ES2412630B1 - Dispositivo de compensación de peso para máquinas herramienta - Google Patents

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    • B23Q11/00Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/001Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine
    • B23Q11/0017Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts
    • B23Q11/0025Arrangements compensating weight or flexion on parts of the machine compensating the weight of vertically moving elements, e.g. by balancing liftable machine parts using resilient means, e.g. springs, hydraulic dampers

Abstract

Dispositivo de compensación de peso en movimientos verticales lineales para máquinas herramienta que comprende un cilindro hidráulico de al menos dos cámaras, medios de fijación del mismo a la máquina, una alimentación de fluido hidráulico y un depósito acumulador de gas y fluido hidráulico por cada cámara, integrado en la estructura de la máquina y que permite ejercer una fuerza instantánea equilibrada y que varía uniformemente en magnitud.

Description

Dispositivo de compensación de peso para máquinas herramienta
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invención se engloba en el campo de la máquina herramienta y más concretamente en los dispositivos de compensación de peso en movimientos verticales lineales.
El objeto de dicha invención es la compensación de peso en movimientos verticales lineales mediante un dispositivo integrado en la estructura de la máquina, que permite ejercer una fuerza instantánea equilibrada y que varía uniformemente en magnitud.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Son conocidos dispositivos de compensación de peso en máquinas herramientas para los movimientos verticales de los componentes de la máquina, la consola y el carnero habitualmente, cuyo peso ocasiona, en el caso de no ser compensado, el sobredimensionado del motor o motores de accionamiento y un difícil control que afecta a la calidad del trabajo de la máquina.
Un dispositivo de compensación conocido se muestra en la patente europea 03425363, el cual es un brazo adyacente a la columna en el que un dispositivo hidráulico acciona un cable que es el se conecta a la columna de la máquina.
Este tipo de dispositivo es de gran complejidad y utiliza elementos adyacentes a la máquina, lo cual implica incrementar el volumen y coste de la máquina misma, así como la potencialidad de fallos en el movimiento del dispositivo.
Cilindros telescópicos de varias etapas son conocidos en otros ámbitos como gatos hidráulicos o basculantes para vehículos. Estos cilindros ejercen diferentes magnitudes de fuerza puntual en cada cámara a lo largo del recorrido. Por ejemplo, cuando se produce la transición de una cámara a otra del cilindro, tiene lugar un cambio en la magnitud de la fuerza ejercida por el cilindro que provoca un salto o golpe que debe ser controlado por el motor el cual queda sobre dimensionado sólo para cubrir este evento.
Además, esta falta de uniformidad en el esfuerzo se traduce en una inestabilidad en el movimiento ya que las variaciones de fuerza aplicadas provocan aceleraciones y desaceleraciones. Éstas, en el caso de utilizarse estos dispositivos en máquinas herramienta, serían desfavorables para el control del mecanizado y producirían fallos, falta de calidad y precisión del mismo.
En definitiva, en las soluciones conocidas existe una descompensación dinámica que se traduce en sobredimensionado de máquina y potenciales errores en la precisión del movimiento.
Para solventar dichas desventajas se expone la presente invención que se integra dentro del volumen de la máquina y es de gran sencillez y funcionamiento eficiente debido a su estabilidad dinámica en los movimientos lineales verticales.
DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN
La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un dispositivo de compensación de peso en movimientos verticales lineales para máquinas herramienta caracterizado porque comprende: un cilindro hidráulico de al menos dos cámaras para su movimiento en etapas; medios de fijación de dicho cilindro hidráulico a la máquina herramienta; una alimentación de fluido hidráulico por cada cámara del cilindro; un depósito acumulador de gas y fluido hidráulico por cada cámara; de manera que los citados elementos quedan colocados dentro de la estructura de la máquina herramienta, el cilindro hidráulico colocado en posición vertical, y mediante la circulación del fluido hidráulico entre cada cámara del cilindro y el correspondiente depósito acumulador, a través de cada alimentación, se compensa el peso durante los movimientos lineales verticales de la misma.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.
