2 DESCRIPCIÓN Procedimiento de chequeo, verificación y calibración del cabezal de una máquina herramienta OBJETO DE LA INVENCIÓN 5 La presente invención se engloba en el campo de los procedimientos de calibración de máquinas herramienta. Dicha invención es un procedimiento de chequeo, verificación y calibración del cabezal con 10 giro, giratorio automáticamente, de una máquina herramienta, dicho cabezal comprende un cuerpo y una cabeza porta herramientas, utiliza un mandrino agarrado por la cabeza porta herramientas y un palpador fijo a la bancada de la máquina herramienta. El procedimiento consta de etapas que se pueden agrupar. En cada grupo de etapas se 15 llevan a cabo las tres tareas de chequeo, verificación y calibración que conjuntas dan lugar a la corrección y conocimiento de errores que pudiera tener el cabezal de la máquina. Los grupos de etapas son: -etapas para referenciar el cabezal en las que se conoce el “salto” del mismo; 20 -etapas para el ajuste angular del cabezal y verificación de la geometría del mismo; -etapas para conocer las distancias físicas del cabezal. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 25 En las máquinas herramienta actuales se tiene por objeto el mecanizado de piezas con elevada precisión, siendo ésta normalmente de centésimas de milímetro, dependiendo de la magnitud de pieza y máquina. El objetivo primero para garantizar la precisión en el mecanizado en una máquina 30 herramienta es que el control de la máquina conozca con exactitud cuál es el cero de la pieza, es decir, dónde está la punta de la herramienta que mecaniza en cada instante. Una máquina herramienta se compone de muchas piezas, las cuales tienen sus propias tolerancias de fabricación. 35
3 Aun cuando los estudios de cadenas de cotas prevén la desviación de una dimensión, la realidad es de tal complejidad que una vez montada completamente la máquina es necesaria la calibración del cabezal de la misma. Asimismo, hay factores que varían las dimensiones de las máquinas como son: desgaste de 5 las piezas, contracciones y dilataciones térmicas, choques durante el funcionamiento, etc. En los procedimientos de calibración conocidos sólo se llega a conocer y ajustar un punto, es decir, el control de la máquina sólo conoce con exactitud un punto de la herramienta pero no conoce otros como los del cabezal u otros de la herramienta. 10 La manera habitual de conocer los datos de ese punto consisten en agarrar un palpador a la cabeza portaherramientas del cabezal de manera que dicho palpador hace las veces de herramienta, palpando sobre un elemento normalizado fijado a la bancada de la máquina. 15 Para solventar las desventajas citadas del estado de la técnica se expone la siguiente invención de un procedimiento de chequeo, verificación y calibración. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN 20 La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma. A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un procedimiento 25 de chequeo, verificación y calibración del cabezal de una máquina herramienta con giro, giratorio automáticamente, dicho cabezal comprende un cuerpo y una cabeza porta herramientas, el giro es el que realiza el cuerpo alrededor de su eje longitudinal, utiliza un mandrino agarrado por la cabeza porta herramientas y un palpador fijo a la mesa de mecanizado, comprende las siguientes etapas: 30 1)-palpado de dos circunferencias a diferentes distancias en el mandrino para así construir su eje longitudinal; 2)-giro del mandrino 180º alrededor de su eje; 3)-repetir palpado como en etapa 1); 4)-construcción de la figura de revolución mediante los ejes construidos en los palpados de 35 etapas;
4 5)-cálculo del eje longitudinal de dicha figura de revolución. De manera adicional el procedimiento incluye etapas para el ajuste angular del cabezal y verificación de la geometría del mismo, y etapas para conocer las distancias físicas del cabezal. 5 Una ventaja de dicho procedimiento es que se referencian los ceros de pieza corrigiendo los errores angulares del cabezal, lo cual no es posible en los procedimientos conocidos y para cabezales con 360.000 posiciones. 10 Otra ventaja es que mediante el procedimiento se tiene información de la geometría del cabezal. Otra ventaja es que mediante el procedimiento se pueden calcular las distancias reales del cabezal. 15 Otra ventaja es que dicho procedimiento sirve para todo tipo de cabezales de máquina herramienta que incluyan un eje de giro, giratorio automáticamente. Otra ventaja es que mediante el procedimiento se pueden conocer errores de la máquina 20 debidos a componentes, diferentes a los utilizados en el procedimiento como conocer la desviación de la estructura, errores de perpendicularidad, etc. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS 25 Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención. La figura 1 representa el triedro ortogonal citando los ejes positivos y los planos formados entre ellos. 30 La figura 2 representa una vista en perspectiva de un centro de mecanizado de tipo columna. La figura 3 representa una vista en perspectiva de un centro de mecanizado de tipo puente. 35
5 La figura 4 representa una vista de perfil de un cabezal acodado y un palpador. Las figuras 5A y 5B representan una vista de perfil de un detalle de una cabeza portaherramientas mostrando el “salto” del mandrino. 5 La figura 6A representa una vista en planta de un cabezal acodado, mostrando el giro del mismo para la corrección de errores. La figura 6B representa una vista de perfil de un cabezal acodado, mostrando la desviación calculada. 10 Las figuras 7A y 7B representan vistas en planta del cabezal acodado con desviaciones debidas a defectos del cabezal. Las figuras 8A y 8B representan vistas en planta del cabezal y las distancias de la superficie 15 más externa del mismo al eje central. La figura 9 representa una vista de perfil de un cabezal con doble giro y un palpador. La figura 10A representa una vista en planta de un cabezal con doble giro, mostrando el giro 20 del mismo para la corrección de errores. La figura 10B representa una vista de perfil de un cabezal con doble giro, mostrando la desviación calculada. 25 Las figuras 11A y 11B representan unas vistas de perfil de cabezal con doble giro mostrando la desviación de la cabeza debida al giro del cuerpo. Las figuras 12A y 12B representan unas vistas en planta de cabezal con doble giro mostrando la desviación de la cabeza debida al giro de la misma. 30 Las figuras 13A y 13B representan unas vistas en planta de cabezal con doble giro mostrando las desviaciones debidas a defectos del cabezal. Las figuras 14A y 14B representan vistas en planta del cabezal y las distancias de la 35 superficie más externa del mismo al eje central.
