MXPA02005557A - Maquina rectificadora controlada por computadora. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una maquina rectificadora controlada por computadora, programada para controlar la maquina calculando las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas tomando en cuenta la diferencia en la altura entre el eje de rotacion de la pieza de trabajo y el eje de rotacion de la muela abrasiva para producir un valor ajustado en la altura para P. La siguiente ecuacion es lo utilizada para calcular los valores solicitados de la posicion para un munon de un cigüenal, especialmente: P= (T*°CosA) + v(R + r) 2 - (T*°SenA) + H) 2), en donde P es la posicion solicitada (ajustada en la altura) de la muela abrasiva en cada instante; R es el radio real de la muela abrasiva; r es el radio objetivo para el munon (18); T es la carrera del munon alrededor del eje del cigüenal principal (16); A es la posicion angular del cigüenal con relacion a la posicion de inicio; y H es la altura vertical entre los dos ejes (el error en la altura) . El valor para P es calculado tipicamente para cada una de las 3600 posiciones angulares durante una revolucion del cigüenal.

Description

MAQUINA RECTIFICADORA CONTROLADA POR COMPUTADORA Campo de la Invención Esta invención se refiere a la rectificación de piezas de trabajo tales como muñones y regiones de leva de árboles de levas, en donde la máquina rectificadora que lleva cabo el rectificado es movida hacia y apartándose del eje alrededor del cual está girando la pieza de trabajo para mantener el acoplamiento con la superficie de la misma que va a ser rectificada, cuando la pieza de trabajo gira alrededor de su eje principal tal como en el caso de un muñón el cual progresa con un movimiento de precesión alrededor del eje del cigüeñal principal, cuando este último gira.

Antecedentes de la invención El avance y retroceso de la muela abrasiva es normalmente bajo el control por computadora y con el desarrollo actual de las máquinas rectificadoras, los errores los cuales estuvieron presentes hasta ahora en la rectificación de las piezas de trabajo se han eliminado ampliamente por la programación apropiada y los errores secundarios los cuales fueron enmascarados previamente por los errores de proceso más grandes, ahora han empezado a ser revelados . REF 137078 Los errores tales como la falta de redondez de 1 o 2 mieras, pueden conducir a un desgaste indeseable de un componente final tal como entre un muñón y el cojinete de la cabeza inferior. Los errores que han sido resueltos, pueden surgir de la altura variable del eje de la región de la pieza de trabajo que está siendo rectificada (tal como el movimiento orbital de un muñón cuando gira el cigüeñal) , con relación al plano horizontal que contiene el eje alrededor del cual gira la muela abrasiva. Típicamente la carrera de un cigüeñal es del orden de algunos centímetros y existe así una variación considerable en la altura sobre el eje del pivote con relación al plano horizontal que contiene el eje de rotación de la muela cuando los pivotes son girados debido a la rotación del cigüeñal. La muela abrasiva es movida hacia y apartándose del cigüeñal para mantener el contacto de rectificación con la superficie del pivote todo el tiempo que este último es girado alrededor del eje del cigüeñal principal, pero, suponiendo que el eje del muñón se encuentre en el mismo plano que el eje de rotación de la muela abrasiva, existen solamente dos puntos durante cada rotación del cigüeñal cuando el eje del pivote también ocupa este mismo plano. Estas son las posiciones de las 3 en punto y las 9 en punto. En las posiciones de las 12 en punto y las 6 en punto, el eje del pivote estará en el desplazamiento máximo arriba y abajo del plano en todas las posiciones intermedias, la altura del pivote variará con relación al plano. La referencia a un plano horizontal presupone que el movimiento de la muela abrasiva es en un sentido horizontal sin ninguna divergencia del mismo. Este es normalmente el caso pero para evitar dudas, se va a entender que si el sitio del eje de la muela abrasiva cuando esta última es movida hacia y apartándose de la pieza de trabajo, es en un plano el cual no es horizontal, las mismas consideraciones aplican todavía con respecto al alineamiento del eje del cigüeñal con el eje de la muela, excepto que las posiciones de las "3 en punto" y las "9 en punto" corresponden ahora a cuando el eje del muñón se encuentra dentro del plano que contiene la trayectoria de movimiento del eje de la muela. Las máquinas rectificadoras controladas por computadora han sido programadas para alterar las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas durante la rotación del muñón, para compensar los errores los cuales pueden resultar de hacer variar la altura del muñón cuando gira el cigüeñal . Tal máquina será referida co o "del tipo descrito". En el caso más general, el eje principal de