Sector técnico

La invención que se protege en esta patente consiste en una máquina de corte por chorro de agua multifuncional que permite el corte de piezas de diversos materiales rígidos mediante el uso de abrasivo (metales, piedra, cerámica, madera, etc.) y/o blandos mediante agua pura (goma, espuma). Sus principales aplicaciones son industriales y artísticas.

En el sector industrial metalmecánico, la implantación de la tecnología de corte por chorro de agua está siendo cada vez más reconocida e implantada. Esto se debe a los buenos resultados que se extraen de ella para lograr unas formas deseadas en las piezas cortadas, y en particular, por sus características de calidad y precisión en el corte, flexibilidad, gran abanico de materiales y de espesores capaces de ser cortados, etc. En los últimos años, la tecnología de corte por chorro de agua ha tenido un gran impulso puesto que ha demostrado que puede trabajar piezas que otras tecnologías simplemente no pueden. Según estudios generales, la tecnología de corte por chorro de agua está siendo el proceso tecnológico con mayor crecimiento gracias a su versatilidad, utilizándose en numerosas aplicaciones en todo el mundo, sin quedarse a la cola con respecto a otras tecnologías alternativas como el láser, plasma o incluso simples centros de mecanizado.

Se trata, por tanto, de una máquina de corte por agua que consta de la integración de: Por un lado, de dos o más brazos con sus cabezales de corte asentados sobre un mismo bastidor rectangular de movilidad autónoma cada uno de ellos. Y, por otro lado, de una cuba ampliable en extensión por módulos. Técnica anterior

La utilización de agua a presión para el corte de chapas, incluyendo el corte con abrasivo, es una técnica conocida por sus virtudes de limpieza, precisión, flexibilidad de materiales y de producción, capacidad de trabajo en ambientes agresivos, así como la no deformación térmica de los productos trabajados.

Actualmente, son ya conocidos y divulgados industrialmente los sistemas que conducen un fluido determinado a alta presión - comúnmente, agua o mezcla agua y abrasivo - a lo largo de un camino definido. Estos son denominados con los términos "agua a alta presión" o "chorro de agua".

A tales sistemas nos referimos convencionalmente como máquinas de dos, tres y cinco ejes. Las más simples y usuales son las máquinas de tres ejes montadas sobre un cabezal que permiten movimientos verticales a lo largo del eje Z (vertical), hacia y desde la pieza de trabajo. La base del cabezal se monta sobre un puente que se mueve de forma paralela al eje longitudinal del puente sobre el plano horizontal de trabajo. A su vez, ese puente se monta sobre uno o dos raíles que permiten el movimiento de forma perpendicular al eje longitudinal del puente. De esta manera, el chorro del fluido a alta presión generado en el cabezal se mueve a lo largo de un camino definido en el plano X-Y (horizontal) de forma relativa a la pieza de trabajo. Además, las máquinas más complejas de cinco ejes trabajan de forma similar pero permiten movimientos sobre dos ejes de rotación adicionales, normalmente un eje horizontal y otro vertical, por lo que interactúan cinco ejes. El corte por chorro de agua con cinco ejes puede ser útil por varias razones, entre ellas, la posibilidad de cortar formas tridimensionales. En el sector de la maquinaria de corte por chorro de agua no se conoce ni comercializa ninguna máquina con más de un brazo de corte. Por lo general, son máquinas a modo de un puente que recorre un bastidor en forma de "U" invertida, o bien, máquinas tipo brazo que supone un bastidor en forma de "L" invertida. En el segundo supuesto, todas tienen un solo brazo. Por ello, en el estado de la técnica se conocen máquinas de corte por chorro de agua de un solo brazo o máquinas de corte por chorro de agua con uno o más puentes cerrados en paralelo. Por lo tanto, este proyecto consiste en un avance más de las ventajas ya implícitas de la estructura de tipo brazo en lugar de puente, tales como una mayor accesibilidad del operario a la máquina, un menor peso de la estructura, velocidades de movimiento más rápidas y un aumento del espacio de trabajo útil de la máquina.