6 La figura 15 representa una vista de perfil de un cabezal acodado y con doble giro y un palpador. La figura 16 representa una vista de perfil del cabezal acodado y con doble giro mostrando 5 la corrección al eje Z. La figura 17 representa una vista en planta del cuerpo del cabezal acodado y con doble giro mostrando el giro para la alineación del plano inclinado. 10 La figura 18A representa una vista en planta del cabezal acodado y con doble giro, mostrando el giro del mismo para la corrección de errores. La figura 18B representa una vista de perfil del cabezal acodado y con doble giro, mostrando la desviación calculada. 15 Las figuras 19A y 19B representan unas vistas en planta del cabezal acodado y con doble giro mostrando las desviaciones debidas a defectos del cabezal. Las figuras 20A y 20B representan vistas en planta del cabezal y las distancias de la 20 superficie más externa del mismo al plano inclinado. En algunas figuras que muestran los cabezales se añaden el giro o los giros de los mismos mediante curva de doble punta de flecha, así como el o los planos del triedro ortogonal que corresponden a la posición representada del cabezal. Asimismo, en algunos casos se 25 nombra la desviación calculada. EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención es un procedimiento de chequeo, verificación y calibración del 30 cabezal (1,2,3) con giro, giratorio automáticamente, de una máquina herramienta. Con chequeo se expresa la tarea de medir con un fin, con verificación se expresa la tarea de comparar lo medido con las tolerancias de medida teóricas, con calibración se expresa la tarea doble, bien de ajustar los parámetros necesarios para estar dentro de las tolerancias o 35 bien de conocer la desviación respecto a las mismas.
7 Por “giratorio automáticamente” se entiende que el cabezal cambia de orientación, por lo tanto cambia la orientación del eje de la herramienta, de forma automática controlado por un control CNC, de los conocidos en máquinas herramienta. El cambio de orientación puede ser: de posicionamiento, cuando una vez en posición se bloquea y trabaja, o de giro 5 continuo, lo que quiere decir que puede mecanizar durante el giro. Por convención, se refieren las mediciones realizadas bien a ejes de la máquina particulares y especificados en cada caso o bien a los ejes del triedro ortogonal, figura 1. Habitualmente el eje Y es el que coincide con la dimensión mayor de la bancada de la máquina, el eje Z el 10 perpendicular al mismo en dirección vertical y el eje X el perpendicular a los anteriores. La máquina herramienta puede ser de cualquier tipo, como ejemplos en las figuras se muestran centros de mecanizado del tipo de columna, figura 2, y de puente, figura 3. El de columna comprende una mesa (5) sobre la que se dispone una columna vertical (7) a lo 15 largo de la cual discurre un carro (8) o carnero al que va fijado el cabezal (1,2,3). El de puente, figura 3, comprende una mesa (5) sobre la que se disponen dos bancadas (10) a lo largo de las cuales discurre un puente (9) sobre el que se mueve un carnero (8). El eje longitudinal del cabezal (1,2,3) fijado en el extremo del carnero (8), en ambos casos y de manera habitual, está alineado o es paralelo al eje longitudinal de éste. 20 En estas máquinas el cabezal (1,2,3) comprende un cuerpo (1.1,2.1,3.1) y una cabeza portaherramientas (1.2,2.2,3.2). El giro citado es el que realiza el cuerpo (1.1,2.1,3.1) alrededor de su eje longitudinal. 25 El procedimiento consta de etapas que se pueden agrupar. En cada grupo de etapas de los más abajo citados se llevan a cabo las tres tareas de chequeo, verificación y calibración que conjuntas dan lugar a la corrección y conocimiento de errores que pudiera tener el cabezal (1,2,3) de la máquina en sus movimientos como se expresa a lo largo de esta descripción. 30 El cabezal, en la realización aquí mostrada, puede ser de tres tipos: acodado (1), con doble giro (2) o acodado y con doble giro (3). El cabezal acodado (1), figura 4, comprende un cuerpo (1.1) y una cabeza portaherramientas (1.2) que forman entre sí 90º aproximadamente. Dicho cuerpo y cabeza 35 se nombran como partes separadas a modo ilustrativo, sin embargo, ambas son partes de
8 una única pieza que es el cabezal acodado. El giro del cabezal (1) se lleva a cabo alrededor del eje longitudinal del cuerpo (1.1). El cabezal con doble giro (2), figura 9, comprende un cuerpo (2.1) y una cabeza portaherramientas (2.2). El giro del cabezal se lleva a cabo alrededor del eje longitudinal del 5 cuerpo (2.1), la cabeza portaherramientas (2.2) también puede girar, pero ahora en un plano paralelo al eje de giro del cabezal. El cabezal acodado y con doble giro (3), figura 15, comprende un codo (3.1) y una cabeza porta herramienta (3.2) formando entre sí un plano de 45º aproximadamente. El del cabezal 10 (3) se lleva a cabo alrededor del eje longitudinal del cuerpo (3.1), como en los otros dos tipos de cabezal (1,2), la cabeza portaherramientas (3.2) también gira, pero en el plano de 45º. En el procedimiento se utiliza un mandrino (4) de los utilizados según las normas vigentes, 15 como ISO 230/1 entre otras, para calibración de cabezales (1,2,3) de máquinas herramienta y su función es simular una herramienta, con lo que dicho mandrino es agarrado por la cabeza