ES2335843B2 - Dispositivo de cabezal para maquinas herramientas automaticas con rotacion de un segundo eje inclinado en un angulo de 45 grados respecto de un primer eje,y una unidad de mandril mecanico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta velocidad. - Google Patents
Dispositivo de cabezal para maquinas herramientas automaticas con rotacion de un segundo eje inclinado en un angulo de 45 grados respecto de un primer eje,y una unidad de mandril mecanico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta velocidad. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo de cabezal para máquinas
herramientas automáticas con rotación de un segundo eje inclinado en
un ángulo de 45º respecto de un primer eje, y una unidad de mandril
mecánico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta
velocidad.
La invención se refiere a un dispositivo de
cabezal para máquinas herramientas automáticas que comprende una
primera parte que gira alrededor de un eje paralelo al soporte
principal de la máquina herramienta, mientras que una segunda parte
gira alrededor de la primera, en un plano inclinado a 45º. La salida
de la segunda parte tiene un plano paralelo o normal al eje del
soporte principal, que está equipada con conectores para la
transmisión de señales eléctricas e hidráulicas, anillos con dentado
frontal de referencia y sistemas de bloqueo de modo que se puede
acoplar un mandril mecánico o un mandril que incorpora un motor.
Esto permite que la máquina herramienta sea usada para mecanizar
materiales muy resistentes con elevada producción de viruta (mandril
mecánico), o para mecanizados de alta velocidad (mandril
motorizado).
Aplicable a máquinas herramienta.
Description
Dispositivo de cabezal para máquinas
herramientas automáticas con rotación de un segundo eje inclinado en
un ángulo de 45º respecto de un primer eje, y una unidad de mandril
mecánico intercambiable con una unidad de mandril motorizado de alta
velocidad.
Esta invención se refiere a un dispositivo de
cabezal para máquinas herramientas automáticas que comprende una
primera parte que gira alrededor de un eje paralelo al soporte
principal de la máquina herramienta, mientras que una segunda parte
gira alrededor de la primera en un plano inclinado a 45º. El giro de
la segunda parte es controlado por un motor de corriente continua
con una transmisión por engranajes y dispositivos de tipo conocido
para la eliminación del juego mecánico.
La salida de la segunda parte tiene un plano
paralelo o normal al eje del soporte principal, que está equipado
con conectores para la transmisión de señales eléctricas e
hidráulicas, anillos con dentado frontal de referencia y sistemas de
bloqueo de modo que se puede acoplar un mandril mecánico que es
impulsado por un tren de elevado par de torsión, o un mandril que
incorpora un motor que comprende un rotor integral con el mandril y
un estator integral con el portamandril intercambiable, según los
requisitos de funcionamiento. Esta característica permite que la
máquina herramienta automática sea usada para mecanizar materiales
muy resistentes tales como titanio y acero o para realizar
operaciones de desbaste de velocidad media con elevada producción de
viruta, por ejemplo mecanizado de moldes (mandril mecánico), o para
un mecanizado de alta velocidad de aleaciones ligeras u operaciones
de acabado de alta velocidad en cualquier tipo de material (mandril
motorizado).
Esta invención permite un uso dual de la
máquina, sin necesidad de reemplazar el cabezal completo con el
primer eje, el segundo eje y el mandril, como es el caso de muchos
dispositivos conocidos, en los que el cambio del mecanizado de
potencia al mecanizado de alta velocidad requiere el reemplazo de
toda la unidad de cabezal.
La ventaja de esta invención es que los tiempos
y costes de funcionamiento son un 80% más bajos que con sistemas
conocidos.
Las máquinas herramientas automáticas usadas
para fresado comprenden un soporte que se mueve a lo largo de un
conjunto de tres ejes ortogonales, un dispositivo de cabezal con dos
grados de libertad que incorpora una unidad de mandril que se acopla
a dicho soporte. La unidad de mandril puede comprender un mandril
mecánico o un mandril motorizado, a los que se acoplan las
herramientas necesarias para el mecanizado según se requiera.
