MX2010011556A - Maquina y metodo para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones. - Google Patents

Abstract

Máquina y método para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, que permite sincronizar de manera sencilla y fiable un movimiento de giro de dicho cigüeñal (14) en todos sus puntos, donde dicha máquina comprende un útil de mecanizado (1) configurado para desplazarse a lo largo de al menos una guía (2) entre un primer apoyo extremo (3) y un segundo apoyo extremo (4), comprendiendo un primer detector electrónico de posición angular (6) situado en un primer eje de giro (7) de dicho primer apoyo extremo (3), comprendiendo asimismo un segundo detector electrónico de posición angular (8) situado en un segundo eje de giro (9) de dicho segundo apoyo extremo (4), de forma que el movimiento de giro de dicho primer apoyo extremo (3) está sincronizado electrónicamente con el movimiento de giro de dicho segundo apoyo extremo (4) en todo momento durante la mecanización del cigüeñal (14).

Description

MÁQUINA Y MÉTODO PARA MECANIZAR CIGÜEÑALES DE GRANDES DIMENSIONES D E S C R I P C I Ó N CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención tiene aplicación en la industria de equipos y maquinaria para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, por ejemplo para su utilización en la industria naviera.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad las máquinas de mecanizado de cigüeñales de grandes dimensiones comprenden un útil de mecanizado que tiene habilitado un desplazamiento a lo largo de toda la longitud del cigüeñal que se está mecanizando. Asimismo, la máquina comprende dos apoyos extremos, habitualmente denominados cabezal y contrapunto, que sujetan el cigüeñal por sus extremos y además ejercen un par orientado según un eje central del cigüeñal, transmitiéndole un movimiento de giro sobre su propio eje que permite que el útil de mecanizado pueda mecanizar todo el contorno del cigüeñal, mediante su desplazamiento en paralelo a dicho eje central o eje de amarre del cigüeñal, de acuerdo con el mismo principio de funcionamiento que un torno.

Estos equipos y máquinas para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones permiten realizar el mecanizado de todo el cigüeñal, a excepción de los extremos, dado que dichos extremos se corresponden con las zonas por las que se amarra el cigüeñal a los platos de los apoyos extremos de la máquina. Habitualmente dichos extremos del cigüeñal se mecanizan en etapas posteriores, utilizando para ello equipos diferentes al de mecanizado del cigüeñal, por lo que durante su mecanización el cigüeñal está siempre sujeto por los apoyos extremos.

En este tipo de cigüeñales de grandes dimensiones, durante la mecanización de las muñequillas, como consecuencia de que los ejes de dichas muñequillas no se encuentran contenidos en el eje central del cigüeñal por el cual se encuentra amarrado a los apoyos extremos de la máquina, se producen en el cigüeñal momentos y esfuerzos cortantes de gran magnitud, teniendo como consecuencia que el cigüeñal sufra una deformación excesiva, al no ser una pieza rígida, lo que impide en muchos casos alcanzar unas tolerancias de mecanizado adecuadas, produciéndose vibraciones en el cigüeñal que no permiten realizar su mecanizado, por ejemplo de desbaste, en condiciones óptimas para conseguir un tiempo de ciclo bajo.

Con el objeto de solucionar el inconveniente anteriormente expuesto, las máquinas para mecanizar este tipo de cigüeñales incorporan un apoyo central o intermedio, comúnmente denominado luneta motorizada o custodia, que permite sujetar el cigüeñal en una cota intermedia y ejercer, al igual que el cabezal y el contrapunto, un par orientado según el eje central del cigüeñal, transmitiéndole un movimiento de giro sobre su propio eje.

Para poder mecanizar toda la superficie del cigüeñal, dicho apoyo intermedio debe cambiar de posición, cambiando su punto de amarre al cigüeñal para pasar de un apoyo a otro y permitir que la máquina pueda mecanizar el apoyo por el que se encontraba amarrado dicho apoyo intermedio, mecanizando así el cigüeñal en su totalidad.

Asimismo, existen máquinas que comprenden otro tipo de apoyos intermedios que no transmiten giro al cigüeñal, sirviendo para evitar que el cigüeñal sufra una deformación excesiva durante su mecanización como consecuencia de la acción de su peso propio o de los esfuerzos que se producen durante la realización de dichas operaciones de mecanizado. Estas lunetas de apoyo permiten conseguir mayor precisión en el mecanizado, pero presentan el inconveniente de que constituyen una reacción que se traduce en una aplicación de acciones adicionales de torsión sobre el cigüeñal. Considerando este efecto negativo, resulta totalmente determinante, de cara a evitar que el cigüeñal sufra esfuerzos excesivos, sobre todo momentos de torsión excesivos, que el giro del cigüeñal se efectúe de manera perfectamente sincronizada, tanto en los extremos, es decir en el cabezal y en el contrapunto, como en los puntos en los que se encuentren las lunetas intermedias.