En relación a patentes de invención ya se conocen y son utilizados diversos medios de corte por chorro de agua, pero todos presentan inconvenientes tanto operativos como funcionales, con lo cual los medios ya desarrollados presentan siempre ciertas limitaciones frente a la invención que se presenta. Así, son ya conocidos como dispositivos, las invenciones relativas a aspectos concretos en el corte como el número de publicación WO2009/081037 AIRBUS FRANCE (2009) basado en el problema de mantenimiento de la maquinas y dispositivos de corte, la patente WO2010/140952 CONJET AB (2010) sobre un tipo de máquina de corte en bancada con guías, o curiosamente, sistemas más rudimentarios que ofrecen alternativas en los medios de soporte o bancadas, como son las invenciones recogidas en la patente US 4435902 MERCER et al. (1984) sobre un brazo articulado, o el Modelo de Utilidad DE20302648 UNIVERSIDAD DE HANOVER (2003) sobre un dispositivo autónomo y móvil de corte.

Todas ellas como anterioridades a la invención que se presenta, pero alejadas con respecto al dispositivo de la invención, por sus limitaciones o por sus usos y destinos específicos de corte de piezas. Problema técnico

En la actualidad, se destina la utilización de diferente tipo de maquinaria para diferente tipo de trabajos. Esto quiere decir que es probable que para el corte de chapa fina se destine una máquina de corte por láser, pero para el corte de chapa más gruesa, se destine una máquina de corte por chorro de agua, independientemente si son de tipo brazo o de tipo puente. Ello supone diversos inconvenientes, como la necesidad de contar con varias máquinas, mayores consumos, mayores mantenimientos, mayores riesgos de averías, etc.

En el corte por agua, es bastante común encontrarse en centros de producción y fabriles con una máquina destinada al corte en 3 dimensiones (3D), con un cabezal específico para ese tipo de corte, y otra máquina distinta destinada al corte en 2 dimensiones (2D).

Del mismo modo, es usual toparse con algunas industrias que solamente disponen de una única máquina de grandes dimensiones para el corte de trabajos de también grandes dimensiones y que emplean varios cabezales sobre un mismo puente o incluso con diferentes puentes en paralelo.

Lo que se pretende resolver con la presente invención es el concepto de una máquina de tipo brazo o "L" invertida, cuyo diseño y configuración la dotan de una mayor funcionalidad, trabajando como si de varias máquinas se tratase. En conclusión, una sola máquina multifuncional que consta de dos o más brazos con cabezales para corte de 3 o 2 D cada uno, y en su caso, con varios cabezales de corte de 2 D en ellos y solo uno de 3 D.

Todo ello en una misma máquina, con las ventajas inherentes que conlleva: flexibilidad en cuanto al tipo y cantidad de trabajos, productividad, rendimiento, reducción del espacio, disminución de energía, menor número de periféricos, etc. Solución técnica

Sin embargo, los diversos montajes estructurales de los dispositivos varían en función de aspectos tanto técnicos como por sus aplicaciones. A tal efecto, con la presente invención se logra la configuración de una sola máquina de corte por chorro de agua multifuncional en base al tipo de aplicación a realizar deseada, con gran libertad y economía de movimientos. Como ya dijimos, la tendencia actual en el sector de la maquinaria herramienta consiste en disponer del número de máquinas mínimo necesario para poder cubrir todo tipo de trabajos que el cliente haga llegar. Pero el hecho de una demanda mayor de producción no tiene por qué implicar una ampliación en un número de maquinaria, si simplemente se puede lograr con una ampliación de una única máquina. En conclusión, la innovación tecnológica que se propone resulta del interés por lograr una máquina completa que integre y responda a una capacidad de trabajo sobre piezas a tratar que no tenga limitaciones operativas en cualquier tipo de pieza. Lo primordial y básico de esta invención reside en la disposición de un segundo brazo autónomo o más unidos por la misma estructura (bastidor), lo que consigue la multifuncionalidad buscada de dos o varias máquinas en una sola, ya que anteriormente solo se conocían máquinas con dos puentes en paralelo - a modo de "U" invertida, desde los que se cuelgan como mínimo un cabezal en cada uno de ellos.

