ES2232700T3

ES2232700T3 - Maquina fresadora-mandrinadora universal.

Info

Publication number: ES2232700T3
Application number: ES02017786T
Authority: ES
Inventors: Hans Dr. Gronbach; Gerd Hoppe
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2005-06-01
Anticipated expiration: 2022-08-12
Also published as: EP1287945A2; EP1287945A3; DE50201445D1; CN1177673C; EP1287945B1; US20030049087A1; JP4022112B2; JP2003127040A; US6682278B2; DE10141865A1; DE10141865B4; CN1406710A

Abstract

Mandrinadora-fresadora universal con mando programado, con - una base horizontal (3) como soporte de una mesa portapiezas (2), - un bastidor de la máquina (1), y - un sistema portador (23) para por lo menos un cabezal portahusillos, que comprende un tubo central (43) de forma rígida, un soporte del cabezal portahusillos (66), fijado en el extremo inferior de aquél, tres barras telescópicas (50, 51, 52) dispuestas decaladas angularmente 120 en el espacio, que van articuladas en cojinetes universales en el soporte del cabezal portahusillos, y que contiene una pieza portadora superior (22), que lleva apoyos universales (41, 60, 61, 62) para el tubo central (43) y para cada una de las barras telescópicas (50, 52, 52), caracterizada porque - el bastidor de la máquina (1) junto con la base (3) está realizado como una estructura portante integrada de forma rígida, que presenta dos paredes laterales (4, 5) y un travesaño superior anterior (8), así como una pared posterior (6) más baja, y - la pieza portadora (22) del sistema portador (23) está dispuesta en posición inclinada entre la cara superior de la pared posterior (6) y el travesaño (8).

Description

Máquina fresadora-mandrinadora universal.

La invención se refiere a una máquina fresadora-mandrinadora universal con mando programado con una base horizontal como soporte de una mesa portapiezas con un bastidor de la máquina y con un sistema portador para por lo menos un cabezal portahusillos, que comprende un tubo central de forma rígida, un soporte del cabezal portahusillos fijado en el extremo inferior de éste, tres barras telescópicas dispuestas decaladas angularmente 120º en el espacio, que están articuladas con junta cardan en el soporte del cabezal portahusillos, y que contiene una pieza portadora superior que lleva el apoyo universal para el tubo central y para cada una de las barras telescópicas, tal como se conoce por ejemplo por la patente DE 19938058A.

Una máquina herramienta de esta clase la fabrica la empresa NEOS ROBOTICS en diversas versiones con la designación de sistema tricep®. Todas las máquinas que se han dado a conocer han sido concebidas para el mecanizado de piezas de grandes superficies, tales como grandes piezas de avión, y disponen de mesas portapiezas desplazables realizadas con la correspondiente longitud que permiten la colocación y fijación exacta de estas piezas, o bien de montantes móviles que se pueden desplazar lateralmente a lo largo de la pieza sobre unos carriles guía de correspondiente longitud, y en los cuales va fijado el sistema portador de la unidad de mecanizado. Los ejes básicos están realizados en cinemática paralela y los ejes del cabezal como ejes seriales.

En la Revista VDI-Z 143 (2001) Nº 6, junio, págs. 38 a 40, en el artículo "Bearbeitungszentrum mit Tripodentechnik" (Centro de mecanizado con técnica de trípode), del Dr. Werner Eberlein y Ulrich Schleider, se describe una máquina herramienta universal en el que la unidad de mecanizado que lleva el cabezal de fresado está realizada en técnica de trípode. La carcasa soporte del cabezal portahusillos es soportada y movida en este caso por tres bielas triangulares, a través de sendas articulaciones con tres grados de libertad, donde cada biela triangular está unida de forma articulada con el correspondiente sistema de guiado lineal. Los sistemas de guiado están situados en un cuerpo de alojamiento cilíndrico. Los desplazamientos longitudinales de los carros integrados se realizan por medio de husillos de recirculación de bolas y servoaccionamientos. En este sistema, el husillo de trabajo con su motor de accionamiento integrado se puede mover en un ángulo de 80º en el espacio. También estos tipos de máquinas están concebidos para el mecanizado de piezas con superficies extremadamente grandes, en particular de grandes piezas estructurales, por ejemplo, en el área de las superficies de sustentación, que pueden tener longitudes de pieza de 2,5 m, siendo posibles los recorridos de desplazamiento de hasta 30 m.

