ES2298419T3

ES2298419T3 - Dispositivo para fijar una herramienta a un arbol y husillo de maquina con un dispositivo de esta clase.

Info

Publication number: ES2298419T3
Application number: ES02796507T
Authority: ES
Inventors: Fritz Feldmeier; Bernd Moller
Original assignee: Paul Mueller GmbH and Co KG Unternehmensbeteiligungen
Current assignee: Paul Mueller GmbH and Co KG Unternehmensbeteiligungen
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: EP1453638A1; WO2003049898A1; DE10160705A1; DE50211432D1; ATE381978T1; TWI290872B; TW200300717A; US7287940B2; US20050141976A1; EP1453638B1

Abstract

Dispositivo para fijar una herramienta a un árbol (2) con una barra de tracción (3) desplazable axialmente en el árbol para inmovilizar en forma soltable una herramienta fijada al árbol, especialmente para realizar un cambio de herramienta automático en máquinas herramienta, en el que la barra de tracción (3) está recibida de manera segura contra giro dentro del árbol (2) y presenta una rosca exterior (4), sobre esta rosca exterior (4) está montado un cuerpo roscado (5) con una rosca interior correspondiente (6) y la barra de tracción (3) es desplazable axialmente para realizar un cambio de herramienta por giro del cuerpo roscado (5) dentro del árbol (2), caracterizado porque el cuerpo roscado (5) presenta una rosca exterior (25) que está recibida en una rosca interior correspondiente (26) del dispositivo (1).

Description

Dispositivo para fijar una herramienta a un árbol y husillo de máquina con un dispositivo de esta clase.

La invención concierne a un dispositivo para fijar una herramienta a un árbol con las características del preámbulo de la reivindicación 1, tal como es conocido por el documento DE-C1-35 09 635. Asimismo, la invención concierne a un husillo de máquina con un dispositivo para fijar una herramienta a un árbol.

La invención se basa en el problema de ofrecer un dispositivo para fijar una herramienta a un árbol, en el que la herramienta pueda ser fijada al árbol de manera especialmente fiable y pueda ser soltada nuevamente de éste. Asimismo, se pretende montar un husillo de máquina con un dispositivo para fijar una herramienta a un árbol, en el que se pueda realizar un cambio de herramienta con especial fiabilidad.

El problema se resuelve para el dispositivo por medio de las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1 en combinación con las características del preámbulo. En las reivindicaciones 2 a 18 subordinadas se describen formas de realización ventajosas del dispositivo. Para el husillo de máquina, el problema se resuelve por medio de las características de la reivindicación 19.

En el dispositivo según la invención para fijar una herramienta a un árbol, éste posee una barra de tracción en sí conocida, axialmente desplazable en el árbol, para la inmovilización soltable de herramientas fijadas al árbol. Especialmente para el cambio de herramienta automático en máquinas herramienta automáticas (por ejemplo, máquinas rectificadoras o fresadoras con husillos de máquina) se ha de alojar con rapidez y seguridad la herramienta recibida en la respectiva máquina y esta herramienta ha de ser soltada dentro de un tiempo muy corto y cambiada por una nueva herramienta. La barra de tracción es desplazada en este caso hasta una posición exterior axial extraída en la que se puede desbloquear y retirar la herramienta y se puede insertar una nueva herramienta. A continuación, la barra de tracción retrocede nuevamente hacia el árbol hueco en dirección axial e inmoviliza la nueva herramienta insertada.

Según la invención, una barra de tracción de esta clase está alojada de manera segura contra giro en el árbol del dispositivo y posee una rosca exterior, estando montado sobre la rosca exterior un cuerpo roscado con una rosca interior correspondiente (por ejemplo, una tuerca roscada). Haciendo girar el cuerpo roscado con relación a la barra de tracción alojada en forma segura contra giro se desplaza axialmente la barra de tracción dentro del cuerpo roscado fijamente alojado en el dispositivo en la dirección axial de dicha barra, de modo que se produce el movimiento axial deseado de la barra de tracción para el cambio de herramienta.

