ES2258711T3 - Cabezal antropomorfico para maquinas herramientas con una unidad operativa de reducidas dimensiones radiales. - Google Patents

Abstract

Cabezal (1) de maquinado articulado, para máquinas herramientas usadas para maquinar piezas de trabajo (2) hechas de madera o materiales similares que están fijadas a un plano de trabajo (5) de la máquina, el cabezal estando configurado con la forma de una cadena cinemática con al menos una primera articulación (R1) en condiciones de girar alrededor de al menos un eje geométrico (W1) de la misma articulación; el cabezal comprendiendo una unidad motorizada compacta (3), adecuada para accionar rotacional y rápidamente una herramienta (4) alrededor de un eje identificado en la unidad (3) para realizar elaboraciones de fresado, perforado y similares sobre las piezas de trabajo (2); siendo posible ubicar la unidad motorizada compacta (3) usando la cadena cinemática en al menos una posición operativa (12) en la cual el eje de rápida rotación de la herramienta (4) está en disposición paralela con el plano de trabajo (5) de la máquina, la unidad motorizada compacta (3) comprende, en una carcasa (6)de soporte del árbol, una primera parte de impulsión, que se compone de un motor eléctrico cuyo rotor es un primer árbol motriz (7), que tiene un primer eje de rotación (7a) en la unidad (3); y una segunda parte operativa.

Description

Cabezal antropomórfico para máquinas herramientas con una unidad operativa de reducidas dimensiones radiales.

La presente invención se refiere a un cabezal articulado, del tipo también conocido con el nombre de cabezal antropomórfico, adecuado para ser aplicado a máquinas herramientas para trabajar madera, en particular a centros de maquinado para fresar y taladrar paneles de madera o piezas de trabajo, con una herramienta que se puede ubicar según dos o más ejes de maquinado.

Tales máquinas como aquella publicada en los documentos DE 3.219.072, que forma la base del preámbulo de la reivindicación 1, y DE 2.451.292 son muy conocidas en el sector de maquinado secundario de madera y productos similares, en particular para la fabricación de muebles. El fresado realizado en dichas máquinas se lleva a cabo para obtener partes terminadas a partir de piezas de trabajo de madera, normalmente con forma de panel, que son fresadas tanto en sus bordes, para obtener un borde con varias formas, como, a veces, sobre otras partes de sus superficies, para modelarlas, lo que equivale a decir, para obtener cavidades y perforados inclinados según varios ejes.

Las aplicaciones típicas de tales operaciones de maquinado se hallan, por ejemplo, en la producción de puertas moldeadas para cocinas de alta calidad.

En los centros de maquinado mencionados con anterioridad las piezas de trabajo normalmente se ubican sobre un plano de trabajo de la máquina, y se fijan allí con sistemas conocidos, de manera que pueda tener inicio el fresado y perforado requerido.

En tales máquinas, por lo tanto, es necesario permitir que la herramienta de fresado alcance la mayor cantidad posible de posiciones en la pieza de trabajo, en función de las restricciones impuestas por la fijación y el apoyo de la pieza de trabajo. Esto está determinado por la mayor o menor movilidad recíproca prevista en la máquina entre el cabezal portaherramienta y el plano de trabajo de la máquina donde, en los casos más comunes, el plano de trabajo está fijo y los distintos grados de libertad están dados en el cabezal portaherramienta.

Un problema a resolver -relativo a las soluciones de la técnica conocida, y a las desventajas inherentes a las mismas- no reside solamente en el problema de asignación de los distintos grados de libertad necesarios a la herramienta, sino -al mismo tiempo- el problema técnico de optimizar la accesibilidad de la herramienta a la pieza de trabajo, manteniendo simultáneamente en la solución usada la condición de sumamente compacta.

La técnica conocida en el sector de tales cabezales antropomórficos para centros de maquinado se refiere a cabezales substancialmente con una configuración de cadena cinemática que, por medio de miembros dispuestos en sucesión y articulados por medio de pares giratorios o juntas esféricas, puedan ubicar la herramienta en las coordenadas requeridas, obviamente dentro de un dado intervalo de movilidad permitida.

Básicamente, tales cabezales antropomórficos se componen de un grupo de juntas o "muñecas" (que los convierten en antropomórficos) que conectan la sucesión de miembros que forman la cadena cinemática para la ubicación de la herramienta, que además le da los necesarios grados de libertad rotacional, requeridos para inclinar su eje según las diferentes direcciones posibles. Por el contrario, los deseados movimientos de traslación en las tres direcciones -que obviamente se omiten en la descripción que sigue- se logran moviendo un miembro situado al origen de tales cabezales, conectado de manera deslizante a un elemento móvil de la máquina, que normalmente coincide con el montante móvil arriba del plano de trabajo de la máquina.

Al final de la cadena cinemática, la rotación de corte de la herramienta es impulsada por una transmisión de árboles y respectivos engranajes cilíndricos y/o cónicos de conexión, que pasan dentro de los miembros para transmitir el movimiento giratorio de corte desde el origen de la cadena hasta la herramienta al final de la cadena (donde los engranajes y las articulaciones están dispuestos substancialmente en las muñecas de la cadena), o la rotación de la herramienta de corte es impulsada por un electromandril tradicional al final de la cadena que transmite la rotación de corte directamente a la herramienta.