ES 2 412 630 A1
La figura 1 representa una vista en perspectiva de una máquina herramienta con el dispositivo objeto de la invención.
La figura 2 representa una vista en perspectiva del dispositivo objeto de la invención para una realización de cilindro de dos cámaras y seis depósitos acumuladores.
La figura 3 representa un perfil en sección de un cilindro hidráulico de dos cámaras.
La figura 4 representa un perfil en sección de un cilindro hidráulico de tres cámaras.
La figura 5 muestra sendas gráficas representando la fuerza ejercida por cada cámara del cilindro de la invención durante el desplazamiento del mismo.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención es un dispositivo de compensación de peso en movimientos verticales lineales para máquinas herramienta que comprende: -un cilindro hidráulico (1) de dos cámaras (1.1,1.2) para su movimiento en etapas, -medios de fijación (2) de dicho cilindro hidráulico (1) a la máquina herramienta, -una alimentación (3,4) de fluido hidráulico por cada cámara del cilindro, -un depósito acumulador (6,10) de gas y fluido hidráulico por cada cámara.
Los elementos que constituyen el dispositivo (1,2,3,4,6,10) quedan colocados dentro de la estructura de la máquina herramienta de manera que ninguno sobresale del perímetro exterior de la misma, y reduce la altura de la máquina con lo que en máquinas herramienta de relativo gran tamaño es de gran importancia ya que ahorra espacio en la planta de la factoría donde están instaladas y, sobre todo, evita choques de los elementos de la máquina con el techo de la factoría, lo cual implica una modificación del mismo o ejecuciones especiales de la máquina y del basamento de la misma.
El cilindro hidráulico (1) de esta realización expuesta está colocado en posición vertical, es decir, el eje longitudinal del mismo es perpendicular al suelo, con lo que ejerce una fuerza vertical hacia arriba que compensa el peso (14) del conjunto de la máquina dotado de movimiento vertical, que normalmente es una consola sobre la que se fija el cilindro (1), el carnero (14) y el cabezal (15).
El cilindro hidráulico (1) consta de dos cámaras (1.1, 1.2) en esta realización tal y como se ha mencionado, las cuales se mueven entre sí de manera telescópica. El vástago (1.4) del cilindro discurre dentro de la primera camisa (1.5) de la primera cámara (1.1), la cual hace de vástago y discurre dentro de la segunda camisa (1.6) de la segunda cámara (1.2).
Cada depósito acumulador (6,10), dos en esta realización preferente, alberga en su interior gas y fluido hidráulico de manera que cuando entra más fluido hidráulico el gas se comprime acumulando así una energía potencial de compresión que se libera cuando sale el fluido hidráulico. En definitiva, el gas desplaza el fluido hacia el cilindro hidráulico (1) cuando se extiende, que es cuando se mueve el peso (14) hacia arriba.
Al contrario, en sentido vertical descendente la fuerza de la gravedad ayuda en gran medida al desplazamiento del peso (14) y, por lo tanto, el cilindro hidráulico (1) al contraerse devuelve el fluido hidráulico a los depósitos acumuladores (6,10) comprimiendo el gas en los mismos.
Así, mediante la circulación del fluido hidráulico entre cada cámara (1.1,1.2) del cilindro y el correspondiente depósito acumulador (6,10), a través de cada alimentación (3,4), se compensa el peso (14) durante los movimientos lineales verticales del mismo.
Los medios de fijación (2) del cilindro hidráulico (1) constan de una pletina inferior (2.1) y una brida superior (2.2) para la fijación de las partes inferior y superior, respectivamente, del cilindro hidráulico (1) a la máquina herramienta, en concreto, en el interior de la columna (12) y a la consola, no representada, de la misma.
La pletina inferior (2.1) se fija al extremo inferior del vástago (1.4), constituyendo así el punto de apoyo del cilindro a la parte fija de la máquina, y la brida superior (2.2) se fija al extremo inferior de la segunda camisa (1.6), correspondiendo al elemento móvil de la máquina.
