Aparato y sistema de servo desplazamiento.

Un método de rectificado que comprende las etapas de:

proporcionar una máquina (30) rectificadora que incluye un elemento (32) de rectificado que es móvil en un movimiento de desplazamiento alterno para rectificar una pieza (50) de trabajo;

proporcionar un servo (36, 78, 82, 84) en conexión con el elemento de rectificado operable, de manera controlable, para desplazar, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado;

proporcionar un servo accionamiento (40) en conexión con el servo (36, 78, 82, 84) operable para operar, de manera controlable, el servo (36, 78, 82, 84); y

operar el servo accionamiento (40) para controlar el servo de servo (36, 78, 82, 84) para desplazar axialmente, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado,

caracterizado por que

durante al menos una parte del movimiento alterno, la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado tendrá un perfil combinado seleccionado de entre un grupo que consiste en un perfil cicloidal, un perfil trapezoidal modificado, un perfil polinomial y un perfil sinusoidal modificado, de manera que un perfil de sobreaceleración resultante de la parte del movimiento alterno será finito, y

el elemento (32) de rectificado es girado durante el movimiento de desplazamiento alterno del mismo, de manera que la aceleración y la desaceleración de la rotación tendrán un perfil combinado seleccionado de entre un grupo que consiste en un perfil armónico simplificado, un perfil cicloidal, un perfil trapezoidal modificado, un perfil polinomial y un perfil sinusoidal modificado,

en el que la rotación del elemento (32) de rectificado es controlada para tener perfiles combinados de aceleración y desaceleración que son iguales a los perfiles de aceleración y desaceleración seleccionados del movimiento de desplazamiento.

Aparato y sistema de servo desplazamiento Campo técnico La presente invención se refiere, en general, a aparatos, métodos y sistemas para efectuar y controlar un movimiento de desplazamiento para el rectificado y otras aplicaciones y, más particularmente, a un aparato y un sistema de servo desplazamiento adaptado para optimizar un procedimiento d y/o un perfil e desplazamiento para una amplia gama de aplicaciones, particularmente para el rectificado.

Antecedentes de la Invención El principal problema en el procedimiento de rectificado está relacionado con la retroalimentación de la posición y, por lo tanto, las derivadas de la misma (velocidad, aceleración y sobreaceleración o jerk) . Actualmente, este problema se está resolviendo sobre todo usando sistemas mecánicos dedicados; donde el control es realizado estableciendo límites duros que bloquean cualquier respuesta de ajuste o, simplemente, proporcionando una salida errónea como respuesta de seguridad. Esto es representativo de los sistemas de cuadrilátero articulado. El movimiento alterno rápido es la causa de que un control de bucle cerrado haya sido históricamente difícil y costoso.

El presente aparato y sistema conceptual de servo desplazamiento está relacionado con la información de retroalimentación ofrecida por el servo sistema y el procedimiento de optimización relacionado con la salida dinámica del sistema (posición, velocidad y aceleración) y el rendimiento de la herramienta. El procedimiento de desplazamiento en una máquina rectificadora es el movimiento relativo entre la herramienta de rectificado y la pieza de trabajo. La eliminación de material se produce por el contacto de la herramienta de rectificado con la pieza de trabajo. El presente aparato y el presente sistema están relacionados con una simplificación considerable al hacer uso de los sistemas actuales de control digital y diversos esquemas para transferir sistemas mecánicos de rotación a sistemas mecánicos lineales (mecanismo de manivela, cuadrilátero articulado) . Este procedimiento de control no se limita a una aplicación de husillo de bolas como mecanismo de movimiento lineal. Podría ser implementado en cualquier sistema en el que la retroalimentación de control ofrezca la información de salida dinámica. Los ejemplos de otras aplicaciones para este procedimiento son máquinas herramienta en las que el movimiento alterno se obtiene por medio de cilindros hidráulicos controlados por una servo válvula y la posición es controlada por un codificador de posición lineal, y la unión de un servomotor a una cadena, como elemento de transferencia de movimiento.

Las siguientes listas son un sumario simplificado de las limitaciones y los problemas de otros sistemas de rectificado conocidos.

Tecnología conocida de desplazamiento de máquina rectificadora:

1. Salida de desplazamiento limitada por la masa en movimiento.

2. Sistema de desplazamiento independiente de la alimentación o sistema de husillo (relación entrada/salida muy limitada en relación al resto de la máquina) .

