ES2345848T3 - Cabezal de pulido/esmerilador. - Google Patents
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Abstract
Cabezal (1) de mecanizado para esmerilar y/o pulir superficies (S) planas y/o curvadas con curvatura constante o variable, que comprende un cuerpo (2) principal que puede conectarse a una máquina herramienta, una pluralidad de elementos (3) abrasivos diseñados para interactuar con dichas superficies (S), soportados en la parte inferior de dicho cuerpo (2) principal y que pueden moverse a lo largo de una primera dirección (Y) vertical, en el que dichos elementos (3) abrasivos están alineados a lo largo de una segunda dirección (Z) horizontal y se proporcionan medios para desplazar dichos elementos (3) abrasivos a lo largo de dicha segunda dirección (Z), caracterizado porque cada uno de dichos elementos (3) abrasivos está conectado a una guía (5) deformable compuesta por una pluralidad de placas (51) laminares o compuesta por una cadena o una correa (12) elástica, y porque se proporcionan medios (M, 52-56, 6) para ajustar independientemente la altura de una o más de dichas placas (51) laminares o de una parte de dicha correa a lo largo de dicha primera dirección (Y) vertical.
Description
Cabezal de pulido/esmerilador.
La presente invención se refiere a un cabezal de
mecanizado para máquinas herramienta para esmerilar y pulir
superficies; en particular se refiere a un cabezal pulidor y/o
esmerilador para mecanizar superficies curvadas.
Máquinas herramienta para pulir y/o esmerilar
superficies planas, por ejemplo verticales u horizontales, han
estado disponibles en el mercado ya durante cierto tiempo. En
general, dichas máquinas están dotadas de medios para mover
cabezales de mecanizado diseñados para interactuar con la superficie
que va a pulirse/esmerilarse. Los cabezales están dotados de uno o
más elementos abrasivos que se deslizan sobre la superficie que está
mecanizándose.
Normalmente los cabezales de mecanizado son
circulares y se hacen rotar alrededor de su eje. Las máquinas
herramienta mueven el cabezal de mecanizado sobre la superficie que
va a esmerilarse, según el trayecto requerido. Todas las fases de
esmerilado y/o pulido pueden realizarse con máquinas herramienta
automáticas, por ejemplo máquinas de control numérico, con efectos
positivos obvios en cuanto a la velocidad de mecanizado, la calidad
del proceso y el rendimiento global.
Las máquinas herramienta actuales no permiten un
esmerilado y/o pulido completamente automatizado de superficies
curvadas. En otras palabras, las máquinas herramienta automáticas
disponibles en el mercado no son tan eficaces en el mecanizado de
superficies curvadas como lo son en el mecanizado de superficies
planas. En general, el esmerilado y pulido de superficies curvadas
se realiza todavía por parte de trabajadores cualificados por medio
de herramientas manuales tales como máquinas de esmerilado
orbitales, esmeriladoras de mano, papel abrasivo, etc. A modo de
ejemplo, el pulido y/o esmerilado de componentes de fibra de vidrio
curvados, destinados a la construcción de cascos de embarcaciones,
se realiza manualmente por trabajadores cualificados por medio de
esmeriladoras circulares u orbitales, con pasta abrasiva o papel
abrasivo. El pulido de láminas de metal curvadas, por ejemplo para
la carrocería de vehículos o para su uso en el sector de la
construcción para la construcción de paneles curvados, también se
realiza manualmente.
Además de ser costosas, las operaciones manuales
no permiten altos niveles de producción y no garantizan un nivel de
calidad constante a largo plazo, es decir la calidad del trabajo
manual depende en gran medida de la habilidad y la experiencia del
operario.
Se han propuesto algunas soluciones técnicas con
el objetivo de automatizar el pulido y esmerilado de superficies
curvadas, pero con malos resultados en cuanto a la versatilidad.
El documento JP 10151557 describe un cabezal de
mecanizado para máquinas para esmerilar y pulir superficies
curvadas, por ejemplo compuestas por material vítreo. El cabezal de
mecanizado comprende un árbol de accionamiento, para transmitir el
movimiento rotatorio, al que se acopla una placa de soporte convexa
que tiene un radio de curvatura constante. La superficie inferior
de la placa de soporte está recubierta de una capa de material
deformable a la que están conectados una pluralidad de elementos
cilíndricos abrasivos. Cuando el cabezal de mecanizado está en
funcionamiento, la base de cada elemento cilíndrico se desliza sobre
la superficie curvada que va a esmerilarse o pulirse. La capa de
material deformable permite pequeños movimientos de cada elemento
cilíndrico a lo largo de su eje. La desventaja es que la curvatura
de la superficie que va a mecanizarse y la curvatura del cabezal de
mecanizado deben corresponderse necesariamente, de modo que todos
los elementos cilíndricos abrasivos interactúan con la superficie
que está mecanizándose y permanecen sustancialmente perpendiculares
a la superficie durante el mecanizado. El documento JP 9066469
describe un cabezal de mecanizado para superficies curvadas que,
con respecto a la solución del documento JP 10151557, permite el
tratamiento de superficies que tienen curvaturas diferentes y/o
variables en diferentes partes de la misma superficie. El cabezal
comprende un árbol de accionamiento, para transmitir el movimiento
rotatorio, al que está conectado un elemento de soporte hueco.
