ES2257580T3 - Cambiador de herramientas para una maquina-herramienta. - Google Patents

Abstract

Cambiador de herramientas para una máquina herramienta, compuesto de - por lo menos do pinzas (16) en forma de mordaza, cuyos brazos (16, 17) estén realizados para acoplarse en la ranura anular (23) en el extremo más ancho de cono portaherramientas, móviles e inmovilizables el uno respecto al otro, - un soporte (13) que puede girar alrededor de su eje geométrico (15), en cuyos lados opuestos van fijadas las pinzas (16) simétricas respecto al eje, con la boca abierta hacia el exterior, y - una estructura de soporte (11, 12) para el soporte (13) que lleva un accionamiento para mover el soporte (13) a lo largo del eje geométrico (15) paralelo al eje del husillo de trabajo, caracterizado porque un brazo (18) de por lo menos una de las pinzas (17) está prolongado para formar un dedo resujeción (20) que sobresale.

Description

Cambiador de herramientas para una máquina-herramienta.

La invención se refiere a un cambiador de herramientas para una máquina herramienta, a base de por lo menos dos pinzas de herramienta en forma de mordaza, cuyos brazos están realizados para ajustar en la ranura anular en el extremo más ancho de un cono portaherramientas, de un soporte giratorio a motor alrededor de su eje central, en cuyos lados opuestos van fijadas las pinzas simétricas respecto al eje con la boca mirando hacia fuera, y de una estructura portante para el soporte, que lleva un accionamiento para mover el soporte.

Los sistemas de cambio de herramientas son generalmente habituales en las modernas máquinas herramientas controladas por programa y sirven para entregar herramientas entre un almacén de herramientas y el husillo de trabajo vertical u horizontal de la máquina herramienta. Para poder recibir las herramientas seleccionadas y que se encuentran en una posición de cambio predeterminada, hay determinados elementos de construcción de los cambiadores de herramienta, incluidas sus pinzas en forma de mordaza, que se desplazan siguiendo trayectorias predeterminadas, de manera que las pinzas puedan encajar con sus mordazas lateralmente en la ranura anular del cono portaherramientas que se encuentra en la posición de cambio del almacén. Mediante un movimiento de retirada se saca la herramienta del almacén y mediante un movimiento de giro o basculamiento del cambiador de herramientas se lleva a una posición en la que pueda efectuarse la sustitución de esta herramienta en el husillo de trabajo. El proceso de cambio de una herramienta "usada" fuera del husillo de trabajo a un puesto disponible del almacén de herramientas tiene lugar con una secuencia en orden opuesto.

Por la patente DE 35 31 160 A1 se conoce un cambiador de herramientas para una máquina herramienta, cuya pinza se aproxima lateralmente a la brida de un cono portaherramientas y que tiene dos brazos que se pueden mover acercándose entre sí y que después de rodear un cono portaherramientas se pueden bloquear por medio de un dispositivo con el fin de asegurar el cono portaherramientas en la pinza e impedir que se caiga. En la máquina herramienta está prevista una guía de corredera que expulsa el elemento de bloqueo axialmente fuera de la zona de la brida en el cono portaherramientas cuando se desplaza la pinza delante del alojamiento de la herramienta.

En la patente DE 42 15 697 A se describe otro cambiador de herramientas para máquinas herramientas, cuyas pinzas están dispuestas en un brazo cambiador que puede desplazarse entre el almacén de herramientas y el punto de alojamiento de la herramienta en el husillo de trabajo. El brazo cambiador lleva dos pinzas dispuestas una junto a la otra, que en su posición básica están realizadas para sujetar herramientas con el eje en posición paralela a un eje del husillo. Las dos pinzas están unidas al brazo cambiador por medio de un dispositivo de giro y se pueden desplazar en paralelo síncronas con relación al eje del husillo en la dirección de una línea de unión entre las dos pinzas.

