiempos extremadamente
cortos.
Éste y otros objetos se consiguen mediante el
procedimiento según la reivindicación 1 y el aparato según la
reivindicación 12.
Un procedimiento y un aparato según la invención
se pueden utilizar ventajosamente para controlar las operaciones de
mecanizado de muñequillas en movimiento orbital.
Una de las ventajas que proporcionan el método y
el aparato según la invención consiste en la posibilidad de
compensar eficazmente posibles errores debidos, por ejemplo, a la
utilización de aparatos con un elemento de referencia en forma de
"V".
La invención se describirá de aquí en adelante
en este documento con referencia a las hojas adjuntas de dibujos
que muestran una forma de realización preferida de la invención y se
proporcionan a título de ejemplo no limitativo, en los que:
La figura 1 es una vista lateral de un aparato
de medición montado en el carro de la muela de rectificar de una
máquina de rectificar cigüeñales, mostrado en la condición de
trabajo durante la verificación de una muñequilla de cigüeñal;
la figura 2 muestra, de una forma simplificada y
a mayor escala, un detalle de la figura 1;
la figura 3 es un diagrama de bloques de una
forma de realización preferida de un procedimiento de control según
la presente invención; y
la figura 4 es un gráfico que representa la
tendencia de algunas cantidades detectadas y calculadas según el
procedimiento de la figura 3.
La figura 1 ilustra un aparato según la
invención para controlar el mecanizado de una pieza en una
máquina-herramienta, más específicamente un
dispositivo para verificar durante el proceso una muñequilla de
cigüeñal 18 de un cigüeñal 34 en una máquina de rectificar con un
control numérico por ordenador ("CNC") 33. La muñequilla 18
tiene una forma sustancialmente cilíndrica y define un eje de
simetría 2. Un muñón principal 38 del cigüeñal 34 puede ser
verificado mediante el mismo aparato. Muchas características
constructivas del aparato corresponden a aquellas representadas y
descritas en la solicitud de patente anteriormente mencionada Nº
WO-A-9712724.
En la forma de realización representada en la
figura 1, una muela de rectificar 4 está acoplada a un carro de la
muela de rectificar 1 que define un eje de giro 3 para la muela de
rectificar 4. Una mesa porta-piezas 23 sostiene -y
define un eje de giro 8- el cigüeñal 34. El carro de la muela de
rectificar 1 transporta un dispositivo de soporte con un elemento
de soporte 5 y elementos de acoplamiento giratorio primero 9 y
segundo 12. El elemento de soporte 5 sostiene, por medio de un
pasador de giro 6 que define un primer eje de giro 7 paralelo al
eje de giro 3 de la muela de rectificar 4 y al eje de giro 8 del
cigüeñal 34, el primer elemento de acoplamiento giratorio 9. A su
vez, el elemento de acoplamiento 9 sostiene, por medio de un pasador
de giro 10 que define un segundo eje de giro 11 paralelo al eje de
giro 3 de la muela de rectificar 4 y al eje de giro 8 del cigüeñal
34, el segundo elemento de acoplamiento giratorio 12. En el extremo
libre del elemento de acoplamiento 12 está acoplada una carcasa de
guía tubular 15 en la cual se puede trasladar axialmente una
varilla de transmisión 16 que transporta un palpador 17 para entrar
en contacto con la superficie de la muñequilla 18 que se va a
verificar. La carcasa tubular 15, la varilla 16 y el palpador 17 son
parte de un cabezal de medición o de verificación 39, que también
incluye un bloque de soporte 19, fijado al extremo inferior de la
carcasa de guía tubular 15. El bloque 19 sostiene un dispositivo de
referencia 20, en forma de V, adaptado para acoplar la superficie
de la muñequilla 18 que se va a verificar, en virtud de los giros
permitidos por los pasadores de rotación 6 y 10. La varilla de
transmisión 16 es móvil sustancialmente a lo largo de la línea
bisectriz de la V del dispositivo de referencia 20, o según una
dirección que es ligeramente angular con respecto a la línea
bisectriz.
El bloque de soporte 19 adicionalmente sostiene
un dispositivo de guía 21 que, como se describe en la solicitud de
patente internacional mencionada Nº
WO-A-9712724, sirve para guiar el
dispositivo de referencia 20 para acoplar la muñequilla que se va a
verificar y mantenerlo en contacto con la muñequilla mientras el
dispositivo de referencia 20 se desplaza alejándose de la
muñequilla, para limitar el giro del primer elemento de acoplamiento
9 y del segundo elemento de acoplamiento 12 alrededor de los ejes
de giro 7, 11 definidos por pasadores 6 y 10.
