ES2365623T3 - Portaherramientas con sistema de aspiración. - Google Patents

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ES2365623T3 ES05786096T ES05786096T ES2365623T3 ES 2365623 T3 ES2365623 T3 ES 2365623T3 ES 05786096 T ES05786096 T ES 05786096T ES 05786096 T ES05786096 T ES 05786096T ES 2365623 T3 ES2365623 T3 ES 2365623T3
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Abstract

Portaherramientas con sistema de aspiración, del tipo de los utiizados en las máquinas automáticas de mecanizado por control numrico para la adaptación y sujeción de los distintos útiles de meanizado, caracterizado porque integra en un único dispositivo lafuncionalidad de un portaherramientas automático convencional, pdiendo llevar un elemento retráctil para mejorar la precisión enel control de la profundidad de mecanizado, y un sistema de aspiación para el polvo y las virutas generadas en el proceso, permiiendo en una realización alternativa la utilización de una rótul axial en el palpador que permite la adaptación automática a lasirregularidades de la superficie a mecanizar con la consiguienteminimización del error de mecanizado, y permitiendo asimismo en tra realización alternativa la utilización en los elementos retrctiles de una pluralidad de guías de deslizamiento para mejorar l deslizamiento del elemento palpador. La invención que se preseta aporta las principales ventajas de permitir realizar el mecanzado con una mayor precisión en la profundidad que los sistemas onvencionales, a la par que todos los residuos producidos en el ecanizado son evacuados automáticamente por el sistema de aspiraión, todo ello mediante un único dispositivo

Description

La presente patente se refiere, como su título indica, a un portaherramientas con sistema de aspiración del tipo de los utilizados en los sistemas automáticos de mecanizado con control numérico para la adaptación y sujeción de los distintos útiles de mecanizado, caracterizado porque integra en un único dispositivo la funcionalidad de un portaherramientas automático convencional, pudiendo llevar un elemento retráctil para mejorar la precisión en el control de la profundidad de mecanizado, y un sistema de aspiración para el polvo y las virutas generadas en el proceso, permitiendo en una realización alternativa la utilización de una pluralidad de guías de deslizamiento en los elementos retráctiles para mejorar el deslizamiento del elemento palpador.
Son ampliamente conocidos en la actualidad múltiples y variados tipos de portaherramientas para su utilización en los sistemas automáticos de mecanizado con control numérico. La función de estos portaherramientas es la adaptación mecánica entre el útil de mecanizado propiamente dicho, por ejemplo una fresa, broca, u otros, y el brazo motor de la máquina. Los portaherramientas pueden ser básicamente de dos tipos: fijos y retráctiles. En los de tipo fijo, la profundidad de mecanizado se controla únicamente por las coordenadas suministradas por el sistema de control numérico que controla la máquina automática de mecanizado. En los de tipo retráctil el propio portaherramientas permite efectuar una corrección dinámica complementaria de la coordenada de profundidad de mecanizado en función de las posibles imperfecciones o alabeos de la superficie del material a mecanizar, consiguiendo de esta forma una precisión mucho mayor.
Ambos tipos de portaherramientas, junto con su correspondiente útil acoplado, producen durante el proceso normal de mecanizado del material unos residuos de diferentes clases, que van desde el polvo hasta las virutas. Estos residuos deben ser eliminados de las superficies de trabajo y de su entorno por varias razones, principalmente porque pueden entorpecer el trabajo y la precisión de posteriores operaciones de mecanizado realizadas en el entorno del mismo punto, o incluso producir daños en la superficie del material (especialmente en el caso de virutas), aunque asimismo porque pueden ser peligrosas o incluso tóxicas para el personal cercano a la maquina, dependiendo del material objeto del trabajo. No hay que olvidar tampoco que su eliminación facilita las posteriores labores de limpieza del local de trabajo.
Para lograr esta eliminación de residuos, son comúnmente conocidos y se han empleado tradicionalmente una gran variedad de sistemas externos al portaherramientas, tales como el cepillado manual o semiautomático, el soplado por medio de aire a presión canalizado a través de un tubo, o el aspirado por medio de una campana externa situada alrededor del útil de mecanizado y del portaherramientas. Todos ellos, por su particular constitución, presentan una eficacia limitada, con un elevado porcentaje de pérdidas, ya que producen la absorción o expulsión de residuos en los alrededores del punto de mecanizado. Por otro lado, los tubos de aspiración necesarios originan frecuentes problemas, enganches y averías tanto durante el funcionamiento normal como durante el proceso de cambio de herramientas. Asimismo adolecen de una serie de problemas secundarios, principalmente debido a que su adecuación a sistemas automáticos de mecanizado es problemática y engorrosa, obligando a una complejidad que repercute negativamente en el aspecto funcional de la máquina, incrementando el tiempo requerido para cada operación, a la par que se incrementa el coste económico del mecanizado.