Las primeras soluciones de tales cabezales articulados, desarrolladas por varios fabricantes, incluyen la posibilidad de inclinar el eje de la herramienta según todas las direcciones de un plano vertical "p" constantemente perpendicular al plano de trabajo de la máquina (horizontal), por medio de un soporte tipo estrella circular con dos o más herramientas dispuestas radialmente sobre la estrella, contenida a su vez en el plano "p". En esas soluciones una primera articulación giratoria de eje vertical (U1) inclinaba un primer miembro sobre el cual la estrella estaba soportada de manera giratoria alrededor de un eje horizontal (U2) que pasaba a través de su centro y era perpendicular a su plano "p". Los elementos, además, normalmente estaban dispuestos de modo que el eje vertical (U1) también pudiera pasar a través del centro de la estrella, donde un sistema de árboles dentro de los miembros de la cadena transmitía el movimiento giratorio a las herramientas.

En los cabezales articulados desarrollados según esas soluciones, por ejemplo, por la empresa italiana CTC, la cadena cinemática era más sofisticada y versátil que las previas, con un primer miembro que giraba alrededor de un primer eje vertical (U1), perpendicular al plano de trabajo de la máquina, a su vez con una junta giratoria cuyo eje (U2) incidía con un punto (C) y estaba inclinada a 45º con respecto al eje anterior (U1). Sobre esta junta rotativa con eje (U2) giraba -con respecto al primer miembro- el cuerpo de un normal electromandril, cuyo eje de herramienta (U3) estaba dispuesto incidente con los previos dos ejes (U1 y U2) en el punto C común a ambos, y estaba dispuesto a 45 grados con respecto al eje (U2). De esta manera, el eje de la herramienta (U3) podía ser girado desde una dirección vertical hasta una dirección horizontal, simplemente girando el electromandril alrededor del eje (U2), con lo cual eran posibles todas las direcciones horizontales para el eje (U3) simplemente girando el primer miembro alrededor del eje (U1).

Una solución similar se obtuvo reemplazando el ángulo de 45º de la descripción anterior por un ángulo de 90º, de manera que los ejes U1 y U2 estuvieran en ángulo recto entre sí, y el eje de la herramienta (U3) pudiera describir el plano perpendicular al eje U2 y pasar a través del punto C.

Las soluciones mencionadas con anterioridad para la producción de cabezales articulados por un lado resolvían el problema de otorgarle a la herramienta los grados de libertad necesarios de manera bastante satisfactoria pero, por otro lado, tenían la desventaja de no brindar una satisfactoria accesibilidad de la herramienta a todas las partes de la pieza de trabajo fijada directamente al plano de trabajo de la máquina, en particular con referencia al maquinado a realizar en el borde lateral de la pieza de trabajo, por ejemplo, perforado con un eje horizontal en el plano central de la pieza de trabajo. Esto sobre todo en términos de interferencia entre el cabezal -o la parte del mismo que servía para soportar la herramienta- y el plano de trabajo de la máquina.

Las desventajas descritas se pueden deducir fácilmente a partir de las previas descripciones cualitativas.

Con referencia a las primeras soluciones mencionadas, se entiende cómo la estrella portaherramienta podía realizar con facilidad perforado y fresado sobre una pieza de trabajo fijada directamente al plano de trabajo de la máquina, sí y sólo si el maquinado requería que la herramienta fuera colocada verticalmente. Si el perforado se debía llevar a cabo sobre el plano central de un panel, con el eje de la herramienta situado horizontalmente, obviamente debido a la interferencia entre la estrella y el plano, la pieza de trabajo que se estaba maquinando no podía quedar apoyada directamente sobre el plano de trabajo de la máquina, sino que hacía falta recurrir a soportes separadores especiales, del tipo conocido, para separar el panel del plano de trabajo, al menos de una medida igual al radio de la estrella.

Por consiguiente, los cabezales hechos según las primeras soluciones tenían la grave desventaja de exigir que la pieza de trabajo fuera ubicada sobre dichos espaciadores en lugar de quedar ubicada directamente sobre el plano de trabajo de la máquina. Además, tal ubicación traía aparejada en sí misma la desventaja secundaria de tener que asignar al cabezal los recorridos de movimiento en la dirección Z perpendicular al plano de trabajo de la máquina, lo cual servía para compensar la diferente altura de maquinado (comparable al radio de la estrella) cuando pasaba de una operación de perforado/fresado con eje horizontal (estrella en posición levantada) a una operación con eje vertical (estrella en posición baja), y viceversa.

Sucintamente, las primeras soluciones mencionadas con anterioridad, estaban limitadas por el parámetro de "mínima altura de maquinado Hmin admitida" de la herramienta horizontal con respecto al plano de trabajo de la máquina, un parámetro que dependía del radio de la estrella.

Con referencia a las segundas soluciones, también existía la restricción impuesta por la mínima altura de maquinado Hmin admitida con respecto al plano de trabajo de la máquina, si bien por otros motivos.

Considerando las segundas soluciones de cabezales en la posición de maquinado con el eje de la herramienta paralelo al plano de trabajo de la máquina (horizontal), el obstáculo residía en la dimensión radial del paquete estator y rotor del motor eléctrico del electromandril, lo cual significaba que la distancia radial del árbol del mandril con respecto al plano de trabajo de la máquina tenía que ser mayor o igual que ese valor de Hmin, básicamente comparable a la dimensión radial del paquete eléctrico. Donde, debido a las considerables potencias del mandril (desde aproximadamente 10 kW en adelante), su dimensión radial pasó a ser muy considerable, ni siquiera el aplanamiento a menudo hecho debajo del mismo -lo que equivale a decir, opuesto al empalme con su cadena cinemática de soporte- podía ser un beneficio digno de relieve con respecto a la posibilidad de proximidad radial entre el mandril y el plano de trabajo de la máquina. Por ende, las segundas soluciones también exigían el uso de soportes espaciadores para emplazar las piezas de trabajo, si bien sin presentar la desventaja de tener que realizar compensación de recorrido cuando el eje de la herramienta pasaba de vertical a horizontal, elemento característico de las primeras soluciones.

