ES2328646T3 - Metodo y aparato para corregir el desplazamiento de una maquina herramienta. - Google Patents

Abstract

Una máquina para mecanizar una pieza de trabajo con al menos una herramienta, que tiene un tornillo de bolas, que está soportado por un soporte fijo y un soporte desplazable, caracterizada porque la máquina tiene un dispositivo sin contacto (4) para medir la dilatación del tornillo de bolas (1).

Description

Método y aparato para corregir el desplazamiento de una máquina herramienta.

El objeto de este invento es una máquina para mecanizar una pieza de trabajo con al menos una herramienta que tiene un tornillo de bolas que está soportado por un soporte fijo y un soporte desplazable.

Para el mecanizado de precisión de piezas de trabajo, tal como máquinas de fresado, rectificado, EDM, tornos etc, es necesario que una mesa para las piezas de trabajo sea sujetada sobre una tuerca en un tornillo de bolas y sea posicionada con una precisión equivalente a la precisión deseada del resultado del trabajo. Por lo general, la posición de la tuerca del tornillo de bolas está soportada por uno o más dispositivos de posicionamiento.

El documento US 6958588 B2 expone una máquina para mecanizar una pieza de trabajo con al menos una herramienta revólver o rotativa que tiene un husillo con un eje, cuya temperatura es monitorizada por medio de al menos un sensor de temperatura. El sensor de temperatura es detectado en un modo sin contacto. El sensor es preferiblemente un sensor sensible a la radiación, que detecta la salida de radiación de la temperatura. Activando los mecanismos de impulsión del posicionamiento, la unidad de control de la máquina tiene en cuenta las expansiones debidas a la temperatura del eje producidas por los cambios de temperatura en el eje. Los mecanismos de impulsión de posicionamiento sirven para posicionar una herramienta, llevada por el eje, con relación a la pieza para mecanizar. De esta forma se consigue un mecanizado de precisión que es independiente de la temperatura y de los cambios de temperatura de la máquina en conjunto, de los cambios de temperatura del lubricante de refrigeración, y de los cambios de temperatura en la herramienta y en el eje, que pueden ser debidos a la energía convertida en el lugar de mecanizado.

En el documento US 6456896B1 se describen otro aparato y un método para la corrección del desplazamiento térmico de una máquina herramienta. Se monitoriza la posición de un eje de mando del carro, se miden la velocidad media de movimiento y la frecuencia de movimiento del eje de mando del carro con cada tiempo unitario para la corrección de la posición, y se determina una magnitud de la corrección a partir de la velocidad y la frecuencia de acuerdo con una fórmula de aproximación, y se actualiza. Se determina una magnitud de corrección de una posición mandada a partir de esta magnitud de corrección, y la posición mandada es corregida en la magnitud de corrección de la posición. La magnitud de corrección de posición de la posición mandada se determina a partir de esta magnitud de corrección, y la posición mandada se corregida en esta magnitud de corrección de posición. Como la magnitud de corrección está determinada de acuerdo con la fórmula de aproximación, la corrección del desplazamiento térmico puede ser efectuada en todo momento sin requerir sensor alguno. Cuando la magnitud de la corrección cambia sustancialmente el desplazamiento térmico se mide por medio de un sensor y se usa como la magnitud de corrección, por lo que se mejora la precisión.
Se reduce la frecuencia de medición por medio de sensores, de forma que se puede reducir el tiempo de mecanizado.

Basándose en lo anterior, la necesidad del invento es crear un dispositivo para la compensación del desplazamiento debido a la temperatura a fin de conseguir una mayor precisión y una mejor utilización mejorada del tiempo de mecanizado de una forma sencilla sin complejidad alguna.

El invento resuelve este problema de una forma en la que la máquina tiene un dispositivo sin contacto para medir la longitud de la dilatación del tornillo de bolas.

Además, el invento está resuelto por un método de medida y compensación de un desplazamiento térmico que comprende los pasos de: detectar la longitud real del eje del tornillo de bolas, calcular la diferencia \Deltal de la longitud del eje dilatado y una longitud de referencia del eje y compensar el valor de la diferencia al valor correcto.

Un sensor de desplazamiento está integrado sin contacto en el extremo del tornillo de bolas para medir su dilatación en tiempo real. Basándose en el valor delta informado por este sensor y en la posición real del eje, se genera un valor de compensación a lo largo de la dirección del eje. Este valor se combina con la posición objetivo calculada por la unidad de control.

Este programa supone que en el extremo del tornillo de bolas se usa un soporte desplazable para permitir que el tornillo de bolas se dilate térmicamente hacia afuera del soporte fijo.

Además se dispone de algunos medios para iniciar un proceso de calibrado de la planidad de la superficie de medición. Debido a la posición del sensor y a las tolerancias geométricas del tornillo de bolas el sensor normalmente informa valores diferentes basándose en la orientación del tornillo de bolas.

El asunto de la planidad es compensado con el fin de evitar valores erróneos de compensación de los ejes. Esta compensación debe ser activa solamente cuando el tornillo de bolas no rota más rápido de un valor especificado. En velocidad rápida el promediado natural que ocurre en los sensores de desplazamiento subsanará el efecto de la falta de planidad.

