ES2290670T3

ES2290670T3 - Maquina-herramienta con husillos de herramienta paralelos, ajustables entre si.

Info

Publication number: ES2290670T3
Application number: ES04710834T
Authority: ES
Inventors: Walter Bauer; Timo Remmel; Helmut Nebeling
Original assignee: Witzig and Frank GmbH
Current assignee: Witzig and Frank GmbH
Priority date: 2003-06-28
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2008-02-16
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: EP1638720A1; DE502004004665D1; US20060213322A1; US7258514B2; WO2005000507A1; ATE369930T1; DK1638720T3; EP1638720B1; DE10329402A1

Abstract

Máquina-herramienta, principalmente para el mecanizado sincronizado de piezas por arranque de viruta, con - dos o más unidades de husillo (2, 3) para el alojamiento de herramientas, paralelas y adyacentes, dispuestas en una unidad de mecanizado, y - dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy, Vz) para el ajuste fino de la posición de las unidades de husillo (2, 3) entre sí, preferentemente en todas las tres direcciones X, Y y Z del sistema rectangular de coordenadas dentro de la unidad de mecanizado (4), en donde los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy) se componen, al menos para una de las unidades de husillo (2, 3), y como mínimo en una dirección X y/o Y, de un casquillo excéntrico (5, 6) giratorio y bloqueable alrededor de un eje central (Bl, B2), en el cual están alojadas excéntricamente las unidades de husillo (2, 3), de forma paralela respecto al eje central (Bl, B2), caracterizada porque los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy) están compuestos por pernos de sujeción (10), dispuestos con sus ejes paralelos respecto al eje del husillo, y bloques de ranuras (11) que encastran en los mismos, los cuales son accionados por cilindros de ajuste (12).

Description

Máquina-herramienta con husillos de herramienta paralelos, ajustables entre sí.

La invención se refiere a una máquina-herramienta con una o varias unidades de husillo, especialmente para el mecanizado sincronizado de piezas por arranque de viruta, según el preámbulo de la reivindicación 1 (véase por ejemplo el documento EP-0811448-A).

En el mecanizado multihusillo sincronizado de piezas, por ejemplo con un módulo de mecanizado de dos husillos, se pueden producir variaciones de las distancias entre los husillos de mecanizado, debido a diferentes efectos, especialmente debido a dilataciones térmicas. Estas variaciones pueden influir en parte de forma considerable sobre la precisión del mecanizado de la pieza, de manera que la precisión requerida durante el mecanizado no queda garantizada de modo seguro para el proceso.

Respecto a las máquinas que trabajan sincronizadamente, se desarrollaron por tanto máquinas con accionamientos individuales en uno o varios ejes de las unidades de mecanizado. Máquinas semejantes tienen por ejemplo la concepción de un eje Z separado o de un eje Y y Z separados. Con ello es posible garantizar el proceso en los casos críticos de mecanizado, respecto a las longitudes de las herramientas. Con ello no es posible, sin embargo, una compensación de la posición en cuanto a la distancia en el plano perpendicular respecto al eje del husillo. Otra posibilidad más para mejorar la precisión es el mecanizado con una sola herramienta respectivamente en las operaciones precisas de mecanizado. Pero de ese modo se incrementa considerablemente la duración del ciclo. Los husillos individuales se utilizan parcialmente también para la reducción de los tiempos auxiliares. Así, se cambian las herramientas en uno de los husillos, mientras que el otro husillo realiza un mecanizado. Este principio es, no obstante, una posibilidad para la reducción del tiempo total en los tiempos de acción cortos, en los que las operaciones de mecanizado duran más o menos lo mismo que el cambio de herramienta, pero el esfuerzo por parte de la máquina es relativamente alto en relación a su utilidad.

Del documento EP 885 088 Bl se conoce, no obstante, un desplazamiento relativo de un husillo de trabajo respecto a otro husillo que se encuentra fijo en la carcasa, pero para ello el husillo está ubicado en un carro propio en forma de U con unos aparatosos mecanismos de desplazamiento (engranaje, husillos a bolas y accionamiento por correa). Este desplazamiento está previsto sobre todo para la adaptación a distintas piezas, es decir, para grandes recorridos de desplazamiento.