Lo anterior indica cómo las arquitecturas de cabezales articulados descritas y pertenecientes a la técnica conocida, al igual que otras arquitecturas funcionalmente equivalentes, no contienen en sí mismas elementos útiles para resolver simultáneamente el problema de asignar a la herramienta los necesarios grados de libertad y el problema del acceso extensivo e incondicional a todas las partes laterales de una pieza de trabajo fijada directamente al plano de trabajo de la máquina, por ende para operaciones de maquinado con el eje de la herramienta paralelo al plano de trabajo de la máquina y para reducidas alturas Hmin con respecto al plano de trabajo, necesarias para la correcta operación del eje.

El objetivo del cabezal articulado publicado en la presente invención es el de superar las desventajas mencionadas con anterioridad. Por consiguiente la presente invención, como está descrito en las reivindicaciones que están más adelante, resuelve el problema de producir un dispositivo con la forma de un cabezal articulado antropomórfico para soportar una herramienta de fresado/perforado sobre centros de maquinado. Básicamente este dispositivo no tiene el problema de una exagerada altura mínima Hmin de maquinado admitida, que podría necesitar accesorios espaciadores para fijar las piezas de trabajo al plano de trabajo de la máquina. El dispositivo con la forma de un cabezal debe presentar simultáneamente una construcción sumamente simple y una operación versátil, y, además, debe conservar todas las características funcionales positivas de las soluciones previas, o aún mejor, perfeccionándolas.

La idea desarrollada a continuación logra los objetivos prefijados con una configuración de cabezal del tipo antes mencionado, a empalmar al travesaño (normalmente móvil) arriba del plano de trabajo de la máquina adecuado para fijar las piezas de trabajo a maquinar en el centro de maquinado.

Más exactamente, se trata de un cabezal articulado de maquinado para una máquina herramienta que maquina piezas de trabajo de madera sobre un plano de trabajo de la máquina, configurado como una cadena cinemática con al menos una primera articulación (R1) en condiciones de girar alrededor de al menos un eje geométrico (W1) de la misma articulación. El cabezal comprende una unidad motorizada compacta que acciona la rotación rápida de una herramienta de fresado alrededor de un eje identificado en dicha unidad, y donde la unidad puede ser ubicada por la cadena cinemática al menos en una posición operativa en la cual el eje de rotación rápida de la herramienta es paralelo al plano de trabajo de la máquina.

La característica especial de este cabezal es el hecho que la unidad motorizada compacta comprende, dentro de una carcasa de soporte de los árboles, una primera parte de accionamiento, que se compone de un motor eléctrico cuyo rotor es un primer árbol motriz, con un primer eje de rotación (7a) identificado en la unidad; y una segunda parte operativa, que se compone de un segundo árbol operativo, que tiene un segundo eje de rotación (8a) identificado en la unidad, paralelo y cerca del precedente eje de impulsión (7a), y con un extremo operativo (8e) adecuado para proporcionar soporte coaxial a la herramienta que trabaja fuera de la carcasa, de manera que la herramienta tome el segundo eje de rotación (8a) como su propio eje de rotación rápida. El segundo árbol es impulsado en rotación por el primer árbol motriz a través de medios para trasmitir el movimiento rotacional.

En tal solución, debido a que sobre el segundo árbol no existe el paquete eléctrico, la carcasa ventajosamente está hecha con una dimensión muy reducida a lo largo de las semirrectas radiales (s) que tienen origen a partir del segundo eje de rotación (8a) y se alejan del primer eje de rotación (7a), de suerte que en una o varias posiciones operativas donde el eje de la herramienta es paralelo al plano de trabajo de la máquina, sea muy pequeña la distancia radial entre el segundo árbol operativo y el plano de trabajo de la máquina, y cada pieza de trabajo a maquinar.

Con esta configuración especial de los elementos de la invención, también están especificados los elementos de transmisión que actúan entre los árboles y las partes de impulsión y operativas, bajo forma de una correa dentada y correspondientes poleas en el extremo no operativo del árbol conducido. Además, se tiene la presencia de medios adecuados para trabar y destrabar la herramienta, si bien las reivindicaciones sólo cubren su emplazamiento y compatibilidad con la arquitectura de la unidad motorizada descrita arriba, puesto que sus otros aspectos son substancialmente conocidos.

Asimismo, nuevamente en función de la configuración especial de los elementos de la invención, también está especificada la estructura de la cadena cinemática sobre la unidad, que configura el cabezal en su totalidad. En el caso en cuestión están especificadas las posiciones de los ejes de las articulaciones del cabezal antropomórfico. En particular, el eje geométrico (W1) de la articulación (R1) puede ser perpendicular al plano de trabajo de la máquina, mientras que el eje (8a) del árbol operativo puede ser paralelo al plano de trabajo.

Asimismo, la cadena cinemática que forma el cabezal puede tener al menos otra articulación (R2) con un eje de rotación (W2), donde los ejes W1 y W2 podrían ser incidentes entre sí en un punto (C) al menos para un grupo de posiciones del cabezal. Para dicho grupo de posiciones del cabezal, la primera articulación (R1) podría permitir la rotación del eje W2 alrededor del eje W1 de acuerdo a un cono con vértice (C) y una semiabertura igual a 45º, la segunda articulación (R2) podría permitir la rotación del eje 8a alrededor del eje W2 de acuerdo a un cono con vértice (C) y una semiabertura igual a 45º, de suerte que en el caso particular en que el eje W1 es perpendicular al plano de trabajo de la máquina, el eje de rotación de la herramienta (8a) podría ocupar -por medio de una oscilación de 180º alrededor del eje W2- tanto una posición operativa paralela al plano de trabajo de la máquina como una posición operativa perpendicular al plano de trabajo, y coincidente con el eje W1.

