BRPI1105527A2 - mandril expansÍvel para uma conduÇço sem perdas de um meio lubrificante - Google Patents

Abstract

MANDRIL EXPANSÍVEL PARA UMA CONDUÇçO SEM PERDAS DE UM MEIO LUBRIFICANTE. Um porta-ferramenta dotado com com corpo (10), que apresenta um lado do fuso (12) para fixação do porta-ferramenta em um fuso de uma máquina ferramenta e um lado da ferramenta (14) paa acolher uma ferramenta, dotado ainda com uma passagem para lubrificante (20) que passa do lado do fuso (12) par ao lado da ferramenta (14), contém um lubrificador (36) que pode ser ajustado dentro do corpo (10) na direção axial, desembocando o lubrificador do lado da ferramenta (14) do corpo (10); no corpo (10) é prevista uma guia (34) para o lubrificador (36) que contém um segmento de encaixe (40), no qual o lubrificador (36) é guiado de modo ajustável, sendo prevista uma vedação (44) que veda o lubrificador (36) em relação ao corpo (10).

Description

"mandril expansível para uma condução sem perdas de um meio lubrificante"

A presente invenção se refere a um porta-ferramenta em que pode ser fixada uma ferramenta, tal como, por exemplo, uma broca ou uma fresa. A presente invenção se refere especialmente a um mandril expansível, para a tecnologia de usinagem com lubrificação mínima (Tecnologia de usinagem MMS).

Na tecnologia de usinagem MMS um meio MMS (mistura de óleo e ar, tal como, por exemplo, aerossol) é conduzido ao ponto de atuação da ferramenta (gume de ferramenta). Neste caso o meio MMS é praticamente totalmente utilizado durante a usinagem. A quanti- dade, que é empregada, depende do processo. Em geral são utilizados até 50 ml/hora de processo. A pressão operacional tem em geral no máximo 10 Bar (1000 kPa). No caso de usinagem úmida convencional, no entanto, são utilizadas muitas centenas de litros de emul- são por hora de processo.

A tecnologia de usinagem MMS é descrita em uma nova norma de projeto de deci- são 69090 Parte 1 a 3 de DIN (Instituto Alemão para a Normalização), que atualmente se encontra para demissão para a publicação de norma (impresso em branco).

Para que se possa beneficiar de modo ótimo das vantagens da tecnologia de usi- nagem MMS, devem ser impedidos vazamentos do meio lubrificante no sistema MMS como um todo (a totalidade de todos os componentes que participam na tecnologia de usinagem MMS). Na prática, não é fácil se garantir, durante a passagem da máquina ferramenta para o porta-ferramenta e durante a passagem do porta-ferramenta para a ferramenta, uma co- nexão tão estanque que seja impedida a saída do lubrificante que se encontra sob uma pressão de até 10 bar (1000 kPa). Isso é ainda agravado pelo fato de que no porta- ferramenta são fixadas diferentes ferramentas.

O objetivo da presente invenção consiste em criar um porta-ferramenta que permite uma passagem sem vazamento para um lubrificante até o gume da ferramenta e é especi- almente adequado para uma tecnologia de usinagem MMS com meio MMS.

Para se atingir este objetivo, de acordo com a presente invenção, é previsto um porta-ferramenta tendo um corpo que apresenta um lado do fuso para a fixação do porta- ferramenta em um fuso de uma máquina ferramenta e um lado da ferramenta para receber uma ferramenta, apresentando ainda uma passagem para lubrificante que se estende do lado do fuso para o lado da ferramenta, sendo o corpo disposto em um Iubrificador que pode ser ajustado na direção axial; o lubrificador desemboca do lado da ferramenta do corpo, sendo previsto no corpo uma guia para o lubrificador que contém um segmento de encaixe, dentro do quai é conduzido a lubrificador, sendo ainda prevista uma vedação que veda o lubrificador em relação ao corpo. Deste modo, pode-se obter com o uso surpreendentemen- te pequeno uma vedação confiável do lubrificador imediatamente em relação ao corpo, que, mesmo com pressões de até 1000 kPa, impede que o meio MMS vaze ou se desprenda involuntariamente.

Consoante uma modalidade, prevê-se a disposição da vedação estacionária no corpo, e se vedar em relação ao lubrificador, que é acolhido na vedação de modo deslocável na direção axial. O emprego de uma vedação disposta de modo estacionário na carcaça traz ainda a vantagem de que a vedação pode ser executada com dimensões relativamente grandes.