rotación del cigüeñal (o el árbol de levas dependiendo del caso de que se trate) no ocupará normalmente el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la muela abrasiva porque esta última es movida hacia y apartándose de la pieza de trabajo, de modo que existe un error de altura constante que tiene que ser tomado en cuenta. Efectivamente esto introduce un grado de no simetría en los errores que surgen durante la rotación del cigüeñal o árbol de levas, los cuales podrían ser simétricos generalmente si el eje de la pieza de trabajo y el eje de la muela abrasiva ocupan el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la muela abrasiva hacia y apartándose de la pieza de trabajo. La patente US 4,747,236 describe una máquina rectificadora controlada por computadora programada para controlar la máquina calculando las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas para rectificar la pieza de trabajo deseada utilizando los parámetros apropiados para la pieza de trabajo, con base en la suposición de que el eje de la pieza de trabajo y el eje de la muela abrasiva ocupan el mismo plano como lo hace la trayectoria de movimiento del eje de la muela hacia o apartándose de la pieza de trabajo. Véanse en particular las Col. 1 y 2 y la Figura 3. Sin embargo, la materia objeto de la reivindicación 1 difiere de la misma en particular, en que para propósitos de corrección de un error, un valor de la posición solicitada es calculado que también toma en cuenta la diferencia en la altura entre el eje de rotación de la pieza de trabajo y el eje de rotación de la muela abrasiva. Sin embargo, no existe nada en US 4,747,236 que enseñe como superar el problema que se presenta cuando se rectifica una pieza de trabajo la cual se mueve verticalmente con relación al eje de la muela tal como cuando se rectifica un muñón de un cigüeñal cuando este último se hace girar alrededor de un eje principal. Aquí ocurre un error de altura constante, puesto que el eje principal de rotación del cigüeñal normalmente no ocupará el mismo plano que la trayectoria de movimiento del eje de la muela abrasiva porque esta última se mueve con relación a la pieza de trabajo. Este hecho introduce efectivamente un grado de no simetría, conduciendo a operaciones de rectificación imprecisas. US 4,747,236 también describe un método de rectificación controlado por computadora (véase la Col. 1, línea 54) pero ningunos pasos son provistos para corregir los valores de la posición solicitada tomando en cuenta cualquier rotación no circular o no concéntrica de la pieza de trabajo, junto con cualquier diferencia en la altura entre los ejes de la muela y la pieza de trabajo. Por lo tanto subsiste el problema de los errores de rectificación provocados por la variación de la altura de la pieza de trabajo con relación al eje de rotación de la muela abrasiva. Es un objeto de la presente invención proporcionar una solución a este problema.

Breve Descripción de la Invención De acuerdo con la presente invención en una máquina rectificadora controlada por computadora, programada para controlar la máquina calculando las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas para rectificar la pieza de trabajo deseada utilizando los parámetros apropiados para la pieza de trabajo tales como la redondez, el diámetro, la carrera y el ahusamiento (si es requerido) con base en la suposición de que el eje de la pieza de trabajo y el eje de la muela abrasiva ocupan el mismo plano que lo hace la trayectoria de movimiento del eje de la muela hacia y apartándose de la pieza de trabajo, en donde la máquina también está programada para alterar la posición solicitada del cabezal portamuelas durante la rotación de la pieza de trabajo para compensar los errores que resultan de hacer variar la altura de la pieza de trabajo cuando está última gira, y en donde un valor de la posición solicitada es calculado, el cual toma en cuenta la diferencia en la altura entre el eje de rotación de la pieza de trabajo y el eje de rotación de la muela abrasiva para cada una de una pluralidad de posiciones giratorias de la pieza de trabajo alrededor de su eje y almacenadas para cada posición, previo al rectificado, y las señales solicitadas de la posición del cabezal portamuelas empleadas durante el rectificado de la pieza de trabajo son derivadas de los valores almacenados. Si la diferencia de altura entre un eje de la pieza de trabajo del cigüeñal y el eje de la muela es H, entonces de acuerdo con la invención, el valor de la posición solicitada (P) para cada posición angular de la pieza de trabajo A (medida en la dirección de rotación de la pieza de trabajo alrededor de su eje principal desde una posición de inicio) está dada por la siguiente ecuación: (T* cos A) + - (R + r) (T* sen A) + H) (1) en donde: R es el radio real de la muela abrasiva, r es el radio para el muñón, y T es la carrera del muñón alrededor del eje del cigüeñal principal.