Elementos abrasivos están conectados a la pared inferior del
elemento de soporte hueco, en particular discurren, cada uno a lo
largo de su eje, en orificios obtenidos intencionadamente en la
pared inferior del elemento de soporte. El elemento de soporte
hueco puede llenarse con un líquido que ejerce una presión
hidrostática sobre la superficie superior de los elementos
abrasivos. Cuando el cabezal de mecanizado se usa para pulir o
esmerilar una superficie curvada, la presión ejercida sobre cada
elemento abrasivo por el líquido contenido en el elemento de
soporte equilibra la fuerza ejercida por la superficie curvada sobre
dicho elemento abrasivo. El resultado es que los elementos
abrasivos se mueven en sus respectivos asientos, colocándose a sí
mismos a una altura correspondiente a la curvatura de la superficie
que está mecanizándose en un punto dado. En otras palabras, el
movimiento de cada elemento abrasivo en su asiento depende del
equilibrio creado entre la presión ejercida por el fluido y la
fuerza ejercida por la superficie que está mecanizándose. Esta
solución ha demostrado ser relativamente ineficaz, dado que los
elementos abrasivos se mueven lentamente en sus respectivos
asientos, limitando la velocidad de mecanizado. Un inconveniente
adicional de la solución según el documento JP 9066469 está
representado por el hecho de que la dinámica del cabezal de
mecanizado es tal que los elementos abrasivos, debido a la
interacción con la superficie que va a mecanizarse, oscilan
alrededor de la posición de equilibrio, con desventajas evidentes
en cuanto a la calidad del acabado de superficie de la pieza
mecanizada.
Se ha percibido ya durante cierto tiempo la
necesidad de un cabezal de mecanizado que permita esmerilar y/o
pulir superficies curvadas, que tienen una curvatura localmente
variable, con altas velocidades y altos criterios de calidad.
El objeto de la presente invención es poner a
disposición un cabezal de mecanizado para máquinas herramienta para
esmerilar y pulir superficies planas y curvadas que solucione de
manera eficaz los problemas de las soluciones tradicionales, al
mismo tiempo que sea altamente preciso y versátil.
Un objeto adicional de la presente invención es
poner a disposición un cabezal de mecanizado para esmerilar y/o
pulir máquinas por medio del que pueda adaptarse la configuración de
los elementos abrasivos, punto por punto, rápidamente y con extrema
precisión, a la curvatura de la superficie que está mecanizándose.
Estos y otros objetos se obtienen mediante la presente invención
que se refiere a un cabezal de mecanizado según la reivindicación 1
para máquinas herramienta para esmerilar y/o pulir superficies
planas y curvadas.
El cabezal de mecanizado según la presente
invención se usa para esmerilar y/o pulir superficies planas y/o
curvadas con curvatura constante o variable. Dichas superficies
pueden estar compuestas por diferentes materiales, por ejemplo
metal, plástico, fibra de vidrio, vidrio, madera, roca, piedra,
mármol, resinas, estuco, etc.
El cabezal de mecanizado comprende un cuerpo
principal que puede conectarse a una máquina herramienta externa,
una pluralidad de elementos abrasivos diseñados para interactuar con
las superficies que están mecanizándose, soportados en la parte
inferior del cuerpo principal y que pueden moverse a lo largo de una
primera dirección vertical. Ventajosamente, los elementos abrasivos
están alineados a lo largo de una segunda dirección horizontal y el
cabezal comprende medios para mover los elementos abrasivos a lo
largo de dicha segunda dirección.
Según la realización preferida de la presente
invención, el cuerpo principal del cabezal de mecanizado está
diseñado para conectarse a una máquina herramienta con seis ejes
(movimientos con seis grados de libertad), es decir una máquina que
puede mover el cabezal de manera independiente a lo largo de seis
ejes (tres ejes de traslación y tres ejes de rotación), por ejemplo
una máquina CNC, del tipo para el mecanizado
CAD-CAM.
Los elementos abrasivos son cintas abrasivas,
por ejemplo compuestas por metal, cerámica u otro material con
recubrimiento de diamante, corindón etc., dispuestas unas al lado de
otras, en perpendicular a la segunda dirección horizontal. En otras
palabras, los elementos abrasivos son cintas abrasivas colocadas
unas encima de otras, en perpendicular a la segunda dirección
horizontal, formando un paquete. Las cintas abrasivas entran en
contacto con la superficie que está mecanizándose, cada una en el
extremo inferior asociado, o al nivel de una parte recubierta con
polvos o material abrasivo. En particular, las cintas abrasivas se
mueven a lo largo de la segunda dirección perpendicular y retiran
material de la superficie que está mecanizándose.
Según una primera realización de la invención,
cada cinta abrasiva está articulada lateralmente en una guía
deformable alojada en el cuerpo principal del cabezal de mecanizado,
al nivel de su parte inferior. La conexión entre cada cinta
abrasiva y la guía deformable es tal que las cintas pueden oscilar
alrededor del vástago asociado, con respecto a la guía, cuando se
someten a tensión en las dos direcciones a lo largo de la segunda
dirección mencionada anteriormente.
La tensión que actúa sobre los elementos
abrasivos se genera por la interacción entre los extremos inferiores
libres de las cintas abrasivas y la superficie que va a pulirse y/o
esmerilarse. Cuando el extremo de una cinta abrasiva discurre sobre
la superficie que va a mecanizarse a lo largo de la segunda
dirección, en una de las dos direcciones, dicho extremo retira
material de la superficie que se encuentra debajo. El movimiento de
las cintas abrasivas se obtiene al dotar el cabezal de mecanizado de
medios apropiados para controlar el desplazamiento de todas las
cintas abrasivas a lo largo de la segunda dirección horizontal, de
manera alternante en los dos sentidos. En otras palabras, el
cabezal de mecanizado comprende medios para mover las cintas
abrasivas de manera alternante a lo largo de la segunda dirección,
tal como se describirá en detalle más adelante. Preferiblemente, la
guía deformable está compuesta por una pluralidad de placas
laminares apiladas a lo largo de la segunda dirección horizontal y
que se mantienen juntas mediante al menos un tirante. Las placas
laminares pueden estar compuestas por plástico, pero
preferiblemente están compuestas por un material metálico. En esta
configuración, las cintas abrasivas están conectadas al cuerpo
principal del cabezal de mecanizado mediante la interposición de
las placas laminares, que también están apiladas perpendicularmente
a la segunda dirección. El tirante es un cable metálico que cruza
cada una de dichas placas laminares y las mantiene presionadas unas
contra otras. Los medios para controlar el desplazamiento de las
cintas abrasivas comprenden un árbol de accionamiento que se
engancha excéntricamente con un carro al que está conectada la guía
constituida por las placas laminares. En otras palabras el
movimiento transitorio se transmite a las cintas abrasivas
indirectamente, a través de un carro, que también está alojado en
el cuerpo principal del cabezal de mecanizado. El carro puede
desplazarse de manera alternante en un asiento obtenido dentro del
cuerpo principal a lo largo de la segunda dirección horizontal. El
acoplamiento entre el carro y el árbol de accionamiento es tal que
el movimiento rotatorio del árbol se convierte en el movimiento de
traslación de vaivén del carro.