Ventajosamente, la barra de tracción posee una prolongación para aplicar la rosca exterior. De este modo, se puede montar también el cuerpo roscado con sus elementos de cojinete en la zona extrema de la barra de tracción.

Mediante un elemento de muelle para solicitar a presión la barra de tracción en dirección axial se pueden inmovilizar con especial seguridad la barra de tracción y la herramienta alojada en el mandril de sujeción de dicha barra de tracción, ya que se consiguen, incluso en caso de que se produzcan vibraciones y aparezcan fuerzas de mecanización discontinuas, un pretensado axial continuo de la barra de tracción y, por tanto, una inmovilización segura de la herramienta alojada.

Mediante una disposición de cojinete axial y radial, el cuerpo roscado está alojado en posición estable dentro del dispositivo, especialmente en dirección axial. Al girar el cuerpo roscado, éste sigue teniendo una posición estable dentro del dispositivo y se presenta el movimiento axial deseado de la barra de tracción dentro del cuerpo roscado por la cooperación de la rosca interior del cuerpo roscado con la rosca exterior de la barra de tracción.

Ventajosamente, el elemento de muelle descrito actúa especialmente sobre el cuerpo roscado. Esto puede materializarse en el aspecto constructivo haciendo que el cuerpo roscado con su disposición de cojinete axial y radial esté alojado en un manguito roscado que sea axialmente desplazable y esté solicitado a presión por el elemento de muelle. Al solicitar a presión el elemento de muelle, el cuerpo roscado no puede ser desplazado axialmente dentro del manguito roscado. Se mantiene asegurada la capacidad de giro del cuerpo roscado.

El cuerpo roscado posee también una rosca exterior que está recibida en una rosca interior correspondiente del dispositivo. Se consigue así, por rotación de la rosca interior del dispositivo, un giro del cuerpo roscado que se retransmite nuevamente a través de su rosca interior - como ya se ha descrito - a la barra de tracción e inicia la traslación axial de esta última. En conjunto, se produce así una rosca diferencial entre la rosca interior del dispositivo y el cuerpo roscado, que presenta una rosca exterior y una rosca interior. Eligiendo pasos diferentes de los emparejamientos de roscas, o sea, rosca exterior de la barra de tracción/rosca interior del cuerpo roscado y rosca exterior del cuerpo roscado/rosca interior del dispositivo, se puede elegir una multiplicación deseada de conformidad con los requisitos. Así, se puede elegir una relación de multiplicación que consiga ya el desplazamiento axial deseado de la barra de tracción por medio de un pequeño número de revoluciones de la rosca interior. Asimismo, se puede elegir una multiplicación que ahorre fuerza, admitiéndose varias revoluciones de la rosca interior del dispositivo. Todas las roscas están dotadas especialmente de autorretención y pueden absorber así fuerzas axiales que actúen sobre la barra de tracción.

El cuerpo roscado puede ser hecho girar especialmente a motor, con lo que puede tener lugar un cambio de herramienta automático por medio de un desplazamiento axial de la barra de tracción. A este fin, se ha previsto especialmente un elemento de motor que puede presentar un rotor montado sobre una prolongación del cuerpo roscado. En caso de una traslación axial del cuerpo roscado (como la que se presenta en la rosca diferencial descrita), se traslada así axialmente también el rotor. Ventajosamente, el rotor lleva asociado un estator a través del cual se puede activar el rotor también en diferentes posiciones axiales.

Un elemento de motor de esta clase puede estar unido con el cuerpo roscado del dispositivo a través de un embrague fijo o a través de un embrague conmutable.

