ES2322594T3 - Sistema cinematico para el desplazamiento de unidades de trabajo de maquinas para doblar y conformar chapas metalicas. - Google Patents
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Abstract
Un sistema cinemático para impulsar unidades operativas de una máquina dobladora, diseñada para doblar y conformar una chapa metálica, comprendiendo dicha máquina una unidad de soporte de cuchillas (10) con una sección transversal en forma de "C", móvil a lo largo de dos direcciones mutuamente ortogonales con respecto a una base fija, estando la unidad equipada con una o más cuchillas de doblado, en el que: - se usan servomotores (15, 21, 22) y engranajes de reducción epicíclica para el movimiento de la unidad de soporte de cuchillas (10); - la unidad de soporte de cuchillas (10) usa un mecanismo articulado que consta de dos unidades mecánicas (13, 14) que forman una cadena cinemática cerrada con cinco miembros conectados mediante cinco pares giratorios cinemáticos, estando dicho sistema caracterizado porque la primera unidad mecánica (13) comprende un servomotor inde-pendiente (15) equipado con una manivela (16) unida a su vez a una barra de conexión (17) cuyo otro extremo esta articulado con una palanca (18) equipada con un pivote en el árbol (19) mientras que su extremo opuesto al punto de acoplamiento con la barra de conexión (17) está unido a cierto número de clavijas (20) posicionadas en los extremos de soportes (11) integrales con la unidad de soporte de cuchillas (10) y con lo que la segunda unidad mecánica (14) consta de dos servomotores (21, 22) que impulsan respectivas manivelas (23, 24) articuladas a su vez con respectivas barras de conexión (25, 26), estando sus otros extremos acoplados al zócalo (12) de la unidad de soporte de cuchillas (10), con lo que el mecanismo articulado (13, 14) presenta dos configuraciones geométricas particulares, correspondien-tes a estados de singularidad cinemática, con respecto al movimiento inverso, en las proximidades de las configura-ciones en las que el mecanismo dobla la chapa metálica, para generar la amplificación necesaria del par de torsión, porque el mecanismo está en el estado de doble singularidad cinemática, con respecto al movimiento inverso, en las proximidades de ambas configuraciones mencionadas anteriormente, y porque el sistema está diseñado para conseguir esta doble singularidad alineando simultáneamente la primera manivela de motor (21, 22) con la primera barra de conexión (25, 26) y la segunda manivela de motor (16) con la segunda barra de conexión (17).
Description
Sistema cinemático para el desplazamiento de
unidades de trabajo de máquinas para doblar y conformar chapas
metálicas.
La presente invención se refiere a un sistema de
movimiento cinemático para manejar unidades de máquinas dobladoras
de vanguardia, esto es de máquinas automáticas para doblar y
conformar chapas metálicas.
El sistema cinemático ofrece accionamiento
eléctrico y un impulso cinemático particular de los principales
movimientos, que es responsable del doblado en el sentido estricto
de la palabra, difiriendo de este modo de las máquinas producidas
actualmente, que cuentan con accionamiento hidráulico.
El sistema de acuerdo con la invención puede
aplicarse a una máquina dobladora compacta que puede, en términos
de peso y tamaño, encajar en un contenedor, sin la ruidosa y
voluminosa unidad de control hidráulica, ecológica puesto que no
requiere el relleno con grandes cantidades de aceite mineral, más
rápida y más fiable que las máquinas actuales y con costes de
producción más limitados.
Esta invención puede aplicarse en la producción
de máquinas dobladoras y máquinas dobladoras industriales para
chapa metálica.
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Se sabe que la industria relativa a la
producción de artículos de chapa metálica usa máquinas dobladoras
que permiten realizar una serie de dobleces en una única pieza de
chapa metálica, de manera completamente automática y controlada,
para obtener un producto acabado tal como, por ejemplo, una campana
de cocina o una estantería.