porta herramientas (1.2,2.2,3.2). De manera solidaria a la mesa de mecanizado (5) se fija un palpador (6). El palpador (6), de 20 los conocidos, que registra por contacto, de manera que al detectar dicho contacto se registra la posición de la máquina en ese instante. El procedimiento de chequeo, verificación y calibración comprende unas etapas que se pueden agrupar de la siguiente manera: 25 -etapas para referenciar el cabezal (1,2,3), en las que se conoce el “salto” del mismo; -etapas para el ajuste angular del cabezal (1,2,3) y verificación de la geometría del mismo; -etapas para conocer las distancias físicas del cabezal (1,2,3). Con “salto” se hace referencia a la desviación entre dos posiciones al girar. Así, parece que 30 el cabezal (1,2,3) “salta” debido a la causa que sea, como una desalineación de los apoyos , dando lugar a una desviación en la medida. En definitiva, los grupos de etapas citados son necesarios para que al implementarlos el control de la máquina conozca con exactitud dónde se encuentra el cero de la pieza y así 35 llevar a cabo un mecanizado correcto. Para ello en primer lugar se conoce el error al girar el
9 eje longitudinal de la herramienta, que es el del mandrino (4), sobre sí mismo; en segundo lugar se verifica la geometría del cabezal (1,2,3) y se conocen y corrigen los errores al girar el cuerpo (1.1,2.1,3.1) respecto a la cabeza portaherramientas (1.2,2.2,3.2) y viceversa; posteriormente se conocen las distancias reales del cabezal (1,2,3); así, en definitiva, se conoce dónde se encuentra en realidad el cero pieza, con lo que se garantiza un 5 mecanizado controlado y de precisión. Las etapas incluyen conocer datos de desviación, los cuales en algunos casos pueden ser corregidos pues lo permiten los grados de libertad de movimiento, pero en otros casos no es así, lo cual también forma parte de la calibración en general. Es decir, calibrar es conocer 10 los errores de medición, unos pueden ser ajustados mediante los grados de libertad del cabezal y otros que no se pueden ajustar se promedian para introducir la media aritmética en el control de la máquina y que maneje dicha media, es decir, se hace una corrección a la media lo cual promedia los errores. 15 Cabezal acodado Comenzando por el caso más sencillo correspondiente al cabezal acodado (1), las etapas para referenciar el cabezal (1) comprenden: 1)-palpado de dos circunferencias a diferentes distancias en el mandrino (4) para así 20 construir su eje longitudinal, figura 5A; 2)-giro del mandrino (4) 180º alrededor de su eje, figura 5B; 3)-repetir palpado como en etapa 1); 4)-construcción de la figura de revolución mediante los ejes construidos en los palpados de etapas 1) y 3); 25 5)-cálculo del eje longitudinal de dicha figura de revolución. En este caso se promedia el error obtenido para así compensar el “salto” del mandrino (4) al girar alrededor de su eje longitudinal. En el control de la máquina se introduce el eje calculado como eje del mandrino (4). 30 Las etapas para realizar el ajuste angular y verificar la geometría del cabezal acodado (1) comprenden: 6)-alineación del eje del mandrino (4) al eje X o Y; 7)-palpado como en etapa 1); 35
10 8)-corrección por giro del cuerpo (1.1) alrededor de su eje longitudinal hasta que el eje construido del mandrino (4) coincida con el eje X o Y, figura 6A; 9)-conocimiento de la desviación (d11) del eje del mandrino (4) en el plano YZ o XZ con respecto al plano XY, figura 6B; 10)-giro de 90º alrededor del eje del cuerpo (1.1); 5 11)-repetir etapas 7) a 9); 12)-repetir giro de 90º como en etapa 10); 13)-repetir etapas 7) a 9); 14)-repetir giro de 90º como en etapa 10); 15)-repetir etapas 7) a 9). 10 De esta manera se ha corregido el giro del cuerpo (1.1) alrededor de su eje respecto a los cuatro cuadrantes a 90º que cubren el giro completo de 360º y se conocen las desviaciones del eje del mandrino (4) respecto al plano XY, las cuales no pueden ser corregidas por construcción del cabezal acodado (1), pero que serán introducidas en el control de máquina 15 para su compensación a la hora de llevar a cabo movimientos. Las etapas para conocer las distancias físicas del cabezal (1) comprenden: 16)-alineación del eje del mandrino (4) al eje X o Y; 17)-palpado como en etapa 1); 20 18)-cálculo de la distancia del eje del mandrino (4) construido al eje X o Y (d12), figura 7A; 19)-palpado de la superficie más externa de la cabeza portaherramientas (1.2); 20)-cálculo de la distancia de la superficie palpada al eje paralelo a la misma X o Y (d14), figura 8A; 21)-giro de 180º del cuerpo (1.1) alrededor de su eje; 25 22)-repetir palpado como en etapa 1); 23)-cálculo de distancia como en etapa 18) (d13), figura 7B; 24)-calcular promedio de las distancias calculadas en etapas 18) y 23); 25)-repetir palpado como en etapa 19); 26)-repetir cálculo de distancia como en etapa 20) (d15), figura 8B; 30 27)-calcular el promedio de la distancias calculadas en etapas 20) y 26). De esta manera se conocen las distancias físicas reales del cabezal (1) que de otra manera no sería posible, ya que defectos inherentes al cabezal (1), como errores de mecanizado en su construcción, así reflejado en las figuras 7A y 7B, hacen que no coincidan exactamente 35 los ejes reales con los considerados por el control de la máquina.