A guia contém, de preferência, também um segmento de vedação em degraus em relação ao segmento de encaixe, sendo neste segmento de vedação acolhida a vedação. Deste modo com pouco gasto pode ser obtido um degrau que se estende radialmente entre o segmento de vedação e o segmento de encaixe, podendo ser tensionada na direção axial a vedação contra este segmento de encaixe. Deste modo, a vedação é posicionada com precisão na direção axial.

É previsto, de preferência, que a vedação seja projetada em forma de cilindro oco, cuja superfície externa seja fixada imediatamente no segmento de vedação. Deste modo se produz uma vedação de grande superfície entre a face externa do lubrificador e a parede interna da vedação.

Consoante uma modalidade preferida, é previsto fazer com que a passagem para o lubrificante da vedação seja alargada em forma de funil do lado do fuso. Deste modo, fica assegurado um fluxo otimizado do meio MMS.

De acordo com uma configuração alternativa, é previsto fazer com que a vedação seja montada de modo estacionário no lubrificador, sendo vedada em relação ao corpo. Isto permite uma configuração especialmente compacta.

É preferível se prever que a vedação seja vulcanizada no local do lado externo do lubrificador ou que seja fixada mecanicamente ali. Isto leva a uma vedação especialmente confiável.

Consoante uma modalidade, é prevista uma unidade de acolhimento HSK (abrevia- tura de Hohlschaftkegel - eixo afusado oco em alemão) que é montada no corpo e desem- boca no lado do fuso. A unidade de acolhimento HSK permite um acolhimento confiável do meio MMS do fuso da máquina ferramenta.

É preferível se prever que a vedação seja montada entre as unidade de acolhimen- to e um degrau que se estende radialmente e que é previsto entre o segmento de vedação e o segmento de encaixe da guia. Deste modo não é necessária nenhuma medida separada para se fixar a vedação na direção axial no segmento de vedação da guia.

Para se impedir a saída indesejável do meio MMS na região da unidade de acolhi- mento propõe-se, de preferência, que entre a unidade de acolhimento e o corpo seja previs- to um anel de vedação. O diâmetro da passagem para o lubrificante da unidade de acolhimento do lado vol- tado para a vedação tem, de preferência, a mesma medida que o diâmetro da passagem para o lubrificante da vedação do lado voltado para a unidade de acolhimento. Esta configu- ração é uma característica parcial de uma modalidade preferida que prevê que a passagem para o lubrificante não apresente nenhum alargamento do lado do fuso do porta-ferramenta para o lado da ferramenta. Se a passagem para lubrificante, observando-se na direção do fluxo do lubrificante, subitamente se alargasse, isso levaria a uma redução local da veloci- dade do fluxo. Deste modo, haveria o risco de que neste ponto o lubrificante precipitasse, o que faria com que então não estaria disponível para a lubrificação nos gumes da ferramenta. Devido a quantidades muito pequenas de lubrificante, que são conduzidas à ferramenta na lubrificação mínima, isto poderia ter um efeito prejudicial.

É preferível se prever que a passagem para o lubrificante do Iubrificador na extre- midade do lado do fuso seja alargada em forma de um funil. Isto assegura que nenhuma redução da seção transversal perturbará o fluxo do lubrificante. A vedação consiste, de preferência, em um elastômero, borracha ou em um materi-

al de vedação semelhante. Na escolha do material se deve somente tomar cuidado para que ele seja resistente a óleo.

É preferível prever um mecanismo de ajuste com o qual os Iubrificados possam ser ajustados na direção axial dentro do corpo. Deste modo, mesmo com diferentes ferramen- tas, pode ser assegurada, por ajuste do Iubrificador na direção axial, uma transmissão es- tanque à prova de vazamento do lubrificante para a ferramenta. Mesmo quando a ferramen- ta é encurtada por contínuos afiamentos, pode ser assegurada o comprimento total neces- sário pelo ajuste axial do lubrificador.

É preferível se prever que o mecanismo de ajuste apresente uma engrenagem do lado externo do lubrificador e um parafuso de ajuste, que engrene na engrenagem. Com esta configuração o lubrificador pode ser ajustado com grande precisão na direção axial por rotação do parafuso do ajuste. Simultaneamente o mecanismo de ajuste se trava automati- camente, de modo que não é necessário nenhum detentor separado do lubrificador.

O porta-ferramenta pode apresentar especialmente um mandril expansível para a- colher a ferramenta, podendo com ele uma ferramenta ser fixada com precisão especial.