En una segunda realización del cabezal de
mecanizado según la presente invención, las cintas abrasivas están
conectadas directamente entre sí formando una cadena flexible, o
correa, alojada en el cuerpo principal. La cadena, o correa,
constituida por las cintas abrasivas se hace rotar en sentido
horario o antihorario a lo largo de la segunda dirección
horizontal. En otras palabras, alternativamente a la guía
deformable, el cabezal de mecanizado puede estar dotado de una
correa o cadena constituida por las mismas cintas abrasivas, que se
desliza a lo largo de la segunda dirección, en contacto con la
superficie que va a mecanizarse. Alternativamente, las cintas
abrasivas pueden estar separadas unas de otras pero acopladas a una
cadena o correa de soporte, por ejemplo compuesta por plástico,
metal o caucho, que puede hacerse rotar en sentido
horario/antihorario para desplazar dichas cintas abrasivas a lo
largo de dicha segunda dirección.
En general, tanto en la primera como en la
segunda realización, el cabezal de mecanizado comprende medios para
ajustar localmente la altura de las placas laminares de la guía
deformable o la altura de una o más partes de la correa/cadena a lo
largo de la primera dirección vertical. En otras palabras, tanto la
guía deformable como la correa/cadena pueden ajustarse localmente
en altura (la guía deformable externa conecta localmente en altura
la correa/cadena), con el efecto de adaptar la posición vertical de
las cintas abrasivas a la curvatura de la superficie que está
mecanizándose sobre la que se deslizan.
En otras palabras, las cintas abrasivas junto
con la guía deformable o la correa/cadena forman una herramienta
para esmerilar/pulir superficies planas y/o curvadas que a su vez es
deformable para adaptarse a la curvatura de dichas superficies.
Ajustando la posición vertical de una o más placas laminares o de
una o más partes de la correa/cadena, la forma del paquete de
cintas abrasivas se adapta a la curvatura de la superficie que se
encuentra debajo que está mecanizándose.
La posición vertical de los elementos abrasivos,
es decir la posición de las cintas abrasivas, se regula mediante
los medios de ajuste alojados en el cuerpo principal del cabezal de
mecanizado. En particular, los medios para ajustar la altura
comprenden una pluralidad de actuadores lineales cada uno de los
cuales está conectado a una o más placas laminares de la guía
deformable o a una parte de la correa/cadena de soporte o de la
correa/cadena constituida por las cintas abrasivas.
En general, el funcionamiento del cabezal de
mecanizado se caracteriza según la reivindicación 10.
El esmerilado y/o pulido de superficies
comprende las fases de:
- -
- desplazar el cabezal de mecanizado a lo largo de una tercera dirección horizontal, perpendicular a la segunda dirección horizontal y a la primera dirección vertical, para mover los elementos abrasivos, es decir las cintas abrasivas, sobre la superficie que está mecanizándose;
- -
- simultáneamente controlar el movimiento de los elementos abrasivos a lo largo de la segunda dirección horizontal para retirar material de la superficie que está mecanizándose;
- -
- ajustar la altura de los elementos abrasivos a lo largo de la primera dirección vertical para adaptar localmente la posición de cada elemento abrasivo a la curvatura de la superficie que está mecanizándose. La fase de ajustar la posición vertical de los elementos abrasivos se realiza en la práctica haciendo funcionar los actuadores lineales conectados a la guía deformable o a la correa/cadena.
\vskip1.000000\baselineskip
En particular, en un funcionamiento del cabezal
de mecanizado según la primera realización, durante el movimiento
relativo entre el cabezal y la superficie que está mecanizándose en
la tercera dirección, una unidad de control externa, por ejemplo la
de la máquina herramienta CNC, hace funcionar los medios para
ajustar la altura de los elementos abrasivos, compensando las
variaciones locales de la curvatura de la superficie. En otras
palabras, mientras que la máquina herramienta asociada mueve el
cabezal de mecanizado sobre la superficie que va a mecanizarse, a
lo largo de la tercera dirección, y los elementos abrasivos oscilan
a lo largo de la segunda dirección debido al movimiento alternante
del carro al que está conectada la guía deformable, la unidad de
control hace funcionar los actuadores lineales, de manera continua,
para variar la posición vertical de la guía deformable y, por
tanto, para variar la posición vertical de los elementos abrasivos,
manteniendo prácticamente constante la presión de contacto entre
cada elemento y la superficie. De esta manera, la herramienta
deformable constituida por los elementos abrasivos y la guía se
adapta a la forma de la superficie que está mecanizándose,
optimizando así la acción de los elementos abrasivos y garantizando
un pulido y esmerilado de alta calidad.
