ES2630952T3 - Máquina herramienta dinámicamente estable - Google Patents
Máquina herramienta dinámicamente estable Download PDFInfo
- Publication number
- ES2630952T3 ES2630952T3 ES14380034.0T ES14380034T ES2630952T3 ES 2630952 T3 ES2630952 T3 ES 2630952T3 ES 14380034 T ES14380034 T ES 14380034T ES 2630952 T3 ES2630952 T3 ES 2630952T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- ram
- inertial
- machine tool
- actuators
- main
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
- B23Q11/0032—Arrangements for preventing or isolating vibrations in parts of the machine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
- F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Program-control systems
- G05B19/02—Program-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
- B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q2220/00—Machine tool components
- B23Q2220/006—Spindle heads
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37434—Measuring vibration of machine or workpiece or tool
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37435—Vibration of machine
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49045—Relieve stress of workpiece after machinining by vibration table
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Auxiliary Devices For Machine Tools (AREA)
- Machine Tool Units (AREA)
Abstract
Máquina herramienta dinámicamente estable, comprendiendo: - un carnero (4) que incorpora un cabezal de mecanizado (5) portador de una herramienta de corte (6), en el que se producen vibraciones durante el mecanizado según, al menos, dos direcciones principales de flexión del carnero (4), - unos sensores adaptados para medir la magnitud de las vibraciones con las que oscila el carnero (4) en las direcciones principales de flexión, y - al menos dos actuadores inerciales (7), estando caracterizada dicha máquina herramienta dinámicamente estable porque los actuadores inerciales (7) son sustancialmente planos, donde cada actuador inercial (7) está adaptado para generar una fuerza (F) en una de las direcciones principales de flexión de carnero (4), integrándose cada actuador inercial (7) en una cara lateral del carnero (4) según una disposición sustancialmente paralela a dicha cara lateral, y donde la fuerza (F) generada por cada actuador inercial (7) es paralela a la cara lateral del carnero (4) en donde se encuentra integrado y sustancialmente perpendicular a la sección longitudinal del carnero (4), siendo las fuerzas (F) generadas por los, al menos dos, actuadores inerciales (7) ortogonales entre sí.
Description
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Maquina herramienta dinamicamente estable Sector de la tecnica
La presente invencion esta relacionada con la supresion, o atenuacion, de las vibraciones producidas durante los procesos de mecanizado en maquinas herramientas que incorporan un elemento movil en voladizo portador de la herramienta de trabajo. La invencion propone concretamente una maquina herramienta, tal como una fresadora, mandrinadora, o un torno vertical, que incorpora un sistema de amortiguacion activo inercial integrado en el carnero.
Estado de la tecnica
Las estructuras mecanicas de las maquinas herramientas tienden a vibrar durante las operaciones de mecanizado, a determinadas frecuencias con diferentes amplitudes, apareciendo vibraciones auto excitadas conocidas como “chatter” o retemblado, que pueden resultar perjudiciales para la calidad superficial de la pieza final y para la integridad de la propia maquina, provocando el desgaste prematuro de la herramienta de corte, o incluso su rotura, y reduciendo la vida util de los componentes mecanicos de la maquina.
Las maquinas herramientas equipadas con elementos moviles en voladizo, como por ejemplo las fresadoras, mandrinadoras, o tornos verticales, que incorporan un carnero (RAM), tienen una respuesta dinamica fuertemente variable. La inercia y flexibilidad del carnero provoca que la respuesta de la maquina vane en funcion de la posicion en la que se encuentre el carnero, de manera que el reparto de masas de la maquina y la rigidez, tanto estatica como dinamica, vanan al moverse el carnero. Siendo asf, al interactuar la herramienta contra la pieza durante el proceso de corte, la maquina se comporta de forma muy diferente en funcion de la posicion del carnero, produciendo fuertes variaciones en la capacidad de corte de la maquina.
Para amortiguar las vibraciones indeseadas que se producen durante el mecanizado, se conoce el empleo de amortiguadores tanto activos como pasivos. Los amortiguadores pasivos consisten en una masa que se une a la estructura a amortiguar mediante una union flexible amortiguada. La frecuencia natural del amortiguador pasivo se sintoniza para que coincida con la frecuencia natural de la estructura a amortiguar. Sin embargo, estos amortiguadores pasivos pierden efectividad cuando los parametros dinamicos de la estructura a amortiguar vanan, resultando asf poco efectivos para maquinas herramienta con elementos moviles, como por ejemplo el carnero.
