ES2226405T3 - Unidad portabroca para producir taladros en piezas de material compuesto reforzado con fibra. - Google Patents

Abstract

Un aparato para usar una herramienta (24; 128) de corte con una primera anchura y un eje (26; 130) de la herramienta para mecanizar un taladro en una pieza, teniendo el taladro una segunda anchura que es mayor que la primera anchura de la herramienta de corte, comprendiendo dicho aparato: un primer actuador que incluye un motor (12) del portabroca que tiene un portaherramienta (22) para llevar la herramienta (24; 128) de corte y para hacer girar la herramienta de corte alrededor de su eje (26) de herramienta durante el mecanizado del taladro; un segundo actuador (16) configurado para mover la herramienta (24; 128) de corte en una dirección de avance axial sustancialmente paralela al eje (26; 130) de herramienta de la herramienta (24; 128) de corte, siendo dicho segundo actuador (16) operable simultáneamente con dicho primer actuador (12); un tercer actuador (18) configurado para hacer girar la herramienta (24) de corte alrededor de un eje (54; 132) principal, siendo dicho eje principal sustancialmente paralelo al eje de herramienta de la herramienta de corte, siendo dicho tercer actuador (18) operable simultáneamente con el primer actuador (12) y con el segundo actuador (16) para de este modo mecanizar el taladro; y un mecanismo (14; 110) de descentrado radial configurado para ajustar una distancia radial del eje (26; 130) de herramienta de la herramienta (24; 128) de corte desde dicho eje (54; 132) principal, caracterizado porque el mecanismo (14; 110) de descentrado radial incluye un cuarto actuador (86) conectado accionadamente por medio de un eje (52; 112) desplazable axialmente coaxial con el eje (54; 132) principal a un bloque (40; 122) deslizante acoplado al portaherramienta (22), de manera tal que un movimiento axial del eje (52; 112) en la dirección de avance axial pone en movimiento radial el bloque (40; 132) deslizante y, por lo tanto, el portaherramienta (22).

Description

Unidad portabroca para producir taladros en piezas de material compuesto reforzado con fibra.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato para producir taladros o entrantes en piezas que puede incluir láminas planas o curvas de material compuesto reforzado con fibra, metal o combinaciones de las mismas. Más particularmente, la invención se refiere a un aparato como el descrito en el preámbulo de la reivindicación 1.

2. Descripción de la técnica relacionada

Las estructuras para aplicaciones aerospaciales y otras aplicaciones están constituidas frecuentemente por armazones curvos delgados de diferentes materiales tales como aluminio, titanio, acero inoxidable y materiales compuestos reforzados con fibra. En las aplicaciones estructurales los diferentes componentes se sujetan frecuentemente usando juntas empernadas. Los taladros de perno para estructuras aerospaciales tienen un diámetro típicamente de alrededor de 4 - 20 mm con requisitos de alta calidad para asegurar la integridad de la estructura.

Los requisitos del taladro están relacionados con la dimensión y el deterioro. Los requisitos dimensionales incluyen, por ejemplo, diámetro del taladro cilíndrico, altura de la parte cilíndrica del taladro, diámetro y ángulo de los avellanados, redondez y alineación con la dirección normal de la superficie. Los requisitos relativos al deterioro incluyen, entre otras cosas, altura de rebaba aceptable, terminado de la superficie y, respecto de los compuestos reforzados con fibra, exfoliación aceptable.

Cuando se practican taladros en compuestos reforzados con fibra se presentan determinados problemas. Los materiales de compuestos poliméricos se conocen desde los cincuenta. Estos materiales se componen de un polímero protector y aglutinante, bien de plástico termoplástico o termoendurecible, denominado normalmente matriz, junto con fibras (por ejemplo fibras de vidrio, carbono o amida), que pueden ser consideradas material de refuerzo. Las fibras pueden ser continuas y estar orientadas en direcciones específicas, o pueden ser relativamente cortas y estar dispuestas al azar en la matriz. Los compuestos con fibras continuas y orientadas dan productos con propiedades mecánicas superiores a las de los materiales poliméricos y metálicos convencionales, especialmente en cuanto a la resistencia en relación con el peso y a la rigidez. Los compuestos con fibras más cortas encuentran aplicación donde se requieren preferiblemente propiedades menos exigentes. Un factor que dificulta un uso más amplio de los materiales compuestos es la ausencia de procedimientos efectivos de corte mecanizado. Las propiedades físicas y químicas de los materiales compuestos indican que los procedimientos de mecanizado conocidos no se pueden aplicar generalmente con resultados satisfactorios.