También se sabe que las máquinas dobladoras para
chapa metálica normalmente constan de:
- -
- una base fija para soportar el material, por ejemplo chapa metálica, a doblar;
- -
- un armazón de soporte para una prensa de sujeción;
- -
- un punzón, que forma parte de la prensa, y un contrapunzón correspondiente que actúa como medio para sujetar el material durante la fase de doblado;
- -
- una o más cuchillas de doblado que pueden moverse hacia el material procesado;
- -
- movimientos cinemáticos apropiados diseñados para mover la cuchilla o cuchillas de doblado a lo largo de la base para conformar la pieza sujeta entre el punzón y el contrapunzón;
- -
- medios para mover la chapa metálica o el perfil hacia las cuchillas en condiciones de funcionamiento;
- -
- transductores o sensores de diversos tipos, para controlar el proceso, conectados a una unidad electrónica que controla el proceso de producción.
Una máquina dobladora del tipo conocido descrito
anteriormente, comercializada por su solicitante, comprende una
estructura de soporte de cuchillas con una sección transversal en
forma de "C", móvil en dos direcciones recíprocamente
ortogonales con respecto a la base fija, sobre la cual se
fija(n) la(s) cuchilla(s) de doblado.
El perfil de la base que puede obtenerse con una
máquina dobladora automática conocida no es solamente el perfil de
ángulo fijo convencional que puede obtenerse con una máquina
dobladora manual. El control simultáneo del posicionamiento de la
chapa metálica y de la presión ejercida sobre ella hace posible
obtener perfiles radiales.
El uso de cuchillas tradicionales, herramientas
y troqueles particulares, incluidos en el ciclo de doblado, también
hace posible formar perfiles especiales, sin necesidad de la
intervención de un operario cuando la longitud de la herramienta
especial cambia.
Como con el diseño de construcción tradicional,
las cuchillas están soportadas por una estructura portadora de
carga en forma de C montada sobre el armazón principal y la unidad
comprende dos cuchillas: la superior para dobleces negativas (hacia
abajo) y la inferior para dobleces positivas (hacia arriba).
El sistema controla las dimensiones de los
ángulos y el grosor de la chapa metálica, ajustando la posición de
las cuchillas por medio de válvulas proporcionales. Todos los
movimientos se realizan mediante cilindros hidráulicos de control
proporcional. Un mecanismo especial garantiza el paralelismo de los
movimientos de la unidad dobladora.
La herramienta prensadora se monta sobre una
estructura electrosoldada con cuatro brazos, articulada en la parte
posterior del armazón principal.
Los movimientos de la estructura en forma de C y
de las herramientas están controlados por cilindros hidráulicos.
Los cilindros pueden programarse por medio de la unidad de control
para alcanzar el mayor grado de precisión durante todas las fases
de doblado.
Las máquinas dobladoras hidráulicas
tradicionales, como otras máquinas dobladoras presentes en el
mercado, están equipadas con una estructura cinemática que
determina y controla el movimiento de la unidad de soporte de
cuchillas.
Esta estructura en algunos casos puede ser de
tipo pentalateral, es decir que consta de una cadena cinemática
cerrada con cinco miembros conectados por cinco pares
cinemáticos.
La cadena cinemática de tipo pentalateral
tradicional se usa sin embargo para proporcionar a la máquina
rigidez de torsión y por lo tanto no con funciones mecánicas
específicas; además, el tipo pentalateral no está accionado por
manivelas del armazón.
La figura 1 muestra el diagrama cinemático de un
sistema tradicional para el movimiento de la unidad de soporte de
cuchillas P.
En referencia a esta figura, las letras A, D, L
y G indican los puntos de par torsión fijados del armazón alrededor
de los cuales giran los miembros, mientras que las letras B, C, E, F
y H indican los acoplamientos giratorios que permiten un grado de
libertad de rotación en el movimiento relativo de los miembros.
En dichas máquinas, el pentalateral no se
acciona por medio de manivelas de armazón sino mediante cilindros
hidráulicos y no presenta ninguna combinación de singularidad.