El objetivo de la invención es el de crear una máquina fresadora-mandrinadora universal de esta especie, que con una estructura compacta asegure un alto nivel de precisión de mecanizado gracias a la extrema rigidez de sus conjuntos y al posicionamiento de alta precisión de la herramienta.

Este objetivo se resuelve mediante las características de la reivindicación 1.

La realización del bastidor de la máquina en una forma semejante a un cajón, con la base integrada de la mesa portapiezas, asegura una rigidez extraordinariamente alta para mantener máximas precisiones de mecanizado. La posición inclinada del elemento portador para el tubo central con el cabezal de mecanizado así como para las tres barras telescópicas da lugar a una posición especialmente favorable del cabezal portahusillos, montado en el extremo del tubo soporte, en el espacio de trabajo, así como unas cargas más uniformes en comparación con una disposición vertical u horizontal del elemento portador. La máquina herramienta objeto de la invención es en conjunto sumamente compacto y exige sólo una superficie de colocación correspondientemente reducida. Gracias a la mesa fija sobre la base resulta posible la ventajosa colocación de la máquina sobre tres puntos.

Una realización especialmente conveniente de la máquina universal objeto de la invención se caracteriza porque la pieza portadora del elemento portador está realizada como un carro plano de forma rígida que se puede desplazar a motor sobre unas guías horizontales del travesaño y de la pared posterior. Esta posibilidad de desplazamiento del carro, y por lo tanto también de la unidad de mecanizado, permite en cada caso un posicionamiento óptimo del cabezal portaherramientas con relación a las piezas. Dado que las masas del carro y de los componentes soportados por éste son relativamente reducidas y prácticamente constantes, se obtienen otras ventajas en cuanto al diseño y eficacia de los equipos de accionamiento y control para los movimientos del carro.

El carro tiene convenientemente una forma sensiblemente triangular, y va apoyado por su cara posterior más larga por medio de dos elementos guía situados en los extremos, sobre un carril guía montado en la pared posterior, y con su lado frontal más corto por medio de por lo menos un elemento guía sobre un carril guía montado en el travesaño superior delantero. Esta forma y apoyo del carro permite una transmisión conveniente de las fuerzas que surgen durante el mecanizado, desde el carro al bastidor de la máquina, y esto incluso estando la herramienta de mecanizado en una posición desviada extrema.

Otra particularidad de la máquina herramienta objeto de la invención respecto al estado de la técnica antes citado consiste en la construcción del tubo central en una sola pieza, en comparación con las versiones conocidas de varias piezas, donde las distintas piezas individuales se han de alinear y fijar entre sí durante el montaje, con lo cual pueden surgir faltas de precisión en el comportamiento de posicionamiento. Al estar realizado el tubo en una sola pieza desaparece el trabajo de alineación y se logra la precisión, en cuanto a la posición de las articulaciones universales, respecto a las barras telescópicas que actúan como guías lineales, directamente durante la fabricación, con lo cual se pueden mantener unas tolerancias más reducidas.

Otras realizaciones convenientes de la invención se describen en las sub-reivindicaciones.

A continuación se describen con detalle unos ejemplos de realización preferidos de la máquina herramienta universal objeto de la invención, sirviéndose del dibujo. Las figuras muestran:

Figura 1 una máquina fresadora-mandrinadora universal, representada en perspectiva,

Figura 2 una variante de la máquina según la figura 1, con doble mesa,

Figura 3 una vista en perspectiva por la parte posterior de la máquina según la figura 1,

Figura 4 el sistema portador del cabezal portahusillos con el elemento soporte en forma de carro en una vista oblicua por delante (a) y en una vista lateral (b); y

Figura 5 el tubo central del sistema portador en una sección axial.