Sin embargo, los amortiguadores activos son capaces de adaptarse a medios dinamicamente cambiantes. Estos se componen de sensores que miden la vibracion producida y actuadores que permiten introducir una fuerza. En el caso de los amortiguadores activos inerciales, esta fuerza se obtiene acelerando una masa movil que se encuentra suspendida en la estructura a amortiguar, de manera que cuando la masa movil oscila en la direccion requerida se genera una fuerza inercial que reduce la amplitud de las vibraciones mecanicas producidas en la maquina herramienta. Asf por ejemplo, el artfculo de Cowley y Boyle publicado el ano 1970, da a conocer el empleo de un actuador inercial con un acelerometro para introducir un amortiguamiento activo sobre la estructura de una maquina herramienta. “Cowley, A.; Boyle, A.; Active dampers for machine tools; Annals of the CIRP, vol. 18, pp. 213-222, 1970".
Los actuadores inerciales bidireccionales son un tipo de amortiguadores activos capaces de generar dos fuerzas independientes y ortogonales entre sf. Debido a su tamano, la integracion de este tipo de actuadores en el carnero resulta complicada. Alojar interiormente un actuador bidireccional implica abrir grandes alojamientos en el carnero, lo que supone reducir su rigidez, o implica aumentar las dimensiones generales del carnero, lo que supone un aumento del coste y un rediseno de la maquina. Otra alternativa es alojar el actuador bidireccional fuera del carnero, sin embargo, las posibilidades de interferencia entre el carnero y la pieza aumentan considerablemente.
La patente espanola ES2425994 del mismo solicitante que la presente invencion, da a conocer una maquina herramienta fresadora que incorpora un actuador inercial en el cabezal de corte. Aunque esta solucion permite mejorar el comportamiento dinamico de trabajo de la maquina, ya que la amortiguacion de las vibraciones se produce muy proxima al punto de corte en donde se encuentra el foco de origen de las vibraciones, al ser el cabezal de corte una parte movil que gira con respecto al carnero, el paso de las senales de alimentacion y control necesarias para el actuador inercial resulta complicado y costoso.
La patente de Estados Unidos US6296093, tal y como se observa en su figura 3, da a conocer una maquina herramienta con un elemento movil en voladizo (carnero) que incorpora dos actuadores inerciales unidireccionales. Los actuadores inerciales se situan en el extremo del carnero que se encuentra mas proximo a la herramienta de corte, sobre dos caras laterales contiguas del carnero. Cada actuador inercial esta especialmente adaptado para generar una fuerza perpendicular a la superficie de la cara lateral del carnero sobre la que se dispone, siendo las dos fuerzas generadas por ambos actuadores ortogonales entre sf. Aunque esta solucion permite obtener, con dos actuadores unidireccionales, el mismo efecto que se obtiene con un actuador inercial bidireccional, al ser las fuerzas generadas perpendiculares a las superficies de las caras laterales del carnero, obliga a tener que disponer los
- 2 -
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
actuadores inerciales en la parte exterior del carnero, de manera que se aumentan las dimensiones del carnero, y por tanto se aumentan tambien las posibilidades de que se produzcan interferencias entre el carnero y la pieza durante el mecanizado.
Por todo ello, se hace necesaria una maquina herramienta con un sistema de amortiguacion de vibraciones que pueda ser incorporado en el carnero de la maquina ocupando el mmimo espacio posible, resultando asf una alternativa sencilla y eficaz a las soluciones existentes.
Objeto de la invencion
De acuerdo con la presente invencion se propone una maquina herramienta que incorpora un sistema de amortiguacion activo inercial integrado en el propio carnero de la maquina, con lo que se consigue una adecuada amortiguacion de las vibraciones, ocupando el sistema de amortiguacion un mmimo espacio y sin la necesidad de aumentar las dimensiones generales habituales del carnero. La invencion es aplicable a cualquier tipo de maquina herramienta que incorpore un elemento en voladizo, como es el carnero (RAM), como por ejemplo una maquina fresadora, mandrinadora, un torno vertical, o un centro de mecanizado.
