ES2200887T3

ES2200887T3 - Procedimiento para el torneado excentrico y aplicaciones preferidas del procedimiento.

Info

Publication number: ES2200887T3
Application number: ES00942037T
Authority: ES
Inventors: Gerd Hormansdorfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2004-03-16
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2006110378A; PL191291B1; DE59814247D1; JP2003524436A; EP1051131B1; EP1218803B1; PL352552A1; HU225273B1; AU2417399A; CZ20014348A3; CA2636020A1; JP4282230B2; ATE398985T1; CZ20002435A3; WO1999033416A1; CZ297985B6; WO2000075737A1; DE59813083D1; EP1522281A1; PL190714B1

Abstract

Procedimiento técnico de torneado para el torneado excéntrico en un torno programable, en el cual una pieza de trabajo rota en el plato del husillo de una máquina, generándose con una herramienta mediante desprendimiento de viruta determinados contornos al menos parcialmente excéntricos conformados o compuestos, por ejemplo, por elementos geométricos de transición, caracterizado porque el torneado se realiza en forma excéntrica por cuanto el patín cruzado se desplaza con la herramienta de desprendimiento de viruta sincronizadamente respecto del ángulo de husillo y los contornos excéntricos son generados mediante una programación de funciones de intermitencia a través del entrelazado de conjuntos de instrucciones con valores para parámetros direccionados seleccionados como, por ejemplo, diámetro (X), longitud (Z), elevación (F) o ángulo (C), en donde se emplea al menos para uno de esos parámetros direccionados en la cadena de conjuntos de programa, una secuencia excéntrica, es decir, que presenta una función de intermitencia sobre la base de valores de parámetros direccionados.

Description

Procedimiento para el torneado excéntrico y aplicaciones preferidas del procedimiento.

La invención se refiere a un procedimiento especial para el trabajo de torneado mecanizado de piezas y a aplicaciones preferenciales del procedimiento.

En principio, la técnica convencional de torneado es un procedimiento conocido desde hace mucho tiempo para la fabricación de piezas mecanizadas con formación de viruta, por ejemplo, de madera, metal o plástico. En tiempos recientes, la tecnología de tornería experimentó una vertiginosa ampliación de sus posibilidades, debido a la introducción y al desarrollo de los controles numéricos. Así, por ejemplo, la manutención de una velocidad constante de corte a lo largo del contorno superficial no constituye actualmente problema alguno. Aún las más complicadas geometrías de rotación simétrica se realizan de modo relativamente simple mediante la correspondiente programación, pudiendo fabricarse en muy breves tiempos de trabajo. Además, tales máquinas se revalorizaron por el equipamiento con una propulsión de herramientas, porque de esta manera pueden trabajarse por completo con técnicas de torneado y fresado las piezas de forma compleja colocadas en un mandril de sujeción. No obstante, existen aquí algunas limitaciones que afectan el factor tiempo o determinadas conformaciones geométricas. Por ejemplo, es un hecho que la fabricación empleando las técnicas de torneado por lo general posibilita tiempos de trabajo notoriamente más breves que el fresado. Además, con el torneado se obtienen mejores calidades de superficie. Cuando a causa de la geometría de la pieza a ser trabajada solamente es viable una fabricación empleando las técnicas de fresado, deben tolerarse tiempos de trabajo notoriamente más extensos, así como una superficie más irregular. Pero también con técnicas de fresado en la fabricación están limitadas las posibilidades geométricas. Así, por ejemplo, cada arista de un contorno fresado, nunca puede ofrecer en el plano radial de la máquina fresadora cantos más filosos que el radio de la fresa utilizada. Si bien se pueden obtener contornos de cantos filosos mediante el brochado, ranurado o erosionado, la pieza a trabajarse debe trasladarse para ello a otra máquina. En el caso del erosionado, el tiempo a emplearse es extremadamente extenso. Si bien para la fabricación con formación de viruta de contornos no redondos existen en el mercado desde hace algunos años las así llamadas máquinas-herramienta perforadoras de forma o bien torneadoras de forma, los precios de tales equipos se incrementaron, por lo que requieren una inversión de capital del volumen correspondiente. Además solamente se las puede conectar a la interfaz prevista y están restringidas a un contorno predeterminado descentrado en dos dimensiones.

Ya anteriormente se habían realizado pruebas tendentes a adecuar tornos para el trabajo sobre piezas no redondas, adosándole agregados mecánicos especiales. Una máquina correspondiente se propone en la patente alemana publicada DE 25 15 106. Además de su muy dispendiosa y delicada construcción, esta máquina presenta la desventaja de la extrema limitación de sus posibilidades, las cuales tan sólo se restringen a la fabricación bidimensional de una geometría excéntrica.

Las posibilidades geométricas de la fabricación excéntrica respecto de un torno son ampliables a herramientas armables, por ejemplo, cuando la propulsión de corte pueda controlarse mediante una programación libre. Una herramienta tal, por ejemplo, se conoce de la patente alemana publicada DE 35 09 240 A1. Aquí se recurre a elementos de regulación piezoeléctricos o magnetoestrictivos para lograr un desplazamiento dinámico de los filos respecto de la pieza de trabajo mediante un direccionamiento eléctrico correspondiente. Sin embargo, con ello solamente se pueden obtener recorridos de regulación muy pequeños. Si bien técnicamente sería posible obtener recorridos de regulación bastante más grandes, por ejemplo, mediante la aplicación de un sistema magnetodinámico, los mismos también estarían limitados a un solo eje de movimiento. Para obtener determinados trabajos discontinuos tridimensionales, sería necesario crear una herramienta de complejos direccionamientos del movimiento, agregando una segunda y hasta una tercera unidad de movimiento, en cada caso dispuesta ortogonalmente, aunque aquélla sería de dispendiosa construcción y exigente en lo inherente al sistema electrónico de control necesario. Hasta la fecha no está disponible una herramienta de este tipo.

También se conocen tornos especiales que fueron desarrollados para el trabajo excéntrico, por ejemplo, en pistones para motores de combustión. En efecto, los pistones modernos presentan un corte transversal levemente excéntrico, por lo general elíptico, para compensar la expansión anisotrópica debida al calor. En efecto, aquí la discrepancia con la forma circular es mínima, siendo que además el contorno presenta un curso suave y fluido. Allí no existen rajaduras o irregularidades extremas. En consecuencia y respecto de la realización constructiva de una máquina de este tipo, no se presenta un muy alto grado de dificultad. En principio es suficiente permitir la oscilación con poca amplitud de la cuchilla del torno en el eje X referente al diámetro, mientras el patín se traslada a lo largo de la pieza de trabajo en el eje Z. En ese caso, la curva de desvío de la punta de la cuchilla del torno presenta un curso más o menos sinusoidal, de manera que no son necesarias las aceleraciones extremas. A pesar de la masa reducida del sistema, de todos modos serían de difícil realización. Se sobreentiende que las máquinas de este tipo requieren un acoplamiento de la rotación de la pieza de trabajo al movimiento del eje X, pero el avance en el eje Z es de libre realización. Efectivamente, en este caso la generación del contorno no circular está restringida al plano diametral bidimensional y se extiende meramente a la tercera dimensión por medio del eje Z. El eje Z, empero, no está realmente integrado a la generación excéntrica del contorno. No se prevé un desplazamiento del patín a lo largo del eje Z en intermitencias o tal vez con una oscilación superpuesta.

Una máquina especial del tipo anteriormente mencionado se describe, por ejemplo, en la patente alemana publicada DE 40 31 079 A1, proponiéndose emplear para el mando de la propulsión (por ejemplo, motor eléctrico lineal o sistema hidráulico) previsto para el movimiento oscilante de la cuchilla de torno, además del control existente de la máquina, un control computarizado suplementario, por ejemplo, mediante una computadora personal. Sin embargo, sin las modificaciones del procedimiento cinemático subyacente, una máquina de este tipo está limitada en sus posibilidades a las aplicaciones previstas y similares. Además, tal máquina especial es relativamente costosa en su adquisición.

Se presentó entonces la tarea de la creación de un procedimiento para el trabajo técnico del torneado de piezas con irregularidades o discontinuidades del contorno, que, por un lado, aproveche las posibilidades que la máquina ofrece con relación al patín cruzado y del mando de control numérico, sin necesidad de equipamiento suplementario, superando los problemas propios de la inercia de la masa, y al mismo tiempo amplíe por al menos una dimensión complementaria más el grado de libertad con relación a la discontinuidad del contorno realizable. Asimismo se pretendía sustituir lo más posible mediante el nuevo procedimiento las operaciones técnicas de fresado empleadas hasta ahora.

