ES2908091T3 - Procedimiento para determinar la fuerza de sujeción - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para determinar la fuerza de sujeción de un dispositivo de sujeción (2), accionado por fuerza y que puede hacerse girar, de una máquina herramienta (1), que comprende las etapas de - sujetar un objeto (5) con una fuerza de accionamiento F, - calcular, sobre la base de un modelo, en una unidad de control (6) de la máquina herramienta (1), la fuerza de sujeción Fcalc que cabe esperar a partir de la fuerza de accionamiento F y los parámetros operativos de la máquina herramienta (1), - medir cíclicamente la fuerza de sujeción Freal que actúa sobre el objeto (5) en el dispositivo de sujeción (2) en el intervalo de tiempo de un intervalo de medición I, - transmitir de forma inalámbrica el valor de medición Freal a la unidad de control (6) de la máquina herramienta (1) y comparar el valor de medición Freal con la fuerza de sujeción Fcalc calculada, caracterizado por - ajustar el intervalo de medición si la comparación muestra una desviación que alcanza un valor umbral.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para determinar la fuerza de sujeción
La invención está constituida por un procedimiento para determinar la fuerza de sujeción de un dispositivo de sujeción, accionado por fuerza y que puede hacerse girar, de una máquina herramienta, que comprende las etapas de
• sujetar un objeto con una fuerza de accionamiento F,
• calcular, sobre la base de un modelo, en una unidad de control de la máquina herramienta, la fuerza de sujeción Fcalc que cabe esperar a partir de la fuerza de accionamiento F y los parámetros operativos de la máquina herramienta,
• medir cíclicamente la fuerza de sujeción Freal que actúa sobre el objeto en el dispositivo de sujeción en el intervalo de tiempo de un intervalo de medición I,
• transmitir de forma inalámbrica el valor de medición Freal a la unidad de control de la máquina herramienta y comparar el valor de medición Freal con la fuerza de sujeción Fcalc calculada, y
• ajustar el intervalo de medición si la comparación muestra una desviación que alcanza un valor umbral.
Para el funcionamiento seguro de las máquinas herramienta con los dispositivos de sujeción asociados a ellas, es necesario conocer la fuerza de sujeción con la que se sujeta una pieza de trabajo o una herramienta en el dispositivo de sujeción. Este reconocimiento condujo a la Directiva 2006/42/CE relativa a las máquinas, que exige un determinado nivel de seguridad funcional para el funcionamiento, siendo necesario, en algunos casos, proporcionar señales relevantes para la seguridad de forma redundante.
Es deseable a este respecto la medición directa de la fuerza de sujeción del dispositivo de sujeción, en donde su uso en una máquina herramienta significa que el dispositivo de sujeción suele estar formado por un mandril de sujeción con mordazas de sujeción, en el que las fuerzas de sujeción medidas en las mordazas de sujeción tienen que transmitirse desde un sistema giratorio a la máquina herramienta. La transmisión de datos inalámbrica es ideal para esto, pero esto significa que se debe proporcionar energía en el sistema giratorio para la captura del valor de medición y la transmisión inalámbrica del valor de medición.
El documento DE 102011 081 122 B4 describe un dispositivo de sujeción que presenta un cuerpo de mandril con al menos un elemento de sujeción y un dispositivo de medición para capturar una fuerza de sujeción ejercida por el elemento de sujeción sobre la pieza de trabajo sujeta en el dispositivo de sujeción de piezas de trabajo, estando previsto el dispositivo de medición en una mordaza intercambiable, que también dispone de una unidad de evaluación. También hay un dispositivo de accionamiento para ejercer una fuerza de sujeción deseada sobre una pieza de trabajo sujeta en el dispositivo de sujeción de piezas de trabajo. En la unidad de evaluación, la fuerza de sujeción teórica requerida especificada se compara con la fuerza de sujeción capturada por el dispositivo de medición.
La invención se basa en el objetivo de disminuir la demanda de energía requerida en el dispositivo tensor que puede hacerse girar al tiempo que se garantiza un nivel de seguridad requerido.
Este objetivo se consigue mediante el procedimiento descrito al principio, que se caracteriza por que la fuerza de sujeción dada se determina de dos maneras, a saber, por un lado, mediante el cálculo, sobre la base de un modelo, de la fuerza de sujeción que cabe esperar a partir de la fuerza de accionamiento y los parámetros operativos de la máquina herramienta, y la medición directa de la fuerza de sujeción. La medición directa de la fuerza de sujeción no tiene lugar a este respecto de forma continua, sino cíclica en el intervalo de tiempo de un intervalo de medición. Sin embargo, a este respecto la duración del intervalo de medición no es constante, sino que se puede aumentar para ahorrar energía con respecto a la captura del valor de medición, con el fin de obtener una buena concordancia entre la fuerza de sujeción esperada calculada y la fuerza de sujeción medida realmente. Por otro lado, para garantizar el nivel de seguridad requerido, el intervalo de medición también se puede acortar si el cálculo, sobre la base de un modelo, de la fuerza de sujeción da como resultado un valor demasiado alto y, por lo tanto, los parámetros operativos individuales no están suficientemente determinados y requieren corrección. Tales parámetros operativos se obtienen a partir de la cadena de transmisión de fuerza con la generación de la fuerza de accionamiento, que se convierte en una fuerza de sujeción a través de una multiplicación mecánica. La relación de multiplicación mecánica depende principalmente de las relaciones angulares o de palanca del mecanismo de sujeción. Otros parámetros operativos son el número de revoluciones del dispositivo de sujeción con la fuerza centrífuga resultante así como los coeficientes de fricción de las superficies funcionales del mecanismo multiplicador, que se ven afectados por efectos tribológicos como el desgaste o el estado de lubricación.