Tipicamente la muela abrasiva gira en un sentido, por ejemplo en el de las manecillas del reloj, y el cigüeñal gira en el sentido opuesto, por ejemplo en el sentido inverso de las manecillas del reloj, y la posición de inicio es cuando la muela abrasiva está en su posición más alejada (más hacia atrás) con relación al eje del cigüeñal, y los ejes del muñón y del cigüeñal ocupan el mismo plano horizontal. Típicamente el valor calculado por la computadora para P es calculado para cada una de las 3600 posiciones durante una revolución de la pieza de trabajo, es decir desde A = 0 hasta 2p (la cual en el caso de un cigüeñal giratorio conduce a su vez a una revolución del muñón alrededor de su eje) . Preferentemente durante el rectificado del muñón, el valor para P es calculado en cada una de las sucesiones de puntos espaciados igualmente lejos en el tiempo desde el inicio de la rectificación, utilizando el valor apropiado para P de los valores de P almacenados, o en donde la posición angular de la pieza de trabajo en cualquier instante no corresponde precisamente con una posición angular en la cual un valor para P ha sido almacenado, un valor para P es calculado por interpolación entre los dos valores adjuntos almacenados para P. Se ha encontrado que una discrepancia en la altura H de 0.1 milímetro puede conducir a un error de redondeo de 1 miera, es decir un angostamiento de 1 miera de aquella que debe ser de otra manera una sección transversal circular.

La invención también radica en una máquina rectificadora controlada por computadora como se mencionó anteriormente en la cual la computadora es cargada con un programa y operada para calcular y almacenar en una memoria la posición solicitada (P) para el cabezal portamuelas y la ecuación para (P) tomando en cuenta cualquier rotación no circulatoria o no concéntrica de la pieza de trabajo, junto con cualquier diferencia en la altura entre los ejes de la pieza de trabajo y la muela, para cada una de la pluralidad de posiciones durante una revolución de la pieza de trabajo, y la alimentación del cabezal porta uelas es controlada subsiguientemente por las señales derivadas de los valores almacenados de (P) , durante una rectificación subsiguiente de la pieza de trabajo. La invención también radica en un método para controlar el cabezal portamuelas de una máquina rectificadora controlada por computadora para ajustar los errores los cuales podrían surgir debido al desalineamiento de los planos horizontales que contienen el eje de la muela y el eje principal alrededor del cual la pieza de trabajo se hace girar; en donde como un primer paso, una computadora es cargada con un programa el cual hace posible que la posición solicitada instantánea para el cabezal portamuelas (P) sea calculada para cada una de las N posiciones de la pieza de trabajo para una revolución única de la pieza de trabajo, y almacenar el valor calculado de (P) , y como un segundo paso, durante la rectificación de la pieza de trabajo, calcular la posición solicitada para el cabezal portamuelas en cada una de una sucesión de puntos espaciados igualmente lejos en el tiempo desde el inicio del rectificado, relacionando el tiempo con la posición angular de la pieza de trabajo y utilizando los valores almacenados de N e interpolando entre ellos en donde los valores para P requeridos sean intermedios con respecto " a los valores almacenados para las posiciones angulares particulares, y como un tercer paso generar una señal de control de la posición solicitada para controlar el cabezal portamuelas durante la rectificación utilizando los valores de la posición solicitada almacenados y/o interpolados para P. Preferentemente en el método anterior el valor de P es recalculado a intervalos de 1 ms durante el rectificado. La invención también radica en las piezas de trabajo cuando son rectificadas utilizando una máquina rectificadora como la mencionada anteriormente o una máquina rectificadora que opera de acuerdo con el método anterior. La invención será descrita ahora a manera de ejemplo con referencia al dibujo que se anexa en el cual: Breve Descripción del Dibujo La Figura 1 ilustra en elevación lateral, una muela abrasiva y la pieza de trabajo del muñón.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En la Figura 1 la muela abrasiva 10 gira alrededor del eje 12 y está montada para el movimiento longitudinal a lo largo de la trayectoria 14 para permitir que la muela acople y desacople una pieza de trabajo y en el caso de un componente excéntrico tal como un muñón, permitir que la muela siga la trayectoria orbital del pivote y mantenga el acoplamiento de rectificado entre la muela y el pivote, porque el cigüeñal que contiene el pivote, gira por sí mismo. En la Figura 1, el eje principal del cigüeñal es denotado por 16, y el pivote que es rectificado está denotado por 18, con su eje mostrado en 20. El pivote 16 está situado en el extremo externo de un par de brazos de manivela uno de los cuales es mostrado en 22. La trayectoria 14 generalmente será horizontal e idealmente el eje del cigüeñal debe encontrarse en el mismo plano horizontal que el eje 12 de la muela y la trayectoria 14.