La tarea mencionada se resuelve según la invención mediante un procedimiento técnico de torneado, que el solicitante denomina torneado "rengo", es decir, excéntrico, siendo que la pieza de trabajo rota en el plato del husillo de la máquina con una cantidad de revoluciones preferentemente constante, circunstancia en que el patín cruzado es desplazado con la herramienta de viruteado, por ejemplo empleando una programación de rosca o de eje C, en el eje de elevación sincronizado con el ángulo del husillo, generando determinados contornos excéntricos compuestos por elementos geométricos de transición mediante una programación de funciones discontinuas a través de la unión de sentencias de instrucciones con valores para los parámetros direccionados como diámetro (X), largo (Z) y ángulo (C) o inclinación (F), siendo que al menos para uno de estos parámetros en la cadena de la sentencia de programa se utilice una serie de grupos de valores excéntricos, con al menos un valor numérico en cada grupo de valores. Se puede ampliar el procedimiento mediante el empleo del parámetro Y (altura) en las máquinas adecuadamente equipadas.

Los incrementos formados entre los valores numéricos para al menos un parámetro direccionado en la mayoría de las tareas a realizarse en la cadena de la sentencia de programa constituyen una secuencia excéntrica de grupos de valores con al menos un valor numérico en cada grupo numérico, donde, por ejemplo, los valores numéricos correspondientes dentro de un grupo numérico sean mayores que los del otro y/o el signo dentro de un grupo de valores sea positivo y el del otro grupo de valores sea negativo. En principio los valores programados para un parámetro direccionado determinado constituyen en la cadena de la sentencia de programa una secuencia de valores numéricos, en la que las funciones escalonadas indicadas se expresan como los así llamados pasos excéntricos.

El procedimiento adquiere especial importancia a través de sus posibilidades de aplicación en sus tres dimensiones, aún sin requerir el eje Y. Esta libertad de procesamiento se debe a que los pasos excéntricos pueden programarse para cada caso solos o en combinación entre sí mediante los parámetros X, Z, F y C del programa.

El procedimiento se amplía según la invención mediante un sistema discontinuo, generándose las discontinuidades a producirse en secuencias sucesivas de ciclos de torneado desplazados geométricamente entre sí.

El procedimiento según la invención no necesita de equipamientos especiales, ni de comandos de control numérico suplementarios y solamente se funda en la aplicación de la posibilidad dada por el mando de la máquina y el correspondiente software, estando solamente limitado por la dinámica del sistema global. Para ello son aplicables, por ejemplo, los conocidos conjuntos de instrucciones G 01, G 31, G 33, G 34, G 37 o G 131 etc., así como por ejemplo los parámetros direccionados: medida de diámetro (X), medida de longitud (Z), paso de rosca (F), longitud inicial (B), longitud de rebase (P), ángulo del husillo (C), sentido de referencia para F (H) y modificación de elevación (E) o bloques insertables con software individual. Tampoco se excluye que, sobre la base del procedimiento aquí propuesto, la industria ofrezca en serie en el futuro posibilidades ampliadas de programación.

La dinámica del sistema global antes tratada se compone de la dinámica mecánica y electrónica de la máquina. En este caso, la dinámica mecánica depende de la masa del patín cruzado y de la velocidad de reacción de la propulsión, por ejemplo, de husillos roscados, motores y engranajes. En contraposición, la dinámica electrónica está predeterminada por la velocidad de cálculo del mando y su rigidez de unión con las propulsiones electromotrices. Así, los tornos de la novísima generación provistos de propulsiones digitales y ordenadores muy veloces son apropiados para procesamientos discontinuos extremos, mientras que la aplicación del procedimiento en máquinas más antiguas está correspondientemente más restringido. Esta limitación puede evitarse parcialmente mediante el uso de velocidades de corte reducidas durante el desprendimiento de viruta, porque de allí resultan una menor cantidad de revoluciones del husillo y, en consecuencia, menores velocidades de avance.

Una aplicación muy sencilla del procedimiento radica, por ejemplo, en la producción técnica de torneado de espigas excéntricas. Para ello, mediante un encadenamiento de conjuntos de instrucciones, por ejemplo, con G 33, se lleva a cabo una resolución de 180º del ángulo de torneado respecto de la pieza de trabajo, al programar una cadena de coordenadas de los respectivos valores numéricos para X y Z, así como puede programarse un incremento en F, en donde en principio los incrementos ubicados entre los valores programados en Z para el paso angular de 180º en cada caso, deben corresponder a la mitad del valor de elevación programado. En contraposición, los valores para X saltan en cada medio ciclo de 180º entre un valor de diámetro mayor y menor programados, en donde en teoría el valor medio corresponde al diámetro y la diferencia media, a la excentricidad de la espiga a fabricar. A los fines de simplificar el dispendio de programación, pueden ingresarse como las llamadas variables, por ejemplo, las intermitencias que se repiten en el eje longitudinal, o bien, diametral en algunos comandos. Dado que para el ejemplo de trabajo descrito la modificación del diámetro es por lo general superior al avance pretendido representado por la inclinación, el comando de la máquina, en el caso normal, compensará la elevación programada con el avance del eje X. Por eso, debe ingresarse para la elevación en F la vía programada respecto del diámetro por cada revolución, es decir, el doble de la diferencia de diámetro, en caso de que se evite la alteración mediante conjuntos de instrucciones, por ejemplo con H. De la programación descrita resulta un segmento curvo de trayectoria teórico del patín cruzado en forma de una línea en zigzag continua. Efectivamente, se obtiene sobre la base de diferentes factores amortiguantes como, por ejemplo, una alta masa del patín cruzado e insuficiente rigidez del circuito de regulación, una secuencia de movimiento casi sinusoide de constante repetición del patín cruzado durante el avance a lo largo de la pieza de trabajo, de modo que pese a una programación en principio simple, resulta una sorprendente redondez de la espiga excéntrica. Por otra parte, resulta de esta distorsión que las medidas verificables en la pieza de trabajo no coinciden exactamente con los valores programados. Por ello, los valores numéricos a programarse deben establecerse mediante piezas de prueba. Luego de realizado esto, esos valores son reproducibles con mucha exactitud en la máquina correspondiente.

El proceder arriba descrito es modificable para la fabricación torneada de cuerpos elípticos, al fijar la curva en zigzag programada con doble resolución, es decir, con fases de 90º en el ángulo de torneado. Ahora bien, los dos diámetros programados alternadamente describen el diámetro teórico mayor, o bien, menor de la elipse. La elevación compensada, por lo general, por el mando en el eje X, debe entonces programarse con la cuádruple diferencia del diámetro.

Se procede del modo correspondiente, cuando debe producirse en polígono (llamado cuerpo de espesor uniforme), en donde es necesaria una resolución del paso angular de 60º. Tal tipo de procesamiento es de interés, por ejemplo, como ranura trazada en la superficie plana, como se conoce actualmente, por ejemplo, como ranura de engrase de discos de avance o ranura de limpieza en discos de freno. En los ejemplos mencionados no se requiere una exacta trayectoria de la ranura para el funcionamiento correcto, de modo que carecen de importancia eventuales desviaciones de la trayectoria.

En los ejemplos arriba descritos, se trata de procesamientos excéntricos relativamente armónicos con un avance constante sobre el eje longitudinal con una definida programación de la inclinación. Es posible sin más ampliar la programación descrita mediante la inclusión de puntos de ayuda y así llegar a un contorno perfeccionado. Pero aquí continúa el procedimiento según la invención, al proponer para la fabricación con desprendimiento de viruta de piezas con mayor discontinuidad, o bien, irregularidad del contorno, o la realización de una mayor precisión de recorrido, el empleo de valores elevación variables, por ejemplo, también en relación con una resolución más precisa del contorno. En el programa se describe la trayectoria del husillo cruzado para la obtención de un determinado contorno, sobre la base de uniones encadenadas, por ejemplo, con G 33 y se fija para cada conjunto de programas una elevación distinta, en donde en el caso extremo, un primer conjunto de programas presenta, por ejemplo, un muy pequeño o un próximo conjunto de programas presenta un valor muy elevado para F, etc., de modo que por ejemplo se produce una secuencia fluida y abrupta del patín cruzado. Con este procedimiento pueden realizarse trabajos discontinuos respecto de la técnica del torneado en el marco de una gran variedad, por ejemplo, también en cuerpos con curvatura de superficie.

Del mismo modo, mediante el procedimiento puede emplearse la cadena de coordenadas almacenada en los conjuntos de programas, a partir de los respectivos valores X y Z, tanto para sí misma, como también con relación a los valores F que saltan, para realizar tales tipos de trayectorias de contornos. Así, por ejemplo, puede programarse el avance de uno o ambos ejes como los así llamados pasos de peregrino, en donde luego de un determinado tramo de avance en cada caso sigue, por ejemplo, un retroceso abrupto (más breve), al cual a su vez se postconecta, por ejemplo, un mayor tramo de avance. En el mismo sentido, un procesamiento tal puede entenderse, por ejemplo, como el corte alternado de roscas derechas e izquierdas encadenadas con un paso de rosca eventualmente asimétrico.