Los productos que se componen de material compuesto con frecuencia contienen taladros para diferentes fines. Estos taladros pueden ser necesarios, por ejemplo, para permitir el tendido de líneas de servicio, el ensamblaje o la inspección. Los taladros de perno son una categoría de taladros especialmente importante. Las estructuras para aplicaciones prácticas se construyen frecuentemente con componentes unidos entre sí para producir un producto terminado. La finalidad de la unión es transferir la carga de un elemento estructural a otro. Una forma habitual de unión es la conexión empernada, en la que la carga se transfiere bien deslizando o llevando las cargas hacia el perno. La resistencia de una conexión empernada depende en gran medida de la calidad y precisión del taladro. Se puede hacer referencia a tres áreas de problemas al producir taladros en materiales compuestos basados en polímeros y reforzados con fibra:

1. Cohesión interlaminar baja. Al mecanizar materiales compuestos laminados existe el riesgo de separación de las capas (exfoliación) a causa de la baja cohesión interlaminar. El deterioro por exfoliación extensa puede comprometer la cohesión del laminado.

2. Baja resistencia al calor y al frío de ciertos termoplásticos. El calor generado durante el mecanizado puede producir el ablandamiento de la matriz y bloquear la herramienta, haciendo imposible el mecanizado posterior. Con el fin de lograr un taladro de buena calidad, es necesario, en consecuencia, dotar de una refrigeración efectiva de la herramienta y/o del borde del taladro, y del material desprendido al cortar (virutas, astillas y polvo del rectificado) que se debe eliminar continuamente del taladro.

3. Alta resistencia al desgaste de las fibras. El corte mecanizado de los compuestos de fibra produce un desgaste grave de la herramienta a causa de las buenas características de desgaste de los materiales de fibra. Esto conduce a costes elevados por desgaste, especialmente al producir taladros con requisito de alta precisión.

Los procedimientos usados para producir taladros en laminados compuestos son el fresado, el taladro, la perforación, el aserrado y el esmerilado tradicionales. Los problemas asociados con estos procedimientos de realización de taladros como se aplican actualmente es que no son suficientemente efectivos por varias razones desde un punto de vista técnico/económico.

Los elevados costes por desgaste constituyen un problema general asociado con el corte mecanizado cuando se exige alta precisión. Se debe extremar el cuidado al perforar o taladrar para asegurar que se evita el deterioro por exfoliación tanto en los lados de entrada como en los de salida. Se necesitan cortadores especiales para lograr la calidad estipulada del taladro, y se deben formular procedimientos especiales. Con el fin de evitar un gran deterioro por exfoliación en el lado de salida del laminado, se debe aplicar una presión lateral local alrededor del borde del taladro. Otro procedimiento descrito anteriormente es dotar al laminado con una capa protectora adicional.

El aserrado es un procedimiento claramente inadecuado para producir taladros con requisitos de alta precisión. Al producir taladros por abrasión, se hace uso de un cuerpo tubular configurado cilíndricamente, cuyo extremo de mecanizado está recubierto con una capa superficial resistente al desgaste. Los taladros se producen pulverizando transversalmente la superficie del material haciendo girar primero el cuerpo pulverizador. El procedimiento es lento y permite poca precisión.

A este respecto, hay que señalar que los procedimientos de mecanizado de taladros, en los que un cuerpo accionado rotacionalmente alrededor de un eje de rotación, es accionado también para que se mueva orbitalmente (es decir, el eje de rotación se desplaza de manera tal que el equipo puede desplazarse respecto del borde del taladro), son conocidos de manera general. El documento SE 173 899 describe una máquina herramienta que tiene un portaherramienta que gira excéntricamente alrededor de un eje principal, en la que la distancia entre el portaherramienta y el eje principal está determinada por un componente guía que gira alrededor del eje principal junto con el portaherramienta. El componente guía que gira junto con el portaherramienta está dispuesto perpendicularmente al eje principal y es operado como una leva que puede girar a su alrededor respecto del portaherramienta, estando enganchado directamente el perfil de guiado de dicha leva al portaherramienta. Los inconvenientes de esta invención incluyen, entre otras cosas, la ausencia de libre juego y la operación del componente guía con ahorro de espacio. Por otro lado, el descentrado entre el eje de rotación del portaherramienta y el eje de rotación excéntrico es fijo y está determinado por el tamaño del engranaje de la leva. Por lo tanto, el descentrado no se puede ajustar fácilmente sin sustituir el engranaje de la leva dentro de la cabeza. El documento SE 382 506 describe una herramienta cortadora combinada accionada giratoriamente para hacer taladros en piezas inmóviles, pudiendo estar provistos dichos taladros con un chaflán inicial cónico.

