WO2019170938A1 - Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado - Google Patents

Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado Download PDF

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WO2019170938A1
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ram
accessory
vibration absorber
vertical lathe
moving mass
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PCT/ES2019/070070
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Inventor
Alexander IGLESIAS RAMOS
Jorge Andrés CASTAÑO CASTRILLÓN
Igor ALDAZABAL IRASUEGUI
Jokin Muñoa Gorostidi
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Soraluce, S. Coop.
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    • B23Q17/0971—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring mechanical vibrations of parts of the machine
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2250/00—Compensating adverse effects during turning, boring or drilling
    • B23B2250/16—Damping of vibrations

Definitions

  • the present invention is related to the suppression, or attenuation, of the vibrations that appear during machining in vertical lathes that have a ram ("ram") in vertical arrangement with an accessory that carries the machining tool.
  • the invention proposes a vertical lathe with a vibration absorber that is integrated in the vicinity of the cut-off point to attenuate the vibrations that occur during machining.
  • Machine tools equipped with cantilever moving elements such as a ram (“ram ') have a strongly variable dynamic response.
  • the inertia and flexibility of the ram causes the response of the machine to vary depending on the position in which the ram is located, so that the response of the machine to both static and dynamic forces, changes with the working position of the ram.
  • the vertical lathes comprise a table that can be rotated on which a workpiece is available, an accessory that carries a machining tool and a ram that has a free end on which the accessory is arranged.
  • the ram has a vertical arrangement and is arranged in a carriage for translation in at least one horizontal direction with respect to the worktable, while the ram is movable in a vertical direction with respect to the carriage between a retracted position and a position extended.
  • this solution requires the use of active dampers that require sensors to measure the vibration signal, and actuators to, depending on the measurement, generate damping forces in the main flexing directions of the ram.
  • shock absorbers are arranged externally to the ram, each on one of its lateral faces, so that the interference zone around the ram increases, also increasing the risk of collision with the piece or others machine elements, during machining.
  • a vertical lathe is proposed with a dampened vibration absorber that is integrated in the lathe near the cutting point and by which the vibrations occurred during machining are attenuated and the cutting capacity of the lathe is improved.
  • the vertical lathe according to the invention comprises:
  • a ram that has a free end on which the accessory is arranged, the ram being movable between a retracted position and an extended position, such that during machining vibrations occur when the ram is in the extended position, said vibrations occurring in at least two main flexing directions of the ram,
  • guided means adapted to guide the moving mass in at least one of the ram's main flex directions
  • the proposed solution does not require the use of active dampers with sensors to detect vibrations, or actuators to move the moving mass, and on the other hand the mobile mass is internalized in the carrier accessory of the machining tool, or in the ram, without protruding extensively, which guarantees that there is no interference during machining with other elements of the lathe or the workpiece.
  • the guiding means are adapted to guide the moving mass in the two main flexing directions of the ram, so that the winch additionally comprises a second pair of elastic stops that are arranged in the other main flexing direction of the ram, between the moving dough and accessory, or between moving dough and ram.
  • the movable mass has a central arrangement with the longitudinal axis of the movable mass aligned with the longitudinal axis of the accessory, or the ram, so that the movable mass is centered with respect to the element to be damped, such that an adequate distribution is achieved of the oscillation movements of the moving mass to dampen the vibrations.
  • the movable mass comprises a first part that is partially housed in the accessory and a second part that is housed inside the accessory.
  • the first and second part of the mobile mass are two independent parts joined together that facilitate the assembly of the mobile mass and its integration into the lathe.
  • the first part of the movable mass has a cylindrical shape and the second part has a flat rectangular shape, the cylindrical shape being arranged above the rectangular shape.
  • the mobile mass is composed of a high density material to reduce its volume since the greater the density the smaller the mass of the mobile mass.
  • the mobile mass is expected to be tungsten carbide.
  • the elastic stops are elements that work under compression and preferably have a shape with two flat faces, such as for example a square or rectangular flat shape, where each elastic stop has one of its flat faces in contact with the accessory, or the ram, and its other flat face in contact with the moving mass.
  • the shape of the flat faces of the elastic stops and their arrangement allows the stops to have adequate stiffness in the main direction of flexion of the ram to be damped.
  • the shape of the elastic stops is not limiting, the stops must be about elements that work under compression, where the elasticity of the material, its resistant section and its thickness are selected according to the stiffness required for damping.
  • the vibration absorber which is composed of the movable mass, the guiding means and the elastic stops, is integrated in the tool-carrying accessory and is configured to act in only one of the directions Main flex of the ram.
  • the guiding means comprise a skate attached to the movable mass and a guide on which the skate which is aligned with the main direction of flexion of the ram slides.
  • the tool-carrying accessory has first openings that give access to the interior of the accessory where the moving mass is arranged and which are closed by first covers.
  • the damped absorber which is composed of the movable mass, the guiding means and the elastic stops, is integrated in the tool-carrying accessory and is configured to act in the two main flexing directions. of the ram.
  • the guiding means are bearings that are arranged between the moving mass and internal walls of the tool-bearing accessory.
  • the first pair of elastic stops are arranged in one of the two main flexing directions of the ram, between the movable mass and the accessory, and the second pair of elastic stops are arranged in the other main direction of flexion. of the ram, between the moving mass and the accessory.
  • the tool carrying accessory has the first openings that give access to the interior of the accessory where the movable mass is arranged and which are closed by the first covers and second openings that also give access to the inside of the accessory where the mobile mass is arranged and which are closed by second covers.