En un funcionamiento del cabezal de mecanizado
según la segunda realización, simultáneamente con el movimiento
relativo entre el cabezal y la superficie que está mecanizándose en
la tercera dirección, una unidad de control externa, por ejemplo de
tipo electrónico, hace funcionar los actuadores lineales, de manera
independiente entre sí, para ajustar la altura de las partes
individuales de la correa o cadena, compensando las variaciones
locales de curvatura de la superficie y manteniendo prácticamente
constante la presión de contacto entre cada elemento abrasivo y la
superficie que está mecanizándose. Mientras que la máquina
herramienta asociada mueve el cabezal de mecanizado sobre la
superficie que va a mecanizarse, a lo largo de la tercera dirección,
y los elementos abrasivos, es decir las cintas abrasivas, se
desplazan a lo largo de la segunda dirección mediante el movimiento
rotatorio de la cadena o correa asociada, la unidad de control hace
funcionar los actuadores lineales de manera independiente entre sí,
de manera continua, para variar la posición vertical de una o más
partes de la misma correa/cadena y, por tanto, para variar la
posición vertical de los elementos abrasivos. De esta manera la
cadena/correa deformable constituida por los elementos abrasivos se
adapta a la forma de la superficie que está mecanizándose,
optimizando la acción de los elementos abrasivos y garantizando un
pulido y esmerilado de alta calidad.
Tanto en la primera como en la segunda
realización del cabezal de mecanizado según la presente invención,
la unidad de control externa, de tipo electrónico, hace funcionar
los actuadores lineales que ajustan la posición vertical de las
diversas partes de la correa/cadena o guía flexible, basándose en
datos almacenados o basándose en un control de realimentación en
relación con la geometría de la superficie que está mecanizándose o,
preferiblemente, la unidad de control hace funcionar los actuadores
lineales basándose en información, contenida en un archivo
electrónico generado por un sistema CAM, relativa a la geometría de
la superficie que está mecanizándose. La unidad de control obtiene
de este archivo la información relativa a la curvatura de las partes
de la superficie que está mecanizándose y controla los actuadores
del cabezal de mecanizado, de manera independiente entre sí, para
ajustar su alcance de trabajo y, por tanto, la posición de los
grupos individuales de cintas abrasivas para compensar las
variaciones en altura de la superficie, debido a las diferentes
curvaturas entre la parte que está mecanizándose y la parte que
está a punto de interceptarse o mecanizarse.
Debido a su considerable versatilidad, el
cabezal de mecanizado según la presente invención permite un pulido
y/o esmerilado extremadamente eficaz de superficies planas y/o
curvadas, también con curvaturas que varían localmente entre las
diversas partes de la misma superficie. Además, al dotar la
herramienta deformable, es decir la guía o la correa/cadena de las
cintas abrasivas, con un perfil en V, es posible esmerilar y/o pulir
eficazmente también las esquinas o los bordes de las superficies
que están mecanizándose. El cabezal de mecanizado es por tanto
particularmente adecuado para tratar grandes superficies curvadas
tales como, por ejemplo, las superficies externas de cascos de
embarcaciones, o las superficies externas de vehículos, etc.
Aspectos y ventajas adicionales de la presente invención resultarán
más evidentes a partir de la siguiente descripción, proporcionada
con fines ilustrativos no limitativos haciendo referencia a los
dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es una vista lateral de una
primera realización del cabezal de mecanizado según la presente
invención, en una primera configuración;
- la figura 2 es una vista desde arriba del
cabezal de mecanizado mostrado en la figura 1;
- la figura 3 es una vista frontal del cabezal
de mecanizado mostrado en la figura 1:
- la figura 4 es una vista en sección
longitudinal A-A del cabezal de mecanizado mostrado
en la figura 2;
- la figura 5 es una vista en sección
transversal B-B del cabezal de mecanizado mostrado
en la figura 3;
- la figura 6 es una vista frontal ampliada del
cabezal de mecanizado mostrado en la figura 1, en una segunda
configuración;
- la figura 7 es un diagrama de un detalle de
una segunda realización del cabezal de mecanizado según la presente
invención;
- la figura 8 es una vista esquemática del
detalle mostrado en la figura 7.
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La figura 1 muestra un cabezal 1 de mecanizado
según la presente invención, que puede combinarse con máquinas
herramienta para pulir y/o esmerilar superficies, tanto planas como
curvadas. El cabezal 1 de mecanizado comprende un cuerpo 2
principal para acoplarse con una máquina herramienta externa, por
ejemplo por medio de una lengüeta 21.
El cabezal 1 de mecanizado está dotado de una
pluralidad de elementos 3 abrasivos diseñados para entrar en
contacto con la superficie que va a mecanizarse. En general, los
elementos 3 abrasivos están previstos en la parte inferior del
cuerpo 2 principal. La función de cada elemento 3 abrasivo es
retirar material de la superficie que está mecanizándose para
obtener el pulido o esmerilado. La figura 1 es una vista lateral del
cabezal 1 de mecanizado, por tanto sólo es visible un elemento 3
abrasivo.
La figura 2 ilustra el cabezal de mecanizado
desde arriba, mostrando la parte 21 que se engancha con la máquina
herramienta y un árbol 4 de accionamiento.
El cabezal 1 de mecanizado está diseñado para
moverse sobre una superficie S a lo largo de una
dirección/trayectoria X (en uno de los dos sentidos) que para una
mayor simplicidad se definirá como horizontal, pero que es
sustancialmente paralela a la superficie S. Los elementos 3
abrasivos son ajustables en altura, es decir la posición de los
elementos 3 abrasivos puede ajustarse a lo largo de una primera
dirección Y vertical, indicada en la figura 1. Preferiblemente la
primera dirección Y vertical es perpendicular a la dirección X
horizontal.
La figura 3 muestra una vista frontal del
cabezal 1 de mecanizado, en una primera configuración en la que los
elementos 3 abrasivos están colocados a la misma altura con respecto
a la vertical Y. Esta configuración es adecuada para mecanizar la
superficie S plana. Los elementos 3 abrasivos tienen, en general,
una forma alargada y cuando el cabezal 1 de mecanizado está
operativo, permanecen en contacto con la superficie S, cada uno en
su extremo infe-
rior.
rior.
Tal como se muestra en las figuras 1 y 3, los
elementos 3 abrasivos están alineados a lo largo de una segunda
dirección Z horizontal. Preferiblemente los elementos 3 abrasivos
son elementos laminares compuestos por metal, o cerámica o incluso
plástico, recubiertos con material abrasivo, por ejemplo polvo de
diamante o corindón. Las cintas 3 abrasivas están apiladas en la
segunda dirección Z horizontal, formando un paquete de elementos
abrasivos.