En la patente de EE. UU. nº. 5.641.252 (Eriksson y colaboradores), se describe un procedimiento para mecanizar taladros en un material compuesto reforzado con fibra que representa un paso adelante significativo en la técnica. El eje central del taladro pasa a través de un punto predeterminado de la superficie de la pieza y está orientado en una cierta dirección respecto de las direcciones longitudinales de las fibras en la proximidad inmediata del punto. El material se mecaniza simultáneamente tanto en el sentido axial como en el radial haciendo que la herramienta describa un movimiento axial y que gire no solo alrededor de su propio eje, sino también excéntricamente alrededor del eje central. Este procedimiento permite mecanizar los taladros sin causar la exfoliación del material compuesto.

Las estructuras aerospaciales y afines están constituidas con diferentes materiales superpuestos conjuntamente. Al perforar conjuntamente estructuras que incluyen varias capas (superposición de materiales) de diferentes materiales se presentan problemas especiales. Estos problemas incluyen rebabas entre las capas, taladros cerrados y deterioro en el material de relleno entre capas (separadores líquidos). La realización de taladros usando técnicas tradicionales genera un calor que puede producir el desgaste rápido de la herramienta. Este problema es especialmente grave al realizar taladros en titanio.

También es conocido el montaje de un vástago tradicional en un brazo robótico y el uso del sistema de control del robot para dirigir los movimientos de la herramienta de corte. Un problema es que la precisión y la calidad del taladro resultante están limitadas por la mecánica del robot y su sistema de control asociado, que están diseñados para mover y situar un brazo robótico pesado. Por lo tanto, la precisión y rendimiento de la mecánica del robot y de su sistema de control no son suficientes para mecanizar, por ejemplo, taladros de fijación de alta precisión a altas velocidades usando el movimiento requerido.

El documento WO 94/17944 describe un aparato como el definido en el preámbulo de la reivindicación 1. Su mecanismo de descentrado radial es operado por el tercer actuador e incluye ejes diferenciales dispuestos excéntricamente y un eje adicional excéntrico de descentrado radial para ajustar la distancia radial entre el eje de la herramienta de corte y el eje principal.

Sumario de la invención

La presente invención elimina los defectos y limitaciones asociados con los procedimientos descritos anteriormente y permite la producción económica y racional de taladros, sin deterioros que reduzcan su resistencia y sin rebabas y, al hacerlo, garantiza repetidamente la buena calidad. La presente invención proporciona un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta al presente documento.

El movimiento giratorio excéntrico es estrictamente movimiento giratorio, es decir, se ejecuta con una variación constante o continua de la distancia entre el eje central y el eje de giro de la herramienta.

El aparato presenta varias ventajas sustanciales comparado con las máquinas conocidas en general:

1.

El aparato permite el descentrado radial entre el eje de giro de la herramienta de corte y el eje de giro excéntrico para su fácil ajuste sin la sustitución de pieza alguna.

2.

El aparato hace posible la producción de taladros de mayor precisión y calidad que los obtenidos usando el sistema de control de un brazo robótico.

3.

Permite la producción de taladros con tolerancias estrechas. La precisión dimensional del taladro está determinada sustancialmente por la precisión de la colocación de la herramienta respecto de un eje central. Los requisitos impuestos sobre la geometría del taladro no son especialmente altos ya que, por otra parte, cada herramienta individual simplemente se calibra antes de su uso.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas antes mencionadas y otras de esta invención, y la manera de lograrlas, se harán más evidentes y la invención se entenderá mejor haciendo referencia a la siguiente descripción de las realizaciones de la invención consideradas en conjunción con los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una vista frontal de una sección parcial de una realización de una unidad portabroca de la presente invención;

La figura 2 es una vista lateral de una sección parcial de la unidad portabroca de la figura 1, ajustada de manera tal que el eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 3 es una vista ampliada parcial y lateral del mecanismo de descentrado radial de la unidad portabroca de la figura 1, ajustado de manera tal que el eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 4 es una vista desde arriba de la unidad portabroca de la figura 1;

La figura 5 es una vista lateral de una sección parcial de la unidad portabroca de la figura 1, ajustada de manera tal que el eje de la herramienta está descentrado respecto del eje principal;

La figura 6 es una vista lateral de una sección parcial de otra realización de una unidad portabroca, ajustada de manera tal que el eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 7 es una vista ampliada parcial y lateral del mecanismo de descentrado radial de la unidad portabroca de la figura 6, ajustada de manera tal que el eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 8 es una vista de una sección parcial de la unidad portabroca de la figura 6, ajustada de manera tal que el eje de la herramienta está descentrado respecto del eje principal; y

La figura 9 es una sección transversal de una pieza constituida por dos materiales diferentes y muestra un procedimiento para ampliar el taladro después de una etapa de mecanizado inicial (etapa 1) que produce un taladro piloto.