  • a simple and effective solution is thus obtained to arrange a damped absorber on a vertical lathe that allows to attenuate the vibrations that appear during machining when the ram is in the extended position.
  • Figure 1 shows a perspective view of a vertical lathe according to the invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of one of the main directions in which the ram of the vertical lathe flexes.
  • Figure 3 shows another schematic representation of the other main direction in which the ram of the vertical lathe flexes.
  • Figure 4 shows a first embodiment of an accessory that incorporates a guided mobile mass in one of the main flexing directions of the ram.
  • Figure 5 shows a second embodiment of an accessory that incorporates a moving mass that can oscillate in the two main flexing directions of the ram.
  • Figure 6 shows an exploded view of the elements that make up the carrier accessory of the machining tool according to the first embodiment of Figure 4.
  • Figure 7 shows a sectional view of the accessory of Figure 4.
  • Figure 8 shows another sectional view of the accessory of Figure 4.
  • Figure 9 shows an exploded view of the elements that make up the carrier accessory of the machining tool according to the second embodiment of Figure 5.
  • Figure 10 shows a sectional view of the accessory of Figure 5.
  • the lathe comprises a table (1) on which the workpiece is available, columns (2) between which a beam (3), a carriage (4) that is arranged in the beam (3), a ram (5) that is arranged in the carriage (4), and an accessory (6) carrying a machining tool that is arranged at a free end of the ram (5).
  • the table (1) is rotatable to produce a movement of revolution in the piece
  • the beam (3) can be fixed to the columns (2) or can move vertically on the columns (2)
  • the carriage (4) is horizontally movable on the beam (3)
  • the ram (5) is vertically movable with respect to the carriage (4) between a retracted position and an extended position.
  • the ram (5) is an element of prismatic configuration that is in a vertical cantilever arrangement, therefore, and due to its inertia and flexibility, it is the part of the vertical lathe that has the most influence on its dynamic response.
  • the first direction of flexion (D1) in which the ram oscillates (5) is a direction parallel to the longitudinal section of the beam (3) and the second direction of flexion (D2 ) in which the ram oscillates is an orthogonal direction to the first direction of flexion (D1) and therefore perpendicular to the longitudinal section of the beam (3), although as indicated above said directions (D1, D2) depend of the flexing modes of the ram (5) and therefore of its prismatic configuration and not of its arrangement with respect to other parts of the lathe.
  • the invention proposes to employ a damped absorber that is guided in at least one of the main bending directions (D1, D2) of the ram (5).
  • the damped absorber is arranged in the vicinity of the cut-off point, which co-indexes with the point where the amplitude of the vibration is greater.
  • the damped absorber can be arranged inside the accessory (6.6 ') that carries the machining tool, as illustrated in the embodiments of Figures 4 to 10, or it can be dispose at the free end of the ram (5) where the accessory (6.6 ') is, either inside the ram (5) or inside an extension of the ram (5) that attaches to the accessory ( 6.6 '). This arrangement is especially relevant, since the farther away the damped absorber is from the cut-off point, the greater the force that must be generated to dampen the vibrations, and therefore the size of the absorber and the space required to integrate it into the lathe.
  • the damped absorber consists of a moving mass (7.7 ') that is suspended from the structure to be damped and attached to it by a flexible damped joint (9.9', 10 '), where the natural frequency of the absorber is tuned to match the natural frequency of the structure to be damped.
  • the accessory (6.6 ’) comprises an upper portion where the damped absorber is integrated, and a lower portion where the mooring system of the machining tool is located.
  • the accessory (6.6 ’) has an angled configuration where the drive axis (x) of the machining tool is perpendicular to the longitudinal axis (Z) of the accessory (6.6’).
  • an accessory (6) is shown with an integrated damped absorber that is adapted to attenuate the vibrations occurring in one of the main bending directions (D1, D2) of the ram (5).
  • the accessory (6) has guiding means (8) for guiding the moving mass (7) in one of the main bending directions (D1, D2) of the ram (5) and a flexible damped joint formed by a first pair of elastic bumpers (9).
  • the guiding means (8) comprise a skate (8.1) that is attached to the movable mass (7) and a guide (8.2) on which the skate (8.1) slides, which is integrally connected to an internal wall of the accessory (6), the guide (8.2) being aligned with the main bending direction (D1) of the ram (5) to be damped.
  • the movable mass (7) comprises a first part (7.1) that is partially housed in the accessory (6) and a second part (7.2) is housed in the accessory (6).
  • the movable mass (7) has a longitudinal axis (z) that is aligned with the longitudinal axis (Z) of the accessory (6), said longitudinal axis (Z) of the accessory (6) being generally in this type of vertical lathes. ) coaxial with the longitudinal axis (not shown) of the ram (5), so that the movable mass (7) is centered on the accessory (6) for adequate vibration attenuation.
  • the accessory (6) has first openings (6.1) that give access to its interior where the second part (7.2) of the moving mass (7) is housed, the accessory (6) having first covers (6.2) the closure of the first openings (6.1).
  • each of the elastic stops (9) of the first pair is disposed between one of the first covers (6.2) of the accessory (6) and one end of the second part (7.2) of the moving mass (7).
  • the elastic stops (9) are slightly compressed between the covers (6.2) and the moving mass (7), the compression of the elastic stops (9) being adjusted by adjusting the arrangement of the covers (6.2) in the openings (6.1 ) of the accessory (6).