Éste es por lo tanto, en todas las medidas y
para todos los propósitos, un mecanismo que presenta ciertas
limitaciones estructurales y funcionales, tales como:
- -
- la máquina es muy ruidosa puesto que todo el sistema cinemático es impulsado por circuitos y componentes de tipo hidráulico;
- -
- usa cantidades considerables de aceite para activar un circuito hidráulico muy complejo;
- -
- usa cantidades considerables de electricidad para el funcionamiento de todo el complejo sistema hidráulico;
- -
- el impacto medioambiental de la máquina es, por lo tanto, extremadamente negativo en lo que respecta al ruido y al consumo de aceite y electricidad.
Análisis específicos realizados en máquinas
dobladoras tradicionales también mostraron que el mecanismo habitual
para doblar la chapa metálica no puede controlarse eléctricamente
puesto que los coeficientes de sensibilidad de la herramienta con
respecto a las manivelas de armazón son demasiado altos.
Estos altos coeficientes de sensibilidad de las
máquinas dobladoras tradicionales no son capaces por lo tanto de
proporcionar la amplificación necesaria al par de torsión
proporcionado por los motores de reducción (motor sin escobillas +
engranaje de reducción epicíclica) disponibles en el mercado y el
único tipo de impulso para los sistemas cinemáticos conocidos es,
por lo tanto, hidráulico.
Otros tipos de motores no pueden usarse debido a
las leyes de movimiento a realizar; otras unidades de reducción
(juegos de engranajes ordinarios) no son compatibles con los pesos y
dimensiones de las máquinas.
Otro problema es la no absoluta precisión de las
máquinas, debido al hecho de que los dos movimientos sincronizados
que hacen posible definir la trayectoria de la herramienta se
consiguen, en las máquinas conocidas, por medio de dos grupos de
cilindros hidráulicos que gracias a su posición son responsables de
forma no completamente independiente del movimiento horizontal y
vertical de la herramienta.
En otras palabras, los cilindros hidráulicos
responsables del movimiento horizontal de la unidad de soporte de
cuchillas también producen un movimiento vertical no deseado y de la
misma manera los cilindros verticales también producen un
movimiento horizontal.
Esto se debe al posicionamiento de los cilindros
que no están en ángulos rectos entre sí, ni forman ángulos fijos
con respecto al armazón.
El documento
EP-A-1609543 (WO 2004/069444)
describe una máquina dobladora de chapas para doblar una chapa
sujeta entre un troquel inferior y un troquel de presión mediante
una cuchilla de un troquel de doblado montado en un brazo doblador
que está controlada en las direcciones vertical y horizontal. El
brazo doblador tiene una sección transversal vertical configurada
sustancialmente en forma de C, e incluye un primer troquel de
doblado unido a la porción superior del brazo doblador en forma de C
y un segundo troquel de doblado unido a una porción inferior del
mismo. Las cuchillas se forman en al menos uno del primer y segundo
troqueles de doblado para extenderse en dirección hacia arriba y
hacia abajo, respectivamente. Los movimientos están controlados
mediante impulsos del servomotor eléctrico.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención propone proporcionar un sistema
cinemático para impulsar unidades operativas de máquinas dobladoras,
capaz de eliminar o al menos reducir las desventajas descritas
anteriormente.
Los servomotores y engranajes de reducción
epicíclica se usan para el movimiento de la unidad de soporte de
cuchillas en lugar de los accionadores hidráulicos
tradicionales.
Los servomotores y las unidades de reducción
hacen posible de hecho conseguir niveles de rendimiento
definitivamente más altos que los de un sistema hidráulico y
también aseguran un par de torsión suministrado de forma constante
que no puede obtenerse con un sistema hidráulico que usa
acumuladores y, por lo tanto, necesariamente tiene una presión que
disminuye lentamente durante el doblado.
Los servomotores eléctricos, debido a la
linealidad intrínseca de su modelo de comportamiento, permiten el
uso de patrones de control avanzados para realizar trayectorias e
interpolaciones definidas libremente, prácticamente sin errores de
posición y velocidad; dichos niveles de rendimiento no pueden
conseguirse con un sistema hidráulico controlado por medio de
válvulas proporcionales debido a la no linealidad causada por el
fluido y a la más reducida banda pasante de este impulso.
Estas ventajas se consiguen por medio de un
sistema cinemático para impulsar las unidades operativas de una
máquina dobladora, cuyas características se describen en la
reivindicación principal.