Los caracteres de referencia coincidentes indican piezas similares en las diferentes vistas. Las ejemplificaciones establecidas en el presente documento ilustran formas de realización preferidas de la invención, y dichas ejemplificaciones no se deben interpretar de manera alguna como limitaciones del alcance de la invención.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos y particularmente a la figura 1, se muestra una unidad 10 portabroca que incluye un motor 12 del portabroca, un mecanismo 14 de descentrado radial, un mecanismo 16 de avance axial y un mecanismo 18 de giro excéntrico.

El motor 12 del portabroca incluye un cuerpo 20 y un portaherramienta 22 giratorio para sujetar una herramienta 24 de corte durante su giro. La herramienta 24 de corte, que define un eje 26 de la herramienta, puede estar diseñada para producir un taladro (no se muestra) en una pieza de manera tal que el diámetro del taladro es mayor que el diámetro de la herramienta 24 de corte. El taladro se puede mecanizar, por ejemplo, usando el procedimiento descrito en la patente de EE. UU. nº. 5.641.252 (Eriksson, y colaboradores). El motor 12 del portabroca incluye también un conducto 28 a través del cual puede ser alimentado con energía eléctrica, neumática o hidráulica.

La parte superior del motor 12 del portabroca está unida rígidamente a un accesorio 30 anular que tiene un pasador 32 (figura 2) de retención que se extiende radialmente desde la parte posterior del mismo. El pasador 32 de retención está retenido deslizablemente dentro de una ranura 34 de una abrazadera 36 de la unidad 10 portabroca. El pasador 32 de retención tiene un límite en su grado de libertad de desplazamiento dentro de la ranura 34 en cualquier sentido sustancialmente perpendicular al eje 26 de la herramienta. Sin embargo, incluso mientras se desliza dentro de la ranura 34, el eje 38 longitudinal del pasador 32 de retención se extiende invariablemente en un sentido hacia atrás, con lo que se mantiene fija la orientación del cuerpo 20 del motor del portabroca de manera tal que el cuerpo 20 siempre da frente hacia un mismo sentido. Este mantenimiento fijo de la orientación del cuerpo 20 del motor del portabroca facilita el suministro de energía al motor 12 del portabroca.

El mecanismo 14 de descentrado radial, que se ve mejor en la vista ampliada de la figura 3, incluye un bloque 40 deslizante que tiene un ahusamiento internamente, un tubo 42 hueco que se extiende adentro del accesorio 30 anular. Dos cojinetes 44 anulares están dispuestos estrechamente entre el tubo 42 y el accesorio 30 y los interconecta, con un dispositivo 46 de bloqueo en el extremo distal del tubo 42 que sostiene los cojinetes 44 en posición. Los cojinetes 44 permiten el giro, mientras que la orientación del giro del accesorio 30 anular permanece sustancialmente fija. Un eje 48 tiene un interior 50 hueco que contiene un punzón de descentrado radial que define un eje 54 principal. El punzón 52 de descentrado radial tiene un extremo 56 configurado cónicamente con una punta 57 distal que se extiende adentro de un interior 58 ahusado del tubo 42. El extremo 56 está inclinado para coincidir con la inclinación de una superficie 60 inclinada del interior 58 ahusado de manera tal que el extremo 56 configurado cónicamente puede contactar en toda su longitud con la superficie 60. La superficie 60 interior inclinada del bloque 40 deslizante forma un orificio 61 con un diámetro interior sustancialmente igual al diámetro exterior de la punta 57 distal.

El eje 48 tiene una parte 62 que se extiende radialmente con un reborde 64 anular. Un muelle 66 está dispuesto en oposición a los taladros 68 y 70 en el bloque 40 deslizante y en el reborde 64, respectivamente. El muelle 66 predispone el bloque 40 deslizante contra el punzón 52 de descentrado radial. Más específicamente, el muelle 66 predispone la superficie 60 del interior 58 ahusado del bloque 40 deslizante contra el extremo 56 configurado cónicamente del punzón 52.

El punzón 52 de descentrado radial es desplazable en un sentido de avance axial indicado por la doble flecha 76, como es evidente por comparación de las figuras 2 y 5. Un manguito 78 roscado exteriormente rodea el punzón 52 de descentrado radial y es concéntrico con él de manera tal que el punzón 52 gira libremente dentro del manguito 78, tal como lo permiten los cojinetes 79. Un tornillo 80 anular en forma de disco tiene un taladro 82 central roscado internamente que recibe la rosca externa del manguito 78 y se acopla con ella. El tornillo 80 de disco es accionado por una cinta 84 de descentrado radial que, a su vez, es accionada por un motor 86 descentrado radial.