Del sector de los tornos también se conoce un desplazamiento de la distancia de dos unidades de husillo, dispuestas paralelamente, a través de un aparatoso husillo a bolas, para grandes recorridos de desplazamiento (JP 62 138 515 U).

Del documento DE 198 59 360 AI se conoce una máquina-herramienta con un dispositivo piezoeléctrico de corrección de posición, en donde están dispuestos dos husillos de trabajo, de forma paralela entre sí, en una unidad de mecanizado, y para el desplazamiento de la distancia de los dos husillos está previsto al menos un elemento piezoeléctrico de posicionamiento con control eléctrico. El elemento de posicionamiento actúa en ello sobre la carcasa de la unidad de mecanizado, y puede desplazar ligeramente entre sí por flexión los dos brazos en los que están sujetos los husillos. El recorrido de regulación de los elementos piezoeléctricos es muy limitado respecto al espacio constructivo disponible. Además, la idoneidad de la utilización de estos elementos en máquinas de producción es también crítica.

Además, en el mecanizado multihusillo hay que tener en cuenta también la compensación axial longitudinal de las herramientas (dirección eje Z). En el montaje de las herramientas, éstas solamente se pueden ajustar en dirección axial con una determinada precisión, en donde normalmente la posición se mide con la ayuda de un aparato de prereglaje de herramientas, y los valores registrados se pueden compensar mediante una compensación dentro de un campo limitado. Con ello, la compensación de las distintas longitudes de las herramientas es también posible solamente de forma limitada. Hasta ahora estas diferencias solamente es posible realizarlas mediante la utilización de dos ejes Z independientes.

Del documento EP-A-0811448 se conoce un cabezal de husillo con varios husillos de trabajo accionados, cuyos ejes de rotación están alineados de forma paralela entre sí. Uno de los husillos de trabajo está alojado dentro de un casquillo excéntrico que es rotativo. Como consecuencia, el eje correspondiente de rotación del husillo de trabajo, alojado excéntricamente, se puede desplazar. Con ello, el husillo de trabajo afectado varía su distancia respecto a los otros husillos de trabajo. El desplazamiento afecta tanto a la dirección X como también a la dirección Y, las cuales han de ser determinadas de forma transversal respecto al eje de rotación del husillo de trabajo correspondiente.

La invención tiene como objetivo proponer un dispositivo de desplazamiento para una máquina-herramienta según el género expuesto, en el cual no existan sobre todo los problemas descritos y que permita especialmente un ajuste automático de la posición de las unidades de husillo en dirección X y/o Y.

Para la solución de este objetivo está prevista una máquina-herramienta según la reivindicación 1.

En las reivindicaciones subordinadas 2 al 7 se describen las formas eficientes de ejecución para éste dispositivo de desplazamiento.

Conforme a la invención, las dos unidades de husillo, dispuestas entre sí horizontal o verticalmente paralelamente al eje, se pueden desplazar de manera sencilla en la dirección X o bien en la dirección Y, independientemente una de la otra, mediante el giro en un ángulo determinado de los casquillos excéntricos en los cuales están alojadas las mismas de forma excéntrica. Para ello se afloja en primer lugar la protección antitorsión, o bien la sujeción de los casquillos excéntricos dentro de la consola fija, a fin de que los casquillos excéntricos puedan girarse, o bien pueda desplazarse uno de los casquillos excéntricos en la dirección del eje. Durante el mecanizado están los mismos inmovilizados o sujetos fijamente en la consola. La sujeción de las unidades de husillo se realiza durante el mecanizado mediante un anillo de sujeción, así como es sujetada también, por ejemplo, una polea de transmisión sobre un eje. Con ello se consiguen generar unas fuerzas de apriete elevadas en un espacio constructivo muy reducido, y el husillo queda sujeto firmemente, incluso en el caso de los mecanizados más pesados.