El procedimiento según la invención también permite la fabricación con desprendimiento de virutas de elementos contorneados de desarrollo irregular que sobresalen de una superficie externa inclinada o curvada, en donde con el costado de la cuchilla del torno se trabaja esencialmente el flanco del elemento contorneado de desarrollo irregular y con la punta de la cuchilla del torno la superficie externa. Aquí, mediante la correspondiente programación de los puntos de inicio y final, así como de la inclinación, se guía la punta de la cuchilla del torno en una trayectoria que recorre esencialmente la superficie externa y con el costado de la cuchilla del torno, se realiza a través de una modificación programada de la velocidad del procedimiento y/o del sentido de avance el flanco del elemento contorneado de desarrollo discontinuo.

En la programación descrita se debe tener presente en especial que se aplique correctamente la dirección referencial para F que usualmente se identifica con el parámetro direccional H. Es sabido que en H se determina con qué eje se compensa el avance que corresponde a la posición de la rosca programada en F. Si no hay indicaciones o con H = 0, el avance se refiere al eje Z, es decir, en principio a las roscas longitudinales, cónicas o correspondientemente encadenadas hasta un máximo de 45º respecto del eje Z. Si H se coloca en 1, la compensación de avance afecta entonces el eje X, es decir, básicamente las roscas de los planos, conos y correspondientemente encadenadas hasta un máximo de 45º respecto del eje X. Además, con H = 3 puede aplicarse el avance a la trayectoria de la rosca. En caso de roscas concatenadas en superficies curvadas, puede fácilmente suceder que el valor límite de 45º sea superado y el control de la máquina entonces salte automáticamente a la otra compensación axial. Ésta debe establecerse entonces mediante el cálculo e indicarse en el programa intencionalmente con un dato falso, o la intermitencia debe prevenirse a través del software, si el control dispone de un correspondiente conjunto de instrucciones, por ejemplo, con 1 para una elevación plana y K para una elevación longitudinal.

Paralelamente existe la dificultad en la programación de los coordenadas meta X y Z en relación con la elevación F en un conjunto de instrucciones para roscas (por ejemplo, G 33), que el comando no acepta una elevación de 0 de existencia real. Una posibilidad para superar esta dificultad radica en fijar este parámetro al incremento mínimo programable (por ejemplo, 0,001 mm).

Sin embargo, con la invención se pone a disposición un método aún más elegante para la eliminación de este problema, en donde éste al mismo tiempo evita la intermitencia a los 45º, así como también reduce el dispendio de programación. Luego se conforma el programa excéntrico, por ejemplo, en el conjunto de instrucciones G 01 mediante cadenas de coordenadas de X y Z y en C se indica el respectivo ángulo del husillo. Se evita entonces un cálculo de la respectiva elevación, dado que ésta resulta de las diferencias del parámetro referencial seleccionado en cada caso (Z o X), con relación al ángulo del husillo C. Cuando entonces los pasos angulares entre los siguientes ángulos de husillos de los conjuntos de programas son iguales o se repiten con una determinada regularidad, por ejemplo, como un ritmo excéntrico, entonces puede programarse el valor para C como una variable. En ese caso, este parámetro será incrementado o disminuido en su valor luego del cumplimiento de las tareas del respectivo conjunto de programas, por los respectivos valores de pasos angulares que también pueden programarse como variables o valores fijos. En caso de que fuera necesaria una modificación del programa eventualmente muy largo, suele resultar suficiente la sobreescritura de escasos valores fijos o variables.

Aunque el procedimiento antes propuesto de programación del ángulo de husillo sólo en determinadas máquinas y mandos de control numérico que responden al último estado de desarrollo de la técnica. Por el lado de la máquina, el husillo está integrado al motor de propulsión, donde toda la unidad es direccionable tanto como eje de giro como también como eje C. En un mando de control numérico correspondientemente veloz, existe entonces respecto de la programación una determinada equivalencia respecto de la velocidad de giro del husillo, la que se advierte, por ejemplo, en que el eje C puede usarse hasta altas revoluciones (dado el caso, varios miles de revoluciones por minuto). Con ello, pueden lograrse mediante la programación del eje C velocidades de corte que equivalen a las de las habituales operaciones de torneado.

El procedimiento completo conforme a la invención se amplía aún más con la propuesta de superar los límites de aplicación dados por la dinámica limitada de la máquina, al emplear un entrelazado de secuencias de procesamiento para geometrías extremas de procesamiento. Se trata aquí de un tipo de procesamiento de intermitencia que en un primer ciclo de procesamiento trabaja, por ejemplo, sobre un primer elemento contorneado, dejando sin procesar un segundo elemento, para luego trabajar con un recorrido uniforme el tercer elemento contorneado, etc. Los elementos contorneados omitidos en el primer ciclo de trabajo serán mecanizados por desprendimiento de virutas en un segundo ciclo de trabajo, donde ahora se emiten los elementos contorneados del primer ciclo de trabajo. Este procedimiento considera la sobreoscilación del sistema global que resulta del movimiento abrupto programado a partir de una velocidad máxima de trabajo, que no está en condiciones de recorrer un elemento contorneado que sigue a corta distancia. Con ello y a los efectos de llevar a cabo el procedimiento se requiere de un mayor tiempo de trabajo a causa, por ejemplo, de las dos o más secuencias de trabajo, sin embargo, este tiempo es mucho más breve que el empleado en una fabricación mediante técnica de fresado.

Con la invención se proponen simultáneamente aplicaciones preferenciales del procedimiento. Estas aplicaciones mediante ejemplos de realización sirven al mismo tiempo para una explicación más detallada del procedimiento.

Una de las aplicaciones propuestas se refiere a la fabricación de roscas de diferentes cuerpos enroscables, en especial autocortantes, en material blando como, por ejemplo, tornillos para madera, plástico o hueso, entre ellos, por ejemplo, implantes como tornillos para cabezas de fémur, cuerpos de fusión, tornillos para el así llamado fijador externo, pernos para implantes dentales o cavidades artificiales para articulaciones de cadera.

Otra aplicación se refiere a la fabricación de costo conveniente de los llamados perfiles de cuñas circulares en las superficies de acople internas o externas de elementos de unión en la construcción de máquinas.

Una de las aplicaciones antes propuestas se refiere a las cavidades artificiales de las articulaciones de la cadera atornillables preferiblemente de forma autocortante, que están previstas para el llamado implante sin cemento en las personas. Tales cavidades para enroscar están disponibles en el mercado en las realizaciones más variadas. Para una integración confiable y duradera, así como un ventajoso manipuleo durante el implante, la conformación de la rosca tiene una importancia determinante. En el ínterin es de conocimiento que una gran superficie de contacto del implante con el apoyo óseo sin extremos de carga y un perfil de rosca inclinado hacia el polo de la concavidad son buenos presupuestos para evitar el aflojamiento. Además, tal cavidad roscada debe presentar una buena tactilidad, con lo que se denomina la posibilidad de percibir por el tacto durante el atornillamiento, con ayuda de la cavidad roscada, el apoyo del cuerpo de la cavidad sobre la superficie ósea de recepción preparada en el acetábulo. En los tipos de cavidades roscadas usuales hasta ahora, existe una necesidad de intervención, porque en ellos luego del implante subsisten espacios libres no deseados en el área de la superficie ósea límite, o porque solamente pueden enroscarse con un gran esfuerzo, o bien su tactilidad es insuficiente.

Un grupo de cavidades roscadas está provisto de una así llamada rosca plana, en la que las superficies laterales de la rosca son paralelas entre sí. Es habitual interrumpir la rosca en determinadas secciones mediante la integración de ranuras viruteadas a fin de formar cantos de corte. En este tipo de rosca, la fuerza de corte, en oportunidad del enroscado autocortante, debe ser aportada en su totalidad por la superficie superior de la rosca orientada radialmente hacia afuera, o bien, por aquellos cantos cortantes. Sin otra medida, el trayecto de la curva, representado por la superficie superior de cada aleta de rosca, describe visto desde arriba y axialmente una espiral a partir del lado polar de la cavidad para enroscar, cuyo recorrido exacto depende de la conformación del cuerpo de la cavidad para enroscar y del paso de la rosca. Por lo tanto, con el avance del enroscado aumenta la distancia radial de la curva respecto de la línea axial central. El final de cada aleta de rosca, por lo tanto, sobresale radialmente en mayor medida que su inicio. De ese modo, al enroscar tal tipo de concavidad se produce un efecto de apriete, que solamente puede ser menguado por las fuerzas de raspado de la superficie áspera del implante que actúan sobre el material óseo. Por eso, tales implantes están sujetos a un requerimiento de esfuerzo de roscado innecesariamente alto.

Por otro lado, se conocen concavidades roscadas con roscas planas, cuyas aletas de rosca están provistas de un ángulo libre merced al refresado grupal. Pero del tipo de procesamiento elegido resultan superficies rectas en los extremos, las que se prolongan en posición retrasada como cuerdas respecto del círculo de giro conformado por el respectivo canto de corte. De ese modo, las concavidades para enroscar con tal tipo de rosca pueden enroscarse de modo algo más sencillo, pero, debido a la menor altura del diente de rosca, sólo presentan una superficie reducida para la transmisión de fuerzas. Resulta muy desventajosa en especial la formación de grietas en el área del extremo del diente de rosca entre el implante y el hueso, así como el efecto palanca que actúa sobre el sustrato óseo, debido a las ranuras demasiado profundas de los dientes. Por ello, tal tipo de concavidades para enroscar no resisten un análisis crítico desde el punto puramente médico.