11 Cabezal con doble giro En el caso del cabezal con doble giro (2) las etapas para referenciar el cabezal (2) son las mismas que para el caso del cabezal acodado (1): 5 28)-palpado de dos circunferencias a diferentes distancias en el mandrino (4) para así construir su eje longitudinal, figura 4A; 29)-giro del mandrino (4) 180º alrededor de su eje, figura 4B; 30)-repetir palpado como en etapa 28); 31)-construcción de la figura de revolución mediante los ejes construidos del palpado de las 10 etapas 28) y 30); 32)-cálculo del eje longitudinal de dicha figura de revolución. Las etapas para realizar el ajuste angular y verificar la geometría del cabezal con doble giro (2) comprenden: 15 33)-alineación del eje del mandrino (4) al eje Z; 34)-palpado como en etapa 28); 35)-corrección por giro de la cabeza (2.2) alrededor de su eje de giro hasta que el eje construido del mandrino (4) coincida con el eje Z, figura 10A; 36)-conocimiento de la desviación (d21) del eje del mandrino (4) construido en el plano YZ o 20 XZ perpendicular al plano XY pasando por eje al que se alinea en la etapa anterior 35), figura 10B; 37)-giro de 90º alrededor del eje del cuerpo (2.1); 38)-repetir palpado como en etapa 28); 39)-repetir corrección por giro como en etapa 35); 25 40)-conocer desviación como en etapa 36); 41)-repetir giro de 90º como en etapa 37); 42)-repetir etapas 38) a 40); 43)-repetir giro de 90º como en etapa 37); 44)-repetir etapas 38) a 40). 30 Con estas etapas se ha compensado el error del eje del mandrino (4) cuando está paralelo al eje Z y debido al giro del cuerpo (2.1). Es decir, para compensar el error debido al giro de cuerpo (2.1) se actúa sobre el cabezal (2.2). 35
12 En las siguientes etapas se va a compensar el error del eje del mandrino (4) cuando está paralelo a los ejes X o Y debido al giro del cuerpo (2.1) y debido al giro de la cabeza (2.2). Como se acaba de citar, para compensar el error debido al giro del cuerpo (2.1) se actúa sobre la cabeza (2.2) y viceversa. En este caso, los errores debidos al giro del cuerpo (2.1) y al giro de la cabeza (2.2) se promedian y se corrige a dicho promedio. Dichas etapas 5 comprenden: 45)-giro del eje del mandrino (4) para alinearlo a los ejes X o Y; 46)-palpado como en etapa 28); 47)-cálculo de la desviación (d22) del eje del mandrino (4) al eje X o Y en el plano XZ o YZ, 10 figura 11A; 48)-cálculo de la desviación (d23) del eje del mandrino (4) al eje X o Y en el plano XY, figura 12A; 49)-giro de 180º de la cabeza (2.2) alrededor de su eje de giro; 50)-cálculo de la desviación (d24) en el plano XZ o YZ como en etapa 47), figura 11B; 15 51)-cálculo de la desviación (d25) en el plano XY como en etapa 48), figura 12B; 52)-calcular el promedio de las desviaciones en el plano XZ o YZ calculadas en las etapas 47) y 50); 53)-calcular el promedio de las desviaciones en el plano XY calculadas en las etapas 48) y 51); 20 54)-giro del cabezal 90º respecto al eje del cuerpo (2.1); 55)-repetir etapas 46) a 53); 56)-repetir giro del cabezal 90º como en etapa 55); 57)-repetir etapas 46) a 53); 58)-repetir giro del cabezal 90º como en etapa 55); 25 59)-repetir etapas 46) a 53). Las etapas para conocer las distancias físicas del cabezal (2) comprenden: 60)-alineación del eje del mandrino (4) al eje Z; 61)-palpado como en etapa 28); 30 62)-cálculo de la distancia del eje del mandrino (4) construido al eje X (d26), figura 13A; 63)-cálculo de la distancia del eje del mandrino (4) construido al eje Y (d27), figura 13A; 64)-giro de 180º alrededor del cuerpo (2.1); 65)-repetir etapas 61) a 63), figura 13B; 66)-calcular promedio de las distancias al eje X según las distancias medidas en etapas 62) 35 y análoga al girar 180º;
13 67)-calcular promedio de las distancias al eje Y según las distancias medidas en etapas 63) y análoga al girar 180º; 68)-giro de 90º alrededor del eje de giro de la cabeza portaherramientas (2.2) para alinear el mandrino (4) a los ejes X o Y; 69)-palpado de la superficie más externa de la cabeza portaherramientas (2.2); 5 70)-cálculo de la distancia de la superficie palpada al eje paralelo a la misma X ó Y (d210), figura 14A; 71)-giro de 180º de la cabeza portaherramientas (2.2) alrededor de su eje; 72)-repetir palpado como en etapa 69); 73)-cálculo de distancia como en etapa 70) (d211), figura 14B; 10 74)-calcular promedio de las distancias calculadas en etapas 70) y 73). Cabezal acodado y con doble giro En el caso del cabezal acodado y con doble giro (3) las etapas para referenciar dicho 15 cabezal son las mismas que para el caso de los cabezales acodado (1) y con doble giro (2): 75)-palpado de dos circunferencias a diferentes distancias en el mandrino (4) para así construir su eje longitudinal, figura 4A; 76)-giro del mandrino (4) 180º alrededor de su eje, figura 4B; 77)-repetir palpado como en etapa 75); 20 78)-construcción de la figura de revolución mediante los ejes construidos del palpado de las etapas 75) y 77); 79)-cálculo del eje longitudinal de dicha figura de revolución. Las etapas para realizar el ajuste angular y verificar la geometría del cabezal acodado y con 25 doble giro (3) comprenden: 80)-alineación del eje del mandrino (4) al eje Z; 81)-palpado como en etapa 75); 82)-corrección por giro de la cabeza portaherramientas (3.2) alrededor de su eje de giro hasta que el eje construido coincide con el eje Z, figura 16; 30 83)-giro de 90º alrededor del eje del cuerpo (3.1); 84)-repetir etapas 81) y 82); 85)-repetir giro de 90º como etapa 83); 86)-repetir etapas 81) y 82); 87)-repetir giro de 90º como etapa 83); 35 88)-repetir etapas 81) y 82).