A presente invenção será agora descrita com referência a duas modalidades que são ilustradas no desenho apenso. Nele:

-a Figura 1 mostra uma seção esquemática de um porta-ferramenta de acordo com uma primeira modalidade da invenção; e -a Figura 2 mostra um detalhe ampliado de um porta-ferramenta de acordo com

uma segunda modalidade da invenção.

O porta-ferramenta apresentado na Figura 1 contém um corpo 10, que apresenta um lado do fuso 12 e um lado da ferramenta 14. O lado do fuso 12 é executado em forma de uma conexão mecânica 16, com a quat o corpo 10 do porta-ferramenta pode ser fixado fir- memente a um fuso de uma máquina ferramenta. O lado da ferramenta 14 contém um man- dril expansível 18 hidráulico (não mostrado aqui em detalhes) em que pode ser fixado uma ferramenta 19 esquematicamente mostrada.

Do espaço interno da conexão mecânica 16, portanto, do lado do fuso 12 do corpo 10, se estende uma passagem para o lubrificante 20 até o lado da ferramenta 14, portanto até a ferramenta 19 que é fixada no mandril expansível 18. Do lado do fuso 12 é formada a passagem para o lubrificante 20 em uma unidade de acolhimento 22, da qual uma extremi- dade desemboca no interior do conexão mecânica 16 e cuja outra extremidade é acolhida de modo estacionário no corpo 10. Para tal fim, na extremidade acolhida no corpo 10 da unidade de acolhimento 22 é previsto um rebordo 24 que se projeta para fora, e que é agar- rado por uma luva rosqueada 26. A luva rosqueada 26 engata em uma rosca interna no cor- po 10 e pode comprimir a unidade de acolhimento 22 na direção axial contra um ressalto 28 que é previsto no fundo da rosca interna. Entre o ressalto 28 e o rebordo 24 da unidade de acolhimento 22 é disposto um anel de vedação 30, que juntamente com um segundo anel de vedação 32, que é disposto entre o rebordo 24 e a luva rosqueada 26 é responsável pela vedação da unidade de acolhimento 22 em relação ao corpo 10.

Na direção axial "atrás" do ressalto 28 é formada uma guia 34 no corpo, sendo nela disposto um iubrificador 36. A guia 34 consiste no caso em um segmento de vedação 38 e um segmento de encaixe 40. O segmento de vedação 38 é executado em forma de um furo cilíndrico, cujo diâmetro é maior do que o diâmetro do segmento de encaixe 40. Por este motivo entre o segmento de vedação 38 e o segmento de encaixe 40 é projetado um degrau 42 que se estende na direção radial. No segmento de vedação 38 é disposta uma vedação 44, que é projetada em forma

de um cilindro oco. A vedação 44 pode consistir em borracha, em um elastômero ou em um material semelhante adequado. A extremidade da vedação 44 que é voltada para a unidade de acolhimento 22 é alargada neste caso em forma de funil (veja o chanfro 45), de modo que o diâmetro na entrada da vedação 44 é igual ao diâmetro na saída da unidade de aco- Ihimento 22. Simultaneamente o comprimento da vedação 44 é de tal modo adaptada ao comprimento do segmento de vedação 38, que a vedação 44 é presa pela unidade de aco- lhimento 22 na direção axial com um pré-tensionamento mínimo. Simultaneamente o diâme- tro do segmento de vedação 38 é ligeiramente menor do que o diâmetro externo da vedação 44, de modo que esta, tal como em um encaixe por pressão, é mantida no segmento de ve- dação 38 com um pré-tensionamento mínimo. Alternativamente, a vedação 44 pode ser fi- xada no segmento de vedação 38 por cola, por exemplo, ou outro modo qualquer.

O Iubrificador 36 também é projetado em forma de cilindro oco, sendo a extremida- de do Iubrificador 36 voltada para a unidade de acolhimento 22 tal como acontece com a vedação é alargada em forma de funil ou cone. Do lado oposto o Iubrificador 36 é mecani- camente de tal modo conduzido no segmento de encaixe 40 que ele se desloca na direção axial. Com a sua extremidade voltada para a unidade de acolhimento 22, o Iubrificador 36 engata com o interior da vedação 44. O diâmetro externo do Iubrificador 36 neste caso é de tal modo adaptado ao diâmetro interno da vedação 44, que a vedação 44 se apoia com es- tanqueidade e firmemente contra a superfície externa do Iubrificador 36. A força de apoio, no entanto, não é tão grande que impeça o Iubrificador 36 de ser ajustado na direção axial.