Asimismo, por la patente DE 37 17 201 A se conoce una pinza para herramientas de una máquina herramienta, que lleva dos mordazas móviles para la sujeción con ajuste positivo en la ranura de un cono portaherramientas. Para que los brazos de las mordazas encajen con ajuste positivo en la ranura en el extremo más grueso del cono portaherramientas, la pinza lleva un elemento de accionamiento móvil que mueve los brazos a una posición abierta para introducir el cono portaherramientas o una posición cerrada para sujetar el cono portaherramientas con ajuste positivo. Este elemento de accionamiento es accionado por un tope de la máquina herramienta que se encuentra fijo en el espacio. La pinza lleva además dos mordazas fijas dispuestas coaxiales con los dos brazos de la pinza, sobresaliendo ambos de los extremos de los brazos de la pinza. Ambas mordazas pasan a formar un alojamiento conjunto de forma semicircular que lleva una ranura de centraje. El empleo de brazos de pinza móviles y mordazas fijas adicionales en cada pinza resulta técnicamente complejo y ofrece la posibilidad de que se produzcan alteraciones en el funcionamiento.

En los modernos centros de fresado y mandrinado para la fabricación de grandes series de piezas, los tiempos de mecanizado puros de una sola herramienta son con frecuencia del orden de segundos. Comoquiera que después de cada proceso de mecanizado tiene lugar un cambio de herramienta, y cada cambio de herramienta dura algunos segundos, se obtiene una relación relativamente desfavorable entre el tiempo de mecanizado total y la suma de tiempos necesarios para el correspondiente número de cambios de herramienta, lo que por naturaleza repercute desfavorablemente en el rendimiento de producción de la máquina. Esta relación de viruta-a-viruta/tiempo de trabajo resulta todavía más desfavorable cuando se utilizan husillos de alto rendimiento, por ejemplo los llamados husillos rápidos, debido a su alto rendimiento de arranque de viruta.

El objetivo de la invención es el de continuar reduciendo el tiempo necesario para un cambio de herramienta, con medios técnicos sencillos.

Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención porque un brazo de por lo menos una de las pinzas en forma de mordaza del cambiador de herramientas está prolongada formando un dedo de sujeción que sobresale.

Mediante la configuración objeto de la invención de la pinza en forma de mordaza empleada en el nuevo cambiador de herramientas se reduce el tiempo necesario para el acoplamiento de la pinza en forma de mordaza en la ranura anular en el cono portaherramientas y para soltar el cono portaherramientas de su alojamiento en el husillo, por el hecho de que la pinza de sujeción que fija el cono portaherramientas se puede soltar algo antes de lo que solía ser en pinzas convencionales. Hasta ahora, la mordaza de amarre que fija el cono portaherramientas en su alojamiento cónico en el husillo solamente se podía soltar una vez que la pinza en forma de mordaza estuviera completamente acoplada a la ranura anular del cono portaherramientas. No era posible soltar antes la pinza de amarre porque al haber quedado libre el cono portaherramientas ya no estaba garantizado un acoplamiento seguro de la pinza en forma de mordaza en la ranura anular del cono. Debido a la prolongación, objeto de la invención, de por lo menos uno de los dos brazos de la pinza para formar un dedo de sujeción que sobresale, se consigue que este dedo de sujeción, cuyo perfil está adaptado a la sección de la ranura anular, se deslice dentro de la ranura anular del cono portaherramientas que en este momento todavía está firmemente amarrado, durante el movimiento de acceso lateral, soportando así el cono portaherramientas en el alojamiento de forma cónica. Esto permite soltar antes la pinza de amarre mientras se está todavía moviendo la pinza hacia la herramienta, es decir que los dos procesos de soltar la pinza de amarre y de la sujeción por parte de la pinza en forma de mordaza se superponen al menos parcialmente en el tiempo, lo que da lugar a que se reduzca el tiempo total necesario para los dos procesos. Si bien el tiempo ahorrado en cada proceso de cambio de herramientas es sólo relativamente reducido, y es del orden de unas décimas de segundo hasta 1-2 segundos, se consigue no obstante una prolongación apreciable de los posibles tiempos de arranque de viruta de una máquina, durante los mecanizados de corta duración de la fabricación en grandes series, y esto mediante la medida técnicamente sumamente sencilla de prolongar uno de los brazos de la pinza.