Las ventajas obtenidas con la presente invención derivan de muchas circunstancias, ya indicadas, siendo la más importante la posibilidad de fijar la pieza de trabajo a maquinar directamente en el plano de trabajo de la máquina, sin necesidad de aparatos espaciadores adicionales.

Además, la arquitectura de un cabezal en conformidad con la presente invención no exige ninguna compensación de recorrido (como se ha visto arriba) para pasar de un fresado/perforado vertical a uno horizontal, y por sobre todo la mínima altura de maquinado Hmin admitida para la herramienta sobre el eje horizontal es significativamente menor que la de todas las estructuras previamente conocidas pertenecientes a la técnica conocida, donde esto se podría atribuir a la especial configuración estructural de la invención, en la cual la dimensión radial de los paquetes eléctricos de estator y rotor han sido quitados en su totalidad del árbol de impulsión, que ha sido separado del árbol operativo, de manera que alrededor de este último se tengan solamente las dimensiones de los elementos necesarios para soportar la rotación del árbol operativo, lo cual se traduce en las dimensiones mínimas indispensables.

A continuación se describe la presente invención con mayor nivel de detalles, con referencia a los dibujos anexos, que ilustran una realización preferida, sin restringir el alcance de su aplicación. Con el único objetivo de hacer más claras las referencias, se hacen algunas menciones a elementos de la máquina normalmente relacionadas al cabezal publicado. Por lo tanto, con referencia a un grupo de tres ejes de máquina (X, Y y Z), en ángulos rectos entre sí, donde el plano de trabajo de la máquina para fijar las piezas de trabajo está dispuesto horizontalmente sobre XY, y X indica la dirección de movimiento del montante que soporta al cabezal arriba del plano de trabajo de la máquina, se tiene que:

- la figura 1 es una vista lateral, según el eje Y, del conjunto del cabezal antropomórfico en el cual todos sus ejes significativos en el dibujo están en el mismo plano. El cabezal, además, está ilustrado conectado, mediante un carro intermedio, a un montante móvil de la máquina, con el cual el mismo adquiere los tres grados de libertad de traslación (X, Y y Z) necesarios por encima del plano de trabajo de la máquina, y puede moverse por encima de una predeterminada zona de maquinado del plano de trabajo. La unidad motorizada compacta está ilustrada en sus dos posiciones límites, con el eje paralelo al plano de trabajo de la máquina y con el eje perpendicular al plano de trabajo;

- la figura 2, con referencia a la misma configuración en la cual la cadena cinemática del cabezal está ilustrada en la figura previa, es una vista frontal, según el eje de la herramienta, solamente de la unidad operativa motorizada compacta;

- la figura 3 deriva de la figura 1, pero la unidad motorizada compacta está representada en sección transversal, con el eje operativo paralelo al plano de trabajo de la máquina, para fresar/perforar con eje horizontal;

- la figura 4 es tomada directamente de la figura 3, pero en escala amplificada.

Este dispositivo con la forma de un cabezal de maquinado articulado (1), sumamente innovador por lo que concierne a la solución correspondiente a la unidad operativa motorizada compacta propuesta, y al mismo tiempo muy simple, básicamente comprende una cadena cinemática con una configuración substancialmente conocida, que se compone de tres miembros (15, 16 y 17), articulados entre sí en sucesión, para formar un brazo, mediante dos juntas esféricas (R1 y R2), donde cada una de las muñecas -desde el punto de visto de la conexión- es una junta rotativa con eje de rotación (W1 o W2). La articulación R1 está situada entre los miembros 15 y 16, y la articulación R2 está situada entre los miembros 16 y 17, donde el miembro 17, inmediatamente después de la articulación R2, tiene una estructura especial tipo carcasa (6), que forma la tapa externa de la unidad motorizada compacta (3) de soporte e impulsión de la herramienta (4), y es adecuada para encerrar sus mecanismos.

El miembro del cabezal (15), a su vez, está soportado de manera corrediza por un carro de la máquina (18), intercalado entre el miembro del cabezal (15) y el montante de la máquina (19), que es móvil a lo largo de su eje X. El carro (18), a su vez, tiene guías (18g) sobre una de sus caras, dispuestas según el eje Z y sobre las cuales el miembro (15) puede deslizarse verticalmente, y contraguías sobre su otra cara, adecuadas para permitirle al carro (18) deslizarse sobre las guías (19g) del montante, orientadas según la dirección Y. Por consiguiente, el carro (18) es un tipo de carro en cruz que, combinado con la movilidad del montante (19) en la dirección X, garantiza los tres grados de libertad de traslación del cabezal (X, Y y Z).

Obviamente, las articulaciones (R1 y R2), al igual que los otros movimientos, son motorizadas y controladas según las acostumbradas soluciones (y, por ende, no están descritas con mayor detalle), adecuadas para permitir el deseado emplazamiento de los miembros del cabezal (1) en configuraciones sucesivas predeterminadas, y en particular para orientar el eje de la herramienta según cualquier dirección.

La articulación R1 mediante la cual el miembro 15 soporta el próximo miembro 16, está ubicada de manera que su eje de rotación (W1) sea perpendicular al plano de trabajo (5) de la máquina, adecuado para fijar las piezas de trabajo (2) y, por ende, orientado como el eje Z de la máquina.