  • the elastic stops (9) have a shape with two flat faces, such as for example a rectangular or flat square shape, one of its flat faces being in contact with one of the first covers (6.2) of the accessory (6) and the another of its flat faces in contact with one end of the second part (7.2) of the moving mass (7).
  • the elastic stops (9) have an adequate stiffness to work under compression in the main direction of flexion (D1) of the ram (5) to be cushioned, while the elastic stops (9) have a lower stiffness when cut.
  • the elastic stops (9) allow abrupt shocks to occur when the moving mass (7) reaches the limit of its travel and changes direction in its direction of oscillation.
  • the first (7.1) and second part (7.2) of the movable mass (7) are two independent parts that facilitate the assembly of the movable mass (7) in the accessory (6) carrying the machining tool.
  • the first part (7.1) is introduced through an upper opening (6.3) of the accessory (6) and the second part (7.2) is enter through one of the first openings (6.1).
  • the first part (7.1) of the movable mass (7) has a cylindrical shape of reciprocal configuration to the upper opening (6.3), but with a diameter smaller than the diameter of said upper opening (6.3), so that the oscillation of the movable mass (7), while the second part (7.2) of the movable mass (7) has a flat rectangular shape to favor its displacement on the guide (8.2).
  • the first pair of stops (9) hold the moving mass (7) elastically and without play, so that the assembly behaves like an elastically suspended system of a degree of freedom.
  • the stiffness of the elastic stops determines the natural frequency of oscillation of the moving mass, while on the other hand said oscillation is damped due to the damping of the elastic stops, which limits the amplitude of the oscillation. Selecting the stiffness of the elastic stops modifies (tunes) the oscillation frequency of the moving mass until it coincides with the frequency of the critical vibration mode of the ram to be damped.
  • the accessory (6 ' ) of the second Exemplary embodiment is identical to the accessory (6) of the first exemplary embodiment with the exception of the guiding means (8) of the moving mass (7), so that all the advantages and features described above for the first example of embodiment are applicable to the second embodiment of the invention.
  • the accessory (6 ') of the second embodiment has guiding means (8') to guide the moving mass (7 ') in the two main bending directions (D1, D2) of the ram (5) and a flexible damped joint formed by a first pair of elastic stops (9 ') that are arranged in one of the main flexing directions (D1) of the ram (5), and by a second pair of elastic stops (10') that are arranged in the other main direction of flexion (D2) of the ram (5).
  • the guiding means (8 ') of the accessory (6') of the second embodiment are bearings (8.1 ') that allow a free oscillation of the moving mass (7') inside the accessory (6 '), where the First and second pairs of elastic stops (9 ', 10') work respectively in one of the main flexion directions (D1, D2) of the ram (5).
  • the bearings (8.1 ') are of the ball type and are arranged in the upper and lower part of the second part (7.2') of the moving mass (7 '), so that, as shown in the sectional view of figure 10, said bearings (8.1 ') are arranged between the movable mass (7') and internal upper and lower walls of the accessory (6 ').
  • the accessory (6 ') has first (6.1') and second openings (6.4 ') that give access to its interior where the second part (7.2') of the moving mass (7) is housed. '), the accessory (6') having first (6.2 ') and second covers (6.5') for closing the openings (6.1 ', 6.4').
  • the second part (7.2 ') of the moving mass (7') has extensions (7.3 '), so that each of the elastic stops (9') of the first pair is arranged between one of the first covers (6.2 ') of the accessory (6') and the ends of the second part (7.2 ') of the movable mass (7), and each of the elastic stops (10') of the second pair are arranged between one of the second covers (6.5 ') of the accessory (6') and one of the extensions (7.3 ') of the movable mass (7').
  • the elastic stops (9 ', 10') have adequate stiffness when working under compression but low stiffness when working with shear, in this way when the first pair of elastic stops (9 ') is working in one of the main flexing directions (D1) of the ram (5), the second pair of elastic bumpers (10 ') is working at a cut, presenting a low stiffness in front of the direction of flexion (D1) that is being damped and therefore without interfering with the work done by the first pair of elastic bumpers (9'), the identical behavior when it is the second pair of elastic stops (10 ') that is working in the other main swing direction (D2).
  • the moving mass (7.7 ' ) of the accessory (6.6') is made of a high density material, such as tungsten carbide, so that a high inertia force is obtained occupying the minimum space possible.

Landscapes

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Abstract

Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, que comprende un carnero (5) que tiene un accesorio (6, 6') en su extremo libre, siendo el carnero (5) desplazable entre una posición retraída y una posición extendida en la que se producen vibraciones en, al menos, dos direcciones principales de flexión (D1,D2) del carnero (5), una masa móvil (7,7') que está dispuesta en el accesorio (6,6'), o en el carnero (5), unos medios de guiado (8,8') adaptados para guiar la masa móvil (7,7') en al menos una de las direcciones principales de flexión (D1,D2) del carnero (5), y al menos una primera pareja de topes elásticos (9,9') que están dispuestos en la dirección principal de flexión (D1,D2) del carnero (5), entre la masa móvil (7,7') y el accesorio (6,6'), o entre la masa móvil (7,7') y el carnero (5).

Description

DESCRIPCIÓN
TORNO VERTICAL CON ABSORBEDOR DE VIBRACIONES AMORTIGUADO
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con la supresión, o atenuación, de las vibraciones que aparecen durante el mecanizado en tornos verticales que tienen un carnero (“ ram”) en disposición vertical con un accesorio que porta la herramienta de mecanizado. La invención propone un torno vertical con un absorbedor de vibraciones que está integrado en la proximidad del punto de corte para atenuar las vibraciones que se producen durante el mecanizado.