La estructura y características de dichos
dispositivos cabezales varían sustancialmente, dependiendo de si
están diseñados para realizar un mecanizado de potencia con una
herramienta de elevada producción de viruta en materiales duros,
como acero o titanio, que gira relativamente a reducida velocidad de
10 a 1000 rpm con un máximo de 3000 rpm, retirando grandes
cantidades de material muy duro y generando en consecuencia elevadas
fuerzas de reacción y vibraciones sobre la estructura de la máquina
herramienta.
Por el contrario, cuando se va a realizar
trabajo de acabado en las mismas piezas, o mecanizado simple o
complejo en aleaciones ligeras, la herramienta debe girar a altas
velocidades, de 4-5000 a 20-30.000
rpm, con baja o media generación de viruta y fuerzas de reacción muy
reducidas.
Dichos mandriles motorizados también son usados
para operaciones de desbaste y operaciones de acabado de alta
velocidad en materiales ligeros, principalmente aluminio.
Los esfuerzos a los que está sujeta la
herramienta durante estos tipos diferentes de mecanizado, que se
transmiten a la estructura y a los dispositivos aguas arriba,
requieren el uso de mandriles con diferentes características y
dimensiones, lo cual significa que se deben fabricar diferentes
dispositivos de cabezal.
Básicamente, según el presente estado de la
técnica, el cambio del mecanizado de potencia al mecanizado de alta
velocidad sólo se puede efectuar mediante el reemplazo de todo el
dispositivo de cabezal, a un coste muy alto.
Todo esto significa un aumento en los costes
generales, debido a tiempos de fabricación más largos, la necesidad
de dos o más dispositivos de cabezal completos con los enlaces
asociados, o incluso dos o más máquinas por separado, que se usen
para el mecanizado de potencia con un elevado par de torsión a
velocidad baja/media para el desbaste, y a alta velocidad para el
acabado y/o el mecanizado de aleaciones ligeras y otras operaciones
complementarias.
Dicho problema es solucionado ahora por la
presente invención, que se refiere a un dispositivo de cabezal para
máquinas herramientas automáticas en las que la unidad de mandril es
separable e intercambiable con la segunda parte, que puede girar
\pm360º en un ángulo de 45º con respecto a la primera parte, que a
su vez puede girar \pm360º con respecto al soporte principal.
Esta arquitectura particular, en la que la
segunda parte que sujeta los diversos mandriles intercambiables se
monta en un ángulo de 45º con respecto a la primera parte, permite
que los esfuerzos de mecanizado se transmitan directamente sobre el
soporte principal, con la ventaja adicional de que es posible
cambiar del mecanizado de eje horizontal al mecanizado de eje
vertical meramente girando el segundo eje 180º, sin la interferencia
y pérdida de recorrido que presentan unidades en las que el cabezal
de sujeción del mandril se monta en el centro de una horquilla, o el
mandril se monta en una configuración que sobresale como en el caso
de cabezales con 2 ejes y un solo hombro.
En estos casos, siempre habrá una pérdida de
espacio libre de trabajo igual a la distancia entre el segundo eje
de rotación y la parte frontal del mandril, generalmente llamada
"punto de pivote", que fuerza al fabricante de la máquina a
aumentar el recorrido con respecto a los ejes lineales de la máquina
herramienta automática al doble del valor del punto de pivote, para
asegurar que el mandril cubra todo el campo de funcionamiento. Todo
esto aumenta aún más los costes.
Otro factor muy importante es que el giro
combinado de la primera y segunda parte de acuerdo con las fórmulas
trigonométricas conocidas hace posible que el eje del mandril se
oriente de forma continua en el espacio, permitiendo de ese modo el
mecanizado con 5 ejes simultáneos en partes de cualquier forma o
tamaño, sin interferencia y con la posibilidad de realizar un
mecanizado de potencia a bajas rpm y elevado par de torsión, y
pasando al mecanizado de alta velocidad meramente cambiando la
unidad de mandril.
Una ventaja adicional de esta invención es que
en el caso de mantenimiento de una de las unidades de mandril no hay
necesidad de que toda la máquina sea puesta fuera de servicio puesto
que, con el cambio automático de las unidades de mandril, la máquina
herramienta automática puede seguir funcionando sin el tiempo de
inactividad (a veces hasta 15 días) considerado normal por los
usuarios finales de la máquina.