Las entradas de alimentación (3,4) a cada cámara (1.1,1.2) del cilindro hidráulico (1) se encuentran en la parte inferior de la máquina. El funcionamiento correcto del cilindro hidráulico (1) se consigue ya que existe un conducto interior (1.5.1) que comunica la primera cámara (1.1) con la segunda (1.2) permitiendo el paso del fluido hidráulico desde la parte baja del dispositivo a la parte alta del cilindro (1), es decir, a la segunda cámara (1.2).
ES 2 412 630 A1
En una variante de la invención el cilindro hidráulico (1) consta de tres cámaras (1.1,1.2,1.3), con su correspondiente vástago (1.4) y tres camisas (1.5,1.6,1.7) funcionando de manera análoga al cilindro de dos cámaras.
En esta variante la pletina inferior (2.1) se fija al extremo inferior del vástago (1.4), punto de apoyo, al igual que en el caso anterior, pero ahora la brida superior (2.2) se fija al extremo inferior de la tercera camisa (1.7), correspondiendo así al elemento móvil de la máquina.
También, en esta variante, al constar el cilindro (1) con una cámara más, la tercera cámara (1.3), se incluye una entrada de alimentación (5) a la misma por la parte superior de dicha cámara.
Aunque en esta variante la entrada de alimentación (5) se hace por la parte superior del cilindro (1), el incremento en altura total del dispositivo no es relevante ya que los conductos utilizados conectados a las entradas de alimentación (3,4,5) son manguitos flexibles de los conocidos que curvándose, en este caso hacia abajo, nada más salir del cilindro (1) ocupan poco espacio en términos de altura vertical.
El número de depósitos acumuladores a utilizar en cada aplicación es función del recorrido que se desea del cilindro (1) y del espacio disponible en la columna (12) de la máquina. Es claro que dichos depósitos se pueden diseñar a su vez para cada aplicación, pero lo habitual es utilizar los de tamaño estándar disponibles en el mercado, con lo que será necesario utilizar varios conectados en grupo para conseguir el efecto deseado.
Se comprueba que el funcionamiento óptimo del dispositivo con un cilindro hidráulico (1) de dos cámaras se consigue con seis (6,7,8,9,10,11) depósitos acumuladores, colocados en dos grupos de tres para que se integren dentro de la estructura de la máquina, en concreto dentro de la columna (12), conectados dos en serie (10,11) para alimentar la cámara con menor sección, o primera cámara (1.1), y cuatro en serie (6,7,8,9) para alimentar la cámara con mayor sección, o segunda cámara (1.2).
Con la configuración descrita se consigue que en cada instante la fuerza (F) que aplica el fluido hidráulico a cada cámara (1.1,1.2,1.3) sea equilibrada en todas ellas, con una variación uniforme a lo largo de todo el recorrido (Z), extensión o recogida, del cilindro (1).
Con fuerza (F) equilibrada se quiere decir que en el mismo punto de recorrido (Z) del cilindro (1) la fuerza en las cámaras (1.1,1.2,1.3) es la misma.
Una representación de la variación de la fuerza (F) en cada una de las cámaras (C1.1,C1.2,C1.3) durante el recorrido (Z) del cilindro (1) se representa en la figura 5.
De esta manera, la fuerza (F) equilibrada y con variación uniforme implica que se puede dimensionar el correspondiente motor de la máquina herramienta correctamente sin tener que prever grandes cargas en un momento determinado, lo que daría lugar a un motor mayor con el consiguiente mayor coste, consumo y volumen ocupado en la máquina.
Siguiendo la fórmula de presión igual a fuerza dividida por superficie, la fuerza es entonces directamente proporcional a la presión y la superficie: F=PxS.
Para una necesidad de fuerza (F) instantánea equilibrada, como la sección sobre la que actúa el fluido hidráulico no es constante por la diferencia de superficie de las cámaras (1.1,1.2,1.3) mencionada, es necesario que la presión aplicada sea variable en proporción inversa al cambio de superficie en dichas cámaras.
Por ello, el volumen de los depósitos acumuladores (6,7,8,9,10,11) actúa como parámetro de ajuste en el sentido de poder variarlo para delimitar la variación de magnitud en la fuerza de compensación entre los extremos del recorrido, pues ésta es función de la relación entre el fluido hidráulico desplazado y el volumen de los depósitos acumuladores.