La figura 3 muestra una vista frontal del
cabezal 1 de mecanizado. La parte superior (o lengüeta) 21 para la
conexión con una máquina herramienta externa, preferiblemente CNC,
más preferiblemente de tipo CAD/CAM, el cuerpo 2 principal y los
elementos 3 abrasivos en contacto con una superficie S plana son
visibles. Las cintas 3 abrasivas están apiladas en la dirección Z,
es decir alineadas unas por encima de otras con respecto a la
segunda dirección Z horizontal. En general, en la presente invención
las cintas 3 abrasivas son ajustables en altura, es decir la
posición de las cintas a lo largo de la dirección Y vertical puede
ajustarse dentro de un determinado intervalo para compensar
cualquier variación de curvatura de la superficie S. La posición de
cada cinta 3 abrasiva puede ajustarse en la dirección Y vertical,
pero preferiblemente la configuración de las cintas 3 se modifica
variando la posición vertical de grupos separados de cintas 3.
En la primera realización del cabezal 1,
mostrada en las figuras 1-6, las cintas 3 abrasivas
están conectadas al cuerpo 2 principal del cabezal de mecanizado
mediante la interposición de una guía 5 deformable. La guía 5 se
desarrolla sustancialmente en la dirección Z y está alojada al menos
parcialmente en el cuerpo 2 principal del cabezal 1. Las figuras 4
y 5 muestran respectivamente una sección longitudinal, es decir a lo
largo de la línea A-A de la figura 2, y una sección
transversal, es decir a lo largo de la línea B-B de
la figura 3, del cabezal 1 de mecanizado. El "paquete" de
cintas 3 abrasivas puede observarse soportado por la guía 5, que
sobresale parcialmente más allá del borde inferior del cuerpo 2
principal del cabezal 1. La guía 5 a su vez está constituida por
una pluralidad de placas 51 laminares apiladas en la dirección Z
formando otro "paquete". Las placas 51 se mantienen juntas
mediante al menos un tirante 10 (figuras 1 y 5), es decir un cable
metálico flexible que mantiene las placas 51 presionadas unas
contra otras en el asiento asociado obtenido en el cuerpo 2
principal. El cabezal 1 comprende una pluralidad de actuadores 52,
53, 54, 55, 56 lineales, cada uno de los cuales está conectado a un
grupo de placas laminares de la guía 5. Los actuadores
52-56 lineales se accionan mediante respectivos
motores M, también alojados en el cuerpo 2 principal,
preferiblemente en su parte superior, por medio de palancas y/o
transmisiones 6. Por medio de los actuadores 52-56
lineales es posible modificar la posición vertical de una o más
placas 51 metálicas y, por consiguiente, modificar la posición
vertical, a lo largo de la dirección Y, de las respectivas cintas 3
abrasivas.
Las figuras 3 y 4 muestran el cabezal 1 de
mecanizado en una primera configuración, con los elementos 3
abrasivos ubicados contra una superficie S plana.
En la figura 4 pueden observarse los motores M
para hacer funcionar los actuadores 52-56. Los
motores M están fijados a suportes 22 y 23 internos del cuerpo 2
principal. Por ejemplo, los motores M pueden ser motores de
engranaje con una conexión flexible con el codificador. Las palancas
o transmisiones 6 pueden ser de diversos tipos. Lo que importa es
que las palancas/transmisiones 6 transformen el trabajo mecánico del
motor M asociado en un movimiento de actuación vertical en la
dirección Y. En otras palabras, controlando la función de los
motores M, se regula indirectamente el alcance vertical en la
dirección Y de los actuadores 52-56 por medio de
las palancas/transmisiones 6. Preferiblemente, los actuadores
52-56 son guías de bolas recirculantes lineales,
adecuadas para transmitir movimientos verticales.
Cada actuador 52-56 está fijado
de manera solidaria con una o más placas 51 laminares de la guía 5
deformable. En la realización mostrada en la figura 4, cada
actuador 52-56 está conectado a un grupo de diez
placas 51 laminares.
En la configuración mostrada en las figuras 3 y
4, la guía 5 deformable es recta, es decir las placas 51 están
alineadas en la dirección Z y todas tienen la misma altura en la
dirección Y. Además, los elementos 3 abrasivos, conectados a la
guía 5, están alineados en la dirección Z y todos tienen la misma
altura. Se describirá ahora el funcionamiento de los actuadores
52-56 haciendo referencia a la figura 3 comparándola
con la figura 6.
La figura 6 es una vista frontal, ampliada, de
la parte inferior del cabezal 1 de mecanizado, mostrado en una
segunda configuración, es decir en acción sobre una superficie S
curvada, que tiene un radio de curvatura localmente variable.
Cuando el cabezal 1 de mecanizado, que se mueve en la dirección X
horizontal (perpendicular al plano del dibujo), se ajusta para
trabajar sobre la superficie S curvada mostrada en la figura 6, los
actuadores 52 y 53 reducen su alcance, elevando los respectivos
grupos de placas 51 laminares, es decir retirando una parte de la
guía 5 deformable hacia el cuerpo 2 principal del cabezal 1. De
manera análoga, los actuadores 55 y 56 aumentan su alcance,
empujando la parte restante de la guía 5 hacia el exterior del
cuerpo 2. En el ejemplo mostrado, el actuador 54 permanece
parado.