Esta invención se describirá ahora en detalle, a
modo de ejemplo pero no de limitación, mediante la referencia a las
figuras anexas en las que:
\bullet La Figura 1 ilustra en sección
transversal un cabezal a 45º según la invención, con la unidad de
mandril mecánico posicionada verticalmente;
\bullet La Figura 2 muestra la vista frontal
del cabezal a 45º de la figura 1, que ilustra la disposición de los
conectores para bloquear las diversas unidades de mandril y los
conectores hidráulicos y eléctricos asociados que controlan los
mecanismos de funcionamiento automáticos;
\bullet La Figura 3 muestra una sección
transversal parcial del cabezal a 45º según la invención, al que se
adapta un mandril motorizado, tras un cambio automático, con la
segunda parte girada 180º y el eje del mandril posicionado
horizontalmente;
\bullet La Figura 4 muestra una sección
transversal del mandril motorizado;
\bullet La Figura 5 es una vista frontal del
mandril motorizado que muestra la disposición de los conectores de
bloqueo y los conectores de energía hidráulica y eléctrica
correspondientes dispuestos en la misma posición que en el mandril
mecánico.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Figura 1, el número 1 indica un conjunto
de dispositivo de cabezal según la invención, montado en una camisa
2, de modo que una primera parte 3 puede girar alrededor de un
primer eje identificado por la letra "C", que controla el giro
de la primera parte 3 por medio de un motor 4, cuyo estator se monta
integralmente con la camisa 2, mientras que su rotor 5 controla el
giro de la primera parte 3 sobre un rodamiento 6.
Una segunda parte 7 gira alrededor de un segundo
eje inclinado en un ángulo de 45º con respecto al primer eje,
identificado por la letra "A", sobre un rodamiento 8. El giro
es controlado por una transmisión que comprende un motor de
corriente continua y un reductor de engranajes que forman un
conjunto 9, y que engrana con una corona 10 integral con la segunda
parte 7.
La unidad de mandril mecánico 11, que es
intercambiable con el mandril motorizado ilustrado en la Figura 4,
se acopla a la segunda parte 7.
Un árbol 12, conectado a un motor accionado por
energía eléctrica con un multiplicador de par no ilustrado en la
figura, transmite movimiento a través de un engranaje cónico 13 a un
segundo árbol 14, inclinado a 45º, que gira alrededor del eje
"A".
La salida del árbol 14 está acoplada con un
segundo par de ruedas dentadas cónicas 15 y 16, el primero de los
cuales (15) se monta en la segunda parte 7, mientras que el segundo
(16) es integral con la unidad de mandril 11 y provoca el giro del
mandril 17 .
El engrane de referencia y precisión de las
ruedas dentadas 15 y 16 es asegurado por un par de anillos con
dentado frontal 18, que también aseguran el posicionamiento angular
repetible preciso de toda la unidad de mandril 11.
La Figura 2 muestra la ventana 19 a través de la
cual la rueda dentada 15 engrana con la rueda dentada 16 cuando se
adapta el mandril mecánico 11, y permanece libre cuando se adapta el
mandril motorizado 20, como se muestra en la Figura 3.
Las dos o más unidades de mandril 11 y 20 son
por tanto acopladas a la segunda parte 7 a través del doble dentado
frontal 18, y bloqueadas con una serie de pasadores cónicos 21,
posicionados según sea requerido por sus dimensiones físicas.
Además, en las dos superficies correspondientes del acoplamiento de
las unidades de mandril 11 y 20 hay un conjunto de conectores
hidráulicos 22 y conectores eléctricos 23 de tipo conocido (Figuras
2 y 5) para la conexión de las diversas utilidades hidráulicas para
el bloqueo, y el suministro de fluidos y electricidad para las
conexiones de energía del mandril motorizado, y para los diversos
sistemas de seguridad y posicionamiento angular.
