ES2328569T3

ES2328569T3 - Aparato con herramienta orbital manual para taladrar.

Info

Publication number: ES2328569T3
Application number: ES03745054T
Authority: ES
Inventors: Erik Bjork; Mats Stuxberg; Marcus Wiklund
Original assignee: Novator AB
Current assignee: Novator AB
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2009-11-16
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: EP1490193A1; CN100341651C; US6758642B2; US6719505B2; ATE433816T1; CN1688405A; AU2003255292A1; WO2003080277A1; US20020102144A1; JP2005520696A; DE60328000D1; AU2003255292B2; EP1490193B1; US20030113181A1

Abstract

Un aparato con una herramienta manual para utilizar la herramienta de corte con una primera anchura y un eje de la herramienta para mecanizar un agujero en un objeto, teniendo el agujero que va a ser formado por medio de la herramienta de corte una segunda anchura que es mayor que la primera anchura de la herramienta de corte, comprendiendo dicho aparato: un alojamiento (26); caracterizado por un portador (68) montado en un alojamiento (26) y axialmente amovible con respecto al mismo; una unidad (20) de husillo que tiene un eje principal e incluye un motor (32) de husillo, un eje (54) del husillo para girar la herramienta de corte, y un mecanismo (34) de desplazamiento radial configurado para ajustar un desplazamiento radial del eje de la herramienta de corte con respecto al eje principal, estando fijada dicha unidad (20) de husillo a dicho portador (68) contra un movimiento axial mientras que se puede girar con respecto a dicho portador (68) en torno a dicho eje principal; un motor (74) de transmisión orbital montado en dicho portador (68) y conectado de manera transmisora con dicha unidad (20) de husillo para hacer girar dicha unidad de husillo en torno a dicho eje principal con respecto a dicho portador; y un mecanismo (86) de introducción axial fijado a dicho alojamiento (26) y dicho portador (68) y configurado para avanzar y retirar conjuntamente dicha unidad (20) de husillo junto con dicho portador (68) y dicho motor (74) de transmisión orbital con respecto al objeto.

Description

Aparato con herramienta orbital manual para taladrar.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención versa acerca de una herramienta manual para cortar un agujero en un objeto, y, más en particular, acerca de un aparato con una herramienta manual para cortar un agujero que tiene un diámetro mayor que el diámetro de la herramienta de corte.

2. Descripción de la técnica relacionada

La patente U.S. nº 5 641 252 desvela un procedimiento para mecanizar agujeros en un material compuesto reforzado con fibra utilizando al menos una herramienta de corte con una superficie resistente al desgaste colocada de manera excéntrica en relación a un eje central. El material está mecanizado simultáneamente tanto en una dirección axial como radial al hacer que la herramienta se mueva axialmente mientras que gira no solo en torno a su propio eje, sino también excéntricamente en torno al eje central. Conforme a un rasgo caracterizador particular de la invención, se orienta la pieza a trabajar de tal forma que el eje de giro de la herramienta es esencialmente ortogonal en relación a las direcciones longitudinales de las fibras en el entorno inmediato del punto en el que la herramienta se junta con la superficie de trabajo. El diámetro de la herramienta de corte es sustancialmente menor que el diámetro del agujero que se produce. El movimiento giratorio excéntrico es normalmente un movimiento estrictamente giratorio, es decir, se ejecuta con una distancia constante entre el eje central y el eje de giro de la herramienta de corte. La distancia entre el eje central y el eje de giro de la herramienta de corte puede aumentarse mediante aumentos lineales según continúa el movimiento giratorio excéntrico.