Las concavidades para enroscar del tipo antes descrito con rosca "Rach" hasta ahora sólo pudieron imponerse en un determinado nicho de mercado. En la actualidad parecen ser más usuales las concavidades para enroscar con las así llamadas roscas con punta. Pero también en este grupo existe en principio el conjunto de dificultades antes descrito respecto de la conducta inaceptable de enroscado y de la formación de grietas en la zona de contacto. Los distintos intentos por reducir los requerimientos de fuerza de enrosque produjeron, entre otras cosas, que se ampliaran mucho las ranuras fresadas a costa de las aletas de rosca. Ello determinó la pérdida de valiosa superficie de contacto, unido a la formación de amplios espacios huecos o de áreas óseas excluidas de la transmisión de fuerza.

Con la patente US 4.997.447 se propone una concavidad para enroscar con ranuras de rosca redondas, cuyas superficies de extremo de los distintas aletas de rosca se extienden arqueadas, generando un ángulo libre debido a que el radio de este arco que parte del polo de la concavidad se reduce progresivamente a mayor distancia del canto de corte. En esta concavidad para enroscar y sin perjuicio de su buen comportamiento de enrosque, debería haberse reducido notablemente el grado de formación de grietas respecto de superficies extremas de línea recta. Empero, para su fabricación es menester hasta ahora un gasto bastante elevado de tiempo, dado que la conformación propuesta requiere la completa eliminación de la extensión total del extremo del diente mediante una fresadora.

Con relación a las concavidades con roscas en punta, hasta ahora no existen en el mercado realizaciones con un ángulo libre de los distintos segmentos de rosca. Ello presumiblemente se debe a que una realización semejante adolece de un alto grado de dificultad y la fabricación mediante técnicas de fresado, además de una programación muy dispendiosa, también requiere de una muy elevada inversión en tiempo de procesamiento. Estas dificultades se fundan en que en las roscas en punta debe emplearse, conforme al recorrido de las ranuras viruteadas, al menos una de las superficies laterales del diente de rosca para conformar un canto de corte. Si, no obstante, detrás del canto de corte debe formarse un ángulo neutro o libre, la correspondiente superficie lateral de la respectiva aleta de rosca debe fresarse hasta la próxima ranura viruteada con un ángulo lateral congruente. Allí surge la dificultad de que la fresadora con superficies externas curvadas no puede trabajar simultáneamente conforme al contorno el fondo de la ranura de rosca. Entonces se tiene la opción de tolerar a lo largo del flanco del diente una cavidad en forma de ranura cada vez mayor, o un resto en forma escalonada que se incrementa correspondientemente. Si este resabio no se acepta, debe eliminarse a continuación mediante al menos otra pasada adicional de fresado.

Con el procedimiento según la invención es posible fabricar ahora tales roscas para concavidades de articulaciones de cadera en menor tiempo de torneado y con mayor perfección. Allí carece de importancia si el trabajo de las discontinuidades para la generación de un determinado recorrido de cada aleta de rosca debe realizarse en su superficie polar, ecuatorial o frontal, o bien en varias de esas superficies. Debido a la libre programabilidad del desarrollo del procedimiento no sólo puede dominarse cualquier perfil del diente de rosca, sino también puede determinarse en forma prácticamente libre el desarrollo angular de las secciones de rosca. Simultáneamente el desarrollo completo de la rosca puede adaptarse perfectamente a la superficie externa del cuerpo de la concavidad. Por lo tanto, la invención puede aplicarse a todas las formas de concavidades conocidas, como por ejemplo, esféricas, no esféricas, paraféricas, cónico-esféricas, cónicas, cilíndricas, parabólicas, toroidales, etc.

El procedimiento según la invención puede combinarse sin dificultades con otros procedimientos conocidos de fabricación de roscas para concavidades de articulaciones de cadera, por ejemplo, con el procedimiento conocido de la patente europea EP 0 480 551, o bien con el procedimiento propuesto por la patente alemana publicada DE 44 00 001 para fabricar una rosca con perfil de rosca modificable de distinta manera. Especialmente ventajosa resulta una combinación con un perfil de diente de rosca plegado hacia el polo de la concavidad y una elevación de rosca de modificación continua conforme a la solicitud internacional de patente WO 97/39702.

Al respecto se propone con esta invención, en el caso de concavidades artificiales de articulaciones de cadera con un perfil de diente que se estrecha hacia el extremo del diente de rosca, formar las aletas de rosa conformadas entre las ranuras viruteadas en cada caso con las así llamadas superficies de rosca (también denominadas como superficies de atornillado) y a elección girarlas con su respectiva dirección de estrechamiento con relación al ángulo de torsión de la ranura viruteada. Se entienden como superficies de atornillado aquellas superficies generadas por rotación de un determinado perfil de diente con distancia radial constante del eje de la concavidad y por una elevación alrededor del mismo. En el caso de, por ejemplo, un perfil de diente trapezoidal por lo tanto se conforman tres superficies de dientes, una como superficie frontal y dos como superficies laterales. Allí, estas superficies de atornillado pueden estar sometidas a lo largo de su extensión en su área de base, a un acortamiento de altura, cuando el perfil del diente en determinadas conformaciones de la superficie externa de la concavidad para enroscar se prolonga dentro de la superficie externa. Las superficies siguientes al filo al comienzo de la respectiva aleta de rosca presentan entonces un ángulo neutro, es decir, ni un ángulo de apriete ni tampoco un ángulo libre. Con ello se eliminan los efectos de apriete indeseados, asegurando a pesar de ello un completo contacto óseo de las aletas de la rosca. Para que el filo que existe al inicio de cada aleta de rosca pueda desarrollar su efecto de modo óptimo, debe sobresalir respecto de la aleta de rosca anterior. Ello se logra en el primer paso al emplear, para las superficies de roscado de una aleta de rosca anterior, un mayor radio que para las superficies de rosca de la aleta de rosca anterior. Con preferencia, las distintas aletas de rosca a lo largo de su extensión son pivotadas relativamente entre sí con relación al ángulo de torsión de las ranuras viruteadas, prefiriéndose una dirección de pivoteo que se aproxima al ángulo de torsión, a fin de lograr que sobresalga el canto de corte lateral con ángulo de viruteado positivo.

Otra concreción práctica de la invención radica en generar durante la fabricación de tales tipos de rosca en posiciones fijas de la rosca mediante la programación de intermitencias excéntricas, funciones sobreoscilantes de transición del recorrido de corte y sincronizar éstas con las ranuras viruteadas de modo tal que el canto de corte siguiente a la ranura viruteada en la dirección de enrosque sobresalga respecto del perfil del diente. El área restante de la aleta del diente se presenta, por lo tanto, postergada respecto del canto de corte, de modo que detrás del canto de corte se conforma un área similar a un ángulo libre.

Otra aplicación de la invención se refiere a los acoples llamados de cuña circular o 3K en la construcción general de maquinaria. Aquí se trata de uniones extensibles accionadas por fricción, por ejemplo, entre el eje y la maza, que permiten uniones autobloqueantes, pero nuevamente desprendibles.

En el caso de una unión de cuña circular, en contraposición a una unión cilíndrica de presión transversal, las superficies de las aletas del eje y de la maza no son redondas, sino que presentan superficies cuneiformes en su perímetro. Mayormente se trata de tres superficies cuneiformes. Se componen de secciones idénticas, rotadas entre sí, de espirales, por ejemplo, de espirales logarítmicas. Al tensar mediante rotación en un valor angular relativamente pequeño (por ejemplo, 15º), resulta el necesario contacto homogéneo de superficie y con ello la máxima fuerza generada entre el eje y la maza. Las uniones de cuña circular aseguran una transmisión favorable de las fuerzas a transmitir y poseen una ventajosa solidez de conformación. Una unión con tres cuñas de giro en el perímetro es autocentrante. Cuando la elevación radial de las superficies de cuñas se selecciona en el intervalo de 1:50 a 1:200, tal tipo de unión de cuña circular por lo general es autobloqueante.

En cantidades muy grandes y con exigencias técnicas no tan elevadas puede producirse el perfil de cuña circular sin necesidad de desprendimiento de viruta y, por ello, a un costo relativamente adecuado. Por otra parte, en caso de una menor cantidad de unidades y elevadas exigencias de calidad, hasta ahora se requería una fabricación por fresado o incluso por esmerilado con el correspondiente costo. Debido al diámetro de la fresadora o del disco de esmerilado, se producen áreas no utilizables en las transiciones de las distintas superficies de cuñas circulares. Éstas, juntamente con el ángulo de torsión relativo necesario para el ensamble, implican un aprovechamiento sólo parcial de la unión en lo que respecta a la fuerza.