Los dispositivos de desplazamiento se pueden controlar y accionar especialmente de forma independiente entre sí. Para el desplazamiento de los casquillos excéntricos en dirección X e Y, los dispositivos de desplazamiento encastran externamente de forma tangencial sobre los casquillos excéntricos, pudiendo ser accionados mecánica, eléctrica o hidráulicamente. Para la conversión del movimiento lineal de accionamiento en el necesario movimiento de giro de los casquillos excéntricos, los dispositivos de desplazamiento poseen elementos de transmisión situados en ranuras, con unión positiva de forma, estando dispuestos en los casquillos excéntricos unos pernos de sujeción, de forma paralela al eje del husillo, sobre los cuales encastran bloques de ranuras que son accionados por unos cilindros de ajuste. Por tanto, en la invención se utilizan ejes hidráulicos o mecánicos convencionales para el desplazamiento en sí. El movimiento de los elementos de ajuste es desmultiplicado de nuevo a través de los casquillos excéntricos, mediante lo cual se puede realizar un movimiento de desplazamiento muy preciso.

El movimiento de los dispositivos de desplazamiento, especialmente el de los bloques de ranuras dispuestos en los cilindros de ajuste, o bien el de los pernos de sujeción situados en el perímetro exterior de los casquillos excéntricos, queda registrado a través de un sistema de medición automática. El recorrido de desplazamiento en dirección X e Y se sitúa dentro de una gama de varias décimas de milímetros, preferentemente desde 0,1 hasta 0,5 mm, y en dirección Z dentro de la gama desde 0,8 hasta 5 mm, en donde el ajuste es regulable con una precisión de < 1 \mum. Con esto es posible la corrección en gamas significativamente mayores respecto a los elementos de ajuste conocidos hasta ahora, basados en los accionamientos piezoeléctricos.

El movimiento de ajuste en dirección Z se puede realizar especialmente a través de un listón de accionamiento de activación lineal, el cual acciona la unidad de husillo en dirección axial a través de un anillo colocado sobre la carcasa del husillo.

La invención se describe más detalladamente, a modo de ejemplo, mediante las figuras adjuntas 1 a 3. Se muestran:

Fig. 1 una disposición de principio de dos unidades de husillo 2, 3 de ejes paralelos, dispuestas de forma adyacente, para el modo de accionamiento de los casquillos excéntricos 5, 6, situados en el plano X-Y de de forma transversal respecto a los ejes B1 y B2 del husillo,

Fig. 2 en la vista en planta desde arriba, las dos unidades de husillo 2, 3 dispuestas de forma adyacente, con el bloque de ajuste 9 situado entre ambas, en el cual están colocados los dispositivos de desplazamiento Vx, Vy y Vz para el desplazamiento en dirección X, Y y Z, y

Fig. 3 y 4 una representación en perspectiva de una unidad de husillo 2, o bien 3, del bloque 9 de ajuste y del correspondiente bloque 4 de válvulas.

Tal como se representa esquemáticamente en la fig. 1, las dos unidades de husillo 2 y 3, dispuestas paralelamente una al lado de otra, están colocadas respectivamente, de forma fija y excéntrica, en un casquillo excéntrico 5, 6. Los casquillos excéntricos 5, 6 están alojados respectivamente en la consola 1 de la máquina-herramienta, de forma giratoria en los ángulos \alpha1 y \alpha2 respecto los ejes de giro B1 y B2. El eje de giro S1 de la unidad de husillo 2 contiene, en la posición básica en dirección Y, la excentricidad e1 respecto al eje de giro B1 del casquillo excéntrico 5, mientras que el eje de giro S2 de la unidad de husillo 3 en dirección X posee la excentricidad e2 respecto al eje de giro B2 del casquillo excéntrico 6. Por ejemplo, mediante el giro en pocos grados angulares del casquillo excéntrico 5 dentro de la consola 1, en un ángulo \alpha1 respecto al eje de giro B1, la unidad de husillo 2 se desplaza principalmente en la dirección X. Del mismo modo, mediante el giro del casquillo excéntrico 6, la unidad de husillo 3, colocada de forma fija en el mismo, se desplaza en dirección Y. Aunque la unidad de husillo 2 se desplaza también, debido al giro sobre el eje de giro B1, simultáneamente en dirección Y, o bien la unidad de husillo 3, debido al giro sobre el eje de giro B2, también simultáneamente en dirección X, éste desplazamiento simultáneo es, sin embargo, despreciablemente pequeño como error de segundo orden, dados los ángulos aquí previstos, preferentemente de solamente algunos grados angulares.