Los desplazamientos axiales de la varilla de
transmisión 16 con respecto a una posición de referencia son
detectados por medio de un transductor de medición, fijado a la
carcasa 15, por ejemplo un transductor 41 del tipo LVDT
(transductor diferencial variable lineal) o HBT (transductor bipolar
de heterounión) (conocidos por sí mismos y no descritos en detalle
en este documento), con devanados fijos y un núcleo ferromagnético
que es móvil con la varilla de transmisión 16.
El transductor 41 del cabezal 39 está conectado
a un dispositivo de procesamiento y visualización 22, a su vez
conectado al control numérico 33 de la máquina de rectificar.
El cigüeñal 34 que se va a verificar se coloca
sobre la mesa porta-piezas 23, entre un husillo y
una contra punta, no representados, que definen el eje de giro 8,
coincidente con el eje geométrico principal del cigüeñal 34. La
muñequilla de cigüeñal 18 y el muñón principal 38 giran alrededor
del eje 8, la primera llevando a cabo una trayectoria orbital.
Un dispositivo de accionamiento comprende un
cilindro de doble acción 28, por ejemplo del tipo hidráulico. El
cilindro 28 está sostenido por el carro de la muela de rectificar 1
y comprende una biela 29, acoplada al pistón del cilindro, que
transporta en el extremo libre un tapón 30. Un brazo 14 está
acoplado en un extremo al elemento 9 y transporta un pilar con una
rueda loca 26 en su extremo opuesto. Cuando el cilindro 28 es
activado para el desplazamiento del pistón y la biela 29 hacia la
derecha (con referencia a la figura 1), el tapón 30 entra en
contacto con el pilar 26 y causa el desplazamiento del aparato de
verificación hacia una posición de reposo según la cual el
dispositivo de referencia 20 está separado de la superficie de la
muñequilla. Un saliente 13 está rígidamente fijado al elemento de
soporte 5 y un resorte de retorno helicoidal 27 está acoplado al
saliente 13 y al brazo 14. Cuando la biela 29 se retrae, a fin de
permitir que el aparato se desplace a la condición de verificación,
y el tapón 30 se desacopla del pilar, o de la rueda loca 26, el
bloque de soporte 19 se aproxima a la muñequilla 18 (o al muñón
principal 38) a través del giro de los elementos de acoplamiento 9,
12 y el aparato alcanza y mantiene la condición de verificación,
sustancialmente del modo descrito en la solicitud de patente
internacional anteriormente mencionada en este documento Nº
WO-A-9712724 a la cual se hace
referencia para una descripción más detallada. La cooperación entre
la muñequilla 18 o el muñón principal 38 y el dispositivo de
referencia 20 se mantiene gracias a la fuerza de la gravedad. La
acción del resorte helicoidal 27 es particularmente importante en
la verificación de la muñequilla 18 en movimiento orbital
representado en la figura 1. De hecho, la tensión del resorte 27
aumenta con el descenso del bloque de soporte 19 y contrarresta
parcial y dinámicamente las fuerzas debidas a la inercia de las
piezas componentes del aparato de verificación que se desplazan
siguiendo los desplazamientos de la muñequilla 18. De este modo es
posible, por ejemplo, evitar sobre tensiones entre el dispositivo de
referencia 20 y la muñequilla 18, en la posición inferior
(identificada mediante el número de referencia 18''), que causarían
la deformación de la V del dispositivo de referencia 20. Por otra
parte, puesto que durante el movimiento de elevación del aparato
(debido al giro de la muñequilla hacia la posición superior 18') la
acción de empuje del resorte 27 disminuye, las fuerzas de inercia
que -en la posición superior 18'- tenderían a liberar el
acoplamiento entre el dispositivo de referencia en forma de V 20 y
la muñequilla 18 se pueden equilibrar apropiadamente. En este
último caso se debe observar que la acción de contrapeso se consigue
mediante la disminución de la acción de empuje del resorte 27. En
otras palabras, el resorte de retorno helicoidal 27 no causa presión
alguna entre el dispositivo de referencia 20 y la muñequilla 18 que
cooperan mutuamente, como se ha descrito antes, simplemente debido
a la fuerza de gravedad.
El transductor 41 del cabezal 39 envía al
dispositivo de procesamiento y visualización 22 señales, los valores
de las cuales son indicativos de la posición de la varilla de
transmisión 16 y por lo tanto del palpador 17. En un dispositivo de
este tipo 22, que incluye una unidad de memoria 24, las señales que
llegan desde el cabezal 39 son procesadas como se describen más
adelante en este documento con referencia a las figuras 2, 3 y
4.
La figura 2 muestra, de forma simplificada, el
palpador 17, la varilla de transmisión 16 y el dispositivo de
referencia en forma de V 20 del cabezal 39 en la fase de la
verificación durante el proceso de la muñequilla 18. La última fase
está representada también en la figura 1, en la cual la muela de
rectificar 4 está representada mientras rectifica la superficie
exterior de una muñequilla 18 del tipo que gira con un movimiento
orbital alrededor del eje 8 del árbol 34 y, por consiguiente,
alrededor de su eje 2, en el sentido indicado mediante la fecha A.