La maquina herramienta de la invencion comprende:
- un carnero que incorpora un cabezal de mecanizado portador de una herramienta de corte, en el que se producen vibraciones durante el mecanizado segun, al menos, dos direcciones principales de flexion del carnero,
- unos sensores adaptados para medir la magnitud de las vibraciones con las que oscila el carnero en las direcciones principales de flexion, y
- al menos dos actuadores inerciales de forma sustancialmente plana, donde cada actuador inercial esta adaptado para generar una fuerza en una de las direcciones principales de flexion de carnero, integrandose cada actuador inercial en una cara lateral del carnero segun una disposicion sustancialmente paralela a dicha cara lateral, y donde la fuerza generada por cada actuador inercial es paralela a la cara lateral del carnero en donde se encuentra integrado el actuador inercial, y sustancialmente perpendicular a la seccion longitudinal del carnero, siendo las fuerzas generadas por los, al menos dos, actuadores inerciales ortogonales entre sr
La forma sustancialmente plana de los actuadores inerciales y su disposicion paralela a las caras laterales del carnero permite que los actuadores no sobresalgan exteriormente del cuerpo del carnero, quedando estos incorporados en las propias caras laterales del carnero, con lo que se evitan colisiones indeseadas con la pieza, u otros elementos, durante el mecanizado, asimismo, esta configuracion permite ocupar un mmimo espacio en el carnero, dejando libre el interior del carnero para el paso del husillo de accionamiento de la herramienta de corte.
Se ha previsto que los actuadores inerciales se dispongan en el extremo de carnero mas proximo al cabezal de mecanizado portador de la herramienta de corte, puesto que cuanto mas proximo se encuentre el actuador inercial al punto de corte en donde se generan las vibraciones, menor sera la fuerza que se requiera para amortiguarlas, y por tanto menor sera el tamano del actuador inercial.
Segun un ejemplo de realizacion de la invencion, el carnero incorpora dos actuadores inerciales que se disponen integrados en caras laterales contiguas del carnero, en donde uno de los actuadores inerciales esta adaptado para generar una fuerza en una de las direcciones principales de flexion del carnero, y el otro actuador inercial esta adaptado para generar otra fuerza en la otra direccion principal de flexion del carnero.
Segun otro ejemplo de realizacion de la invencion, el carnero incorpora cuatro actuadores inerciales, cada uno integrado en una respectiva cara lateral del carnero, donde dos de dichos actuadores inerciales estan adaptados para generar una respectiva fuerza en una de las direcciones principales de flexion del carnero, y los otros dos actuadores inerciales estan adaptados para generar otra respectiva fuerza en la otra direccion principal de flexion de carnero.
Segun otro ejemplo de realizacion de la invencion, el carnero incorpora tres actuadores inerciales, cada uno integrado en una respectiva cara lateral del carnero, y donde dos de dichos actuadores inerciales estan adaptados para generar una respectiva fuerza en una de las direcciones principales de flexion del carnero, y el otro actuador inercial esta adaptado para generar otra fuerza en la otra direccion principal de flexion de carnero.
Cada actuador inercial esta constituido por una placa superior y una placa inferior de forma sustancialmente plana que se disponen enfrentadas entre sf por sus caras mayores, donde las placas se encuentran suspendidas por sus extremos respecto del carnero en una de las direcciones principales de flexion de carnero.
Segun un ejemplo de realizacion de la invencion, los sensores adaptados para medir la magnitud de las vibraciones con las que oscila el carnero son dos acelerometros uni-axiales, cada uno de los cuales mide, en tiempo real, la
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
magnitud de la vibracion con la que oscila el carnero en una de sus direcciones principales de flexion. Segun otro ejemplo de realizacion, los sensores son un acelerometro tri-axial que mide en tiempo real la magnitud de la vibracion con la que oscila el carnero en las, al menos dos, direcciones principales de flexion.
Se ha previsto que los sensores se dispongan en el carnero proximos a los actuadores inerciales. Es particularmente relevante la posicion de los sensores lo mas proxima posible a los actuadores inerciales, ya que el objetivo de los actuadores inerciales es precisamente oscilar con una fuerza sustancialmente identica y de sentido contrario a las vibraciones que se producen en el carnero de acuerdo a sus, al menos dos, direcciones principales de flexion.
Adicionalmente, se ha previsto que cada actuador inercial incorpore un acelerometro en una de las placas que se encuentra suspendida respecto del carnero, de manera que se pueda medir la fuerza que esta siendo introducida por dicho actuador inercial. De esta manera, los datos obtenidos por dicho acelerometro pueden utilizarse en tecnicas de control avanzadas o en la medicion de la flexibilidad dinamica (receptancia) mediante la obtencion de funciones de respuesta en frecuencia.