Uma função importante do Iubrificador consiste no fato de que ele representa um batente axial ajustável para a ferramenta acolhida no porta-ferramenta. Com o posiciona- mento adequado do lubrificador, pode ser determinada a posição axial da ferramenta, de modo que esta, depois de ter sido afiada, por exemplo, é de tal modo posicionada, que os gumes da ferramenta se encontram em uma posição axiai nominal. Para se ajustar o lubrifi- cador 36 é previsto um mecanismo de ajuste que apresenta uma engrenagem 46 na super- fície externa do lubrificador 36 e um parafuso de ajuste 48. O parafuso de ajuste 48 é ligei- ramente oblíqua, no entanto é acolhido no corpo 10 se estendendo essencialmente radial- mente, e engata com a sua extremidade dianteira na engrenagem 46 do lubrificador 36. Gi- rando-se o parafuso de ajuste 48 o lubrificador 36 é deslocado na direção axial. Deste modo pode ser assegurado o contato da extremidade do lado da ferramenta do lubrificador 36 com diferentes ferramentas. As medidas da vedação 44 e do lubrificador 36 são tais que fica as- segurado em toda a área de ajuste que é conservada uma determinada sobreposição míni- ma com a vedação 44.

A combinação do segmento de vedação 38 com o segmento de encaixe 40 da guia 34, dispostos na direção axial um atrás do outro, assegura em conjunto uma vedação do lubrificador 36 ajustável, que impede de modo confiável a saída indesejável do meio MMS. É especialmente vantajoso o auto-reforço do efeito de vedação. A parte da vedação 44 a mon- tante da extremidade do lubrificador 36 voltada para a unidade de acolhimento 22 é subme- tida à pressão do lubrificante. Quando a pressão sobe, o material da vedação é comprimido elasticamente para fora. Isto produz uma compressão ligeira do material de vedação, cau- sando o aumento da força de compressão na região do contato com a superfície externa do lubrificador 36.

É especialmente vantajoso que a passagem para o lubrificante 20 não tenha o diâ- metro aumentando ao longo do trajeto do lado do fuso 12 para o lado da ferramenta 14, mas ou que permaneça constante (como no interior da unidade de acolhimento 22, ao longo de uma parte da vedação 44 e no interior do lubrificador 36) ou que tenha o seu diâmetro redu- zido (na entrada da vedação 44, por exemplo, e na entrada do lubrificador 36). Isto garante que não ocorre nenhuma área na passagem para lubrificante na qual se reduza subitamente a velocidade de fluxo do lubrificante. Se tal fenômeno ocorrer, não poderia ser impedida, de modo confiável, nestas áreas a precipitação de gotas de lubrificante.

Um exemplo para medidas adequadas da passagem para lubrificante 20 segue a- baixo. A passagem através de unidade de acolhimento 22 tem um diâmetro interno de 8 mm. O Iubrificador 36 tem um diâmetro externo de 6 mm e um diâmetro interno de aproxi- madamente 3,5 mm. A vedação 44 tem um diâmetro externo de 10mm e um comprimento de 14 mm. O segmento de vedação 38 apresenta um diâmetro interno de 9,9 mm, de modo que a vedação 44 no segmento de vedação 38 seja acolhida como um encaixe por pressão. Deste modo o diâmetro interno da vedação 44, que no estado inicial tem 6 mm, se estreita ligeiramente, de modo que se produza certo pré-tensionamento com a superfície externa do Iubrificador 36.

Na Figura 2 é mostrada uma segunda modalidade que se distingue da primeira mo- dalidade pelo fato da estanqueidade não se produzir entre o Iubrificador 36 ajustável axial- mente e a vedação 44, mas se produzir a estanqueidade entre a vedação aplicada de modo estacionário no Iubrificador 36 e o corpo 10. Essencialmente, na segunda modalidade são empregados, para os componentes que são conhecidos da primeira modalidade, os mes- mos números de referência, e na medida em que se aplicam, indicamos a consulta das ex- plicações acima.

A vedação 44 é aqui aplicada no lado externo do Iubrificador 36, e isso mais exata- mente em um componente de acolhimento 50, que é projetado em forma de um segmento com um diâmetro reduzido na extremidade axial do Iubrificador 36 do lado do fuso. Este componente de acolhimento é aberto do lado do fuso 12 e termina em um degrau atrás do qual começa a superfície externa do lubrificador 36, que é acolhido no segmento de encaixe 40 do corpo 10. No estado inicial não montado a vedação 44 se projeta ligeiramente para fora da superfície externa do lubrificador, de modo que no estado montado a vedação é aco- lhida na guia 34 com um pré-tensionamento.

