ES2277183T3

ES2277183T3 - Sistema de gestion de herramientas para una maquina-herramienta.

Info

Publication number: ES2277183T3
Application number: ES04023399T
Authority: ES
Inventors: Oliver Kraft
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2007-07-01
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: EP1522381B1; JP2005111660A; US20050077745A1; DE20315532U1; DE502004002512D1; CN1623728A; US7207611B2; CN100522466C; EP1522381A1

Abstract

Sistema manipulador de herramientas de una fresadora mandrinadora controlada por programa, con - una estructura portante (8, 11, 12) desplazable de forma motorizada por lo menos en dos ejes de coordenadas, y - un sistema de pinzas (15) montado en la estructura portante, cuyas pinzas (20) llevan dos mordazas de pinza (38, 40) que se pueden girar mutuamente entre sí, así como un mecanismo de bloqueo (57, 60) para inmovilizar las mordazas de pinza (38, 40) en su posición de cierre, para lo cual la pinza (20) lleva dos aberturas (50, 51) diametralmente opuestas para la introducción y retirada lateral de un portaherramientas (5), y donde están previstos elementos de accionamiento (42, 45) para girar las dos mordazas de pinza (38, 40) durante la introducción y retirada de un portaherramientas (5) a través de una de las dos aberturas (50, 51), caracterizado porque - la estructura portante (8, 11, 12) comprende un montante vertical (8) desplazable a motor en un eje de coordenadas horizontal así como un carro (11) desplazable a motor verticalmente en el montante vertical (8), - el sistema de pinzas (15) va montado en el carro (11) y presenta un brazo soporte (17) giratorio a motor, en cuyo extremo libre está montada la pinza (20), y - como elementos de accionamiento (42, 43) está previsto por lo menos un tope de propulsión (47, 48) que penetra en la trayectoria del movimiento lateral del portaherramientas (5) y que está acoplado cinemáticamente por lo menos con una mordaza de pinza (38, 40) para el movimiento de giro de ésta.

Description

Sistema de gestión de herramientas para una máquina-herramienta.

La invención se refiere a un sistema manipulador de herramientas de una mandrinadora y fresadora controlada por programa, de la especie indicada en el preámbulo de la reivindicación 1.

Esta clase de sistemas manipuladores se emplean en combinación con máquinas herramientas para la dotación de las máquinas herramientas con las herramientas más diversas, especialmente para mandrinadoras y fresadoras y centros de mecanizado. Si bien existe la posibilidad de realizar el cambio directo de las herramientas en el respectivo husillo de trabajo de la máquina herramienta, por ejemplo, siguiendo el principio de pick-up, empleando sistemas de manipulación, su campo de aplicación preferido está en el transporte de herramientas procedentes de máquinas herramientas complejas y en la entrega de la respectiva herramienta a un cambiador de herramientas, y viceversa. En los llamados almacenes de estantería, las herramientas se encuentran con sus portaherramientas, realizados generalmente en forma de lo que se denomina el cono de la herramienta, en unas estanterías dispuestas superpuestas con una separación intermedia, donde cada estantería contiene una multitud de alojamientos de herramienta en los que van colocados los respectivos portaherramientas. De acuerdo con el programa de trabajo de la máquina herramienta el sistema de manipulación se aproxima a la herramienta seleccionada para la operación siguiente, en su posición de estantería recogida en el programa, sujetando la pinza del manipulador al respectivo portaherramientas para transportarlo a una posición de entrega en la que este portaherramientas se entrega a un cambiador de herramientas, y eventualmente se recoge la herramienta usada del cambiador de herramientas, y se deposita en un correspondiente espacio libre en el almacén de estantería. Para estas operaciones se conocen diversos sistemas de manipulación con distintas clases de disposición de pinzas. Pero en todos estos sistemas las pinzas solamente están diseñadas para acceder por un solo lado a un portaherramientas, es decir que las mordazas de la pinza limitan una apertura lateral a través de la cual se introduce el portaherramientas en la pinza, y en sentido opuesto se saca de la pinza. Debido a esta posibilidad de acceso, solamente unilateral de la pinza, se complican sus ciclos de movimiento cuando se utilicen almacenes complejos, por ejemplo, almacenes de estantería de varias filas.