Otras ventajas y particularidades del cambiador de herramientas objeto de la invención se deducen de la siguiente descripción de un ejemplo de realización, sirviéndose del dibujo en el que está representada esquemáticamente una máquina herramienta con el cambiador de herramientas realizado conforme a la invención.

Si el cambio de herramientas en una máquina se realiza mediante un movimiento lineal, bien del husillo de trabajo o del cambiador de herramientas, y para ello la pinza se introduce lateralmente en la ranura de alojamiento o sujeción del cono portaherramientas, el dedo de sujeción que sobresale en uno de los brazos de la pinza tiene forma rectilínea.

También existe la posibilidad de que el acoplamiento de la pinza en la ranura del con, portaherramientas tenga lugar al final de un movimiento de giro de la pinza. En este caso, el dedo de sujeción que sobresale, realizado en uno de los brazos de la pinza, tiene forma curva, preferentemente forma de arco de círculo, de manera que el dedo encaja en la ranura de alojamiento del cono portaherramientas al final de una trayectoria de movimiento en forma de arco de círculo, antes de que llegue a producirse el asiento completo. También en este caso se puede soltar antes la pinza de amarre integrada en el husillo de trabajo, ya que el cono portaherramientas con la herramienta está siendo sujetado por el acoplamiento del dedo de sujeción en la ranura del cono hasta que se produzca después el acoplamiento completo de la pinza. En esta clase de procesos de cambio se logra un efecto de seguridad igual si por lo menos uno de los brazos de las pinzas enlaza para formar un elemento de sujeción de forma curva, que se extiende delante del extremo del respectivo brazo de la pinza y que cumple la misma función de seguridad o sujeción que el dedo de sujeción antes descrito. Este segmento de sujeción tiene convenientemente forma de segmento de círculo y va fijado al soporte.

El efecto de seguridad de un portaherramientas durante el cambio de herramientas que se logra por medio de la invención se consigue también en pinzas cuyos brazos sean rígidos, es decir que no se puedan mover el uno respecto al otro. En este caso está previsto convenientemente, en la transición entre el dedo de sujeción o el segmento de sujeción y el espacio interior de la pinza una retención de seguridad que debería tener un elemento de sujeción que sobresalga, accionado por un muelle, que permita el acoplamiento de la pinza en la ranura del cono portaherramientas, por ejemplo, al desviarse venciendo el muelle, y que una vez efectuado el acoplamiento vuelva por el efecto del muelle a su posición de seguridad que sobresale.

Otro cambio de herramientas más acelerado resulta posible mediante un cambiador de herramientas que en un soporte común lleve cuatro pinzas situadas diametralmente opuestas por parejas, con lo cual las herramientas que se vayan a cambiar se pueden mantener en una posición de espera, y para el cambio de retirada e introducción de una herramienta se necesite respectivamente sólo un movimiento de giro de 90º.

Otras particularidades y ventajas del cambiador de herramientas objeto de la invención se deducen de la siguiente descripción de ejemplos de realización, sirviéndose del dibujo. Las figuras muestran:

Figura 1, una máquina herramienta con un cambiador de herramientas objeto de la invención, en una representación esquemática en perspectiva;

Figuras 2 a 4, otras realizaciones del cambiador de herramientas, representadas en perspectiva.

