ES2198311T3 - Mandril para sujetar herramientas mediante asiento de contraccion. - Google Patents
Mandril para sujetar herramientas mediante asiento de contraccion.Info
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Abstract
Mandril para sujetar herramientas mediante asiento de contracción con un cuerpo de mandril (1) que puede fijarse a un husillo de trabajo de una máquina herramienta y en el que está formado un alojamiento central (2) para el vástago de una herramienta (W) a sujetar, caracterizado porque el cuerpo (1) del mandril comprende un portaherramienta (6) que forma el alojamiento (2) y un elemento de tope (3) que rodea al menos a ciertas zonas del portaherramienta (6) y que presenta en su lado frontal una superficie de aplicación (4) para la herramienta (W), estando unidos entre sí el portaherramienta (6) y el elemento de tope (3) a cierta distancia axial de la superficie de aplicación (4) y consistiendo al menos parcialmente en materiales con coeficientes de dilatación térmica diferentes, de tal manera que, al producirse una variación de temperatura que conduzca a un ensanchamiento del alojamiento (2), el portaherramienta (6) se dilata en mayor medida que el elemento de tope (3).
Description
Mandril para sujetar herramientas mediante
asiento de contracción.
La presente invención concierne a un mandril para
sujetar herramientas mediante asiento de contracción con un cuerpo
de mandril que puede fijarse a un husillo de trabajo de una máquina
herramienta y en el que está formado un alojamiento central para el
vástago de una herramienta a sujetar.
La patente US-A-5
311 654 describe un mandril de sujeción de esta clase.
Los mandriles de sujeción de esta clase son
conocidos en formas de ejecución diferentes y sirven para fijar un
vástago de herramienta, como, por ejemplo, un vástago de broca o de
fresa, en el husillo de trabajo de una máquina herramienta
correspondiente. Se utilizan especialmente para fijar pequeñas
herramientas.
Los mandriles convencionales para sujetar
herramientas mediante asiento de contracción consisten generalmente
en un cuerpo de mandril de metal que puede fijarse al husillo de
trabajo de la respectiva máquina herramienta y que presenta un
alojamiento central para el vástago de una herramienta a sujetar.
El diámetro del alojamiento se determina aquí de modo que sea algo
más pequeño que el diámetro del vástago de la herramienta. Para
sujetar la herramienta se calienta el cuerpo del mandril al menos
en la zona del alojamiento hasta que este alojamiento se haya
dilatado térmicamente en tal medida que se pueda insertar el
vástago de la herramienta. En el enfriamiento subsiguiente se
vuelve a contraer el alojamiento, con lo que el vástago de la
herramienta queda fijado en el alojamiento mediante un asiento de
presión o de contracción.
Los mandriles de esta clase, llamados mandriles
de contracción por calor, han dado resultados enteramente buenos.
Sin embargo, se considera como desventajoso el hecho de que no se
puede prefijar de manera definida la posición de la herramienta en
el alojamiento, ya que la posición relativa entre la pieza de
trabajo y el alojamiento puede variar durante el enfriamiento del
cuerpo del mandril y del proceso de contracción ligado al mismo. En
particular, no puede garantizarse que la cabeza de la herramienta,
como, por ejemplo, la cabeza de fresado o de escariado, se aplique
de la manera deseada a la superficie frontal del cuerpo del
mandril para que experimente un apoyo durante el funcionamiento. Por
este motivo, los tiempos de vida útil de las herramientas no son
en parte suficientes.
Por tanto, el cometido de la invención consiste
en construir un mandril de sujeción de la clase citada al
principio de modo que quede garantizada una aplicación plana de la
herramienta al cuerpo del mandril.
Este problema se resuelve según la invención por
el hecho de que el cuerpo del mandril comprende un portaherramienta
que forma el alojamiento y un elemento de tope que rodea, al menos
en ciertas zonas, al portaherramienta y que presenta en el lado
frontal una superficie de aplicación para la herramienta, estando
unidos entre sí el portaherramienta y el elemento de tope a cierta
distancia axial de la superficie de aplicación y consistiendo al
menos en parte en materiales con coeficientes de dilatación térmica
diferentes, de tal manera que al producirse una variación de
temperatura que conduzca a un ensanchamiento del alojamiento el
portaherramienta se dilate más fuertemente que el elemento de
tope.