Por la patente EP 1 364 742 se conoce un sistema manipulador para las herramientas de una máquina herramienta, en el cual hay una multitud de portaherramientas dispuestos fijos en un plano sobre varios bastidores de soporte circulares. Un brazo se puede girar alrededor de un eje de giro vertical, y lleva un sistema de pinza que se extiende radialmente. Con este sistema de pinza se pueden mover las herramientas entre una estación de transferencia y los portaherramientas. Este sistema manipulador conocido es adecuado como almacén de herramientas y al mismo tiempo también para la ampliación de los puestos del almacén, permitiendo unos procesos rápidos de cambio de herramienta con un ciclo de movimiento sencillo. Esto resulta posible porque la pinza presenta dos aberturas opuestas, introduciéndose una herramienta a través de una de estas aberturas en el interior de la pinza, pudiendo sacarse lateralmente del portaherramientas a través de la otra abertura diametralmente opuesta.

También se describe en la patente US 5.919.120 un sistema cambiador de herramientas que va montado sobre un carro desplazable en el plano horizontal, que sirve al mismo tiempo como almacén de herramientas y que se puede desplazar de forma independiente sobre la mesa portapiezas. Este sistema manipulador ha sido concebido para las llamadas perforadoras de tarjetas de circuito, y está diseñado para manipular una multitud de finísimas brocas de forma circular. Este sistema no es adecuado para efectuar trabajos de fresado en diferentes clases de piezas y para la manipulación de las herramientas de fresado que se necesitan para ello.

El objetivo de la invención es el de crear un sistema manipulador de herramientas para máquinas herramienta que permita una aplicación más universal y una reducción de los tiempos de cambio de herramientas.

Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invención por las características de la reivindicación 1. En el sistema manipulador de herramientas objeto de la invención la pinza tiene dos aberturas diametralmente opuestas para poder introducir y sacar lateralmente un portaherramientas. De este modo se puede introducir en la pinza un portaherramientas, por ejemplo, con un cono de herramientas, desde uno de los lados a través de esa abertura en la pinza, y se puede sacar a través de la abertura situada en el otro lado para efectuar la entrega a otro equipo, por ejemplo, a un cambiador de herramientas o también a un husillo de trabajo. Comoquiera que durante los procesos de transferencia y transporte es necesario que el portaherramientas respectivo esté sujeto firmemente en la pinza se han previsto, de acuerdo con la invención, elementos de accionamiento para girar las mordazas de esta pinza, que durante un proceso de introducción y también durante un proceso de extracción del portaherramientas a través de una de las dos aberturas, las dos mordazas de la pinza giran preferentemente de forma automática a su posición de cierre.

Convenientemente cada mordaza de pinza lleva asociado un elemento de accionamiento, para lo cual los elementos de accionamiento pueden contener por lo menos un tope de propulsión previsto en la pinza, que penetra en la pista del movimiento lateral del portaherramientas y que está acoplado cinemáticamente con por lo menos una de las mordazas de la pinza para su movimiento de giro. De este modo, durante un movimiento de introducción de un portaherramientas en la pinza así como mediante un contacto de fricción de la pestaña anular de la parte extrema superior del portaherramientas, se activa en el tope de propulsión el elemento de accionamiento y a través de su acoplamiento cinemático se gira la respectiva mordaza de la pinza. Esto mismo es aplicable para la retirada de un portaherramientas, para sacarlo de la pinza, donde también en este caso mediante un contacto de fricción de la pestaña anular antes citada en el tope de propulsión se activa el elemento de accionamiento, y eventualmente se gira abriéndolo conjuntamente con la mordaza de la pinza para liberar el portaherramientas.

El giro de cierre o apertura de las mordazas de las pinzas, para coger o soltar un portaherramientas, puede efectuarse también mediante elementos de accionamiento que tengan un accionamiento, por ejemplo, un cilindro con un medio a presión y por lo menos un sensor para captar el portaherramientas durante su introducción o retirada así como de su presencia en la pinza. Para controlar estos accionamientos con medio de presión sirve convenientemente el control de la máquina.

Una sujeción fiable y eficaz también en el caso de grandes fuerzas de inercia en la pinza, para las herramientas que eventualmente presentan un peso considerable, se puede asegurar ventajosamente mediante un mecanismo de bloqueo, que presente un cilindro de un medio a presión con sendas espigas para inmovilizar la respectiva mordaza de pinza en su posición de cierre. Para ello resulta especialmente conveniente que el sistema de bloqueo contenga unos componentes adicionales que impidan el giro del portaherramientas, con su herramienta que eventualmente presenta un peso considerable, también durante los movimientos de transporte rápidos. En una realización conveniente, el mecanismo de bloqueo presenta para este fin unos elementos de seguro contra el giro realizados en forma de pasadores, que cuando está cerrada la pinza encajan en el escote previsto en los portaherramientas usuales, en su pestaña más alta.

