ES2213511T3 - Maquina herramienta para el mecanizado con utiles de corte y laser. - Google Patents
Maquina herramienta para el mecanizado con utiles de corte y laser.Info
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Abstract
Máquina herramienta para el mecanizado de piezas mediante herramientas por arranque de viruta y mediante rayo láser, que comprende una unidad de mecanizado (9) con un husillo de trabajo motorizado (10) para el mecanizado de piezas con herramientas por arranque de viruta, una fuente de rayos láser (17) con un sistema de guiado del rayo (18, 19, 20) para el mecanizado de piezas mediante rayo láser y una mesa de trabajo (14) desplazable a motor para amarrar por lo menos una pieza, caracterizada porque el sistema de guiado del rayo (18, 19, 20) está dispuesto en la unidad de mecanizado (9), decalado con respecto al husillo de trabajo (10).
Description
Máquina herramienta para el mecanizado con
útiles de corte y láser.
La invención se refiere a una máquina herramienta
para el mecanizado de piezas mediante herramientas por arranque de
viruta y mediante rayo láser, que comprende una unidad de mecanizado
con un husillo de trabajo motorizado para el mecanizado de piezas
con herramientas por arranque de viruta, una fuente de rayos láser
con un sistema de guiado del rayo para el mecanizado de piezas
mediante rayo láser y una mesa de trabajo desplazable a motor para
amarrar por lo menos una pieza.
Una máquina herramienta de esta clase se conoce
por la patente DE 40 40 554 A1. Allí se conduce el rayo láser desde
una fuente de rayo láser montada en el extremo posterior de un
cabezal portahusillos en la dirección axial del cabezal
portahusillos, a través de un husillo de trabajo horizontal hueco,
hasta un cabezal de tobera que se puede colocar intercambiándolo en
el husillo de trabajo, dotándolo de un sistema óptico de enfoque.
Para efectuar el cambio entre un mecanizado por arranque de viruta y
un mecanizado mediante rayo láser es necesario efectuar, en el
husillo de trabajo, en una máquina herramienta de esta clase, un
proceso de cambio relativamente complejo entre una herramienta de
arranque de viruta y el cabezal de tobera para el mecanizado por
láser.
El objetivo de la invención es el de crear una
máquina herramienta de la clase citada inicialmente que con una
disposición constructiva simplificada permita tanto el mecanizado
mediante herramientas por arranque de viruta como el mecanizado
mediante rayo láser, sin tener que recurrir a complejos procesos de
cambio.
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la
invención por el hecho de que el sistema de guiado del rayo está
dispuesto en la unidad de mecanizado, desplazado respecto al husillo
de trabajo.
La máquina herramienta objeto de la invención
ofrece la notable ventaja de que se puede efectuar un mecanizado por
rayo láser sin tener que cambiar previamente en el husillo de
trabajo un cabezal de tobera con un sistema óptico de enfoque o
similar. Además, gracias a la disposición del sistema de guiado del
rayo situado, por ejemplo, lateralmente en la unidad de mecanizado,
se pueden equipar también a posteriori, de manera sencilla
para el mecanizado con rayo láser, máquinas herramientas
convencionales.
Unas formas de realización convenientes de la
invención se describen en las subreivindicaciones.
En una forma de realización especialmente
conveniente, el sistema de guiado del rayo lleva un cabezal láser
dispuesto lateralmente en un cabezal de fresado, con un sistema de
escaneado mediante el cual se puede efectuar una conducción rápida
de un rayo láser enfocado, sobre una zona de trabajo predeterminada
de la pieza, por ejemplo, para el arranque de material por capas. La
zona de trabajo predeterminada por el sistema de escaneado se puede
ampliar de manera sencilla gracias a las posibilidades de
desplazamiento del cabezal de fresado y de la mesa de trabajo, sin
recurrir a accionamientos adicionales. De esta manera resulta
posible también el mecanizado por rayo láser de una superficie
mayor, sin cambiar el amarre de la herramienta.
Para desviar el rayo láser para la exploración de
la superficie dentro de la zona de trabajo predeterminada, el
sistema de escaneado lleva convenientemente un primer espejo de
reenvío abatible alrededor de un eje vertical y un segundo espejo de
reenvío abatible alrededor de un eje horizontal. Mediante un sistema
óptico de enfoque desplazable o regulable o un sistema óptico de
campo plano se puede compensar el desplazamiento de la posición del
foco en la trayectoria descrita por el rayo láser debido a la
variación de longitud resultante por el giro de los espejos de
reenvío. Mediante el empleo de un sistema óptico de enfoque y un
sistema óptico de campo plano puede conseguirse una corrección aún
más precisa.
En otra realización ventajosa, el cabezal láser
junto con el sistema de escaneado está dispuesto en el cabezal de
fresado de tal manera que la salida del rayo en el cabezal láser
queda por debajo del extremo anterior del husillo de trabajo. De
esta manera se puede elegir una distancia pequeña entre la pieza y
el cabezal láser. El cabezal láser con el sistema de escaneado puede
ir sujeto en el cabezal de fresado, bien de modo fijo o desmontable.