Por tanto, según la invención, el cuerpo del
mandril está construido en varias piezas, pudiendo dilatarse y
contraerse el portaherramienta ante variación de temperatura en
mayor medida que el elemento de tope. Se consigue así que - en caso
de que se empleen materiales convencionales, como, por ejemplo,
metales - el portaherramienta se dilate axialmente en mayor medida
que el elemento de tope al producirse un calentamiento del cuerpo
del mandril y el ensanchamiento inherente del alojamiento. Dado que
el elemento de tope está unido fijamente con el portaherramienta en
posición distanciada de la superficie de aplicación, esta mayor
dilatación axial conducirá a que el portaherramienta sea expulsado
del elemento de tope y, de manera contraria, sea introducido de
nuevo axialmente en el elemento de tope al producirse un
enfriamiento. Debido a este efecto de recuperación se consigue
durante el enfriamiento que la herramienta instalada en el
alojamiento y fijada en el mismo sea apretada contra la superficie
de aplicación del elemento de tope. Como resultado, se garantiza un
posicionamiento exacto de la herramienta en el cuerpo del mandril y
un apoyo de la cabeza de la herramienta por su aplicación al
elemento de tope durante el funcionamiento, con la consecuencia de
que se pueden mejorar netamente la vida útil de la herramienta y la
exactitud de marcha concéntrica de dicha herramienta.
Cuando se empleen materiales convencionales,
como, por ejemplo, metales, es necesario, para lograr el efecto
anteriormente descrito, que el portaherramienta posea al menos en
ciertas zonas un coeficiente de dilatación térmica mayor que el del
material del elemento de tope. Por ejemplo, el portaherramienta
puede consistir sustancialmente en aluminio y el elemento de tope
sustancialmente en acero. Naturalmente, como alternativa, es
imaginable también la utilización de materiales con memoria. En
este caso, se han de elegir cada vez los emparejamientos de
materiales de modo que se presente el efecto de recuperación
deseado.
Según una forma de ejecución de la invención, se
ha previsto que el elemento de tope forme un cuerpo base que pueda
unirse con el husillo de trabajo, instalándose entonces el
portaherramienta en el elemento de tope desde el lado frontal que
presenta la superficie de aplicación. El portaherramienta puede
estar atornillado, por ejemplo, en el elemento de tope para
establecer la unión necesaria. Sin embargo, es imaginable también
una unión de soldadura o similar. Asimismo, el elemento de tope y
el portaherramienta pueden estar construidos también en una sola
pieza, pudiendo haberse fabricado, por ejemplo, por un
procedimiento de colada.
En un desarrollo de esta forma de ejecución puede
estar previsto también que el portaherramienta esté subdividido en
dirección axial y comprenda un primer elemento que forma el
alojamiento, hecho de un material que posee sustancialmente el
mismo coeficiente de dilatación térmica que el material del
elemento de tope, y un segundo elemento unido con el anterior, cuyo
coeficiente de dilatación térmica sea mayor que el del elemento de
tope. Esta configuración del portaherramienta en varias piezas
tiene la ventaja de que en la zona del alojamiento el
portaherramienta y el elemento de tope pueden mostrar un mismo
comportamiento de dilatación térmica y pueden dimensionarse con una
exactitud correspondiente.
Según otra forma de ejecución de la invención,
puede estar previsto también que el portaherramienta forme un
cuerpo base que pueda unirse con el husillo de trabajo, estando
entonces el elemento de tope enchufado sobre el portaherramienta
por el lado del alojamiento y unido con éste, por ejemplo mediante
soldadura o atornillamiento.
Para evitar bloqueos entre el material de mayor
dilatación del portaherramienta y el elemento de tope, puede ser
conveniente prever entre el elemento de tope y el portaherramienta,
al menos en ciertas zonas, una rendija de dilatación hacia la cual
pueda escapar el material del portaherramienta al producirse un
ensanchamiento térmico del alojamiento. Como alternativa, puede
estar previsto también un material de compensación adecuado. Esto
es ventajoso especialmente en el caso de una ejecución de una sola
pieza del portaherramienta y el elemento de tope.