La máquina herramienta representada en la figura 1 comprende un bastidor de máquina 1 extremadamente rígido y como soporte de una mesa portapiezas 2 una base horizontal 3 que está integrada en el bastidor de la máquina. El bastidor de la máquina está realizado en forma de un cajón abierto hacia adelante y consta de dos paredes laterales verticales 4, 5, una pared posterior vertical 6, una parte de fondo 7 inclinada hacia adelante y hacia abajo, que está unida a las paredes laterales 4, 5 y a la pared posterior 6, así como un travesaño delantero superior 8, que une entre sí las paredes laterales 4, 5 en su parte más alta. Las paredes laterales 4, 5 tienen respectivamente una parte inferior más ancha, a la que está unida respectivamente una de las paredes laterales 9, 10 de la base 3, una parte central más estrecha con una superficie frontal vertical así como una parte superior 14, 15, que vuela oblicuamente hacia adelante, a la cual están unidos respectivamente los extremos del travesaño 8 de gran rigidez.

Tal como se puede ver especialmente por la figura 3, la pared posterior 6, dotada de multitud de vaciados 11, tiene menor altura que las paredes laterales 4, 5, y una superficie final inclinada 12, sobre la cual va montado fijo un carril guía continuo 13. Las caras posteriores de las dos paredes laterales 4, 5 discurren en su parte superior 14, 15 también inclinadas hacia arriba y hacia adelante, y están unidas de forma permanente con los respectivos extremos del travesaño 8. En la cara interior de cada pared lateral 4, 5 están previstos sendos elementos de cubierta 16, 17 que discurren oblicuamente, cuya cara superior está firmemente unida al travesaño 8. En una zona angular 19, formada por un puente rígido continuo 18 del travesaño 8, va fijado otro carril guía 20, cuya longitud es mayor que el espacio libre 21 limitado por los dos elementos de cubierta 16, 17. Sobre los dos carriles guía 13, 20 va guiado desplazable un carro 22. Como equipo de accionamiento para los movimientos de desplazamiento del carro sirve aquí un accionamiento por husillo (husillo de bolas recirculantes), compuesto por un husillo 29 apoyado en dos soportes de cojinete 28, dispuesto con el eje paralelo encima de la superficie extrema 12 de la pared posterior 6, y una tuerca de recirculación de bolas 25, que va montada en el carro 22. Por el lado posterior de la pared posterior 6 va montado un soporte 26 para un cable de arrastre 27, a través del cual se efectúa la alimentación de energía y el control de los distintos equipos soportados por el carro 22.

En la realización según las figuras 1, 3 está dispuesta sobre la base 3 que sobresale del borde anterior de las paredes laterales 4, 5, una mesa portapiezas 2, realizada como mesa giratoria, que está rodeada al menos por su parte posterior de un colector de virutas en forma de cubeta, limitado entre otros por la parte inclinada del fondo 7. Para la evacuación de los líquidos y las virutas sirven unos tubos de conexión 30, 31, que salen de la pared lateral derecha 10 de la base.

La mandrinadora-fresadora universal representada en la figura 2 se corresponde en su estructura base con la realización según la figura 1, de modo que los componentes correspondientes llevan las mismas referencias que la figura 1. La diferencia respecto a la realización según la figura 1 está constituida por una base 3 diferente, que sirve de soporte para dos mesas portapiezas 2a, 2b dispuestas una junto a la otra, y que está configurada correspondientemente. Las mesas portapiezas 2a, 2b, fijas, igual que en la realización según la figura 1, pueden estar montadas fijas sobre la base, tal como está representado o también pueden estar realizadas como mesas giratorias según la figura 1. El empleo de dos mesas portapiezas incrementa el rendimiento de arranque de virutas en conjunto, por ejemplo, gracias a la posibilidad de un montaje alternativo de piezas.