En esta fase el carro de la muela de rectificar 1 lleva a cabo, a la
recepción de los controles a partir del control numérico 33,
desplazamientos de traslación con respecto al eje 8 a lo largo de
una dirección X a fin de seguir los desplazamientos del movimiento
orbital de la muñequilla 18 y un avance de mecanizado adicional,
también a lo largo de la dirección X con respecto al eje 2 de la
muñequilla 18, para extraer material de la superficie de la
muñequilla 18. Muchos tipos de máquinas-herramienta
pueden contemplar desplazamientos de la mesa
porta-piezas 23 a fin de implantar los
desplazamientos de seguimiento o de mecanizado mencionados.
Dos líneas circulares 18I y 18F representan
esquemáticamente el perfil de la superficie exterior de la
muñequilla 18 en el instante I y, respectivamente, el perfil final
de la superficie que sería posible obtener parando en el mismo
instante I el avance de mecanizado del carro de la muela de
rectificar 1. Se debe observar que en la figura 2 la forma
helicoidal del perfil 18I, que depende de la relación entre la
velocidad de avance del mecanizado del carro 1 y de la velocidad de
giro de la muñequilla 18, se ilustra, con fines ilustrativos, de un
modo intencionadamente exagerado con respecto al tamaño real.
En la sección transversal de la figura 2, los
puntos sobre la superficie de la muñequilla 18 que instante por
instante están en contacto con la muela de rectificar 4 y con el
palpador 17 están indicados mediante las referencias W y G e
identifican, respectivamente, un área de mecanizado y un área de
verificación. La dirección del desplazamiento de la varilla 16, que
incluye el punto G, es sustancialmente incidente con el eje 2 del
pasador 18 y forma un ángulo \alpha con respecto a la línea recta,
que también es incidente con el eje 2 de la muñequilla 18, en donde
descansa el punto W de contacto con la muela de rectificar 4.
Se debe observar que, desde un punto de vista
conceptual, mientras el área de verificación puede ser identificada
con el punto G, el área de mecanizado tiene una cierta extensión en
una dirección perpendicular al plano de las figuras 1 y 2. Sin
embargo, en la presente descripción, para favorecer la simplicidad y
la claridad, se hace referencia sólo al punto W de contacto entre
la muñequilla 18 y la muela de rectificar 4 en la sección
transversal
ilustrada.
ilustrada.
Las señales, enviadas por el cabezal 39 durante
el giro de la muñequilla 18 y detectadas a una frecuencia
previamente determinada en el dispositivo 22, definen una secuencia
de valores instantáneos V(i) que son proporcionales a las
dimensiones radiales de la muñequilla 18. Como se representa en la
figura 2, en cualquier instante I la dimensión radial de la
muñequilla 18 en el punto W en contacto con la muela de rectificar 4
difiere de la dimensión detectada por el cabezal 39 en el punto G.
Por lo tanto, cada valor instantáneo detectado V(i) indica,
después un cierto retraso, la dimensión realmente alcanzada en el
punto W de mecanizado.
Un primer procesamiento, que tiene lugar en el
dispositivo de 22, permite calcular dinámicamente un valor promedio
M(j) proporcionado por:
(1)M(j)
= \frac{\sum\limits^{s}\limits_{i = s - (N - 1)}
V(i)}{N}
En donde s es un número progresivo que
identifica el valor instantáneo más recientemente detectado
V(i) y N es el número de valores instantáneos V(i)
detectados en un giro completo del árbol 34 alrededor del eje 8 y
almacenado en la unidad 24.
El valor promedio M(j), o promedio de
rodadura instantánea, permite entre otras cosas compensar las
alteraciones de los valores detectados V(i) introducidos por
el dispositivo en forma de V 20 que, por el contacto con la
superficie de la muñequilla 18, es sensible a los errores de forma
de la muñequilla 18 y causan desplazamientos indeseados del
palpador 17. El promedio de rodadura M(j) es actualizado
continuamente hasta la detección de cada valor instantáneo
actualizado V(i) de la secuencia. En el instante I el valor
promedio M(j) de los valores instantáneos V(i)
detectados en el giro completo anterior, tiene también "un
retraso" con respecto a la dimensión mecanizada en el punto W.
La figura 2 muestra la posición radial del valor promedio
M(j) en el instante I y una línea descontinúa 18I' indica
parte del perfil sobre la base del cual se calcula el valor promedio
M(j).
Un procedimiento según la presente invención
para controlar el mecanizado de una muñequilla con un aparato
representado en las figuras 1 y 2 se describe más adelante en este
documento con referencia al diagrama de bloques de la figura 3 y
del gráfico de la figura 4.
