ES2894144T3 - Máquina herramienta con orientación optimizada de amortiguadores de vibración - Google Patents
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Abstract
Máquina herramienta, - en donde la máquina herramienta presenta al menos un primer y un segundo elemento de máquina (6, 2), - en donde el primer elemento de máquina (6) se guía en una guía del segundo elemento de máquina (2) y mediante un accionamiento (4) de la máquina herramienta puede desplazarse en la guía del segundo elemento de máquina (2) con regulación de posición en una dirección de desplazamiento (z), - en donde el primer elemento de máquina (6) presenta una primera y una segunda superficie lateral (11, 12), - en donde la primera o la segunda superficie lateral (11, 12) discurren en paralelo a la dirección de desplazamiento (z) y están orientadas ortogonalmente entre sí, - en donde la máquina herramienta presenta un primer y un segundo amortiguador de vibraciones (13, 14), mediante los cuales puede amortiguarse en cada caso una vibración del primer elemento de máquina (6) que discurre en una dirección de vibración respectiva (F1, F2), - en donde las direcciones de vibración (F1, F2) están orientadas ortogonalmente a la dirección de desplazamiento (z), caracterizada porque - el primer amortiguador de vibraciones (13) está orientado de tal modo que la dirección de vibración (F1) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer amortiguador de vibraciones (13) no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral (11, 12), y/o - el segundo amortiguador de vibraciones (14) está orientado de tal modo que la dirección de vibración (F2) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el segundo amortiguador de vibraciones (14) no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral (11, 12).
Description
DESCRIPCIÓN
Máquina herramienta con orientación optimizada de amortiguadores de vibración
La presente invención parte de una máquina herramienta,
- en donde la máquina herramienta presenta al menos un primer y un segundo elemento de máquina,
- en donde el primer elemento de máquina se guía en una guía del segundo elemento de máquina, y mediante un accionamiento de la máquina herramienta en la guía del segundo elemento de máquina puede desplazarse con regulación de posición en una dirección de desplazamiento,
- en donde el primer elemento de máquina presenta una primera y una segunda superficie lateral,
- en donde la primera o la segunda superficie lateral discurren en paralelo a la dirección de desplazamiento y están orientadas ortogonalmente entre sí,
- en donde la máquina herramienta presenta un primer y un segundo amortiguador de vibraciones, mediante los cuales puede amortiguarse, en cada caso, una vibración del primer elemento de máquina que discurre en una dirección de vibración respectiva,
- en donde las direcciones de vibración están orientadas ortogonalmente a la dirección de desplazamiento.
Una máquina herramienta de este tipo se conoce, por ejemplo, por el documento EP 3017911 B1.
En la máquina herramienta conocida los dos amortiguadores de vibraciones están orientados en paralelo a ambas superficies laterales. Sin embargo, este tipo de orientación - en apariencia completamente natural - no es ventajoso para todos los casos. En particular, puede suceder que determinadas vibraciones estén orientadas en direcciones que no están orientadas en paralelo a ambas superficies laterales. En este caso, el modo de proceder conocido no siempre produce buenos resultados.
El objetivo de la presente invención consiste en diseñar una máquina herramienta del tipo mencionado al principio de tal modo que pueden amortiguarse adecuadamente vibraciones que no están orientadas en paralelo a ambas superficies laterales.
El objetivo se resuelve mediante una máquina herramienta con las características de la reivindicación 1. Diseños ventajosos de la máquina herramienta son objeto de las reivindicaciones dependientes 2 a 8.
De acuerdo con la invención, una máquina herramienta del tipo mencionado al principio se diseña,
- estando orientado el primer amortiguador de vibraciones, de tal modo que la dirección de vibración de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer amortiguador de vibraciones no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral, y/o
- estando orientado el segundo amortiguador de vibraciones, de tal modo que la dirección de vibración de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el segundo amortiguador de vibraciones no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral.
En función de la posición del caso individual puede ser oportuno que uno de los dos amortiguadores de vibraciones esté orientado en paralelo a la primera o en paralelo a la segunda superficie lateral. Sin embargo, también puede ser oportuno que los dos amortiguadores de vibraciones no están orientados ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral. En este caso, puede ser ventajoso cuando la dirección de vibración de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer amortiguador de vibraciones y la dirección de vibración de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el segundo amortiguador de vibraciones estén orientadas ortogonalmente entre sí. En particular, por ello se produce un desacoplamiento de los dos amortiguadores de vibraciones el uno del otro.