Habitualmente estas máquinas constan de un cabezal, un contrapunto y una luneta motorizada que se encuentra situada en una posición intermedia, de forma que estos tres puntos de apoyo sujetan y transmiten movimiento de giro al cigüeñal. A la vista de esta realización, se pone de manifiesto claramente que en el caso de que los movimientos de giro que transnrjite cada uno de estos tres elementos no estén perfectamente sincronizados, se generan esfuerzos de torsión en el cigüeñal que pueden producir una deformación excesiva del mismo. Por este motivo resulta determinante, con el objeto de obtener un mecanizado correcto del cigüeñal, que el giro de dichos tres elementos se realice de manera sincronizada.

En la actualidad, existen medios de sincronización del movimiento de giro de los apoyos extremos y la luneta motorizada de estas máquinas para mecanizar cigüeñales. Dichos medios de sincronización consisten en una barra rígida situada entre el cabezal y el contrapunto que permite vincular el movimiento de giro del cabezal y el movimiento de giro del contrapunto, para lo cual dicha barra tiene una longitud equivalente a la distancia entre apoyos extremos de la máquina.

A su vez, para conectar la barra rígida a la luneta motorizada se dispone de un dispositivo de embrague que permite embragar la barra con la luneta para la transmisión de movimiento, de forma que el giro de dicho dispositivo, y por lo tanto de la luneta, y el giro tanto del cabezal como del contrapunto son solidarios al movimiento de giro de la barra. Por otro lado, el dispositivo de embrague permite desembragar la barra rígida cuando se requiere cambiar la posición de la luneta motorizada, ya que dicha luneta no se encuentra en una posición fija respecto al cigüeñal durante todo el proceso de mecanización, tal y como se ha explicado con anterioridad.

De esta forma, al unir la luneta motorizada a la barra, el motor de giro de la luneta queda solidario al motor de giro del cabezal, con lo que el efecto es equivalente a disponer de dos motores conectados en serie para girar el cigüeñal. En el caso en el que la barra tiene dos motores en serie, uno situado en el cabezal y otro en el contrapunto, el efecto es equivalente a disponer de un tercer motor en serie, cuando la barra se encuentra embragada en la luneta motorizada.

El principal inconveniente que presenta este sistema de sincronización es que dada la gran longitud del cigüeñal, el giro de los apoyos extremos difícilmente se encuentra perfectamente sincronizado, lo que produce esfuerzos de torsión excesivos en el cigüeñal, además de que es un sistema de sincronización mecánico, que complica en exceso la fabricación y funcionamiento de la máquina, teniendo escasa f labilidad y aumentando considerablemente su complejidad. Asimismo, estos medios de sincronización presentan serias desventajas operativas derivadas del requerimiento de que la barra tenga que ser embragable y desembragable en la luneta motorizada con el objeto de permitir el desplazamiento de dicha luneta a lo largo de todo cigüeñal en diferentes apoyos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones y un segundo aspecto se refiere a un método para mecanizar dichos cigüeñales, mediante dicha máquina, permitiendo un sistema de sincronización electrónica del movimiento de giro del cigüeñal que se está mecanizando, preferentemente en diferentes puntos de dicho cigüeñal, prescindiendo de la necesidad de utilizar elementos mecánicos complejos, tales barras rígidas o complejos sistemas mecánicos con engranajes y embragues, consiguiendo una sincronización perfecta del movimiento de los apoyos extremos del cigüeñal, así como del movimiento de la luneta motorizada, en el caso de disponer de esta última.

La máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones que la invención propone comprende un útil de mecanizado configurado para desplazarse a lo largo de al menos una guía entre un primer apoyo extremo, denominado cabezal, y un segundo apoyo extremo, denominado contrapunto, donde dichos apoyos extremos están configurados para amarrar y transmitir un par de giro a cada extremo del cigüeñal.

Pues bien, de acuerdo con la invención la máquina comprende un primer detector electrónico de posición angular que se encuentra situado en un primer eje de giro del primer apoyo extremo, preferentemente en el extremo libre de dicho primer eje de giro.