Los bloques del diagrama de la figura 3 tienen
las siguientes funciones:
bloque 50 - inicio del proceso de control;
bloque 51 - colocación del cabezal 39 en la
posición de verificación sobre la muñequilla 18 en movimiento
orbital, mientras el carro de la muela de rectificar 1 lleva a cabo
desplazamientos a lo largo de la dirección X, que incluye el avance
de mecanizado hacia la muñequilla 18;
bloque 52 - adquisición de datos e iniciación de
las variables de control;
bloque 53 - verificación sobre el inicio de la
fase de verificación durante el proceso, en el control del control
numérico 33;
bloque 54 - adquisición y almacenaje de un valor
instantáneo V(i) sobre la base de señales transmitidas desde
el cabezal 39;
\global\parskip0.960000\baselineskip
bloque 55 - verificación sobre el cumplimiento
de un primer rastreo de 360º por el palpador 17 sobre la superficie
de la muñequilla 18;
bloque 56 - incremento en el contador de los
valores instantáneos adquiridos V(i);
bloque 57 - cálculo dinámico y almacenaje del
valor promedio M(j) de la secuencia de valores instantáneos
V(i) adquiridos en el rastreo de 360º más reciente;
bloque 58 - comparación entre el número de los
valores promedio almacenados M(j) y un número previamente
establecido;
bloque 59 - adquisición, más específicamente
cálculo dinámico y almacenaje, de un índice de variación P
indicativo de la tendencia de las variaciones de los C valores
promedio M(j) más recientemente adquiridos y almacenados;
bloque 60 - cálculo dinámico de una dimensión
radial instantánea R_{I} de la muñequilla 18;
bloque 61 - transmisión de la dimensión radial
instantánea calculada R_{I} al control numérico 33 de la máquina
de rectificar;
bloque 62 - comparación entre la dimensión
radial instantánea calculada R_{I} y la dimensión nominal deseada
R_{F};
bloque 63 - control para detener el avance de
mecanizado del carro de la muela de rectificar 1;
bloque 64 - anulación del valor promedio más
antiguo M(j) almacenado en la unidad 24;
bloque 65 - verificación sobre el hecho de que
la fase de verificación durante el proceso termina tras el control
del control numérico 33; y
bloque 66 - finalización del proceso de
control.
El gráfico de la figura 4 muestra las curvas V,
M y R que representan la tendencia en el tiempo de la secuencia de
los valores instantáneos detectados V(i), de los valores
promedio M(j), y la dimensión radial instantánea calculada
R_{I}, respectivamente.
El procedimiento según el diagrama de la figura
3 contempla una fase de inicio en la cual, simultáneamente con la
colocación física del cabezal 39 sobre la muñequilla 18 que es
mecanizada en la máquina de rectificar (bloque 51), ahí ocurre la
adquisición y el establecimiento de algunos parámetros (bloque 52),
como la velocidad de giro \omega de la pieza, esto es un
parámetro de mecanizado de la máquina, el ángulo \alpha que
identifica el punto G en el cual el palpador está en contacto con
la superficie de la muñequilla 18, un periodo de muestreo T de los
valores instantáneos V(i) y un número C, por ejemplo
establecido por el operario, que define el número de valores
promedio M(j) que deben ser mantenidos simultáneamente en la
unidad de memoria 24 a fin de llevar a cabo procesamientos
adecuados, como se describirá más adelante en este documento con más
detalle. Se debe observar que el número anteriormente mencionado N
de valores instantáneos V(i) detectados por cada revolución
completa de la muñequilla se puede obtener a partir de los
parámetros con respecto a la velocidad de giro \omega (por
ejemplo en revoluciones por minuto) de la pieza y el período de
muestreo T (por ejemplo en segundos) de este modo:
(2)N =
\frac{60}{\omega *
T}
Cuando el control numérico 33 de la máquina de
rectificar envía la señal para el inicio del ciclo de verificación
durante el proceso (bloque 53), empieza la fase de adquisición y
almacenaje de las muestras (bloque 54, 56), esto es de los valores
instantáneos V(i). Cuando se detecta el cumplimiento de un
rastreo completo de 360º (bloque 55), por ejemplo mediante la
verificación de la adquisición del valor instantáneo
N-enésimo V(i), un primer valor promedio
M(j) se calcula dinámicamente (bloque 57) por medio de la
ecuación (1) y se almacena en la unidad 24. Las fases para la
adquisición de los valores instantáneos V(i) (bloque 54) y el
cálculo de los valores promedios M(j) subsiguientes (bloque
57) continúa (bloque 58) hasta que el número de valores promedio
M(j) simultáneamente presente en la unidad de memoria 24
corresponde al número establecido C. De ese modo, tales valores
promedio M(j) son utilizados para calcular (bloque 59) el
valor del índice de variación P indicativo de la inclinación de la
curva que representa, en la figura 4, la tendencia en el tiempo de
los valores promedio M(j), por medio de la siguiente
ecuación:
(3)P =
\frac{\sum\limits^{s-1}\limits_{j=s-(C-1)}
(M(j + 1) - M(j))}{C -
1}
El índice P es un número negativo que representa
la variación promedio de los valores promedio M(j) entre una
muestra y la otra sobre la base de un número C previamente
determinado de valores promedio.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Sobre la base del valor promedio actual
M(j), el índice de variación P y un coeficiente de corrección
K que considera los retrasos de la evaluación introducidos por la
geometría del sistema, más específicamente por la disposición mutua
de los puntos G y W, se calcula dinámicamente (bloque 60) la
dimensión radial instantánea R_{I} como:
(4)R_{I} =
M(j) +
P*K
en
donde:
(5)K = N *
\frac{\alpha +
180}{360}
En la práctica K es un coeficiente de corrección
que considera el número previamente mencionado N de valores
instantáneos V(i) detectados para cada revolución completa de
la muñequilla y el retraso entre el valor promedio M(j) y
las dimensiones alcanzadas en el instante idéntico I en el punto de
mecanizado W.