Una parte superior del manguito 78 es recibida en un casquillo 87. El manguito 78 está fijo en una dirección angular por una cuña 91 dispuesta dentro del casquillo 87. Un muelle 89 del tipo de arandelas, que es compresible en la dirección de avance axial indicada por la doble flecha 76, está dispuesto alrededor del punzón 52 y conectado a él inmediatamente encima del casquillo 87. El muelle 89 tiene un diámetro exterior que es mayor que el diámetro interior del manguito 78 con el fin de que el muelle 89 pueda ser presionado contra el manguito 78 y para prevenir que el muelle 89 sea empujado adentro del área interior del manguito 78. Dentro del casquillo 87 está el manguito 78; y dentro del manguito 78, a su vez, está el punzón 52. El muelle 89 del tipo de arandelas está configurado para resistir el desplazamiento axial del punzón 52 hacia el orificio 61 del bloque 40 deslizante cuando la punta 57 del extremo distal del punzón 52 está dentro de una distancia predeterminada al orificio 61. La distancia predeterminada es aproximadamente igual a la distancia axial en la que el muelle 89 puede ser comprimido.

El mecanismo 16 de avance axial incluye un motor 88 de avance axial fijo unido rígidamente a la placa 90 de montaje fija. El motor 88 hace girar un eje 92 de salida roscado que es recibido en, está acoplado a un tornillo 94 de un rodamiento de bolas roscado en el interior de dicho eje 92. El tornillo 94 del rodamiento de bolas está unido rígidamente a un brazo 96 del soporte 36, estando el brazo 96 de soporte asegurado por tornillos a una carcasa 100 anular que rodea el eje 48. Los cojinetes 102 interconectan la carcasa 100 y el eje 48, pero permiten que el eje 48 gire respecto de la carcasa. Un par de bloques 104 (figura 4) deslizantes interconectan la placa 90 de montaje y el soporte 36 y permiten el movimiento deslizante relativo entre los mismos.

El mecanismo 18 de giro excéntrico incluye un motor 106 de giro excéntrico que acciona una cinta 108 de giro excéntrico enganchada al eje 48. La cinta 108 hace girar el eje 48 alrededor del eje 54 principal, y con ello, debido al descentrado del eje 26 de la herramienta respecto del eje 54 principal creado por el mecanismo 14 de descentrado radial, permite el giro excéntrico correspondiente de la herramienta 24 de corte alrededor del eje 54 principal.

En operación, el motor 12 del portabroca que recibe energía a través del conducto 28, hace girar el portabroca 22 y la herramienta 24 de corte correspondiente. El motor 88 de avance axial del mecanismo 16 de avance axial hace girar el eje 92 de salida, que hace girar el tornillo 94 de rodamiento de bolas para que se desplace arriba o abajo dependiendo del sentido de giro del eje 92 de salida. El tornillo 94 de rodamiento de bolas, a través del brazo 96 de soporte y del resto del soporte 36, está conectado rígidamente al motor 12 del portabroca, al mecanismo 14 de descentrado radial y al mecanismo 18 de giro excéntrico, junto con los motores 86 y 106 asociados. Por lo tanto, el movimiento axial del tornillo 94 de rodamiento de bolas produce el movimiento axial correspondiente de toda la unidad 10 portabroca sustancialmente, excepto el mismo mecanismo 16 de avance axial. Las piezas del mecanismo 16 de avance axial que son fijas respecto de la dirección axial incluyen el motor 88 de avance axial, el eje 92 de salida y la placa 90 de montaje. A través de la operación antes descrita del mecanismo 18 de avance axial, una herramienta 24 de corte puede avanzar dentro de una pieza (no se muestra) para mecanizar un taladro en dicha pieza.

El mecanismo 14 de descentrado axial puede ser operado para crear un descentrado radial entre el eje 26 de la herramienta definido por la herramienta 24 de corte y el eje 54 principal definido por el eje 48 y por el punzón 52 de descentrado radial, como se muestra en la figura 5. El motor 86 de descentrado radial acciona la cinta 84 de descentrado radial que, a su vez, hace girar el tornillo 80 en forma de disco. El manguito 78, que es recibido a rosca dentro de un taladro 82 central del tornillo, se desplaza hacia arriba o hacia abajo en la dirección axial respecto del tornillo, dependiendo del sentido de giro del tornillo 80. El manguito 78 está acoplado axialmente al punzón 52 de descentrado radial de manera tal que el punzón 52 sigue cualquier movimiento axial del manguito 78. Sin embargo, el punzón 52 puede aún girar dentro del manguito 78. Cuando el tornillo 80 comienza a girar, el manguito 78 se desplaza en una dirección axial. A su vez, el manguito 78 transfiere este desplazamiento al punzón 52. De esta manera, el punzón 52 puede girar libremente junto con el giro excéntrico. La disposición también permite cambiar el descentrado durante el mecanizado, lo que es útil para el mecanizado de taladros cónicos o taladros asimétricos de configuración compleja.