3. Retroalimentación de posicionamiento lenta, error de posición.

4. "Corrección geométrica" relativa, dependiendo de la medición de la última pieza para hacer ajustes en el sistema en la siguiente pieza del procedimiento.

5. Operaciones previas y posteriores al procesamiento lentas.

6. No se realizan cambios operativos dependiendo de las herramientas o variables externas.

7. Perfil de movimiento único.

8. Rango de carrera limitado.

9. Sistema de retorno a posición inicial lento y complejo.

10. Ángulo relativo de trama cruzada.

11. Sin protección de la herramienta contra choques.

12. Sin control de seguridad.

13. Sistema mecánico complejo, dos sistemas independientes, uno para posicionar y otro para el desplazamiento.

Una revisión de las patentes conocidas ilustra cómo el uso de la tecnología electrónica/de retroalimentación está muy difundido en la industria de la máquina herramienta. Los detalles de las reivindicaciones de estas patentes están relacionados con el control y la transmisión de potencia de esta tecnología para mejorar o crear nuevos procedimientos. La línea temporal de estas reivindicaciones no está relacionada con nuevas invenciones mecánicas, sino con mejoras digitales y de control producidas en los sistemas de control y, por lo tanto, en la

industria de la máquina herramienta. El uso de subsistemas mecánicos ya existentes y su implementación ha producido mejoras en la producción final. La técnica anterior está presentada en las patentes US ejemplares siguientes:

C. Tuckfield.

755.416 circa 1904 "Mechanism for converting reciprocating into rotar y motion and vice versa"

National Automatic Tool Company Inc National Automatic Tool Company Inc.

3.126.672 circa 1964 "Vertical Honing Machine" Barnes Drill Co.

3.404.490 circa 1968 "Honing Machine with automatic force control" Siemens Aktiengesellschaft

3.664.217 circa 1972 "Method and system for digital subdivision of the tool feed travel of a

numerically controlled machine tool" Sunnen Products Company

4.035.959 circa 1977 "Cam operated automatic control for a honing machine" Hitachi Ltd.

4.143.310 circa 1979 "Apparatus for positioning" Rottler Boring Bar Co.

4.189.871 circa 1980 "Honing machine" Hitachi Ltd.

4.418.305 circa 1983 "Velocity Feedback Circuit" Alfred J. Raven III.

4.423.567 circa 1984 "Power stroking honing machine and control apparatus" Maschinenfabrik Gehring GmbH

4.455.789 circa 1984 "Self-controlled honing machine" Textron Inc.

4.534.093 circa 1985 "Beo-type Machining System" Maschinenfabrik Gehring GmbH

4.679.357 circa 1987 "Method and apparatus for displacing a honing tool" Delapana Honing Equipment Limited

4.816.731 circa 1989 "Honing Machine" Caterpillar Inc.

5.426.352 circa 1995 "Automatic honing apparatus" HMR GmbH

5.479.354 circa 1995 "Method for the computer-assisted control of a machine or process"

Cada una de las patentes indicadas anteriormente es representativa de las mejoras en el sistema de control de la máquina. La más ilustrativa de los primeros sistemas es la patente US Nº 755, 416 C Tuckfield "Mechanism for converting reciprocating into rotar y motion and vice versa", que muestra el ciclo de repetición de movimiento producido por el perfil de leva. También tienen la misma importancia las patentes US Nos. 4.143.310 y 4.418.305, "Apparatus for positioning" de Hitachi y "Velocity Feedback Circuit", en las que la principal mejora está relacionada con la retroalimentación de la posición y la velocidad, que ofrece control e información dinámica de todo el sistema.

La patente US Nº 4.816.731 "Honing Machine" de Delapana Honing Equipment Limited, representa claramente el uso de la tecnología de control digital en una máquina rectificadora. El mismo control es representativo del procedimiento de mecanizado en otros equipos en los que las limitaciones fueron establecidas por el desarrollo del control, no por el procedimiento. La patente indicada aborda claramente todos los problemas reales de la tecnología de rectificado excepto los puntos 7 y 11 anteriores. Estos dos puntos están limitados en su concepto. El concepto completo en sí mismo está limitado por la tecnología utilizada que, en principio, es tan lenta como su bucle de control. Cada una de las patentes US Nos. 4.816.731, 4.621.455, 4.455.78 y 4.423.567 representa una máquina rectificadora en la que hay un movimiento relativo entre la herramienta de rectificado y la pieza de trabajo. Además, la herramienta de rectificado se expande radialmente mientras gira. Por lo tanto, la eliminación de material es producida por las superficies de la herramienta de rectificado que son más duras que la pieza de trabajo.