Con referencia al gráfico de la figura 4, en el
instante I:
- se detecta el valor V(i),
- se calcula y se almacena el valor promedio
M(j) sobre la base de los N valores instantáneos V(i)
con i= (s -(N-1)),..., s detectado en el último
giro de 360º,
- se evalúa el índice P indicativo de la
inclinación de la curva M sobre la base del último C de los valores
promedio M(j) con j = (s -(C-1)),..., s y
- se calcula la dimensión radial instantánea
R_{I}.
La dimensión R_{I}, esto es una evaluación de
la dimensión radial de la muñequilla 18 en el punto W en donde se
mecaniza la superficie de la muñequilla, es transmitida (bloque 61)
desde el dispositivo de procesamiento y visualización 22 al control
numérico 33 de la máquina de rectificar. El control numérico 33
ventajosamente puede verificar cuándo (bloque 62) la dimensión
radial instantánea R_{I} alcanza el valor de la dimensión nominal
deseada R_{F}, y por consiguiente controla el paro del avance de
mecanizado del carro de la muela de rectificar 1 (bloque 63). Se
debe observar que la gestión de la dimensión radial instantánea
R_{I} provista por el dispositivo 22 está definida en cualquier
caso por el control numérico 33 de la máquina que controla, como se
ha indicado anteriormente, las operaciones descritas con referencia
a los bloques 62 y 63 o bien otros posibles desplazamientos de
mecanizado sobre la base de programas adecuados que dependen, entre
otras cosas, de las características de la pieza que se vaya a
mecanizar. El final (bloque 66) de la verificación durante el
proceso se determina de forma similar, después del paro del avance
de mecanizado de la muela de rectificar 4 o, por ejemplo, en un
momento subsiguiente, tras el control del control numérico 33
(bloque 65). El bloque 64 de la figura 3 muestra, de una forma
simplificada, la actualización de los valores promedio almacenados
para mantenerlos en la unidad de memoria 24 hasta el último C de los
valores promedio calculados M(j), por ejemplo por la
anulación del valor más antiguo M(j) con j =
(s-(C-1)) entre aquellos utilizados para el cálculo
del índice P a fin de reemplazarlo después de ello con un valor
nuevo en el procesamiento subsiguiente
(bloque 57).
(bloque 57).
En el gráfico de la figura 4, el instante
I_{F} indica el momento en el cual la dimensión calculada R_{I}
alcanza el valor R_{F} y, de acuerdo con el ejemplo descrito antes
en este documento, el control numérico 33 controla el paro del
avance de mecanizado del carro de la muela de rectificar 1 en la
dirección X, con respecto a la muñequilla 18 en movimiento orbital.
El mecanizado continúa con una fase en la cual el carro de la muela
de rectificar 1 continúa llevando a cabo desplazamientos
transversales, con respecto al eje de giro 8 del árbol 34, a fin de
seguir la muñequilla 18 por ejemplo en un único giro orbital de la
última, sustancialmente sin desplazamientos de avance de mecanizado
hacia el eje 2 de la muñequilla 18. En esta fase final la superficie
exterior de la muñequilla 18 se remata para que asuma un perfil que
corresponda al representado en la figura 2 e identificado mediante
la referencia 18F.