Este procedimiento conocido tiene un número de ventajas sustanciales en comparación con las técnicas normalmente familiares. Por ejemplo, el procedimiento permite la producción de agujeros sin fuerza, reduciendo el daño. También, el procedimiento permite la producción de agujeros libres de daño sin tener que preformar un agujero. Además, el procedimiento permite la producción de agujeros con tolerancias estrictas. La precisión dimensional del agujero se determina sustancialmente mediante la precisión de la colocación de la herramienta con respecto al eje central. Por otra parte, los requerimientos impuestos sobre la geometría de la herramienta de corte no son particularmente altos, dado que cada herramienta individual se calibra de manera sencilla antes de su uso. Además, el procedimiento previene que la herramienta se bloquee. Dado que el diámetro de la herramienta es sustancialmente menor que el del agujero, el procedimiento permite que el material eliminado por el corte sea desechado mediante un medio sencillo, como con aire comprimido. El procedimiento también permite una refrigeración efectiva de la herramienta y del borde del agujero. Aún otra ventaja es que el procedimiento reduce sustancialmente el coste del desgaste en comparación con procedimientos desvelados anteriormente, debido a que la herramienta está revestida con un material resistente al desgaste, tal como un revestimiento adiamantado. Además, este procedimiento también ofrece ventajas cuando se mecanizan otros materiales como metales.

La patente U.S. nº 5 971 678 desvela una unidad de husillo que incluye un motor de husillo que puede girar en torno a un eje principal. El motor de husillo incluye una sujeción de herramienta que tiene un eje de herramienta sustancialmente paralelo al eje principal. La sujeción de la herramienta puede girar en torno al eje de la herramienta. Hay configurado un accionador axial para mover el motor de husillo en una dirección axial de introducción sustancialmente paralela tanto al eje principal como al eje de la herramienta. Un accionador radial ajusta una distancia radial entre el eje principal y el eje de la herramienta. Esta unidad de husillo puede montarse en una máquina estacionaria tal como una máquina CNC, un robot o un equipo sencillo.

La solicitud PCT/SE94/00085 desvela una máquina herramienta manual para mecanizar agujeros conforme a la técnica descrita anteriormente. Esta revelación versa acerca de una máquina manual para mecanizar agujeros en un objeto fabricado de fibras compuestas, preferentemente con una superficie curvada. El eje central del agujero pasa a través de un punto predeterminado en la superficie del objeto y está orientado en una cierta dirección con respecto a la dirección longitudinal de las fibras del objeto que están cercanas al punto. La máquina incluye, en combinación, una sujeción de herramienta que gira en torno a su propio eje y un eje principal, un dispositivo para ajustar el eje de giro de la sujeción de la herramienta en la dirección normal de la superficie en el punto, un dispositivo para la introducción axial de la sujeción de la herramienta con respecto al objeto, un dispositivo para ajustar la distancia radial (desplazamiento) entre el eje principal y el eje de giro de la sujeción de la herramienta, y un dispositivo para absorber las fuerzas y los momentos entre la máquina y el objeto que resultan de la mecanización de los agujeros.

Aunque esta revelación mencionada anteriormente resume algunos principios, la herramienta manual revelada no ofrece una solución factible ni práctica. Una limitación obvia es que los conceptos desvelados no presentan una solución para la fuente de alimentación y, por lo tanto, se debe cuestionar su potencial para ser realizada. Un requerimiento básico para una herramienta manual es un peso ligero y una facilidad de uso. Los conceptos desvelados no proporcionan un diseño ligero, compacto ni integrado. Además, los conceptos ilustrados muestran soluciones que requieren un saliente muy pronunciado de la herramienta, que es una seria limitación debido a la fuerza radial de corte, que crea un momento de flexión sobre la herramienta de corte.

Cuando se mecanizan agujeros conforme al procedimiento propuesto, es decir, al colocar la herramienta de manera excéntrica con respecto a un eje central y al mecanizar simultáneamente tanto en una dirección axial como radial al provocar que la herramienta se mueva de manera axial y que gire no solo en torno a su propio eje, sino también excéntricamente en torno a un eje central, la punta de la herramienta está sometida tanto a una fuerza axial como a una fuerza radial. La fuerza radial crea un momento de flexión en la herramienta cuya magnitud depende tanto de la magnitud de la fuerza como de la longitud del saliente de la herramienta (brazo del momento). Es deseable minimizar el momento de flexión para una precisión óptima del mecanizado. Esto puede conseguirse al minimizar el saliente de la herramienta, es decir, la longitud libre de la herramienta. Los conceptos ilustrados en el documento PCT/SE94/00085 muestran situaciones en las que el saliente de la herramienta está determinado por el grosor de la plantilla de agujeros y por el grosor de la pieza a trabajar. Dado que el grosor de la plantilla puede ser sustancial, el saliente de la herramienta puede ser, en consecuencia, sustancial.