Se ha intentado buscar otras soluciones. Por ejemplo la patente US4101238 “Sierra perforadora con accesorio de aspiración de partículas para taladro manual” presenta una sierra de corona para la realización de grandes perforaciones circulares con taladros de mano y herramientas similares, dotada con un simple mecanismo de aspiración de partículas, que adolece del problema de utilizar como campana de aspiración la propia sierra de corona, con lo cual las partículas generadas en el exterior de la línea de corte no pueden ser aspiradas. Este sistema está pensado únicamente para su utilización en herramientas manuales, y es de difícil aplicación para sistemas automáticos de mecanizado.
La patente GB2082099 “Mandril perforador con mandíbula para taladro manual”, equivalente a la EP0045754, presenta un sistema de aspiración para el portaherramientas de un taladro de mano, sin campana extractora, realizándose la aspiración a través de un canal axial de la propia broca perforadora o herramienta similar. Además de que, debido a su particular constitución, no permite aspirar toda el área de trabajo y adolece del grave problema de necesitar unas brocas o herramientas especiales, con un canal de aspiración incorporado, lo cual las encarece y debilita enormemente. Asimismo está pensada únicamente para herramientas de mano.
Otras variantes de este tipo de herramientas con canal de aspiración a través de las propias herramientas de mecanizado (brocas, fresas, sierras de corona...) las encontramos protegidas en las patentes ES2102918 “Dispositivo para aspirar virutas arrancadas mediante una fresa hueca”, EP0558817 “Broca hueca con dispositivo para la evacuación del polvo”, EP0855244 “Dispositivo aspirador para una maquina herramienta, especialmente para una taladradora o taladradora-percutora” y EP0738558 “Equipo para succión de virutas arrancadas por herramienta de fresado hueca”. Todas ellas adolecen de los mismos inconvenientes y problemas citados anteriormente: están preferentemente indicadas para máquinas de uso manual, no automático, y necesitan de un útil de mecanizado especial, no estándar en el mercado, bien hueco o con un canal de aspiración, que produce la desventaja adicional de producir la absorción de las partículas únicamente por el interior o por un lateral de la herramienta, con lo cual parte de los residuos generados no pueden ser correctamente absorbidos.
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En EP-1066 916 se presenta un portaherramientas según el preámbulo de la reivindicación 1.
Es objeto de la presente invención solventar los problemas arriba mencionados. Dicho objeto se consigue mediante un portaherramientas con sistema de aspiración que presenta las características de la reivindicación
1. En las reivindicaciones dependientes se presentan realizaciones ventajosas de la presente invención.
Está prevista una realización alternativa de construcción con una pluralidad de columnas-guía de menor diámetro, preferentemente tres, distribuidas en forma de matriz circular alrededor del cono de amarre y estando dotadas cada una de esas columnas guía de los correspondientes elementos anti-fricción, preferentemente en la forma de rodamientos, y de los correspondientes muelles internos para propiciar el estado de reposo del conjunto cilíndrico.
Este portaherramientas con sistema de aspiración que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que al estar todo integrado en un único dispositivo, el sistema de mecanizado automático no tiene que perder tiempo en posicionar ningún elemento de limpieza auxiliar, con lo cual los tiempos de trabajo no se ven penalizados, con la consiguiente mejora económica en el rendimiento del proceso.
Otra importante ventaja es que, al estar el portaherramientas con sistema de aspiración dotado con la funcionalidad de los portaherramientas estándar, acepta útiles de mecanizado convencionales, tales como fresas, brocas, o avellanadores, sin necesidad de que éstos sean huecos o estén dotados de ningún canal especial. Asimismo, el cono de amarre a la máquina puede ser cualquiera de los conocidos y comunes en el mercado.