Se obtiene asf una maquina herramienta que por sus caractensticas constructivas y funcionales resulta en una maquina dinamicamente estable que permite una amortiguacion efectiva de las vibraciones que se producen en el carnero durante los procesos de mecanizado.
Descripcion de las figuras
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una fresadora dinamicamente estable de acuerdo con la presente invencion.
La figura 2 muestra una vista en perspectiva de los actuadores inerciales integrados en el extremo del carnero mas proximo al cabezal de mecanizado.
La figura 3 es una vista esquematica en alzado de la disposicion de uno de los actuadores inerciales representados en la figura 2.
La figura 4 es una vista esquematica en perfil de la disposicion del otro actuador inercial representado en la figura 2.
La figura 5 es una vista en seccion de dos actuadores inerciales integrados en dos caras laterales contiguas del carnero.
La figura 6 es una vista en seccion de cuatro actuadores inerciales integrados en las cuatro caras laterales del carnero.
La figura 7 muestra una vista en perspectiva de un torno vertical dinamicamente estable de acuerdo con la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
En la figura 1 se muestra un ejemplo de realizacion de una maquina herramienta dinamicamente estable de acuerdo con la presente invencion. La maquina herramienta representada en la figura 1 es una fresadora que comprende una mesa de trabajo (1) sobre la que generalmente se coloca la pieza a mecanizar, una base (2) sobre la que dispone una columna (3), y un carnero (4) que va dispuesto en la columna (3) y que en su extremo incorpora un cabezal de mecanizado (5) en donde se ubica la herramienta de corte (6) para la mecanizacion de la pieza.
La columna (3) es susceptible de trasladarse sobre la base (2) segun una primera direccion horizontal representada mediante el eje (X), mientras que el carnero (4) es susceptible de trasladarse respecto de la columna (3) segun una direccion vertical representada mediante el eje (Y) y segun una segunda direccion horizontal representada mediante el eje (Z). Para ello, el carnero (4) va montado en un carro de traslacion (no representado) respecto del que el carnero (4) puede moverse horizontalmente en el eje (Z), mientras que a su vez el carro de traslacion puede moverse respecto de la columna (3) en el eje (Y), pudiendose por tanto trasladar el carnero (4) verticalmente en el eje (Y).
Asf, el carnero (4) puede ubicarse en cualquier posicion espacial mediante la interpolacion de movimientos en los tres ejes (X, Y, Z). En cualquier caso, y sin caracter limitativo, la columna (3) podna estar fija a la base (2), siendo en tal caso la pieza a mecanizar, que se dispone sobre la mesa de trabajo (1), la que se desplace horizontalmente segun el eje (X).
El carnero (4) es un elemento oblongo (mas largo que ancho) que se dispone en voladizo respecto de la columna (3), por ello, y debido a su inercia y flexibilidad, es la parte de la maquina que mas influencia tiene en la respuesta dinamica de la misma, de manera que el proceso de mecanizado se comporta de forma muy diferente en funcion de la posicion espacial en la que se encuentre el carnero (4) respecto de la columna (3).
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Experimentalmente se ha comprobado que los modos de vibracion cnticos del carnero (4) se corresponden con sus modos de flexion, de manera que el carnero (4) tiende a oscilar principalmente en dos direcciones paralelas a los ejes (X) y (Y), por ello, para amortiguar las vibraciones producidas en el carnero (4) es especialmente relevante aplicar fuerzas de amortiguacion que se encuentren alineadas con las direcciones principales de flexion en la que oscila el carnero (4).
Para amortiguar estas vibraciones, se disponen, al menos dos, actuadores inerciales (7) integrados en el carnero (4), cada uno de los cuales ejerce una fuerza (F) de amortiguacion unidireccional y de sentido contrario a una de las direcciones principales de flexion en las que oscila el carnero (4), de manera que los actuadores inerciales (7) vibran transmitiendo al carnero (4) unas fuerzas inerciales que reducen la amplitud de las vibraciones mecanicas ocurridas.
Para garantizar una correcta disipacion de las vibraciones, los actuadores inerciales (7) se disponen en el extremo del carnero (4) mas proximo a la herramienta de corte (6). Este factor es especialmente relevante, ya que cuanto mas alejados se encuentran los actuadores inerciales (7) del punto de corte, mayor sera la fuerza que se tenga que realizar para amortiguar las vibraciones, y por tanto, el tamano del actuador, y el espacio requerido para integrarlo en el carnero (4), debera ser mayor.