14 Con estas etapas se ha compensado el error del eje del mandrino (4) cuando está paralelo al eje Z y debido al giro del cuerpo (3.1). Es decir, para compensar el error debido al giro de cuerpo (3.1) se actúa sobre la cabeza portaherramientas (3.2). 5 A continuación se alinea la superficie inclinada de giro entre el cuerpo (3.1) y la cabeza (3.2) y se compensa el error debido al giro del cuerpo (3.1), con lo que se actúa sobre la cabeza (3.2). Dichas etapas comprenden: 89)-palpado del plano de inclinación entre el cuerpo (3.1) y la cabeza portaherramientas (3.2); 10 90)-giro alrededor del eje del cuerpo (3.1) para alinear el plano de inclinación al eje X o Y, figura 17; 91)-giro de 180º de la cabeza portaherramientas (3.2) alrededor de su eje de giro para alinear el eje del mandrino (4) al eje X o Y; 92)-palpado como en etapa 75); 15 93)-corrección por giro de la cabeza portaherramientas (3.2) alrededor de su eje de giro hasta que el eje construido del mandrino (4) coincide con el eje X o Y, figura 18A; 94)-conocimiento de la desviación (d31) del eje del mandrino (4) construido en el plano YZ o XZ perpendicular al plano XY pasando por eje al que se alinea en la etapa anterior 94), figura 18B; 20 95)-giro de 90º alrededor del eje del cuerpo (3.1); 96)-repetir etapas 92) a 94); 97)-repetir giro de 90º como en etapa 95); 98)-repetir etapas 92) a 94); 99)- repetir giro de 90º como en etapa 95); 25 100)-repetir etapas 92) a 94). En algunos casos el palpado del plano de inclinación se lleva a cabo en dos pestañas laterales diametralmente opuestas del cuerpo (3.1), no representadas en las figuras, facilitando así dicho palpado. 30 Las etapas para conocer las distancias físicas del cabezal (3) comprenden: 101)-alineación del eje del mandrino (4) al eje Z; 102)-palpado como en etapa 75); 103)-cálculo de la distancia del eje del mandrino (4) construido al eje X (d32), figura 19A; 35 104)-cálculo de la distancia del eje del mandrino (4) construido al eje Y (d33), figura 19A;
15 105)-giro de 180º alrededor del cuerpo (3.1); 106)-repetir etapas 102) a 104), figura 19B; 107)-calcular promedio de las distancias al eje X según las distancias medidas en etapas 102) y análoga al girar 180º; 108)-calcular promedio de las distancias al eje Y según las distancias medidas en etapas 5 103) y análoga al girar 180º; 109)-palpado de la superficie más externa de la cabeza portaherramientas (3.2); 110)-cálculo de la distancia de la superficie palpada al plano inclinado (d36), figura 20A; 111)-giro de 180º de la cabeza portaherramientas (3.2) alrededor de su eje; 112)-repetir palpado como en etapa 109); 10 113)-cálculo de distancia como en etapa 110) (d37), figura 20B; 114)-calcular promedio de las distancias calculadas en etapas 110) y 113). Es habitual que el palpado de las circunferencias se lleve a cabo mediante cuatro puntos aproximadamente diametralmente opuestos dos a dos. 15
2 DESCRIPTION Procedure for checking, verifying and calibrating the head of a machine tool OBJECT OF THE INVENTION 5 The present invention encompasses the field of machine tool calibration procedures. Said invention is a method of checking, verifying and calibrating the spindle with automatic rotation, of a machine tool, said head comprises a body and a tool holder head, uses a mandrel gripped by the tool holder head and a fixed probe to the machine tool bench. The procedure consists of stages that can be grouped. In each group of stages the three tasks of checking, verification and calibration are carried out, which together lead to the correction and knowledge of errors that the machine head could have. The groups of stages are: -steps to reference the head in which the "jump" of it is known; 20-Stages for angular adjustment of the head and verification of its geometry; -Stages to know the physical distances of the head. BACKGROUND OF THE INVENTION 25 In today's machine tools, the object is machining parts with high precision, this being normally hundredths of a millimeter, depending on the magnitude of the part and machine. The first objective to guarantee the precision in the machining in a machine tool 30 is that the machine control knows exactly what is the zero of the piece, that is, where is the tip of the tool that mechanizes at every moment. A machine tool consists of many parts, which have their own manufacturing tolerances. 35
3 Even when the chain of dimensions studies foresees the deviation of one dimension, the reality is of such complexity that once the machine is completely assembled, it is necessary to calibrate the machine head. There are also factors that vary the dimensions of the machines such as: wear of the parts, contractions and thermal expansion, shocks during operation, etc. In the known calibration procedures only one point is known and adjusted, that is, the machine control only knows exactly one point of the tool but does not know others such as those of the head or others of the tool. 10 The usual way of knowing the data at that point is to grab a probe to the tool head of the head so that said probe acts as a tool, palpating on a standardized element fixed to the machine bed. To solve the aforementioned disadvantages of the state of the art, the following invention of a check, verification and calibration procedure is set forth. DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention is established and characterized in the independent claims, while the dependent claims describe other features thereof. In view of the foregoing, the present invention relates to a method for checking, verifying and calibrating the head of a machine tool with rotation, automatically rotating, said head comprises a body and a tool holder head, the rotation is the which makes the body around its longitudinal axis, uses a mandrel grabbed by the tool holder head and a fixed probe to the machining table, it comprises the following stages: 30 1) -palpating of two circumferences at different distances in the mandrel to thus build its longitudinal axis; 2) - rotation of the mandrel 180º around its axis; 3) - repeat palpated as in stage 1); 4) -construction of the figure of revolution by means of the axes constructed in the palpados of 35 stages;
4 5) - calculation of the longitudinal axis of said revolution figure. Additionally, the procedure includes stages for the angular adjustment of the head and verification of its geometry, and stages for knowing the physical distances of the head. 5 An advantage of this procedure is that part zeros are referenced by correcting the angular errors of the head, which is not possible in known procedures and for heads with 360,000 positions. 10 Another advantage is that the head geometry information is available through the procedure. Another advantage is that the actual head distances can be calculated using the procedure. 15 Another advantage is that said procedure is used for all types of machine tool heads that include a rotating shaft, automatically rotating. Another advantage is that through the procedure errors of the machine 20 can be known due to components, different from those used in the procedure such as knowing the deviation of the structure, perpendicularity errors, etc. DESCRIPTION OF THE FIGURES The present specification is complemented, with a set of figures, illustrative of the preferred example, and never limiting of the invention. Figure 1 represents the orthogonal trihedron citing the positive axes and the planes formed between them. 30 Figure 2 represents a perspective view of a column type machining center. Figure 3 represents a perspective view of a bridge type machining center. 35
5 Figure 4 represents a profile view of an angled head and a probe. Figures 5A and 5B represent a profile view of a detail of a toolholder head showing the "jump" of the mandrel. 5 Figure 6A represents a plan view of an angled head, showing its rotation for error correction. Figure 6B represents a profile view of an angled head, showing the calculated deviation. 10 Figures 7A and 7B represent plan views of the angled head with deviations due to head defects. Figures 8A and 8B represent plan views of the head and the distances from the outermost surface 15 thereof to the central axis. Figure 9 represents a profile view of a double turn head and a probe. Figure 10A represents a plan view of a double turn head, showing the turn 20 thereof for error correction. Figure 10B represents a profile view of a head with double rotation, showing the calculated deviation. 25 Figures 11A and 11B represent views of the head profile with double rotation showing the deviation of the head due to the rotation of the body. Figures 12A and 12B show a top plan view of the head with double rotation showing the deviation of the head due to its rotation. 30 Figures 13A and 13B show a top plan view of the head with double rotation showing the deviations due to head defects. Figures 14A and 14B represent plan views of the head and the distances from the outermost surface thereof to the central axis.
