Máquinas herramienta y métodos de funcionamiento de las mismas.

Una máquina herramienta que comprende:

una base de la máquina (10),

un primer soporte (20, 100) dispuesto sobre un primer eje de giro de la máquina montado en la base en una posición fija con relación a la base,

un segundo soporte (22, 102) dispuesto sobre un segundo eje de giro de la máquina, en el que el segundo eje de giro es paralelo y separado lateralmente del primer eje de giro y transporta una montura (38, 112) movible con relación al segundo soporte a lo largo de un primer eje lineal de la máquina, ortogonal al segundo eje de giro, y un conjunto de control accionable para controlar la orientación del primer soporte sobre el primer eje de giro, y la orientación de la montura con relación al segundo eje de giro y su posición a lo largo del eje lineal, de modo que gobierne la posición y orientación del primer soporte y de la montura relativamente entre sí;

caracterizada porque el segundo eje de giro de la máquina está montado en la base (10) en una posición fija con relación a la base.

Máquinas herramienta y métodos de funcionamiento de las mismas La presente invención se refiere a máquinas herramienta y en particular, a la reducción de errores de alineamiento en tales herramientas.

Existen muchas aplicaciones de máquinas herramienta que requieren que se controle el movimiento de dos puntos en el espacio relativamente entre sí, tanto en posición como en ángulo, sobre un área o volumen de barrido. Es deseable minimizar el número de ejes de la máquina involucrados para optimizar este control. Es deseable asimismo mantener un bucle de rigidez muy apretado entre los dos puntos, e idealmente un valor constante de la rigidez en el bucle a medida que se ajustan la posición y el ángulo de los puntos. Esto mejora el nivel de precisión y repetitividad del movimiento.

Las máquinas herramienta existentes utilizan a menudo largos carriles lineales de guía para permitir el contacto entre una herramienta de corte (tal como una muela) y una pieza de trabajo en cualquier posición a lo largo de la longitud de la pieza de trabajo. Los carriles lineales de guía más cortos pueden ser transportados por los carriles más largos con el fin de facilitar el movimiento de una herramienta de corte hacia o desde la pieza de trabajo, en una dirección ortogonal a los carriles largos. Estos carriles (o ejes) apilados introducen una elasticidad indeseada, reduciendo la rigidez entre la herramienta y el componente. Esto conduce a su vez a una reducción en la calidad del componente, en términos de su precisión dimensional y acabado. Asimismo, los carriles lineales de guía largos necesitan ser típicamente al menos tan largos como la pieza de trabajo que va a ser mecanizada. Esto da como resultado a menudo un eje con una mala relación de soporte, en el que el eje es más elástico en la dirección de la fuerza de corte. Este problema se complica cuando se apilan un eje de alimentación ortogonal sobre el eje largo.

El uso de ejes apilados es problemático igualmente si se emplean codificadores de posición sobre el eje. Cuanto más alto sea el apilamiento de ejes, mayor la distancia entre los puntos de interés y los codificadores. Esto da como resultado errores de "desfase de Abbe", que reducen la precisión intrínseca de la máquina herramienta.

Además, el uso de ejes lineales apilados ortogonales requiere un alineamiento laborioso y caro para mantener la ortogonalidad entre los ejes y para minimizar los errores de paso, guiñada y rodadura para cada eje.

En los documentos US-4.115.956 y EP-A-0305735 se divulgan máquinas herramienta que incluyen ejes lineales apilados. Un aparato de generación de lentes que utiliza un movimiento giratorio de componentes sin un sistema de camino lineal se describe en el documento US-5.231.587.

Estos ejes lineales largos requieren asimismo cubiertas telescópicas largas que son caras, introducen fricción, son propensas a fallos y además pueden influir en la precisión del movimiento lineal (por ejemplo su rectitud, precisión de posicionamiento y repetitividad) .

La presente invención busca superar los problemas anteriores asociados con el uso de carriles de guía largos, y reducir la necesidad de ejes perpendiculares, apilados.

La presente invención está dirigida a una máquina herramienta que comprende:

45 una base de máquina;

un primer soporte dispuesto sobre un primer eje de giro de la máquina montado sobre la base en una posición fija con relación a la base;

un segundo soporte dispuesto sobre un segundo eje de giro de la máquina, en el que el segundo eje de giro es paralelo al primer eje de giro y separado lateralmente del mismo, y transporta una montura desplazable con relación al segundo soporte a lo largo de un primer eje lineal de máquina ortogonal al segundo eje de giro; y un conjunto de control accionable para controlar la orientación del primer soporte sobre el primer eje de giro, y la 55 orientación de la montura con relación al segundo eje de giro y su posición a lo largo del eje lineal, de modo que gobierne la posición y orientación del primer soporte y de la montura relativamente entre sí.

De acuerdo con la invención, el segundo eje de giro de la máquina está montado sobre la base en una posición fija con relación a la base.