Cuando el dispositivo descrito está alojado en un husillo de herramienta, se puede conseguir por giro a motor del cuerpo roscado la traslación axial deseada de la barra de tracción para soltar o fijar una herramienta recibida en el dispositivo. Se puede utilizar así el dispositivo según la invención especialmente para máquinas herramienta automáticas en procesos de mecanización con un gran número de cambios de herramienta que deban realizarse automáticamente.

En una forma de realización especialmente ventajosa en la que se emplea el dispositivo descrito en un husillo de máquina, el accionamiento del husillo de máquina puede emplearse también para hacer girar el cuerpo roscado (o para accionar la rosca interior del dispositivo en el caso de que esté presente una rosca diferencial). El accionamiento del husillo de máquina posee así una doble función y sirve, por un lado, para accionar el árbol con miras a generar el movimiento de rotación de la herramienta alojada en el árbol y, por otro lado, durante el cambio de herramienta como fuente de fuerza para hacer girar directa o indirectamente el cuerpo roscado y provocar el desplazamiento axial deseado de la barra de tracción.

Con el accionamiento descrito del cuerpo roscado por medio de un elemento de motor independiente se puede asegurar que tanto la barra de tracción como el árbol sean inmovilizados en forma segura contra giro. A este fin, el árbol puede presentar un bloqueo antigiro, por ejemplo en forma de una ranura chavetera con una chaveta insertable en ésta.

Asimismo, en el caso de un accionamiento de husillo regulado en posición, el árbol puede ser mantenido de forma segura contra giro en una posición por medio del propio motor del husillo.

Se explica seguidamente la invención con más detalle ayudándose de ejemplos de realización ilustrados en las figuras de los dibujos. Muestran:

La figura 1, una representación en sección a través de un husillo de máquina con una primera forma de realización del dispositivo,

La figura 2, una representación en sección a través de un husillo de máquina con otra forma de realización del dispositivo,

La figura 3, una sección a través de un husillo de máquina con un elemento de motor provisto de un rotor desplazable,

La figura 4, una sección a través de un husillo de máquina con compensación por muelle,

La figura 5, una sección a través de un husillo de máquina con elemento de motor dotado de embrague conmutable y

La figura 6, una representación en sección a través de un husillo de máquina con otra forma de realización del dispositivo.

La figura 1 muestra un dispositivo 1 con un árbol 2, una barra de tracción 3 y un mandril de sujeción 15 en sí conocido para recibir una herramienta no ilustrada (por ejemplo, una muela pulidora o una herramienta fresadora). Por encima de la línea central de la figura 1 se ilustra la barra de tracción 3 en su posición retraída y desplazada axialmente hacia atrás con mandril de sujeción 15 retraído (es decir, apretado). Por debajo de la línea central está desplazada la barra de tracción 3 axialmente hacia delante (hacia la izquierda en el dibujo), de modo que se puede retirar la herramienta o se puede insertar una nueva herramienta.

El dispositivo 1 está integrado en la figura 1 dentro de un husillo de máquina 16, estando alojado el árbol 2 en el husillo de máquina 16 por medio de cojinetes 17. El husillo de máquina 16 posee un motor de accionamiento con un rotor 18 y un estator 19.

En la barra de tracción 3 está practicada en una prolongación 7 una rosca exterior 4 sobre la cual está atornillado un cuerpo roscado 5 dotado de una rosca interior 6. La combinación empleada de rosca exterior 4 y rosca interior 6 se ha ejecutado especialmente con autorretención. Al producirse un giro del cuerpo roscado 5, la barra de tracción 3 montada en forma segura contra giro, por ejemplo por medio de un seguro antigiro 20, y en forma tan sólo axialmente desplazable es desplazada en dirección axial y puede ser trasladada desde la posición extrema retraída ilustrada por encima de la línea central hasta la posición extrema extendida hacia fuera (abierta) ilustrada por debajo de la línea central.