Las reivindicaciones dependientes de la solución
en cuestión describen realizaciones ventajosas de la invención.
Las principales ventajas de estas soluciones se
refieren en primer lugar al hecho de que la unidad de soporte de
cuchillas de la máquina dobladora usa un mecanismo articulado que
es, por definición, un mecanismo de velocidad variable.
Esto significa que, con la misma velocidad de
impulso, pueden usarse velocidades muy bajas en los pocos segundos
inmediatamente anteriores a la apertura/cierre y velocidades
decididamente más altas durante el resto del golpe de prensado.
Esto también permite una reducción adicional del
tiempo del ciclo y un aumento consiguiente del rendimiento de la
máquina.
La máquina es accionada de forma eléctrica, por
medio de una unidad de control electrónico apropiada, y emplea un
mecanismo original para el movimiento de las cuchillas de doblado
que puede producir una amplificación del par de torsión suficiente
para generar la fuerza sobre las herramientas necesaria para doblar
los grosores y longitudes de acuerdo con las especificaciones de la
máquina.
El sistema articulado que constituye el
mecanismo está considerado en términos cinemáticos un mecanismo
plano, siendo éste un mecanismo en el que los miembros se mueven
con movimiento plano, con los ejes de los pares giratorios
paralelos entre sí y en ángulos rectos al plano de movimiento.
Desde el punto de vista topológico (número de
miembros y tipo de acoplamientos) ésta es una cadena cinemática
cerrada con cinco miembros conectados mediante cinco pares
giratorios cinemáticos.
Uno de estos miembros es el armazón de la
máquina. Esta cadena cinemática tiene dos grados de libertad reales,
es decir permite dos motores independientes. Las dos manivelas de
armazón se seleccionaron como elementos de motor.
Desde el punto de vista geométrico, el
mecanismo:
- -
- tiene el necesario espacio de funcionamiento para el correcto movimiento de las cuchillas de doblado en los campos previstos por la solicitud;
- -
- presenta configuraciones geométricas particulares (correspondientes a estados de singularidad cinemática en el caso de la inversión cinemática del movimiento) en las proximidades de la configuración en la que el mecanismo dobla la chapa metálica, suficiente para generar la amplificación necesaria de los pares de torsión; existen dos de estas configuraciones, correspondientes a la llamada doblez positiva y doblez negativa.
Puede observarse que el mecanismo de acuerdo con
la invención es tal que está en un estado de singularidad
cinemática doble (con respecto al movimiento inverso) en las
proximidades de ambas configuraciones mencionadas
anteriormente.
Esta singularidad doble se consigue alineando
simultáneamente la primera manivela de motor con la primera barra
de conexión y la segunda manivela de motor con la segunda barra de
conexión.
Este concepto es independiente de las
dimensiones geométricas de los miembros o de la posición de los
pares cinemáticos del armazón, incluso aunque parezca evidente que
el efecto de amplificación depende en alguna medida de estas
dimensiones, y del espacio de funcionamiento de la máquina.
A medida que las cuchillas de la máquina de
acuerdo con la invención se mueven por medio de un sistema
articulado con dos grados de libertad que presenta una no
linealidad cinemática evidente, el movimiento de las cuchillas de
doblado, caracterizado por trayectorias de doblado bien definidas,
se hace posible y programable por un algoritmo cinemático inverso
original especial de tipo no iterativo que, insertado en el control
numérico o usado como preprocesador, hace posible realizar
trayectorias bien definidas con ejes interpolados tales como, por
ejemplo, la interpolación circular convencional, que ya se usa en
otras realizaciones.
En particular, un método y un algoritmo típico
del campo de la robótica se aplicaron a una herramienta de máquina,
de una manera adaptada apropiadamente, para permitir el control del
movimiento por medio de variables diferentes a las coordenadas de
la herramienta, no ortogonales sino independientes entre sí.
Este algoritmo define la ley de movimiento,
exactamente y sin aproximación, que corresponde a una trayectoria
de herramienta deseada, a diferencia de lo que ocurre en máquinas
dobladoras hidráulicas en las que la trayectoria se fija
tradicionalmente en el espacio del accionador, que difiere del
espacio cartesiano, y por lo tanto es aproximado,
independientemente de la calidad del controlador.