En la presente invención, uno de los brazos - a modo de "L" invertida - dispone de tres cabezales de corte: Dos de 2 dimensiones (2D) a 6.200 bares, y otro cabezal de corte en 3 dimensiones (3D) de cinco ejes. Existe la posibilidad de incorporar hasta cuatro cabezales de corte en 2 dimensiones en el mismo brazo, así como un mayor número de brazos en la misma máquina. La inclusión de ambas configuraciones, es decir, el incremento del número de brazos así como el incremento del número de cabezales por brazo, conseguirá, lógicamente, un aumento de la productividad.

Asimismo, la configuración o estructura de de tipo brazo - y no el convencional puente - incrementa la accesibilidad del usuario a la máquina, aprovechando al límite la superficie de trabajo y el alcance del cabezal, así como una ligereza en el peso de la estructura y el consecuente movimiento más rápido en los ejes lineales. Toda máquina de corte por chorro de agua cuenta con una serie de periféricos o sistemas sin los cuales no podría completarse un óptimo proceso de corte. Nos referimos, por ejemplo, al control numérico, el sistema de extracción, el sistema de alimentación de abrasivo, etc.

El concepto inventivo de la máquina tiene una triple funcionalidad:

1 . Funcionamiento como una única máquina aprovechando toda la superficie útil de corte. En este modo de funcionamiento, se podrán colocar chapas con dimensión máxima de la superficie útil de la mesa de corte. Este modo contempla sólo una zona de trabajo, pero de dimensiones máximas. Como ventaja, un aprovechamiento total del espacio útil de trabajo. Además, esta funcionalidad posibilita el trabajo de un único brazo, trabajando a su vez uno o más cabezales, así como el funcionamiento de varios brazos trabajando a su vez con uno o varios cabezales de corte.

Asimismo, es polivalente, pues interviene un factor de polivalencia, es decir, existe la posibilidad de incorporar otras tecnologías de corte a la misma mesa de corte. Para determinado tipo de trabajos, por ejemplo el corte de chapa fina hasta 20 mm aproximadamente, puede interesar el corte por plasma puesto que las velocidades de corte son mayores. En este caso, se podría implantar esta tecnología diferente del corte por agua en uno de los brazos de la máquina. El nuevo brazo dispondría del cabezal de corte por plasma, mientras que el primero mantendría los cabezales de corte por agua. De la misma forma, se podrían implantar otras tecnologías como el oxicorte, siempre y cuando sean compatibles. Funcionamiento independiente. En este modo tenemos en realidad a dos máquinas independientes trabajando. Por una parte, el primer brazo con 1 o varios cabezales. En segundo lugar, el segundo brazo con 1 o varios cabezales o incluso un cabezal de 5 ejes para corte en 3 dimensiones. El funcionamiento de la máquina se trata como si fuesen dos máquinas diferentes, y cada brazo puede trabajar programas iguales o programas distintos, puesto que cada uno estará trabajando en su zona de trabajo y con la chapa correspondiente. Como ventaja, la posibilidad de trabajar programas distintos en chapas de diferente espesor para cada uno de los brazos, puesto que cada uno de ellos tiene su zona de trabajo independiente de la primera.

Funcionamiento multizona. En este último modo de funcionamiento, ambos brazos trabajan en paralelo en la mitad de la máquina (zona 1 ). Ambas zonas tienen protección independiente, por lo tanto, mientras que la máquina está en funcionamiento en la zona 1 , en la zona 2 se puede ir preparando la siguiente chapa a cortar. Una vez termine el programa de corte en la zona 1 , la máquina se desplaza a la zona 2 de corte y empezará a cortar de forma automática el siguiente programa ya cargado en el control. Durante el funcionamiento de la máquina en la zona 2, se puede limpiar la zona 1 con el programa ya cortado y prepararla para el siguiente programa de corte, posicionando la siguiente chapa a cortar. Como ventaja, una disminución de los tiempos totales de corte, puesto que mientras que la máquina está en funcionamiento en una zona, se puede limpiar la otra zona y prepararla para el siguiente programa, sin tener que esperar a que el programa actual en funcionamiento termine.

Esta disminución de los tiempos incurre en un considerable aumento de la productividad.