El resultado es que la guía 5 deformable, y por
tanto también los elementos 3 abrasivos conectados a la misma,
adoptan el perfil de la superficie S curvada. En otras palabras, los
actuadores 52-56 mueven los elementos 3 abrasivos
verticalmente, compensando localmente las variaciones de curvatura
de la superficie S que está mecanizándose. Si la superficie S tiene
una zona elevada o convexa, o tiene un borde o una esquina, cuando
algunos de los elementos 3 abrasivos están trabajando en dicha zona,
los respectivos actuadores elevan las placas 51 laminares
correspondientes, variando el perfil de la guía 5 y manteniendo
prácticamente constante la presión de contacto entre los elementos
3 abrasivos y la superficie S. Si la superficie S tiene una
depresión, cuando algunos de los elementos 3 abrasivos están
trabajando en dicha depresión, los respectivos actuadores bajan las
placas 51 laminares correspondientes, variando el perfil de la guía
5 y manteniendo prácticamente constante la presión de contacto
entre los elementos 3 abrasivos y la superficie de la depresión.
El control de los motores M y actuadores
52-56 se realiza mediante una unidad de control del
cabezal 1 de mecanizado. La unidad de control es preferiblemente la
unidad de control de la máquina de control numérico a la que está
conectado el cabezal 1. La unidad de control funciona basándose en
las especificaciones geométricas relativas a la superficie S,
almacenadas en una unidad de memoria. Por ejemplo, la unidad de
control procesa los datos geométricos relativos a la superficie S
almacenados en un archivo electrónico. Preferiblemente, el sistema
CAM de la máquina genera el archivo electrónico basándose en un
archivo tipo CAD. Basándose en los datos contenidos en el archivo
electrónico, la unidad de control controla los motores M y los
actuadores 52-56 para mover los elementos 3
abrasivos verticalmente cuando sea necesario para compensar
cualquier variación, también local, en la curvatura de la
superficie S.
Alternativamente, el funcionamiento de los
motores M y actuadores 52-56 se regula basándose en
un control de realimentación relativo a la curvatura de la
superficie S. Por ejemplo, la máquina herramienta o el cabezal 1 de
mecanizado pueden estar dotados de sensores ópticos que pueden
identificar la curvatura de la superficie S en diferentes puntos
aguas arriba del cabezal 1, que se mueve en la dirección X, y que
pueden generar un señal que puede procesarse mediante la unidad de
control para regular los actuadores 52-56.
La figura 5 muestra la forma preferida de los
elementos 3 abrasivos, es decir las cintas compuestas por metal,
plástico con recubrimiento abrasivo, o cerámica. Preferiblemente,
dichas cintas 3 abrasivas tienen una parte inferior redondeada,
diseñada para entrar en contacto con la superficie S aunque, en
general, la parte inferior puede tener una forma diferente según
los requisitos, por ejemplo puede ser rectangular, triangular, etc.
Las cintas 3 abrasivas tienen una parte superior generalmente
rectangular, en la que se proporciona la conexión con la guía 5
deformable. En particular, el vástago 7 de cada cinta 3 metálica
está soportado por una pluralidad de esferas 8 que actúan como
cojinetes y crean un asiento en el que el vástago 7 puede rotar
alrededor de su eje (eje X) y puede discurrir en la dirección
Z.
La conexión formada por el vástago 7 y las
esferas 8 permite la oscilación de una cinta 3 abrasiva alrededor
del eje del vástago, en los dos sentidos, a lo largo de la dirección
Z horizontal, es decir la dirección de desarrollo del paquete de
elementos 3 abrasivos, y/o un ligero desplazamiento de dicha cinta 3
en la guía 5, de nuevo a lo largo de la dirección Z y en los dos
sentidos.
El efecto abrasivo y/o de pulido de la
superficie S se obtiene cuando las cintas 3 abrasivas se mueven en
la dirección Z, con respecto a la guía 5, mientras que el cabezal 1
de mecanizado se mueve hacia delante en la dirección X.
El paquete formado por las cintas 3 abrasivas se
mantiene junto mediante al menos un tirante 9, preferiblemente al
menos dos tirantes 9, es decir cables metálicos que cruzan todas las
cintas abrasivas y las mantienen presionadas unas contra otras. Los
extremos de los cables metálicos están dotados preferiblemente de
registros ajustables, por medio de los que es posible aumentar o
reducir la fuerza sobre los tirantes 9 y, por tanto, aumentar o
reducir el juego entre las cintas 3. Los tirantes 9 son flexibles y
no obstaculizan el ajuste en altura de la posición de las cintas 3
abrasivas individuales; al mismo tiempo permiten la oscilación de
las cintas 3 cada una alrededor de su vástago 7 asociado. Resultará
evidente para un experto en la técnica que cuando las cintas 3
oscilan en la dirección Z, el ángulo entre cintas 3 consecutivas
puede variar, es decir las cintas 3 pueden tener una inclinación
diferente según las variaciones de curvatura de la superficie S
(obsérvese la diferente inclinación de las cintas 3 con respecto a
la vertical Y y también con respecto a las placas 51 de la guía 5,
en la figura 6). Las placas 51 laminares de la guía 5 deformable,
por otro lado, pueden moverse solamente en una dirección vertical,
sin inclinarse con respecto a la vertical Y. En otras palabras, la
guía 5 puede deformarse verticalmente, mientras que el paquete de
cintas 3 abrasivas puede "deformarse" tanto verticalmente como
en la dirección Z.
El cabezal 1 de mecanizado está dotado de medios
para desplazar los elementos 3 abrasivos, es decir las cintas, en
la dirección Z durante el movimiento hacia delante de dicho cabezal
1 en la dirección X. En la realización mostrada en las figuras
1-6, el cabezal 1 comprende un árbol 4 de
accionamiento adecuado para recibir un movimiento rotatorio desde
la máquina herramienta en la que está montado el cabezal 1, o
accionado por un motor M montado sobre el cabezal 1. El árbol 4 se
engancha excéntricamente con un carro 11. El carro 11 transforma el
movimiento rotatorio del árbol 4 en un movimiento de traslación
alternante, en la dirección Z, del paquete de cintas 3 abrasivas.
El carro 11 está conectado directa o indirectamente a los elementos
3 abrasivos, y transmite a estos últimos el movimiento de
traslación alternante en la dirección Z. En el ejemplo mostrado en
la figura 4, el carro 11 está acoplado directamente con una única
cinta 3 abrasiva y esta última transmite el movimiento a las cintas
3 restantes del paquete, debido también a la acción del tirante 9.