El cuerpo roscado 5 está alojado aquí en forma axialmente fija por medio de cojinetes axiales 21 y cojinetes radiales 22. Al producirse un giro del cuerpo roscado 5 con relación a la barra de tracción 3, el cuerpo roscado 5 permanece en su posición con respecto al dispositivo 1 y el husillo de máquina 16, mientras que - como se ha descrito - se traslada axialmente la barra de tracción 3.

Los cojinetes axiales 21 y los cojinetes radiales 22 del cuerpo roscado 5 están recibidos especialmente dentro de un manguito roscado 9 que está soportado a través de un elemento de muelle 8 con respecto al dispositivo 1 y especialmente con respecto a la carcasa del husillo de máquina 16, de modo el cuerpo roscado 5 está continuamente solicitado a presión para poder amortiguar, por ejemplo, fuerzas de asentamiento introducidas en la zona del mandril de sujeción 15 o fuerzas de carga discontinuas.

El cuerpo roscado 5 puede ser empleado también sin elemento de muelle 8 ni manguito roscado 9.

Según la figura 1, la rosca exterior 4 de la barra de tracción 3 está dispuesta en una prolongación 7 de dicha barra de tracción 3. El cuerpo roscado 5 posee una prolongación 23 que hace transición a un árbol hueco 31 alojado sobre cojinetes 24 y que lleva el rotor 12 de un elemento de motor 11. El estator 13 pertenece también al elemento de motor 11. Cuando se activa el elemento de motor 11, el cuerpo roscado 5 puede ser hecho girar en la forma deseada a fin de provocar el movimiento axial de la barra de tracción 3 para el cambio de herramienta. Cuando se activa el elemento de motor 11, el árbol 2 del dispositivo 1 o del husillo de máquina 16 es inmovilizado de manera segura contra giro por vía mecánica (por ejemplo, a través de un seguro antigiro en sí conocido, por ejemplo un seguro de chaveta) o por una regulación de posición ya descrita del motor del husillo de máquina 16.

Cuando se hace que funcione el husillo 16 del motor por medio del motor de accionamiento del mismo constituido por el rotor 18 y el estator 19, el cuerpo roscado 5 y el rotor 12 del elemento de motor 11 giran también juntamente con el árbol 2.

En la forma de realización según la figura 2 el cuerpo roscado 5 posee una rosca exterior 25 que está recibida en una rosca interior 26 del dispositivo 1 o del árbol 2 (rosca diferencial). Al girar el cuerpo roscado 5 se elige el desplazamiento axial de la barra de tracción 3 por medio de la combinación de las combinaciones de rosca elegidas consistentes en rosca exterior 25 y rosca interior 26, así como en rosca exterior 4 y rosca interior 6. Se pueden elegir así desplazamientos axiales deseados en función del número de revoluciones del cuerpo roscado 5.

El cuerpo roscado 5 está a su vez unido, a través de su prolongación 23, con el rotor 12 del elemento de motor 11. En contraste con la forma de realización según la figura 1, el cuerpo roscado 5 no está alojado con posición estable en dirección axial, sino que varía su posición axial durante su giro juntamente con la barra de tracción 3, si bien se presenta también un movimiento relativo entre la barra de tracción 3 y el cuerpo roscado 5. El cuerpo roscado 5, en su posición retraída de la barra de tracción 3 ilustrada por encima de la línea central según la figura 2, se encuentra así en una posición más próxima al mandril de sujeción 15 en comparación con la posición extendida hacia fuera del mandril de sujeción 15 por debajo de la línea central según la figura 2. Cuando el rotor 12 del elemento de motor 11 está dispuesto en posición estable en dirección axial, estos desplazamientos de posición del cuerpo roscado 5 pueden hacerse posibles por medio de un embrague correspondiente 14. Para la materialización del embrague 14, la prolongación 23 del cuerpo roscado 5 puede poseer un perfil multichaveta periférico 27 en sí conocido, cuyas chavetas exteriores encajen en un perfil multichaveta correspondiente 28 de un árbol hueco 31. El rotor 12 está montado sobre el árbol hueco 31. Los perfiles multichaveta 27, 28 están permanentemente engranados, con lo que se transmite un movimiento de giro del rotor 12 al cuerpo roscado 5.

