ES2340375T3 - Maquina para el mecanizado de alta precision por bruñido. - Google Patents

Abstract

Máquina para el mecanizado de alta precisión de piezas de trabajo por bruñido con un husillo de bruñido (7) montado en una carcasa de husillo (8) y accionable por medio de un electromotor (9), cuyo movimiento de elevación es producido por un motor lineal (18), cuya parte no móvil está dispuesta en el armazón (16) de la máquina y en cuya parte móvil, el carro de rodadura 12, está dispuesta la carcasa (8) de husillo, y en la que en el husillo de bruñido (7) está dispuesta una barra (11), que gira conjuntamente con él y es desplazable axialmente en el husillo de bruñido (7) por medio de un servomotor (10) que sirve para el ensanchamiento de una herramienta de bruñido (5) dispuesta en el husillo de bruñido (7), caracterizada porque el electromotor (9) está formado por un estator (25) integrado en la carcasa (8) de husillo y un rotor (26) giratorio en el estator (25), y porque el rotor (26) está dispuesto por fuera sobre el husillo de bruñido (7), y además en el extremo de la carcasa (8) de husillo una carcasa de acoplamiento (51) está unida coaxialmente con bridas a ella y de igual forma al servomotor (10).

Description

Máquina para el mecanizado de alta precisión por bruñido.

La invención se refiere a una máquina para el mecanizado de alta precisión de piezas de trabajo por bruñido o rectificado de alta precisión según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se pueden considerar máquinas bruñidoras en las que una herramienta de bruñido cubierta con una capa correspondiente (por ejemplo de diamante o corindón) es introducida en una perforación y al mismo tiempo girada y movida alternativamente de manera que la superficie interior de la perforación es mecanizada. Para tener en cuenta el desgaste de las herramientas de bruñido, éstas están realizadas entre otras formas de manera que presenten bandas de bruñido dotadas de una capa abrasiva, que puedan ser ajustadas en dirección radial por medio de una barra de ensanchamiento que gira con la herramienta de rectificado pero es desplazable axialmente dentro de la misma.

Se pueden considerar también máquinas en las que una pieza de trabajo deba ser ajustada en la pieza de trabajo en una dirección que sea igual a la dirección axial del movimiento de giro de la herramienta. Éstas pueden ser tanto herramientas de bruñido (por ejemplo los llamados "mandriles de bruñido"), así como herramientas de lapear. Pero también pueden ser herramientas de rectificación de alta precisión, para por ejemplo someter superficies de asiento de válvula ya previamente rectificadas a un mecanizado de alta precisión posterior, en el que con una definición muy precisa sólo son reducidos unos pocos milímetros y al mismo tiempo debe conseguirse una mejora de la superficie superior.

En las máquinas bruñidoras hasta ahora el movimiento de elevación del carro de rodadura que lleva al husillo de bruñido se realiza en general por medio de un accionamiento hidráulico, mientras que el movimiento de giro del husillo de bruñido, y con ello también el de la herramienta de bruñido alojada en su interior, es provocado por un electromotor común. Con el bruñido por los movimientos de giro y elevación simultáneos de la herramienta de bruñido se produce en la superficie que se está mecanizando un modelo con estrías cruzadas típico para este mecanizado de rectificación, que es importante para las propiedades de sustentación y lubricación de la pieza de trabajo mecanizada, así como para la precisión de la adaptación de otros componentes (por ejemplo émbolos). En el mecanizado de pequeñas perforaciones con diámetros de sólo unos pocos milímetros y aumento simultáneo de la velocidad de giro de la herramienta de bruñido para reducir el tiempo de mecanizado, la velocidad de elevación debe ser aumentada correspondientemente. Los accionamientos hidráulicos empleados para la generación del movimiento de elevación llegan así a sus límites de funcionamiento inmanentes al sistema en cuanto a velocidad y reversibilidad. Esto es aún más válido si las elevaciones son pequeñas, como es el caso cuando la profundidad de mecanizado de las perforaciones se sitúa en el rango de unos pocos milímetros.