La patente U.S. nº 6 382 890 B1 desvela un aparato con una herramienta manual para taladrar agujeros de manera orbital en un objeto y utiliza una herramienta de corte con una primera anchura y un eje de la herramienta. El agujero que se va a formar tiene una segunda anchura que es mayor que la primer anchura de la herramienta de corte.

El aparato incluye un conjunto de accionamiento que tiene un alojamiento que contiene un mecanismo de introducción axial en forma de dos cámaras de aire en lados opuestos de una porción de pistón de un casquillo externo de una unidad de husillo, para mover la herramienta de corte en una dirección axial, un motor de husillo configurado para girar la herramienta de corte en torno al eje de la herramienta, y un mecanismo de desplazamiento radial que está configurado para mover el mecanismo de introducción axial en una dirección radial de forma que el eje de la herramienta está desplazado de un eje principal. Hay configurado un motor estacionario para girar el mecanismo de introducción axial y la herramienta de corte en torno al eje principal.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un aparato con una herramienta giratoria manual que utiliza una herramienta de corte para mecanizar un agujero en un objeto de forma que el agujero tiene una anchura mayor que la anchura de la herramienta de corte. Además, la presente invención proporciona un aparato con una herramienta manual ligero y compacto para mecanizar agujeros en un objeto plano o curvado de cualquier material al girar una herramienta de corte en torno a su propio eje y en torno a un eje principal mientras se alimenta simultáneamente en la dirección axial. Se consigue un aparato ligero y compacto al integrar un mecanismo de desplazamiento radial, una unidad de husillo y una transmisión orbital en un conjunto común, que está desplazado axialmente a lo largo del eje principal (eje del agujero)
y se hace avanzar y se retrocede conjuntamente por medio de un mecanismo estacionario de introducción axial.

La invención comprende, en una forma de la misma, un aparato con una herramienta manual para utilizar una herramienta de corte con una primera anchura y un eje de herramienta para mecanizar un agujero en un objeto, teniendo el agujero que va a ser formado por medio de la herramienta de corte una segunda anchura que es mayor que la primera anchura de la herramienta de corte, comprendiendo dicho aparato:

\quad: un alojamiento;

\quad: un portador montado en el alojamiento y amovible axialmente respecto al mismo;

\quad: una unidad de husillo que tiene un eje principal y que incluye un motor de husillo, un eje del husillo para girar la herramienta de corte, y un mecanismo de desplazamiento radial configurado para ajustar un desplazamiento radial del eje de la herramienta de corte con respecto al eje principal, estando fijado dicha unidad de husillo a dicho portador contra un movimiento axial mientras que se puede girar con respecto a dicho portador en torno a dicho eje principal;

\quad: un motor de transmisión orbital montado en dicho portador y conectado de manera transmisora a dicha unidad de husillo para girar dicha unidad de husillo en torno a dicho eje principal con respecto a dicho portador; y

\quad: un mecanismo de introducción axial fijado a dicho alojamiento y dicho portador y configurado para hacer avanzar y retroceder conjuntamente dicha unidad de husillo junto con dicho portador y dicho motor de transmisión orbital con respecto al objeto.

Una ventaja de la presente invención es que la herramienta manual es más ligera y compacta que los dispositivos previos.

Otra ventaja es que el saliente de la herramienta se minimiza, reduciendo de ese modo el momento de flexión sobre la herramienta de corte.

Aún otra ventaja es que las relaciones posicionales lado a lado están presentes entre los componentes principales, reduciendo la longitud total de la herramienta y la desviación entre componentes.