La figura 3 muestra un rotor 12 del elemento de motor 11 que está montado sobre la prolongación 23 del cuerpo roscado 5 y que, durante el desplazamiento axial del cuerpo roscado 5 (en la forma de realización con rosca diferencial según la figura 2), es desplazado también axialmente. Debido al estator 13 de construcción alargada, el rotor 12 se encuentra en la zona operativa del estator 13 tanto en una posición extrema (por encima de la línea central según la figura 3) como en la otra posición extrema (por debajo de la línea central según la figura 3) y puede ser accionado a través de este estator, con lo que se presenta una rotación del rotor 12 y, por tanto, del cuerpo roscado
5.

En una forma de realización análoga el rotor 12 puede estar construido (no ilustrado) en forma alargada con respecto a un estator 13 acortado.

La figura 4 muestra una forma de realización con perfiles multichaveta 27, 28 y con rosca diferencial, es decir, con una combinación de roscas integrada por la rosca exterior 4 y la rosca interior 6, así como por la rosca exterior 25 y la rosca interior 26, estando nuevamente recibida la rosca interior 26 del dispositivo 1 en un manguito roscado 9 que está solicitado a presión en dirección axial a través de un elemento de muelle 8. Se pueden amortiguar así las fuerzas de carga axiales discontinuas descritas (por ejemplo, fuerzas de asentamiento de la herramienta o fuerzas discontinuas de impactos de mecanización) a través del elemento de muelle 8.

Se desprende de la figura 5 una forma de realización con rosca diferencial en la que el rotor 12 montado sobre un árbol hueco 31 está unido con un disco de embrague 29 a través de un embrague conmutable 14 en sí conocido y con un cubo de embrague 30 a través de perfiles multichaveta 27, 28, así como con el cuerpo roscado 5 a través de la prolongación 23 de éste. El embrague 14 está construido aquí como un embrague conectado o como un embrague de conexión automática que se acopla o se suelta en función del número de revoluciones. Asimismo, se pueden emplear modelos de embrague en sí conocidos de acoplamiento por rozamiento o por complementariedad de forma.

Una forma de realización especialmente ventajosa del dispositivo 1 según la invención se desprende de la figura 6. El dispositivo 1 está integrado aquí nuevamente en un husillo de máquina 16. El accionamiento del husillo de máquina 16, constituido por un rotor 18 y un estator 19, sirve ahora, por un lado, para accionar el árbol 2 a fin de generar la rotación de la herramienta mientras funciona el husillo de máquina 16. Por otro lado, el accionamiento del husillo de máquina 16 sirve para regular el giro del cuerpo roscado 5, el cual está configurado de una manera en sí conocida como rosca diferencial y va guiado de forma giratoria por medio de su rosca exterior 25 dentro de la rosca interior 26 del árbol 2. La barra de tracción 3 es recibida en este caso por medio de su rosca exterior 4 en la rosca interior 6 del cuerpo roscado 5.

Haciendo que gire el árbol 2 se desplaza axialmente el cuerpo roscado 5 inmovilizado de una forma estable en rotación. Para la estabilización de la rotación, el cuerpo roscado 5 puede presentar un perfil multichaveta 34 en el que encaje un pistón correspondientemente conformado 32 por accionamiento a través de una bobina magnética 33. Durante el giro del cuerpo roscado 5 se desplaza la barra de tracción 3 recibida en el cuerpo roscado 5. Por tanto, la barra roscada 3 puede ser llevada, para realizar el cambio de herramienta, desde una posición extendida hacia fuera (por encima de la línea central) hasta una posición retraída (por debajo de la línea central), y viceversa. Después de concluido el cambio de herramienta se suelta nuevamente el pistón 32 por medio de la fuerza elástica del elemento de muelle 35 y se restablece la unión rotativa entre el árbol 2 y la barra de tracción 3. A continuación, se puede hacer que funcione nuevamente el husillo de máquina 16 y se transmite la rotación del árbol 2 a la herramienta alojada en el mandril de sujeción 15 del husillo de máquina 16.