El bloque 40 deslizante se desplaza radialmente en respuesta al desplazamiento axial del punzón 52 de descentrado radial. El muelle 66 predispone la superficie 60 del interior 59 ahusado del bloque 40 deslizante contra el extremo 56 configurado cónicamente del punzón 52. Debido a las inclinaciones coincidentes del extremo 56 configurado cónicamente y de la superficie 60, que se acoplan físicamente entre sí, un desplazamiento del punzón 52 alejándose del motor 12 del portabroca da lugar a un desplazamiento deslizante del bloque 40 deslizante hacia la placa 90 de montaje, como se muestra en la figura 5. El bloque 40 deslizante se desliza respecto del eje 48, reteniendo al mismo tiempo la capacidad de seguir el giro del eje 48. Cuando el bloque 40 deslizante se desliza, empuja el accesorio 30 anular y el cuerpo 20 del motor del portabroca junto con dicho accesorio. De esta manera, el eje 26 de herramienta de la herramienta 24 de corte se desplaza o se descentra respecto del eje 54 principal.

Cuando el punzón 52 de descentrado radial avanza hacia la posición mostrada en al figura 2, en la que el eje 26 de herramienta y el eje 54 principal coinciden, el extremo 56 configurado cónicamente comienza a acoplarse físicamente con la superficie 60 del interior 58 ahusado alrededor de los 360º de su circunferencia. Si el extremo 56 configurado cónicamente avanza demasiado rápidamente hacia esta posición, se presenta el riesgo de que el extremo 56 quede encajado o atorado dentro del interior 58 ahusado, lo que se denomina también "bloqueo." Cuando la punta 57 distal del extremo 56 se aproxima al orificio 61, la fuerza axial crecería espectacularmente para los pequeños desplazamientos axiales si en el sistema no hubiera elasticidad. Dicha elasticidad la aporta un muelle 89 de arandelas. Cuando la punta 57 se aproxima al orificio 61, el muelle 89 de arandelas hace contacto con la parte superior del casquillo 87. El muelle 89 comienza a contraerse, resistiendo los posteriores avances del punzón 52 y de su punta 57 hacia el orifico 61. De esta manera, el riesgo de bloqueo se reduce sustancialmente.

La operación del mecanismo 18 de giro excéntrico hace que la herramienta 24 de corte oscile circularmente u orbite alrededor del eje 54 principal mientras que, simultáneamente, la herramienta 24 gira alrededor de su propio eje 26. El radio de la oscilación circular es sustancialmente igual al descentrado radial entre el eje 26 de la herramienta y el eje 54 principal. Cuando el bloque 40 deslizante gira junto con el eje 48, el muelle 66 gira también. Cuando la posición rotacional del muelle cambia, la dirección de descentrado del bloque 40 deslizante y, por lo tanto, el descentrado de la herramienta 24 de corte respecto del eje 54 principal, experimenta un cambio correspondiente. Cuando la herramienta 24 de corte está descentrada respecto del eje 54 principal, hace un giro completo alrededor del eje 54 principal por cada giro del muelle 66 alrededor del eje 54 principal.

El pasador 32 de retención mantiene fija la orientación del accesorio 30 y del cuerpo 20 del motor del portabroca de tal manera que el cuerpo 20 del motor del portabroca da frente siempre a la misma dirección predeterminada y no puede girar alrededor del eje 26 de la herramienta. Sin embargo, los cojinetes 44 permiten que el bloque 40 deslizante gire libremente alrededor del eje 26 de la herramienta, incluso mientras que el accesorio 30 no puede. El descentrado radial y el giro del bloque 40 deslizante hacen que el accesorio 30 oscile en una dirección circular alrededor del eje 54 principal. El pasador 32 de retención se desliza cuando es necesario dentro de la ranura 34 en cualquier dirección perpendicular a los ejes 26 y 54 con el fin de seguir la oscilación del accesorio 30. El pasador 32 de retención siempre apunta en una misma dirección dentro de la ranura 34, es decir, está siempre orientado en la misma dirección, como se muestra, con el fin de fijar la orientación del cuerpo 20 del motor del portabroca.

Usando la unidad 10 portabroca, la herramienta 24 de corte puede, simultáneamente, avanzar en una dirección axial, girar alrededor de su propio eje 26, y oscilar excéntricamente alrededor del eje 54 principal con el fin de producir taladros con diámetros mayores que el diámetro de la herramienta 24 de corte. Además, usando el mecanismo 14 de descentrado radial para ajustar el descentrado radial de la herramienta 24 de corte durante el proceso de mecanizado, se puede producir taladros cónicos u otros tipos de taladros asimétricos de configuración compleja.