La triple funcionalidad de la máquina la dota de una versatilidad y flexibilidad en la producción que no consigue otra maquinaria herramienta. Se trata de englobar tres funciones en una sola máquina: Tres en una. Una unidad polivalente, independiente y multizona.

Efectos ventajosos

Evidentemente, el aspecto multifuncional implica una economía de escala en el factor coste, operativo, y de resultados. Como ventajas a mencionar más inmediatas son: un importante ahorro del espacio, de la energía de producción, así como un importante ahorro económico teniendo en cuenta que el número de periféricos necesarios para el correcto funcionamiento de la máquina se reduce a la mitad. En temas de productividad, se conseguiría doblar este número teniendo la posibilidad de incorporar el funcionamiento de dos máquinas en una sola.

En la actualidad, existen máquinas de corte por chorro de agua que funcionan con un único brazo con las ventajas que esto supone con respecto al puente: mayor accesibilidad del operario a la zona de trabajo, mayor aprovechamiento útil de la zona de corte y además, la configuración de pórtico abierto aporta una mayor flexibilidad y rendimiento a este tipo de maquinaria. Añadiendo un segundo brazo, se incrementa la operatividad y se aprovecha la misma estructura de la maquinaria.

Otras ventajas destacadas serían la posibilidad de aplicar diferentes tecnologías en la misma mesa de corte, diferentes opciones alternativas y combinadas de funcionamiento de la máquina durante el corte y el funcionamiento autónomo de la máquina. En consecuencia, ello supone la reducción de tiempos y costes, y por tanto, aumentar la rentabilidad de la misma.

Con el diseño de la nueva máquina se consigue un importante ahorro económico y del espacio, así como una ventaja competitiva en el mercado actual gracias a la gran flexibilidad y automatización de este tipo de máquina herramienta. Estas altas prestaciones de la máquina se consiguen a un precio reducido, aumentando la competitividad de la empresa en el sector, tanto en los mercados nacionales como internacionales.

De forma resumida, se pueden enumerar diversas ventajas tecnológicas advertidas desde el prototipo de máquina de la presente invención, como pueden ser:

^■ Aumento de la productividad. Cada brazo podrá portar desde 1 a 4 cabezales de corte a una presión de 6200 bares. ■ Funcionalidad. Diferentes posibilidades de funcionamiento: una única máquina, dos máquinas independientes o multizona.

^■ Mayor autonomía y automatización. Funcionamiento autónomo de la máquina y monitorización externa a la máquina o incluso al emplazamiento de la misma, con posibilidad de manejo en remoto. Flexibilidad. Además de las diferentes opciones de funcionamiento de máquina se pueden acoplar de forma sencilla desde 1 hasta 4 cabezales de corte en 2D en el mismo brazo, o un cabezal de corte en 3D.

Posibilidades de ampliación. Cuba diseñada especialmente para futuras ampliaciones, en módulos de 2 m.

Polivalencia. Posibilidad de incorporar otras tecnologías a la misma mesa de corte para determinado tipo de trabajos, como el corte por plasma.

Eficiencia. Con una correcta utilización de la misma, se puede aumentar el rendimiento de la misma.

Rentabilidad. Con una única máquina aumentan las posibilidades de corte y puede competir con la producción de 2 máquinas para la misma suma de trabajo. Consiste básicamente en un aumento de la capacidad de proceso.

Competitividad económica. Sin un precio competitivo, es difícil posicionarse en el mercado.

Descripción de las figuras

Para una mejor comprensión de las características generales anteriormente mencionadas del dispositivo multifuncional, se acompañan varios dibujos a la presente invención los cuales exponen como se especifica a continuación con carácter enunciativo de las diversas combinaciones, y no limitativo: Figura.1 : Vista en planta de un bastidor o armazón (1), con dos brazos (2) sobre el bastidor, y un cabezal (3) en cada brazo, y una mesa de corte o cuba (4) con dos zonas o áreas de trabajo.

Figura.2: Vista en planta de un bastidor o armazón (1 ), con un brazo (2) sobre el bastidor, y dos cabezales (3) en el brazo, y una mesa de corte o cuba (4).