Como se presenta claramente por la descripción y
los dibujos anexos, la unidad de mandril 11 es fácilmente extraíble,
puesto que sólo se conecta a los dispositivos de transmisión a
través de un acoplamiento que permite que las dos partes se pongan
en contacto la una con la otra y sean fijadas con un movimiento de
acercamiento rectilíneo simple, que permite que se desmonte de la
segunda parte 7, sin necesidad de retirar ninguna parte del cabezal,
meramente operando unas pinzas 24 para liberar los pasadores 21, y
desconectando los conectores eléctricos e hidráulicos con un
movimiento de retracción lineal simple.
La unidad de mandril 11 puede ser por tanto
reemplazada fácilmente y rápidamente por uno o más mandriles
motorizados que tienen los mismos conectores y realizan tipos
diferentes y/o complementarios de mecanizado a los realizados con el
mandril mecánico.
Los ejes de rotación "C" y "A" también
están equipados con sistemas de medición (no ilustrados) que
permiten el posicionamiento continuo con una precisión de una
milésima de grado y sistemas de bloqueo angular (no ilustrados) que
permiten que el eje del mandril sea bloqueado de forma precisa en
cada posición espacial para operar en modo "3+2", a saber con
tres ejes lineales libres, identificados por las normas ISO como X,
Y, y Z, mientras que los dos ejes polares, identificados como C y A,
se bloquean en inclinaciones predefinidas.
En el caso de mecanizado con cinco ejes
simultáneos, las unidades de motor 4 y 9 variarán de forma continua
el ángulo del eje de la unidad de mandril por medio de giro
combinado de los ejes "C" y "A", y controlando los tres
ejes lineales de la máquina herramienta, normalmente definidos por
las normas ISO como "X", "Y" y "Z", con control
numérico.
El dispositivo de cabezal según la invención
ofrece por tanto la ventaja considerable de que un tipo de mandril
puede ser reemplazado en menos de un minuto con uno completamente
diferente; en particular, un mandril de potencia puede ser
reemplazado con un mandril de acabado motorizado, o viceversa.
Para el mecanizado de potencia, el mandril
mecánico se pone en contacto con la segunda parte 7 con un
movimiento rectilíneo; los anillos con dentado frontal aseguran su
posicionamiento preciso y los dentados de las ruedas dentadas
cónicas 15 y 16 se engranan entre sí, a través de las ventanas
correspondientes que están posicionadas enfrentadas la una a la
otra.
Desde un motor eléctrico con una unidad de
reducción de velocidad y multiplicador de par (no ilustrados en la
figura) el movimiento es transmitido al árbol 12 y desde allí, a
través del engranaje cónico 13 y del árbol 14, a las ruedas dentadas
cónicas 15 y 16 y después al husillo del mandril 11.
Cuando llega el momento de cambiar al trabajo de
acabado, es suficiente con liberar las pinzas 24 y retirar el
mandril mecánico, que se puede reemplazar fácilmente con un mandril
motorizado de tipo adecuado, de nuevo acoplado con un anillo con
dentado frontal 18 y pasadores 21 que son acoplados mediante pinzas
24.
El mandril motorizado recibe energía eléctrica a
través de los contactos 23 en la segunda parte 7, mientras que los
fluidos, tales como fluidos de refrigeración, aceites presurizados
para fijarlo en su posición y otros, son suministrados a través de
los contactos 22, también en la segunda parte 7.
Claims (9)
1. Cabezal de trabajo para
máquinas-herramientas automáticas,
caracterizado por el hecho de comprender:
- -
- una primera parte (3) montada, con posibilidad de rotación en torno a un primer eje C, en un soporte móvil según una terna de ejes cartesianos;
- -
- una segunda parte (7), montada en la primera parte (3), con posibilidad de rotación en torno a un segundo eje A inclinado a 45º con respecto a dicho primer eje C;
- -
- un grupo mandril intercambiable (11), montado amoviblemente en dicha segunda parte (7), con eje de rotación inclinado a 45º con respecto a dicho segundo eje A;
- -
- un primer árbol (12), montado en dicha primera parte (3) y con eje de rotación correspondiente a dicho primer eje C, que recibe el movimiento de un motor de potencia puesto antes del cabezal de trabajo;
- -
- un primer par cónico (13) que transmite el movimiento de dicho primer árbol (12) a un segundo árbol (14), montado en dicha segunda parte (7) y con eje de rotación correspondiente a dicho segundo eje A inclinado a 45º con respecto a dicho primer eje C; y
- -
- un segundo par cónico formado por una primera rueda dentada (15) montada en dicho segundo árbol (14) y una segunda rueda dentada (16) montada en el árbol del mandril;
donde las estructuras de dicha segunda parte (7)
y de dicho grupo mandril (11) están provistas de ventanas en
correspondencia con dichas ruedas dentadas (15, 16) para hacer que
las mismas puedan engranar una con otra cuando el grupo mandril (11)
es puesto en contacto con dicha segunda parte (7).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Cabezal de trabajo según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicho grupo mandril (11)
puede ser un mandril de potencia mecánico o bien un
electromandril.