Aún una ventaja adicional es que las conexiones de transmisión entre la unidad de husillo y la herramienta de corte, y entre la transmisión orbital y la unidad de husillo están sustancialmente fijas, siendo el conjunto combinado avanzado y retirado por medio del mecanismo de introducción axial, estabilizando de ese modo las relaciones de transmisión para cualquier posición del corte por la trayectoria lineal recorrido por la herramienta de corte.

Breve descripción de los dibujos

Las características y ventajas mencionadas anteriormente de la presente invención, y la forma de conseguirlas, serán más evidentes y se comprenderá mejor la invención haciendo referencia a la siguiente descripción de una realización de la invención tomada junto con los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una vista lateral de corte transversal de una realización de un taladro orbital neumático portátil de la presente invención;

la Fig. 2 es una vista en perspectiva del taladro orbital portátil mostrado en la Fig. 1 en una posición replegada de una unidad de husillo;

la Fig. 3 es una vista en alzado del taladro orbital portátil de las Figuras 1 y 2 mostrado en la posición replegada de la unidad de husillo; y

la Fig. 4 es una vista en alzado similar a la Fig. 3, pero en una posición avanzada de la unidad de husillo.

Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos, se muestra un aparato con una herramienta manual en forma de un taladro orbital neumático portátil 10. El taladro 10 incluye una unidad 20 de husillo y un mecanismo 22 de giro excéntrico en la naturaleza de una unidad 24 de transmisión orbital fijada a un bastidor o alojamiento 26 del taladro 10. El alojamiento 26 incluye una placa inferior 28 y una parte superior 30 interconectados mediante un miembro 18 de pared. La unidad 20 de husillo incluye un motor 32 de husillo y un mecanismo 34 de desplazamiento radial.

El mecanismo 34 de desplazamiento radial comprende básicamente, de una manera conocida per se, un casquillo interno 36 que soporta de manera giratoria la unidad 20 de husillo en su interior. El motor 32 de husillo está soportado de manera giratoria en un agujero cilíndrico excéntrico en el casquillo interno 36. El agujero excéntrico tiene un eje central longitudinal paralelo al eje central longitudinal del casquillo 36 pero que está desplazado radialmente del mismo. El casquillo interno 36 excéntrico está, a su vez, soportado de manera giratoria dentro de un agujero excéntrico que se extiende axialmente de un casquillo externo 38. Este agujero excéntrico tiene un eje central longitudinal paralelo al eje central del casquillo 36 (el eje principal) pero que está desplazado radialmente del mismo. Preferentemente, los agujeros de los casquillos 36 y 38 tienen la misma excentricidad, es decir, los ejes centrales de los agujeros están desplazados radialmente la misma distancia desde el eje central respectivo de los casquillos 36 y 38. Al girar el casquillo interno 36 dentro del agujero excéntrico del casquillo externo 38, o mediante una rotación mutua relativa de los casquillos 36 y 38, es posible ubicar de esta manera el eje central del agujero excéntrico del casquillo interno 36 de forma que coincida, y por lo tanto la unidad 20 de husillo y el eje central de la herramienta de corte (no mostrada) fijada a la misma, con el eje central del casquillo externo 38. En este caso, no hay en absoluto un desplazamiento radial del eje de la herramienta de corte. Al llevar a cabo un giro relativo mutuo de 180º de los casquillos interno y externo 36 y 38 alejándose de esta posición desplazada radial cero, se obtiene un desplazamiento máximo del eje de la herramienta de corte. El ajuste del desplazamiento radial del eje de la herramienta de corte con respecto al eje principal (el eje del agujero que va a formarse) puede lograrse al girar un tornillo 40 de ajuste ubicado tangencialmente entre los casquillos interno y externo. Se proporcionan un anillo 42 de fijación, una tuerca 44 axial y un anillo 46 en el punto cero en un extremo frontal 48 de la unidad 20 de husillo, y se proporciona una tapa 50 de motor en un extremo trasero 52 de la unidad 20 de husillo y se fija al casquillo interno 36.