En el caso de la máquina herramienta representada esquemáticamente en la Figura 1, se trata de un centro de mecanizado horizontal concebido para la fabricación de grandes series, con una bancada 1 de gran rigidez como apoyo de una mesa portapiezas 2, desplazable en la dirección de la doble flecha (eje de coordenadas Z). La máquina lleva además un montante 3, desplazable en la dirección de la doble flecha (eje de coordenadas X), cuyas dos columnas verticales 4, 5 están firmemente unidas entre sí por medio de un travesaño superior (no representado). En el espacio intermedio entre las dos columnas 4, 5 está dispuesto un carro 6, desplazable en la dirección de la doble flecha (eje de coordenadas Y), que presenta una placa frontal 7 y que lleva el cabezal portahusillos 8 de un husillo de trabajo 9.

En la Figura 1, y a un lado junto a los elementos básicos representados de la máquina herramienta, se encuentra un cambiador de herramientas 10, que presenta una base inferior fija 11 y una estructura portante 12 para un soporte 13. Tal como está representada, la estructura portante 12 lleva un brazo telescópico 14, que se puede extender y recoger en la dirección de su eje longitudinal 15, por ejemplo mediante un cilindro de fluido a presión, que no está representado. En el extremo libre de este brazo telescópico 14 va montado transversalmente el soporte 13 realizado como una construcción de placas, que en sus dos extremos opuestos lleva sendas pinzas 16 en forma de mordaza, de las cuales solamente está representada la pinza derecha. Cada pinza 16 lleva dos brazos opuestos 17, 18, de los cuales por lo menos el brazo 17 tiene un apoyo articulado para efectuar el agarre, y que para poder atacar en la ranura circular 23 en la pestaña exterior 22 del cono portaherramientas normalizado 19, puede realizar un ligero movimiento de apertura. Para poder sujetar con seguridad el cono portaherramientas 19, este brazo 17 se puede inmovilizar en su posición de sujeción. El brazo 18 que en el dibujo queda en la parte inferior está prolongado formando un dedo de sujeción 20 que sobresale. Este dedo de sujeción 20 tiene un perfil adaptado a la sección de la ranura anular en la pestaña del cono portaherramientas.

En la máquina más arriba descrita como ejemplo de realización, un cambio de herramientas transcurre en la forma siguiente. Después del proceso de mecanizado con la herramienta de mandrinar 21 que está representada, el montante 3 se desplaza en la dirección de la coordenada X, y al mismo tiempo el carro vertical 6 se desplaza en la dirección de la coordenada Y, de manera que el eje geométrico del husillo de trabajo se encuentra en el mismo plano horizontal en el que está situado también el eje geométrico de la pinza 16. Poco antes del final del desplazamiento horizontal del montante 3, el dedo de sujeción prolongado 20 de la pinza 16 llega a acoplarse con la ranura anular 23 realizada en la pestaña exterior 22 del cono portaherramientas 19. Comoquiera que este dedo de sujeción 20 es rígido, el cono portaherramientas 19 queda sujeto mediante este acoplamiento de forma segura y sin posibilidad de bascular, de manera que inmediatamente después e incluso antes del pleno acoplamiento de los dos brazos 17, 18 de la pinza 16, puede tener lugar el proceso de soltar la pinza de amarre dispuesta en el interior del husillo de trabajo 8. Tan pronto como el cono portaherramientas 19 haya sido sujetado por la pinza 16 en forma de mordaza, con el brazo superior 17 desbloqueado, y el brazo superior 17 haya quedado fijado en su posición de sujeción por medio del bloqueo, se produce el movimiento de recogida del brazo telescópico 14 para retirar el cono portaherramientas 19, previamente liberado por la pinza de amarre, de su alojamiento cónico en el interior del husillo. A continuación se produce un giro de 180º del soporte 13 alrededor del eje 15, de manera que la pinza ocupada con la herramienta nueva llega a la posición de entrega de la anterior pinza 16. La colocación de la nueva herramienta con su cono portaherramientas en el alojamiento del husillo de trabajo 8 tiene lugar de la forma correspondiente, pudiendo efectuarse la fijación del cono portaherramientas en su alojamiento por parte de la pinza de amarre en un momento anterior, es decir al comienzo del movimiento horizontal de retirada por desplazamiento del montante 3, ya que la nueva herramienta con su cono portaherramientas 19 se mantiene sujeta en la garganta anular 13 por el aco-
plamiento algo prolongado del dedo de sujeción 20.