Estado de la técnica
En los últimos años el sector de la máquina herramienta tiende a evolucionar hacia soluciones que permitan lograr una mayor productividad, mejorar la calidad de las piezas obtenidas y ahorrar costes. En este sentido, la atenuación, o supresión, de las vibraciones que se originan durante el mecanizado es particularmente relevante.
Las estructuras mecánicas de las máquinas herramienta tienden a vibrar durante el mecanizado, pudiendo aparecer vibraciones que debido a su naturaleza pueden resultar perjudiciales para la calidad superficial de la pieza mecanizada y para la integridad de los componentes de la propia máquina, y que, además, pueden provocar el desgaste prematuro de la herramienta, o incluso su rotura.
Las máquinas herramienta equipadas con elementos móviles en voladizo, tal como un carnero (“ram’), tienen una respuesta dinámica fuertemente variable. La inercia y flexibilidad del carnero provoca que la respuesta de la máquina varíe en función de la posición en la que se encuentre el carnero, de manera que la respuesta de la máquina frente a fuerzas tanto estáticas como dinámicas, cambia con la posición de trabajo del carnero. Siendo así, al interactuar la herramienta contra la pieza durante el proceso de corte, la máquina se comporta de forma muy diferente en función de la posición del carnero, produciendo fuertes variaciones en la capacidad de corte de la máquina. Los tornos verticales comprenden una mesa accionable en giro sobre la que es disponible una pieza a mecanizar, un accesorio portador de una herramienta de mecanizado y un carnero que tiene un extremo libre en el que está dispuesto el accesorio. El carnero presenta una disposición vertical y va dispuesto en un carro para su traslación en al menos una dirección horizontal con respecto a la mesa de trabajo, mientras que el carnero es desplazable según una dirección vertical con respecto al carro entre una posición retraída y una posición extendida.
En los tornos verticales, cuando se está mecanizando, se producen vibraciones. Debido a la flexibilidad del carnero, este elemento determina en gran medida la amplitud y el modo de vibración predominante. Dicha vibración del carnero puede descomponerse en dos direcciones principales de flexión, y afecta a la capacidad de corte del torno, siendo la vibración especialmente relevante cuando el carnero se encuentra en su posición más extendida en la que la herramienta está en su posición más alejada con respecto al carro.
El documento US6296093, tal y como se observa en su figura 3, da a conocer una máquina herramienta con un elemento móvil en voladizo (carnero) en disposición vertical que permite resolver la problemática anteriormente indicada. El carnero incorpora unos amortiguadores en el extremo que se encuentra próximo a la herramienta, estando adaptado cada uno de dichos amortiguadores para generar una fuerza en una de las direcciones principales de flexión del carnero. A pesar de que esta solución atenúa las vibraciones ocurridas en el carnero presenta una serie de problemas que afectan a la operativa de la máquina.
En primer lugar, esta solución obliga a emplear amortiguadores activos que requieren de unos sensores para medir la señal de la vibración, y de unos actuadores para, en función de la medición, generar unas fuerzas de amortiguación en las direcciones principales de flexión del carnero.
El empleo de este tipo de solución tiene un impacto en el coste de fabricación de la máquina y aumenta la complejidad del sistema ya que se debe controlar la fuerza generada por los actuadores prácticamente en tiempo real, en función de la señal de vibración adquirida.
Además, en esta solución los amortiguadores se disponen exteriormente al carnero, cada uno sobre una de sus caras laterales, de manera que aumenta la zona de interferencia alrededor del carnero, aumentando también el riesgo de colisión con la pieza u otros elementos de la máquina, durante el mecanizado.
Resulta por tanto necesario una solución mejorada para un torno vertical provisto de un carnero en disposición vertical que permita atenuar las vibraciones que se producen durante el mecanizado principalmente cuando el carnero se encuentra en su posición extendida.
Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone un torno vertical con un absorbedor de vibraciones amortiguado que está integrado en el torno en la cercanía del punto de corte y mediante el que se atenúan las vibraciones ocurridas durante el mecanizado y se mejora la capacidad de corte del torno.
El torno vertical según la invención comprende:
• una mesa accionable en giro sobre la que es disponible una pieza a mecanizar,
• un accesorio portador de una herramienta de mecanizado,
• un carnero que tiene un extremo libre en el que está dispuesto el accesorio, siendo el carnero desplazable entre una posición retraída y una posición extendida, tal que durante el mecanizado se producen vibraciones cuando el carnero se encuentra en la posición extendida, produciéndose dichas vibraciones en, al menos, dos direcciones principales de flexión del carnero,
• una masa móvil que está al menos parcialmente alojada en el accesorio portador de la herramienta de mecanizado, o en el carnero,
• unos medios de guiado adaptados para guiar la masa móvil en, al menos, una de las direcciones principales de flexión del carnero, y
• al menos una primera pareja de topes elásticos que están dispuestos en la dirección principal de flexión del carnero, entre la masa móvil y el accesorio, o entre la masa móvil y el carnero.
De esta forma se obtiene una solución sencilla y eficaz con la que atenuar las vibraciones que se producen en el torno durante el mecanizado, especialmente las vibraciones que se producen cuando el carnero está en su posición más extendida. Por un lado la solución propuesta no precisa emplear amortiguadores activos con sensores para detectar las vibraciones, ni actuadores para desplazar la masa móvil, y por otro lado la masa móvil queda interiorizada en el accesorio portador de la herramienta de mecanizado, o en el carnero, sin sobresalir exte nórmente, con lo que se garantiza que no haya interferencias durante el mecanizado con otros elementos del torno o la pieza a mecanizar.