6 Figure 15 represents a profile view of an angled head with double rotation and a probe. Figure 16 represents a profile view of the angled head and with a double turn showing the correction to the Z axis. Figure 17 represents a plan view of the body of the bent head and with a double turn showing the rotation for the alignment of the inclined plane. 10 Figure 18A represents a plan view of the angled head and with double rotation, showing the rotation thereof for the correction of errors. Figure 18B represents a profile view of the angled head and with a double turn, showing the calculated deviation. 15 Figures 19A and 19B represent plan views of the angled head and with double rotation showing the deviations due to head defects. Figures 20A and 20B represent plan views of the head and the distances from the outermost surface thereof to the inclined plane. In some figures showing the heads the rotation or the turns of them are added by means of a double arrowhead curve, as well as the orthogonal trihedron plane (s) corresponding to the represented position of the head. Also, in some cases the calculated deviation is named. DETAILED EXHIBITION OF THE INVENTION The present invention is a method of checking, verifying and calibrating the head (1,2,3) with automatically rotating, rotating of a machine tool. With check the task of measuring with an end is expressed, with verification the task of comparing the measured with the theoretical tolerances is expressed, with calibration the double task is expressed, either of adjusting the necessary parameters to be within the tolerances or 35 well to know the deviation from them.
7 “Rotating automatically” means that the spindle changes orientation, thus changing the orientation of the tool axis, automatically controlled by a CNC control, of those known in machine tools. The change of orientation can be: positioning, when once in position it locks and works, or continuous rotation, which means that it can be machined during rotation. By convention, the measurements made either to particular axes of the machine and specified in each case or to the axes of the orthogonal trihedron, refer to Figure 1. Usually the Y axis is the one that coincides with the largest dimension of the machine bench , the Z axis 10 perpendicular to it in the vertical direction and the X axis perpendicular to the previous ones. The machine tool can be of any type, as examples in the figures are shown machining centers of the type of column, figure 2, and bridge, figure 3. The column includes a table (5) on which a column is arranged vertical (7) along which a carriage (8) or ram runs to which the head (1,2,3) is attached. The bridge, figure 3, comprises a table (5) on which two benches (10) are arranged along which a bridge (9) runs on which a ram (8) moves. The longitudinal axis of the head (1,2,3) fixed at the end of the ram (8), in both cases and in a usual way, is aligned or parallel to its longitudinal axis. 20 In these machines the head (1,2,3) comprises a body (1.1,2.1,3.1) and a tool holder head (1.2,2.2,3.2). The aforementioned rotation is the one performed by the body (1.1,2.1,3.1) around its longitudinal axis. 25 The procedure consists of stages that can be grouped together. In each group of stages of the aforementioned, the three tasks of joint checking, verification and calibration are carried out that lead to the correction and knowledge of errors that the machine head (1,2,3) could have in its movements as expressed throughout this description. 30 The head, in the embodiment shown here, can be of three types: bent (1), with double turn (2) or bent and with double turn (3). The angled head (1), figure 4, comprises a body (1.1) and a tool holder head (1.2) that form approximately 90 ° to each other. Said body and head 35 are named as separate parts by way of illustration, however, both are parts of
8 a single piece that is the angled head. The rotation of the head (1) is carried out around the longitudinal axis of the body (1.1). The double-turn head (2), figure 9, comprises a body (2.1) and a tool holder head (2.2). The rotation of the head is carried out around the longitudinal axis of the body (2.1), the tool holder head (2.2) can also rotate, but now in a plane parallel to the axis of rotation of the head. The angled head with double rotation (3), figure 15, comprises an elbow (3.1) and a tool holder head (3.2) forming a plane of approximately 45 °. The head 10 (3) is carried out around the longitudinal axis of the body (3.1), as in the other two types of head (1,2), the tool holder head (3.2) also rotates, but in the 45º plane . In the procedure a mandrel (4) of those used according to current standards is used, 15 as ISO 230/1 among others, for calibration of heads (1,2,3) of machine tools and its function is to simulate a tool, with what said mandrel is grabbed by the tool holder head (1.2,2.2,3.2). In solidarity with the machining table (5) a probe (6) is fixed. The probe (6), of those known, which records by contact, so that when the contact is detected, the position of the machine is registered at that moment. The procedure for checking, verifying and calibrating comprises some steps that can be grouped as follows: - stages for referencing the head (1,2,3), in which the "jump" thereof is known; - Stages for angular adjustment of the head (1,2,3) and verification of its geometry; -Stages to know the physical distances of the head (1,2,3). With "jump" refers to the deviation between two positions when turning. Thus, it seems that the head (1,2,3) "jumps" due to whatever cause, such as a misalignment of the supports, resulting in a deviation in the measurement. In short, the groups of stages mentioned are necessary so that when implementing them the control of the machine knows exactly where the zero of the piece is located and thus carry out a correct machining. To do this, the error is first known when turning the