Este algoritmo resuelve la cinemática de
posición de manera no iterativa y por lo tanto con error cero.
De acuerdo con la invención, el algoritmo
cinemático inverso comprende la posterior solución de dos conexiones
cerradas, cada una de las cuales corresponde a dos ecuaciones de
cierre no lineales en dos cantidades desconocidas.
La solución no iterativa tiene lugar por medio
de consideraciones de tipo geométrico.
Este algoritmo cinemático inverso, combinado con
la alta precisión del controlador que funciona en ejes eléctricos,
hace posible realizar trayectorias particulares, diferentes de la
circular, con características y usos particulares.
En particular, la máquina de acuerdo con la
invención prevé el uso de una nueva y original trayectoria de
doblado que, a diferencia de las soluciones conocidas, permite a la
cuchilla de doblado girar sobre la chapa metálica sin
deslizamiento.
Esta trayectoria es particularmente útil para
procesar materiales con una película protectora puesto que evita
que la película se rompa y el consiguiente daño a la chapa
metálica.
En este caso, la cuchilla y la chapa metálica se
comportan como dos perfiles conjugados y la trayectoria resultante
es un tipo de círculo envolvente. Puede observarse que imponiendo
matemáticamente la restricción de no deslizamiento entre la
cuchilla y la chapa metálica, se consigue una doblez entre las dos
coordenadas libres (o generalizadas) que de hecho definen la
trayectoria.
La calidad de la parte
semi-acabada procesada mediante la máquina de
acuerdo con la invención es excelente y se consigue por medio de
una máquina considerablemente más silenciosa en comparación con las
máquinas anteriores y usa cantidades reducidas de aceite para un
circuito hidráulico mucho más sencillo.
El impacto medioambiental de la nueva máquina
es, por lo tanto, completamente diferente con respecto a las
soluciones conocidas en la técnica antecedente, puesto que es menos
ruidosa y usa considerablemente menos aceite.
\vskip1.000000\baselineskip
Otras características y ventajas de la invención
serán evidentes con la lectura de la siguiente descripción de una
realización de la invención, que se da como ejemplo no vinculante,
con ayuda de los dibujos mostrados en las páginas adjuntas, en los
que:
- la figura 1 representa una vista lateral
esquemática de una máquina dobladora de tipo tradicional;
- la figura 2 representa la vista esquemática
tridimensional de un modelo general del sistema cinemático de
acuerdo con la invención que impulsa la unidad de soporte de
cuchillas de una máquina dobladora;
- la figura 3 es una vista esquemática del mismo
modelo cinemático representado en el plano, que muestra las líneas
de trayectoria de las conexiones;
- las figuras 4 a 6 muestran vistas de modelos
cinemáticos de la unidad impulsadora de soporte de cuchillas;
- la figura 7 es un diagrama de bloques del
sistema de generación de trayectoria de doblado en la máquina de
acuerdo con la invención;
- las figuras 8 y 9 muestran vistas esquemáticas
de la trayectoria de la cuchilla sobre la chapa metálica a doblar,
en una primera y segunda fase operativa.
- las figuras 10 y 11 muestran respectivamente,
en forma de ilustración esquemática y diagrama de bloques, el
procedimiento de cálculo del sistema cinemático inverso en forma
analítica para la máquina dobladora de acuerdo con la
invención.
Remitiéndonos en primer lugar a la figura 1, es
posible observar el método de impulso descrito de la unidad de
soporte de cuchillas P, que se mueve mediante un sistema de impulso
hidráulico que usa accionadores, del que los puntos A, D, L y G se
refieren a los puntos de par de torsión fijos del armazón, alrededor
de los cuales giran los miembros, mientras que B, C, E, F y H
indican los acoplamientos giratorios que permiten un grado de
libertad de rotación al movimiento relativo de los miembros. Este
sistema presenta todos los problemas mencionados anteriormente, que
la invención se propone resolver.
