ES2956438T3 - Aparato para ajustar la desviación de filo de cuchilla en un cabezal de herramienta de corte - Google Patents
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Abstract
Un aparato para ajustar el desplazamiento del filo de una cuchilla en un cabezal de herramienta de corte que tiene un marco de cabezal de herramienta de corte. El aparato que incluye un cuchillo acoplado de forma móvil al cabezal de herramienta, un brazo accionado unido de forma móvil al marco del cabezal de herramienta de corte, un controlador informático para controlar el movimiento de la cuchilla y el brazo accionado, un afilador abrasivo unido de forma móvil al brazo accionado y adaptado para hacer contacto con el cuchillo, y un sensor adaptado para determinar una distancia entre el marco del cabezal de herramienta cortador y el brazo accionado. El controlador informático del aparato es además capaz de ajustar el movimiento de la cuchilla y del brazo accionado en función de la distancia determinada por el sensor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Aparato para ajustar la desviación de filo de cuchilla en un cabezal de herramienta de corte
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a máquinas controladas numéricamente por ordenador (CNC) que utilizan una cuchilla como herramienta de corte para cortar formas de material flexible. Más concretamente, la presente invención se refiere a máquinas controladas numéricamente por ordenador (CNC) que utilizan una cuchilla como herramienta de corte e incluyen un sensor para determinar una desviación de cuchilla para reducir el error de corte.
Estado de la técnica
Las máquinas controladas numéricamente por ordenador (CNC) pueden utilizar una cuchilla como herramienta de corte para el corte automático de formas normalmente de materiales flexibles tales como materiales textiles. Un uso bien conocido de este tipo de máquinas es el corte automático de piezas de ropa a partir de capas apiladas de material textil. Normalmente, la cuchilla se mueve en una dirección paralela al filo de cuchilla, y la cuchilla se afila periódicamente por un elemento de afilado automático incorporado en la máquina. Los afilados sucesivos desgastan el filo de cuchilla haciendo que la ubicación del filo tenga una desviación de la ubicación ideal u original del filo. No es inusual que el filo de cuchilla se desgaste 2,5 milímetros o más con respecto a su filo delantero. Un corte CNC preciso debe compensar esta desviación del filo de cuchilla. Esto es análogo a un método bien conocido denominado compensación del diámetro de elemento de corte, en el que la entrada de la trayectoria programada en una máquina CNC se modifica para tener en cuenta las diferencias del diámetro del elemento de corte con respecto al diámetro nominal. Sin embargo, tal como se comenta en el presente documento, la herramienta de corte es una cuchilla en lugar de una herramienta de corte cilíndrica, tal como una fresa.
La figura 1 ilustra un contorno o trayectoria de herramienta de una parte de ejemplo adecuada para el corte CNC utilizando una cuchilla. El contorno incluye una muesca 101, que es una característica común de las piezas de ropa, y se utiliza por los operarios de máquinas de coser como un punto de alineación entre las partes cosidas adyacentes. El efecto adverso de una desviación no compensada del filo de cuchilla es que los elementos cortados, como las muescas, se desplazan de sus ubicaciones previstas. Por ejemplo, se muestra una muesca 102 cortada desplazada de la ubicación de la muesca 101 en la trayectoria de la herramienta. En el ejemplo de la figura 1, la dirección de corte es en sentido contrario a las agujas del reloj, es decir, en la dirección indicada por la flecha 100. La magnitud del desplazamiento sigue principalmente, de manera geométrica, la desviación de filo de cuchilla. El método más común para controlar los efectos adversos de la desviación de filo de cuchilla consiste en sustituir la cuchilla antes de que el desgaste producido por el afilado supere cierto umbral. Este método no compensa la desviación, sino que limita la cantidad de error. Otros métodos conocidos en la técnica anterior sí compensan la desviación de filo de cuchilla. Estos métodos requieren o bien una estimación o una medición de la ubicación del filo de la cuchilla. Una solución estima la desviación de filo de cuchilla mediante el seguimiento del número de afilados y utilizando el recuento para predecir la cantidad de desgaste. La exactitud de este método depende de la precisión y el conocimiento de la relación entre el número de afilados y la cantidad de desgaste. Esta relación es compleja porque el abrasivo del elemento de afilado se vuelve menos agresivo a medida que se utiliza y, en consecuencia, la velocidad a la que el abrasivo desgasta la cuchilla disminuye con el uso del abrasivo. El método también requiere reajustar el contador de afilado cuando se instala una nueva cuchilla, y esto puede ser una operación manual sujeta a errores humanos. El operario puede olvidar o no saber poner a cero el contador.