De acuerdo con una realización conveniente de la invención, el sistema de pinza presenta dos cuerpos portantes diametralmente opuestos, verticales y simétricos con respecto a su eje longitudinal, en los cuales apoyan giratorias las mordazas de pinza con los elementos de accionamiento, y donde está dispuesto el mecanismo de bloqueo. Estos cuerpos portantes unidos firmemente entre sí convenientemente por medio de una placa soporte superior, forman un conjunto de carcasa de rigidez inherente con un espacio interior suficientemente grande para alojar los portaherramientas normalizados. Este conjunto de carcasa del sistema de pinza está montado convenientemente en el extremo libre de un brazo soporte de giro motorizado. Para que durante un movimiento de giro de este brazo soporte se mantenga la posición angular del portaherramientas que ha sido cogido, de tal manera que este portaherramientas se pueda sacar en la misma posición angular de un puesto de la estantería y se pueda entregar a un cambiador de herramientas, se ha previsto un mecanismo diferencial que mantiene constante, es decir invariable, la posición angular de la pinza durante los movimientos de giro del brazo soporte.

A continuación se describe con detalle un ejemplo de realización preferido de la invención, sirviéndose del dibujo. Las figuras muestran:

Figura 1 un sistema de manipulación junto con un almacén de estantería de una sola fila, representado en perspectiva;

Figura 1A el sistema de manipulación según la figura 1, en una vista en perspectiva ampliada;

Figura 2 la disposición de las pinzas del sistema de manipulación de la figura 1, visto en una representación esquemática en perspectiva;

Figura 3 una pinza vista por debajo, con las mordazas de pinza abiertas;

Figura 4 la mordaza de la figura 3 vista por debajo, con las mordazas de pinza cerradas.

El sistema representado en la figura 1 ha sido concebido para ser empleado en centros de mecanizado y en mandrinadoras y fresadoras controladas por programa, y consta de un almacén de estanterías 1, que aquí lleva en cuatro estantes horizontales 2, respectivamente, una multitud de alojamientos 3 semicirculares abiertos hacia el lado frontal, para los portaherramientas 5 que llevan, respectivamente, una herramienta 4. La estantería 1 está realizada en una estructura de marco y lleva un carril de desplazamiento 6, 7 superior y otro inferior rígido de forma. En estos dos carriles de desplazamiento 6, 7 va guiado un montante vertical, desplazable en un eje de coordenadas horizontal de acuerdo con la doble flecha, por medio de un motor de accionamiento 9. En la cara frontal de este montante vertical 8 hay dos carriles guía verticales 10, en los cuales va guiado un carro 11. Un brazo soporte 12 montado en el carro 11 rodea el montante vertical 8, y lleva en su pared posterior 13 un motor de accionamiento 14 para los movimientos de desplazamiento verticales, en un segundo eje de coordenadas, en la dirección de la doble flecha. La cara anterior del carro 11 o del bastidor de soporte 12, que junto con el montante vertical 13 forman una estructura portante, va montado un sistema de pinzas 15, que está representado con detalle en la figura 1A. Este sistema de pinzas 15 lleva un motor 16 montado paralelo al eje en el carro vertical 11, el cual gira alrededor de su eje central 18 un brazo soporte horizontal 17. En el extremo libre del brazo soporte giratorio 17 apoya una pinza 20 que puede girar alrededor de un eje vertical 19, y que a continuación se describe con detalle sirviéndose de la figura 2.

La pinza 20 que está representada lleva dos cuerpos portantes 21, 22 dispuestos diametralmente opuestos, en vertical y simétricos respecto al eje, que por medio de una placa soporte superior 23 están firmemente unidos entre sí para formar un conjunto rígido y con gran capacidad de carga. Sobre esta placa soporte 23 va fijada una rueda dentada 24, que es rodeada parcialmente por una correa dentada continua, que discurre por el interior de la cubierta del brazo soporte 17, y rodea una segunda rueda dentada que va montada en el eje 18 en el extremo del brazo portante. Esta transmisión por correa dentada garantiza que durante un movimiento de giro del brazo soporte 17 se mantenga constante la posición angular de la pinza 20 y, por lo tanto, también la orientación angular del portaherramientas 5 (cono de herramientas) sujeto por la pinza 20, durante todos los procesos.