Por último, según una forma de ejecución
preferida, se ha previsto que el portaherramienta y el elemento de
tope estén posicionados y dimensionados uno respecto de otro de
tal manera que la superficie frontal del alojamiento, en estado de
sujeción, esté detrás de la superficie de aplicación del elemento de
tope y en el estado de cambio de herramienta, en el que el
alojamiento está ensanchado, se encuentre más allá de la superficie
de tope. Como quiera que el portaherramienta, en estado de cambio
de herramienta caliente, sobresale del elemento de alojamiento
hasta más allá de la superficie de aplicación, se consigue que una
herramienta instalada se sujete primero en sentido radial y
solamente entonces sea retraída. Se logran así propiedades óptimas
de marcha concéntrica.
Respecto de otras ejecuciones ventajosas de la
invención, se remite al lector a las reivindicaciones subordinadas
y a la descripción siguiente de ejemplos de ejecución con
referencia al dibujo adjunto. En el dibujo muestran:
la figura 1, en sección longitudinal, una forma
de ejecución de un mandril de sujeción según la presente
invención,
la figura 2, el mandril de sujeción de la figura
1 en estado calentado,
la figura 3, el mandril de sujeción de las
figuras 1 y 2 con una herramienta sujeta,
la figura 4, en sección longitudinal, una
variante del mandril de sujeción representado en las figuras 1 a 3
con herramienta sujeta y
la figura 5, otra forma de ejecución de un
mandril de sujeción según la presente invención con herramienta
sujeta, en sección longitudinal.
En las figuras 1 a 3 se representa en sección
longitudinal una primera forma de ejecución de un mandril para
sujetar herramientas mediante asiento de contracción según la
presente invención. El mandril de sujeción comprende un cuerpo de
mandril 1 de un material dotado de forma rígida que presenta en una
de sus zonas extremas un alojamiento central 2 en el que puede
introducirse un vástago cilíndrico de una herramienta W, como, por
ejemplo, una broca o una fresa, y que en su otra zona extrema se
puede sujetar de manera en sí conocida en un husillo de trabajo
rotativamente accionado de una máquina herramienta.
El cuerpo de mandril 1 representado está
construido en dos piezas y consiste en un cuerpo base 3 que puede
fijarse al husillo de trabajo y que forma en su superficie frontal
del lado de la herramienta una superficie de aplicación 4 para la
herramienta W y que, por tanto, se denomina elemento de tope en lo
que sigue. En un taladro de alojamiento central 5 del elemento de
tope 3 está dispuesto un portaherramienta 6 que forma el
alojamiento 2 de la herramienta y que se ha enchufado en el
elemento de tope 3 desde el lado frontal que presenta la superficie
de aplicación 5. El portaherramienta 6 presenta en su extremo del
lado de la máquina una espiga roscada 7 que está atornillada en una
rosca interior 9 del elemento de tope 3 para fijar el
portaherramienta 6 en dicho elemento de tope 3.
Según la presente invención, el portaherramienta
6 consiste en un material que posee un coeficiente de dilatación
térmica mayor que el del material del elemento de tope 3.
Concretamente, el portaherramienta 6 es de aluminio y el elemento
de tope 3 es de acero. Debido al empleo de materiales con
coeficientes de dilatación térmica diferentes se consigue que al
producirse un calentamiento del cuerpo 1 del mandril el
portaherramienta 6 se dilate en mayor medida que el elemento de
tope 3, con lo que el extremo - del lado de la herramienta - del
portaherramienta 6 es expulsado del taladro de alojamiento 5, tal
como puede apreciarse en la figura 2. Cuando se instala ahora una
herramienta W en el alojamiento 9 y se enfría el cuerpo 1 del
mandril, el portaherramienta 6 se vuelve a contraer también con más
rapidez que el elemento de tope 3, con lo que el vástago de la
herramienta es sujetado primero radialmente por el portaherramienta
6 y luego es atraído hacia la superficie de aplicación 4 del
elemento de tope 3 (figura 3). Debido a este efecto de recuperación
se asegura una aplicación completa de la cabeza de la herramienta
al cuerpo 1 del mandril, con lo que se aumenta la rigidez de la
disposición cuerpo del mandril/herramienta, se disminuye la
propensión a vibraciones y se mejora así netamente la vida
útil.