El primer y el segundo amortiguador de vibraciones están configurados preferentemente como amortiguadores de vibraciones activos. Una amortiguación de vibraciones activa lleva a un comportamiento de amortiguación superior frente a una amortiguación de vibraciones pasiva.
Es posible que el primer y el segundo amortiguador de vibraciones estén dispuestos en el primer elemento de máquina. Sin embargo, se prefiere especialmente,
- que el primer elemento de máquina comprenda una cabeza de mecanizado que soporte un husillo mediante el cual se hace rotar una herramienta de la máquina herramienta alrededor de un eje de rotación,
- que entre el primer elemento de máquina y la cabeza de mecanizado o al lado de la cabeza de mecanizado esté dispuesto un elemento adicional y
- que el primer y el segundo amortiguador de vibraciones estén dispuestos junto a o sobre el elemento adicional.
Este diseño ofrece distintas ventajas.
Así es posible, por ejemplo, que el elemento adicional pueda girar mediante un accionamiento adicional alrededor de un primer eje de giro paralelo a la dirección de desplazamiento con regulación de posición. Por ello, las orientaciones de los dos amortiguadores de vibraciones pueden ajustarse según la demanda.
Este diseño puede ser especialmente ventajoso cuando un eje de rotación del husillo puede girar con regulación de posición mediante un accionamiento adicional alrededor de un segundo eje de giro paralelo a la dirección de desplazamiento.
Con frecuencia, la cabeza de mecanizado presenta un primer elemento de manejo mediante el cual la cabeza de mecanizado puede separarse de manera automatizada del elemento adicional. En este caso, una ventaja adicional consiste en un diseño en el que
- el elemento adicional, un segundo elemento de manejo presenta, mediante el cual el elemento adicional puede separarse de manera automatizada del primer elemento de máquina, y
- la cabeza de mecanizado después de la separación del elemento adicional del primer elemento de máquina puede unirse de manera automatizada con el primer elemento de máquina.
Por ello, es posible hacer funcionar la máquina herramienta en caso necesario con los dos amortiguadores de vibraciones o sin los dos amortiguadores de vibraciones. En particular, es posible que solo en pocos casos de aplicación aparezcan vibraciones. En unos hechos de este tipo, la máquina herramienta puede hacerse funcionar en una gran parte de su tiempo de funcionamiento sin el elemento adicional y con ello sin los dos amortiguadores de vibraciones. Solo en los pocos casos en los que aparece un traqueteo el elemento adicional se incorpora también.
Las propiedades, características y ventajas anteriormente descritas de esta invención, así como el modo en el que se logran, se aclaran y se comprenden mejor en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de realización que se explican con más detalle asociados con los dibujos. En este sentido muestran en representación esquemática: figura 1 una máquina herramienta y su equipo de control,
figura 2 un corte a lo largo de una línea F-F en la figura 1,
figura 3 un diseño alternativo a la figura 2 y
figura 4 un empujador, una cabeza de mecanizado y un elemento adicional.
De acuerdo con la figura 1 una máquina herramienta presenta varios elementos de máquina. Por ejemplo, la máquina herramienta como elemento de máquina presenta un cuerpo base 1. Sobre o en el cuerpo base 1 como elemento de máquina adicional se encuentra una mesa portapieza 1' a la que puede fijarse una pieza de trabajo no representada. Una columna 2 forma un elemento de máquina adicional. La columna 2 está guiada en una guía 3 del cuerpo base 1 y puede desplazarse mediante un accionamiento 4 en una dirección con regulación de posición señalada con x. Un equipo de control 5 especifica al accionamiento correspondiente 4 para este fin un valor teórico de posición x* correspondiente. Dentro de la columna 2 puede estar dispuesta una guía adicional. Esta guía no está representada en la figura, pero en principio puede ser del mismo tipo que la guía 3. Se denomina a continuación guía externa. Esta denominación sirve para la diferenciación lingüística de una guía adicional que va a denominarse guía interna.
Mediante un accionamiento adicional 4 una guía adicional - concretamente la guía interna - puede desplazarse en la guía externa en una dirección señalada con regulación de posición. El equipo de control 5 especifica al accionamiento correspondiente 4 para este fin un valor teórico de posición correspondiente y*.