Esta configuración permite controlar la posición y orientación relativas de puntos respectivos transportados por los soportes y ejes de referencia que pasan a través de aquellos puntos. Esto evita la necesidad de ejes lineales largos y un eje lineal apilado, contrarrestando así los problemas asociados con las configuraciones conocidas discutidas anteriormente.

65 Un conjunto de ejes apilados da como resultado a menudo bucles de rigidez elástica entre los dos puntos de interés.

Además, habitualmente se da el caso de que ejes lineales sean bastante menos rígidos en una dirección que es ortogonal a la dirección de movimiento. Se pueden configurar ejes de giro de tal modo que la rigidez sea uniforme en todas las direcciones radiales radialmente hacia fuera de los ejes de giro. Esto da como resultado un bucle de rigidez más predecible y a menudo una mayor rigidez, lo que a su vez da como resultado un nivel más alto de precisión y repetitividad. De acuerdo con modos de realización de la invención, unos ejes de giro proporcionan la posición primaria y el control de ángulo entre los dos puntos de interés para permitir propiedades de rigidez axisimétrica en los ejes primarios de control de movimiento.

En contraste con las máquinas herramienta existentes, los ejes de giro pueden ser montados en una mesa o lecho plano relativamente barato, formado de granito, hierro fundido o cemento plástico, por ejemplo.

Además, el uso de soportes giratorios significa que las piezas de trabajo, herramientas de corte, ruedas de reacondicionamiento y similares pueden ser desplazadas a una posición accesible, por ejemplo en el frente de la máquina herramienta, para operaciones de carga y/o sustitución.

En máquinas herramienta existentes, el uso de ejes lineales largos requiere cables de alta potencia y servicio que pueden influir en el funcionamiento de la máquina y conducir a movimientos erróneos del eje, errores inversos, fuerzas de fricción variables y desalineamientos del eje. En contraste, en una máquina herramienta de acuerdo con la presente invención, los soportes giratorios pueden ser acoplados a bobinas de cable suspendidas desde arriba, evitando el arrastre lineal de cables.

Además, en lugar de las cubiertas telescópicas largas utilizadas con ejes lineales largos, el uso de ejes primarios de giro en modos de realización de la invención significa que se pueden utilizar cubiertas giratorias macizas o laberintos. Estos pueden carecer de juntas de fricción y evitar cualquier influencia del movimiento de los ejes de precisión de la máquina.

Asimismo las máquinas herramienta conocidas requieren a menudo que se disponga un eje lineal adicional bajo el contracabezal con el fin de contrarrestar errores de "abocinado", provocados por el desalineamiento de los centros de la máquina con relación a los ejes lineales de la máquina. El uso de ejes de giro de acuerdo con la presente invención evita este problema.

El término "eje de la máquina" denota un eje físico de la máquina, por oposición a un eje de referencia. Cada eje de la máquina tiene dos porciones que se desplazan relativamente entre sí, alrededor o a lo largo de un eje de referencia.

La referencia a un eje de la máquina "montado sobre la base" indica aquí que una de dichas porciones de un eje de la 35 máquina montado sobre la base está fija en posición con relación a la base.

En un modo de realización preferido, uno de los soportes proporciona un movimiento con relación a la base de la máquina a lo largo de un segundo eje lineal de la máquina paralelo a su eje de giro. Esta dimensión extra de movimiento facilita el control de la posición y orientación relativas de puntos respectivos transportados por los soportes sobre un volumen del espacio.

El movimiento de la montura puede ser en una dirección radial con respecto al eje de giro del segundo soporte. El eje lineal a lo largo del cual es movible la montura puede permitir el movimiento de una herramienta montada en el mismo hacia o desde una pieza de trabajo durante el mecanizado, y por lo tanto sólo necesita ser relativamente corto, 45 minimizando cualquier error de desalineamiento. Con una muela... [Seguir leyendo]

1. Una máquina herramienta que comprende:

una base de la máquina (10) , un primer soporte (20, 100) dispuesto sobre un primer eje de giro de la máquina montado en la base en una posición fija con relación a la base, un segundo soporte (22, 102) dispuesto sobre un segundo eje de giro de la máquina, en el que el segundo eje de giro es paralelo y separado lateralmente del primer eje de giro y transporta una montura (38, 112) movible con relación al segundo soporte a lo largo de un primer eje lineal de la máquina, ortogonal al segundo eje de giro, y un conjunto de control accionable para controlar la orientación del primer soporte sobre el primer eje de giro, y la orientación de la montura con relación al segundo eje de giro y su posición a lo largo del eje lineal, de modo que gobierne la posición y orientación del primer soporte y de la montura relativamente entre sí;

caracterizada porque el segundo eje de giro de la máquina está montado en la base (10) en una posición fija con relación a la base.