Alternativamente los medios de guiado están adaptados para guiar la masa móvil en las dos direcciones principales de flexión del carnero, de manera que el torno adicionalmente comprende una segunda pareja de topes elásticos que están dispuestos en la otra dirección principal de flexión del carnero, entre la masa móvil y el accesorio, o entre la masa móvil y el carnero.
Preferentemente la masa móvil tiene una disposición central con el eje longitudinal de la masa móvil alineado con el eje longitudinal del accesorio, o del carnero, de manera que la masa móvil está centrada con respecto al elemento a amortiguar, tal que se consigue una adecuada distribución de los movimientos de oscilación de la masa móvil para amortiguar las vibraciones.
La masa móvil comprende una primera parte que está alojada parcialmente en el accesorio y una segunda parte que está alojada dentro del accesorio. Preferentemente la primera y segunda parte de la masa móvil son dos piezas independientes unidas entre sí que facilitan el montaje de la masa móvil y su integración en el torno.
Se ha previsto la posibilidad de que la primera parte de la masa móvil tenga una forma cilindrica y la segunda parte tenga una forma rectangular plana, disponiéndose la forma cilindrica por encima de la forma rectangular.
Preferentemente la masa móvil está compuesta de un material de alta densidad para reducir su volumen ya que a mayor densidad menor debe ser el tamaño de la masa móvil. Así se ha previsto que la masa móvil sea de carburo de tungsteno.
Los topes elásticos son unos elementos que trabajan a compresión y que preferentemente tienen una forma con dos caras planas, tal como por ejemplo de una forma cuadrada o rectangular plana, en donde cada tope elástico tiene una de sus caras planas en contacto con el accesorio, o el carnero, y su otra cara plana en contacto con la masa móvil. La forma de las caras planas de los topes elásticos y su disposición permite que los topes presenten una adecuada rigidez en la dirección principal de flexión del carnero a amortiguar. En cualquier caso la forma de los topes elásticos no es limitativa, debiendo ser los topes unos elementos que trabajan a compresión, en donde la elasticidad del material, su sección resistente y su espesor se seleccionan en función de la rigidez requerida para la amortiguación.
Según un ejemplo de realización de la invención el absorbedor de vibraciones, que está compuesto por la masa móvil, los medios de guiado y los topes elásticos, está integrado en el accesorio portador de la herramienta y está configurado para actuar en sólo una de las direcciones principales de flexión del carnero.
Según este ejemplo de realización los medios de guiado comprenden un patín unido a la masa móvil y una guía sobre la que desliza el patín que está alineada con la dirección principal de flexión del carnero.
En este ejemplo de realización el accesorio portador de la herramienta tiene unas primeras aberturas que dan acceso al interior del accesorio en donde se dispone la masa móvil y que están cerradas por unas primeras tapas.
Según otro ejemplo de realización de la invención el absorbedor amortiguado, que está compuesto por la masa móvil, los medios de guiado y los topes elásticos, está integrado en el accesorio portador de la herramienta y está configurado para actuar en las dos direcciones principales de flexión del carnero.
Según este otro ejemplo de realización los medios de guiado son unos rodamientos que están dispuestos entre la masa móvil y unas paredes internas del accesorio portador de la herramienta.
En este otro ejemplo de realización la primera pareja de topes elásticos están dispuestos en una de las dos direcciones principales de flexión del carnero, entre la masa móvil y el accesorio, y la segunda pareja de topes elásticos están dispuestos en la otra dirección principal de flexión del carnero, entre la masa móvil y el accesorio.
En este otro ejemplo de realización el accesorio portador de la herramienta tiene las primeras aberturas que dan acceso al interior del accesorio en donde se dispone la masa móvil y que están cerradas por las primeras tapas y unas segundas aberturas que también dan acceso al interior del accesorio en donde se dispone la masa móvil y que están cerradas por unas segundas tapas.
Se obtiene así una solución sencilla y eficaz para disponer un absorbedor amortiguado en un torno vertical que permite atenuar las vibraciones que aparecen durante el mecanizado cuando el carnero está en la posición extendida.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un torno vertical según la invención.
La figura 2 muestra una representación esquemática de una de las direcciones principales en la que flexa el carnero del torno vertical.
La figura 3 muestra otra representación esquemática de la otra dirección principal en la que flexa el carnero del torno vertical.
La figura 4 muestra un primer ejemplo de realización de un accesorio que incorpora una masa móvil guiada en una de las direcciones principales de flexión del carnero.
La figura 5 muestra un segundo ejemplo de realización de un accesorio que incorpora una masa móvil que puede oscilar en las dos direcciones principales de flexión del carnero.
La figura 6 muestra una vista explosionada de los elementos que componen el accesorio portador de la herramienta de mecanizado según el primer ejemplo de realización de la figura 4.
La figura 7 muestra una vista en sección del accesorio de la figura 4.
La figura 8 muestra otra vista en sección del accesorio de la figura 4.
La figura 9 muestra una vista explosionada de los elementos que componen el accesorio portador de la herramienta de mecanizado según el segundo ejemplo de realización de la figura 5.