Mientras funciona el husillo de máquina 16, el cuerpo roscado 5 gira juntamente con la barra de tracción 3 en una posición axialmente fija dentro del árbol 2.

Símbolos de referencia

1.: Dispositivo

2.: Árbol

3.: Barra de tracción

4.: Rosca exterior

5.: Cuerpo roscado

6.: Rosca interior

7.: Prolongación

8.: Elemento de muelle

9.: Manguito roscado

11.: Elemento de motor

12.: Rotor

13.: Estator

14.: Embrague

15.: Mandril de sujeción

16.: Husillo de máquina

17.: Cojinete

18.: Rotor

19.: Estator

20.: Seguro contra giro

21.: Cojinete axial

22.: Cojinete radial

23.: Prolongación

24.: Cojinete

25.: Rosca exterior

26.: Rosca interior

27.: Perfil multichaveta

28.: Perfil multichaveta

29.: Disco de embrague

30.: Cubo de embrague

31.: Árbol hueco

32.: Pistón

33.: Bobina magnética

34.: Perfil multichaveta

5.: Elemento de muelle

Claims

1. Dispositivo para fijar una herramienta a un árbol (2) con una barra de tracción (3) desplazable axialmente en el árbol para inmovilizar en forma soltable una herramienta fijada al árbol, especialmente para realizar un cambio de herramienta automático en máquinas herramienta, en el que la barra de tracción (3) está recibida de manera segura contra giro dentro del árbol (2) y presenta una rosca exterior (4), sobre esta rosca exterior (4) está montado un cuerpo roscado (5) con una rosca interior correspondiente (6) y la barra de tracción (3) es desplazable axialmente para realizar un cambio de herramienta por giro del cuerpo roscado (5) dentro del árbol (2), caracterizado porque el cuerpo roscado (5) presenta una rosca exterior (25) que está recibida en una rosca interior correspondiente (26) del dispositivo (1).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la barra de tracción (3) presenta una prolongación (7) para practicar la rosca exterior (4).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque está previsto un elemento de muelle (8) para realizar una solicitación a presión de la barra de tracción (3) en dirección axial.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo roscado (5) posee una disposición de cojinete axial y radial.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la disposición de cojinete del cuerpo roscado (5) está recibida en un manguito roscado (9).

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el manguito roscado (9) está recibido dentro del dispositivo (1) en forma axialmente desplazable y solidaria en rotación.

7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el elemento de muelle (8) sirve para aplicar al manguito roscado (9) una solicitación a presión axial.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo roscado (5) puede ser hecho girar a motor.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque está previsto un elemento de motor (11) para realizar un giro motorizado del cuerpo roscado (5).

10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque el elemento de motor (11) presenta un rotor (12) montado sobre una prolongación (23) del cuerpo roscado (5).

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque el rotor (12) está construido en forma axialmente desplazable y puede ser activado a través de un estator (13) tanto en una posición axial delantera como en una posición axial trasera.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el elemento de motor (11) está unido con el cuerpo roscado (5) a través de un embrague (14).

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque el embrague (14) es un embrague fijo.

14. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque el embrague (14) es un embrague conmutable.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (1) está recibido en un husillo de máquina (16).

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque el accionamiento del husillo de máquina (16) sirve para hacer que gire el cuerpo roscado (5).

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto un bloqueo antigiro para inmovilizar la barra de tracción (3).

18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado porque la barra de tracción (3) presenta al menos una ranura chavetera destinada a recibir el bloqueo antigiro.

19. Husillo de máquina (16) con un dispositivo para fijar una herramienta a un árbol (2) según una de las reivindicaciones 1 a 18.