ES2308193T3 - Herramienta de cabeza oscilante. - Google Patents
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Abstract
Herramienta (1) con un porta-herramientas (2) y con un saliente de husillo (5), en la que el porta-herramientas (2) presenta en un primer extremo (3) un alojamiento de porta-herramientas (4) para la adaptación al saliente de husillo (5) giratorio, y en un segundo extremo (6) un alojamiento de herramienta (7), y con una cabeza de herramienta (8) que se puede insertar en el alojamiento de la herramienta (7), en la que el porta-herramientas (2) y el saliente del husillo (5) forman un motor de oscilación (9), caracterizada porque el motor de oscilación (9) desplaza en oscilación el portaherramientas (2) a través de un sistema ferromagnético (10a) y el sistema ferromagnético (10a) comprende una bobina de excitación (11) dispuesta estacionaria y una cabeza ferromagnética (25) dispuesta de forma fija contra giro en el porta-herramientas (2).
Description
Herramienta de cabeza oscilante.
La invención se refiere a una herramienta con un
porta-herramientas y con un saliente de husillo, de
acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 u 8. Se conoce a
partir del documento US-A-5.140.773
una herramienta de este tipo.
Habitualmente, las máquinas herramientas están
equipadas con un husillo giratorio, que presenta en su extremo un
saliente de husillo, en el que se pueden insertar diferentes
herramientas, especialmente cabezas fresadoras, de acuerdo con la
pieza de trabajo a mecanizar y de acuerdo con la previsión de la
forma.
Para una mecanización óptima de una pieza de
trabajo se han realizado ya en el pasado esfuerzos para disponer
una unidad oscilante en el husillo en el lado de la máquina, para
desplazar la cabeza de la herramienta en oscilación. El
inconveniente de estas construcciones conocidas reside en que todas
las herramientas disponibles deben adaptarse a la unidad oscilante.
Este modo de proceder es muy costoso y con frecuencia no conduce al
éxito, puesto que las herramientas son desplazadas en una oscilación
propia, que anula la frecuencia y la amplitud y, además, conduce a
una desarrollo considerable de calor.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
preparar una herramienta, que se pueda accionar siempre de una
manera especialmente efectiva a una gama de frecuencias prevista
para ello.
El cometido se soluciona de acuerdo con la
invención con una herramienta con un
porta-herramientas y con un saliente de husillo de
acuerdo con las reivindicaciones 1 u 8.
De ello se deduce la ventaja de que la
herramienta no tiene que adaptarse ya a la unidad oscilante en el
lado de la máquina. De acuerdo con la invención, en su lugar cada
herramienta recibe un motor de oscilación adaptado a la misma, de
tal forma que se pueden fabricar herramientas de forma normalizada.
El motor de oscilación colabora con un generador de alta frecuencia
habitual que está dispuesto fuera de la herramienta. Este generador
de alta frecuencia prepara una tensión alterna en una gama de
frecuencia entre 17 y 60 kHz, que corresponde esencialmente a la
frecuencia de oscilación de la herramienta. En este caso, es posible
una extensión longitudinal del árbol de 100 \mum con una rotación
simultánea hasta 40.000 rpm. También es posible para diferentes
aplicaciones preparar diferentes motores de oscilación para cubrir
diferentes gamas de frecuencia. Además de la excitación activa de
la herramienta, la herramienta de acuerdo con la invención puede
servir también como sensor de procesos y registrar datos de
procesos en la aplicación para la producción.
En una primera forma de realización preferida,
el motor de oscilación desplaza el
porta-herramientas en oscilación a través de un
sistema ferromagnético. E esta forma de realización, el
porta-herramientas es excitado a oscilación a
través de un campo electromagnético alterno permanente, en el que el
cambio de la polaridad depende de la frecuencia aplicada de la
tensión alterna. En esta forma de realización no es necesaria una
transmisión de energía eléctrica sobre la herramienta giratoria.
El sistema ferromagnético comprende una bobina
de excitación dispuesta fija estacionaria y una cabeza
ferromagnética dispuesta de forma fija contra giro en el
porta-herramientas. La cabeza ferromagnética está
fabricada de un material ferromagnético, como por ejemplo de una
cerámica ferromagnética.