Con el procedimiento de la invención ahora pueden producirse según la técnica de torneado tales tipos de uniones de cuña circular aplicando secuencias entrelazadas de procesamiento, con elevada exactitud y a bajo costo, incluso en mínimas cantidades da fabricación. Allí incluso, según sea requerido, se brinda la posibilidad de conformar tales uniones en forma cónica.

A continuación se explicarán en mayor detalle las aplicaciones preferidas de la invención mediante las diecisiete figuras de los dibujos, en los que:

Fig. 01 muestra una concavidad hemisférica para enroscar con rosca plana de apriete frontal conforme al estado de la técnica

Fig. 02 muestra una concavidad hemisférica para enroscar con rosca plana provista de un ángulo libre conforme al estado de la técnica

Fig. 03 muestra una concavidad hemisférica para enroscar procesada según la invención con rosca plana de aletas de rosca con superficies frontales de enroscado

Fig. 04 muestra una concavidad hemisférica para enroscar procesada según la invención con rosca en punta de aletas de rosca con superficies de enroscado por todos los lados

Fig. 05 muestra dos aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 1

Fig. 06 muestra dos aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 2

Fig. 07 muestra dos aletas de rosca con ángulo libre y superficie frontal en forma de arco

Fig. 08 muestra dos aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 3

Fig. 09 muestra dos aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 4

Fig. 10 muestra tres aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 3 y un recorrido altamente dinámico de la herramienta

Fig. 11 muestra tres aletas de rosca de la concavidad para enroscar conforme a la Fig. 3 y un recorrido con dinámica media de la herramienta con procedimiento de intermitencia

Fig. 12 muestra tres aletas de rosca de la concavidad para enroscar a conforme la Fig. 3 y recorrido sobreoscilante de la herramienta con procedimiento de intermitencia

Fig. 13 muestra el recorrido teórico de la herramienta generado por comando de intermitencia

Fig. 14 muestra el contorno de la herramienta generado a partir de funciones de transición

Fig. 15 muestra la geometría final de la pieza de trabajo luego de continuar el procesamiento

Fig. 16 muestra el casquillo para una unión de cuña circular

Fig. 17 muestra la espiga para una unión de cuña circular.

La figura 1 muestra la vista desde el polo de una concavidad para enroscar hemisférica 1 con rosca plana conforme el estado de la técnica a través de un ejemplo en una ampliación de aproximadamente 1,3 veces. Para el ejemplo se fijó el diámetro nominal en 54 m, la altura media de dientes en 2,6 mm, la elevación en 5 mm y el diámetro del orificio de base en 22 mm. Las medidas básicas se fijaron de este modo por razones técnicas de dibujo y se mantuvieron en las figuras 2 a 4 a los fines de facilitar la comparación. Del mismo modo se fijó de modo uniforme en 0º el ángulo de torsión de la ranura viruteada, a fin de simplificar la representación en las figuras. Se conoce que una ranura viruteada torsionada presenta ventajas con relación a un mejor ángulo de viruteado y una transmisión de fuerza distribuida de modo más uniforme.

Al orificio del fondo 9 de la concavidad para enroscar 1 se agrega un área 6 en forma de cúpula sin rosca del cuerpo de la concavidad. El diámetro del cuerpo de la concavidad está representado en el dibujo simplemente a través del área ecuatorial del borde 10. El paso de la rosca comienza del lado del polo en la primera aleta de rosca 7 y se eleva hasta su altura total en la aleta de rosca 2. Dos de las aletas de rosca (2, 3) están provistas de números de identificación, dado que se previeron para una representación detallada en la Fig. 5. Tanto las superficies frontales (4) como también los bordes (5) conformados en cada caso en la base del diente hacia el cuerpo de la concavidad, de las distintas aletas de rosca, con excepción del área inicial o final del paso de la rosca, se ubican en la representación bidimensional, en cada caso en una curva espiralada, comprendiendo el paso de rosca completo aproximadamente cuatro giros. El fondo de la rosca 8 que se extiende entre las aletas de rosca conforma la superficie externa hemisférica del cuerpo de la concavidad. Para realizar las ranuras viruteadas (11), o bien, los cantos de corte, la rosca perimetral es ranurada 12 veces sin ángulo de torsión, siendo que el ranurado penetra en un ángulo de alrededor de 10º, para poder generar en cada caso un ángulo de viruteado positivo en el extremo del diente roscado.

El ejemplo de realización de una concavidad para enroscar 12 en la figura 2 con rosca plana según el estado de la técnica surgió de la concavidad para enroscar 1 a partir un procesamiento posterior de fresado. Por lo tanto, se corresponden el orificio del fondo 20, el área de la cúpula 17, el fondo de la rosca 19, el diámetro nominal 21 y el ranurado 22, así como los cantos (16) entre las aletas de rosca y el cuerpo de la concavidad, en su totalidad con la figura 1. A fines de mantener una altura media constante del diente de rosca, debido al contorno hemisférico de la concavidad se destalonaron individualmente las aletas de rosca, desplazándose en esa oportunidad el comienzo de la rosca del lado polar hacia la aleta de rosca 18. Las superficies externas rectas 15 de las distintas aletas de rosca ahora se presentan ahora como cuerdas respecto del círculo de giro de los cantos de corte frontales que en cada caso se ubican adelante en el sentido de enroscado y en sincronización con el ranurado de la rosca, de modo tal que en relación al respectivo círculo de giro se forman ángulos libres. La acción de los cantos de corte sobre la reducción del requerimiento de fuerza de enroscado se despliega mediante la circunstancia de que la distancia radial de los cantos de corte hasta el eje de la concavidad es de este modo siempre mayor que la correspondiente distancia radial del extremo de la aleta que antecede. Luego y en la figura 6 se detallarán dos de las aletas de roscas provistas de los números de identificación 13 y 14.

El ejemplo de realización indicado en la figura 3 de una concavidad para enroscar 23 procesada según el procedimiento de la invención corresponde en su forma hemisférica de la concavidad y en sus medidas básicas, así como en su orificio del fondo 31, al área de cúpula 28 siguiente, al canto (27) entre las aletas de rosca y la superficie externa de la concavidad, así como al fondo de la rosca 30, al diámetro 32 y al ranurado de rosca 33, nuevamente al ejemplo de realización de la figura 1. El paso de rosca de la rosca plana comienza con una primera aleta de rosca 29 con un diente de reducida altura, a la que le sigue una secuencia de cuatro aletas de roscas más con una altura de diente que se incrementa abruptamente en cada caso, hasta que la rosca con la aleta de rosca 24 alcanza su altura completa. Los flancos que corren paralelos a cada una de las aletas de rosca limitan en cada caso con una sección externa de una superficie cilíndrica 26 coaxial al eje de la concavidad a enroscar, siendo que el diámetro del cilindro básico aumenta escalonadamente de una aleta de rosca a otra. Este principio de conformación es realizable a elección también mediante un recorte en cada caso a partir de una superficie de rosca ubicada de modo coaxial. Debido a la conformación descrita no existe en las aletas de rosca ni un ángulo de apriete, ni un ángulo libre. Un ángulo libre ni siquiera es necesario allí, porque las fuerzas de raspado generadas por la aspereza de superficie (producida, por ejemplo, por arenado de la superficie de la concavidad) evitan -con un movimiento relativo neutro- el trabado durante el proceso de enroscado. De este modo y en un primer momento se elimina la desventajosa formación de grietas entre el implante y el apoyo óseo. Igualmente trasciende el canto de corte de las aletas de rosca que en cada caso se ubica adelante y afuera, dado que presenta una distancia radial mayor respecto del eje de la concavidad que el canto de corte que sobresale. El resultado es un requerimiento menor de fuerza de enroscado con una tactilidad media, así como fijación primaria y secundaria mejorada del implante.