Una máquina bruñidora del tipo mencionado al principio es ya conocida por el documento DE 196 461 42 A1. En la estructura allí mostrada la conducción de la pieza móvil del motor lineal en la dirección vertical es cargada con un momento de flexión debido a la estructura clásica de la máquina bruñidora, ya que el accionamiento del husillo de bruñido está formado por un electromotor dispuesto junto a la carcasa del husillo de bruñido y el dispositivo de ajuste por un motor dispuesto igualmente desplazado hacia el eje del husillo de bruñido.

Otros accionamientos de máquinas-herramienta por motores lineales han sido dados a conocer por el documento DE 101 12 883 Al, que se refiere a una máquina de mecanizado de lentes, por el documento DE 100 28 791 A1 y el EP 0 893 196 A2, ambos referidos a una máquina rectificadora de pórtico con accionamiento del pórtico, así como el DE 195 31 507 A1 que se refiere a una máquina para la rectificación de muñones de cigüeñales. En ellos no se presenta el problema del aumento de la frecuencia de elevación en el bruñido de perforaciones con diámetro pequeño, como se tiene debido a la relación entre el número de revoluciones y la velocidad de elevación en el bruñido. Se refieren también todos al desplazamiento horizontal de una unidad, en el que la unidad de bruñido no tenga que elevar su peso en la dirección de elevación.

La invención se propone, por tanto, el objeto de conseguir una simplificación de toda la estructura que posibilite una velocidad de elevación y una frecuencia de elevación más altas, de manera que puedan ser mecanizadas también perforaciones pequeñas y cortas con alta velocidad de giro de la herramienta de bruñido de forma más precisa y más rápida que antes.

La forma de llevar a cabo este objeto se realiza con los rasgos indicados en el preámbulo de la reivindicación 1.

Por la invención resulta una estructura que permite elevar la frecuencia de elevación y la velocidad de elevación en comparación con las disposiciones conocidas y con ello mecanizar también perforaciones muy pequeñas de forma más rápida y más exacta. Si se utiliza una herramienta de bruñido con bandas de bruñido ajustables radialmente se obtiene la simplificación de que también la barra de ensanchamiento para el ajuste radial de las bandas de bruñido, que es accionada por una biela de empuje dispuesta en la máquina bruñidora, puede ser realizada de forma mucho más sencilla que antes. Para este fin el servomotor está unido con bridas coaxialmente a la carcasa de acoplamiento, que a su vez está dispuesta en la prolongación lineal de la carcasa de husillo.

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Por tanto, la invención se puede emplear para realizar con exactitud movimientos de ajuste de una herramienta de rectificación muy pequeños definidos con precisión, por ejemplo para el mecanizado de un asiento de válvula. Tal máquina está definida en la reivindicación 3.

A continuación se describirán en detalle ejemplos de realización de la invención con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

Fig. 1, una vista esquemática de una máquina bruñidora que está realizada como ejemplo de realización de la invención;

Fig. 2, una representación de la carcasa 8 de husillo de bruñido, el husillo de bruñido 7, el carro de rodadura 12 y el carril de rodadura 14, con el que está dispuesto el soporte 15 que lleva el carril de rodadura 14 en el armazón 16 de la máquina;

Fig. 3, una vista en la dirección de la flecha III-III en la Fig. 2;

Fig. 4, un corte a través de la carcasa 8 de husillo;

Fig. 5, un corte a través de la carcasa de acoplamiento 51 unida por bridas a la carcasa 8 de husillo;

Fig. 6, un corte a través de la carcasa de acoplamiento 51 en el caso de un segundo ejemplo de realización de la invención que es adecuado especialmente para movimientos de ajuste pequeños en la dirección axial;

Fig. 7, una vista en la dirección de la flecha VII-VII en la Fig. 6, y

Fig. 8, una representación esquemática de una pieza de trabajo 301 y una herramienta 300 correspondiente a ella, como puede ser empleada con el ejemplo de realización según las figuras 6 y 7.