De una manera más ventajosa, el motor de
oscilación colabora sin contacto con la bobina de excitación. La
ventaja que se deriva de ello reside en el funcionamiento
especialmente exento de desgaste y en la insensibilidad
especialmente frente al líquido de refrigeración saliente.
La cabeza ferromagnética puede estar rodeada en
la dirección circunferencial concéntricamente por la bobina de
excitación. De ello resulta un campo eléctrico especialmente
uniforme con una oscilación intensiva uniforme constante del motor
de oscilación.
De una manera preferida, entre la cabeza
ferromagnética y la bobina de excitación está dispuesto un tubo
envolvente, en el que el tubo envolvente está fabricado de una
manera más ventajosa de un material de cerámica o de fibras de
carbono. El tubo envolvente debe estar fabricado en cualquier caso
de un material no magnético, para que la cabeza ferromagnética se
encuentre en el campo electromagnético de la bobina de
excitación.
El tubo envolvente puede estar dispuesto fijo
estacionario con respecto a la herramienta giratoria o de una
manera alternativa a ello, puede estar integrado en forma de
manguito en el porta-herramientas. En la segunda
forma de realización, el tubo de retención es un componente integral
del casquillo de retención y gira con éste.
De acuerdo con una segunda forma de realización
preferida, el motor de oscilación desplaza el
porta-herramientas en oscilación a través de un
piezo-sistema. En este caso, se transmite, por lo
tanto, energía eléctrica sobre la herramienta giratoria y se genera
la oscilación de una manera inherente a la herramienta.
\newpage
El piezo-sistema comprende una
primera bobina fija estacionaria y una segunda bobina distanciada de
ésta y que incide en el porta-herramientas, estando
conectada la segunda bobina con piezo-actuadores.
Los piezo-actuadores rodean en forma de anillo el
alojamiento de la herramienta y oscilan, cuando se aplica tensión
alterna, por ejemplo con una amplitud de 8 \mum. Se pueden
conseguir amplitudes de oscilación mayores disponiendo superpuestos
varios de estos piezo-actuadores y conectándolos
eléctricamente.
La primera y la segunda bobina deberían estar
colocadas superpuestas y, además, deberían rodear de forma circular
el porta-herramientas. También con esta forma de
realización es posible una excitación sin contacto del motor de
oscilación.
Como alternativa no acorde con la invención a
las formas de realización descritas anteriormente, se ha revelado
que es favorable que el piezo-sistema comprenda al
menos dos escobillas de carbón dispuestas fijas estacionarias, que
están en contacto con anillos de rozamiento dispuestos en el
porta-herramientas, en los que los anillos de
rozamiento están conectados con piezo-actuadores.
Esta forma de realización no acorde con la invención no requiere
bobinas eléctricas, puesto que la energía eléctrica se transmite a
través de las escobillas de carbón y los anillos de rozamiento
sobre la herramienta y se convierte en la herramienta por medio de
los piezo-actuadores en una oscilación.
En todas las formas de realización es ventajoso
configurar el porta-herramientas con un canal de
refrigerante que se extiende en dirección axial. Esta configuración
no sólo permite una refrigeración de la cabeza de la herramienta,
sino también del motor de oscilación.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de cuatro figuras de dibujos en total. En
este caso:
La figura 1 muestra una sección transversal a
través de un porta-herramientas insertado en un
saliente de husillo de acuerdo con una primera forma de realización
con un sistema ferromagnético.
La figura 2 muestra una sección transversal a
través de una herramienta de acuerdo con una segunda forma de
realización con un sistema ferromagnético.
La figura 3 muestra una sección transversal a
través de un porta-herramientas insertado en un
saliente de husillo de acuerdo con una tercera forma de realización
con un piezo-sistema.
La figura 4 muestra una sección transversal a
través de un porta-herramientas insertado en un
saliente de husillo de acuerdo con una cuarta forma de realización
de acuerdo con la invención con un
piezo-sistema.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 se representa en una sección
transversal un porta-herramientas 2 en una primera
forma de realización, que está insertado con su alojamiento de
porta-herramientas 4 de forma cónica, dispuesto en
el extremo superior 3, en un saliente de husillo 5 configurado de
forma complementaria de una máquina herramienta no mostrada en
detalle y que está asegurado contra giro simultáneo.