La disposición desmontable ofrece la ventaja de que el campo de
trabajo para el mecanizado con arranque de viruta no se ve limitado
por el cabezal láser y porque para proteger el sistema de escaneado
el cabezal láser se puede llevar, durante el mecanizado con arranque
de viruta, a una posición de almacenamiento protegida en un almacén
de herramientas o similar, por ejemplo, mediante un cambiador
automático de herramientas.
Otras peculiaridades y ventajas de la invención
se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización
ventajoso, sirviéndose para ello del dibujo. Las figuras
muestran:
Fig. 1: una máquina herramienta conforme a la
invención, en una vista esquemática en perspectiva; y
Fig. 2: una representación esquemática de la
disposición de un sistema de escaneado en la máquina herramienta de
la figura 1.
La máquina herramienta representada
esquemáticamente en la figura 1 comprende una bancada de máquina 1
sobre la cual va fijado un montante rígido 2. Sobre la cara superior
del montante 2 están dispuestas dos guías paralelas 3 y 4 sobre las
cuales se puede desplazar a motor un carro transversal 5 a lo largo
de un eje X, accionado por un husillo roscado 6 con accionamiento de
giro. Sobre la cara superior del carro transversal 5 va montado un
cabezal portahusillos 7 sobre unas guías 8, que se puede desplazar a
lo largo de un eje Y por medio de un motor que no está representado.
El cabezal portahusillos 7 lleva en su cara anterior un cabezal de
fresado 9, dentro del cual se aloja un husillo de trabajo motorizado
10 con un cono interior de amarre para alojamiento de las
herramientas de fresado y mandrinado o del portaherramientas.
En la cara anterior del montante 2 hay unas guías
verticales 11 y 12 sobre las cuales va guiada una consola 13 con una
mesa portapiezas 14, desplazable a motor en un eje Z. Debajo de la
consola 13 está previsto en la bancada de la máquina 1 un rebaje 15
dentro del cual está dispuesto un sinfín, no representado, para la
evacuación de las virutas de mecanizado a través de un canal de
evacuación de virutas 16.
Sobre el cabezal portahusillos 7 está dispuesto
un láser Nd-YAG 17 como fuente de rayos láser,
desplazado lateralmente con respecto al eje central del cabezal
portahusillos 7 y desde el cual se conduce un rayo láser allí
generado a través de un canal de conducción del rayo 18 hasta un
cabezal láser 19 dispuesto lateralmente en el cabezal de fresado 9,
con un sistema de escaneado 20 para enfocar el rayo láser y guiarlo
sobre una superficie de la pieza.
El sistema de escaneado 20 representado en la
figura 1 contiene, según la figura 2, un sistema óptico de enfoque
22 que se puede desplazar en la dirección de una doble flecha 21, un
primer espejo de reenvío 24 que puede girar alrededor de un eje
vertical 23, un segundo espejo de reenvío 26 que puede girar
alrededor de un eje horizontal 25 y un sistema óptico de campo plano
27 mediante el cual se conduce el rayo láser 28 sobre una pieza 29.
Girando los dos espejos de reenvío 24 y 26 se puede conducir el rayo
láser enfocado 28 sobre la superficie de la pieza 29 para el
arranque de material, dentro de un campo de trabajo predeterminado.
Mediante el sistema óptico de enfoque 24, que se puede desplazar en
la dirección de la doble flecha 21, se puede compensar el
desplazamiento de la posición del foco debido a la diferencia de
longitud de la trayectoria descrita por el rayo láser causada por el
giro de los espejos de reenvío 24 y 26. Mediante el sistema óptico
de campo plano 27 se puede asegurar que el plano del foco se
mantendrá dentro de un plano uniforme para la exploración de la
superficie de la pieza, a pesar del desvío del rayo láser causado
por el giro de los espejos de reenvío 24 y 26. El desplazamiento del
sistema óptico de enfoque 22 y el giro de los espejos de reenvío 24
y 26 puede efectuarse por medio de motores de accionamiento que no
están representados y que son activados por un sistema de mando o
regulación adecuado.
El sistema de escaneado 20 está dispuesto, de tal
manera, dentro del cabezal láser 19 junto al cabezal de fresado 9,
que la salida del rayo en el cabezal láser 19 tiene lugar debajo del
extremo anterior del husillo de trabajo 10 y un rayo láser 28 que no
ha sido desviado incide sobre la superficie de la pieza 29 que se
trata de mecanizar, paralelo al eje geométrico del husillo de
trabajo 10. El cabezal láser 19 junto con el sistema de escaneado 20
puede ir montado fijo en el cabezal de fresado 9. Pero el cabezal
láser 19 con un sistema de escaneado 20 también puede estar
realizado como unidad desmontable, que en caso necesario se lleva a
su posición de trabajo, por ejemplo, mediante un sistema cambiador
de herramientas, o se vuelve a llevar a una posición de reposo. De
esta manera se puede proteger el sistema de escaneado 20 contra la
suciedad durante el mecanizado con arranque de viruta.