Asimismo, la máquina comprende un segundo detector electrónico de posición angular situado en un segundo eje de giro, preferentemente en un extremo libre del mismo, del segundo apoyo extremo, de forma que el movimiento de giro de dicho primer apoyo extremo está sincronizado con el movimiento de giro de dicho segundo apoyo extremo, para lo cual pueden utilizarse medios electrónicos para la sincronización de las señales provenientes de los detectores electrónicos de posición angular y la actuación sobre los medios motrices de cada apoyo extremo de manera independiente, por ejemplo mediante la utilización de un módulo de control o control numérico de la máquina, permitiendo la sincronización electrónica de giro del cigüeñal. De acuerdo con una realización preferente de la invención, los detectores electrónicos de posición angular pueden consistir en captadores de impulsos rotativos.

Para poder realizar la sincronización, el captador de impulsos rotativo se incorpora directamente sobre el eje del primer apoyo extremo y otro directamente sobre el eje del segundo apoyo extremo, de forma que se tiene una medición directa de la posición angular de los ejes del cabezal y del contrapunto por lo que se conoce en todo momento el grado de torsión que el giro de estos elementos ejerce sobre el cigüeñal que está amarrado entre ellos.

Asimismo, se contempla que la máquina comprenda medios de alarma, que permitan su desactivación, o al menos la parada de los medios motrices de los apoyos del cigüeñal, cuando se supere una determinada diferencia en la sincronización del giro del cigüeñal en cada uno de sus apoyos extremos, con el objeto de evitar que se produzcan esfuerzos excesivos en la pieza.

Se contempla la posibilidad de que la máquina comprenda al menos un apoyo intermedio, o custodia, configurado para desplazarse entre dicho primer apoyo extremo y dicho segundo apoyo extremo. De acuerdo con una realización preferente, la máquina comprende un apoyo intermedio que consiste en una luneta motorizada configurada para recibir el apoyo de un tramo intermedio del cigüeñal que se está mecanizando y transmitir un movimiento de giro a dicho cigüeñal.

Asimismo, se contempla que al menos una luneta motorizada comprenda un detector electrónico de posición angular intermedio configurado para permitir que el movimiento de giro de dicha luneta motorizada esté sincronizado con el movimiento los apoyos extremos, por ejemplo, mediante el módulo de control de la máquina.

De acuerdo con una realización preferente de la invención los apoyos extremos y al menos un apoyo intermedio comprenden, cada uno, un motor configurado para girar de manera independiente, con lo que cada apoyo comprende medios de transmisión de giro mediante ataque tangencial al eje de giro del cigüeñal que se está mecanizando, comprendiendo dichos medios de transmisión, preferentemente, dos tornillos sin fin, para un ataque tangencial de giro, por cada apoyo, estando configurados dichos tornillos sin fin para hacer girar una corona, que transmite su movimiento de giro directamente a cada apoyo del cigüeñal. Se entiende por tornillo sin fin cualquier eje que tiene un filete helicoidal en su superficie externa.

Para poder incorporar los captadores de posición en los respectivos ejes de giro del primer apoyo extremo y del segundo apoyo extremo, el sistema de transmisión de giro ataca tangencialmente al eje de forma que queda libre el extremo de los ejes para poder poner alineado el captador de posición. El sistema de transmisión puede ser por ejemplo un sistema de transmisión de doble tornillo sin fin y corona.

Se contempla la posibilidad de que al menos un detector electrónico de posición angular intermedio se encuentre situado en un tornillo sin fin de ataque tangencial de giro.

En el caso de la luneta motorizada o custodia, al no tener un eje que produzca directamente el giro, ya que es un elemento hueco por el que se introduce el cigüeñal, se consigue una medición indirecta de la posición de giro, obteniendo dicha medición en uno de los tornillos sin fin de ataque a la corona que transmite el giro al cigüeñal.

Por otro lado, un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, mediante la utilización de una máquina para mecanizar cigüeñales como la anteriormente descrita.

Así pues, de acuerdo con la invención descrita, la máquina y el método para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones que la invención propone constituyen un avance en las máquinas y métodos de mecanizado hasta ahora utilizados, y resuelven de manera plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en la línea de permitir una sincronización del movimiento de giro del cigüeñal que se está mecanizando en diferentes puntos de dicho cigüeñal, prescindiendo de la necesidad de utilizar elementos mecánicos complejos, tales como barras rígidas, engranajes y embragues, consiguiendo una sincronización perfecta del movimiento de los apoyos extremos así como del movimiento de la luneta motorizada.