En el caso general, por muchas razones diferentes, este no será el caso, y la distancia perpendicular entre el plano 24 (que contiene el eje 12 de la muela y la trayectoria 14) y el plano horizontal 26 que contiene el eje 16 del cigüeñal, es identificada por H. De acuerdo con la invención, la posición solicitada para la muela 10 en cada una de un número de posiciones giratorias del cigüeñal es calculada previo al comienzo de la rectificación utilizando la fórmula (2) anterior. La posición de inicio (en donde A = 0) es donde la línea recta que une el eje 16 del cigüeñal y el eje 20 del pivote se encuentran en el plano horizontal 26, con el pivote 18 entre el eje 16 del cigüeñal y la muela 10. Durante la rectificación, el cigüeñal es girado de manera relativamente lenta alrededor de su eje 16 de modo que a su vez el muñón sea girado alrededor del eje 16 del cigüeñal, mientras que la muela 10 gira alrededor de su eje 12 a una velocidad relativamente elevada, típicamente de muchos miles de revoluciones por minuto, y se hace avanzar y retroceder con relación al cigüeñal para permanecer en contacto con el pivote de una manera conocida per se. En un arreglo preferido la posición solicitada P es calculada para 3600 posiciones espaciadas igualmente de manera circular del pivote 18 alrededor del eje 16 del cigüeñal, para una rotación única del cigüeñal entre A = 0 y A = 360° (es decir P es recalculado cada 1/10° de un grado de rotación del cigüeñal) antes de que comience la rectificación de los pivotes. Durante la rectificación a intervalos de 1 mseg desde el inicio de la rectificación, un valor para P es calculado por interpolación entre los valores precalculados almacenados, dependiendo del ángulo A en cada instante. Los valores interpolados para P son utilizados para determinar las señales requeridas para determinar la posición solicitada para el cabezal portamuelas, utilizando la ecuación (1) anterior.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Una máquina rectificadora controlada por computadora, programada para rectificar una pieza de trabajo calculando las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas con base en los parámetros de la pieza de trabajo obtenidos calibrando la pieza de trabajo y calculados con base en la suposición de que el eje de la pieza de trabajo y el eje de la muela abrasiva ocupan el mismo plano como lo hace la trayectoria de movimiento del eje de la muela hacia o apartándose de la pieza de trabajo, caracterizada porque la máquina también está programada para alterar las posiciones solicitadas del cabezal portamuelas durante la rotación de la pieza de trabajo para compensar los errores que resultan de hacer variar la altura de la pieza de trabajo cuando la misma gira, de tal modo que un valor de la posición solicitada sea calculado que también toma en cuenta la diferencia en la altura entre el eje de rotación de la pieza de trabajo y el eje de rotación de la muela abrasiva para cada una de la pluralidad de posiciones giratorias de la pieza de trabajo alrededor de su eje, y cada valor de la posición solicitada es almacenado para cada una de las posiciones previo al rectificado, y las señales de solicitud de la posición del cabezal portamuelas empleadas durante la rectificación de la pieza de trabajo son derivadas de los valores almacenados. 2. Una máquina rectificadora controlada por computadora de conformidad con la reivindicación 1 adaptada para rectificar un muñón de un cigüeñal, caracterizada porque el valor de la posición solicitada (P) para cada posición angular del cigüeñal A (medida en la dirección de su rotación alrededor de su eje principal desde la posición de inicio) es calculada utilizando la siguiente ecuación:
2. P = (T*cos A) + V(R + r)2 - ( (T*sen A) + H)2) en donde: R es el radio real de la muela abrasiva, r es el radio objetivo para el muñón, y T es la carrera del muñón alrededor del eje del cigüeñal principal y H es la altura vertical entre los dos ejes (el error de la altura) .