Cuando el árbol 4 está rotando, el carro 11 empuja las cintas 3
abrasivas hacia delante y hacia atrás en la dirección Z. Las cintas
3 retiran material de la superficie S, esmerilándola y/o
puliéndola, moviéndose como cerdas mientras que el cabezal 1 se
desplaza en la dirección X.
El funcionamiento del cabezal 1 de esmerilado
y/o pulido es simple. El cabezal se desplaza en la dirección X
sobre la superficie S. Simultáneamente el árbol 4, que rota, hace
funcionar el carro 11 que transmite el movimiento de traslación
alternante al paquete de cintas 3 abrasivas, que por tanto avanzan a
lo largo de la dirección Z, en los dos sentidos, con respecto a la
guía 5. Las cintas abrasivas retiran material de la superficie S,
por ejemplo retiran una capa superficial, puliendo y esmerilando
dicha superficie S. Cuando el cabezal 1 se encuentra con una parte
de la superficie S con diferente curvatura respecto a la parte
mecanizada previamente, o hay un borde o saliente, la unidad de
control hace funcionar los motores M y los actuadores
52-56 para deformar verticalmente la guía 5, es
decir para variar de manera independiente la posición vertical (a
lo largo de Y) de las placas 51 metálicas de la guía 5 y por tanto
adaptar la altura de los elementos 3 abrasivos a la nueva curvatura
de la superficie S. En otras palabras, la unidad de control procesa
los archivos electrónicos proporcionados por el sistema CAM,
relativos a la geometría de la superficie S, y hace funcionar los
actuadores 52-56 para elevar o bajar, de manera
independiente, grupos individuales de cintas 3 abrasivas cuando sea
necesario para compensar variaciones de la curvatura de la
superficie S, tal como en el ejemplo mostrado en la figura 6.
Las figuras 7 y 8 hacen referencia a una segunda
realización del cabezal 1 de mecanizado según la presente
invención. En particular, dichas figuras muestran un dibujo de base
de una realización diferente de la guía deformable. Los números de
referencia identifican los mismos componentes mostrados en las
figuras 1-6. Los elementos 3 abrasivos, que en esta
versión pueden diferir en forma y tipo con respecto a los elementos
3 mostrados previamente, están acoplados formando una cadena o una
correa 12 elástica, o están conectados a su vez a una correa
elástica o una cadena 12 de soporte, compuesta por caucho por
ejemplo. La correa, o cadena, 12 puede deformarse elásticamente y
está alojada en el cuerpo 2 principal del cabezal 1. La
correa/cadena 12, que sustituye la guía 5 de la primera
realización, discurre alrededor de las ruedas 13, 14, 17, siendo al
menos una de ellas una rueda de accionamiento, mientras que las
otras se accionan. La correa/cadena 12 por tanto se hace rotar, en
sentido horario o antihorario, en un movimiento rotatorio continuo.
El diagrama de la figura 7 se basa en una rotación horaria continua
tal como se indica mediante la flecha R. Se proporciona un sistema
para compensar la longitud de la correa/cadena 12. Dicho sistema
comprende un tensor 16 y una rueda 15 para entrar en contacto con
la correa/cadena 12, y se muestra en la figura 8 desde arriba.
El número de actuadores es mayor que en la
primera realización: diez unidades 52-61. Cada
actuador 52-61 actúa de manera independiente sobre
una sección de la correa/cadena 12 para variar la posición en la
dirección Y vertical. Por ejemplo, la correa/cadena puede
deslizarse sobre un pie o en un anillo de los actuadores
52-61. La letra de referencia S' indica en la
figura 7 una superficie plana hipotética, mientras que la letra de
referencia S indica la superficie curvada que está mecanizándose.
Ajustando de manera independiente los actuadores
52-61 es posible deformar localmente la
correa/cadena 12 para adaptar el perfil a la curvatura de la
superficie que va a mecanizarse, ya sea plana S' o curvada S con
curvatura variable entre diferentes zonas de la superficie.
El cabezal 1 de mecanizado según la presente
invención, tanto en la primera como en la segunda realización,
permite pulir y/o esmerilar de manera extremadamente eficaz
superficies S planas y/o curvadas, que tienen también curvaturas
localmente variables entre las diversas partes de la misma
superficie, o superficies con bordes, por ejemplo las superficies
de cascos de embarcaciones, o la chapa de la carrocería de
vehículos, etc. El cabezal 1 es extremadamente fiable y permite la
automación del pulido/esmerilado de superficies curvadas,
realizados hoy en día manualmente por trabajadores cualificados. Las
fases de mecanizado requeridas actualmente para obtener un producto
acabado, es decir esmerilado o pulido, son, en el siguiente
orden:
- A)
- prototipado
- B)
- mecanizado con un centro de mecanizado (fresadora)
- C)
- desbaste
- D)
- semiacabado
- E)
- acabado
- F)
- esmerilado (a mano usando: lijadora orbital, lijadora manual, papel abrasivo)
- G)
- pulido (a mano con papel abrasivo, pasta para pulir, etc., aplicado con fieltros)
- H)
- prensado
- I)
- mecanizado con un centro de mecanizado (fresadora)
- J)
- desbaste
- K)
- semiacabado
- L)
- acabado
- M)
- esmerilado (a mano usando: esmeriladora orbital, esmeriladora manual, papel abrasivo)
- N)
- pulido (manual)
- O)
- las partes prensadas se acaban a mano para eliminar imperfecciones/defectos y pueden tratarse manualmente en superficie y esmerilarse/pulirse. El cabezal 1 según la presente invención permite la automatización de las fases F, G, M, N, O, con máquinas de control numérico, con una reducción obvia en los tiempos de mecanizado y, por tanto, reducción en los costes.