El porta-herramientas 2 está
constituido de dos partes y comprende un elemento de soporte 23 y un
árbol principal de husillo 20 retenido con una tuerca 24 y que se
extiende desde el elemento de soporte 23. La transmisión del par de
torsión se desarrolla desde el saliente del husillo 5 sobre el
alojamiento del porta-herramientas 4, que es
componente integral del elemento de soporte 23, y desde éste sobre
el árbol principal del husillo 20.
El árbol principal del husillo 20 está alojado
adicionalmente en un alojamiento de la herramienta 7 del elemento
de soporte 23, donde este alojamiento permite como alojamiento
laberíntico una oscilación del árbol principal del husillo 20 en
dirección axial.
Sobre el árbol principal del husillo 20 se
encuentra una cabeza ferromagnética 25, que está rodeada por un
tubo envolvente 12, insertado en el elemento de soporte 23 del
porta-herramientas 2. En esta forma de realización,
el tubo envolvente 12 gira junto con la cabeza ferromagnética 25 y
con el árbol principal del husillo 20.
El porta-herramientas 2 está
rodeado, distanciado radialmente, por una bobina de excitación 11
dispuesta fija estacionaria, a través de la cual se puede formar un
campo eléctrico. La bobina de excitación 11 es impulsada por un
generador de alta frecuencia 15 con una tensión alterna, a partir de
la cual se obtiene un campo electromagnético pulsátil con signo
alterno. El campo electromagnético pone en excitación la cabeza
ferromagnética 25 y el árbol principal del husillo 20 conectado con
ella con la cabeza de herramienta 8 que se encuentra allí y que no
se muestra en la figura 1.La cabeza ferromagnética 25 y la bobina de
excitación 11 forman conjuntamente un sistema ferromagnético 10a de
un motor de oscilación 9.
La alimentación de refrigerante de la cabeza de
la herramienta 8 mostrada en la figura 2 se realiza a través del
saliente de husillo 5 en un canal de refrigerante 19, que se
extiende a través del elemento de soporte 23, y el árbol principal
del husillo hueco 20. También aquí el refrigerante es conducido a
través del porta-herramientas 2.
La figura 2 muestra en una sección transversal
una herramienta 1 de acuerdo con una segunda forma de realización.
La herramienta 1 comprende el porta-herramientas 2,
que presenta en su extremo inferior 6 como alojamiento de la
herramienta 7 un taladro roscado que termina de forma cónica. En el
alojamiento de la herramienta 7 está enroscada una cabeza de
herramienta 8 provista con una rosca igualmente cónica.
El porta-herramientas 2 está
constituido en primer lugar por el árbol principal del husillo 20
dispuesto en el centro, que se extiende en forma de tubo desde el
saliente de husillo 5 no reconocible en la figura 2 hasta la cabeza
de la herramienta 8 montada en el lado extremo. El árbol principal
del husillo 20 transmite el par de torsión de la máquina
herramienta sobre la cabeza de la herramienta 8 y proporciona,
además, una alimentación constante de refrigerante de la cabeza de
la herramienta 8. A tal fin, el árbol principal del husillo 20 está
configurado en forma de tubo con el canal de refrigerante 19.
Sobre el árbol principal del husillo 20 se
asienta de forma fija contra giro la cabeza ferromagnética 25. Como
seguro contra giro se emplean uniones conocidos de árbol y cubo.
La cabeza ferromagnética 25 es componente del
sistema ferromagnético 10a, que comprende, además, la bobina de
excitación 11 dispuesta fija estacionaria. La bobina de excitación
11 está dispuesta coaxialmente alrededor de la cabeza
ferromagnética 25, coincidiendo la alineación axial de la bobina de
excitación 11 con la alineación axial de la cabeza ferromagnética
25.
De forma desacoplada mecánicamente de la cabeza
ferromagnética 25, esta cabeza está rodeada por un tubo envolvente
12 estacionario fabricado de fibras de carbono. Este tubo envolvente
12 se ocupa en primer lugar de una separación eléctrica del motor
de oscilación 9 de la bobina de excitación 11.