Los restantes ejemplos de realización de cambiadores de herramientas conforme a la invención, representados en las Figuras 2 a 4, están concebidos para ser empleados en la máquina herramienta representada en la Figura 1. Ahora bien, los cambiadores de herramientas según las Figuras 1 a 4 también se pueden emplear en otras máquinas herramientas y centros de mecanizado. En la siguiente descripción, los componentes que se corresponden con el cambiador de herramientas según la Figura 1 están identificados con las mismas referencias. En los ejemplos de realización representados en las Figuras 2 a 4, la entrega de la herramienta del almacén al cambiador de herramientas y del cambiador de herramientas al husillo de trabajo tiene lugar, en cada caso, por un movimiento de giro del soporte 13 alrededor del eje longitudinal 15, y no por un movimiento de traslación lineal del husillo de trabajo, como en el ejemplo de realización según la Figura 1.

La realización según la Figura 2 se corresponde en gran medida con el cambiador de herramientas descrito anteriormente sirviéndose de la Figura 1. La diferencia está en la realización de las dos pinzas 26 que en el brazo radial exterior de la pinza 25 presentan un dedo de sujeción rígido 27 prolongado, que en su cara inferior en forma de arco de círculo lleva un nervio de guiado 28, también en forma de arco de círculo. El radio de arco de este nervio de guiado 28 está adaptado a la trayectoria de vuelo alrededor del eje de giro 15, de manera que al efectuarse un movimiento de giro del soporte 14, este nervio de guiado 28 encaja sin tropiezo en la ranura anular en la pestaña 22 del cono portaherramientas 19. El efecto de seguro del dedo de sujeción 27 se corresponde con el del dedo de sujeción rectilíneo 20 de la realización según la Figura 1. Otra diferencia de la pinza 26 con respecto a la realización según la Figura 1 consiste en que los dos brazos de la pinza 24, 25 son rígidos, es decir que no se pueden mover el uno respecto al otro, lo que significa una simplificación en la construcción. Para asegurar la posición del cono portaherramientas 19 que se ha acoplado en la pinza respectiva 26, se ha previsto en esta realización, en cada uno de los brazos radiales interiores 24, una retención de seguridad 29, que en este caso se compone de un rodillo giratorio que sobresale cargado con muelle, que durante un proceso de introducción es empujado hacia atrás venciendo la fuerza del muelle, y que vuelve automáticamente a su posición sobresaliente representada, tan pronto como el cono portaherramientas se encuentre completamente dentro de la pinza. Esta retención de seguridad 29 puede estar combinada por medio de un interruptor eléctrico con el control del programa o con la parada de emergencia de la máquina herramienta, para parar la máquina en el caso de que se haya producido un acoplamiento incompleto. En lugar de los rodillos representados, se pueden emplear también como retenciones de seguridad 29 otros elementos adecuados, como por ejemplo rampas que se desplacen venciendo la fuerza de un muelle.

La realización según la Figura 3 contiene en lugar de los dedos de sujeción prolongados 20 ó 27 de las realizaciones según las Figuras 1 y 2, sendos segmentos de sujeción 30 en cada pinza, que forman la prolongación del brazo radial interior 31 de la pinza y que van fijados en el soporte 13. También en esta realización, los dos brazos de la pinza 17 y 32, están fijos el uno respecto al otro. Sobre el respectivo segmento de sujeción 30 se encuentra un nervio de guiado 31, que durante un proceso de acoplamiento llega a encajar en la ranura anular 23 de la pestaña 22 del cono portaherramientas 19, cumpliendo de forma similar a los dedos prolongados 20, 27 una función de guiado y sujeción, antes de que la pinza 17 agarre plenamente el cono portaherramientas 19.