La máquina permite integrar un sistema de medida de giro en cada uno de los apoyos con la precisión necesaria para poder realizar la sincronización del giro de los cabezales correspondientes a dichos apoyos sin torsionar el cigüeñal. La integración puede realizarse directamente mediante dos captadores rotativos situados en los ejes de cabezal y contrapunto y con un captador de posición rotativo situado en el tornillo sin fin de ataque de la luneta motorizada, lo que permite al control numérico de la máquina conocer la posición angular de cada uno de los tres apoyos con una elevada precisión, más de 20000 posiciones por vuelta en cada uno de los cabezales. Todo esto integrado a un lazo de sincronismo de posición de un control numérico actual permite realizar la sincronización electrónica con una garantía absoluta de no torsionar el cigüeñal.

Entre las ventajas técnicas de la invención respecto al estado de la técnica se pueden mencionar los siguientes aspectos: Se elimina todo el sistema mecánico de barra de transmisión y su sistema de embragado en la custodia con lo que simplifica la mecánica de la máquina y por lo tanto aumenta su fiabilidad.

Se permite que en cualquier momento la luneta motorizada pueda ser soltada del cigüeñal y amarrada en otro punto distinto en la misma posición angular, o en otra diferente, ya que se conoce en todo momento la posición angular de la luneta independientemente de si electrónicamente se encuentra sincronizada o gira de forma independiente.

Otra ventaja importante es que, en función de la distribución de los esfuerzos de corte, se puede sincronizar la posición de los extremos de manera independiente según el par de cada uno de los motores, así en el caso de que el corte se realice en la zona cercana al cabezal se transmite más par con su motor, y la custodia transmite a su vez menos par que el contrapunto, ya que únicamente se transmiten los pares necesarios para mantener la misma posición angular en los tres apoyos elementos. De esta forma el apoyo que más resistencia encuentra en el caso de mecanizado cerca del cabezal es el motor de giro del cabezal. Por el contrario en el estado actual de la técnica, donde la sincronización se realiza mediante la barra, en función de las torsiones y de la posición de dicha barra y de los esfuerzos se produce un desajuste de posición debido a las diferencias de torsión y de rigidez en cada posición del corte.

Una ventaja de la invención es que permite conocer la posición angular de forma directa para cada uno de los tres elementos de apoyo, con lo que permite incorporar un sistema de vigilancia de posición operativamente asociado a medios de alarma configurados para detener la máquina en el caso de que se produzca un desajuste en posición superior a un valor determinado que es susceptible de ser tarado de forma paramétrica en el control de la máquina, y que incluso puede ser diferente en función de los requerimientos de cada cigüeñal en cuanto a tolerancias.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1.- Muestra una vista esquemática en perspectiva de una realización preferente de la máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, donde puede apreciarse una luneta motorizada situada en una posición intermedia entre el cabezal y el contrapunto, así como a diferentes operarios, lo que permite estimar las dimensiones de la máquina.

La figura 2.- Muestra un detalle en perspectiva del cabezal de la máquina, donde puede apreciarse los dos tornillos sin fin para la transmisión de giro a la corona del eje de giro de dicho cabezal, al haberse representado como transparentes los elementos externos del cabezal, con el objeto de permitir la apreciación de dichos medios de transmisión de giro.

La figura 3.- Muestra un detalle en perspectiva, como el de la figura 2, del contrapunto de la máquina.

La figura 4.-Muestra un detalle en perspectiva, como el de las figuras 2 y 3, de la luneta motorizada que comprende dicha realización preferente de la máquina, donde puede apreciarse la incorporación de un detector electrónico de posición angular en el extremo de uno de los tornillos sin fin de los medios de transmisión de giro que comprende dicha luneta motorizada.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como en una de las posibles realizaciones de la invención la máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones que la invención propone comprende un útil de mecanizado (1) configurado para desplazarse a lo largo de una guía (2) entre un primer apoyo extremo (3), denominado cabezal, y un segundo apoyo extremo (4), denominado contrapunto, donde dichos apoyos extremos (3, 4) están configurados para amarrar y transmitir un par de giro a cada extremo del cigüeñal (14).

La máquina comprende un primer detector electrónico de posición angular (6) que se encuentra situado en un primer eje de giro (7) del primer apoyo extremo (3), y un segundo detector electrónico de posición angular (8) situado en un segundo eje de giro (9) del segundo apoyo extremo (4), de forma que el movimiento de giro de dicho primer apoyo extremo (3) está sincronizado con el movimiento de giro de dicho segundo apoyo extremo (4), para lo cual se utilizan medios electrónicos para la sincronización de las señales provenientes de los detectores electrónicos de posición angular y la actuación sobre los medios motrices de cada apoyo extremo (3, 4) de manera independiente, mediante la utilización de un módulo de control de la máquina. Dichos detectores electrónicos de posición angular consisten en captadores de impulsos rotativos.