La figura 10 muestra una vista en sección del accesorio de la figura 5. Descripción detallada de la invención
En la figura 1 se muestra un ejemplo de realización de un torno vertical de acuerdo a la invención. El torno comprende una mesa (1) sobre la que es disponible la pieza a mecanizar, unas columnas (2) entre las que se dispone una viga (3), un carro (4) que está dispuesto en la viga (3), un carnero (5) que está dispuesto en el carro (4), y un accesorio (6) portador de una herramienta de mecanizado que está dispuesto en un extremo libre del carnero (5).
La mesa (1) es accionable en giro para producir un movimiento de revolución en la pieza, la viga (3) puede estar fija a las columnas (2) o puede desplazarse verticalmente sobre las columnas (2), el carro (4) es desplazable horizontalmente sobre la viga (3), y el carnero (5) es desplazable verticalmente con respecto al carro (4) entre una posición retraída y una posición extendida.
El carnero (5) es un elemento de configuración prismática que está en una disposición vertical en voladizo, por ello, y debido a su inercia y flexibilidad, es la parte del torno vertical que más influencia tiene en la respuesta dinámica del mismo.
Experimentalmente se ha comprobado que los modos de vibración críticos del carnero (5) durante el mecanizado se corresponden con sus modos de flexión, de manera que dada su configuración prismática el carnero (5) tiende a oscilar principalmente en dos direcciones (D1 , D2) representadas respectivamente en las figuras esquemáticas 2 y 3. Por ello, para amortiguar las vibraciones ocurridas en el carnero (5) es especialmente relevante generar fuerzas de amortiguación que se encuentren alineadas con las direcciones principales de flexión (D1 , D2) en la que oscila el carnero (5).
Tal y como se observa en las figuras 2 y 3 la primera dirección de flexión (D1) en la que oscila el carnero (5) es una dirección paralela a la sección longitudinal de la viga (3) y la segunda dirección de flexión (D2) en la que oscila el carnero es una dirección ortogonal a la primera dirección de flexión (D1) y por tanto perpendicular a la sección longitudinal de la viga (3), si bien como se ha indicado anteriormente dichas direcciones (D1 , D2) dependen de los modos de flexión del carnero (5) y por tanto de su configuración prismática y no de su disposición con respecto a otras partes del torno. Para amortiguar esas vibraciones la invención propone emplear un absorbedor amortiguado que está guiado en al menos una de las direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5).
Para garantizar una correcta disipación de las vibraciones, el absorbedor amortiguado se dispone en la proximidad del punto de corte, que coindice con el punto en donde mayor es la amplitud de la vibración. Así, según la invención, el absorbedor amortiguado se puede disponer en el interior del accesorio (6,6’) que porta la herramienta de mecanizado, tal y como se ilustra en los ejemplos de realización de las figuras 4 a 10, o se puede disponer en el extremo libre del carnero (5) en donde está el accesorio (6,6’), bien en el interior del carnero (5) o bien en el interior de una prolongación del carnero (5) que se acopla al accesorio (6,6’). Esta disposición es especialmente relevante, ya que cuanto más alejado se encuentran el absorbedor amortiguado del punto de corte, mayor será la fuerza que se tenga que generar para amortiguar las vibraciones, y por tanto mayor el tamaño del absorbedor y del espacio requerido para integrarlo en el torno.
El absorbedor amortiguado consiste en una masa móvil (7,7’) que está suspendida de la estructura a amortiguar y unida a ella mediante una unión flexible amortiguada (9,9’, 10’), en donde la frecuencia natural del absorbedor se sintoniza para que coincida con la frecuencia natural de la estructura a amortiguar.
El accesorio (6,6’) comprende una porción superior en donde se encuentra integrado el absorbedor amortiguado, y una porción inferior en donde se encuentra el sistema de amarre de la herramienta de mecanizado. El accesorio (6,6’) tiene una configuración acodada en donde el eje de accionamiento (x) de la herramienta de mecanizado es perpendicular al eje longitudinal (Z) del accesorio (6,6’).
En el primer ejemplo de realización de las figuras 4, 6, 7 y 8 se muestra un accesorio (6) con un absorbedor amortiguado integrado que está adaptado para atenuar las vibraciones ocurridas en una de las direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5).
El accesorio (6) tiene unos medios de guiado (8) para guiar la masa móvil (7) en una de las direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5) y una unión flexible amortiguada formada por una primera pareja de topes elásticos (9). Preferentemente los medios de guiado (8) comprenden un patín (8.1) que está unido a la masa móvil (7) y una guía (8.2) sobre la que desliza el patín (8.1), la cual esta solidariamente unida a una pared interna del accesorio (6), estando la guía (8.2) alineada con la dirección principal de flexión (D1) del carnero (5) a amortiguar.
La masa móvil (7) comprende una primera parte (7.1) que está alojada parcialmente en el accesorio (6) y una segunda parte (7.2) está alojada en el accesorio (6).
Preferentemente la masa móvil (7) tiene un eje longitudinal (z) que está alineado con el eje longitudinal (Z) del accesorio (6), siendo en este tipo de tornos verticales de forma general dicho eje longitudinal (Z) del accesorio (6) coaxial con el eje longitudinal (no representado) del carnero (5), de forma que la masa móvil (7) está centrada en el accesorio (6) para una adecuada atenuación de las vibraciones.
El accesorio (6) tiene unas primeras aberturas (6.1) que dan acceso a su interior en donde está alojada la segunda parte (7.2) de la masa móvil (7), disponiendo el accesorio (6) de unas primeras tapas (6.2) para el cierre de las primeras aberturas (6.1).