No se muestra que entre el portaherramienta 6 y
el elemento de tope 3 está prevista una rendija anular para crear
un espacio hacia el cual pueda escapar el material de mayor
dilatación del portaherramienta 6.
En la figura 4 se ha representado un mandril de
sujeción que corresponde sustancialmente al mandril de sujeción de
las figuras 1 a 3, con la única diferencia de que el
portaherramienta 6 está subdividido aquí axialmente en un primer
elemento 6a, que forma el alojamiento 2 para la herramienta W, y un
segundo elemento 6b adyacente al mismo por el lado de la máquina,
que está atornillado con el elemento de tope 3. Los dos elementos
6a, 6b están fijamente unidos uno con otro. Exactamente igual que el
elemento de tope 3, el primer elemento 6a es de acero, mientras que
el segundo elemento 6b es de un material con un mayor coeficiente
de dilatación térmica, concretamente aluminio. Cuando se calienta
el cuerpo 1 del mandril para instalar una herramienta W en el
alojamiento 2 o para retirarla del mismo, el elemento de tope 3 y
el primer elemento 6a del portaherramienta se dilatan en la misma
medida, mientras que el segundo elemento de aluminio se dilata en
mayor medida y, por tanto, expulsa al primer elemento 6a del
taladro de alojamiento 5 del elemento de tope 3. Para compensar la
mayor dilatación radial que se presenta debido a la mayor
dilatación térmica, se ha previsto entre la pared del taladro de
alojamiento 5 y el segundo elemento 6b una rendija de dilatación 8
hacia la cual puede escapar el material del segundo elemento 6b al
producirse una dilatación térmica, con lo que no puede producirse
ningún bloqueo.
La forma de ejecución de varias piezas del
portaherramienta 6 aquí elegida tiene la ventaja de que el
portaherramienta se comporta en la zona del alojamiento 2
exactamente igual que el elemento de alojamiento 3, de modo que son
necesarias pequeñas tolerancias, con la consecuencia de que se
pueden lograr altas propiedades de marcha concéntrica.
En la figura 5 se ha representado una tercera
forma de ejecución de un mandril de sujeción según la presente
invención. El cuerpo 1 del mandril está construido aquí también en
dos piezas y comprende un cuerpo base que puede fijarse al husillo
de trabajo de una máquina herramienta y que forma también el
alojamiento 2 para una herramienta W y, por tanto, se denomina
portaherramienta 6 en lo que sigue. Pertenece también al cuerpo 1
del mandril un elemento de tope 3 que está enchufado sobre el
portaherramienta 6 en la zona del alojamiento 2 y que en su extremo
del lado de la máquina está soldado con dicho portaherramienta
6.
En esta forma de ejecución el portaherramienta 6,
al igual que en la primera forma de ejecución, es de un material
que posee un coeficiente de dilatación térmica mayor que el del
material del elemento de tope 3. Por tanto, cuando se calienta el
cuerpo 1 del mandril para instalar una herramienta W en el
alojamiento 2 o para retirarla del mismo, el portaherramienta 6 se
dilata en la zona del alojamiento 2 en mayor medida que el elemento
de tope 3, de modo que la superficie frontal - del lado de la
herramienta - del portaherramienta 6 sobresale con respecto a la
superficie de aplicación 4 del elemento de tope 3. Cuando se enfría
nuevamente el cuerpo 1 del mandril después de instalar una
herramienta, se sujeta primero radialmente la herramienta W y luego
ésta es atraída contra la superficie de tope 4 debido al hecho de
que el portaherramienta 6 se contrae en mayor medida que el
elemento de tope 3.