Las superficies de contacto para el acoplamiento del extremo 56 del punzón y del interior 58 ahusado del bloque 40 deslizante se muestran configuradas cónicamente. Sin embargo, se debe entender que las superficies de contacto para el acoplamiento pueden tener una configuración diferente a la cónica. Es posible que el extremo del punzón o la superficie interior del bloque deslizante o ambos tengan una configuración redondeada, es decir, que sigan una función no lineal o parabólica de la posición axial. Con este tipo de extremo del punzón no lineal o superficie interior no lineal, el extremo del punzón no contacta la superficie interior del bloque deslizante a lo largo de toda la longitud axial del extremo del punzón, excepto en el caso especial en el que el extremo del punzón y el interior del bloque deslizante tengan formas idénticas o complementarias y que el punzón esté insertado totalmente en el bloque deslizante. Preferentemente, el punzón contacta la superficie interior del bloque deslizante solo en un punto discreto a lo largo de la longitud axial del extremo del punzón, siendo el punto discreto una función de la posición axial de la punta distal del punzón. También es posible que el interior redondeado del bloque deslizante sea sustancialmente más amplio que el extremo redondeado del punzón.

En la figura 6 se muestra otra realización de la unidad portabroca. Esta realización es sustancialmente igual que la de las figuras 1 - 5 con la excepción de un mecanismo 110 de descentrado radial, que se ve mejor en la vista ampliada de la figura 7. Un eje 112 está orientado en el sentido de avance axial, indicado por la doble flecha 76, y tiene un extremo 114 con un pasador 116 que se extiende radialmente desde el mismo. El extremo 114 del eje 112 es recibido en un manguito 118 que tiene una ranura 120 inclinada que retiene el pasador 116. El manguito 118 está sujeto estrechamente dentro de un bloque 122 deslizante de manera tal que el manguito 118 se apoya contra una superficie 124 interior del bloque 122 deslizante y se acopla a dicha superficie. Un desplazamiento del eje 112 en el sentido de avance axial, como se muestra en la figura 8, da lugar a que el pasador 116 se desplace a lo largo de la ranura 120 inclinada, ya que el manguito 118 está fijo en la dirección axial respecto del bloque 122 deslizante. El desplazamiento hacia arriba del pasador 116 desplaza el manguito 118 y este, a su vez, desplaza el bloque 122 deslizante alejándolo de la placa 126 de montaje, con lo que se desplaza radialmente la herramienta 128 de corte y su eje 130 respecto del eje 132 principal. El manguito 118, el pasador 116 y la ranura 120 inclinada giran en redondo con el bloque 122 deslizante con el fin de girar la dirección de descentrado alrededor del eje 132 principal, con lo que la herramienta 128 de corte orbita alrededor del eje 132 principal.

Al mecanizar taladros en estructuras constituidas por materiales heterogéneos usando el aparato descrito, se puede presentar una pequeña diferencia de diámetro en los diferentes materiales. Esto se debe a las diferentes propiedades mecánicas de los diferentes materiales del bloque de materiales lo que da lugar a diferentes fuerzas de corte y deformaciones de la herramienta. En el lado de salida del bloque de materiales pueden presentarse rebabas u otro tipo de deterioro.

Dichas diferencias de diámetro y/o rebabas/dete-
rioros se pueden eliminar realizando una segunda etapa de mecanizado después del primer mecanizado (etapa 1), produciendo el taladro inicial con o sin eliminación de la excentricidad y girando simultáneamente la herramienta alrededor de su propio eje, alrededor del eje central del taladro y avanzando la herramienta en una dirección axial; véase la figura 9. La segunda etapa de mecanizado (etapa 2) se puede realizar bien reiniciando el taladro desde el lado de entrada o desde el lado de salida del bloque de materiales.

Se puede usar el mismo procedimiento para mejorar el terminado superficial del primer taladro cambiando los datos de mecanizado (velocidad de la broca y velocidad de avance) en la segunda etapa.

El aparato se puede usar también para mecanizar taladros relativamente grandes usando herramientas de diámetro relativamente pequeño y mecanizando el taladro en varias etapas como se describió anteriormente. Después del mecanizado del taladro piloto, se puede aumentar el descentrado y realizar la siguiente etapa de mecanizado para ampliar el taladro piloto. Repitiendo este procedimiento se pueden mecanizar taladros de diámetro grande sin necesidad de soportes de mecanizado rígidos para compensar las grandes fuerzas de corte.