El cambiador de herramientas representado en la Figura 4 se diferencia, con respecto a la realización según la Figura 3 únicamente por estar previstas un total de cuatro pinzas, que van fijadas en el soporte 13 por parejas diametralmente opuestas, es decir decaladas entre sí en ángulo recto. Como se puede ver, la realización constructiva de las cuatro pinzas 17 se corresponde con la realización antes descrita según
la Figura 3.

Los cambiadores de herramientas antes descritos se pueden emplear en máquinas herramientas de diferentes clases, siendo posible realizar modificaciones de diseño y funcionales para adaptarlo a la máquina respectiva. Al mismo tiempo se pueden emplear también características individuales de alguna de las versiones de cambiador antes descritas en otros cambiadores de herramientas, es decir, son posibles otras combinaciones de los detalles descritos y representados, por ejemplo, cabe prever los dedos de sujeción 27 en dos o en las cuatro pinzas de la realización según la Figura 4.

La invención no está limitada al ejemplo de realización representado y antes descrito. El cambiador de herramientas realizado conforme a la invención se puede emplear más bien en los tipos más diversos de máquinas herramientas, si se pretende conseguir unos tiempos de cambio extremadamente cortos. Esto incluye, por ejemplo, también máquinas herramientas en las cuales los movimientos necesarios para efectuar un cambio de herramientas son realizados por el cambiador de herramientas.

Claims (8)

1. Cambiador de herramientas para una máquina herramienta, compuesto de

-

por lo menos dos pinzas (16) en forma de mordaza, cuyos brazos (16, 17) están realizados para acoplarse en la ranura anular (23) en el extremo más ancho del cono portaherramientas, móviles e inmovilizables el uno respecto al otro,

-

un soporte (13) que puede girar alrededor de su eje geométrico (15), en cuyos lados opuestos van fijadas las pinzas (16) simétricas respecto al eje, con la boca abierta hacia el exterior, y

-

una estructura de soporte (11, 12) para el soporte (13) que lleva un accionamiento para mover el soporte (13) a lo largo del eje geométrico (15) paralelo al eje del husillo de trabajo,

caracterizado porque un brazo (18) de por lo menos una de las pinzas (17) está prolongado para formar un dedo de sujeción (20) que sobresale.

2. Cambiador de herramientas según la reivindicación 1, caracterizado porque el husillo de trabajo (9) se puede desplazar en una dirección horizontal, transversal al eje longitudinal del husillo, para el acoplamiento lateral de la pinza (16).

3. Cambiador de herramientas según la reivindicación 1, caracterizado porque el dedo de sujeción (27) que sobresale está realizado por lo menos en su zona radial interior en forma de arco, y presenta un nervio de sujeción y guiado (28) en forma de
arco.

4. Cambiador de herramientas según el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizado porque un brazo (23) de las pinzas (33) enlaza con un segmento de sujeción (30) en forma de arco, que en su superficie del fondo lleva un nervio de guiado (31).

5. Máquina herramienta según la reivindicación 4, caracterizada porque el segmento de sujeción (30) de la pinza (33) va fijado al soporte común (13).

6. Cambiador de herramientas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los dos brazos (17, 32) de las pinzas (33) son rígidos y porque por lo menos en uno de los brazos (32) está prevista una retención de seguridad (29).

7. Cambiador de herramientas según la reivindicación 6, caracterizado porque la retención de seguridad (29) comprende un elemento de retención cargado con muelle que sobresale.

8. Cambiador de herramientas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en un soporte común (13) están dispuestas, diametralmente opuestas por parejas, cuatro pinzas (33).