Por lo tanto, el procedimiento según la
invención, por ejemplo según la forma de realización que se acaba
de describir, permite verificar, sobre la base del valor instantáneo
V(i) detectado por el cabezal 39, el cuál es la dimensión
radial de la muñequilla 18 realmente alcanzada en ese instante en el
punto W en contacto con la muela de rectificar 4. Por consiguiente,
es posible controlar de un modo continuo en mecanizado de la
muñequilla 18, por ejemplo hasta que se alcance la dimensión nominal
deseada R_{F}, obteniendo de ese modo piezas mecanizadas con una
precisión y una fiabilidad particulares en tiempos extremadamente
cortos, sin que sea necesario interrumpir el avance de mecanizado
de la muela de rectificar 4.
El procedimiento descrito se puede aplicar a
mecanizados que contemplen avances de mecanizado del carro de la
muela de rectificar 1 a una velocidad elevada (por ejemplo del orden
de 15 \mum/s) con giros del árbol relativamente lentos (por
ejemplo desde 20 hasta 60 rpm) y períodos de muestreo desde 0,5
hasta 4 ms. El número N de muestras por revolución de la muñequilla
puede ser del orden de miles, mientras el número C de valores
promedio M(j) para el cálculo del índice P puede ser, por
ejemplo, de aproximadamente 10.
Un valor típico del ángulo \alpha es, por
ejemplo, 120. Se debe observar que en aplicaciones como la que se
ha ilustrado en las figuras 1 y 2, la amplitud del ángulo \alpha
está sujeta a variaciones ligeras durante el giro de la pieza, que
dependen de la geometría y de las características cinemáticas del
sistema. Sin embargo, en la verificación de las dimensiones
radiales de la muñequilla 18, estas variaciones, que permanecen
dentro de una gama de +/- 5º, son absolutamente despreciables. De
hecho, a partir de la ecuación (5) se deduce que una imprecisión de
5º genera una variación de 1,3% (5/360) del valor promedio
M(j) que es constante y sustancialmente no es percibida en
el cálculo del valor R_{I}.
El coeficiente de corrección K calculado
mediante la ecuación (5) permite aplicar el procedimiento según la
invención con resultados excelentes. También es posible permitir un
ligero desplazamiento con respecto al punto G del valor N de los
valores instantáneos detectados V(i) sobre la base de los
cuales se calculan los valores promedio M(j), por medio de
la siguiente ecuación para el cálculo del coeficiente de
corrección:
(5')K' = N *
\frac{\alpha + 180}{360} +
\frac{1}{2}
Sin embargo, en casi la totalidad de los casos,
cuando N es superior a aproximadamente unas pocas decenas (como se
ha establecido antes, un valor típico es aproximadamente 1000), la
diferencia entre K y K' prácticamente no se detecta.
Otras posibles variantes con respecto al
procedimiento descrito hasta ahora en este documento pueden
contemplar, entre otras cosas, un cálculo diferente del índice de
variación, por ejemplo evaluando un ángulo o una relación entre las
cantidades detectadas y las calculadas, en lugar del número negativo
P mencionado en el ejemplo, con la consiguiente modificación de la
ecuación (4) para el cálculo de la dimensión radial instantánea
R_{I}.
En una forma de realización diferente, la
adquisición el índice de variación P tienen lugar no sólo por medio
de los cálculos, sino a través del establecimiento directo de un
valor, por ejemplo por un operario, sobre la base de la velocidad
de avance del mecanizado. De hecho, cuando la velocidad de avance
del mecanizado es constante, el índice P es también constante y no
existe la necesidad de calcular dinámicamente la variación del
índice P en cada giro de la pieza. En otras palabras, si la
velocidad de mecanizado es constante, la inclinación de la curva M
es constante y el dispositivo de procesamiento y visualización 22
puede estar provisto con el índice de variación P sin un
procesamiento adicional.
La última forma de realización es
particularmente ventajosa cuando la pieza soporta dos o más fases de
mecanizado, con diferentes velocidades de avance de mecanizado.
Estableciendo el valor del índice de variación P para cada fase de
mecanizado, es posible mejorar la precisión en el cálculo dinámico
de la dimensión radial instantánea R_{I} cuando pasa de una fase
de mecanizado a la otra y por lo tanto de una velocidad de avance de
mecanizado a la otra.
En otra forma de realización, también es posible
calcular dinámicamente el índice de variación P sobre la base de un
número previamente establecido de valores iniciales M(j) y
utilizar entonces el índice de variación calculado P para el
procesamiento subsiguiente, de un modo completamente similar al que
ha sido descrito antes en este documento. Para hacer mínimos los
errores en el cálculo del índice variación P, se puede evaluar un
valor promedio de un número previamente establecido de valores
calculados del índice de variación P.
En aplicaciones particulares en las cuales la
naturaleza de los errores de la forma de la pieza mecánica es
conocida sustancialmente a priori, los valores promedio
M(j) se pueden evaluar sobre la base de un número de valores
instantáneos V(i) menor que N, o bien sobre la base de una
ventana angular móvil provista de una amplitud fija que puede estar
programada (por ejemplo 120º, o 180º de ancho).