La Fig. 1 muestra una máquina bruñidora. Sobre una plataforma de mecanizado 1 está sujeta una pieza de trabajo 2 cuya perforación 3 debe ser bruñida. La herramienta de bruñido 4, que está alojada en un cono 6 en el extremo del husillo de bruñido 7, es movida arriba y abajo con el husillo de bruñido 7. Con ello es realizada de forma conocida la elevación del proceso de bruñido, como parte del procedimiento de bruñido. El desplazamiento axial del husillo de bruñido 7 sirve para la generación de esta elevación. La herramienta de bruñido 4 presenta bandas de bruñido 5 graduables radialmente. El husillo de bruñido 7 es accionado por un electromotor 9 que está integrado en la carcasa 8 de husillo. En el extremo superior de la carcasa 8 de husillo (en la Fig. 1) se une a ella coaxialmente y con bridas una carcasa de acoplamiento 51 y ésta se une de igual forma a un servomotor 10. El servomotor 10 sirve para el desplazamiento axial de una barra de ensanchamiento 11 que está dispuesta en la herramienta de bruñido 4 y que produce un ajuste radial de las bandas de bruñido 5 por el husillo de bruñido 7 que gira.

La carcasa 8 de husillo está dispuesta sobre un carro de rodadura 12 en el que está integrada la pieza primaria 13 de un motor lineal 18. La pieza primaria 13, junto con la pieza secundaria 17 que está integrada en el soporte 15 y que se extiende verticalmente (véase la Fig. 13), constituye el motor lineal 18. Este motor lineal 18 provoca el movimiento de elevación de la carcasa 8 de husillo. El soporte 15 está montado en el armazón 16 de la máquina. El carro de rodadura 12 con la pieza primaria 13 integrada se puede mover alternativamente sobre el carril de rodadura 14. Los carriles de rodadura 14 están dispuestos fijos en el soporte 15. La pieza primaria 13 es la pieza móvil y la pieza secundaria 17 la pieza fija del motor lineal 18.

Para el mecanizado de la perforación 3, la carcasa 8 de husillo con el husillo de bruñido 7 y la herramienta de bruñido 4 allí alojada es descendida hasta que las bandas de bruñido 5 penetran en la perforación 3. Después, el husillo de bruñido 8 es movido al mismo tiempo alternativamente (arriba y abajo) y girado. Los dos movimientos son sintonizados de tal forma que sobre la superficie superior de la pieza de trabajo se produce el típico "modelo de rectificado con estrías cruzadas" con un ángulo de por ejemplo 10º a 50º. Para conseguir esto en caso de diámetros pequeños de la perforación a mecanizar y números de revoluciones altos es necesario un movimiento alternativo del husillo de bruñido 8 relativamente rápido que es garantizado por el motor lineal 18. Con una máquina bruñidora según la invención puede alcanzarse por ejemplo con una longitud de elevación de 80 mm una velocidad de elevación de 50 m/min para una precisión de inversión \leq 0,05 mm (inversión es el cambio del movimiento en una dirección a la dirección contraria) o para una longitud de elevación de 20 mm una velocidad de elevación de 25 m/min con una velocidad de inversión \leq 0,04 mm.

Como se puede ver en la Fig. 3, la pieza secundaria 17 del motor lineal 18 está fijada al soporte 15 con tornillos 19. Los carriles de rodadura 14 están fijados al soporte 15 con tornillos 20. El perfil de los carriles de rodadura 14 corresponde al perfil de los elementos de deslizamiento 21 que están fijados con tornillos 22 al carro de rodadura 12. En el carro de rodadura 12 la pieza primaria 13 del motor lineal 18 está fijada con tornillos 23.

El montaje de motores lineales es conocido para el experto. Por tanto, no es necesaria aquí una descripción precisa. Los motores lineales pueden ser adquiridos en diferentes fabricantes. Se trata de elementos de accionamiento que se entienden formados por un electromotor trifásico normal en el que se corta el estator y se desarrolla en un plano. El rotor está realizado igualmente plano, de manera que es movido a lo largo de la extensión lineal del estator y en concreto en correspondencia al campo electro-magnético alterno que se desplaza a lo largo de las espiras del estator. En el caso presente, la pieza secundaria 17 corresponde al estator y la pieza primaria 13 al rotor de un electromotor. Se trata de máquinas sincrónicas que están realizadas como motor de estator largo. El control de la velocidad se realiza a través de una variación de la frecuencia en el reajuste de un control asociado. Un control programable (no mostrado) permite el ajuste de las velocidades correspondientes como se indicó antes.