El carnero (4) tiene una forma prismatica de seccion rectangular con cuatro caras laterales (4.1, 4.2, 4.3, 4.4), de manera que los, al menos dos, actuadores inerciales (7) se ubican integrados en dos caras laterales (4.1, 4.2) del carnero (4). Es decir, los actuadores inerciales (7) se incorporan en las propias caras laterales (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) del carnero, de manera que el espesor del actuador inercial (7) es sustancialmente identico al espesor de la cara lateral del carnero en el que se incorpora.
Asf, como se observa en detalle en las figuras 2 a 5, un primer actuador inercial (7.1) se dispone integrado en la primera cara lateral (4.1) del carnero (4), y un segundo actuador inercial (7.2) se dispone integrado en la segunda cara lateral (4.2) del carnero (4) contigua a la primera cara lateral (4.1).
Los actuadores inerciales (7) presentan una forma sustancialmente plana que permite su integracion en las caras laterales (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) del carnero (4) ocupando un espacio mmimo, y dejando libre el interior del carnero (4) para el paso del husillo de accionamiento del cabezal de mecanizado (6) y de la herramienta de trabajo (7), asf como cualquier otro sistema necesario para el mecanizado.
Cada uno de los actuadores inerciales (7) esta especialmente adaptado para generar una fuerza (F) paralela a la cara lateral del carnero (4) sobre la que se dispone, de manera que el primer actuador inercial (7.1) genera una primera fuerza (F1) paralela a la primera cara lateral (4.1) del carnero (4), y el segundo actuador inercial (7.1) genera una segunda fuerza (F2) paralela a la segunda cara lateral (4.1) del carnero (4). La primera fuerza (F1) es paralela al eje (X) y la segunda fuerza (F2) es paralela al eje (Y), y ambas son perpendiculares a la seccion longitudinal del carnero (4), que discurre a lo largo del eje (Z), siendo por tanto la primera fuerza (F1) y la segunda fuerza (F2) ortogonales entre sf.
Segun el ejemplo de realizacion mostrado en la figura 6, el carnero (4) incorpora cuatro actuadores inerciales (7), cada uno de ellos se dispone embebido en una respectiva cara lateral (4.1, 4.2, 4.3, 4.4) del carnero (4). Asf, adicionalmente al primer y segundo actuadores inerciales (7.1, 7.2), se dispone un tercer actuador inercial (7.3) que genera una tercera fuerza (F3) paralela a la tercera cara lateral (4.3) del carnero (4), y un cuarto actuador inercial (7.4) que genera una cuarta fuerza (F4) paralela a la cuarta cara lateral (4.4) del carnero (4), donde la tercera fuerza (F3) es paralela al eje (X) y la cuarta fuerza (F4) es paralela al eje (Y), y ambas son perpendiculares a la seccion longitudinal del carnero (4). De esta manera, al emplear cuatro actuadores inerciales (7), la fuerza requerida para amortiguar las vibraciones es menor que en el caso de emplear unicamente dos actuadores inerciales (7), aproximadamente, la fuerza requerida se reduce a la mitad, y por tanto el tamano de los actuadores inerciales (7) y el espacio requerido para integracion en el carnero (4) es menor.
Otra posible configuracion se basa en emplear tres actuadores inerciales (7) situados en tres caras laterales del carnero (4), por ejemplo, el primer y tercer actuadores inerciales (7.1, 7.3) ejerciendo unas fuerzas (F1, F3) paralelas al eje (X) y el segundo actuador inercial (7.2) ejerciendo una fuerza (F2) paralela al eje (Y).
La cantidad de fuerza requerida para cada actuador inercial (7) dependera de la masa, la rigidez y la amortiguacion inherente del carnero (4), por lo tanto, la cantidad de fuerza se seleccionara en funcion de las caractensticas de diseno de cada maquina y con el objetivo de alcanzar la amortiguacion requerida.