La técnica anterior también incluye métodos para medir la desviación de filo de cuchilla utilizando un sensor sin contacto. Por ejemplo, la publicación de patente estadounidense n.° 2015/0082957 A1 enseña un sensor de proximidad sin contacto para medir la desviación de filo de cuchilla. La ubicación del filo se encuentra sin entrar en contacto con la cuchilla. El uso del método sin contacto en la técnica anterior está motivado por la dificultad de medir la ubicación de un filo alternativo por contacto directo con una sonda. La invención de esta divulgación supera esta dificultad utilizando las muelas abrasivas del elemento de afilado como sonda de contacto.
En la técnica anterior, un ciclo de afilado de cuchillas tiene parámetros fijos que incluyen la presión de contacto y la duración del contacto entre el abrasivo y la cuchilla. Tal como se ha mencionado, los medios abrasivos del elemento de afilado se vuelven menos agresivos con el uso. En consecuencia, la cantidad de desgaste del filo de la cuchilla depende del estado de agresividad de los medios abrasivos. Cuando los medios abrasivos son nuevos y agresivos, un ciclo de afilado tiende a desgastar demasiado material de la cuchilla.
Por consiguiente, en la técnica existe la necesidad de un aparato que determine de manera exacta una desviación de filo de cuchilla para un cabezal de herramienta de corte. Además, en la técnica existe la necesidad de un aparato que impida la eliminación de demasiado material del filo de cuchilla durante el afilado mediante el ajuste de la duración de contacto y la velocidad o presión de las muelas abrasivas según sea necesario para conseguir una
eliminación de material uniforme de la cuchilla para cada afilado.
Objeto de la invención
En consecuencia, un objeto de la invención es proporcionar un sensor que mida el tamaño de un hueco entre un brazo y un armazón de un cabezal de herramienta de corte. El sensor produce una señal eléctrica directamente relacionada con el tamaño del hueco. El tamaño del hueco está directamente relacionado con la desviación de filo de cuchilla de una cuchilla del cabezal de herramienta de corte.
Otro objeto de la invención prevé que una primera muela abrasiva y una segunda muela abrasiva actúen como una sonda en contacto con una cuchilla del cabezal de herramienta de corte y controlen mecánicamente el tamaño del hueco entre un brazo y un armazón de un cabezal de herramienta de corte. Los sensores alternativos incluyen sensores de proximidad capacitivos, transductores de desplazamiento de tensión lineal, potenciómetros resistivos, codificadores o cualquier sensor que pueda producir una señal eléctrica legible por ordenador relacionada con la distancia relativa entre dos superficies.
Otro objeto de la invención permite que un controlador de ordenador pueda determinar la desviación de filo de cuchilla utilizando los datos procedentes de un sensor que mide el tamaño de un hueco entre un brazo y un armazón de un cabezal de herramienta de corte. El controlador de ordenador lee los datos de sensor mientras una primera muela abrasiva y una segunda muela abrasiva están en contacto con una cuchilla del cabezal de herramienta de corte. Los datos de sensor pueden ser leídos o muestreados varias veces a una determinada velocidad a lo largo de un ciclo de afilado para obtener un conjunto de muestras almacenadas. La desviación de filo de cuchilla se obtiene a partir de los datos promedio de sensor mediante una función lineal, un cálculo de búsqueda en una tabla u otra asignación funcional realizada normalmente por un controlador de ordenador.
Descripción de las figuras
Los dibujos adjuntos, a los que se hace referencia en el presente documento y que forman parte del mismo, ilustran una realización preferida de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.
La figura 1 ilustra un contorno o trayectoria de herramienta de una parte a modo de ejemplo adecuada para el corte CNC utilizando una cuchilla.
La figura 2 muestra un cabezal de herramienta de corte con un sensor para medir la ubicación del filo de cuchilla según la invención.
La figura 3 muestra un cabezal de herramienta de corte con muelas abrasivas acopladas a la cuchilla.
La figura 4 muestra un cabezal de herramienta de corte con las muelas desacopladas de la cuchilla.
Descripción detallada de la invención
La invención se aplica en general a una máquina controlada por ordenador para cortar formas bidimensionales en una superficie de trabajo plana. La máquina incluye una grúa pórtico que coloca un cabezal de herramienta de corte utilizando dos o más servomotores para seguir trayectorias de herramienta controladas dentro del plano paralelo a la superficie de trabajo. El material que va a cortarse se coloca sobre la superficie de trabajo. La patente estadounidense n.° 4.205.835 describe una superficie de trabajo con lecho de cerdas adecuada para soportar un material mientras se corta con una cuchilla de movimiento oscilante.