En el soporte 15 está fijado con tornillos, de los que sólo uno es visible, un bastidor de sustentación 171, sobre el que está dispuesto con tornillos 172 un sensor de valores medidos 173. Éste contiene marcas de medición de forma conocida en sí (no representada) que cuando se mueve el carro de rodadura 12 transversalmente al plano del dibujo de la Fig. 3 generan señales de medición en sensores correspondientes colocados en el carro de rodadura que indican la posición instantánea del carro de rodadura 12 y la transmiten al control (no mostrado). 174 es una placa de
cubierta.

La estructura de la carcasa 8 de husillo resulta de la Fig. 4. En la carcasa 8 de husillo está integrado el electromotor 9. Este produce el giro del husillo de bruñido y está formado por el estator 25 con espiras 25' y el rotor 26. El estator 25 está insertado a presión en un manguito 37 que está atornillado a placas frontales 33, 34 por medio de tornillos 36 (sólo mostrada en 34). El rotor 26 es comprimido por fuera sobre el husillo de bruñido 7. El suministro de corriente del estator 25 se realiza por medio de conexiones 27. El rotor 26 es un imán permanente. Por medio de tornillos 30 está atornillada la carcasa 8 de husillo al carro de rodadura 12. El apoyo del husillo de bruñido 7 en la carcasa 8 de husillo se realiza a través del cojinete 31 ó 32 en una placa frontal 33 ó 34 delantera o trasera. Las placas frontales 33 ó 34 están atornilladas a la carcasa 8 de husillo por medio de tornillos 35. En el manguito 37 se encuentra un canal de refrigeración 38 de forma helicoidal al que es alimentado medio refrigerante a través de la conducción 39 de refrigerante. La evacuación del refrigerante no está representada; se encuentra por la otra cara.

La carcasa de acoplamiento 51 que se une por arriba a la placa de conexión 34 y el servomotor 10 que sirve para el ajuste de la barra de ensanchamiento 11 de las bandas de bruñido 5 de la herramienta de bruñido 4 están representados en las figuras 4 y 5.

El husillo de bruñido 7 está dotado a través de toda su longitud de un perforación 40, en la que está dispuesta la biela de empuje 110 desplazable en la dirección axial. En el extremo inferior de la biela de empuje 110 está prevista una perforación 112 con rosca interna, en la que es atornillada fijamente la barra de ensanchamiento 11, de manera que la biela de empuje 110 y la barra de ensanchamiento 11 constituyen una unidad y son desplazables juntas en la dirección longitudinal (dirección axial) del eje de giro. Con ello se realiza un desplazamiento radial de las bandas de bruñido 5 hacia fuera. Las herramientas de bruñido 4 de este tipo son conocidas. Funcionan de tal modo que las bandas de bruñido pueden ser arrastradas radialmente hacia el interior por resortes y presentan sobre su cara interior superficies de ajuste que discurren oblicuas que cooperan con superficies de ajuste que discurren correspondientemente oblicuas en el extremo de la barra de ensanchamiento 11, de tal manera que en caso de desplazamiento axial de la barra de ensanchamiento 11 resulta el ajuste radial de las bandas de bruñido 5 (mecanismo de expansión).

La biela de empuje 110 y con ella la barra de ensanchamiento 11 giran con el husillo de bruñido 7, pero son también igualmente desplazables axialmente en él (en la dirección longitudinal), como se mencionó. Esto se realiza de manera que la biela de empuje 110 es atravesada por un pasador 46, cuyos extremos son conducidos en ranuras 46' opuestas en el husillo de bruñido 7. En el husillo de bruñido 7 la perforación 40 tiene un tacón 43, en el que un anillo 41 es comprimido por un resorte 45 que se apoya con su otro extremo en el pasador 45. En la posición de reposo la biela de empuje 110 es comprimida por el resorte 45 en su posición superior más externa mostrada en la Fig. 4. La biela de empuje 110 puede entonces ser desplazada hacia abajo contra la fuerza del resorte 45.