Otro ejemplo de realización de una concavidad hemisférica para enroscar 34, procesada mediante el procedimiento de la invención, se presenta en la figura 4. También aquí se adoptaron sin alteraciones distintos detalles, o sea, el orificio del fondo 42, el área de cúpula 39, el fondo de rosca 41, el diámetro 43 y el ranurado de rosca 44 de los ejemplos de realización presentados anteriormente. En contraposición a ellos, en el caso de la rosca representada se trata de una rosca en punta con un perfil de diente de rosca básicamente triangular. Este hecho no es deducible de la representación bidimensional. En forma similar a los casos anteriores, el paso de rosca comienza con una primera aleta de rosca 40 pequeña y se incrementa en su altura de diente de modo escalonado, para alcanzar su altura media (final) de diente previo a la aleta de rosca 35. El borde (37) conformado por la cabeza del diente que, en una sección transversal triangular del diente de rosca realmente aguda sólo existe como línea, para cada aleta de rosca individual es una línea de roscado con distancia constante del eje de la concavidad a enroscar, que en la representación sólo puede observarse como arco con radio fijo que parte del centro de la concavidad. En la rosca en punta elegida se conformó, debido a la falta de torsión de la ranura viruteada 44, un canto de corte en ambos flancos del diente de rosca. El canto de corte se desplaza a uno de los flancos del diente de rosca, cuando existe un ángulo de torsión adecuado de la ranura viruteada. Las superficies de ambos lados de una sola aleta de rosca del ejemplo mostrado son superficies de enroscado, en donde la elevación de la superficie del lado polar equivale a la elevación de la superficie del lado ecuatorial, incluso cuando la impresión óptica a causa del diámetro que se incrementa en dirección al ecuador haga creer lo contrario. Debido a ello, el canto 38 conformado en la base del diente entre la aleta de rosca y la superficie externa de la concavidad a enroscar parece extenderse hacia atrás dentro de la superficie externa de la concavidad. Luego de emplear mayores distancias radiales respecto del eje de la concavidad para las superficies de enroscado de la aleta de rosca siguiente en cada caso, los cantos de corte de ambos lados sobresalen lateralmente hacia el perfil de la rosca, o bien, radialmente hacia afuera, respecto de la aleta de rosca que antecede en cada caso, posibilitando de este modo un paso fácil al enroscar. También en este caso y debido al ángulo neutro formado por la extensión de las aletas de rosca, se evita que se produzcan grietas en el área de contacto con el hueso.

Las manifestaciones anteriores realizadas respecto del estado de la técnica y de los ejemplos de realización del procedimiento de la invención, serán en lo sucesivo mejor aclarados sobre la base de detalles representados en forma aumentada y destacada, dado que determinados detalles sólo pueden reconocerse con dificultad en la vista general.

En la figura 5 se representan dos aletas de rosca 2, 3 de la figura 1 de manera ampliada. Allí, la aleta de rosca 2 presenta un canto de corte 45 ubicado en el frente de su superficie 46 del extremo frontal y la aleta de rosca 3 presenta un similar canto de corte 47 en la correspondiente superficie 48. El círculo de giro 49 descrito por el canto de corte 45 con un radio fijo alrededor del eje central de la concavidad durante el enroscado de la concavidad de roscado, está representado por una línea punteada. Se puede reconocer bien que una parte de la respectiva aleta de rosca excede el círculo de giro, lo que por lo general deberá llevar a efectos de trabazón.

No han de esperarse tales efectos de trabazón en la ejecución de la figura 6 de las aletas de rosca 13, 14 según el ejemplo de la figura 2, dado que las superficies de los lados frontales 51 ó 53 están destalonadas con fresa con un ángulo libre de acuerdo con los cantos de corte 50 ó 52, no teniendo contacto alguno la superficie del lado frontal de la aleta de rosca con el círculo de giro 54 punteado del canto de corte 50, aunque en esta área subsiste en cada caso un espacio libre no deseado. Éste es tanto más amplio, cuanto más pequeña sea la cantidad de ranuras viruteadas. En especial, aquí están en extrema desventaja las concavidades roscadas con, por ejemplo, solamente seis ranuras viruteadas. La conformación mostrada se utiliza con frecuencia en concavidades roscadas cónicas, porque entonces las aletas de rosca pueden destalonarse por fresa muy racionalmente por así decirlo en paquete. Sin embargo, desde el punto de vista médico, este argumento debe ser rechazado.

El aspecto problemático arriba indicado puede llegar a solucionarse en cierta medida mediante una conformación según la figura 7 de las aletas de rosca 60, 61. También aquí las superficies de los lados frontales 56, 58 de las aletas de rosca tras los cantos de corte 55 y 57 frontales están provistas de un ángulo libre respecto del círculo de giro 59, de manera que se evite una trabazón al enroscar. Sin embargo, debido a la forma arqueada de las superficies 56, 58 el espacio libre generador de grietas es relativamente pequeño, y por ello, más aceptable, aunque hasta ahora esta forma arqueada requería un gran dispendio de fresado, porque al ejecutarse tangencialmente cada aleta de rosca, éstas debían en principio tratarse en forma individual. Con el procedimiento según la invención, la conformación geométrica de cada aleta de rosca mostrada, puede ahora producirse muy racionalmente mediante solamente una aplicación en un torno de control numérico computarizado.

A los efectos comparativos, en la figura 8 y por medio de dos aletas de rosca 24, 25 aumentadas en su tamaño, se muestra la ejecución realizable con el procedimiento de la invención de las respectivas superficies externas de cada aleta de rosca como así llamadas superficies de rosca, tal como ya fue ya fueran mostradas en la figura 3. Las superficies frontales 63 ó 65 de las aletas de rosca que parten respectivamente de los cantos de corte 62 ó 64, poseen un radio fijo que en cada caso está definido a partir de la distancia entre el canto de corte y el eje de la concavidad roscada 67. Por ello, en el dibujo el círculo de giro que atraviesa el canto de corte 62 y está representado por una línea punteada, parte del radio 66 superponiéndose coincidentemente con la superficie frontal 63. Dado que el respectivo radio de la aleta de rosca 25 es mayor, su canto de corte 64 sobresale en relación al canto de corte 62 de la aleta de rosca 24 que avanza al enroscarse. Así cada canto de corte y la siguiente superficie frontal adjunta en un ángulo positivo de viruteado, puede penetrar en el material óseo a mecanizar con desprendimiento de viruta e introducir ésta con un corte relativamente fácil en la ranura viruteada.

La situación de la figura 4 que reproduce con aumento la figura 9, se distingue de la ejecución de la figura 8 porque la rosca en su perfil de dientes ahora no es una rosca plana sino una rosca en punta. Sin embargo, también aquí todas las superficies externas de las respectivas aletas de rosca 35, 36 están conformadas en todos los casos como superficies de rosca. Debido al ángulo lateral inclinado y la elevación o bien la posición de las aletas de rosca, así como del contorno de la superficie externa hemisférica, el canto conformado en la base del diente hasta la superficie externa parece penetrar con su extremo posterior 73, 74 en el cuerpo de la superficie externa. En efecto, sin embargo en la rotación de la concavidad roscada no aparece un movimiento radial de la sección del diente proyectada, porque los respectivos cantos externos 69, 71 son inalterables en su radio respecto del eje de la concavidad roscada. A partir del uso de una sección triangular de diente para el ejemplo mostrado, resulta un desplazamiento del respectivo canto de corte sobre al menos una, o bien, para ranuras viruteadas sin torsión, sobre las dos superficies laterales de la respectiva aleta de rosca. En el dibujo solamente puede verse el canto de corte 68, 70, en cada caso del lado de los polos. El respectivo canto de corte posterior está cubierto. El círculo de giro del canto del diente roscado frontal 69, se representa con el radio fijo 72, alrededor del eje 75 de las concavidades roscadas. El requerimiento de fuerza de roscado extremadamente reducido de esta ejecución resulta del desplazamiento recíproco radial de cada aleta de rosca, con lo que sobresalen tanto lateral, como también externamente, los distintos cantos de corte con relación a los cantos de corte que les anteceden en cada caso.

Para la mejor comprensión del proceso de ejecución del procedimiento para la aplicación preferida propuesta para la fabricación de una rosca de la concavidad para enroscar, se recurre nuevamente en las figuras 10 a 12 a los datos conocidos de las figuras 3 y 8. Aquí se ilustra en cada una de las figuras las tres aletas roscadas 24, 25, 76 de la rosca plana, así como el canto de corte 62 en la superficie del lado frontal 63 y su círculo de giro 77 representado por una línea punteada, con el radio 66 que parte del eje de la concavidad para enroscar. Para ello se redujo levemente la escala de representación respecto de las figuras anteriores.

En la figura 10 se representa una vía 78 desplazada de modo equidistante respecto de las superficies frontales por una herramienta de trabajo (por ejemplo, una placa de corte de inversión), la que se puede obtener en la conformación indicada por medio de una programación correspondiente mediante un torno extremadamente dinámico. La distancia de la vía respecto del contorno a virutearse se eligió para hacer visible la trayectoria de la vía en toda su extensión. La vía 78 muestra dos discontinuidades 79 y 80 colocadas intencionalmente mediante la programación en una posición, que se elimina por fresado durante el procesamiento posterior de ranurado de rosca. Aunque las discontinuidades 79, 80 de la vía 78 constituyen funciones de transición, se genera así una función radial intermitente entre las aletas de rosca sucesivas. Esta función radial intermitente de todos modos existe respecto de la programación propuesta, en donde al menos deben ingresarse dos coordenadas sucesivas del mismo diámetro con un recorrido de procedimiento adecuado en Z, así como una correspondiente elevación, o bien, los correspondientes ángulos de husillo, y a continuación un salto de diámetro con avance máximo (por ejemplo, 100 mm/rev). Para lograr un resultado de procesamiento aceptable, se requiere que el área de transición en la pieza a ser trabajada no sea superior al ancho previsto de la ranura viruteada.