Con esta disposición, como se observa en la vista en sección de la figura 8, cada uno de los topes elásticos (9) de la primera pareja queda dispuesto entre una de las primeras tapas (6.2) del accesorio (6) y un extremo de la segunda parte (7.2) de la masa móvil (7). Así, los topes elásticos (9) quedan ligeramente comprimidos entre las tapas (6.2) y la masa móvil (7), pudiendo regularse la compresión de los topes elásticos (9) ajustando la disposición de las tapas (6.2) en las aberturas (6.1) del accesorio (6).
Preferentemente los topes elásticos (9) tienen una forma con dos caras planas, tal como por ejemplo una forma rectangular o cuadrada plana, estando una de sus caras planas en contacto con una de las primeras tapas (6.2) del accesorio (6) y la otra de sus caras planas en contacto con un extremo de la segunda parte (7.2) de la masa móvil (7). Con esta configuración los topes elásticos (9) tienen una adecuada rigidez para trabajar a compresión en la dirección principal de flexión (D1) del carnero (5) a amortiguar, mientras que a cortadura los topes elásticos (9) tienen una menor rigidez. Además los topes elásticos (9) permiten que no se produzcan choques bruscos cuando la masa móvil (7) llega al límite de su recorrido y cambia de sentido en su dirección de oscilación. Preferentemente la primera (7.1) y segunda parte (7.2) de la masa móvil (7) son dos piezas independientes que facilitan el montaje de la masa móvil (7) en el accesorio (6) portador de la herramienta de mecanizado. Por ejemplo, para el montaje de la masa móvil (7) en el accesorio (6), se introduce la primera parte (7.1) a través de una abertura superior (6.3) del accesorio (6) y la segunda parte (7.2) se introduce por una de las primeras aberturas (6.1).
Preferentemente la primera parte (7.1) de la masa móvil (7) tiene una forma cilindrica de configuración reciproca a la abertura superior (6.3), pero con un diámetro inferior al diámetro de dicha abertura superior (6.3), de forma que se permite la oscilación de la masa móvil (7), mientras que la segunda parte (7.2) de la masa móvil (7) tiene una forma rectangular plana para favorecer su desplazamiento sobre la guía (8.2).
Con todo ello así, cuando el carnero (5) está en la posición extendida en la que la herramienta del accesorio (6) mecaniza la pieza se empiezan a producir vibraciones en el carnero (5), de forma que la masa móvil (7) empieza a oscilar sobre la guía (8.2) atenuando dichas vibraciones.
En esta disposición, la primera pareja de topes (9) sujetan elásticamente y sin holgura la masa móvil (7), de forma que el conjunto se comporta como un sistema suspendido elásticamente de un grado de libertad. La rigidez de los topes elásticos determina la frecuencia natural de oscilación de la masa móvil, mientras que por otra parte dicha oscilación se encuentra amortiguada debido al amortiguamiento de los topes elásticos, lo que limita la amplitud de la oscilación. Seleccionando la rigidez de los topes elásticos se modifica (sintoniza) la frecuencia de oscilación de la masa móvil hasta que coincida con la frecuencia del modo de vibración crítico del carnero que se quiere amortiguar. Al disponer el absorbedor en el elemento a amortiguar, y tras sintonizar la frecuencia de absorbedor de acuerdo a la frecuencia del modo crítico de flexión del carnero que se desea suprimir, se produce un efecto amortiguador que reduce la amplitud de oscilación del carnero (5).
En el segundo ejemplo de realización de las figuras 5, 9 y 10 se muestra otro accesorio (6’) con otro absorbedor amortiguado integrado que está adaptado para atenuar las vibraciones ocurridas en las dos direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5).
Como se puede observar claramente a la vista de las figuras, el accesorio (6') del segundo ejemplo de realización es idéntico al accesorio (6) del primer ejemplo de realización a excepción de lo referente a los medios de guiado (8) de la masa móvil (7), por lo que todas las ventajas y características descritas anteriormente para el primer ejemplo de realización son aplicables al segundo ejemplo de realización de la invención.
Así, el accesorio (6’) del segundo ejemplo de realización tiene unos medios de guiado (8’) para guiar la masa móvil (7’) en las dos direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5) y una unión flexible amortiguada formada por una primera pareja de topes elásticos (9’) que están dispuestos en una de las direcciones principales de flexión (D1) del carnero (5), y por una segunda pareja de topes elásticos (10’) que están dispuestos en la otra dirección principal de flexión (D2) del carnero (5).
Los medios de guiado (8’) del accesorio (6’) del segundo ejemplo de realización son unos rodamientos (8.1’) que permiten una oscilación libre de la masa móvil (7’) dentro del accesorio (6’), en donde la primera y segunda pareja de topes elásticos (9’, 10’) trabajan respectivamente en una de las direcciones principales de flexión (D1 , D2) del carnero (5).
Los rodamientos (8.1’) son de tipo bolas y se disponen en la parte superior e inferior de la segunda parte (7.2’) de la masa móvil (7’), de forma que, tal y como se muestra en la vista en sección de la figura 10, dichos rodamientos (8.1’) quedan dispuestos entre la masa móvil (7’) y unas paredes superior e inferior internas del accesorio (6’).
En este segundo ejemplo de realización, el accesorio (6’) tiene unas primeras (6.1’) y segundas aberturas (6.4’) que dan acceso a su interior en donde está alojada la segunda parte (7.2’) de la masa móvil (7’), disponiendo el accesorio (6’) de unas primeras (6.2’) y segundas tapas (6.5’) para el cierre de las aberturas (6.1’, 6.4’).