El tubo envolvente 12 rodea la cabeza
ferromagnética 25 totalmente en la dirección circunferencial y está
abierto en su extremo superior 21 y en su extremo inferior 22.
Durante el funcionamiento de la máquina herramienta sale
refrigerante por diferentes lugares y como consecuencia de ello no
sólo es conducido a través del canal de refrigerante 19 hasta la
cabeza de la herramienta 8, sino que circula también fuera de la
pared exterior del árbol principal del husillo 20. En virtud de la
configuración constructiva abierta del tubo envolvente 12 se evita
un estancamiento del refrigerante en el espacio anular entre el
árbol principal del husillo 20 o bien la cabeza ferromagnética 25 y
el tubo envolvente
12.
12.
La longitud axial del tubo envolvente 12 está
realizada claramente más larga que la extensión axial de la cabeza
ferromagnética 25 o de la bobina de excitación 11 dispuesta
estacionaria. De esta manera se evita que en virtud de las
salpicaduras de refrigerante se produzca un cortocircuito entre la
bobina de excitación 11 y la cabeza ferromagnética 25.
Una tercera forma de realización alternativa se
reproduce en la figura 3, en la que la oscilación de la herramienta
1 se realiza a través de un piezo-sistema 10b como
motor de oscilación 9. Los componentes esenciales del
piezo-sistema 10b son una primera y una segunda
bobina 13, 14 y piezo-actuadores 16 que se
encuentran sobre el porta-herramientas. El
porta-herramientas 2 está conectado también aquí a
través del alojamiento del porta-herramientas 4 de
forma fija contra giro con el saliente del husillo 5.
La estructura del
porta-herramientas 2 no está realizada de dos
partes, sino de tres partes. Adicionalmente a los componentes
formados por el elemento de soporte 23 y el árbol principal del
husillo 20, la forma de realización según la figura 3 presenta la
segunda bobina 14conectada fijamente con el elemento de soporte
23.
Entre el saliente del husillo 5 y la segunda
bobina 14 está dispuesta la primera bobina estacionaria 13. Esta
primera bobina 13 está conectada a través de líneas de conexión con
el generador de alta frecuencia 15 dispuesto fuera de la
herramienta 1 y es alimentada por éste con una tensión de alta
frecuencia.
La segunda bobina 14 rodea el portaherramientas
2 totalmente en su dirección circunferencial y está conectada con
dos piezo-actuadores 16 colocados superpuestos sobre
el porta-herramientas 2. En este caso, la segunda
bobina 14 se encuentra en dirección axial a la altura de los
piezo-actuadores 16. Ambas bobinas 13, 14 están
limitadas en la construcción esencialmente frente al
porta-herramientas.
Una cuarta forma de realización alternativa, no
acorde con la invención, se basa de la misma manera en un
piezo-sistema 10b como se muestra en la figura 4. A
diferencia de las formas de realización descritas anteriormente,
aquí la alimentación eléctrica del
porta-herramientas 2 no se realiza sin contacto,
sino a través de dos escobillas de cables 17a, 17b y a través de
anillos de rodamiento 18 que se encuentran en el
porta-herramientas 2.
Las escobillas de cables 17a, 17b están
dispuestas en lados opuestos del porta-herramientas
2, estando conectada la primera escobilla de carbón 17a con una
salida de la tensión y la segunda escobilla de carbón 17b en una
conexión de masa del generador de alta frecuencia 15. La escobilla
de cable 17a, 17b respectiva está en contacto con un anillo de
rozamiento 18 respectivo, estando separados eléctricamente entre sí
los dos anillos de rozamiento 18.
Los anillos de rozamiento 18 rodean totalmente
el porta-herramientas 2 en su dirección
circunferencial y están conectados con cuatro
piezo-actuadores 16 colocados superpuestos. Estos
predeterminan de nuevo la frecuencia del motor de oscilación 9.
En el segundo extremo 6 del
porta-herramientas 2 se puede reconocer un taladro
cónico como alojamiento de la herramienta 7. El alojamiento de la
herramienta 7 está en conexión con un canal de refrigerante 19 que
atraviesa totalmente el porta-herramientas 2 en
dirección axial.