En la patente US Nº 4.816.731, columna 7, líneas 17 a 44, se describe un perfil de movimiento único. Este perfil de movimiento está dividido en 6 sub-ciclos: aceleración hacia adelante, velocidad hacia adelante constante, deceleración hacia adelante, aceleración hacia atrás, velocidad constante hacia atrás y deceleración hacia atrás. Este perfil de aceleración por ciclo produce incertidumbres en la salida de sobreaceleración. Estas incertidumbres

se reflejan en el perfil de posición con inconsistencias y vibraciones en los componentes mecánicos. Este error de posición se encuentra claramente en la máquina rectificadora de la patente US Nº 4.816.731 (columna 8, líneas 1 a 14) . El problema de las vibraciones es controlado también reduciendo la posible salida. Esto se describe en la columna 6, líneas 15... [Seguir leyendo]

1. Un método de rectificado que comprende las etapas de:

proporcionar una máquina (30) rectificadora que incluye un elemento (32) de rectificado que es móvil en un movimiento de desplazamiento alterno para rectificar una pieza (50) de trabajo; proporcionar un servo (36, 78, 82, 84) en conexión con el elemento de rectificado operable, de manera controlable, para desplazar, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado; proporcionar un servo accionamiento (40) en conexión con el servo (36, 78, 82, 84) operable para operar,

de manera controlable, el servo (36, 78, 82, 84) ; y operar el servo accionamiento (40) para controlar el servo de servo (36, 78, 82, 84) para desplazar axialmente, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado,

caracterizado por que durante al menos una parte del movimiento alterno, la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado tendrá un perfil combinado seleccionado de entre un grupo que consiste en un perfil cicloidal, un perfil trapezoidal modificado, un perfil polinomial y un perfil sinusoidal modificado, de manera que un perfil de sobreaceleración resultante de la parte del movimiento alterno será finito, y

el elemento (32) de rectificado es girado durante el movimiento de desplazamiento alterno del mismo, de manera que la aceleración y la desaceleración de la rotación tendrán un perfil combinado seleccionado de entre un grupo que consiste en un perfil armónico simplificado, un perfil cicloidal, un perfil trapezoidal modificado, un perfil polinomial y un perfil sinusoidal modificado, en el que la rotación del elemento (32) de rectificado es controlada para tener perfiles combinados de aceleración y desaceleración que son iguales a los perfiles de aceleración y desaceleración seleccionados del movimiento de desplazamiento.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el elemento (32) de rectificado comprende una herramienta de rectificado. 30

3. El método según la reivindicación 1, en el que el servo (36) comprende un mecanismo de husillo de bolas.

4. El método según la reivindicación 1, en el que el servo (84) comprende un motor lineal.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el servo (78) comprende un cilindro de fluido.

6. El método según la reivindicación 1, en el que el servo (82) comprende un accionamiento de cadena.

7. El método según la reivindicación 1, en el que la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado

tendrán un perfil seleccionado de entre el grupo sustancialmente sobre una longitud total del movimiento de desplazamiento del mismo.

8. El método según la reivindicación 1, en el que la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado tendrán un perfil seleccionado de entre el grupo sólo sobre una parte de la longitud del movimiento de 45 desplazamiento del mismo.

9. El método según la reivindicación 8, en el que el movimiento de desplazamiento incluye al menos un segmento que tiene un perfil de aceleración y de desaceleración diferente.

10. El método según la reivindicación 8, en el que la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado tendrán un perfil que es una mezcla de al menos dos de los perfiles del grupo 11. El método según la reivindicación 1, en el que como resultado del perfil seleccionado de aceleración y

desaceleración del elemento (32) de rectificado, el elemento (32) de rectificado tendrá un perfil de sobreaceleración 55 finito a lo largo de una longitud del movimiento de desplazamiento para reducir las vibraciones de la máquina (30) .