2. Una máquina herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que uno de los soportes (100, 100') proporciona un movimiento relativo a la base de la máquina (10) a lo largo de un segundo eje lineal de la máquina paralelo a su eje de giro.

3. Una máquina herramienta de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que los soportes (20, 100; 22, 102) son giratorios independientemente alrededor de sus ejes de giro de la máquina respectivos.

4. Una máquina herramienta de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que los soportes (20, 100; 22, 102) están dispuestos para girar alrededor de sus ejes de giro de la máquina respectivos de tal modo que el movimiento 30 de giro de un soporte en una dirección es igualado por el giro del otro soporte, pero en la dirección opuesta.

5. Una máquina herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los soportes (20, 100; 22, 102) son giratorios con relación a la base de la máquina mediante motores de accionamiento directo (16) respectivos.

6. Una máquina herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada soporte (20, 100; 22, 102) incluye un sensor de giro para proporcionar una señal relacionada con la posición de giro del soporte respectivo con relación a la base de la máquina (10) , y el conjunto de control es accionable para recibir las señales de los sensores de giro, y para compensar imprecisiones en el movimiento de los soportes durante una operación de mecanizado.

7. Una máquina herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que uno de los soportes (20, 100; 22, 102) transporta una montura de herramienta.

45 8. Una máquina herramienta de acuerdo con la reivindicación 7, en la que dos monturas de herramienta (70, 72) son transportadas por uno de los soportes (22) , cada una movible con relación al un soporte independientemente de la otra a lo largo de ejes lineales (78, 80) mutuamente paralelos, ortogonales a los ejes de giro de la máquina respectivos.

9. Una máquina herramienta de acuerdo con la reivindicación 8, en la que al menos una de las monturas de herramienta 50 (70, 72) es movible asimismo con relación a un soporte a lo largo de un eje lineal (74, 76) adicional, ortogonal a los ejes lineales mutuamente paralelos.

10. Una máquina herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 al 9, en la que el otro soporte (20) se dispone para soportar una pieza de trabajo (24) alargada con su eje longitudinal en un plano ortogonal a los ejes de giro 55 de la máquina.

11. Un método para mecanizar una pieza de trabajo (24) , que comprende las etapas de:

(a) proporcionar una máquina herramienta de cualquiera de las reivindicaciones anteriores; 60

(b) montar una pieza de trabajo (24) en uno de los soportes (20, 100; 22, 102) ;

(c) montar una herramienta de corte (36) en el otro soporte;

(e) mecanizar la porción seleccionada de la pieza de trabajo con la herramienta de corte.

65 (d) girar los soportes para presentar una porción seleccionada de la pieza de trabajo a la herramienta de corte; y 12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, que incluye las etapas adicionales de:

(f) girar los soportes (20, 100; 22, 102) en direcciones opuestas y mover la pieza de trabajo (24) y/o la herramienta de corte (36) con relación al soporte respectivo para acoplar una segunda porción de la pieza de trabajo con la herramienta de corte; y

(g) mecanizar la segunda porción de la pieza de trabajo con la herramienta de corte. 10

13. Un método para mecanizar una pieza de trabajo, que comprende las etapas de:

(a) proporcionar una máquina herramienta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10; 15 (b) montar una pieza de trabajo (24) que tiene un eje longitudinal en uno de los soportes (20) ;

(c) montar una muela (36) en el otro soporte (22) ;

(d) girar el otro soporte (22) de tal modo que el eje de giro (50) de la muela no sea paralelo con respecto al eje 20 longitudinal (52) de la pieza de trabajo; y

(e) rectificar la pieza de trabajo con la muela con el eje de giro de la muela en un ángulo respecto al eje longitudinal de la pieza de trabajo.

14. Un método para mecanizar una pieza de trabajo, que comprende las etapas de:

(a) proporcionar una máquina herramienta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10;

(b) montar una pieza de trabajo en uno de los soportes (100) ; 30

(c) montar una herramienta que tiene un eje de referencia en el otro soporte (102) ; y

(d) mover el primer soporte (100) con relación al primer eje de giro y la montura (112) con relación al segundo eje de giro

y el primer eje lineal de tal modo que se mecanice una superficie curva (140) predeterminada en la pieza de trabajo 35 mediante la herramienta mientras se mantiene el eje de referencia de la herramienta perpendicular a dicha superficie.

15. Un método para calibrar una máquina herramienta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende las etapas de:

(a) montar una fuente de luz láser (70) en uno de los soportes (20) ;

(b) emitir un haz láser de la fuente de luz que es incidente sobre un dispositivo óptico (74) soportado por el otro soporte;

(c) monitorizar la trayectoria del haz láser con respecto a las posiciones de los soportes (20, 22) medidas mediante 45 sensores de giro respectivos;

(d) calcular errores de posicionamiento; y

(e) calibrar el conjunto de control de modo que se reduzcan los errores.