Evidentemente el procedimiento según la
invención es también factible en aplicaciones en las cuales los
valores instantáneos V(i) detectados por las señales del
cabezal 39 sufren otros procesamientos para compensar las
alteraciones debidas, por ejemplo, a las variaciones térmicas o a la
linealidad limitada del cabezal 39.
Un procedimiento y un aparato según la invención
se aplican ventajosamente a verificaciones de muñequillas en
movimiento orbital por medio de cabezales con dispositivos de
referencia en forma de V, como ha sido descrito hasta ahora en este
documento. Un método y un aparato similar son aplicables para
controlar el mecanizado del muñón principal 38 del árbol 34
descrito con referencia a la figura 1.
Además, procedimientos y aparatos de control
similares, por ejemplo utilizando cabezales con dos palpadores que
proporcionan señales indicativas de las dimensiones de los diámetros
de piezas que giran alrededor de sus ejes, o con cabezales de
verificación sin contacto (de tipo óptico o de otro tipo conocido)
quedan dentro del ámbito de la presente invención y permiten, en
muchas aplicaciones, controlar con normas idénticas de precisión,
fiabilidad y velocidad el mecanizado de
máquinas-herramienta como máquinas de
rectificar.
Como se ha establecido anteriormente, el
procedimiento y el aparato según la invención permiten tener
disponible, instante por instante, un valor (como R_{I})
indicativo de la dimensión real de la pieza mecanizada en el área
de contacto con la herramienta. La utilización de un valor de este
tipo (R_{I}) para controlar una o más fases de mecanizado está
generalmente definido y gestionado por el dispositivo de control de
la máquina (por ejemplo el control numérico 33).
Claims (18)
1. Procedimiento para controlar el mecanizado de
una pieza (18, 38) durante el giro en una
máquina-herramienta por medio de un aparato de
verificación, que incluye las siguientes etapas:
- detección (54) de los valores instantáneos
(V(i)) indicativos de las dimensiones radiales de la pieza
(18, 38),
- procesamiento (57, 59, 60) de los valores
instantáneos detectados (V(i)), y
- control (62, 63) de por lo menos una fase de
mecanizado sobre la base de los valores instantáneos detectados y
procesados, en el que la etapa de procesamiento de los valores
instantáneos (V(i)) incluye:
- un cálculo dinámico (57) de los valores
promedio (M(j)) de dichos valores instantáneos (V(i))
durante el mecanizado,
la etapa de procesamiento de los valores
instantáneos adicionalmente caracterizada porque incluye:
- una adquisición (59) de un índice de variación
(P), indicativo de la tendencia de los valores promedio
(M(j)) durante el mecanizado, y
- un cálculo dinámico (60) de una dimensión
instantánea (R_{I}) sobre la base del valor promedio calculado
(M(j)), el índice de variación (P) y por lo menos un
coeficiente de correlación (K),
dicha por lo menos una fase de
mecanizado estando controlada (62) sobre la base de la dimensión
instantánea calculada
(R_{I}).
2. El procedimiento según la reivindicación 1 en
el que cada uno de dichos valores promedio (M(j)) se calcula
dinámicamente sobre la base de una secuencia de los valores
instantáneos (V(i)) detectados en un giro completo de la
pieza (18, 38) durante el mecanizado.
3. El procedimiento según la reivindicación 1 o
la reivindicación 2 para controlar el mecanizado en una máquina de
rectificar con una muela de rectificar (4) en contacto con la pieza
(18, 38) en giro en un área de mecanizado (W), en donde dicho
aparato de verificación coopera con la pieza (18, 38) en por lo
menos un área de verificación (G), en el que dicho coeficiente de
correlación (K) se evalúa sobre la base de la disposición de dicha
área de mecanizado (W) y de dicha por lo menos una área de
verificación (G).
4. El procedimiento según la reivindicación 3 en
el que dicha dimensión instantánea (R_{I}) es una evaluación de
la dimensión de la pieza (18, 38) en dicha área de mecanizado
(W).
5. El procedimiento según la reivindicación 3 o
la reivindicación 4 en el que dicho aparato de verificación incluye
un cabezal de verificación (39) como por lo menos un palpador (17)
en contacto con la pieza (18, 38) en dicha por lo menos una área de
verificación (G), en el que dicho coeficiente de corrección (K) se
evalúa sobre la base de las características geométricas (\alpha)
de la disposición de dicha muela de rectificar (4) y de por lo
menos dicho un palpador (17) con respecto a la pieza (18, 38).
6. El procedimiento según la reivindicación 5 en
el que dicho cabezal de verificación (39) incluye un dispositivo de
referencia en forma de V (20), dicho por lo menos un palpador (17)
siendo móvil a lo largo de una dirección sustancialmente
coincidente con la línea bisectriz de dicha V, o ligeramente angular
con respecto a dicha línea bisectriz, en el que la dimensión
instantánea calculada (R_{I}) es una dimensión radial.
7. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que dicho índice de variación (P)
se calcula.
8. El procedimiento según la reivindicación 7 en
el que dicho índice de variación (P) se calcula sobre la base de
los valores promedio recientes dinámicamente calculados
(M(j)).
9. El procedimiento según la reivindicación 8 en
el que dichos valores promedio (M(j)) sobre la base de los
cuales se calcula dicho índice de variación (P) son un número
determinado (C).
10. El procedimiento según la reivindicación 9
en el que dicho índice de variación (P) se calcula por medio de la
siguiente ecuación:
P =
\frac{\sum\limits^{s-1}\limits_{j=s-(C-1)}
(M(j + 1) - M(j))}{C -
1}
\newpage
11. El procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores para controlar el mecanizado hasta
alcanzar una dimensión nominal (R_{F}) de la pieza (18, 38) en el
que el mecanizado de la pieza (18, 38) está controlado sobre la
base de una comparación (61) entre la dimensión instantánea
calculada (R_{I}) y dicha dimensión nominal (R_{F}).
12. Aparato para verificar una pieza (18, 38)
que gira durante el mecanizado en una
máquina-herramienta de control numérico (33) que
incluye:
- un cabezal de verificación (39) adaptado para
cooperar con la pieza (18, 38) en giro y emitir señales eléctricas
indicativas de las dimensiones de la pieza (18, 38), y
- un dispositivo de procesamiento y
visualización (22) conectado al cabezal de verificación (39) y al
control numérico (33) de la máquina-herramienta y
adaptado para recibir dichas señales desde el cabezal de
verificación (39), detectar y procesar valores instantáneos
detectados (V(i)), y proporcionar al control numérico (33)
señales indicativas de las dimensiones de la pieza (18, 38),
por lo que el dispositivo de procesamiento y
visualización (22) está adaptado para llevar a cabo el cálculo
dinámico de los valores promedio (M(j)) de dichos valores
instantáneos (V(i)) y caracterizado porque el
dispositivo de procesamiento y visualización está adicionalmente
adaptado para llevar a cabo el cálculo dinámico de una dimensión
instantánea (R_{I}) de la pieza (18, 38) sobre la base de uno de
dichos valores promedio calculados (M(j)), de un índice de
variación (P) indicativo de la variación de los valores promedio
(M(j)) durante el mecanizado y de por lo menos un
coeficiente de correlación (K),
el dispositivo de procesamiento y visualización
(22) estando adaptado para proporcionar al control numérico (33)
dicha dimensión instantánea (R_{I}) de la pieza (18, 38).
13. El aparato según la reivindicación 12 para
controlar el mecanizado en una máquina de rectificar con un carro
de la muela de rectificar (1) que transporta una muela de rectificar
(4) en contacto con la pieza (18, 38) en un área de mecanizado (W),
en donde dicho cabezal de verificación (39) coopera con la pieza
(18, 38) en por lo menos un área de verificación (G), el
dispositivo de procesamiento y visualización (22) estando adaptado
para calcular dicho coeficiente de corrección (K) sobre la base de
la disposición mutua de dicha área de mecanizado (W) y dicha por lo
menos un área de verificación (G).
14. El aparato según la reivindicación 13 en el
que el cabezal de verificación (39) incluye un palpador (17) y un
dispositivo de referencia en forma de V (20) adaptado para entrar en
contacto con la pieza (18, 38) que se va a verificar, dicho por lo
menos un palpador (17) siendo móvil con respecto al dispositivo de
referencia en forma de V (20).
15. El aparato según la reivindicación 14 para
la verificación de una muñequilla (18) en movimiento orbital
alrededor de un eje de giro (8) en el que el dispositivo de
referencia en forma de V (20) está adaptado para entrar en contacto
con la muñequilla (18) y mantener dicho contacto sustancialmente
gracias a la fuerza de la gravedad.
16. El aparato según la reivindicación 15
incluyendo una estructura de soporte (5, 6, 9, 10, 12) para sostener
de un modo móvil el cabezal de verificación (39) y permitir que el
palpador (17) y el dispositivo de referencia en forma de V (20)
mantengan el contacto con la muñequilla (18) durante su movimiento
orbital.
17. El aparato según la reivindicación 16 en el
que la estructura de soporte (5, 6, 9, 10, 12) está acoplada al
carro de la muela de rectificar (1) de la máquina de rectificar e
incluye elementos de acoplamiento alternativamente giratorios (9,
12).
18. El aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 17 en el que el dispositivo de procesamiento
y visualización (22) está adaptado para llevar a cabo el cálculo
dinámico de dicho índice de variación (P) sobre la base de los
valores promedio dinámicamente calculados más recientes
(M(j)).
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