A vedação é fixada de modo estacionário no componente de acolhimento 50, vul- canizada no local, por exemplo. Alternativamente ele pode também ser colado. É essenci- almente também possível, se fixar o mesmo de modo estacionário mecanicamente por um anel de segurança ou se projetar o componente de acolhimento em forma de uma ranhura que apresenta um degrau dos dois lados na direção axial.

Quando o lubrificador 36 é ajustado na direção axial, a vedação 44 desliza no seg- mento de encaixe 40 do corpo e assegura ali uma estanqueidade confiável.

É comum às duas modalidades, a característica de que a estanqueidade entre o corpo 10 e o lubrificador 36 ajustável se produz imediatamente através da vedação 44 que está em contato com o corpo 10 e também com o lubrificador 36. Isto permite uma vedação mais simples e mais confiável do que em modalidades em que o lubrificador se estende até dentro da unidade de acolhimento, sendo ali vedado, uma vez que, de acordo com a presen- te invenção, um número menor de componentes participa da vedação, podendo assim ocor- rer tolerâncias menores.

Claims (18)

1. Porta-ferramenta, CARACTERIZADO pelo fato de que contém um corpo (10), que apresenta um lado de fuso (12) para fixação do porta-ferramenta a um fuso de uma má- quina ferramenta e um lado da ferramenta (14) para receber uma ferramenta, apresentando ainda uma passagem para lubrificante (20) do lado do fuso (12) para o lado da ferramenta (14), sendo disposto no corpo (10) um Iubrificador (36) ajustável na direção axial, que de- semboca do lado da ferramenta (14) do corpo (10), sendo previsto no corpo (10) uma guia (34) para o lubrificador (36) que contém um segmento de encaixe (40) no qual o Iubrificador (36) é conduzido de modo ajustável, sendo prevista uma vedação (44) que veda o Iubrifiea- dor (36) em relação ao corpo (10).

2. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é disposta fixa no corpo (10) e é estanque em relação ao lubrificador (36), que é recebido de modo deslocável na direção axial dentro da vedação (44).

3. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a guia (34) contém também um segmento de vedação (38) em degraus em relação ao segmento de encaixe (40), sendo neste segmento de vedação (38) acolhida a vedação (44).

4. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é tensionada contra um degrau (42) que se estende radialmente e que é previsto entre o segmento de vedação (38) e o segmento de encaixe (40) da guia (34).

5. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações 2 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é projetada em forma de um cilindro oco, cuja superfície externa é imediatamente fixada no segmento de vedação (38).

6. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações 2 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a passagem para lubrificante (20) da vedação (44) é alargada em forma de funil do lado do fuso (12).

7. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é montada estacionária sobre o lubrificador (36) e vedada em relação ao corpo (10).

8. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é vulcanizada no local na face externa do lubrificador (36) ou então é ali fixada mecanicamente.

9. Porta-ferramenta, de acordo com as reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que é prevista uma unidade de acolhimento (22) que é montada no corpo (10) e desemboca do lado do fuso (12).

10. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fa- to de que entre a unidade de acolhimento (22) e o corpo (10) é prevista um anel de vedação (30, 32).

11. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações 9 e 10 em combina- ção com uma das reivindicações 2 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o diâmetro do lubrificador (20) da unidade de acolhimento (22) do lado voltado para a vedação (44) tem pelo menos o mesmo diâmetro que a passagem para lubrificante da vedação (44) do lado voltado para a unidade de acolhimento (22).

12. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a passagem do lubrificante do lubrificador (36) é alar- gada em forma de funil na extremidade do lado do fuso.

13. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a vedação (44) é constituído por um elastômero, borra- cha ou um material de vedação semelhante.

14. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que é previsto um mecanismo de ajuste (46, 48), como qual o lubrificador (36) pode ser ajustado na direção axial no corpo (10).

15. Porta-ferramenta, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o mecanismo de ajuste apresenta uma engrenagem (46) do lado externo do lu- brificador (36) e apresenta um parafuso de ajuste (48), que engata na engrenagem (46).

16. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que a passagem para lubrificante (20) não apresenta do lado do fuso (12) do porta-ferramenta para o lado da ferramenta (14) nenhum alargamento.

17. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que para acolher a ferramenta é previsto um mandril (18).

18. Porta-ferramenta, de acordo com uma das reivindicações precedentes, CARACTERIZADO pelo fato de que ele constitui parte de uma tecnologia de usinagem com lubrificação mínima.