Asimismo, la máquina comprende medios de alarma, que permitan su desactivación cuando se supera una determinada diferencia en la sincronización del giro del cigüeñal (14) en cada uno de sus apoyos extremos, con el objeto de evitar que se produzcan esfuerzos excesivos en la pieza.

Por otro lado, la máquina comprende un apoyo intermedio (5) que consiste en una luneta motorizada configurada para recibir el apoyo de un tramo intermedio del cigüeñal (14) que se está mecanizando y transmitir un movimiento de giro a dicho cigüeñal (14), donde dicho apoyo intermedio (5) está configurado para desplazarse entre dicho primer apoyo extremo (3) y dicho segundo apoyo extremo (4).

La luneta motorizada comprende un detector electrónico de posición angular intermedio (10) configurado para permitir que el movimiento de giro de dicha luneta motorizada esté sincronizado con el movimiento los apoyos extremos (3, 4), mediante el módulo de control de la máquina.

Los apoyos extremos (3, 4) y el apoyo intermedio (5) comprenden, cada uno, un motor (11) configurado para girar de manera independiente, con lo que cada apoyo (3, 4, 5), comprende medios de transmisión de giro mediante ataque tangencial al eje de giro del cigüeñal (14) que se está mecanizando, comprendiendo dichos medios de transmisión, dos tornillos sin fin de ataque tangencial de giro (12), por cada apoyo (3, 4, 5) configurados para hacer girar una corona (13), que transmite su movimiento de giro directamente a cada apoyo (3, 4, 5) del cigüeñal (14). El detector electrónico de posición angular intermedio (10) se encuentra situado en un tornillo sin fin de ataque tangencial de giro (12).

A la vista de esta descripción y juego de figuras, el experto en la materia podrá entender que las realizaciones de la invención que se han descrito pueden ser combinadas de múltiples maneras dentro del objeto de la invención. La invención ha sido descrita según algunas realizaciones preferentes de la misma, pero para el experto en la materia resultará evidente que múltiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes sin exceder el objeto de la invención reivindicada.

Claims (8)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1.- Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, que permite sincronizar un movimiento de giro de dicho cigüeñal (14), que comprende un útil de mecanizado (1 ) configurado para desplazarse a lo largo de al menos una guía (2) entre un primer apoyo extremo (3) y un segundo apoyo extremo (4), donde dichos apoyos extremos (3, 4) están configurados para amarrar y transmitir un par de giro a cada extremo del cigüeñal (14), caracterizada porque comprende un primer detector electrónico de posición angular (6) situado en un primer eje de giro (7) de dicho primer apoyo extremo (3), comprendiendo asimismo un segundo detector electrónico de posición angular (8) situado en un segundo eje de giro (9) de dicho segundo apoyo extremo (4), de forma que el movimiento de giro de dicho primer apoyo extremo (3) está sincronizado con el movimiento de giro de dicho segundo apoyo extremo (4).

2 - Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según la reivindicación 1 , caracterizada porque comprende al menos un apoyo intermedio (5) configurado para desplazarse entre dicho primer apoyo extremo (3) y dicho segundo apoyo extremo (4).

3.- Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho, al menos un, apoyo intermedio (5) consiste en una luneta motorizada configurada para recibir el apoyo del cigüeñal (14) que se está mecanizando y transmitir un movimiento de giro a dicho cigüeñal

4. - Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según la reivindicación 3, caracterizada porque dicha, al menos una, luneta motorizada comprende un detector electrónico de posición angular intermedio (10) configurado para permitir que el movimiento de giro de dicha luneta motorizada esté sincronizado con el movimiento los apoyos extremos (3, 4).

5. - Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque los apoyos extremos (3, 4) y dicho, al menos un, apoyo intermedio (5) comprenden un motor (11) respectivamente, configurado para girar de manera independiente, comprendiendo medios de transmisión de giro mediante ataque tangencial al eje de giro del cigüeñal (14) que se está mecanizando.

6. - Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según la reivindicación 5, caracterizada porque los medios de transmisión de giro comprenden dos tornillos sin fin de ataque tangencial de giro (12), por cada apoyo (3, 4, 5) configurados para hacer girar una corona (13).

7. - Máquina para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, según la reivindicación 6, caracterizada porque al menos un detector electrónico de posición angular intermedio (10) se encuentra situado en un tornillo sin fin de ataque tangencial de giro (12).

8.- Método para mecanizar cigüeñales de grandes dimensiones, caracterizada porque comprende utilizar una máquina para mecanizar cigüeñales de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.