Figura.3: Vista en planta de un dispositivo multifuncional de corte por chorro de agua con un brazo cabinado.

Modo de realizar la invención

La invención consta de las siguientes categorías de medios técnicos: Un bastidor o armazón, dos o más brazos sobre el bastidor, dos o más cabezales sobre los brazos, y una mesa de corte o cuba.

El bastidor o armazón que supone un chasis rectangular de acero u otros materiales rígidos sobre el cual se asientan uno o varios brazos motorizados con movilidad por medio de guías. Sobre las guías de dicho bastidor, se asientan uno o varios brazos a modo de "L" invertida desplazándose solidariamente con las mismas.

En cada uno de ese o esos brazos se monta uno o varios cabezales de corte por chorro de agua, en particular de los del tipo comercial de marca registrada TCI Cutting.

La mesa de corte o cuba estará diseñada de forma que sea fácilmente ampliable, es decir, que se pueda ampliar la superficie de corte en módulos de 2 m x 2 m. En ocasiones, el usuario adquiere una máquina de dimensiones estándar fijas y puede ver limitadas sus posibilidades de trabajo con respecto a trabajos futuros específicos de una dimensión mayor a la superficie de corte que se dispone. Con esta posibilidad, el interesado puede ampliar la superficie de corte sin necesidad de comprar una nueva máquina para un trabajo concreto, extendiendo su horizonte de trabajo en el futuro.

Como medios auxiliares, podemos contemplar los siguientes: Unas bombas de alta presión que conducen el agua hasta el cabezal, un mecanismo de alimentación del abrasivo, un interfaz de control (hardware y software), un control numérico y un mecanismo de extracción de lodos o desechos.

Para el control de maquinaria herramienta de tal envergadura es imprescindible el desarrollo de un interfaz de control fiable que controle todos y cada uno de los elementos de la máquina, manteniendo siempre informado al usuario frente a cualquier eventualidad.

El interfaz ha de ser dinámico, intuitivo, amigable y fácil de interpretar y/o utilizar por el usuario. La selección de los archivos de corte, la configuración de parámetros para material y espesor, la visualización de valores a tener en cuenta, la gestión de avisos y alarmas, etc. ha de poder realizarse de forma sencilla e intuitiva por parte del operario. Si vamos más allá, el óptimo desarrollo del HMI (Human Machine Interface) incluye un sistema de supervisión y monitorización on-line tanto del proceso como de la máquina. La máquina dispondrá de una gestión ON-LINE para dotar de una total autonomía al funcionamiento de la máquina.

Se incluirá una cámara en la estructura de la máquina con un amplio campo de visión y que en todo momento monitorizará los movimientos de la máquina. El vídeo se mostrará por pantalla en cualquier soporte donde esté instalado el software, ya sea un ordenador de sobremesa, portátil, teléfono móvil, etc. Además, los valores de los parámetros, posición de los ejes, variables del proceso, contornos cortados y contornos por cortar, así como el tiempo de funcionamiento y tiempo restante de programa entre otros, serán monitorizados en el mismo programa y actualizados cada 5 segundos. Desde el sofá de casa será posible ver si la máquina está funcionando correctamente o se ha parado de forma eventual y cuál ha sido la alarma que ha disparado la señal de paro.

Una segunda versión del citado software, incluirá la posibilidad de funcionamiento en remoto de algunas funciones básicas, tales como 'Marcha' y 'Paro'. Desde la oficina se podrá parar el funcionamiento de la máquina si se observa alguna anomalía en las piezas o incluso poner en marcha el siguiente programa de corte sin necesidad de estar a pie de máquina. También debe de contarse con un control numérico de cuatro canales que puede controlar hasta cuatro brazos en una misma máquina. Cada uno de ellos sirve para ejecutar distintos programas desde el mismo control numérico. Una máquina con las características de la presente invención sólo necesitaría un único control numérico para ejecutar los programas y controlar los movimientos de ambos brazos de la máquina y uno o varios cabezales, ya sean cabezales de corte en 2D como corte en 3D. Sin embargo, una máquina no puede funcionar sin un control numérico. Si utilizamos dos máquinas distintas para cubrir las necesidades de producción, a su vez necesitaremos dos controles numéricos para controlar cada máquina. Al igual que un control numérico, cada máquina necesita de un armario eléctrico, el panel de mando, teclado, ratón y por supuesto, la programación de cada uno de ellos. Además de la reducción de espacio, contamos con un ahorro económico destacado.