La maquina dispone de unos sensores que miden la magnitud de las vibraciones ocurridas en el carnero (4). Concretamente, mediante uno o mas acelerometros se realiza una medida indirecta de la velocidad con la que vibra el carnero (4). Se ha previsto emplear dos acelerometros uni-axiales para medir las vibraciones del carnero (4) paralelas al eje (X) y al eje (Y), si bien pudiese emplearse un unico acelerometro tri-axial que miden las vibraciones del carnero (4) en los tres ejes (X, Y, Z). Es particularmente relevante que los sensores se situen en una parte fija del carnero (4) colocalizados a los actuadores inerciales (7), es decir que los sensores y los actuadores inerciales (7) se situan sustancialmente en el mismo punto, ya que el objetivo de los actuadores inerciales (7) es precisamente
- 5 -
5
10
15
20
25
30
35
oscilar con una fuerza sustancialmente identica y de sentido contrario a las vibraciones que se producen en el carnero (4).
Se ha previsto la posibilidad de que cada actuador inercial (7) disponga asociado un acelerometro, de modo que se pueda determinar la fuerza que esta introduciendo el actuador inercial (7). Asf, los datos obtenidos por dicho acelerometro pueden utilizarse en tecnicas de control avanzadas o en la medicion de la flexibilidad dinamica (receptancia) mediante la obtencion de funciones de respuesta en frecuencia.
Con todo ello asf, cuando la herramienta de corte (6) esta mecanizando una pieza, el carnero (4) tiende a vibrar principalmente segun dos direcciones principales de flexion, que son paralelas a los ejes (X) y (Y). Mediante los sensores se detecta, en tiempo real, la velocidad con la que esta vibrando el carnero (4) en cada una de sus direcciones principales de flexion, de manera que al detectarse esa vibracion, se hace oscilar a los actuadores inerciales (7) con una fuerza sustancialmente identica y de sentido contrario a las vibraciones que se estan produciendo en el carnero (4), amortiguandolas y mejorando la respuesta dinamica de la maquina, mientras que mediante el acelerometro asociado al actuador inercial (7) se puede controlar la fuerza con la que esta oscilando el actuador inercial (7).
La invencion se ha descrito para el caso del carnero (4) de una fresadora, si bien como se observa en la figura 7, la invencion puede resultar igualmente aplicable al carnero (4) de un torno vertical. El torno vertical presenta una base (1) sobre la que se dispone la pieza a mecanizar, un portico (8) sobre el que va montado un carro (9), y el cual a su vez comporta el carnero (4) que incorpora el cabezal de mecanizado (5) y la herramienta de corte (6).
El carro (9) es capaz de trasladarse segun una direccion horizontal representada mediante el eje (X), mientras que el carnero (4) se traslada respecto del carro (9) en la direccion vertical representada mediante el eje (Z). De manera que el carnero (4) es capaz de trasladase segun dos ejes (X, y Z), pudiendo darse el caso de disponer de un tercer movimiento de traslacion horizontal a lo largo del eje (Y).
En este caso, durante el mecanizado de la pieza, tambien se producen vibraciones en el carnero (4) segun al menos sus dos direcciones principales de flexion, las cuales son respectivamente paralelas a los ejes (X) y (Y). Por ello, para amortiguar estas vibraciones se integran igualmente en las caras laterales del carnero (4) unos actuadores inerciales (7) que producen fuerzas (F) paralelas a las caras laterales del carnero (4) y sustancialmente perpendiculares a la seccion longitudinal del carnero (4), representada por el eje (Z), siendo las fuerzas (F) generadas de una magnitud sustancialmente identica y de sentido contrario a las vibraciones que se producen en el carnero (4) segun sus direcciones principales de flexion.
Aunque en los ejemplos de realizacion mostrados en las figuras se ha representado un carnero (4) de seccion rectangular, resultara evidente para un experto en la materia que la invencion puede ser aplicada igualmente a carneros (4) con una forma prismatica diferente, como por ejemplo una forma prismatica de seccion hexagonal.
Claims (9)
- 51015202530354045505560REIVINDICACIONES1. - Maquina herramienta dinamicamente estable, comprendiendo:- un carnero (4) que incorpora un cabezal de mecanizado (5) portador de una herramienta de corte (6), en el que se producen vibraciones durante el mecanizado segun, al menos, dos direcciones principales de flexion del carnero (4),- unos sensores adaptados para medir la magnitud de las vibraciones con las que oscila el carnero (4) en las direcciones principales de flexion, y- al menos dos actuadores inerciales (7), estando caracterizada dicha maquina herramienta dinamicamente estable porque los actuadores inerciales (7) son sustancialmente planos,donde cada actuador inercial (7) esta adaptado para generar una fuerza (F) en una de las direcciones principales de flexion de carnero (4), integrandose cada actuador inercial (7) en una cara lateral del carnero (4) segun una disposicion sustancialmente paralela a dicha cara lateral, y donde la fuerza (F) generada por cada actuador inercial (7) es paralela a la cara lateral del carnero (4) en donde se encuentra integrado y sustancialmente perpendicular a la seccion longitudinal del carnero (4), siendo las fuerzas (F) generadas por los, al menos dos, actuadores inerciales (7) ortogonales entre st
- 2. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde los actuadores inerciales (7) se disponen integrados en caras laterales contiguas del carnero (4).