Hay conectado operativamente un eje 54 del husillo al motor 32 de husillo, y está impulsado por el mismo, a través de un acoplamiento de embrague 56. El eje 54 del husillo está montado en el casquillo interno 36 por medio de cojinetes 58 de agujas y cojinetes 60 del husillo. Se monta una sujeción (no mostrada) de la herramienta para sujetar una herramienta de corte (no mostrada) sobre el eje 54 del husillo.

La unidad 20 de husillo está montada en el alojamiento 26 por medio de una guía 62 entre el casquillo externo 38 y la placa inferior 28, y por medio de una guía 64 entre el casquillo externo 38 y la parte superior 30. Una guía frontal 66 que se extiende hacia delante desde la placa inferior 28 proporciona una estabilidad adicional y colocación para la unidad 20 de husillo con respecto a la placa inferior 28. La unidad 20 de husillo está montada adicionalmente en un portador 68 por medio de cojinetes 70 y 72. El portador 68 es ajustable axialmente en el alojamiento 26, como se describirá subsiguientemente.

La unidad 24 de transmisión orbital incluye un motor 74 fijado en un soporte 76 del motor en el portador 68. Hay montado un rodillo 78 en un eje 80 del motor 74. Una correa 82 de accionamiento establece una conexión de transmisión entre el rodillo 78 y el casquillo externo 38, a través de una superficie 84 del rodillo formada integralmente en el casquillo externo 38. El motor orbital 74 hace girar de ese modo la unidad 20 de husillo, estando el portador 68 sujeto estacionario de manera rotatoria, junto con el alojamiento 26.

\newpage

Un mecanismo 86 de introducción axial opera en la unidad 20 de husillo y en la unidad 24 de transmisión orbital para ajustar las posiciones axiales del mismo en el alojamiento 26 entre una posición completamente avanzada (Fig. 4) y una posición completamente replegada (Fig. 3), como se describirá a continuación en el presente documento. El mecanismo 86 de introducción axial establece una interconexión ajustable axialmente entre el alojamiento 26 y el portador 68, y de ese modo los componentes portados por el portador 68, incluyendo la unidad 20 de husillo y la unidad 24 de transmisión orbital. El mecanismo 86 de introducción axial comprende un cilindro 88 de ajuste axial montado en la parte superior 30 del alojamiento 26 e incluye un vástago cilíndrico 90 conectado al portador 68. Preferentemente, el cilindro 88 de ajuste axial es un cilindro neumático de doble acción que efectúa un movimiento axial del portador 68 tanto hacia delante como hacia atrás. Hay montado un cilindro 92 hidráulico amortiguador en el portador 68, e incluye un vástago cilíndrico 94 que empuja contra la placa inferior 28, o conectado al mismo, para controlar de manera precisa la velocidad del movimiento de avance del portador 68 y de la unidad 20 de husillo causada por el cilindro neumático 88 hacia una pieza a trabajar (no mostrada). El cilindro amortiguador 92 incluye un medio ajustable de válvula (no mostrado) para ajustar la velocidad de avance de la unidad 20 de husillo.

Las Figuras 1, 2 y 3 muestran la unidad 20 de husillo en su posición replegada axialmente. El portador 68 se encuentra cerca de la parte superior 30, con el vástago cilíndrico 90 replegado dentro del cilindro 88 de ajuste axial. El vástago cilíndrico 94 del cilindro amortiguador 90 está extendido y se acopla a la placa inferior 28.

Para extender la unidad 20 de husillo hacia delante en el taladro orbital neumático portátil 10 desde la posición replegada ilustrada en las Figuras 1-3, se extiende el vástago cilíndrico 90 desde el cilindro 88 de ajuste axial mientras se repliega simultáneamente el vástago cilíndrico 94 en el cilindro amortiguador 90 de forma controlada. De ese modo, se avanza el portador 68 hacia la placa inferior 28 y alejándose de la parte superior 30. En la Figura 4 se ilustra una posición extendida de la unidad 20 de husillo.