La figura 2 ilustra un cabezal de herramienta de corte que incluye una cuchilla 10 que se acciona para oscilar de forma normal a la superficie de trabajo mediante un motor 16 de cuchilla y medios de accionamiento que incluyen un brazo 17 de manivela. El motor l6 de cuchilla proporciona la mayor parte del trabajo realizado para cortar el material. La cuchilla 10 y medios de accionamiento de cuchilla que incluyen un brazo 17 de manivela pueden colocarse en los estados de cualquiera de herramienta hacia arriba o herramienta hacia abajo por una plataforma 19 elevadora que se acciona normalmente por un cilindro neumático. En el estado de herramienta hacia abajo, la cuchilla 10 perfora y corta el material colocado en la superficie de trabajo plana. En el estado de herramienta hacia arriba, la cuchilla 10 está situada en un plano libre por encima del material y en este estado la cuchilla puede moverse para iniciar puntos de líneas de corte. El estado de herramienta hacia arriba también se usa para colocar le cuchilla 10 para su afilado. La figura 2 muestra la cuchilla en el estado de herramienta hacia arriba.
Tal como se ilustra en la figura 3, la cuchilla 10 se afila periódicamente mediante una primera muela 11 abrasiva y una segunda muela 12 abrasiva. La primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva están acopladas de manera rotatoria a un brazo 13, y ambas se accionan por un motor de amoladora mediante una transmisión compuesta por engranajes o correas. En la realización preferida, el brazo 13 rota alrededor del pivote 22 en relación con un armazón 26, y el brazo 13 se acciona de manera rotatoria por un cilindro 24 neumático rotatorio a una
posición acoplada o a una posición desacoplada. En la posición acoplada mostrada en la figura 3, la primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva están en contacto con la cuchilla 10 para afilar la cuchilla 10.
En la posición desacoplada mostrada en la figura 4, la primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva se almacenan alejadas de la cuchilla 10, y en este estado se producen operaciones de corte y otras operaciones sin afilado.
Una realización preferida de esta invención incluye un sensor 20 fijado al armazón 26 que mide el tamaño de un hueco 21 entre el brazo 13 y el armazón 26. El sensor 20 produce una señal eléctrica legible por la máquina controlada por ordenador directamente relacionada con el tamaño del hueco 21. El tamaño del hueco está directamente relacionado con la desviación de filo de cuchilla. Es decir, la primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva actúan como una sonda en contacto con la cuchilla 10 y controlan mecánicamente el tamaño del hueco 21. Sensores alternativos incluyen sensores de proximidad capacitivos, transductores de desplazamiento de tensión lineal, potenciómetros resistivos, codificadores o cualquier sensor que pueda producir una señal eléctrica legible por ordenador relacionada con la distancia relativa entre dos superficies. Otra realización de la invención mide el ángulo entre el brazo 13 y el armazón 26. El ángulo puede ser medido por un codificador rotatorio u otro sensor equivalente que produzca una señal eléctrica legible por ordenador. Todavía otra realización de la invención tiene el brazo 13 acoplado de manera deslizante al armazón 26 en lugar de rotar alrededor de un pivote 22. Por ejemplo, el brazo 13 puede estar montado en un cojinete lineal que permitiría a la primera muela 11 abrasiva y a la segunda muela 12 abrasiva deslizarse a lo largo de una línea para crear una posición acoplada en la que se afila la cuchilla 10 y una posición desacoplada en la que se almacenan las muelas abrasivas. El accionamiento del elemento de afilado podría lograrse mediante un cilindro neumático de tipo rectilíneo en lugar de un cilindro 24 neumático rotatorio.
La desviación de filo de cuchilla se determina por el controlador de ordenador utilizando los datos procedentes del sensor 20. La salida del sensor 20 es leída por el controlador de ordenador mientras la primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva están en contacto con la cuchilla 10. La salida del sensor 20 puede ser leída o muestreada varias veces a una velocidad determinada a lo largo del ciclo de afilado para obtener un conjunto de muestras almacenadas. Cada muestra puede ser ligeramente diferente debido a la vibración y al ruido eléctrico. Si la velocidad es de 100 muestras por segundo y la duración del afilado es de 0,5 segundos, entonces el conjunto de muestras incluiría 50 valores almacenados. El conjunto de muestras puede promediarse por el controlador de ordenador para obtener una salida promedio del sensor, y es un estimado menos susceptible a los efectos de la vibración y el ruido eléctrico. La desviación de filo de cuchilla se obtiene a partir de la salida promedio del sensor mediante una función lineal, un cálculo de búsqueda en una tabla u otra asignación funcional realizada normalmente por un controlador de ordenador.