En referencia a la figura 2, la máquina
dobladora de acuerdo con la invención está equipada en su lugar con
una unidad de soporte de cuchillas 10, que usa servomotores y
engranajes de reducción epicíclica en lugar de accionadores
hidráulicos tradicionales para controlar sus movimientos.
Desde el punto de vista estructural, la parte
posterior de la unidad de soporte de cuchillas es integral con una
pluralidad de soportes 11, mientras que zócalos 12 están fijados en
su parte inferior. Los soportes 11 y los zócalos 12 están
implicados en la acción de un sistema cinemático particular cuya
cadena tiene dos grados de libertad reales, dependiendo de dos
unidades mecánicas indicadas, respectivamente, mediante 13 y 14.
El sistema articulado que compone el mecanismo,
cinemáticamente se considera un mecanismo plano, siendo éste un
mecanismo en el que los miembros se mueven con movimiento plano, con
los ejes de los pares giratorios paralelos entre sí en ángulos
rectos al plano de movimiento.
Desde el punto de vista topológico, es decir del
número de miembros y el tipo de acoplamientos, ésta es una cadena
cinemática cerrada con cinco miembros conectados mediante cinco
pares giratorios cinemáticos.
Uno de estos miembros es el armazón de la
máquina. Esta cadena cinemática tiene dos grados de libertad reales,
es decir permite dos motores independientes, cada uno instalado en
la unidad mecánica respectiva.
El primer servomotor independiente 15 forma
parte de la primera unidad mecánica 13, a la que se une una manivela
16, unida a su vez a una barra de conexión 17, que en su otro
extremo se articula con una palanca 18.
Esta palanca 18 está equipada con un pivote en
el árbol 19, mientras que su otro extremo, el opuesto al punto de
acoplamiento con la barra de conexión se ramifica en una serie de
elementos 18a y 18b, que están acoplados al mismo número de
clavijas 20a y 20b situadas en los extremos de los soportes 11
integrales con la unidad de soporte de cuchillas 10.
La segunda unidad mecánica 14 consta de dos
servomotores 21 y 22 que impulsan respectivas manivelas 23 y 24
articuladas a su vez con barras de conexión respectivas 25 y 26,
cuyos otros extremos están unidos al zócalo 12 de la unidad de
soporte de cuchillas 10.
Debe observarse que todas las manivelas pueden
representarse constructivamente mediante elementos excéntricos que
tienen la misma función y que las dos manivelas de armazón se
seleccionaron como elementos motores.
Desde el punto de vista geométrico, el
mecanismo:
- -
- tiene el necesario espacio de funcionamiento para el correcto movimiento de las cuchillas de doblado en los campos previstos por la solicitud;
- -
- presenta configuraciones geométricas particulares (correspondientes a estados de singularidad cinemática en el caso de la inversión cinemática del movimiento) en las proximidades de las configuraciones en las que el mecanismo dobla la chapa metálica, suficiente para generar la amplificación necesaria de los pares de torsión. Existen dos de estas configuraciones, correspondientes a la llamada "doblez positiva" y "doblez negativa".
Puede observarse que este mecanismo es para
estar en un estado de singularidad cinemática doble (con respecto
al movimiento inverso) en las proximidades de ambas configuraciones
mencionadas anteriormente.
Esta singularidad doble se consigue alineando
simultáneamente la primera manivela de motor 23, 24 con la primera
barra de conexión 25, 26 y la segunda manivela de motor 16 con la
segunda barra de conexión 17.
La figura 3 muestra las trayectorias de las
conexiones y, en particular, las referencias Z indican las
siguientes conexiones cinemáticas:
- Z1 -
- manivela 23, 24 de la primera conexión entre el motor 21, 22 y la barra de conexión 25, 26;
- Z2 -
- trayectoria de la barra de conexión 25, 26 de la primera conexión;
- Z3 -
- trayectoria de la primera conexión entre la bisagra de la barra de conexión 25, 26 y la unidad de soporte de cuchillas 10, y la bisagra 20 de la palanca 18;
- Z4 -
- trayectoria de la primera conexión entre la bisagra 20 de la palanca 18 y el pivote 19 de esta palanca;
- ZB1 -
- trayectoria de la segunda conexión entre el pivote 19 de la palanca 18 y la bisagra entre la manivela 18 y la barra de conexión 17;
- ZB2 -
- trayectoria de la segunda conexión entre la bisagra de la manivela 18 y la barra de conexión 17 y la bisagra de la barra de conexión 17 y la manivela 16;
- ZB3 -
- trayectoria de la segunda conexión entre la bisagra de la barra de conexión 17 y la manivela 16, y el eje del árbol del motor 15.