La siguiente articulación (R2), mediante la cual el miembro 16 soporta al próximo miembro (17) está situada de manera que su eje de rotación (W2) sea incidente con el precedente eje (W1) en un punto (C) del mismo, y de manera que el eje W2 esté dispuesto a 45º con respecto al eje W1. De esta manera, el eje W2 está dispuesto también a 45º con respecto al plano de trabajo de la máquina (5) y, gracias a la articulación R1, el eje W2 pueda describir la superficie lateral de un cono con vértice C y eje W1, teniendo una semiabertura igual a 45º.

En otros términos, la rotación del miembro 16 sobre el miembro 15 induce la rotación del eje W2 alrededor del eje vertical (W1) de acuerdo con el método mencionado con anterioridad.

Inmediatamente después de la articulación R2, y conectada de manera giratoria por la misma al precedente miembro (16), como se ha indicado arriba está el miembro denotado con 17.

La parte del miembro 17 adyacente a la articulación R2 tiene un superficie plana de conexión a la cual está vinculada la carcasa (6) mediante conexiones de rosca. La carcasa delimita la unidad motorizada compacta (3) de soporte e impulsión de la herramienta (4), considerada parte del tercer miembro (17).

La carcasa (6) de la unidad (3) es sumamente adecuada para alojar dos árboles paralelos (7 y 8), que giran con respecto a la carcasa (6) alrededor de respectivos ejes geométricos (7a y 8a) identificados en la misma por medio de adecuados asientos de cojinetes, donde, de los dos, el árbol denotado con 8 es adecuado para soportar la herramienta de fresado/perforado, tal como se indica con mayor detalle a continuación.

La conexión entre la carcasa (6) y la superficie plana del miembro (17), durante la construcción se realiza de manera que el plano identificado por los dos ejes paralelos (7a y 8a) también contenga al eje W2 del miembro (17), donde el ángulo según el cual los ejes paralelos (7a y 8a) cortan al eje W2 es igual a 45º.

Cabe hacer notar que esos requerimientos geométricos se pueden satisfacer con los métodos usados para la construcción del miembro (17), puesto que en dicho miembro el eje de rotación (W2) de la articulación (R2) está perfectamente identificado -independientemente de la conexión del miembro precedente (16)- por la parte de la articulación (R2) incluida en el miembro (17) y adecuada para ser conectada a la restante parte de la articulación (R2) incluida en el otro miembro (16).

Otra característica importante del cabezal (1) deriva de la correcta previsión del método usado para conectar el miembro denotado con 17 con el miembro denotado con 16. Es decir, la característica mediante la cual el punto en el cual los ejes 8a y W2 se encuentran coincide con el punto C previamente definido como la intersección de los ejes W1 y W2, donde en particular esta propiedad se logra definiendo correctamente la distancia axial entre las virolas de rosca de la articulación R2.

La relación recíproca antes mencionada que -para la correcta interacción- conecta los elementos de la cadena cinemática de soporte, algunos aspectos de los cuales son conocidos, y las especiales características de producción de la unidad portaherramientas motorizada (3), confirman el hecho que el cabezal (1) debe ser considerado un único conjunto funcional, en el cual la operación está garantizada -según las reivindicaciones y la descripción de la presente invención- tanto observando las disposiciones recíprocas entre los elementos de la cadena cinemática y aquellas de la unidad operativa (3), como por las características especiales de la unidad (3).

Ahora se describirá con mayor nivel de detalles la estructura de la unidad motorizada compacta (3).

Como se ha indicado, está delimitada por la carcasa (6), y substancialmente está separada en dos partes, de las cuales una es una parte motriz, que se extiende alrededor de un eje geométrico (7a), y la otra es una parte operativa, que impulsa la herramienta y se extiende alrededor de un eje geométrico (8a). Los ejes (7a y 8a) están identificados en la carcasa (6) mediante correspondientes asientos de cojinete y son paralelos entre sí.

La parte motriz tiene un motor eléctrico cuyo rotor es un árbol (7) con eje geométrico (7a), soportado por la carcasa (6) por medio de cojinetes de bolas, y que tiene un paquete eléctrico convencional que se compone de un rotor que, a su vez -con un entrehierro- gira dentro de un paquete eléctrico convencional que se compone de bobinado de estator, según las acostumbradas soluciones de ingeniería eléctrica.

En un extremo del árbol (7) -que puede ser denominado frente con respecto a la parte anterior de la unidad operativa (3)- la carcasa tiene una tapa (20) de servicio secundaria, para mantener o reemplazar el frente que soporta al cojinete, mientras que en el extremo opuesto -que puede ser denominado dorso- el árbol (7) tiene una polea dentada (7p) para una correa dentada (10), y está soportado por un cojinete posterior.

En los extremos del árbol (7), la carcasa (6) también tiene placas finales (21 y 22) que alojan a los cojinetes de bolas, las placas finales siendo extraíbles de la carcasa (6), para darle la modularidad que brinda la posibilidad de ensamblado/desensamblado de las partes internas, según las soluciones aplicadas en las cajas de árboles. La parte superior de la figura 2 ilustra la tapa de servicio secundario (20) y la placa final extraíble (21) de la carcasa (6), adecuada para soportar al cojinete en el extremo frontal del árbol (7).

Contrariamente a la placa final (21), que está a la vista en la carcasa (6) y que forma el cierre frontal de la carcasa, la placa final (22) que es el asiento del cojinete posterior (7) del árbol, está dentro de la carcasa (6).