La forma de trabajo de la máquina herramienta
objeto de la invención se deduce sin más del dibujo. Para mecanizar
una pieza con rayo láser se puede desplazar el rayo láser 28
generado en el láser Nd-YAG 17 y conducido a través
del canal de conducción 18 dotado de espejo de reenvío o de
conductores ópticos al sistema de escaneado 20 en el cabezal láser,
mediante el giro de los espejos de reenvío 24 y 26, dentro de un
campo de trabajo limitado debido a las posibilidades de giro de los
espejos de reenvío, sobre la superficie de una pieza 29 desplazada
sobre la mesa portaherramientas 14 en el eje Z a una posición de
mecanizado situada debajo del sistema de escaneado 22, por ejemplo,
para el arranque de material por capas. Este campo limitado de
trabajo se puede ampliar desplazando el carro transversal 5 en el
eje X y desplazando el cabezal portahusillos 7 con el cabezal de
fresado 9 en el eje Y. De esta manera se tiene la posibilidad de
efectuar un mecanizado por rayo láser de una gran superficie sin
cambiar el amarre de la pieza. Para efectuar un mecanizado con
arranque de viruta se puede colocar, por ejemplo, una herramienta de
fresar o de mandrinar en el husillo de trabajo 10, por ejemplo,
mediante un cambiador de herramientas que no está representado,
pudiendo transcurrir los procesos de cambio de forma automatizada
mediante un mando programado.
La invención no está limitada al ejemplo de
realización descrito con detalle y representado en el dibujo.
También se pueden dotar de un cabezal láser, decalado con respecto a
un husillo de trabajo o a un revólver, unas fresadoras y
mandrinadoras de diseño diferente y eventualmente también máquinas
de tornear. La unidad de mecanizado con el cabezal láser también
puede ser orientable, para permitir el mecanizado en 5 ejes y
obtener por ejemplo un trazado de letras o un desarrollo sobre una
superficie curvada en el espacio. En lugar del láser
Nd-YAD se pueden emplear también láseres de diodos,
láseres de CO_{2} u otros láseres.
Claims (9)
1. Máquina herramienta para el mecanizado de
piezas mediante herramientas por arranque de viruta y mediante rayo
láser, que comprende una unidad de mecanizado (9) con un husillo de
trabajo motorizado (10) para el mecanizado de piezas con
herramientas por arranque de viruta,
una fuente de rayos láser (17) con un sistema de
guiado del rayo (18, 19, 20) para el mecanizado de piezas mediante
rayo láser y una mesa de trabajo (14) desplazable a motor para
amarrar por lo menos una pieza, caracterizada porque el
sistema de guiado del rayo (18, 19, 20) está dispuesto en la unidad
de mecanizado (9), decalado con respecto al husillo de trabajo
(10).
2. Máquina herramienta según la reivindicación 1,
caracterizada porque el sistema de guiado del rayo (18, 19,
20) contiene un cabezal láser (19) con un sistema de escaneado (20)
para enfocar el rayo láser y guiarlo sobre una zona de trabajo
predeterminada de la pieza.
3. Máquina herramienta según la reivindicación 2,
caracterizada porque el sistema de escaneado (20) contiene un
primer espejo de reenvío (24) orientable alrededor de un eje
vertical (23) y un segundo espejo de reenvío (26) orientable
alrededor de un eje horizontal (25).
4. Máquina herramienta según la reivindicación 2
ó 3, caracterizada porque el sistema de escaneado (20)
contiene un sistema óptico de enfoque (22) desplazable y/o un
sistema óptico de campo plano (27) para ajustar el enfoque del
rayo.
5. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque la unidad de
mecanizado (9) lleva un cabezal de fresado o un cabezal revólver o
un portaherramientas en el cual está dispuesto desplazado el cabezal
láser (19) con el sistema de escaneado (20).
6. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque el cabezal láser
(19) con el sistema de escaneado (20) está dispuesto fijo o
desmontable en la unidad de mecanizado (9).
7. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque el cabezal láser
(19) con el sistema de escaneado (20) está dispuesto de tal manera
en la unidad de mecanizado (9) que la salida del rayo en el cabezal
láser (19) queda por debajo del extremo anterior del husillo de
trabajo (10).
8. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el sistema de
guiado del rayo (18, 19, 20) contiene un canal de guiado del rayo
(19) que conduce desde la fuente del rayo láser (17) al sistema de
escaneado (20).
9. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque la fuente del
rayo láser (17) es un láser Nd-YAG, un láser de
diodos o un láser de CO_{2}, desplazado respecto al eje central de
la unidad de mecanizado (9).
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