De la manera proporcionada por el procedimiento, es posible salvaguardar la transmisión inalámbrica de datos, que por sí sola no cumple los requisitos de la seguridad funcional de la Directiva de Máquinas, mediante el cálculo, sobre la base de un modelo, de la fuerza de sujeción que cabe esperar y ajustar el intervalo de medición a través de la validación de la fuerza de sujeción que cabe esperar con el fin de optimizar el consumo de energía.
En términos de seguridad mejorada, está previsto a este respecto por lo que respecta al procedimiento que el intervalo de medición se alargue si no se alcanza el valor umbral y/o que el intervalo de medición se acorte si se supera el valor umbral. Así, mediante una optimización con respecto al consumo de energía, se garantiza que el cálculo, sobre la base de un modelo, de la fuerza de sujeción que cabe esperar refleje la fuerza de sujeción real con suficiente precisión para garantizar el nivel de seguridad requerido.
De nuevo, con vistas a garantizar un nivel de seguridad suficiente, está previsto que la magnitud de la variación del intervalo de medición sea proporcional a la distancia entre el valor de medición Freal y el valor umbral, es decir, si hay una gran distancia con respecto al valor umbral, tiene lugar una correspondiente variación drástica del intervalo de medición. A este respecto, también existe la posibilidad de que el valor umbral para una desviación con Freal menor que Fcalc sea menor o igual que el valor umbral para una desviación con Freal mayor que Fcalc, es decir, se utilizan diferentes valores umbral con vistas al nivel de seguridad requerido y, en particular, se vigila más de cerca el caso de que la fuerza de sujeción real sea menor que la fuerza de sujeción calculada, ya que esto representa un mayor riesgo potencial.
Sin embargo, también se puede tener en cuenta la sensibilidad a la deformación del objeto que se va a sujetar al establecer el valor umbral para una desviación con Freal mayor que Fcalc, es decir, que las piezas de trabajo que son sensibles a la deformación, como por ejemplo los manguitos de pared delgada, también están protegidas frente a daños por una fuerza de sujeción que en realidad es demasiado alta.
Ha demostrado ser conveniente que el valor umbral se sitúe en una desviación menor/igual al 2 %, en particular en una desviación del 1,5 % y preferiblemente en una desviación del 0,5 %.
También es ventajoso que esté presente un sensor para capturar la fuerza de accionamiento, cuyos datos de medición se puedan por cable transmitir a la unidad de control. Con este procedimiento se encuentran disponibles dos sensores separados, que capturan la fuerza que actúa en diferentes puntos de la cadena de transmisión de fuerza y que representan un aumento significativo de la seguridad gracias a la fusión de los datos de dos sensores a través de rutas de transmisión redundantes.
En el caso en el que el dispositivo de sujeción está constituido por un mandril, el sensor para medir la fuerza de sujeción Freal preferiblemente está asociado a una de las mordazas de sujeción.
La invención se explica con más detalle a continuación a través de un ejemplo de realización representado en el dibujo; muestra:
la Fig. 1 una representación esquemática de las operaciones para determinar la fuerza de sujeción con el nivel de seguridad requerido.
La figura 1 muestra una máquina herramienta 1, a la que se asocia un mandril como dispositivo de sujeción, es decir, en el ejemplo de realización mostrado, un mandril de sujeción de tres mordazas con tres mordazas de sujeción 3 dispuestas uniformemente alrededor de la circunferencia y ajustables radialmente al eje del mandril, cuyo ajuste en el ejemplo de realización mostrado se realiza a través de un accionamiento eléctrico 4, a través del cual se proporciona una fuerza de accionamiento F. Esta fuerza de accionamiento se convierte, a través de conversión mecánica en la cadena de transmisión de fuerza, en una fuerza de sujeción que es ejercida por las mordazas de sujeción 3 sobre la pieza de trabajo 5, en el ejemplo de realización mostrado un manguito sujeto con sujeción externa. La fuerza de sujeción resultante de la fuerza de accionamiento F también se ve afectada por la fuerza centrífuga durante el accionamiento giratorio del dispositivo de sujeción, por el diseño y la calidad de las superficies funcionales de las mordazas de sujeción 3 así como su desgaste y estado de lubricación. A partir de la fuerza de accionamiento F se realiza entonces en una unidad de control 6 de la máquina herramienta 1 un cálculo, sobre la base de un modelo, de la fuerza de sujeción Fcalc que cabe esperar a partir de la fuerza de accionamiento F y los parámetros operativos de la máquina herramienta 1. Además, se realiza una medición cíclica de la fuerza de sujeción Freal que actúa sobre el objeto en el dispositivo de sujeción en el intervalo de tiempo de un intervalo de medición y la transmisión inalámbrica del valor de medición Freal a la unidad de control 6 de la máquina herramienta 1, en la que se compara el valor de medición Freal con la fuerza de sujeción calculada Fcalc.