Las figuras esquemáticas 4 y 5 muestran las
posiciones de los miembros, que se representan mediante vectores,
que dan origen a la singularidad doble del mecanismo en las
proximidades de las configuraciones de doblado.
En particular, la figura 4 muestra una primera
configuración singular con el inicio de una doblez positiva,
mientras que la figura 5 muestra una primera configuración singular
con el inicio de una doblez negativa.
La figura 6 muestra la segunda configuración
singular de la manivela 16 y la barra de conexión 17: línea
discontinua de trazos finos inicio de la doblez positiva o negativa
y línea discontinua de trazos largos final de la doblez.
También debe señalarse que este concepto es
independiente de las dimensiones geométricas de los miembros o de
la posición de los pares cinemáticos del armazón, incluso aunque
parece evidente que el efecto de amplificación depende en alguna
medida de estas dimensiones y del espacio de funcionamiento de la
máquina.
A medida que las cuchillas de la máquina de
acuerdo con la invención se mueven por medio de un sistema
articulado con dos grados de libertad que presenta no linealidad
cinemática evidente, el movimiento de las cuchillas de doblado,
caracterizado por trayectorias de doblado bien definidas, se hace
posible y programable mediante un algoritmo cinemático inverso
original especial de tipo no iterativo que, insertado en el control
numérico o usado como preprocesador, hace posible realizar
trayectorias bien definidas con ejes interpolados tal como, por
ejemplo, la interpolación circular convencional.
Como puede observarse en las figuras 8 y 9, se
muestra la nueva trayectoria de doblado particular que permite a la
cuchilla de doblado girar sobre la chapa metálica sin deslizamiento.
Esta trayectoria es particularmente útil para procesar materiales
con una película protectora puesto que evita que la película se
rompa y el consiguiente daño a la chapa metálica.
La referencia X1 en la figura 8 indica el hueco
inicial entre los extremos de la chapa metálica a doblar y el
soporte, mientras que X2 indica el radio de la cuchilla.
En la figura 9 - k3 indica el hueco y X4 el
ángulo de doblado.
La cuchilla y la chapa metálica se comportan
como dos perfiles conjugados y la trayectoria resultante es un tipo
de círculo envolvente. Puede observarse que, imponiendo
matemáticamente la restricción de no deslizamiento entre la
cuchilla y la chapa metálica, se consigue una doblez entre las dos
coordenadas libres que, de hecho, definen la trayectoria.
El movimiento cinemático descrito conduce a
muchas ventajas, la más evidente referente al hecho de que los
servomotores y las unidades de reducción hacen posible conseguir
niveles definitivamente más altos de rendimiento que los de un
sistema hidráulico y también aseguran un par de torsión suministrado
de forma constante que no puede conseguirse con un sistema
hidráulico que usa acumuladores y de este modo tiene necesariamente
una presión que disminuye lentamente durante el doblado.
Además, la calidad de la parte
semi-acabada procesada mediante la máquina de
acuerdo con la invención es excelente y se consigue por medio de
una máquina considerablemente más silenciosa en comparación con las
máquinas anteriores y usa cantidades reducidas de aceite para un
circuito hidráulico mucho más sencillo.
El impacto medioambiental de la nueva máquina
es, por lo tanto, completamente diferente con respecto a las
soluciones conocidas en la técnica antecedente, puesto que es menos
ruidosa y usa considerablemente menos aceite.
La figura 7 es un diagrama de bloques relativo
al programa de control de la máquina dobladora. En particular, este
diagrama de bloques hace posible definir el enfoque de cálculo
matemático usado para fijar un estado de giro y no deslizamiento de
la cuchilla sobre la chapa metálica a doblar.