Con la mayoría de los tornos de control numérico computarizado hoy disponibles, no es posible la producción de la vía de corte indicada en la Fig. 10, porque su dinámica global no es suficiente para movilizar el patín cruzado en otro diámetro de giro dentro del tramo requerido, conservando al mismo tiempo una suficiente exactitud en la vía. Con la invención se propone para estos casos un procedimiento de intermitencia, con el que en principio puede superarse esta dificultad. Pretende aclararse el correspondiente fundamento teórico mediante la figura 11. El modo de trabajo documentado mediante la curva de vía 81 prevé a través de una primera secuencia de trabajo, tan sólo trabajar sobre, por ejemplo, la primera, tercera, quinta, séptima etc., aleta de rosca y luego saltar la segunda, cuarta, sexta, etc. La función de paso superior de la vía 81 que resulta en cada caso de la programación con funciones intermitentes debido a la amortiguación de la máquina, debe tan sólo ser suficiente para, luego del punto 82 de la primera reacción, elevar la herramienta por sobre el próximo canto de corte de tal modo que éste no sufra redondez o daño. Para el retorno de la herramienta a la vía pretendida se dispone entonces de un tramo, por ejemplo hasta el punto 83, que no está limitado por el ancho de la ranura viruteada. En consecuencia, resulta posible sin más recuperar en una segunda secuencia de trabajo los elementos de contorno saltados, dejando de lado los elementos ya procesados.

En tornos más antiguos con la correspondiente inercia del circuito regulador debe tenerse en cuenta, que una sobreoscilación distorsiona adicionalmente la curva de la vía. Este efecto se pretende representar mediante la vía 84 en la figura 12. Luego de la reacción abrupta del movimiento de la herramienta frente a la indicación programada en el punto 85, se presenta una sobreoscilación de la vía, que alcanza su máximo en el punto 86. Éste se reduce paulatinamente a continuación, hasta que la vía coincida nuevamente con la indicación programada alrededor del punto 87. El efecto descrito en el ejemplo aún podría dominarse en dos secuencias de trabajo mediante el procedimiento de intermitencia propuesto. En el caso dado, el procedimiento de intermitencia, sin embargo, podría extenderse sin más a tres secuencias o más.

El procedimiento explicado anteriormente en diferentes variantes puede aplicarse tanto para superficies frontales de diente oblicuas, como para las superficies laterales de aletas de rosca, por ejemplo, según la figura 9. En ese caso, las funciones de intermitencia descritas se desplazan total o parcialmente del eje X al eje Z. Para estos casos no se presentan gráficamente las vías excéntricas realizadas por la herramienta, pero en principio coinciden con aquéllas del procedimiento de intermitencia mostrado para el procesamiento de la cabeza del diente.

Como ya se describió con anterioridad, la invención ofrece también la posibilidad de aprovechar directamente el comportamiento de sobreoscilación de la máquina para generar ángulos libres en las aletas de rosca. Por medio de las figuras 13 a 15 se pretende explicar con más detalle la forma exacta de proceder. Las figuras 13 a 15 muestran por medio de un ejemplo esquemático referido a un flanco desplazado de diente, tres curvas representadas con peralte, que sólo pretenden clarificar las partes del movimiento de interés de la vía de la herramienta, omitiendo el componente espacial. En la práctica, esta parte del movimiento puede ubicarse en uno o varios planos.

En la figura 13 se representa la vía de la herramienta 88 indicada por la programación mediante una sola orden de intermitencia. Los puntos de las coordenadas 89, 90, 91 y 92 se indican mediante los valores correspondientes para X y Z. De ello solamente se puede apreciar en la hoja ilustrada la modificación de Z, como componente vertical, mientras que la respectiva magnitud de X no puede deducirse de la ilustración. Las distancias horizontales entre los puntos de las coordenadas son proporcionales con relación al respectivo ángulo del husillo, el cual es programable directamente por el parámetro C (ángulo del husillo) o indirectamente por F (elevación). Aquí debe atenderse que al emplear el parámetro F no se supere el valor máximo permitido para el respectivo control minicomputarizado, mientras que, para la programación del ángulo del husillo, la intermitencia del ángulo puede sin más ser de 0º. En principio también pueden concatenarse varias instrucciones de intermitencia.

La figura 14 muestra en una pieza de trabajo el recorrido de un flanco de diente de rosca medido previo al fresado de la ranura viruteada. Este recorrido resulta de la cadena de instrucciones según la figura 13. La curva 93 graficada se compone de funciones de transición, que se fundan en la inercia y la rigidez de regulación de la máquina y del control. Comienza con un recorrido uniforme 94, para desviarse abruptamente en sincronización con la instrucción de intermitencia en el punto 95. Así se logra un punto de máxima sobreoscilación 96, al que le sucede una oscilación de retorno 97. Luego se produce una oscilación posterior 98 de menor amplitud, antes de que la curva vuelva a un recorrido regular 99.

En la figura 15 se indica el contorno lateral de la pieza de trabajo luego de realizada la ranura viruteada. Los flancos de la ranura viruteada se indican con dos líneas punteadas 102, 103. Se formaron así con dos aletas de rosca los flancos 100, 101. La ubicación de la ranura viruteada está sincronizada con el contorno del flanco del diente roscado de tal modo que, por un lado, el extremo 104 de la aleta de rosca anterior se coloca previo a la desviación en el punto 95 y, por el otro lado, forma un resalte del canto de corte 105 provisto de un ángulo libre en la aleta de rosca siguiente. La amplitud de la pequeña irregularidad 98 generada por la oscilación posterior depende tanto de la máquina empleada y su control, como también de la velocidad de corte aplicada. Dicha irregularidad prácticamente carece de importancia para la efectividad general del canto de corte sobresaliente y su ángulo libre generado en primera instancia.

El recorrido de dos flancos de diente roscado sucesivos representado a modo de ejemplo en el dibujo incluye un pivoteo recíproco de cada aleta de rosca con relación a su dirección de extensión. El grado de ese pivoteo depende de las indicaciones de construcción. El pivoteo puede, en este caso, minimizarse o eliminarse totalmente de modo tal que sobresalga tan sólo un residuo de la sobreoscilación (96) en forma de un canto de corte 105 o una parte del mismo, por sobre el extremo 104 de la aleta de rosca anterior.

El procedimiento explicado con ayuda de las figuras ilustradas 13 a 15 puede aplicarse de modo correspondiente, por ejemplo, en roscas planas en la cabeza del diente orientado radialmente hacia afuera, así como en otras roscas en dos o más superficies del perfil del diente de rosca.

Otra aplicación del procedimiento según la invención se presenta mediante las figuras 16 y 17 por medio de un ejemplo. Se trata aquí de una llamada unión de cuña circular que se aplica en la construcción general de maquinaria. La figura 16 muestra un casquillo de acople 106 con su centro 107. En la pared interna se forman tres superficies de cuña circular 108, 109, 110, las que se contactan entre sí con intermitencias 111, 112, 113. Se representa en la Fig. 17 una espiga 114 adaptada al perfil interno del casquillo 106. Éste presenta tres superficies de cuña circular 116, 117, 118 externas centradas hacia el eje central 115, las que confluyen entre sí con intermitencias 119, 120, 121. Las superficies de cuña circular existentes tanto en el casquillo 106 y en la espiga 114 son secciones de espirales, que comienzan o concluyen abruptamente en los respectivos puntos de contacto. Para la fabricación de estas superficies de cuña circular mediante el procedimiento según la invención, en principio no es relevante si en el caso se trata de secciones de una espiral de Arquímedes, logarítmica, hiperbólica o fermática. Pero de todos modos se parte de la base que una superficie de cuña circular de una espiral logarítmica genera la más favorable exigencia de material bajo tensión a causa del ángulo de elevación inalterado.

En la producción de las superficies de cuña circular internas o externas, es importante realizar una trayectoria de arqueado lo más coincidente posible con la instrucción, desperdiciando en las intermitencias la menor cantidad posible de la posterior superficie de contacto. Esta tarea puede resolverse sin más mediante el procedimiento según la invención con inclusión del sistema de intermitencia ya descrito precedentemente. Para la fabricación con desprendimiento de viruta, por ejemplo, del casquillo de cuña circular 106 en un torno con control numérico computarizado, en primer lugar se perfora el correspondiente material en bruto y eventualmente se lo prepara a la medida previa a través del proceso de desbastado. El procesamiento final mediante una varilla perforante, por ejemplo, con una placa de corte de inversión, en principio se realiza de forma tal que, durante la rotación de la pieza, la herramienta se traslade con un pequeño avance hasta el final de la superficie de cuña circular radialmente hacia afuera, para luego mediante un comando de intermitencia orientado hacia adentro, separarse de la superficie de cuña circular. A partir de este comando de intermitencia en el programa, se genera una trayectoria de la herramienta que se compone de elementos transitorios, que presenta una sobreoscilación orientada hacia el centro 107 y que, en virtud de la programación, está dimensionada de tal manera que la herramienta está claramente distanciada de la próxima superficie de cuña circular. Los conjuntos de instrucciones que siguen en el programa, apuntan a saltar la próxima superficie de cuña circular y permitir que la herramienta ingrese en la subsiguiente superficie de cuña circular. Para el ejemplo de realización indicado en la figura 16 que requiere movimiento relativo hacia la derecha visto desde arriba de la pieza respecto de la cuchilla del torno, la secuencia de procesamiento de las tres superficies de cuña circular 108, 109, 110, comenzando por ejemplo por la superficie de cuña circular 108, serán de la siguiente manera:

108 - procesar de 112 a 111

110 - saltar

109 - procesar de 113 a 112

108 - saltar

110 - procesar de 111 a 113

109 - saltar

108 - procesar de 112 a 111

etc.