Claims (15)
1. Cabezal (1) de mecanizado para esmerilar y/o
pulir superficies (S) planas y/o curvadas con curvatura constante o
variable, que comprende un cuerpo (2) principal que puede conectarse
a una máquina herramienta, una pluralidad de elementos (3)
abrasivos diseñados para interactuar con dichas superficies (S),
soportados en la parte inferior de dicho cuerpo (2) principal y que
pueden moverse a lo largo de una primera dirección (Y) vertical, en
el que dichos elementos (3) abrasivos están alineados a lo largo de
una segunda dirección (Z) horizontal y se proporcionan medios para
desplazar dichos elementos (3) abrasivos a lo largo de dicha segunda
dirección (Z), caracterizado porque cada uno de dichos
elementos (3) abrasivos está conectado a una guía (5) deformable
compuesta por una pluralidad de placas (51) laminares o compuesta
por una cadena o una correa (12) elástica, y porque se proporcionan
medios (M, 52-56, 6) para ajustar independientemente
la altura de una o más de dichas placas (51) laminares o de una
parte de dicha correa a lo largo de dicha primera dirección (Y)
vertical.
2. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
1, caracterizado porque dichos elementos (3) abrasivos son
cintas abrasivas dispuestas unas al lado de otras, en perpendicular
a dicha segunda dirección (Z) horizontal.
3. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
2, caracterizado porque cada una de dichas cintas (3)
abrasivas está articulada lateralmente en dicha guía (5) deformable
sólo en la primera dirección (Y) vertical, al menos parcialmente
alojada en dicho cuerpo (2) principal, y porque comprende medios (4,
11) para controlar el desplazamiento de dichas cintas (3) abrasivas
a lo largo de dicha segunda dirección (Z) horizontal, de manera
alternante en los dos sentidos.
4. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
3, caracterizado porque cada una de dichas cintas (3)
abrasivas oscila libremente alrededor del vástago (7) asociado y
con respecto a dicha guía (5) deformable, a lo largo de dicha
segunda dirección (Z) horizontal.
5. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
3 ó 4, caracterizado porque dicha guía (5) deformable está
compuesta por una pluralidad de placas (51) laminares, que se
deslizan en dicha primera dirección (Y) vertical, apiladas a lo
largo de dicha segunda dirección (Z) horizontal y que se mantienen
juntas mediante al menos un tirante (10).
6. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
5, caracterizado porque dicho tirante (10) es un cable
metálico que cruza cada una de dichas placas (51) laminares.
7. Cabezal de mecanizado según una de las
reivindicaciones 3-6, caracterizado porque
dichos medios para controlar el desplazamiento comprenden un árbol
(4) de accionamiento que se engancha excéntricamente con un carro
(11) al que están conectadas directa o indirectamente dichas cintas
(3) abrasivas, pudiendo desplazarse dicho carro (11) de manera
alternante a lo largo de dicha segunda dirección (Z) horizontal.
8. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
2, caracterizado porque dichas cintas (3) abrasivas están
conectadas entre sí formando una cadena o una correa (12) elástica,
o cada una de dichas cintas (3) abrasivas está conectada a una
cadena o una correa (12) elástica de dicho cuerpo (2) principal, en
el que dicha cadena o correa (12) elástica se hace rotar en sentido
horario o antihorario a lo largo de dicha segunda dirección (Z)
horizontal.
9. Cabezal de mecanizado según la reivindicación
1, caracterizado porque dichos medios de ajuste en altura
comprenden una pluralidad de actuadores (52-56)
lineales, alojados en dicho cuerpo (2) principal, cada uno de los
cuales está conectado a una o más placas (51) laminares, o a una
parte de dicha correa/cadena (12), y se hace funcionar
independientemente de los otros actuadores.
10. Procedimiento para esmerilar y/o pulir
superficies por medio del cabezal de mecanizado según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores 1-9, que
comprende las etapas de:
- -
- desplazar dicho cabezal (1) de mecanizado a lo largo de una tercera dirección (X) horizontal, en perpendicular a dicha segunda dirección (Z) horizontal, para mover dichos elementos (3) abrasivos sobre la superficie (S) que está mecanizándose;
- -
- controlar el movimiento de dichos elementos (3) abrasivos a lo largo de dicha segunda dirección (Z) horizontal para retirar material de dicha superficie (S) que está mecanizándose,
caracterizado porque cada uno de dichos
elementos (3) abrasivos está conectado a una guía (5) deformable
compuesta por una pluralidad de placas (51) laminares o compuesta
por una cadena o una correa (12) elástica, y porque se proporcionan
medios (M, 52-56, 6) para ajustar la altura de una o
más de dichas placas (51) laminares o de una parte de dicha correa
a lo largo de dicha primera dirección (Y) vertical con el fin de
ajustar independientemente la altura de dichos elementos (3)
abrasivos a lo largo de la primera dirección (Y) vertical para
adaptar localmente la posición de cada elemento (3) abrasivo a la
curvatura de la superficie (S) que está mecanizándose.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la fase de ajustar la altura de los
elementos (3) abrasivos proporciona el ajuste del alcance vertical
de dichos actuadores (52-56) lineales.
12. Procedimiento según la reivindicación 10 o
la reivindicación 11, caracterizado porque dicha fase de
controlar el movimiento de los elementos (3) abrasivos proporciona
la activación de dicho carro (11) con un movimiento de traslación
de vaivén a lo largo de dicha segunda dirección (Z) horizontal, o la
rotación de dicha correa/cadena (12).
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque la inversión de la dirección de
desplazamiento de dicho carro provoca la oscilación de cada una de
dichas cintas (3) abrasivas alrededor del vástago (7) asociado.
14. Uso del cabezal (1) de mecanizado según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-9,
para esmerilar y/o pulir superficies (S) planas y/o curvadas
compuestas por metal, plástico, fibra de vidrio, vidrio, madera,
piedra, mármol, resina o elementos de estuco.
15. Uso del cabezal (1) de mecanizado según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-9,
para esmerilar y/o pulir superficies (S) curvadas.
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