Igualmente, el sistema de extracción se encarga de la extracción de lodos de la cuba procedentes del agua, abrasivo y desechos del material de corte sobre la pieza cortada. Este necesita una serie de válvulas para su correcto funcionamiento. Siguiendo el mismo razonamiento anterior, sólo necesitaremos un sistema de extracción para ocuparse del mismo trabajo que realizarían varias máquinas diferentes, reduciendo a la mitad el número de válvulas.

Sin reiterarnos más, en otro orden de cosas y en otro medio auxiliar, podríamos citar las mismas ventajas que conllevaría la utilización del mismo o único sistema de alimentación de abrasivo en una misma máquina.

Cuando un usuario dispone de una maquinaria de tal envergadura, pretende poder sacarle el máximo provecho a la máquina para aumentar la productividad de su fábrica con un mínimo mantenimiento. El mantenimiento de los periféricos se reduce a la mitad en esta invención, puesto que para una única máquina que aporta la funcionalidad de dos máquinas, necesitamos la mitad de periféricos para realizar las tareas de dos máquinas. Todo esto convierte a la máquina en una maquinaria más rentable para el cliente.

Finalmente, cada brazo irá conectado a una bomba de alta presión que suministrará 6.200 bares de agua de corte. Cada vez más, la utilización de las bombas a una presión de 6.200 bares está sustituyendo la utilización actual de bombas de 4.100 bares por las siguientes razones: ^■ Incremento de hasta casi un 50% de la presión utilizada en los equipos convencionales (3800/4100 bares)

^■ Mayores velocidades de corte: Dependiendo del material/espesor, se consigue hasta un incremento de un 25 % de la velocidad nominal.

^■ Mejora de la calidad de corte. Las tolerancias se asemejan a las del corte a 4100 bares, con la mejora añadida de una importante reducción de la conicidad de la pieza, así como de la marca de retraso generada por el chorro del agua.

^■ Reducción del consumo de abrasivo utilizada en el corte, similar al ahorro de abrasivo en el corte a 6200 bares.

Otras características menos importantes, pero a tener en cuenta también pueden ser:

^■ Mismo nivel de ruido que otras bombas de menor capacidad, por debajo de 80 dB.

^■ Incremento del 20% de la vida útil de los componentes de la bomba con respecto a la de 4100 bares.

Las bombas irán acopladas mediante un bypass para que en el caso de que una de las bombas falle o necesite alguna tarea de mantenimiento, la otra pueda suministrar la presión necesaria al cabezal o cabezales de corte destinados a la primera bomba. Finalmente, y por lo general, la estructura exterior de la máquina será totalmente cabinada, es decir, una puerta recubrirá las zonas accesibles por el usuario a la mesa de corte, evitando que el chorro del agua pueda salir de la zona de trabajo y disminuyendo el peligro hacia el usuario así como el ruido acústico. El chorro del agua puede desviarse de la zona de trabajo cuando está trabajando en 3D, puesto que en esa situación el cabezal puede alcanzar orientaciones que produzcan la desviación del chorro. La inclinación del eje A del cabezal de corte de 5 ejes puede alcanzar cualquier orientación para cortar piezas tridimensionales según las circunstancias de corte lo requieren y siempre cumpliendo con la directiva de seguridad de máquinas.

En conclusión, las especificaciones técnicas medidas previstas para el equipo de corte por chorro de agua se resumen en la siguiente tabla:

ÁREA DE TRABAJO 6000 x 2000 x 200 mm

1 - 4 cabezales 2D por

NÚMERO DE CABEZALES brazo

1 cabezal 3D por brazo

VELOCIDAD MÁXIMA DE POSICIONADO 60 mm/min

SIMULTÁNEO X/Y

ACELERACIÓN MAXIMA. 4 m/s ²

TOLERANCIA DE LA MÁQUINA ±0.2 mm

REPETITIBILIDAD ±0.02 mm