Para la interpretación según la invención del programa de control numérico existen una serie de libertades. Así, por ejemplo puede programarse el avance radial como una elevación, a elección con una función modificatoria superpuesta (por ejemplo, mediante el parámetro E) o a través de coordenadas fijas, para realizar un determinado tipo de curvatura. Respecto del movimiento axial de la herramienta, la elección radica en mantener el correspondiente avance de la herramienta y utilizar un pequeño valor de avance o sólo aplicar un avance durante el desprendimiento de viruta de cada superficie de cuña circular o durante los intervalos de desprendimiento de viruta al saltar.

Por lo demás, la generación de las superficies de cuña circular de la espiga conjugada equivale en principio al procedimiento descrito para el casquillo. Debe considerarse una correspondiente tolerancia de las dimensiones, de modo que ambas partes puedan unirse. Las superficies de las intermitencias que se producen como consecuencia del procesamiento según la invención redundan en una proporción tan pequeña del perímetro que, entre las piezas adosadas, solamente existen mínimos intersticios excluidos de la transmisión de fuerzas.

Efectivamente, las posibilidades que brinda el procedimiento son casi ilimitadas. Ellas resultan de la aplicación de programas de control numérico computarizado entrelazando el movimiento del patín con el giro del husillo de la máquina y la inclusión o la combinación de valores de excentricidad de los parámetros direccionados para diámetro, longitud o elevación o ángulo del husillo, así como opcionalmente el empleo de una técnica de paso de peregrino, o bien, de las secuencias interrelacionadas de procesamiento. De ese modo, ahora son posibles los procesamientos muy racionales en tornos de control numérico computarizado, los que anteriormente debían efectuarse por fresado con dispendio de tiempo y en parte con menor calidad de superficie.

La concavidad artificial para la articulación de cadera con rosca especial y aletas de rosca de superficies de enroscado con ángulos neutros tras los cantos de corte, propuesta para la aplicación del procedimiento, convence por muy reducidas fuerzas de enroscado necesarias, una extrema seguridad contra el sobregiro, una sobresaliente tactilidad y por transiciones casi totalmente libres de grietas hacia la superficie de apoyo ósea. Especialmente ventajosa es una realización con rosca en punta, ranuras viruteadas torsionadas y aletas de rosca giradas relativamente entre sí en dirección al ángulo de torsión. Con ello no solamente se mejora claramente el manipuleo durante el proceso de implantación, sino que también aumenta considerablemente la fijación primaria o secundaria y con ello se excluye prácticamente por completo el peligro de un aflojamiento prematuro.

Claims

1. Procedimiento técnico de torneado para el torneado excéntrico en un torno programable, en el cual una pieza de trabajo rota en el plato del husillo de una máquina, generándose con una herramienta mediante desprendimiento de viruta determinados contornos al menos parcialmente excéntricos conformados o compuestos, por ejemplo, por elementos geométricos de transición, caracterizado porque el torneado se realiza en forma excéntrica por cuanto el patín cruzado se desplaza con la herramienta de desprendimiento de viruta sincronizadamente respecto del ángulo de husillo y los contornos excéntricos son generados mediante una programación de funciones de intermitencia a través del entrelazado de conjuntos de instrucciones con valores para parámetros direccionados seleccionados como, por ejemplo, diámetro (X), longitud (Z), elevación (F) o ángulo (C), en donde se emplea al menos para uno de esos parámetros direccionados en la cadena de conjuntos de programa, una secuencia excéntrica, es decir, que presenta una función de intermitencia sobre la base de valores de parámetros direccionados.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en los conjuntos de instrucciones se emplea adicionalmente el parámetro altura (Y).

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se emplea una programación de rosca.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque para al menos dos de los parámetros direccionados mencionados se emplean en la cadena de conjuntos de programa una secuencia excéntrica de valores de parámetros direccionados.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cadena de conjuntos de programa describe un contorno de rotación simétrica con una secuencia superpuesta periódica no monótona de incrementos.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para al menos uno de los parámetros direccionados se programaron como secuencia excéntrica los incrementos formados entre los valores de los parámetros direccionados de la cadena de conjuntos de programa.

7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el contorno discontinuo se genera por la programación de un procedimiento de paso de peregrino, en donde la herramienta se traslada con una secuencia de movimientos de avance y retroceso, en donde uno de esos movimientos es mayor que el otro.

8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se logra el contorno no redondo, o bien, discontinuo en la pieza de trabajo mediante el entrelazado de al menos dos secuencias de procesamiento, en donde una primera secuencia genera un primer elemento de contorno, se salta el próximo elemento de contorno, se genera nuevamente el siguiente elemento de contorno, y con la segunda secuencia se procesa el o los elementos de contorno saltados y en ello se saltan los elementos de contorno ya trabajados.

9. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores para la fabricación por desprendimiento de viruta de elementos de contorno de traza discontinua que sobresale de una superficie externa inclinada o curvada, en donde con un costado de la cuchilla del torno se trabaja esencialmente el flanco del elemento de contorno de traza discontinua y con la punta de la cuchilla de torno se trabaja esencialmente la superficie externa, caracterizado porque la punta de la cuchilla de torno es guiada en una trayectoria que esencialmente es tangencial a la superficie externa y el costado de la cuchilla del torno mediante una modificación programada de la velocidad de traslado tangencial y/o de la dirección de traslado produce el flanco del elemento de contorno de traza discontinua.

10. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el comportamiento de sobreoscilación del torno resultante de una instrucción de intermitencia de la programación se emplea directamente para la generación de contornos discontinuos, no redondos o arqueados.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el comportamiento de sobreoscilación del torno se utiliza para la generación directa de cantos de corte con ángulos libres en segmentos o aletas de rosca.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque los cantos de corte se generan mediante el fresado al menos parcial de ranuras viruteadas en el área de los segmentos de las aletas de rosca resultantes de una conducta de sobreoscilación del torno, representando los ángulos libres restos de la sobreoscilación.

13. Aplicación del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 12 para la fabricación por desprendimiento de viruta de roscas especiales en cuerpos para enroscar, por ejemplo, para materiales blandos como tornillos para huesos, tornillos para cabezas de fémur, cuerpos de fusión, tornillos para el llamado fijador externo, pernos para implantes dentales o cavidades artificiales enroscables para articulaciones de cadera, especialmente para la generación de ángulos neutros, o bien de cualesquiera de apriete o libres en las aletas de rosca.

14. Aplicación del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 12 para la fabricación por desprendimiento de viruta de concavidades artificiales enroscables para articulaciones de cadera con cualquier tipo de contorno externo de la superficie externa de la concavidad como, por ejemplo, esféricas, paraesféricas, cónicas, cónico-esféricas, parabólicas etc. y de una rosca ubicada en la superficie externa de la concavidad, con cualquier posición de diente, por ejemplo, neutra o inclinada hacia el polo de la concavidad, y cualquier elevación, por ejemplo, elevación constante o variable, con diferentes aletas de rosca separadas por ranuras viruteadas, a los fines de la generación de los así llamados ángulos neutros o libres en al menos una de las superficies del diente de rosca.

15. Aplicación del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 9 para la fabricación por desprendimiento de viruta de concavidades artificiales enroscables para articulaciones de cadera con cualquier tipo de contorno externo de la superficie externa de la concavidad como, por ejemplo, esféricas, paraesféricas, cónicas, cónico-esféricas, parabólicas etc., y de una rosca ubicada en la superficie externa de la concavidad, con cualquier posición de diente, por ejemplo, neutra o inclinada hacia el polo de la concavidad, y cualquier elevación, por ejemplo, elevación constante o variable, con diferentes aletas de rosca separadas por ranuras viruteadas, a los fines de la generación de las así llamadas superficies de roscado o atornillado en al menos una de las superficies del diente de rosca.

16. Aplicación del procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones mencionadas para la fabricación por desprendimiento de viruta de cualquier cuerpo para enroscar, a los efectos de generar pivoteos recíprocos de las aletas de rosca.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el contorno no redondo se conforma como superficie cerrada con elementos de contorno que se repiten.

18. Aplicación del procedimiento de acuerdo con la reivindicación 17 para la fabricación de perfiles de cuña circular o uniones de cuña circular.