Claims (9)

1. Un aparato para usar una herramienta (24; 128) de corte con una primera anchura y un eje (26; 130) de la herramienta para mecanizar un taladro en una pieza, teniendo el taladro una segunda anchura que es mayor que la primera anchura de la herramienta de corte, comprendiendo dicho aparato:

un primer actuador que incluye un motor (12) del portabroca que tiene un portaherramienta (22) para llevar la herramienta (24; 128) de corte y para hacer girar la herramienta de corte alrededor de su eje (26) de herramienta durante el mecanizado del taladro;

un segundo actuador (16) configurado para mover la herramienta (24; 128) de corte en una dirección de avance axial sustancialmente paralela al eje (26; 130) de herramienta de la herramienta (24; 128) de corte, siendo dicho segundo actuador (16) operable simultáneamente con dicho primer actuador (12);

un tercer actuador (18) configurado para hacer girar la herramienta (24) de corte alrededor de un eje (54; 132) principal, siendo dicho eje principal sustancialmente paralelo al eje de herramienta de la herramienta de corte, siendo dicho tercer actuador (18) operable simultáneamente con el primer actuador (12) y con el segundo actuador (16) para de este modo mecanizar el taladro; y

un mecanismo (14; 110) de descentrado radial configurado para ajustar una distancia radial del eje (26; 130) de herramienta de la herramienta (24; 128) de corte desde dicho eje (54; 132) principal, caracterizado porque el mecanismo (14; 110) de descentrado radial incluye un cuarto actuador (86) conectado accionadamente por medio de un eje (52; 112) desplazable axialmente coaxial con el eje (54; 132) principal a un bloque (40; 122) deslizante acoplado al portaherramienta (22), de manera tal que un movimiento axial del eje (52; 112) en la dirección de avance axial pone en movimiento radial el bloque (40; 132) deslizante y, por lo tanto, el

\hbox{portaherramienta (22). }

2. El aparato de la reivindicación 1, caracterizado porque el bloque (40; 122) deslizante está predispuesto en una dirección radial respecto del eje (54; 132) principal por medio de un muelle (66) de descentrado.

3. El aparato de la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el bloque (40) deslizante incluye una superficie (60) interior inclinada, y porque el eje (52) axial tiene un extremo (56) configurado cónicamente que se acopla con la superficie (60) inclinada del bloque (40) deslizante de manera tal que un movimiento del eje (52) axial en la dirección de avance axial da lugar al correspondiente movimiento axial del bloque (40) deslizante.

4. El aparato de la reivindicación 3, caracterizado porque el extremo (56) configurado cónicamente incluye una punta (57) distal que tiene un diámetro exterior, formando un orificio (61) dicha superficie (60) interior inclinada del bloque (40) deslizante con un diámetro interior, siendo el diámetro interior de dicho orificio (61) sustancialmente igual que el diámetro exterior de la punta (57) distal.

5. El aparato de la reivindicación 4, caracterizado porque el mecanismo (14) de descentrado radial incluye un muelle (89) del tipo de arandelas conectado al eje (52) axial y está configurado para resistir el movimiento axial del eje (52) hacia el orificio (61) del bloque (40) deslizante cuando la punta (57) distal del eje (52) está dentro de una distancia predeterminada al orificio (61).

6. El aparato de la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el eje (112) axial tiene un extremo (114) con un pasador (116) que se extiende radialmente desde el mismo, siendo recibido dicho extremo (114) del eje (112) en un manguito (118) que tiene una ranura (120) inclinada que retiene dicho pasador (116), acoplándose dicho manguito (118) con un a superficie (124) interior del bloque (122) deslizante de manera tal que un movimiento del eje (112) en la dirección de avance axial da lugar a un movimiento radial correspondiente del manguito (118) y del bloque (122) deslizante.

7. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque el mecanismo (14; 110) de descentrado radial incluye un motor (86) de descentrado radial que acciona una cinta (84) de descentrado radial para hacer girar un tornillo (80) en forma de disco roscado interiormente alrededor de un manguito (78) roscado conectado al eje (52; 112) axial, con lo que el movimiento de este en la dirección de avance axial da lugar al movimiento de dicho portaherramienta (22)en una dirección radial.

8. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizado porque el motor (12) del portabroca incluye un cuerpo (20) configurado para llevar la herramienta (24; 128) de corte, el tercer actuador (18) incluye un motor (106) de giro excéntrico que acciona una cinta (108) de giro excéntrico, estando acoplada dicha cinta (108) excéntrica acoplada a dicho cuerpo (20) del motor (12) del portabroca de manera tal que el giro de la cinta (108) de giro excéntrico da lugar al giro excéntrico correspondiente del motor (12) del portabroca alrededor del eje (54; 132) principal.

9. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, caracterizado porque el motor (12) del portabroca está conectado a un tornillo (94) de rodamiento de bolas roscado internamente llevado por un eje (92) de accionamiento axial roscado externamente, incluyendo dicho segundo actuador (16) un motor (88) de avance axial configurado para hacer girar el eje (92) de accionamiento axial respecto del tornillo (94) de rodamiento de bolas, moviendo de este modo el tornillo (94) de rodamiento de bolas y el motor (12) del portabroca en la dirección de avance axial.