Siguiendo con la descripción estructural en la dirección de transmisión del movimiento que tiene origen en el árbol de impulsión (7), está -engargolada al árbol (7)- la polea (7p) que transmite el movimiento a la correa dentada (10), que a su vez lo transmite a la parte operativa de la unidad (3).

Dicha parte operativa está separada de la parte motriz mediante un tabique (29) incompleto, que tiene también funciones estructurales para la carcasa (6), e identifica un compartimiento en la carcasa (6), que, con referencia a una posición horizontal del árbol (7), está debajo del compartimiento donde está situada la parte motriz. Un árbol axialmente hueco (8), con eje geométrico (8a) y soportado por cojinetes de bolas en la parte inferior de la carcasa (6), constituye el elemento básico de la parte operativa.

En un extremo (8f) del árbol, la parte posterior, estando situada en la polea (7p) del árbol (7) anterior, está engargolada una polea (8p) dentada, adecuada para vincularse con la correa dentada (10) y usar la correa para recibir el movimiento generado por el árbol motriz (7).

En el otro extremo (8e) del árbol (8) -que puede ser denominado el extremo operativo, puesto que la herramienta (4) está situada sobre el mismo- la carcasa tiene una abertura para la salida del árbol (8), con una tapa (28) que también tiene una abertura, parcialmente adecuada para retener cojinetes situados en el extremo operativo (8e). La figura 2 proporciona una vista frontal de los tornillos de fijación y del contorno de la tapa (28). Como también es evidente en la figura 4, la dimensión radial necesaria para soportar el árbol operativo (8) es notablemente reducida en comparación con la requerida para el árbol motriz (7), que debe ser circundado no sólo por los cojinetes, sino también por los paquetes eléctricos de rotor y estator.

Tal como se ha indicado, el árbol (8) tiene una cavidad axial pasante, que termina en el extremo operativo (8e) en un asiento con forma de cono, y adecuado para recibir vástagos ahusados estándares, por ejemplo, del tipo HSK, de acuerdo con las normas DIN. La cavidad axial aloja parte (11b) del conjunto de sistemas (11) normalmente usado para trabar/destrabar el portaherramientas (4), es decir una varilla de control, un paquete de resortes Belleville que circundan la varilla y el colector de expansión del portaherramientas, algunos de esos elementos ilustrados sólo parcialmente en los dibujos anexos, o incluso no ilustrados en la cavidad, puesto que conciernen a la técnica conocida. La parte (11b) del conjunto de sistemas para trabar/destrabar (11) alojada en la cavidad del árbol es impulsada por una parte accionadora (11a) del conjunto de sistemas (11). La parte accionadora (11a) se compone de una placa configurada (23), conectada de un lado a la placa final (22) y a otros elementos de la carcasa (6), mientras que del otro lado forma el cuerpo de un cilindro neumático con eje geométrico (7a), que tiene una cavidad cilíndrica para un pistón (24) de gran diámetro accionado por aire comprimido, que se desliza a lo largo del eje (7a). Una tapa (26) actúa como base para el cuerpo del cilindro neumático y para la carcasa (6) de la unidad (3), la cual, además, tiene un perno para un brazo oscilante (25), que transfiere el recorrido del pistón (24) a la varilla de control de liberación de la herramienta.

En dicho cilindro neumático, el aire que llega de la red de distribución fluye hacia/desde las dos cámaras dentro del cilindro a través de orificios especiales, y usando componentes neumáticos de distribución tradicionales, controlados por un dispositivo de control.

Una tapa liviana de servicio (27) situada en el extremo posterior de la carcasa (6) sirve para proteger el brazo oscilante contra el polvo. En correspondencia del eje (8a) del árbol (8), es decir el árbol que se desliza dentro del mismo, hay un orificio.

En una realización alternativa a aquella descrita arriba, la parte accionadora (11a) de los medios para trabar/destrabar puede ser conectada a un miembro (11m) del cabezal (1), separado de la unidad (3), tanto para convertir la unidad (3) en más liviana como para impedir la presencia de respectivos tubos para el aire presurizado que llega hasta la unidad (3), para mandar el cilindro neumático. Obviamente -en tales arquitecturas- la herramienta se puede destrabar sólo con el cabezal (1) en una configuración de cadena cinemática en la cual las partes (11a y 11b) son adyacentes, de suerte que el miembro activo de la parte (11a) pueda actuar sobre la varilla de control por medio del pasaje representado por el orificio en la tapa liviana (27).

Funcionalmente, el dispositivo estructurado de esta manera con la forma de un cabezal (1) con una unidad (3) motorizada para impulsar la herramienta, cumple los objetivos prefijados gracias a las disposiciones recíprocas de los varios elementos ilustrados, sin tener que cambiar la restante estructura de la máquina.

Por lo que concierne a los movimientos de la cadena cinemática de soporte de la unidad motorizada (3), cabe observar que, como se ha descrito arriba, con respecto a las posiciones recíprocas de los elementos geométricos del cabezal (1), los ejes geométricos W1, W2 y 8a convergen en el punto C donde -gracias a la rotación del miembro 16 de la articulación R1- el eje W2 puede describir una superficie cónica con vértice C, con eje W1 y semiabertura igual a 45º, mientras que -gracias a la rotación del miembro 17 sobre la articulación R2- el eje 8a puede describir una superficie cónica con vértice C, con eje W2 y semiabertura igual a 45º.