En la realización preferida, la desviación de filo de cuchilla se calcula a partir de la salida promedio del sensor utilizando una función lineal. Preferiblemente, la desviación de filo de cuchilla es nominalmente cero para una cuchilla nueva y aumenta a medida que la cuchilla 10 se desgasta. La pendiente de la función lineal puede ser tal que permita obtener la desviación de filo de cuchilla en unidades dimensionales estándar, tales como milímetros. En la realización preferida, la desviación de filo de cuchilla se procesa adicionalmente por el controlador de ordenador. Cada ciclo de afilado generará un nuevo valor de desviación de filo de cuchilla. Debido a la vibración y al ruido eléctrico, en la práctica existirá alguna variación en la secuencia de valores. Los expertos en la técnica reconocerán que puede obtenerse una mejor estimación calculando un promedio ponderado del valor actual y de algunos de los valores anteriores de desviación de filo de cuchilla. En la realización preferida, esta estimación sustituirá la desviación de filo de cuchilla original.
La información de la desviación de filo de cuchilla puede utilizarse por el controlador de ordenador para compensar un filo de cuchilla desgastado. Sin compensación, por ejemplo, la ubicación de trayectoria de herramienta de la muesca 101 en la figura 1 se desplaza a la ubicación de la muesca 102 cortada. El controlador de ordenador ejecuta un algoritmo de compensación que modifica la geometría de trayectoria de herramienta para que el filo de cuchilla siga la trayectoria de herramienta. La solución a este problema es bien conocida por los expertos en la técnica de la cinemática inversa.
Otro uso de la desviación de filo de cuchilla es para determinar automáticamente cuando la cuchilla 10 requiere sustitución. Después de cada afilado, el controlador de ordenador puede comparar la desviación de filo de cuchilla con un valor umbral. La máquina puede advertir al operario o detener la máquina y requerir una sustitución de la cuchilla 10 si la desviación de filo de cuchilla excede el valor umbral.
Todavía otro uso de la desviación de filo de cuchilla es determinar automáticamente cuándo se ha instalado una nueva cuchilla. El controlador de ordenador puede detectar una nueva cuchilla buscando la desviación de filo de cuchilla para caer a un valor cercano a cero después de sostener previamente un valor mucho mayor. La información sobre cuándo es nueva una cuchilla y cuándo necesita sustituirse hace posible que el controlador de ordenador cuente el número de afilados que recibe una cuchilla en particular en el transcurso de su vida y notifique al operario de un cambio de cuchilla necesario pendiente o cese la operación cuando la cuchilla ha desgastado su vida útil.
Todavía otro uso de la desviación de filo de cuchilla es determinar una estimación de agresividad de las muelas abrasivas primera y segunda, y utilizar la estimación de agresividad para ajustar los parámetros del ciclo de afilado, tales como el tiempo de abrasión para lograr la eliminación consistente de material de la cuchilla en un único afilado. La estimación de agresividad puede calcularse como el cambio en la desviación de filo de cuchilla por revolución de muela abrasiva. Preferiblemente, la estimación de agresividad se calcularía como un valor promedio de múltiples afilados, por ejemplo los 100 ciclos de afilado más recientes. Es deseable que los parámetros del ciclo de afilado se mantengan de manera que el cambio de la desviación de filo de cuchilla por afilado casi siempre sea igual a un valor objetivo. Por ejemplo, el valor objetivo puede ser 0,8 micrómetros por afilado. La información de estimación de agresividad se utilizaría por el controlador de ordenador en un bucle de retroalimentación que ajusta el ciclo de afilado del tiempo de abrasión o la velocidad de la muela abrasiva. Una estimación de agresividad decreciente puede compensarse aumentando o el tiempo de abrasión o la velocidad de la muela abrasiva o ambos. Cualquier compensación aumenta el número de revoluciones de muela abrasiva por afilado, aumentando de este modo la eliminación de material por afilado.
La estimación de agresividad puede utilizarse por el controlador de ordenador para detectar cuándo es necesario sustituir las muelas abrasivas primera y segunda. La estimación de agresividad disminuirá lentamente a medida que las muelas abrasivas envejezcan. Finalmente, la estimación de agresividad caerá a un nivel demasiado bajo en el que ya no será práctico compensar la disminución de la eliminación de material de la cuchilla aumentando el tiempo de abrasión o la velocidad de la muela abrasiva. El controlador de ordenador puede controlar la estimación de agresividad, y cuando la estimación cae por debajo de un valor umbral, el operario sería notificado o forzado a cambiar la primera muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva.