En cada cuerpo portante 21, 22 van montadas fijas sendas unidades de cilindro 25, 26 que constituyen respectivamente parte de un mecanismo de bloqueo. El vástago de émbolo 27, 28 desplazable verticalmente de la respectiva unidad de cilindro 25, 26 penetra con una cabeza situada en su extremo en una ranura 29, 30 en forma de arco, que está realizada en una placa de perfil 31, 32 que se puede elevar y descender. Cada placa de perfil 31 va guiada deslizante en cada caso en dos espigas 34, 35 fijadas en el respectivo cuerpo portante 21, 22, y en su extremo, que termina en punta, presenta sendos pasadores 36, 37, que encaja axialmente en el alojamiento axial en la pestaña anular de un cono de herramienta, y que de esta manera asegura el cono de la herramienta para impedir su giro dentro de la pinza (véase la figura 4).

Las placas de perfil 31, 32 están unidas rígidas a la torsión con las mordazas de pinza 38, 40 por medio de las espigas deslizantes 34, 35, y que van apoyadas giratorias en el cuerpo soporte 21, 22 alrededor de sendos ejes de giro verticales 39, 41. En su parte extrema inferior, cada mordaza de pinza 38, 40 lleva un elemento de fijación 44, 45 en forma de segmento anular, que en estado cerrado encaja en la ranura anular de un cono de herramienta. En estos elementos de fijación 44, 45 en forma de segmento anular también están conformados, formando una misma pieza, los elementos de accionamiento 42, 43 también en forma de segmento anular, que en su parte extrema presentan una arista de tope 47, 48 abombada o de forma curvada.

Como se puede ver por la figura 3 las mordazas de pinza 38, 40 o los elementos de fijación en forma de segmento anular fijados en la cara inferior de aquellas, limitan dos aberturas 50, 51 opuestas diametralmente, cuya anchura indicada por las flechas es mayor que el diámetro de un portaherramientas realizado en forma convencional como cono, en la zona de su parte extrema de pestaña anular más ancha. Al introducir un portaherramientas a través de la abertura 51 en la pinza 20, representada en la figura 3 en su posición abierta, la pestaña anular situada en el extremo del portaherramientas 5 de forma cónica entra en contacto, en la posición representada con línea de trazos y puntos, con las superficies abombadas 47, 48 de los dos elementos de accionamiento 42, 43. Al continuar el movimiento de introducción del portaherramientas 5 en la dirección de la flecha en la figura 3, los dos elementos de accionamiento 42, 43 junto con sus mordazas de pinza 38, 40 son girados respectivamente hacia el exterior alrededor de los ejes de giro 39, 41. Debido a este movimiento de giro, las partes de las mordazas de pinza 38, 40, representadas en la figura 3 en la parte inferior, son desplazadas radialmente hacia el interior. El subsiguiente movimiento de introducción de la pestaña anular del portaherramientas a la posición de sujeción definida por el eje vertical 19 provoca que continúen girando las mordazas de pinza 38, 40 hasta alcanzar la posición de cierre representada en la figura 4. El efecto correspondiente se obtiene cuando el portaherramientas se introduce a través de la abertura 50, en la figura 3 que queda en la parte superior, ya que también en este caso la pestaña anular llega en su extremo superior de forma cónica a un asiento de presión deslizante en las dos superficies 47, 48 en forma de arco, y por este motivo se giran alrededor de los ejes de giro 39, 41 los elementos de accionamiento 42, 43 junto con las mordazas de pinza 38, 40.

En la posición cerrada representada en la figura 4 las dos mordazas de pinza 38, 40 están bloqueadas de la forma siguiente para impedir su apertura espontánea. Como se puede ver en la figura 2, encima de las dos placas de perfil 31, 32 está dispuesto en cada caso otro elemento de placa 55, 56, que presenta cada uno un recorte 57, 58 con la parte extrema ensanchada en forma circular y que se extiende en prolongación de las ranuras de alojamiento 29, 30. Estos elementos de placa 55, 56 siguen los movimientos de giro de las mordazas de pinza 38, 40, de manera que durante su movimiento de cierre, los vástagos 27, 28 de las unidades de cilindro 25, 26 llegan hasta las partes extremas de forma circular de estos recortes 57, 58, y lo hacen precisamente con contacto de presión con sendas pestañas anulares 59, 60 previstas en el vástago de émbolo 27, 28.

Al aplicar aceite a presión a las unidades de cilindro 25, 26, los vástagos de émbolo 27, 28 salen hacia abajo, y la placa de perfil 31, 32 respectiva es empujada hacia abajo por el ajuste positivo de la cabeza de émbolo ensanchada, lo cual provoca la salida de los pasadores 36, 37, que tal como está indicado en la figura 4, encajan en el recorte previsto en la respectiva pestaña anular del portaherramientas 5, y de esta manera aseguran el portaherramientas impidiendo su torsión.