9 longitudinal axis of the tool, which is that of the mandrel (4), on itself; secondly, the geometry of the head (1,2,3) is verified and errors are known and corrected when turning the body (1.1,2.1,3.1) with respect to the tool holder head (1.2,2.2,3.2) and vice versa; subsequently the real distances of the head are known (1,2,3); Thus, in short, it is known where the zero part is actually located, which guarantees a controlled and precision machining. The stages include knowing deviation data, which in some cases can be corrected as permitted by degrees of freedom of movement, but in other cases it is not, which is also part of the calibration in general. That is to say, to calibrate is to know 10 the measurement errors, some can be adjusted by means of the degrees of freedom of the head and others that cannot be adjusted are averaged to introduce the arithmetic mean in the control of the machine and that handles said mean, it is that is, an average correction is made which averages the errors. 15 Layered head Beginning with the simplest case corresponding to the layered head (1), the steps for referencing the head (1) comprise: 1) -painting of two circumferences at different distances in the mandrel (4) so as to build its axis longitudinal, figure 5A; 2) - rotation of the mandrel (4) 180º around its axis, figure 5B; 3) - repeat palpated as in stage 1); 4) -construction of the figure of revolution by means of the axes constructed in the palpados of stages 1) and 3); 25 5) - calculation of the longitudinal axis of said revolution figure. In this case, the error obtained is averaged in order to compensate for the “jump” of the mandrel (4) by turning around its longitudinal axis. In the machine control, the axis calculated as the axis of the mandrel (4) is introduced. The steps for making the angular adjustment and verifying the geometry of the angled head (1) comprise: 6) -alignment of the mandrel axis (4) to the X or Y axis; 7) -palpating as in stage 1); 35
10 8) -correction by rotation of the body (1.1) around its longitudinal axis until the axis constructed of the mandrel (4) coincides with the X or Y axis, figure 6A; 9) -knowledge of the deviation (d11) of the mandrel axis (4) in the YZ or XZ plane with respect to the XY plane, Figure 6B; 10) -90º rotation around the axis of the body (1.1); 5 11) - repeat steps 7) to 9); 12) -repeat 90º turn as in stage 10); 13) -repeat steps 7) to 9); 14) -repeat 90º turn as in stage 10); 15) -repeat steps 7) to 9). 10 In this way the rotation of the body (1.1) around its axis has been corrected with respect to the four quadrants at 90 ° covering the complete 360 ° rotation and the deviations of the mandrel axis (4) from the XY plane are known, which cannot be corrected by construction of the angled head (1), but which will be introduced in the machine control 15 for compensation when carrying out movements. The steps for knowing the physical distances of the head (1) include: 16) -alignment of the mandrel axis (4) to the X or Y axis; 17) -palpating as in stage 1); 18 18) - calculation of the distance of the mandrel axis (4) constructed to the X or Y axis (d12), figure 7A; 19) -palpating the outermost surface of the toolholder head (1.2); 20) - calculation of the distance of the surface palpated to the axis parallel to it X or Y (d14), figure 8A; 21)-180º rotation of the body (1.1) around its axis; 25 22) - repeat palpated as in stage 1); 23) - distance calculation as in stage 18) (d13), figure 7B; 24) -calculate average of the distances calculated in stages 18) and 23); 25) - repeat palpated as in stage 19); 26) -repeat distance calculation as in stage 20) (d15), figure 8B; 30 27) -calculate the average of the distances calculated in stages 20) and 26). In this way the actual physical distances of the head (1) are known that would not otherwise be possible, since defects inherent to the head (1), such as machining errors in its construction, thus reflected in Figures 7A and 7B, make that exactly 35 real axes do not match those considered by machine control.
11 Double-turn head In the case of the double-turn head (2) the steps for referencing the head (2) are the same as for the case of the angled head (1): 5 28) -painting of two circumferences at different distances in the mandrel (4) in order to construct its longitudinal axis, figure 4A; 29) - rotation of the mandrel (4) 180º around its axis, figure 4B; 30) - repeat palpated as in stage 28); 31) -construction of the figure of revolution through the axes constructed of the palpation of the 10 stages 28) and 30); 32) - Calculation of the longitudinal axis of said figure of revolution. The steps for making the angular adjustment and verifying the geometry of the head with double rotation (2) include: 15 33) -alignment of the mandrel axis (4) to the Z axis; 34) -palpating as in stage 28); 35) -correction by turning the head (2.2) around its axis of rotation until the axis constructed of the mandrel (4) coincides with the Z axis, figure 10A; 36) -knowledge of the deviation (d21) of the mandrel axis (4) constructed in the YZ or 20 XZ plane perpendicular to the XY plane through the axis to which it is aligned in the previous stage 35), figure 10B; 37) -90º rotation around the axis of the body (2.1); 38) - repeat palpated as in stage 28); 39) - repeat correction by rotation as in step 35); 25 40) -know deviation as in stage 36); 41) -repeat 90º turn as in step 37); 42) -repeat steps 38) to 40); 43) -repeat 90º turn as in step 37); 44) -repeat steps 38) to 40). 30 With these stages the error of the mandrel axis (4) has been compensated when it is parallel to the Z axis and due to the rotation of the body (2.1). That is, to compensate for the error due to the rotation of the body (2.1), the spindle (2.2) is operated. 35