En las dos realizaciones de la máquina según la figura 1 y la figura 2, se emplea un sistema portador representado en la figura 4, para la unidad de mecanizado que en este caso está realizada como cabezal portahusillos 24. Este sistema portador comprende como componente esencial el carro 22 de alta rigidez, realizado en una construcción por cámaras de poca altura, y que visto en planta tiene la forma de un triángulo con la punta truncada. En el lado posterior más ancho 35 del carro 22 y en las respectivas zonas de las esquinas están montadas sendas zapatas guía 36, 37 actuando ambas junto con el carril guía 13 montado sobre la cara superior inclinada de la pared posterior 6. En el lado estrecho anterior del carro 22 van montadas fijas otras dos zapatas guía 38, 39, que se desplazan por el carril guía 20 previsto en el travesaño 8. Esta forma y construcción especiales del carro de alta rigidez asegura una transmisión exacta de las cargas transmitidas por la unidad de mecanizado al carro, a los respectivos componentes de alta rigidez del bastidor de la máquina.

El carro 22 tiene un vaciado 40 central, de forma circular, donde va montado un apoyo universal 41, por ejemplo, realizado en forma de junta cardan. En el casquillo de apoyo 42 de este apoyo 41 va guiado un tubo central 43, desplazable en dirección longitudinal y sin torsión, por medio de dos guías lineales 44 dispuestas diametralmente opuestas. En los dos conjuntos de apoyo de la junta cardan dispuestos diametralmente opuestos, van integrados dos sistemas de medición del ángulo, que no están representados, que suministran los correspondientes valores de medición para el mando programado. Además de esto, en el tubo central 43 va fijada una escala lineal 45 que se extiende en dirección longitudinal, a la que le corresponde un elemento de medida para determinar los movimientos de avance del tubo central 43 en su dirección longitudinal.

Tal como está representado en la figura 5, el cuerpo del tubo central 43 está realizado en una sola pieza, lo que en comparación con las versiones a base de varias piezas incrementa la rigidez y por lo tanto también la precisión de posicionamiento.

El sistema portador de la unidad de mecanizado 24 incluye además tres barras telescópicas 50, 51, 52, extensibles a motor, en cuyo tubo exterior van embridados sendos grupos de accionamiento 53, 54, 55. Mediante el accionamiento de estos grupos de accionamiento se extienden o recogen las barras interiores de las barras telescópicas. Los extremos de estas barras interiores se apoyan en cojinetes esféricos axiales 56, 57, 58, realizados en la pestaña del extremo 59, ensanchada, del cuerpo del tubo central 43. En esta pestaña del extremo va montado un soporte del cabezal portahusillos 66, fijo o giratorio alrededor del eje geométrico 64 del tubo central 43, en el cual va montado el cabezal portahusillos 24. Por este soporte del cabezal portahusillos 66 discurre la alimentación del líquido de corte refrigerante, y también puede contener accionamientos para el husillo de trabajo y para sus movimientos basculantes y de giro.

Además de la alta rigidez del bastidor de la máquina, que es decisiva normalmente para la precisión de mecanizado, la mandrinadora-fresadora universal objeto de la invención en las realizaciones antes descritas ofrece además las ventajas de una accesibilidad cómoda y por lo tanto segura al espacio de trabajo, dado que la mesa portapiezas está adelantada con respecto a las paredes laterales que están "recortadas" por su lado anterior. Otra ventaja esencial viene dada por las masas móviles que se mantienen uniformes para los procesos de mecanizado y tamaños de piezas más diversos, y que en el tipo de máquina objeto de la invención consisten exclusivamente en el carro con los componentes que van montados fijos en éste. La posibilidad de desplazamiento del carro, apoyado rígido a la torsión y al vuelco en los dos carriles guía 13 y 20, permite optimizar la respectiva posición de mecanizado del husillo con respecto a la pieza que está fija. El sistema de medida formado por los dos sistemas de medición del ángulo en el apoyo de la junta cardan del tubo central 43 así como la escala lineal absoluta 45 permite la determinación redundante de la posición de la herramienta en el espacio de trabajo, incluida su posición angular, y constituye la base de una regulación de emplazamiento de nivel superior con el fin de incrementar la precisión de posicionamiento. Además de esto, la realización del cuerpo del tubo central en una sola pieza no solamente ofrece mejor rigidez a la torsión sino también da lugar a una resistencia optimizada de los cojinetes esféricos, con la posibilidad de alojar un accionamiento de giro en la parte inferior ensanchada de este cuerpo. El campo angular preferido para la posición inclinada del elemento portador o del carro 22 está dentro de un campo de 30º a 60º, extendiéndose el tubo central 43 en su posición central normal, no desviada, perpendicular al plano del carro. Resulta especialmente ventajosa la disposición del carro formando un ángulo de 45º con respecto a la vertical (véase la figura 4b), concretamente si se emplea un soporte del cabezal portahusillos 66 en forma de un prisma de brazos iguales, en una de cuyas caras de los brazos va montado el cabezal de fresado. Simplemente girando 180º el soporte del cabezal portahusillos 66 alrededor del eje 64 del tubo central 43 se puede llevar el cabezal portahusillos 24 de la posición vertical a la posición horizontal y viceversa.

