ES2213511T5 - Maquina herramienta para el mecanizado de piezas con herramientas por arranque de viruta y rayo laser. - Google Patents
Maquina herramienta para el mecanizado de piezas con herramientas por arranque de viruta y rayo laser. Download PDFInfo
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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 de piezas
con herramientas por arranque de viruta y rayo láser.
La invención se refiere a una máquina
herramienta para el mecanizado de piezas mediante herramientas por
arranque de viruta y mediante rayo láser, de la clase indicada en
el preámbulo de la reivindicación 1.
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, con 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 las características de la reivindicación 1.
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 herramienta
convencionales.
El sistema de guiado del rayo contiene 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. Una 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 contiene 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, por ejemplo, las herramientas de fresado y
mandrinado o de 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 22, que se
puede desplazar en la dirección de la doble flecha 21, se puede
compensar un 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 pueden efectuarse por medio de motores
de accionamiento que no están representados, 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, desplazado 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 (7)
1. Máquina herramienta para el mecanizado de
piezas mediante herramientas por arranque de viruta y mediante rayo
láser, que presenta
- una unidad de mecanizado (9) desplazable a
motor en el eje X y en el Y 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 portaherramientas (14) desplazable a
motor para amarrar por lo menos una pieza,
- donde el sistema de guiado del rayo presenta
un cabezal láser (19) y un canal de conducción del rayo (18)
dispuesto entre la fuente de rayo láser (17) y el cabezal láser
(19),
caracterizada por que
el sistema de guiado del rayo (18, 19, 20) está
dispuesto en la unidad de mecanizado (9), desplazado con respecto
al husillo de trabajo (10) y
el cabezal láser (19) presenta un sistema de
escaneado (20) para enfocar y guiar el rayo láser sobre una zona de
trabajo predeterminada de la pieza.
2. Máquina herramienta según la reivindicación
1,
caracterizada por que
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).
3. Máquina herramienta según la reivindicación 1
ó 2,
caracterizada por que
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.
4. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizada por que
la unidad de mecanizado (9) es un cabezal de
fresado o un revólver o un portaherramientas en el cual está
dispuesto desplazado el cabezal láser (19) con el sistema de
escaneado (20).
5. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 4,
caracterizada por que
el cabezal láser (19) con el sistema de
escaneado (20) está dispuesto fijo o desmontable en la unidad de
mecanizado (9).
6. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 5,
caracterizada por que
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).
7. Máquina herramienta según una de las
reivindicaciones 1 a 6,
caracterizada por que
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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