- 3. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde los actuadores inerciales (7) se disponen en el extremo de carnero (4) mas proximo al cabezal de mecanizado (5) portador de la herramienta de corte (6).
- 4. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde el carnero (4) incorpora cuatro actuadores inerciales (7), cada uno integrado en una respectiva cara lateral del carnero (4), y donde dos de dichos actuadores inerciales (7) estan adaptados para generar una respectiva fuerza (F) en una de las direcciones principales de flexion del carnero (4), y los otros dos actuadores inerciales (7) estan adaptados para generar otra respectiva fuerza (F) en la otra direccion principal de flexion de carnero (4).
- 5. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde el carnero (4) incorpora tres actuadores inerciales (7), cada uno integrado en una respectiva cara lateral del carnero (4), y donde dos de dichos actuadores inerciales (7) estan adaptados para generar una respectiva fuerza (F) en una de las direcciones principales de flexion del carnero (4), y el otro actuador inercial (7) esta adaptado para generar otra fuerza (F) en la otra direccion principal de flexion de carnero (4).
- 6. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde los sensores son dos aceleremos uni-axiales, cada uno de los cuales mide en tiempo real la magnitud de la vibracion con la que oscila el carnero (4) en una de las direcciones principales de flexion.
- 7. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde los sensores son un acelerometro tri-axial, que mide en tiempo real la magnitud de la vibracion con la que oscila el carnero (4) en las direcciones principales de flexion.
- 8. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde los sensores se disponen en el carnero (4) proximos a los actuadores inerciales (7).
- 9. - Maquina herramienta dinamicamente estable, segun la primera reivindicacion, en donde cada actuador inercial (7) incorpora un acelerometro.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP14380034.0A EP3017911B1 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | Dynamically stable machine tool |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2630952T3 true ES2630952T3 (es) | 2017-08-25 |
Family
ID=52232062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES14380034.0T Active ES2630952T3 (es) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | Máquina herramienta dinámicamente estable |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3017911B1 (es) |
| CN (1) | CN105563225B (es) |
| ES (1) | ES2630952T3 (es) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2724403T3 (es) | 2016-05-03 | 2019-09-10 | Soraluce S Coop | Máquina herramienta con sistema de amortiguación activa |
| IT201600105106A1 (it) * | 2016-10-19 | 2018-04-19 | Hsd S P A | Sistema di smorzamento di vibrazioni per una testa operatrice di una macchina utensile, e corrispondente testa operatrice |
| JP6457995B2 (ja) | 2016-12-26 | 2019-01-23 | Dmg森精機株式会社 | 振動抑制装置、工作機械及び振動抑制方法 |
| ES2719927B2 (es) | 2018-01-15 | 2020-01-29 | Soraluce S Coop | Maquina herramienta con amortiguacion activa |
| ES2724799B2 (es) * | 2018-03-09 | 2020-01-29 | Soraluce S Coop | Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado |
| EP3823796A4 (en) * | 2018-07-16 | 2022-04-27 | Fastbrick IP Pty Ltd | ACTIVE DAMPING SYSTEM |
| CN109185385B (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-28 | 西安交通大学 | 三轴向集成式惯性式作动系统及其作动方法 |
| EP3708297A1 (de) | 2019-03-14 | 2020-09-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Optimierte ansteuerung eines aktiven schwingungsdämpfers |
| ES2894144T3 (es) * | 2019-03-15 | 2022-02-11 | Siemens Ag | Máquina herramienta con orientación optimizada de amortiguadores de vibración |