Asimismo, en este segundo ejemplo de realización la segunda parte (7.2’) de la masa móvil (7’) tiene unas prolongaciones (7.3’), de forma que cada uno de los topes elásticos (9’) de la primera pareja está dispuesto entre una de primeras tapas (6.2’) del accesorio (6’) y los extremos de la segunda parte (7.2’) de la masa móvil (7), y cada uno de los topes elásticos (10’) de la segunda pareja están dispuestos entre una de segundas tapas (6.5’) del accesorio (6’) y una de las prolongaciones (7.3’) de la masa móvil (7’).
Como se ha indicado anteriormente los topes elásticos (9’, 10’) presentan una adecuada rigidez cuando trabajan a compresión pero una baja rigidez cuando trabajan a cortadura, de esta forma cuando la primera pareja de topes elásticos (9’) está trabajando en una de las direcciones principales de flexión (D1) del carnero (5), la segunda pareja de topes elásticos (10’) está trabajando a cortadura presentado una baja rigidez frente a la dirección de flexión (D1) que está siendo amortiguada y por tanto sin interferir en el trabajo realizado por la primera pareja de topes elásticos (9’), resultando el comportamiento idéntico cuando es la segunda pareja de topes elásticos (10’) la que está trabajando en la otra dirección principal de oscilación (D2).
Se ha previsto que la masa móvil (7,7') del accesorio (6,6’) sea de un material de alta densidad, como por ejemplo carburo de tungsteno, de forma que se obtenga una fuerza de inercia elevada ocupando el mínimo espacio posible.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, comprendiendo:
• una mesa (1) accionable en giro sobre la que es disponible una pieza a mecanizar,
• un accesorio (6, 6’) portador de una herramienta de mecanizado,
• un carnero (5) que tiene un extremo libre en el que está dispuesto el accesorio (6, 6’), siendo el carnero (5) desplazable entre una posición retraída y una posición extendida, tal que durante el mecanizado se producen vibraciones cuando el carnero (5) se encuentra en la posición extendida, produciéndose dichas vibraciones en, al menos, dos direcciones principales de flexión (D1 ,D2) del carnero (5), caracterizado por que el torno adicionalmente comprende:
• una masa móvil (7,7’) que está al menos parcialmente alojada en el accesorio (6,6’) portador de la herramienta de mecanizado, o en el carnero (5),
• unos medios de guiado (8,8’) adaptados para guiar la masa móvil (7,7’) en, al menos, una de las direcciones principales de flexión (D1 ,D2) del carnero (5), y
• al menos una primera pareja de topes elásticos (9,9’) que están dispuestos en la dirección principal de flexión (D1) del carnero (5), entre la masa móvil (7,7’) y el accesorio (6,6’), o entre la masa móvil (7,7’) y el carnero (5).
2.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según la reivindicación anterior, caracterizado por que la masa móvil (7,7’) presenta una disposición central con su eje longitudinal (z,z’) alineado con el eje longitudinal (Z, Z’) del accesorio (6,6’), o del carnero (5).
3.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la masa móvil (7,7’) comprende una primera parte (7.1 , 7.T) que está alojada parcialmente en el accesorio (6,6’) y una segunda parte (7.2, 7.2’) está alojada dentro del accesorio (6,6’).
4 - Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según la reivindicación anterior, caracterizado por que la primera (7.1) y segunda parte (7.2) de la masa móvil (7) son dos piezas independientes unidas entre sí.
5.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que la primera parte (7.1 , 7.T) de la masa móvil (7,7’) tiene forma cilindrica y la segunda parte (7.2, 7.2’) tiene forma rectangular plana.
6.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el accesorio (6,6’) tiene unas primeras aberturas (6.1 , 6.T) que dan acceso al interior del accesorio (6,6’) en donde se dispone la masa móvil (7,7’) y que están cerradas por unas primeras tapas (6.2, 6.2’).
7.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la masa móvil (7,7’) es de carburo de tungsteno.
8.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de guiado (8) comprenden un patín (8.1) unido a la masa móvil (7) y una guía (8.2) sobre la que desliza el patín (8.1) que está alineada con la dirección principal de flexión (D1) del carnero (5).
9.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los medios de guiado (8’) están adaptados para guiar la masa móvil (7’) en las dos direcciones principales de flexión (D1 ,D2) del carnero (5), y en donde el torno adicionalmente comprende una segunda pareja de topes elásticos (10’) que están dispuestos en la otra dirección principal de flexión (D2) del carnero (5), entre la masa móvil (7’) y el accesorio (6’), o entre la masa móvil (7’) y el carnero (5).
10.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según la reivindicación anterior, caracterizado por que los medios de guiado (8’) son unos rodamientos (8.T) que están dispuestos entre la masa móvil (7’) y unas paredes internas del accesorio (6’).
11.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según la reivindicación 9 o 10, caracterizado por que el accesorio (6’) adicionalmente tiene unas segundas aberturas (6.4’) que dan acceso al interior del accesorio (6’) en donde se dispone la masa móvil (7’) y que están cerradas por unas segundas tapas (6.5’).
12.- Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los topes elásticos (9,9’, 10’) tiene una forma con dos caras planas, en donde cada tope elástico (9,9’, 10’) tiene una de sus caras planas en contacto con el accesorio (6,6’), o el carnero (5), y su otra cara plana en contacto con la masa móvil (7,7’).
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