- 1
- Herramienta
- 2
- Porta-herramienta
- 3
- Primer extremo superior del porta-herramientas
- 4
- Alojamiento del porta-herramientas
- 5
- Saliente de husillo
- 6
- Segundo extremo inferior del pota-herramientas
- 7
- Alojamiento del porta-herramientas
- 8
- Cabeza de la herramienta
- 9
- Motor de oscilación
- 10a
- Sistema ferromagnético
- 10b
- Piezo-sistema
- 11
- Bobina de excitación dispuesta estacionaria
- 12
- Tubo envolvente
- 13
- Primera bobina estacionaria
- 14
- Segunda bobina
- 15
- Generador de alta frecuencia
- 16
- Piezo-actuadores
- 17a
- Primera escobilla de carbón
- 17b
- Segunda escobilla de carbón
- 18
- Anillo de rozamiento
- 19
- Canal de refrigerante
- 20
- Arbol principal del husillo
- 21
- Extremo superior del tubo envolvente
- 22
- Extremo inferior del tubo envolvente
- 23
- Elemento de soporte
- 24
- Tuerca
- 25
- Cabeza ferromagnética
Claims (12)
1. Herramienta (1) con un
porta-herramientas (2) y con un saliente de husillo
(5), en la que el porta-herramientas (2) presenta
en un primer extremo (3) un alojamiento de
porta-herramientas (4) para la adaptación al
saliente de husillo (5) giratorio, y en un segundo extremo (6) un
alojamiento de herramienta (7), y con una cabeza de herramienta (8)
que se puede insertar en el alojamiento de la herramienta (7), en la
que el porta-herramientas (2) y el saliente del
husillo (5) forman un motor de oscilación (9), caracterizada
porque el motor de oscilación (9) desplaza en oscilación el
porta-herramientas (2) a través de un sistema
ferromagnético (10a) y el sistema ferromagnético (10a) comprende
una bobina de excitación (11) dispuesta estacionaria y una cabeza
ferromagnética (25) dispuesta de forma fija contra giro en el
porta-herramientas (2).
2. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizada porque la cabeza ferromagnética (25)
colabora sin contacto con la bobina de excitación (11).
3. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizada porque la cabeza ferromagnética (25)
está rodeada en la dirección circunferencial concéntricamente por la
bobina de excitación (11).
4. Herramienta de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque entre la cabeza
ferromagnética (25) y la bobina de excitación (11) está dispuesto
un tubo envolvente (12).
5. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
4, caracterizada porque el tubo envolvente (12) está
fabricado de un material no magnético.
6. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
4 ó 5, caracterizada porque el tubo envolvente (12) está
dispuesto estacionario (variante 1).
7. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
4 ó 5, caracterizada porque el tubo envolvente (12) está
integrado en un porta-herramientas (2) (variante
2).
8. Herramienta (1) con un
porta-herramientas (2) y con un saliente de husillo
(5), en la que el porta-herramientas (2) presenta
en un primer extremo (3) un alojamiento de
porta-herramientas (4) para la adaptación al
saliente de husillo (5) giratorio, y en un segundo extremo (6) un
alojamiento de herramienta (7), y con una cabeza de herramienta (8)
que se puede insertar en el alojamiento de la herramienta (7), en la
que el porta-herramientas (2) y el saliente del
husillo (5) forman un motor de oscilación (9), caracterizada
porque el motor de oscilación (9) desplaza en oscilación el
porta-herramientas (2) a través de un
piezo-sistema (10b) y el
piezo-sistema (10b) comprende una primera bobina
estacionaria (13) y una segunda bobina (14) distanciada de éste y
que incide en el porta-herramientas (2), en la que
la segunda bobina (14) está conectada con
piezo-actuadores (16). (Figura 3).
9. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
8, caracterizada porque la primera y la segunda bobina (13,
14) rodean de forma circular el porta-herramientas
(2).
10. Herramienta de acuerdo con la reivindicación
8 ó 9, caracterizada porque la primera y la segunda bobina
(13, 14) están colocadas superpuestas.
11. Herramienta de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la bobina (11,
13) está conectada en un generador de alta frecuencia (15).
12. Herramienta de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el
porta-herramientas (2) presenta un canal de
refrigerante (19) que se extiende en dirección axial.
Applications Claiming Priority (1)
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