El intervalo de medición se ajusta si la comparación da como resultado una desviación que alcanza un valor umbral, alargándose el intervalo de medición si no se llega al valor umbral y acortando el intervalo de medición si se supera el valor umbral, de modo que la señal de radio para la transmisión inalámbrica del valor de medición Freal se tiene que transmitir con menos frecuencia en el caso de una buena concordancia, lo que prolonga significativamente la vida útil de la batería integrada en la mordaza de sujeción 3 para proporcionar la energía eléctrica requerida. En las pausas de emisión entre la transmisión de los valores de medición Freal, la fuerza de sujeción se calcula según un modelo 7 a partir de la fuerza de accionamiento F y otras variables de medición como el número de revoluciones 8 del husillo de la máquina, la masa 10 de las mordazas, el número acumulado de ciclos 11 y otros parámetros 9 relevantes como el desgaste y el estado de lubricación.
Cabe señalar que el valor umbral para una desviación con Freal menor que Fcalc no debe ser idéntico al valor umbral para una desviación con Freal mayor que Fcalc y, en particular, puede seleccionarse menor. La sensibilidad a la deformación de la pieza de trabajo 5 que se va a sujetar o sujetada también se puede tener en cuenta al establecer el valor umbral. Finalmente, cabe señalar que la fuerza de accionamiento F no solo puede derivarse de la fuerza de accionamiento generada, sino que también puede controlarse mediante un sensor cuyos datos de medición se transmiten por cable a la unidad de control 6. Por lo tanto, están disponibles dos sensores diferentes, que transmiten sus datos de medición a la unidad de control 6 a través de diferentes vías para el control redundante del estado de sujeción.
Lista de referencias
1 máquina herramienta
2 mandril de sujeción
3 mordaza de sujeción
4 accionamiento
5 pieza de trabajo
6 unidad de control
7 modelo
8 número de revoluciones
9 parámetros adicionales
10 masa de las mordazas
11 número de ciclos
F fuerza de accionamiento
Fcalc fuerza de sujeción que cabe esperar
Freal fuerza de sujeción medida

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para determinar la fuerza de sujeción de un dispositivo de sujeción (2), accionado por fuerza y que puede hacerse girar, de una máquina herramienta (1 ), que comprende las etapas de
• sujetar un objeto (5) con una fuerza de accionamiento F,
• calcular, sobre la base de un modelo, en una unidad de control (6) de la máquina herramienta (1 ), la fuerza de sujeción Fcalc que cabe esperar a partir de la fuerza de accionamiento F y los parámetros operativos de la máquina herramienta (1 ),
• medir cíclicamente la fuerza de sujeción Freal que actúa sobre el objeto (5) en el dispositivo de sujeción (2) en el intervalo de tiempo de un intervalo de medición I,
• transmitir de forma inalámbrica el valor de medición Freal a la unidad de control (6) de la máquina herramienta (1 ) y comparar el valor de medición Freal con la fuerza de sujeción Fcalc calculada, caracterizado por
• ajustar el intervalo de medición si la comparación muestra una desviación que alcanza un valor umbral.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el intervalo de medición se alarga si no se alcanza el valor umbral y/o el intervalo de medición se acorta si se supera el valor umbral.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la magnitud de la variación del intervalo de medición es proporcional a la distancia entre el valor de medición Freal y el valor umbral.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el valor umbral para una desviación con Freal menor que Fcalc es menor o igual que el valor umbral para una desviación con Freal mayor que Fcalc.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que se tiene en cuenta la sensibilidad a la deformación del objeto (5) que se va a sujetar al establecer el valor umbral para una desviación con Freal mayor que F calc.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el valor umbral se sitúa en una desviación < 2 %, en particular una desviación del 1,5 % y preferiblemente una desviación del 0,5 %.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que está presente un sensor para la captura de la fuerza de accionamiento F, cuyos datos de medición se transmiten por cable a la unidad de control (6).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el dispositivo de sujeción (2) está formado por un mandril de sujeción y el sensor para medir la fuerza de sujeción Freal está asociado a una de las mordazas de sujeción (3).
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