Puede apreciarse que el desgaste abrasivo de la primera muela 11 abrasiva y de la segunda muela 12 abrasiva contribuirá a las lecturas del sensor 20. Sin embargo, se asume que el desgaste abrasivo es pequeño y despreciable en relación con el desgaste de la cuchilla. Más específicamente, la muela 11 abrasiva y la segunda muela 12 abrasiva son preferiblemente de nitruro de boro cúbico (CBN). El tamaño de grano de las muelas abrasivas de nitruro de boro cúbico es de 151 micrómetros (0,0059 pulgadas). Aproximadamente el 55 % de estos granos están encapsulados para sostenerlos mecánicamente a la muela. En consecuencia, la contribución del desgaste abrasivo a las lecturas del sensor 20 es solo del 45 % del tamaño del grano o 68 micrómetros (0,0027 pulgadas). Estos valores son insignificantes si se comparan con los 2500 micrómetros (0,10 pulgadas) de posible desgaste de la cuchilla.
La invención en sus aspectos más amplios no se limita a las realizaciones específicas mostradas y descritas en el presente documento y pueden hacerse cambios a las mismas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas sin alejarse de los principios de la invención y sin sacrificar sus principales ventajas.
Claims (11)
1. Un aparato para ajustar la desviación de filo de cuchilla en un cabezal de herramienta de corte, que comprende: un armazón (26) de cabezal de herramienta de corte;
una cuchilla (10) acoplada de forma móvil al cabezal de herramienta de corte;
un brazo (13) accionado acoplado de forma móvil al armazón (26) de cabezal de herramienta de corte;
un controlador de ordenador que controla los movimientos de la cuchilla (10) y del brazo (13) accionado;
un elemento (11, 12) de afilado abrasivo acoplado de forma móvil al brazo (13) accionado y adaptado para entrar en contacto con la cuchilla (10); y
un sensor (20) adaptado para determinar una distancia entre el armazón (26) de cabezal de herramienta de corte y el brazo (13) accionado;
en el que el controlador de ordenador ajusta el movimiento de la cuchilla (10) y el brazo (13) accionado en función de la distancia determinada por el sensor (20).
2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que la cuchilla (10) es una cuchilla que se mueve de manera oscilante y el elemento de afilado abrasivo incluye dos muelas (11, 12) abrasivas.
3. Un aparato según la reivindicación 2, en el que las dos muelas (11, 12) abrasivas incluyen una primera muela (11) abrasiva y una segunda muela (12) abrasiva configuradas para actuar como una sonda en contacto con la cuchilla (10).
4. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el controlador de ordenador ajusta el movimiento de la cuchilla (10) y el brazo (13) accionado para compensar el desgaste del filo de cuchilla.
5. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el controlador de ordenador determina cuándo es necesario sustituir la cuchilla (10).
6. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el controlador de ordenador ajusta la agresividad del elemento (11, 12) de afilado abrasivo para proporcionar una eliminación consistente de material de la cuchilla (10).
7. Un aparato según la reivindicación 1,
en el que el controlador de ordenador determina cuándo la cuchilla (10) requiere sustitución; y
en el que la determinación de si la cuchilla requiere sustitución incluye comparar una desviación de filo de cuchilla, calculada a partir de una salida promedio de sensor, con un valor umbral.
8. Un aparato según la reivindicación 7, en el que el sensor (20) produce una señal eléctrica directamente relacionada con el tamaño de la distancia entre el armazón (26) de cabezal de herramienta de corte y el brazo (13) accionado, y está además adaptado para medir el ángulo entre el armazón (26) y el brazo (13) accionado.
9. Un aparato según la reivindicación 7, en el que la cuchilla (10) es una cuchilla de movimiento oscilante y el elemento de afilado abrasivo incluye dos muelas (11, 12) abrasivas;
en el que las dos muelas abrasivas incluyen una primera muela (11) abrasiva y una segunda muela (12) abrasiva configuradas para actuar como una sonda en contacto con la cuchilla (10); y
en el que la primera muela (11) abrasiva y la segunda muela (12) abrasiva afilan la cuchilla (10) cuando está en una posición acoplada.
10. Un aparato según la reivindicación 9, en el que la primera muela (11) abrasiva y la segunda muela (12) abrasiva se almacenan cuando están en una posición desacoplada.
11. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el controlador de ordenador determina cuándo se ha instalado una nueva cuchilla (10).
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