12 In the following stages the error of the mandrel axis (4) will be compensated when it is parallel to the X or Y axes due to the rotation of the body (2.1) and due to the rotation of the head (2.2). As just mentioned, to compensate for the error due to the rotation of the body (2.1), the head (2.2) is actuated and vice versa. In this case, the errors due to the rotation of the body (2.1) and the rotation of the head (2.2) are averaged and corrected to said average. Said steps 5 comprise: 45) - rotation of the mandrel axis (4) to align it to the X or Y axes; 46) -palpating as in stage 28); 47) - Calculation of the deviation (d22) from the axis of the mandrel (4) to the X or Y axis in the XZ or YZ plane, Figure 11A; 48) - Calculation of the deviation (d23) from the axis of the mandrel (4) to the X or Y axis in the XY plane, Figure 12A; 49)-180º rotation of the head (2.2) around its axis of rotation; 50) - calculation of the deviation (d24) in the XZ or YZ plane as in step 47), figure 11B; 15 51) - calculation of the deviation (d25) in the XY plane as in step 48), figure 12B; 52) - calculate the average of the deviations in the XZ or YZ plane calculated in steps 47) and 50); 53) -calculate the average of the deviations in the XY plane calculated in steps 48) and 51); 20 54) - rotation of the head 90º with respect to the axis of the body (2.1); 55) -repeat steps 46) to 53); 56) -repeat head rotation 90º as in step 55); 57) - repeat steps 46) to 53); 58) -repeat head rotation 90º as in step 55); 25 59) -repeat steps 46) to 53). The steps to know the physical distances of the head (2) include: 60) -alignment of the mandrel axis (4) to the Z axis; 61) -palpating as in stage 28); 30 62) - calculation of the distance of the mandrel axis (4) constructed to the X axis (d26), figure 13A; 63) - calculation of the distance of the mandrel axis (4) constructed to the Y axis (d27), figure 13A; 64) - 180º rotation around the body (2.1); 65) -repeat steps 61) to 63), figure 13B; 66) -calculate average of the distances to the X axis according to the distances measured in stages 62) 35 and analogous when rotating 180º;
13 67) -calculate average of the distances to the Y axis according to the distances measured in stages 63) and analogous when rotating 180º; 68) - 90 ° rotation around the axis of rotation of the tool holder head (2.2) to align the mandrel (4) to the X or Y axes; 69) -palpating the outermost surface of the toolholder head (2.2); 5 70) - Calculation of the distance of the surface palpated to the axis parallel to it X or Y (d210), Figure 14A; 71) - 180º rotation of the tool holder head (2.2) around its axis; 72) - repeat palpated as in stage 69); 73) - distance calculation as in step 70) (d211), figure 14B; 10 74) -calculate average of the distances calculated in stages 70) and 73). Layered and double-turn head In the case of the layered and double-turn head (3) the steps to reference said 15 head are the same as for the case of the layered heads (1) and with double-turn (2): 75) -palpating two circumferences at different distances in the mandrel (4) to build its longitudinal axis, figure 4A; 76) - rotation of the mandrel (4) 180º around its axis, figure 4B; 77) - repeat palpated as in stage 75); 20 78) -construction of the figure of revolution by means of the axes constructed of the palpation of stages 75) and 77); 79) - Calculation of the longitudinal axis of said figure of revolution. The steps to make the angular adjustment and verify the geometry of the angled head and with double twist (3) comprise: 80) -alignment of the mandrel axis (4) to the Z axis; 81) -palpating as in stage 75); 82) - correction by rotation of the toolholder head (3.2) around its axis of rotation until the constructed axis coincides with the Z axis, figure 16; 30 83) - 90 ° rotation around the axis of the body (3.1); 84) -repeat steps 81) and 82); 85) -repeat 90º turn as stage 83); 86) -repeat steps 81) and 82); 87) -repeat 90º turn as stage 83); 35 88) -repeat steps 81) and 82).
14 With these stages, the error of the mandrel axis (4) has been compensated when it is parallel to the Z axis and due to the rotation of the body (3.1). That is, to compensate for the error due to the rotation of the body (3.1), the tool head (3.2) is operated. 5 Next, the inclined surface of rotation is aligned between the body (3.1) and the head (3.2) and the error is compensated due to the rotation of the body (3.1), thereby acting on the head (3.2). Said steps include: 89) -threading of the inclination plane between the body (3.1) and the tool holder head (3.2); 10 90) - rotation around the axis of the body (3.1) to align the plane of inclination to the X or Y axis, figure 17; 91) - 180º rotation of the tool holder head (3.2) around its axis of rotation to align the axis of the mandrel (4) to the X or Y axis; 92) -palpating as in stage 75); 15 93) - correction by rotation of the toolholder head (3.2) around its axis of rotation until the axis constructed of the mandrel (4) coincides with the X or Y axis, figure 18A; 94) -knowledge of the deviation (d31) of the mandrel axis (4) constructed in the YZ or XZ plane perpendicular to the XY plane passing through the axis to which it is aligned in the previous stage 94), figure 18B; 20 95) - 90 ° rotation around the axis of the body (3.1); 96) -repeat steps 92) to 94); 97) -repeat 90º turn as in stage 95); 98) -repeat steps 92) to 94); 99) - repeat 90º turn as in stage 95); 25 100) - repeat steps 92) to 94). In some cases, the tilt plane is palpated on two diametrically opposite side tabs of the body (3.1), not shown in the figures, thus facilitating said palpation. The steps to know the physical distances of the head (3) comprise: 101) -alignment of the mandrel axis (4) to the Z axis; 102) -palpating as in step 75); 103) - calculation of the distance of the mandrel axis (4) constructed to the X axis (d32), figure 19A; 35 104) - calculation of the distance of the mandrel axis (4) constructed to the Y axis (d33), figure 19A;
15 105) - 180º rotation around the body (3.1); 106) - repeat steps 102) to 104), figure 19B; 107) -calculate average of the distances to the X axis according to the distances measured in stages 102) and analogous when rotating 180º; 108) -calculate average of the distances to the Y axis according to the distances measured in stages 5 103) and analogous when rotating 180º; 109) -palpating the outermost surface of the toolholder head (3.2); 110) -calculation of the distance from the palpated surface to the inclined plane (d36), figure 20A; 111)-180º rotation of the tool holder head (3.2) around its axis; 112) - repeat palpated as in step 109); 10 113) - distance calculation as in step 110) (d37), figure 20B; 114) -calculate average of the distances calculated in stages 110) and 113). It is customary for the palpation of the circumferences to be carried out by four points approximately diametrically opposite two to two. fifteen