El empujador 47 es prolongación de una pieza de acoplamiento 49, en cuya escotadura axial 49' sobresale el eje de salida 150 del servomotor 10. El acoplamiento en la dirección de giro se realiza por una unión ranura/resorte, formada por una ranura 152 y una cuña ("resorte") 151.

La carcasa de acoplamiento 51 está atornillada a la placa frontal 34 delantera de la carcasa 8 de husillo. Los tornillos no se muestran. En la carcasa de acoplamiento 51 está insertado un manguito 52. El manguito 52 es desplazable axialmente en la carcasa de acoplamiento, ya que un bloque 160 atornillado en el manguito 52 y que sobresale radialmente por este sobresale en una ranura 161 en el manguito y es conducido en éste. Un desplazamiento del manguito 52 respecto a la carcasa de acoplamiento 51 correspondiente a la elevación H es posible por tanto. En el manguito 52 está montado giratorio el extremo superior de la biela de empuje 110 por medio del cojinete 165. Las cápsulas interiores del cojinete 165 están unidas fijamente a la barra de empuje. Para el aseguramiento del cojinete 165 una tapa 166 es atornillada a la biela de empuje 110.

En el manguito 52 está alojado además un manguito de ajuste 53 que gira con éste. Esta unión se realiza también por una unión de ranura/resorte, formada por la cuña 54 y la ranura 55. El manguito de ajuste 53 está atravesado por una perforación que presenta una rosca interior 56. En ésta se aplica una rosca exterior 56' del empujador 47. El manguito de ajuste 53 está asegurado en el manguito 52 por una tapa 167 que está atornillada al manguito 52. Así pues si el servomotor 10 gira y por consiguiente también su árbol de salida 50, entonces debido a la unión de ranura/resorte 151, 152 gira también la pieza de acoplamiento 49. Debido a la aplicación de la rosca 56, 56' el manguito 52 se desplaza en la dirección axial y con él la biela de empuje 110 hacia abajo contra la fuerza del resorte 45. Con ésta se desplaza la barra de ensanchamiento 11 y provoca así dentro de la herramienta de bruñido 4, como se mencionó, el ajuste radial de las bandas de bruñido 5.

170 es un sensor que determina la posición final mostrada de la unidad formada por el manguito 52, el bloque 160, el cojinete 165 y la biela de empuje 110 y reproduce una señal de medida correspondiente en el control (no mostrado).

Otro ejemplo de realización se describirá a continuación en virtud de las figuras 6 y 7. En él también el servomotor 10 es sustituido por un motor lineal y sirve para el ajuste de una herramienta de mecanizado de precisión 300 que está dispuesta en el extremo de la barra 306. La biela de empuje 120 está montada giratoria por medio del cojinete 265 en el manguito de ajuste 253, estando atornillada la tapa 266 en el manguito de ajuste 253, de manera que la biela de empuje 120 es giratoria en el manguito de ajuste 253 pero no desplazable respecto a él en la dirección axial. Al manguito de ajuste 253 está unido fijamente el rotor, es decir la parte primaria móvil 201 de otro motor lineal 200. El motor lineal 200 presenta además otra pieza secundaria (no mostrada). Se trata así de un tipo de construcción de motor lineal, en el que tanto el rotor como el espacio interior del estator están realizados redondos. Las formas de construcción de este tipo de motores lineales son conocidas en sí. Evidentemente por el empleo de un motor lineal también para el movimiento de ajuste de la biela de empuje 110 y la barra 306 unida a ella es suficiente con muy pocos componentes que están sometidos también a un desgaste mucho menor. La Fig. 7 muestra la suspensión de este otro motor lineal 200 con ayuda de una placa de apriete 210.