Mediante este dispositivo se consigue, en cuanto a la magnitud de la fuerza se refiere, una estabilidad dinámica perfecta en el centro del recorrido (Zm) con una variación controlable que suele ser de entre el 5 y el 10% en los extremos del recorrido (Z).
ES 2 412 630 A1

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    1.–Dispositivo de compensación de peso en movimientos verticales lineales para máquinas herramienta caracterizado porque comprende: -un cilindro hidráulico (1) de al menos dos cámaras (1.1,1.2) para su movimiento en etapas, -medios de fijación (2) de dicho cilindro hidráulico (1) a la máquina herramienta, -una alimentación (3,4) de fluido hidráulico por cada cámara del cilindro, -un depósito acumulador (6,10) de gas y fluido hidráulico por cada cámara, de manera que los citados elementos (1,2,3,4,6,10) quedan colocados dentro de la estructura de la máquina herramienta, el cilindro hidráulico (1) colocado en posición vertical, y mediante la circulación del fluido hidráulico entre cada cámara (1.1,1.2) del cilindro y el correspondiente depósito acumulador (6,10), a través de cada alimentación (3,4), se compensa el peso (14) durante los movimientos lineales verticales de la misma.
  2. 2.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 1 caracterizado porque el cilindro hidráulico (1) consta de tres cámaras (1.1,1.2,1.3).
  3. 3.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios de fijación (2) constan de una pletina inferior (2.1) que se fija al extremo inferior del vástago (1.4), punto de apoyo, y una brida superior
    (2.2) se fija al extremo inferior de la segunda camisa (1.6), elemento móvil de la máquina.
  4. 4.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 2 caracterizado porque los medios de fijación (2) constan de una pletina inferior (2.1) que se fija al extremo inferior del vástago (1.4), punto de apoyo, y una brida superior que se fija al extremo inferior de la tercera camisa, elemento móvil de la máquina (1.7).
  5. 5.-Dispositivo de compensación según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque las entradas de alimentación (3,4) a la primera (1.1) y segunda cámara (1.2) del cilindro hidráulico (1) se encuentran en la parte inferior de la máquina.
  6. 6.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 5 caracterizado porque la entrada de alimentación (5) a la tercera cámara (1.3) se encuentra en la parte superior del cilindro (1).
  7. 7.-Dispositivo de compensación según la reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el cilindro hidráulico (1) consta de un conducto interior (1.5.1) que comunica la primera cámara (1.1) con la segunda (1.2).
  8. 8.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 1 caracterizado porque los depósitos acumuladores son seis (6,7,8,9,10,11) colocados en dos grupos de tres, conectados dos en serie (10,11) para alimentar la cámara con menor sección, o primera cámara (1.1), y cuatro en serie (6,7,8,9) para alimentar la cámara con mayor sección, o segunda cámara (1.2).
  9. 9.-Dispositivo de compensación según las reivindicaciones anteriores caracterizado porque en el mismo punto de recorrido (Z) del cilindro hidráulico (1) la fuerza (F) en las cámaras (1.1,1.2,1.3) es la misma.
  10. 10.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 9 caracterizado porque la fuerza (F) varía uniformemente a lo largo de todo el recorrido (Z), extensión o recogida, del cilindro (1).
  11. 11.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 9 caracterizado porque la diferencia de fuerza (F) entre los extremos del recorrido del cilindro hidráulico (1) es función de la relación entre el fluido hidráulico desplazado y el volumen de los depósitos acumuladores.
  12. 12.-Dispositivo de compensación según la reivindicación 9 caracterizado porque la diferencia de fuerza (F) entre los extremos del recorrido del cilindro hidráulico (1) está entre 5 y 10%.
    Fig.1
    Fig.2
    Fig.3
    1.3
  13. 1.7
    1.2
    14
  14. 2.2
  15. 1.6
    1.5.1
    1.1
    1.5
    1.4
    3 4
    Fig.4
    Z
    Zm
    C1.3
    C1.2
    C1.1
    F
    Fig.5
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