En las figuras 2 a 4 están representadas las unidades de husillo 2, 3 con sus detalles constructivos habituales, en donde solamente los elementos principales del objeto de la invención están dotados de números de referencia. Los casquillos excéntricos 5, 6, con las unidades de husillo 2, 3 montadas fijamente en los mismos, están asegurados contra la torsión y el desplazamiento axial mediante la consola 1, con la ayuda de dos anillos de sujeción 8, en sí conocidos. El bloqueo se realiza de forma hidromecánica. Para el ajuste correspondiente se suelta el bloqueo. Los dispositivos de desplazamiento Vx, Vy y Vz están colocados, respectivamente, sobre un único bloque de ajuste 9, en donde a cada dispositivo de desplazamiento se le ha asignado un cilindro de ajuste 12 propio, el cual está unido a través de los correspondientes tubos hidráulicos 7 con un bloque de válvulas 4. En la fig. 3 está representado, a modo de ejemplo, solamente el cilindro de ajuste 12 para el dispositivo de desplazamiento Vx. En el extremo del pistón del cilindro de ajuste 12 se ha colocado además un bloque de ranuras 11, el cual encastra en un perno de sujeción 10 situado en la parte exterior del casquillo excéntrico 5. De esta manera se transforma el movimiento lineal del cilindro de ajuste 12 en el movimiento de giro del casquillo excéntrico 5. En la parte del bloque de ajuste 5 orientada hacia la unidad de husillo 3 está situado el cilindro de ajuste, no representado en las figuras, del dispositivo de desplazamiento Vy. Además, tampoco está representado expresamente el cilindro de ajuste correspondiente al dispositivo de desplazamiento Vz. Del dispositivo de desplazamiento es visible únicamente el listón de accionamiento 13, que contiene una ranura para el anillo 14 colocado en la unidad de husillo 2. El ajuste se realiza, respectivamente, sin holgura.

En el diseño de la máquina se configuraron todos los dispositivos de desplazamiento Vx, Vy y Vz como ejes completos de control numérico, con un respectivo sistema propio 15 de medición, a fin de posibilitar la medición directa de la posición de una unidad de husillo 2, 3 con una elevada resolución de posición. Para el control del movimiento de los cilindros de ajuste hidráulicos 12 se utilizan conjuntos corrientes de regulación. Con ello es posible un enlace directo con cada una de las herramientas para los movimientos de corrección. El ajuste de los dispositivos de corrección no entra en el tiempo auxiliar de la máquina. Éste tiene lugar paralelamente con otros movimientos de ajuste durante el cambio de herramienta. Sobre todo en la corrección longitudinal de las herramientas es posible almacenar los valores de corrección en el programa de control numérico. De ese modo, al seleccionar la herramienta respectiva, se tiene que cuenta el valor correspondiente de corrección longitudinal.

Para el registro de las posiciones reales de los dos husillos entre sí se pueden medir off-line las piezas fabricadas, o bien captar las posiciones de los husillos en los puntos de referencia a través de los palpadores de medición alojados en los mismos. Mediante la distribución de la corrección entre ambos husillos de mecanizado, resultan características mecánicas equivalentes de ambos husillos en cuanto a la rigidez. Con ello se consigue además que la unidad completa pueda ser instalada en un volumen mínimo de construcción.