El ejemplo de realización con ajuste axial de la barra 306 según las figuras 6 y 7 sirve para la tarea de mecanizado que se explica en virtud de la Fig. 8. La herramienta es un cuerpo cónico de rectificación de precisión 300 que sirve para el mecanizado de una superficie 305 de asiento de válvula. La superficie 305 de asiento de válvula debe ser aplanada una medida definida, por ejemplo unas centésimas de milímetro, que debe ser calculada por ejemplo por medio de un sensor. Con ello deben ser mejoradas simultáneamente la forma y la superficie superior. El cuerpo cónico de rectificado de precisión 300 está dispuesto en la barra 306 que está dotada en su extremo de un perno roscado 307. Este está unido al extremo de la biela de empuje 120. De esta forma pueden ser realizados recorridos de ajuste muy pequeños con ayuda del servomotor 10 o del otro motor lineal 200. Esto puede llevarse a cabo con una elevación o con varias elevaciones pequeñas que se emplean de forma intermitente, por ejemplo esperando a que deje de hacer chispas tras relativamente pocas vueltas o para enjuagar con refrigerante en cada caso tras una elevación.

Claims (3)

1. Máquina para el mecanizado de alta precisión de piezas de trabajo por bruñido con un husillo de bruñido (7) montado en una carcasa de husillo (8) y accionable por medio de un electromotor (9), cuyo movimiento de elevación es producido por un motor lineal (18), cuya parte no móvil está dispuesta en el armazón (16) de la máquina y en cuya parte móvil, el carro de rodadura 12, está dispuesta la carcasa (8) de husillo, y en la que en el husillo de bruñido (7) está dispuesta una barra (11), que gira conjuntamente con él y es desplazable axialmente en el husillo de bruñido (7) por medio de un servomotor (10) que sirve para el ensanchamiento de una herramienta de bruñido (5) dispuesta en el husillo de bruñido (7), caracterizada porque el electromotor (9) está formado por un estator (25) integrado en la carcasa (8) de husillo y un rotor (26) giratorio en el estator (25), y porque el rotor (26) está dispuesto por fuera sobre el husillo de bruñido (7), y además en el extremo de la carcasa (8) de husillo una carcasa de acoplamiento (51) está unida coaxialmente con bridas a ella y de igual forma al servomotor (10).

2. Máquina según la reivindicación 1, caracterizada porque el eje de salida (50) del servomotor (10) se aplica en una pieza de acoplamiento (49) y gira ésta, de manera que la pieza de acoplamiento (49) presenta un empujador (47) provisto de una rosca exterior (56') que se aplica en la rosca interior (56) de un manguito de ajuste (53) que al girar la pieza de acoplamiento (49) debido a la aplicación de las dos roscas (56, 56') es desplazado axialmente y al que está unido otro manguito (52) desplazable axialmente en la carcasa de engranaje (51) pero no giratorio, en el que está dispuesta giratoria una biela de empuje (110) que constituye con la barra (11) una unidad y junto con ésta con el giro del servomotor (10) es desplazada en la dirección axial.

3. Máquina para el mecanizado de alta precisión de piezas de trabajo por rectificado de alta precisión con un husillo de herramienta (7) montado en una carcasa (8) de husillo y accionable por medio de un electromotor (9), cuyo movimiento de desplazamiento es producido por un motor lineal (18), cuya parte no móvil está dispuesta en el armazón (16) de la máquina y en cuya parte móvil, el carro de rodadura (12), está dispuesta la carcasa (8) de husillo, y en el que en el husillo de herramienta (7) está dispuesta una barra (11) que sirve como soporte de un cuerpo de rectificado que gira conjuntamente y está dispuesto en el husillo de bruñido (7) desplazable axialmente por medio de otro electromotor (10), caracterizada porque el electromotor (9) mencionado en primer lugar está formado por un estator (25) integrado en la carcasa (8) de husillo y un rotor (26) giratorio en el estator (25), porque el rotor (26) está dispuesto por fuera sobre el husillo (7) y porque en el extremo de la carcasa (8) de husillo una carcasa de acoplamiento (25) está unida a ella con bridas coaxialmente y de igual forma con ayuda de una placa de apriete (210) a otro motor lineal (200), cuyo rotor (201) está unido fijamente a un manguito de ajuste (253), en el que la biela de empuje (120) está dispuesta giratoria pero no desplazable axialmente respecto a éste.