La máquina herramienta presenta además un empujador 6. El empujador 6 puede desplazarse en la guía interna con regulación de posición mediante un accionamiento adicional 4 en una dirección señalada con z. El equipo de control 5 especifica al accionamiento correspondiente 4 para este fin un valor teórico de posición correspondiente z*. Tampoco la guía interna está representada en las figuras, pero en principio puede ser del mismo tipo que la guía 3.
El empujador 6 comprende una cabeza de mecanizado 7. La cabeza de mecanizado 7 soporta un empujador 8, mediante el cual una herramienta de la máquina herramienta se hace rotar con una velocidad de giro n alrededor de un eje de rotación 9. La herramienta en sí no está representada en las figuras. Para la rotación del husillo 8 el equipo de control 5 especifica a un accionamiento de husillo 10 un valor teórico de velocidad de giro n* correspondiente.
El empujador 6 es un primer elemento de máquina en el sentido de la presente invención. La columna 2 - para ser más exactos: la guía interna de la columna 2 - es un segundo elemento de máquina en el sentido de la presente invención. La dirección z es la dirección de desplazamiento en el sentido de la presente invención.
El empujador 6 - es decir, el primer elemento de máquina - presenta una primera y una segunda superficie lateral 11, 12. Las superficies laterales 11, 12 discurren en paralelo a la dirección de desplazamiento z y están orientadas ortogonalmente
entre sí. En particular, una de las dos superficies laterales 11, 12 está orientada al mismo tiempo también en paralelo a la dirección x, la otra en paralelo a la dirección y.
En correspondencia con la figura 2, la máquina herramienta presenta un primer amortiguador de vibraciones 13 y un segundo amortiguador de vibraciones 14. Mediante el primer amortiguador de vibraciones 13 puede amortiguarse una vibración del primer elemento de máquina 6 que discurre en una dirección señalada en la figura 2 con F1. De manera análoga, mediante el segundo amortiguador de vibraciones 14 puede amortiguarse una vibración del primer elemento de máquina 6 que discurre en una dirección señalada en la figura 2 con F2. Las direcciones F1, F2, en las cuales actúan los amortiguadores de vibraciones 13, 14, - en lo sucesivo denominadas primera y segunda dirección de vibración F1, F2 -están orientadas ortogonalmente a la dirección de desplazamiento z en correspondencia con la representación en la figura 2. Como puede verse el primer amortiguador de vibraciones 13 está orientado de tal modo que su dirección de vibración F1 no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral 11, 12. De manera análoga como puede verse también el segundo amortiguador de vibraciones 14 está orientado de tal modo que su dirección de vibración F2 no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral 11, 12. A pesar de todo puede determinarse sin más un control correspondiente mediante una transformación de coordenadas conocida en general por los expertos.
De acuerdo con la representación en la figura 2, los amortiguadores de vibraciones 13, 14 están orientados de tal modo que sus direcciones de vibración F1, F2 forman entre sí un ángulo agudo. Sin embargo, asimismo, en correspondencia con la representación en la figura 3 es posible que las direcciones de vibración F1, F2 estén orientadas ortogonalmente entre sí.
Los dos amortiguadores de vibraciones 13, 14 pueden estar configuradas como amortiguadores de vibraciones pasivos. Pero preferentemente los dos amortiguadores de vibraciones 13, 14 están configurados como amortiguadores de vibraciones activos. Esto puede verse en la figura 1 porque se alimentan señales de control C, C' correspondientes a los dos amortiguadores de vibraciones 13, 14 mediante el equipo de control 5, los amortiguadores de vibraciones 13, 14 se controlan, por tanto, activamente mediante el equipo de control 5. Un sistema de sensores necesario para detectar una vibración que aparece está instalado en este caso preferentemente o bien en paralelo a las direcciones x, y, z o formando un ángulo con respecto a estas direcciones. En particular, es posible detectar la vibración que aparece en las direcciones de vibración F1, F2.
En el diseño explicado anteriormente de acuerdo con las figuras 1 a 3 los dos amortiguadores de vibraciones 13, 14 están dispuestos en el empujador 6, es decir, en el primer elemento de máquina. Sin embargo, como alternativa es posible asimismo que los dos amortiguadores de vibraciones 13, 14 sean componentes de la cabeza de mecanizado 7.