3. 3. Una máquina rectificadora controlada por computadora de conformidad con las reivindicaciones 1 o 2, adaptada para rectificar un muñón de un cigüeñal, caracterizada porque la muela abrasiva gira en un sentido y el cigüeñal gira en el sentido opuesto y la posición de inicio para la rectificación es cuando la muela abrasiva está en su posición más alejada (más hacia atrás) con relación al eje del cigüeñal mientras que todavía está en contacto con el pivote, y los ejes del muñón y del cigüeñal ocupan el mismo plano horizontal.
4. 4. Una máquina rectificadora controlada por computadora de conformidad con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizada porque el valor calculado para P es calculado para cada una de las 3600 posiciones durante una revolución del cigüeñal, es decir desde A = 0 hasta 2p.
5. 5. Una máquina rectificadora controlada por computadora de conformidad con las reivindicaciones 2, 3 o 4, caracterizada porque durante el rectificado del muñón, el valor para P es calculado en cada uno de una sucesión de puntos espaciados igualmente lejos en el tiempo desde el inicio de la rectificación, utilizando el valor apropiado para P de los valores almacenados de P, o en donde la posición angular de la pieza de trabajo en cualquier instante no corresponde de manera precisa con una posición angular en la cual un valor de P ha sido almacenado, un valor para P es calculado por interpolación entre los dos valores almacenados adyacentes para P, y la computadora es programada de acuerdo con esto.
6. 6. Un método para controlar una máquina rectificadora controlada por computadora, caracterizado porque previo al comienzo del rectificado: (1) la computadora es cargada con un programa para calcular y almacenar en una memoria la posición solicitada P para el cabezal portamuelas, utilizando una ecuación para calcular P tomando en cuenta cualquier rotación no circular o no concéntrica de la pieza de trabajo, junto con cualquier diferencia en la altura entre los ejes de la pieza de trabajo y la muela para cada una de una pluralidad de posiciones durante una revolución de la pieza de trabajo, y (2) la alimentación del cabezal portamuelas es controlada subsiguientemente por las señales derivadas de los valores almacenados de P durante el rectificado de la pieza de trabajo.
7. 7. Un método para controlar el cabezal portamuelas de una máquina rectificadora controlada por computadora para ajustar los errores que podrían surgir debido al desalineamiento de los planos horizontales que contienen el eje alrededor del cual la muela abrasiva es girada y el eje alrededor del cual la pieza de trabajo es girada, caracterizado porque comprende los pasos de: (1) cargar la computadora con un programa que hace posible que la posición solicitada instantánea para el cabezal portamuelas P sea calculada para cada una de las N posiciones de la pieza de trabajo para una revolución única de la pieza de trabajo, (2) almacenar los N valores calculados de P, (3) acoplar la pieza de trabajo con la muela y durante el rectificado de la pieza de trabajo calcular la posición solicitada para el cabezal portamuelas en cada uno de una sucesión de puntos espaciados igualmente lejos en el tiempo desde el inicio del rectificado, (4) relacionar el tiempo con la posición angular de la pieza de trabajo y utilizar los N valores almacenados e interpolarlos entre ellos en donde los valores para P sean requeridos, los cuales sean intermedios con respecto a los valores almacenados para las posiciones angulares particulares, y (5) generar una señal de control de la posición solicitada para controlar el cabezal portamuelas durante el rectificado utilizando los valores de la posición solicitada almacenada y/o interpolada para P.
8. 8. Un método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el valor de P es calculado a intervalos de 1 ms durante el rectificado.