La invención no se limita al ejemplo de realización representado. Así, por ejemplo, en lugar del accionamiento mecánico de las mordazas de pinza 38, 40 efectuado sirviéndose de los elementos de accionamiento 42, 45 y sus superficies curvas 47, 48, se pueden emplear también otros medios adecuados. Aquí, por ejemplo, es posible prever uno o más sensores que detecten la presencia de un portaherramientas y activen elementos de accionamiento que provoquen la apertura o cierre de las mordazas de pinza. Para abrir las mordazas de pinza 38, 40 y dejar libre un portaherramientas 5 después de descargar las unidades de cilindro 25, 26, se pueden emplear sistemas de muelles, para cuyo fin se ha indicado en la figura 2 un muelle 62.

Claims

1. Sistema manipulador de herramientas de una fresadora mandrinadora controlada por programa, con

-: una estructura portante (8, 11, 12) desplazable de forma motorizada por lo menos en dos ejes de coordenadas, y

-: un sistema de pinzas (15) montado en la estructura portante, cuyas pinzas (20) llevan dos mordazas de pinza (38, 40) que se pueden girar mutuamente entre sí, así como un mecanismo de bloqueo (57, 60) para inmovilizar las mordazas de pinza (38, 40) en su posición de cierre,

: para lo cual la pinza (20) lleva dos aberturas (50, 51) diametralmente opuestas para la introducción y retirada lateral de un portaherramientas (5), y

: donde están previstos elementos de accionamiento (42, 45) para girar las dos mordazas de pinza (38, 40) durante la introducción y retirada de un portaherramientas (5) a través de una de las dos aberturas (50, 51),

caracterizado porque

-: la estructura portante (8, 11, 12) comprende un montante vertical (8) desplazable a motor en un eje de coordenadas horizontal así como un carro (11) desplazable a motor verticalmente en el montante vertical (8),

-: el sistema de pinzas (15) va montado en el carro (11) y presenta un brazo soporte (17) giratorio a motor, en cuyo extremo libre está montada la pinza (20), y

-: como elementos de accionamiento (42, 43) está previsto por lo menos un tope de propulsión (47, 48) que penetra en la trayectoria del movimiento lateral del portaherramientas (5) y que está acoplado cinemáticamente por lo menos con una mordaza de pinza (38, 40) para el movimiento de giro de ésta.

2. Sistema manipulador según la reivindicación 1, caracterizado porque cada mordaza de pinza (38, 40) lleva asociado un elemento de accionamiento (42, 45).

3. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el respectivo elemento de accionamiento (42, 43) está realizado como segmento de forma curva en la correspondiente mordaza de pinza (38, 40), y lleva en uno de sus extremos un tope de propulsión (47, 48).

4. Sistema manipulador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el elemento de accionamiento lleva asociado un accionamiento y por lo menos un sensor para detectar un portaherramientas.

5. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de bloqueo presenta por lo menos un cilindro de un medio a presión (25, 26) con sendos vástagos de émbolo extensibles verticalmente (27, 28) y una pestaña anular (59, 60) formada en éste.

6. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mecanismo de bloqueo lleva unos elementos de seguro contra la torsión (36, 37) para el portaherramientas (5).

7. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pinza (20) presenta dos cuerpos soporte (21, 22) dispuestos diametralmente opuestos, verticales y simétricos respecto al eje, en los cuales apoyan giratorias las mordazas de pinza (38, 40) con los elementos de accionamiento (42, 45), y donde va montado el mecanismo de bloqueo.

8. Sistema manipulador según la reivindicación 7, caracterizado porque los dos cuerpos soporte (21, 22) están firmemente unidos entre sí por medio de una placa soporte superior (23) y porque la pinza (20) se puede girar alrededor de su eje central vertical (19).

9. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pinza (20) va montada en el extremo libre de un brazo soporte (17) giratorio a motor, y porque un mecanismo diferencial (24) mantiene constante la posición angular de la pinza (20) durante los movimientos de giro del brazo soporte (17).

10. Sistema manipulador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las mordazas de pinza (38, 40) se pueden mover a su posición abierta mediante los elementos de accionamiento (42, 43), venciendo la fuerza de unos elementos de muelle (60), y porque los elementos de muelle (60) fuerzan las mordazas de pinza (38, 40) a la posición
cerrada.