La sección del tornillo de bolas está dividida en una magnitud predefinida de sectores del mismo tamaño que cubren los 360º de la sección de medición. A cada sector se asigna un valor de compensación. Basándose en la orientación circular del tornillo de bolas, se ha de usar el valor de compensación del sector de adaptación para compensar el valor dado por el sensor.

La compensación innovadora de la dilatación del tornillo de bolas es aplicable a cualquier eje lineal, por ejemplo los ejes X, Y y/o Z en máquinas de fresado, rectificado, EDM o en tornos, etc. A continuación se da la fórmula detallada para calcular la compensación de X. La misma fórmula es aplicable para cualquier otro eje:

X_{comp}=((X_{curpos}+X_{orgoff})/X_{screwlenght})*X_{screwK}*X_{screwext}

donde

X_{comp} es el valor de compensación que hay que aplicar en el eje en \mum

X_{curpos} es la posición real de la máquina en el eje en mm

X_{orgoff} es la distancia entre la posición 0 del eje y el soporte fijo en mm

X_{screwlenght} es la longitud del tornillo de bolas en mm

X_{screwK} es una ganancia por dilatación

X_{screwext} es el valor medido en el sensor de monitorización de desplazamiento en \mum.

\vskip1.000000\baselineskip

Un ejemplo de un dispositivo de acuerdo con el invento se muestra en los dibujos:

la Figura 1a es un dispositivo con una longitud de referencia del tornillo de bolas, y

la Figura 1b es un dispositivo con una longitud dilatada del tornillo de bolas.

El tornillo de bolas 1, impulsado por un motor 9, está conectado con una tuerca 6 como se muestra en la Figura 1a y en la Figura 1b. Una tabla 10 con una pieza de trabajo 11 está conectada con la tuerca 6. Hay dos asientos del soporte 7, 8, cada uno de los cuales sujeta un dispositivo de soporte 2, 3. El dispositivo de soporte 3 es, por ejemplo, un soporte de rodillos que soporta el tornillo de bolas 1 de forma rotatoria pero no conectado axialmente. El dispositivo de soporte 2 está fijado conectado con el tornillo de bolas 1.

En el extremo 5 del tornillo de bolas está situado un sensor sin contacto 4. Mide la longitud del tornillo de bolas 1. Por ejemplo, el sensor podría ser de tipo inductivo, capacitivo, óptico, etc.

La diferencia de longitud \Deltal muestra la dilatación del tornillo de bolas 1 entre la longitud de referencia l_{1} y la longitud delatada l_{2}.

El dispositivo descrito anteriormente funciona de la siguiente forma:

Para medir la posición de referencia el motor 9, que impulsa el tornillo de bolas 1 tiene un codificador rotativo incremental que da la base para calcular la posición lineal de la tuerca 6. Por otra parte, el sensor 4 mide sin contacto la dilatación del tornillo de bolas 1, que está, por ejemplo, alargado por la temperatura debida al movimiento prolongado del eje.

Ambos resultados, la posición medida por el codificador rotativo incremental y la dilatación del tornillo de bolas 1 medida por el sensor 4 se introducen en una unidad de control. La unidad de control calcula el valor en un método lineal, dependiendo de la posición de la tuerca.

La dilatación cerca del extremo 5 es mayor que la dilatación cerca del motor 9.

En un siguiente paso la unidad de control genera una señal al motor 9 para ajustar la posición correcta de la
tuerca 6.

Claims (6)

1. Una máquina para mecanizar una pieza de trabajo con al menos una herramienta, que tiene un tornillo de bolas, que está soportado por un soporte fijo y un soporte desplazable, caracterizada porque la máquina tiene un dispositivo sin contacto (4) para medir la dilatación del tornillo de bolas (1).

2. La máquina de la reivindicación 1, en la que el dispositivo (4) es un sensor inductivo, capacitivo u óptico (4).

3. La máquina de la reivindicación 1 ó 2, en la que el soporte fijo (2) no permite el movimiento axial al bastidor de la máquina, y el soporte desplazable (3) permite un movimiento axial al bastidor de la máquina.

4. La de la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que el sistema de medición (4) está dispuesto en el extremo (5) del tornillo de bolas (1).

5. Un método para medida y compensación de un desplazamiento térmico de un tornillo de bolas en una máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones previas, que comprende los pasos de:

- detectar la longitud real l_{1} del tornillo de bolas (1) por un dispositivo rotativo incremental en el motor (9),

- detectar la longitud dilatada l_{2} del tornillo de bolas (1) por el sensor (4),

- calcular la diferencia \Deltal de la longitud real l_{1} del tornillo de bolas (1) y la longitud dilatada l_{2} del tornillo de bolas (1),

- compensar el valor de la diferencia al valor correcto mediante el motor (9).

6. Un método de la reivindicación 5, en el que la compensación de la longitud dilatada del eje del tornillo de bolas está basado en la fórmula:

X_{comp}=((X_{curpos}+X_{orgoff})/X_{screwlenght})*X_{screwK}*X_{screwext}

donde

X_{comp} es el valor de compensación que hay que aplicar en el eje en \mum

X_{curpos} es la posición real de la máquina en el eje en mm

X_{orgoff} es la distancia entre la posición 0 del eje y el soporte fijo en mm

X_{screwlenght} es la longitud del tornillo de bolas en mm

X_{screwK} es una ganancia por dilatación

X_{screwext} es el valor medido en el sensor de monitorización de desplazamiento en \mum.