En un diseño especialmente preferido, de acuerdo con la representación en la figura 4 entre el primer elemento de máquina 6 y la cabeza de mecanizado 7 o al lado de la cabeza de mecanizado 7 - está dispuesto al menos temporalmente un elemento adicional 15. En este caso, el primer y el segundo amortiguador de vibraciones 13, 14 pueden estar dispuestos junto a o sobre el elemento adicional 15.
Preferentemente el elemento adicional 15 mediante un accionamiento adicional 4 puede girar con regulación de posición alrededor de un primer eje de giro 16 paralelo a la dirección de desplazamiento z. El equipo de control 5 especifica al accionamiento correspondiente 4 para este fin un primer valor teórico angular a* correspondiente. Por ello - por ejemplo -el primer amortiguador de vibraciones 13 puede diseñarse más resistente que el segundo amortiguador de vibraciones 14, de modo que el primer amortiguador de vibraciones 13 puede amortiguar una vibración que aparece a una escala más intensa que el segundo amortiguador de vibraciones 14. El giro del elemento adicional 15 alrededor del eje de giro 16 puede determinarse en este caso de tal modo que la primera dirección de vibración F1 está orientada paralela o casi paralela a la dirección en la que el primer elemento de máquina 6 vibra en realidad. El segundo amortiguador de vibraciones 14 debe compensar en este caso únicamente a un resto mínimo de la vibración del primer elemento de máquina 6 que ha aparecido, por ejemplo, mediante una disposición errónea en la torsión del elemento adicional 15. La dirección en la cual el primer elemento de máquina 6 vibra en realidad puede estar determinada, por ejemplo, por la dirección de la fuerza de corte de un mecanizado por arranque de virutas o de la fuerza activa de un mecanizado por fresado. La orientación del elemento adicional 15 puede realizarse en caso necesario antes de la puesta en servicio de la máquina herramienta y también durante el funcionamiento, es decir, durante el mecanizado por arranque de virutas de una pieza de trabajo.
Es posible que con la torsión del elemento adicional 15 al mismo tiempo se produzca una torsión también del eje de rotación 9 del husillo 8. Como alternativa, es posible que el eje de rotación 9 del husillo 8 mediante un accionamiento adicional 4 pueda girar con regulación de posición alrededor de un segundo eje de giro 17 paralelo a la dirección de desplazamiento z. El equipo de control 5 especifica, en este caso, al accionamiento correspondiente 4 para este fin un segundo valor teórico de ángulo p* correspondiente.
Preferentemente, la cabeza de mecanizado 7, en correspondencia con la representación en la figura 4, presenta un primer elemento de manejo 18. Mediante el primer elemento de manejo 18 la cabeza de mecanizado 7 puede separarse y, por consiguiente, también puede retirarse de manera automatizada del elemento adicional 15. De manera análoga, el elemento adicional 15 presenta un segundo elemento de manejo 19. Mediante el segundo elemento de manejo 19 el elemento adicional 15 puede separarse y, por consiguiente, también puede retirarse de manera automatizada del primer
elemento de máquina 6. Después de la separación y retirada del elemento adicional 15 del primer elemento de máquina 6, por lo tanto, asimismo, la cabeza de mecanizado 7 puede unirse de nuevo con el primer elemento de máquina 6 de manera automatizada. Por tanto, es posible un funcionamiento de la máquina herramienta tanto con el elemento adicional 15 como sin el elemento adicional 15. En resumen, la presente invención se refiere, por consiguiente, a los siguientes hechos:
Una máquina herramienta presenta al menos un primer y un segundo elemento de máquina 6, 2. El primer elemento de máquina 6 se guía en una guía del segundo elemento de máquina 2 y mediante un accionamiento 4 de la máquina herramienta puede desplazarse con regulación de posición en la guía del segundo elemento de máquina 2 en una dirección de desplazamiento z. El primer elemento de máquina 6 presenta una primera y una segunda superficie lateral 11, 12 que discurren en paralelo a la dirección de desplazamiento z y están orientadas ortogonalmente entre sí. La máquina herramienta presenta un primer y un segundo amortiguador de vibraciones 13, 14 mediante los cuales puede amortiguarse en cada caso una vibración del primer elemento de máquina 6 que discurre en una dirección de vibración respectiva F1, F2. Las direcciones de vibración F1, F2 están orientadas ortogonalmente a la dirección de desplazamiento z. El primer amortiguador de vibraciones 13 y/o el segundo amortiguador de vibraciones 14 están orientados de tal modo que la dirección de vibración F1, F2 de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer o segundo amortiguador de vibraciones 13, 14 no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral 11, 12.