Los dos tipos de rotación -alrededor de W2 y alrededor de W1- pueden demostrar cómo el eje de la herramienta (8a) puede ser orientado según cualquiera de las líneas rectas pertenecientes a la estrella con el punto C como soporte, y en particular -como está ilustrado en la figura 1- puede asumir todas las direcciones en el plano horizontal, lo que equivale a decir, paralelo con el plano de trabajo (5), y la dirección vertical que coincide con el eje W1, lo que equivale a decir, perpendicular al plano de trabajo (5).

La dirección identificada por la punta de la herramienta siempre tiene un componente que enfrenta el plano de trabajo (5), que a lo sumo puede ser nulo. En la práctica, con el punto C fijo, la posición del eje (8a) de la herramienta (4) queda identificada por el punto C y por cualquier otro punto (Q) del eje (8a), donde el movimiento del punto Q -por construcción- debe producirse sobre una superficie esférica con centro C y radio CQ, adecuada para representar un movimiento de un cuerpo rígido con un punto fijo.

Las posibilidades de movimiento que se derivan de la movilidad del montante (19) y del carro (18) sobre el mismo, así como también del miembro denotado con 15 sobre el carro (18), garantizan la posibilidad de poner el punto C en cualquier punto de la zona operativa del plano de trabajo (5) de la máquina.

En las articulaciones (R1 y R2) (o mejor dicho en sus virolas de rosca) hay un origen fijo de los respectivos ángulos de rotación y una escala de medida de los mismos. Los ángulos medidos en tales escalas de R1 y R2 forman un par de parámetros necesarios y suficientes para la identificación de la configuración geométrica del cabezal (1), lo que equivale a decir, para la definición de la posición del eje de la herramienta, donde -comenzando por ejemplo a partir de los respectivos orígenes de las escalas graduadas- el orden con que se atribuyen las rotaciones sobre las dos articulaciones no tiene influencia, puesto que los dos ejes no están absolutamente fijos en el espacio (ya que esto impediría la conmutación de la composición de las rotaciones terminadas), sino que el segundo eje (W2) es girado por el primer eje (W1). En otros términos, las dos rotaciones medidas en las articulaciones (R1 y R2) constituyen dos parámetros, conocidos como lagrangianos, que identifican sin ambigüedad la configuración de sistema, donde, como se sabe, dicha configuración no depende del orden con que se asignan tales parámetros.

Por lo que concierne a la operación dentro de la unidad (3), es evidente, en parte con la ayuda de la figura 4, que el movimiento rotativo generado por el motor eléctrico que tiene como rotor el árbol (7) es transmitido al árbol adyacente y paralelo (8) por el sistema compuesto por la polea (7p) del árbol (7), la correa dentada (10) y la polea (8p) del árbol (8). La herramienta (4), con el respectivo portaherramientas, está soportada en el extremo operativo (8e) del árbol (8) y sobresale de la carcasa (6) de la unidad (3), y puede efectuar operaciones de maquinado de fresado/perforado sobre la pieza de trabajo (2) fijada al plano de trabajo (5) de la máquina.

El funcionamiento del dispositivo para destrabar la herramienta se puede explicar fácilmente observando que, mientras el pistón (24) efectúa un recorrido activo para destrabar, hacia la parte posterior de la carcasa (6), la respectiva varilla activa el brazo oscilante (25), que actúa sobre la varilla para destrabar contenida en la cavidad del árbol, donde el recorrido de retorno de la varilla -y el del pistón (24)- es controlado directamente por la reacción elástica de los resortes Belleville que actúan entre el árbol (8) y la varilla.

Es importante resaltar nuevamente, como ya se ha indicado con respecto al hecho que (ver la figura 2) la dimensión reducida de la unidad motorizada (3) -en particular a lo largo de las líneas centrales radiales (s) que tienen origen a partir del eje operativo (8a) y se alejan del eje de impulsión (7a)- le permite a la unidad (3) aproximarse al plano de trabajo (5), llegando a estar muy cerca de este último, para todas las configuraciones de maquinado del cabezal en las cuales el eje (8a) está horizontal, por ejemplo en el caso de fresado/perforado horizontal. Por consiguiente, es gracias a la configuración especial de la invención descrita que, con el eje (8a) de la herramienta substancialmente horizontal, se puede realizar el maquinado con alturas (H) del eje de la herramienta mucho menores con respecto al plano de trabajo (5) de la máquina, en otros términos, proporcionando el sistema con una mínima altura de maquinado (Hmin) admitida que es muy baja sobre el plano de trabajo (5), dando una óptima posibilidad de acceso sobre las paredes laterales de una pieza de trabajo, incluso cuando la pieza de trabajo está fijada directamente al plano de trabajo (5) de la máquina.

La invención descrita puede ser sometida a numerosas variantes y modificaciones sin por ello apartarse del alcance del concepto inventivo, como está definido en las reivindicaciones. Asimismo, todos los componentes de la invención se pueden reemplazar por elementos técnicamente equivalentes.