La invención se ha descrito anteriormente en
referencia a una realización preferida. Sin embargo, queda claro
que la invención es susceptible a muchas variaciones dentro del
alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (6)
1. Un sistema cinemático para impulsar unidades
operativas de una máquina dobladora, diseñada para doblar y
conformar una chapa metálica, comprendiendo dicha máquina una unidad
de soporte de cuchillas (10) con una sección transversal en forma
de "C", móvil a lo largo de dos direcciones mutuamente
ortogonales con respecto a una base fija, estando la unidad
equipada con una o más cuchillas de doblado, en el que:
- -
- se usan servomotores (15, 21, 22) y engranajes de reducción epicíclica para el movimiento de la unidad de soporte de cuchillas (10);
- -
- la unidad de soporte de cuchillas (10) usa un mecanismo articulado que consta de dos unidades mecánicas (13, 14) que forman una cadena cinemática cerrada con cinco miembros conectados mediante cinco pares giratorios cinemáticos,
estando dicho sistema caracterizado
porque la primera unidad mecánica (13) comprende un servomotor
independiente (15) equipado con una manivela (16) unida a su vez a
una barra de conexión (17) cuyo otro extremo esta articulado con
una palanca (18) equipada con un pivote en el árbol (19) mientras
que su extremo opuesto al punto de acoplamiento con la barra de
conexión (17) está unido a cierto número de clavijas (20)
posicionadas en los extremos de soportes (11) integrales con la
unidad de soporte de cuchillas (10) y con lo que la segunda unidad
mecánica (14) consta de dos servomotores (21, 22) que impulsan
respectivas manivelas (23, 24) articuladas a su vez con respectivas
barras de conexión (25, 26), estando sus otros extremos acoplados al
zócalo (12) de la unidad de soporte de cuchillas (10),
con lo que el mecanismo articulado (13, 14)
presenta dos configuraciones geométricas particulares,
correspondientes a estados de singularidad cinemática, con respecto
al movimiento inverso, en las proximidades de las configuraciones
en las que el mecanismo dobla la chapa metálica, para generar la
amplificación necesaria del par de torsión, porque el mecanismo
está en el estado de doble singularidad cinemática, con respecto al
movimiento inverso, en las proximidades de ambas configuraciones
mencionadas anteriormente, y porque el sistema está diseñado para
conseguir esta doble singularidad alineando simultáneamente la
primera manivela de motor (21, 22) con la primera barra de conexión
(25, 26) y la segunda manivela de motor (16) con la segunda barra de
conexión (17).
2. Un sistema cinemático de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende una unidad
de control electrónico central para los respectivos movimientos de
las unidades mecánicas y porque esta unidad de control implementa
un algoritmo cinemático inverso que permite a la herramienta girar
sobre la chapa metálica sin deslizarse sobre ella.
3. Un sistema cinemático de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque comprende una unidad de control electrónico central para los
respectivos movimientos de las unidades mecánicas y porque esta
unidad de control implementa algoritmos cinemáticos inversos que
hacen posible definir las trayectorias de las herramientas sin
aproximación.
4. Un sistema cinemático de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque estos algoritmos
cinemáticos inversos son de tipo no iterativo.
5. Una máquina dobladora diseñada para doblar y
conformar una chapa metálica, que comprende una unidad de soporte
de cuchillas (10) con una sección transversal en forma de "C",
móvil a lo largo de dos direcciones mutuamente ortogonales con
respecto a una base fija, y en la que se fijan una o más cuchillas
de doblado, caracterizada porque comprende un sistema
cinemático de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores para impulsar las unidades operativas.
6. Una máquina dobladora de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizada porque se usan servomotores
(15, 21, 22) y engranajes de reducción epicíclica para el
movimiento de la unidad de soporte de cuchillas (10) y porque esta
unidad de soporte de cuchillas (10) usa un mecanismo articulado que
consta de dos unidades mecánicas (13, 14) que forman una cadena
cinemática cerrada con cinco miembros conectados mediante cinco
pares giratorios cinemáticos.
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