La presente invención presenta muchas ventajas. En particular, es posible alinear en caso necesario la orientación de la dirección de vibración F1, F2 del amortiguador de vibraciones 13, 14.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito con detalle mediante el ejemplo de realización preferido, la invención no está limitada por los ejemplos divulgados y a partir de estos el experto puede derivar otras variaciones sin abandonar el ámbito de protección de la invención.
Claims (8)
1. Máquina herramienta,
- en donde la máquina herramienta presenta al menos un primer y un segundo elemento de máquina (6, 2),
- en donde el primer elemento de máquina (6) se guía en una guía del segundo elemento de máquina (2) y mediante un accionamiento (4) de la máquina herramienta puede desplazarse en la guía del segundo elemento de máquina (2) con regulación de posición en una dirección de desplazamiento (z),
- en donde el primer elemento de máquina (6) presenta una primera y una segunda superficie lateral (11, 12),
- en donde la primera o la segunda superficie lateral (11, 12) discurren en paralelo a la dirección de desplazamiento (z) y están orientadas ortogonalmente entre sí,
- en donde la máquina herramienta presenta un primer y un segundo amortiguador de vibraciones (13, 14), mediante los cuales puede amortiguarse en cada caso una vibración del primer elemento de máquina (6) que discurre en una dirección de vibración respectiva (F1, F2),
- en donde las direcciones de vibración (F1, F2) están orientadas ortogonalmente a la dirección de desplazamiento (z), caracterizada porque
- el primer amortiguador de vibraciones (13) está orientado de tal modo que la dirección de vibración (F1) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer amortiguador de vibraciones (13) no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral (11, 12), y/o
- el segundo amortiguador de vibraciones (14) está orientado de tal modo que la dirección de vibración (F2) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el segundo amortiguador de vibraciones (14) no está orientada ni en paralelo a la primera ni en paralelo a la segunda superficie lateral (11, 12).
2. Máquina herramienta según la reivindicación 1,
caracterizada porque
la dirección de vibración (F1) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el primer amortiguador de vibraciones (13) y la dirección de vibración (F2) de la vibración que puede amortiguarse solo mediante el segundo amortiguador de vibraciones (14) están orientadas ortogonalmente entre sí.
3. Máquina herramienta según la reivindicación 2,
caracterizada porque
el primer y el segundo amortiguador de vibraciones (13, 14) están configurados como amortiguadores de vibraciones activos.
4. Máquina herramienta según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada porque
el primer y el segundo amortiguador de vibraciones (13, 14) están dispuestos en el primer elemento de máquina (6).
5. Máquina herramienta según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada porque
- el primer elemento de máquina (6) comprende una cabeza de mecanizado (7) que soporta un empujador (8) mediante el cual una herramienta de la máquina herramienta se hace rotar alrededor de un eje de rotación (9),
- entre el primer elemento de máquina (6) y la cabeza de mecanizado (7) o al lado de la cabeza de mecanizado (7) está dispuesto un elemento adicional (15) y
- el primer y el segundo amortiguador de vibraciones (13, 14) están dispuestos junto a o sobre el elemento adicional (15).
6. Máquina herramienta según la reivindicación 5,
caracterizada porque
el elemento adicional (15) puede girar con regulación de posición mediante un accionamiento adicional (4) alrededor de un primer eje de giro (16) paralelo a la dirección de desplazamiento (z).
7. Máquina herramienta según la reivindicación 5 o 6,
caracterizada porque
un eje de rotación del husillo (8) puede girar mediante un accionamiento adicional (4) con regulación de posición alrededor de un segundo eje de giro (17) paralelo a la dirección de desplazamiento (z).
8. Máquina herramienta según la reivindicación 5, 6 o 7,
caracterizada porque
- la cabeza de mecanizado (7) presenta un primer elemento de manejo (18), mediante el cual la cabeza de mecanizado (7) puede separarse de manera automatizada del elemento adicional (15),
- el elemento adicional (15) presenta un segundo elemento de manejo (19) mediante el cual el elemento adicional (15) puede separarse de manera automatizada del primer elemento de máquina (6), y
- la cabeza de mecanizado (7) después de la separación del elemento adicional (15) del primer elemento de máquina (6) puede unirse de manera automatizada con el primer elemento de máquina (6).
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