| EP3715049A1 (de) * | 2019-03-26 | 2020-09-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Vibrationsdämpfung bei einer werkzeugmaschine mit mehrfacher vibrationserfassung |
| WO2021009617A1 (en) * | 2019-07-17 | 2021-01-21 | Pama S.P.A. | Method for suppressing the phenomenon of chatter in a machine tool |
| TWI728762B (zh) | 2020-03-27 | 2021-05-21 | 財團法人工業技術研究院 | 減低機械手臂振動之方法 |
| EP3929677A1 (de) | 2020-06-24 | 2021-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Schwingungsdämpfungssystem und werkzeugmaschine |
| EP3928921A1 (de) | 2020-06-24 | 2021-12-29 | Siemens Aktiengesellschaft | Werkzeugmaschine |
| IT202300005403A1 (it) * | 2023-03-22 | 2024-09-22 | Hpt Sinergy Srl | Macchina utensile multiassiale a montante mobile |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5209326A (en) * | 1989-03-16 | 1993-05-11 | Active Noise And Vibration Technologies Inc. | Active vibration control |
| US6296093B1 (en) | 1998-11-09 | 2001-10-02 | Lord Corportion | Vibration-damped machine and control method therefor |
| CN201205627Y (zh) * | 2008-05-21 | 2009-03-11 | 贵阳工具厂 | 铲动部件减振机构 |
| ES2425994B1 (es) | 2013-06-03 | 2014-06-20 | Soraluce, S. Coop. | Cabezal de máquina herramienta fresadora din�micamente estable |
| CN203304994U (zh) * | 2013-06-14 | 2013-11-27 | 严松法 | 龙门加工中心方滑枕支撑刚度补偿系统 |
-
2014
- 2014-11-05 EP EP14380034.0A patent/EP3017911B1/en active Active
- 2014-11-05 ES ES14380034.0T patent/ES2630952T3/es active Active
-
2015
- 2015-11-04 CN CN201510916186.XA patent/CN105563225B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3017911A1 (en) | 2016-05-11 |
| EP3017911B1 (en) | 2017-04-19 |
| CN105563225A (zh) | 2016-05-11 |
| CN105563225B (zh) | 2019-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3017911B1 (en) | Dynamically stable machine tool | |
| ES2840301T3 (es) | Máquina herramienta con amortiguación activa | |
| ES2724403T3 (es) | Máquina herramienta con sistema de amortiguación activa | |
| ES2974664T3 (es) | Método para reducir la vibración regenerativa de máquinas de corte y una máquina de corte | |
| ES2425994B1 (es) | Cabezal de máquina herramienta fresadora din�micamente estable | |
| CN106812866B (zh) | 一种三自由度无角位移抗冲击平台 | |
| ES2950908T3 (es) | Proceso de rectificado sin centros activamente amortiguado | |
| CN203673082U (zh) | 一种重力测试设备减振缓冲稳定平台 | |
| CN103792588B (zh) | 一种重力测试设备减振缓冲稳定平台 | |
| KR101258519B1 (ko) | 선반 왕복대의 진동 감쇄장치 | |
| ES2783825T3 (es) | Máquina herramienta rectificadora sin centros dinámicamente amortiguada y método de rectificado | |
| ES2984037T3 (es) | Barra de mandrilar dotada de accionadores electrodinámicos para contrarrestar las vibraciones, y máquina herramienta dotada de dicha barra | |
| ES2881608T3 (es) | Robot de brazo articulado y método para mecanizar con arranque de virutas una pieza de trabajo mediante el robot de brazo articulado | |
| JP7378765B2 (ja) | 工作機械の制振装置 | |
| ES2894144T3 (es) | Máquina herramienta con orientación optimizada de amortiguadores de vibración | |
| ES2724799B2 (es) | Torno vertical con absorbedor de vibraciones amortiguado | |
| JP3944321B2 (ja) | 動吸振装置および工作機械 | |
| ES2584608T3 (es) | Dispositivo portaherramientas | |
| RU152126U1 (ru) | Резцедержатель, демпфирующий вибрации | |
| JP2018503780A (ja) | 機械の振動絶縁 | |
| JP6283249B2 (ja) | 並進機構及び三次元測定機 | |
| RU2654947C1 (ru) | Стержневой демпфированный виброгенераторный преобразователь | |
| ES2275401B1 (es) | Dispositivo adicional de control para maquina con control numerico. | |
| RU2662619C2 (ru) | Способ одновременного динамического гашения колебаний объекта защиты с двумя степенями свободы и устройство для его осуществления | |
| CN119159438A (zh) | 一种用于抑制惯性平台外框架加工颤振的辅助装置 |