En el diseño de la invención se ha tenido en cuenta, en contra de los principios conocidos hasta ahora, que la unidad de ajuste para el ajuste de los husillos se pueda montar también posteriormente en una máquina, sin grandes desembolsos. De éste modo las características de la máquina no dependen de la integración de la unidad. En los mecanismos conocidos, los elementos de ajuste estaban situados directamente en el flujo de potencia de la máquina y repercutían con ello sobre el comportamiento de la misma en cuanto a su rigidez.

Los elementos constructivos utilizados se pueden alojar en un espacio bien protegido.

Lista de signos de referencia

1: Consola

2: Unidad de husillo (en 5)

3: Unidad de husillo (en 6)

4: Bloque de válvulas

5: Casquillo excéntrico (con alojamiento excéntrico de 2 en su interior)

6: Casquillo excéntrico (con alojamiento excéntrico de 3 en su interior)

7: Tubos hidráulicos

8: Anillo de sujeción (para sujeción de 5, 6 y 1)

9: Bloque de ajuste (para la compensación en dirección X, Y, Z)

10: Perno de sujeción (en 5 para 11)

11: Bloque de ranuras (en Vx para 10)

12: Cilindro de ajuste (en Vx)

13: Regleta de accionamiento (de Vz)

14: Anillo (en 2 para 13)

15: Sistema de medición (en Vx)

S1: Eje de giro de 2

S2: Eje de giro de 3

B1: Eje de giro de 5

B2: Eje de giro de 6

Vx: Dispositivo de desplazamiento (para desplazamiento en dirección X)

Vy: Dispositivo de desplazamiento (para desplazamiento en dirección Y)

Vz: Dispositivo de desplazamiento (para desplazamiento axial en dirección Z)

a1: Angulo alrededor de S1

a2: Angulo alrededor de S2

e1: Excentricidad entre S1 y B1 en dirección Y

e2: Excentricidad entre S2 y B2 en dirección X.

Claims

1. Máquina-herramienta, principalmente para el mecanizado sincronizado de piezas por arranque de viruta, con

-: dos o más unidades de husillo (2, 3) para el alojamiento de herramientas, paralelas y adyacentes, dispuestas en una unidad de mecanizado, y

-: dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy, Vz) para el ajuste fino de la posición de las unidades de husillo (2, 3) entre sí, preferentemente en todas las tres direcciones X, Y y Z del sistema rectangular de coordenadas dentro de la unidad de mecanizado (4), en donde

los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy) se componen, al menos para una de las unidades de husillo (2,3), y como mínimo en una dirección X y/o Y, de un casquillo excéntrico (5, 6) giratorio y bloqueable alrededor de un eje central (Bl, B2), en el cual están alojadas excéntricamente las unidades de husillo (2, 3), de forma paralela respecto al eje central (Bl, B2), caracterizada porque los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy) están compuestos por pernos de sujeción (10), dispuestos con sus ejes paralelos respecto al eje del husillo, y bloques de ranuras (11) que encastran en los mismos, los cuales son accionados por cilindros de ajuste (12).

2. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy, Vz) se pueden controlar independientemente entre sí, y porque el desplazamiento en el área de mecanizado (X, Y) se realiza mediante el giro respectivo de los casquillos excéntricos (5, 6), y en una de las dos unidades de husillo (2, 3) se sobrepone un movimiento en la dirección Z.

3. Máquina-herramienta según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy) encastran tangencialmente sobre el borde exterior de los casquillos excéntricos (5, 6).

4. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque los dispositivos de desplazamiento (Vx, Vy, Vz) se pueden accionar mecánica-, eléctrica- o hidráulicamente.

5. Máquina-herramienta según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por un sistema de medición (15) para el registro del recorrido de desplazamiento de los bloques de ranuras (11), situados en los cilindros de ajuste (12).

6. Máquina-herramienta según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el recorrido de desplazamiento en la dirección X e Y se encuentra dentro del campo entre 0,1 hasta 0,5 mm y en la dirección Z dentro del campo entre 0,8 hasta 5 mm.

7. Máquina-herramienta según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ajuste se puede regular con una precisión < 1 \mum.