La invención no está limitada a los ejemplos de realización antes descritos. Así, por ejemplo, en versiones más pequeñas de la máquina, el carro puede estar realizado como componente integrante de una pared de cubierta superior inclinada, en cuyo caso el sistema portador de la unidad de mecanizado es fijo. Sin embargo también en este caso se debe mantener la alineación inclinada del sistema portador, para conseguir con ello también la correspondiente posición inclinada del tubo central, ya que de esta manera se logran unas condiciones favorables en cuanto al tamaño máximo del espacio de trabajo incluida la manipulación de las piezas durante la carga y también durante el mecanizado.

Claims

1. Mandrinadora-fresadora universal con mando programado, con

-: una base horizontal (3) como soporte de una mesa portapiezas (2),

-: un bastidor de la máquina (1), y

-: un sistema portador (23) para por lo menos un cabezal portahusillos, que comprende un tubo central (43) de forma rígida, un soporte del cabezal portahusillos (66), fijado en el extremo inferior de aquél, tres barras telescópicas (50, 51, 52) dispuestas decaladas angularmente 120º en el espacio, que van articuladas en cojinetes universales en el soporte del cabezal portahusillos, y que contiene una pieza portadora superior (22), que lleva apoyos universales (41, 60, 61, 62) para el tubo central (43) y para cada una de las barras telescópicas (50, 52, 52),

caracterizada porque

-: el bastidor de la máquina (1) junto con la base (3) está realizado como una estructura portante integrada de forma rígida, que presenta dos paredes laterales (4, 5) y un travesaño superior anterior (8), así como una pared posterior (6) más baja, y

-: la pieza portadora (22) del sistema portador (23) está dispuesta en posición inclinada entre la cara superior de la pared posterior (6) y el travesaño (8).

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque la pieza portadora (22) está realizada como un carro de forma rígida de poca altura, que se puede desplazar a motor en unas guías horizontales (13, 20) de la pared posterior (6) y del travesaño (8).

3. Máquina según la reivindicación 2, caracterizada porque el carro (22) realizado con una estructura de cajón, tiene una forma sensiblemente triangular y va apoyado desplazable por su cara posterior más larga por medio de dos elementos de guiado (36, 37) situados en los extremos, sobre un carril guía (13) en la cara superior inclinada de la pared posterior (6), y por su lado frontal más corto por medio de por lo menos un elemento guía (38) sobre un carril guía (20) del travesaño (8).

4. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque el cuerpo del tubo central (43) está realizado en una sola pieza.

5. Máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque sobre la base (3) están dispuestas dos mesas portapiezas (2a, 2b), una junto a la otra.

6. Máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la parte del fondo del bastidor de la máquina (1) o de la base (3) comprende un colector de virutas en forma de cubeta.

7. Máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el soporte del cabezal portahusillos (66) se puede girar alrededor del eje longitudinal (61) del tubo central (43).

8. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el elemento portante formado por el carro (22) está alineado en un campo angular de 30 a 60º respecto a la vertical, preferentemente con un ángulo de 45º.

9. Máquina según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el soporte del cabezal portahusillos (66) está realizado como un prisma que se puede girar alrededor del eje geométrico del tubo (64), y porque el cabezal de fresado (24) va montado en una de las caras laterales del prisma.