3. Cabezal de trabajo según la reivindicación 2,
caracterizado por el hecho de comprender, colocados
internamente en dicha primera parte (3) y en dicho segundo cuerpo
(7), medios mecánicos (12, 13.14.15-16) de
transmisión de la potencia de dicho grupo mandril (11) y medios
(23) aptos para transmitir potencia eléctrica a dicho mandril.
4. Cabezal de trabajo según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de comprender medios de unión
rápida (21, 24) para la fijación de dicho grupo mandril a dicha
segunda parte (7).
5. Cabezal de trabajo según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que dichos medios de unión
rápida están constituidos por una pluralidad de pinzas hidráulicas
(24) montadas en dicho cuerpo (7), aptas para sujetar espigas (21)
presentes en dicho grupo mandril.
6. Cabezal de trabajo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
incluir, en la pared de dicha segunda parte (7) que entra en
contacto con dicho mandril (11), una pluralidad de conexiones
hidráulicas (22) y eléctricas (23), estando previstas
correspondientes conexiones en el mandril (11).
7. Cabezal de trabajo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
comprender, en dicha segunda parte (7) y en dicho mandril (11),
parejas de anillos con dentado frontal (18), para el posicionamiento
de diversos grupos mandril (11) en dicha segunda parte (7).
8. Cabezal de trabajo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que en la primera parte (3) está presente una cadena cinemática
compuesta por motor eléctrico con reductor y la correspondiente
transmisión para accionar de manera controlada en rotación la
segunda parte (7) en torno al eje A inclinado a 45º con respecto a
dicho primer eje C.
9. Cabezal de trabajo para
máquinas-herramientas automáticas,
caracterizado por el hecho de comprender:
- -
- una primera parte (3) montada, con posibilidad de rotación en torno a un primer eje C, en una estructura móvil según una terna de ejes cartesianos;
- -
- una segunda parte (7), montada en dicha primera parte (3), con posibilidad de rotación en torno a un segundo eje A inclinado a 45º con respecto a dicho primer eje C;
- -
- un grupo mandril mecánico (11), intercambiable con un electromandril, montado en dicha segunda parte (7);
\newpage
- -
- una trasmisión de potencia (12, 13.14 y 15) que a través de dicha primera parte (3) y segunda parte (7) trasmite el movimiento de un motor colocado antes del cabezal a una rueda cónica (15) que a través de una abertura engrana con una correspondiente rueda cónica dentada (16) montada en el árbol del mandril;
- -
- una pareja de anillos con dentado frontal (18) montados en dicha segunda parte (7) y en dicho grupo mandril (11) para garantizar el preciso posicionamiento de los mismos;
- -
- conexiones hidráulicas y eléctricas (22, 23) en las superficies mutuamente enfrentadas de dicha segunda parte (7) y de dicho grupo mandril (11).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT2007A000005 | 2007-02-09 | ||
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| IT000005A ITPC20070005A1 (it) | 2007-02-09 | 2007-02-09 | TESTA OPERATRICE PER MACCHINE UTENSILI AUTOMATICHE CON ROTAZIONE DEL SECONDO ASSE INCLINATO DI 45ø RISPETTO AL PRIMO ASSE E CON GRUPPO MANDRINO MECCANICO INTERCAMBIABILE CON GRUPPO ELETTROMANDRINO AD ALTA VELOCITA' |
Publications (2)
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