12. El método según la reivindicación 1, en el que el perfil polinomial se selecciona de entre un grupo que consiste en un polinomio 345 y un polinomio 4567.

13. El método según la reivindicación 1, en el que el elemento (32) de rectificado es giratorio alrededor de un eje del movimiento de desplazamiento alterno durante el movimiento de desplazamiento.

14. El método según la reivindicación 1, en el que el accionamiento es operable para variar una velocidad de rotación del elemento (32) de rectificado durante el movimiento de desplazamiento para impartir un patrón de trama cruzada deseado sobre una pieza (50) de trabajo que está siendo rectificada.

15. El método según la reivindicación 1, en el que el elemento (32) de rectificado comprende una herramienta (34) de rectificado expandible y un accionamiento (60) operable para expandir y retraer, de manera controlable, la herramienta (34) de rectificado.

16. El método según la reivindicación 1, en el que el movimiento de desplazamiento es un movimiento vertical y el perfil combinado de aceleración y desaceleración de una parte hacia arriba de desplazamiento del elemento (32) de rectificado y el perfil combinado de la aceleración y la desaceleración de un parte hacia del movimiento de desplazamiento son simétricos.

17. El método según la reivindicación 1, en el que el movimiento de desplazamiento es un movimiento horizontal.

18. El método según la reivindicación 1, en el que el perfil de la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado es asimétrico.

19. Una máquina (30) de rectificado, que comprende:

un elemento (32) de rectificado móvil en un movimiento de desplazamiento alterno para rectificar una pieza (50) de trabajo; un servo (36, 78, 82, 84) en conexión con el elemento (32) de rectificado operable, de manera controlable,

para mover, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado en el movimiento de desplazamiento; un servo accionamiento (40) en conexión con el servo (36, 78, 82, 84) operable para operar, de manera controlable, el servo (36, 78, 82, 84) ; un control (46) en conexión con el servo accionamiento (40) para operar el servo accionamiento (40) para controlar el servo (36, 78, 82, 84) para desplazar axialmente, de manera alterna, el elemento (32) de rectificado, y un accionamiento (58) que es operable, de manera controlada, para hacer girar el elemento (32) de rectificado durante el movimiento de desplazamiento alterno del mismo, en el que el accionamiento (58) es operable para variar una velocidad de rotación del elemento (32) de rectificado durante el movimiento de desplazamiento para impartir un patrón de trama cruzada deseado sobre una pieza (50) de trabajo que está siendo rectificada,

caracterizado por que durante al menos una parte del movimiento de aceleración y desaceleración alterno del elemento (32) de rectificado tendrá un perfil seleccionado de entre un grupo que consiste en un perfil cicloidal, un perfil trapezoidal modificado, un perfil polinomial y un perfil sinusoidal modificado, de manera que un perfil de sobreaceleración resultante del movimiento alterno será finito, y en el que la rotación del elemento (32) de rectificado es controlada de manera que tenga unos perfiles de aceleración y desaceleración combinados que son iguales a los perfiles de aceleración y desaceleración 45 seleccionados del movimiento de desplazamiento.

20. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el elemento (32) de rectificado comprende una herramienta (50) de rectificado.

21. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el servo (36) comprende un mecanismo de husillo de bolas.

22. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el servo (84) comprende un motor lineal.

23. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el servo (78) comprende un cilindro de fluido. 55

24. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el servo (82) comprende un accionamiento de cadena.

25. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de

rectificado tendrá un perfil seleccionado de entre el grupo sobre sustancialmente una longitud total del movimiento 60 de desplazamiento del mismo.

26. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que la aceleración y la desaceleración del elemento (32) de rectificado tendrán el perfil seleccionado de entre el grupo sobre sólo una parte de una longitud del movimiento de desplazamiento del mismo, y tendrán al menos otro perfil sobre una parte restante de la longitud del movimiento de desplazamiento.

27. Máquina (30) según la reivindicación 19, en la que el perfil de aceleración y desaceleración del elemento (32) de rectificado es seleccionado de manera que el elemento (32) de rectificado tendrá el perfil de sobreaceleración finito sobre sustancialmente todo el movimiento de desplazamiento.

28. Máquina según la reivindicación 19, en la que el perfil polinomial es seleccionado de entre un grupo que consiste en un polinomio 345 y un polinomio 4567.