Claims (9)

1. Cabezal (1) de maquinado articulado, para máquinas herramientas usadas para maquinar piezas de trabajo (2) hechas de madera o materiales similares que están fijadas a un plano de trabajo (5) de la máquina, el cabezal estando configurado con la forma de una cadena cinemática con al menos una primera articulación (R1) en condiciones de girar alrededor de al menos un eje geométrico (W1) de la misma articulación; el cabezal comprendiendo una unidad motorizada compacta (3), adecuada para accionar rotacional y rápidamente una herramienta (4) alrededor de un eje identificado en la unidad (3) para realizar elaboraciones de fresado, perforado y similares sobre las piezas de trabajo (2); siendo posible ubicar la unidad motorizada compacta (3) usando la cadena cinemática en al menos una posición operativa (12) en la cual el eje de rápida rotación de la herramienta (4) está en disposición paralela con el plano de trabajo (5) de la máquina, la unidad motorizada compacta (3) comprende, en una carcasa (6) de soporte del árbol, una primera parte de impulsión, que se compone de un motor eléctrico cuyo rotor es un primer árbol motriz (7), que tiene un primer eje de rotación (7a) en la unidad (3); y una segunda parte operativa, que se compone de un segundo árbol (8) operativo, que tiene un segundo eje de rotación (8a) en la unidad (3), paralelo y cerca del precedente eje de rotación (7a), y que tiene un extremo operativo (8e), adecuado para soportar coaxialmente la herramienta (4) que trabaja fuera de la carcasa (6), el extremo (8e) permitiéndole a la herramienta (4) asumir el segundo eje de rotación (8a) como su eje de rotación rápida; el segundo árbol (8) siendo impulsado en rotación por el primer árbol (7) a través de medios (9) de transmisión del movimiento rotacional; donde, debido a la ausencia del paquete eléctrico sobre el segundo árbol (8), la carcasa (6) ventajosamente está hecha con una dimensión muy reducida a lo largo de las semirrectas radiales (s) que tienen origen en el segundo eje de rotación (8a) y se alejan a partir del primer eje de rotación (7a), de manera que en una o varias posiciones operativas (12), la distancia radial entre el segundo árbol (8) operativo y el plano de trabajo (5) de la máquina, y cada pieza de trabajo (2) a maquinar, sea muy pequeña, y donde los medios de transmisión (9) del movimiento rotativo para accionar el segundo árbol (8) por medio del primer árbol (7), están situados dentro de la carcasa (6).

2. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que en la unidad (3), los medios de transmisión (9) del movimiento rotativo para accionar el segundo árbol (8) por medio del primer árbol (7), se componen de dos poleas dentadas (7p y 8p), engargoladas respectivamente a los árboles (7 y 8), y de una correa dentada (10) para la transmisión entre las poleas.

3. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según las reivindicación 2, caracterizado por el hecho que en la unidad (3), sobre el primer árbol (7) y el segundo árbol (8), las poleas dentadas (7p y 8p) están engargoladas en una sección hecha con un plano perpendicular a los árboles, que encuentra el árbol operativo (8) substancialmente en el extremo (8f) de este último, opuesto al extremo operativo (8e).

4. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que en la unidad (3), el segundo árbol operativo (8) es axialmente hueco, teniendo medios (11) para trabar/destrabar la herramienta sobre/desde el extremo operativo (8e) del árbol, dichos medios (11) estando ubicados parcialmente del lado del extremo (8f) opuesto al extremo operativo (8e), y parcialmente pasando a través del segundo árbol (8) en dirección axial.

5. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado por el hecho que el segundo árbol operativo (8) es axialmente hueco, habiendo medios (11) para trabar/destrabar la herramienta sobre/desde el extremo operativo (8e) del árbol; una primera parte accionadora (11a) de los medios (11) estando vinculada a un miembro (11m) del cabezal (1), separado de la unidad (3), y una segunda parte (11b) de los medios (11) estando vinculada a la unidad (3), pasando axialmente a través del árbol (8), posibilitando así activarla usando la primera parte accionadora (11a), en al menos una configuración de la cadena cinemática que forma el cabezal (1) -adecuada al menos para destrabar la herramienta- en la cual las partes (11a) están situadas de manera que sean adyacentes.

6. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, caracterizado por el hecho que el eje geométrico (W1) alrededor del cual puede girar la primera articulación (R1), es perpendicular al plano de trabajo (5) de la máquina, y el segundo eje de rotación (8a) es paralelo al plano de trabajo (5) de la máquina, al menos para una configuración de la cadena cinemática que forma el cabezal (1) de maquinado articulado.

7. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho que el plano identificado por los dos ejes de rotación (7a y 8a) es perpendicular al plano de trabajo (5) de la máquina donde, de los dos árboles, el primero, árbol motriz (7), y el segundo, árbol operativo (8), este último está más cerca del plano de trabajo (5) de la máquina.

8. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en el cual la cadena cinemática que forma el cabezal (1) tiene al menos una segunda articulación (R2) en condiciones de girar alrededor de al menos un eje geométrico (W2) de la misma articulación, el cabezal estando caracterizado por el hecho que el segundo eje (8a) alrededor del cual la herramienta (4) gira rápidamente, y los ejes geométricos (W1 y W2), son incidentes entre sí en un punto (C), al menos para un conjunto de posiciones (13) de la cadena cinemática; donde, dentro de este conjunto de posiciones (13), la primera articulación (R1) permite la rotación del eje W2 alrededor del eje W1 según un primer cono con vértice (C) y semiabertura igual a 45º, la segunda articulación (R2) permitiendo la rotación, independiente de los movimientos precedentes, del segundo eje (8a) alrededor del eje denotado con W2 según un segundo cono con vértice (C) y semiabertura igual a 45º.

9. Cabezal (1) de maquinado articulado para máquinas herramientas según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho que el eje de rotación denotado con W1 está constantemente en disposición perpendicular con respecto al plano de trabajo (5) de la máquina, al menos por un conjunto de posiciones (14) en el conjunto de posiciones (13) de la cadena cinemática; tal que en las posiciones (14) el eje de rotación (8a) puede ocupar -mediante una rotación de 180º alrededor del eje W2- la posición operativa paralela al plano de trabajo (5) de la máquina y la posición operativa perpendicular al plano de trabajo (5), coincidente con el eje denotado con W1.