Al igual que en la primera forma de ejecución
anteriormente descrita con referencia a las figuras 1 a 3, se ha
dejado entre el portaherramienta 6 y el elemento de tope 3 una
rendija anular 8 para compensar las mayores dilataciones radiales
del portaherramienta 6 al producirse un calentamiento y evitar así
bloqueos.
Claims (14)
1. Mandril para sujetar herramientas mediante
asiento de contracción con un cuerpo de mandril (1) que puede
fijarse a un husillo de trabajo de una máquina herramienta y en el
que está formado un alojamiento central (2) para el vástago de una
herramienta (W) a sujetar, caracterizado porque el cuerpo
(1) del mandril comprende un portaherramienta (6) que forma el
alojamiento (2) y un elemento de tope (3) que rodea al menos a
ciertas zonas del portaherramienta (6) y que presenta en su lado
frontal una superficie de aplicación (4) para la herramienta (W),
estando unidos entre sí el portaherramienta (6) y el elemento de
tope (3) a cierta distancia axial de la superficie de aplicación
(4) y consistiendo al menos parcialmente en materiales con
coeficientes de dilatación térmica diferentes, de tal manera que,
al producirse una variación de temperatura que conduzca a un
ensanchamiento del alojamiento (2), el portaherramienta (6) se
dilata en mayor medida que el elemento de tope (3).
2. Mandril de sujeción según la reivindicación 1,
caracterizado porque el material del portaherramienta (6)
posee al menos en ciertas zonas un coeficiente de dilatación
térmica mayor que el del material del elemento de tope (3).
3. Mandril de sujeción según la reivindicación 2,
caracterizado porque el portaherramienta (6) y el elemento
de tope (3) son de metal.
4. Mandril de sujeción según la reivindicación 3,
caracterizado porque el portaherramienta (6) consiste
sustancialmente en aluminio y el elemento de tope (3) consiste
sustancialmente en acero.
5. Mandril de sujeción según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
elemento de tope (3) forma un cuerpo base que puede unirse con el
husillo de trabajo.
6. Mandril de sujeción según la reivindicación 5,
caracterizado porque el portaherramienta (6) se instala en
el elemento de tope (3) desde el lado frontal que presenta la
superficie de aplicación (4).
7. Mandril de sujeción según la reivindicación 6,
caracterizado porque el portaherramienta (6) se atornilla en
el elemento de tope (3).
8. Mandril de sujeción según una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el
portaherramienta (6) está subdividido axialmente y comprende un
primer elemento (6a) que forma el alojamiento (2) y que está hecho
de un material que posee sustancialmente el mismo coeficiente de
dilatación térmica que el material del elemento de tope (3), y un
segundo elemento (6b) unido con el anterior, cuyo coeficiente de
dilatación térmica es mayor que el del elemento de tope (3).
9. Mandril de sujeción según la reivindicación 8,
caracterizado porque el elemento de tope (3) y el primer
elemento (6a) del portaherramienta (6) son de acero y el segundo
elemento (6b) del portaherramienta (6) es de aluminio.
10. Mandril de sujeción según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
portaherramienta (6) forma un cuerpo base que puede unirse con el
husillo de trabajo.
11. Mandril de sujeción según la reivindicación
10, caracterizado porque el elemento de tope (3) está
enchufado sobre el portaherramienta (6) por el lado del
alojamiento.
12. Mandril de sujeción según la reivindicación
10 u 11, caracterizado porque el elemento de tope (3) está
soldado o atornillado con el portaherramienta (6).
13. Mandril de sujeción según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre el
elemento de tope (3) y el portaherramienta (6) está prevista, al
menos en ciertas zonas, una rendija de dilatación (8) hacia la cual
puede escapar el material de mayor dilatación del portaherramienta
(6) al producirse un ensanchamiento del alojamiento (2) debido a
la temperatura.
14. Mandril de sujeción según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
portaherramienta (6) y el elemento de tope (3) están posicionados y
dimensionados uno respecto de otro de tal manera que la superficie
frontal del alojamiento (2), en estado de sujeción, está detrás de
la superficie de aplicación (4) del elemento de tope (3) y, en el
estado de cambio de herramienta en el que está ensanchado el
alojamiento, sobresale más allá de la superficie de aplicación
(4).
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