Dado que la unidad 20 de husillo y la unidad 24 de transmisión orbital están ambas montadas en el portador 68, ambas se ajustan conjuntamente, y se mantiene la conexión de transmisión entre el motor orbital 74 y la unidad 20 de husillo. De esta manera, la conexión de transmisión entre el motor orbital 74 y la unidad 20 de husillo puede ser una conexión estable fija, que no requiere ninguno de los dos por separado o a la vez para permitir y compensar el movimiento del otro o de ambos.

Claims

1. Un aparato con una herramienta manual para utilizar la herramienta de corte con una primera anchura y un eje de la herramienta para mecanizar un agujero en un objeto, teniendo el agujero que va a ser formado por medio de la herramienta de corte una segunda anchura que es mayor que la primera anchura de la herramienta de corte, comprendiendo dicho aparato:

un alojamiento (26); caracterizado por

un portador (68) montado en un alojamiento (26) y axialmente amovible con respecto al mismo;

una unidad (20) de husillo que tiene un eje principal e incluye un motor (32) de husillo, un eje (54) del husillo para girar la herramienta de corte, y un mecanismo (34) de desplazamiento radial configurado para ajustar un desplazamiento radial del eje de la herramienta de corte con respecto al eje principal, estando fijada dicha unidad (20) de husillo a dicho portador (68) contra un movimiento axial mientras que se puede girar con respecto a dicho portador (68) en torno a dicho eje principal;

un motor (74) de transmisión orbital montado en dicho portador (68) y conectado de manera transmisora con dicha unidad (20) de husillo para hacer girar dicha unidad de husillo en torno a dicho eje principal con respecto a dicho portador; y

un mecanismo (86) de introducción axial fijado a dicho alojamiento (26) y dicho portador (68) y configurado para avanzar y retirar conjuntamente dicha unidad (20) de husillo junto con dicho portador (68) y dicho motor (74) de transmisión orbital con respecto al objeto.

2. El aparato con una herramienta manual de la reivindicación 1, en el que dicho mecanismo (86) de introducción axial comprende un cilindro (88) de ajuste axial que tiene un vástago cilíndrico (90), estando fijado dicho cilindro a uno de dicho alojamiento (26) y dicho portador (68), mientras que dicho vástago cilíndrico (90) está fijado al otro de dicho alojamiento y dicho portador.

3. El aparato con una herramienta manual de la reivindicación 2, en el que dicho cilindro (88) de ajuste axial comprende un cilindro neumático.

4. El aparato con una herramienta manual de la reivindicación 3, en el que hay fijado un cilindro hidráulico amortiguador (92) a dicho portador (68) y que tiene un vástago cilíndrico (94) que empuja contra dicho alojamiento (26).

5. El aparato con una herramienta manual de la reivindicación 4, en el que el cilindro hidráulico amortiguador (92) está configurado para controlar de manera ajustable la velocidad de avance del portador (68) causada por el cilindro neumático (88).

6. El aparato con una herramienta manual de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el alojamiento (26) comprende una parte superior (30) y una placa inferior (28), siendo amovible axialmente dicho portador (68) entre dicha parte superior y la placa inferior por medio del cilindro (88) de ajuste axial.

7. El aparato con una herramienta manual de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho mecanismo (34) de desplazamiento radial incluye un casquillo interno (36) y un casquillo externo (38), siendo dichos casquillos interno y externo (36, 38) giratorios entre sí por medio de un tornillo (40) de ajuste, estando dicho motor (32) de husillo fijado en dicho casquillo interno (36), y siendo dicho eje (54) del husillo giratorio en dicho casquillo interno (36).

8. El aparato con una herramienta manual de la reivindicación 7, en el que dicho casquillo externo (38) se puede girar en dicha placa superior (30), dicho portador (68) y dicha placa inferior (28) en torno a dicho eje principal.

9. El aparato con una herramienta manual de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que dicho motor (74) de transmisión orbital tiene un eje (80) de motor y un rodillo (78) impulsado de ese modo, y una correa (82) que conecta de manera transmisora dicho rodillo con dicha unidad de husillo.