Otra ventaja de la presente invención es que, al estar la boquilla de aspiración situada alrededor del útil de mecanizado, se produce la aspiración de todos los residuos generados, tanto polvo como virutas, exactamente desde el mismo punto de mecanizado, con la consiguiente limpieza y mejora de la precisión del mecanizado, ya que se evita la posibilidad de que alguna viruta pueda desviar ligeramente la cabeza del útil mecanizador durante el proceso. Asimismo, al ser desmontable y fácilmente intercambiable, esta boquilla de aspiración puede estar optimizada tanto en tamaño como en tipo para los distintos tipos de útiles de mecanizado que se coloquen en el portaherramientas.
Otra de las más importantes ventajas a destacar de este portaherramientas es que el mismo sistema de aspiración es susceptible de aplicarse tanto a portaherramientas fijos como a los dotados de elemento retráctil. En estos últimos presenta la gran ventaja sobre los sistemas convencionales conocidos de que, al estar la boquilla de aspiración conectada al elemento retráctil frontal del portaherramientas, el proceso y la precisión de aspiración se adapta perfectamente a las variaciones originadas por el antedicho elemento retráctil.
Asimismo otra ventaja añadida es que, al compartir los mismos elementos de conexión tanto el portaherramientas de tipo fijo, como el de tipo retráctil, pueden coexistir perfectamente los dos tipos dentro del almacén del portaherramientas del sistema automático de mecanizado, con la consiguiente mejora en la flexibilidad y adecuación a las distintas funciones a realizar.
La realización alternativa del portaherramientas con sistema de aspiración dotada de una pluralidad de columnas-guía presenta la importante ventaja añadida de eliminar la necesidad de disponer de un bloqueo o tope antigiro, necesaria en el portaherramientas retráctil de columna-guía única, a la par que gracias al guiado propiciado por varias columnas-guía se minimiza el posible cabeceo o error debido a la variación del ángulo horizontal durante el movimiento de desplazamiento vertical, contribuyendo a mejorar enormemente la precisión de mecanizado de este portaherramientas.
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en los planos anexos se han representado una realización práctica preferencial de un portaherramientas de tipo retráctil, un ejemplo de portaherramientas de tipo fijo que no forma parte de la presente invención, ambos con aspiración, y un último ejemplo de realización práctica preferencial de portaherramientas de tipo retráctil, con aspiración, con una pluralidad de columnas-guía.
En dichos planos, la figura 1 muestra una vista frontal y superior del portaherramientas de tipo retráctil con aspiración.
La figura 2 muestra una vista lateral del portaherramientas de tipo retráctil con aspiración, con los conjuntos de cabeza micrométrica e interruptores finales de carrera incorporados.
La figura 3 muestra una vista transversal del portaherramientas de tipo retráctil con aspiración, con una indicación del camino recorrido por la corriente de aire para la aspiración de residuos.
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La figura 4 muestra una vista frontal y superior del portaherramientas de tipo fijo con aspiración que no forma parte de la presente invención.
La figura 5 muestra una vista transversal del portaherramientas de tipo fijo con aspiración, que no forma parte de la presente invención, con una indicación del camino recorrido por la corriente de aire para la aspiración de residuos.
La figura 6 muestra una vista lateral y superior externas del portaherramientas de tipo retráctil con aspiración y una pluralidad de columnas-guía.
La figura 7 muestra una vista lateral e intermedia transversales del portaherramientas de tipo retráctil, con aspiración, y una pluralidad de columnas-guía mostrando el conducto de aspiración.
La figura 8 muestra una vista lateral e intermedia del portaherramientas de tipo retráctil con aspiración y una pluralidad de columnas-guía, mostrando las cabezas micrométricas utilizadas en los detectores de fin de carrera, con la campana de aspiración eliminada para facilitar el detalle.
La figura 9 muestra una vista frontal y otra lateral del portaherramientas de tipo retráctil y una pluralidad de columnas-guía y de palpador modificado, acoplado al brazo motor de la máquina o “spindle”, detallando los conjuntos de cabeza micrométrica y micro ruptores detectores de fin de carrera asociados para el ajuste de profundidad, con el conducto de aspiración conectado con el sistema extractor externo.
El portaherramientas con sistema de aspiración objeto de la presente invención, esta formado básicamente, en su versión retráctil, como puede apreciarse en el plano anexo, por un soporte (1) plano, de grosor apreciable y forma alargada variable, que incorpora de forma solidaria en su parte superior un bulón posicionador (2), el cono de amarre (3), que es el extremo superior del eje rotatorio principal, y la salida del conducto de aspiración (4), con posibilidad de movimiento vertical con relación al soporte (1) mediante la oportuna holgura en la pasante (5) del soporte (1). El cono de amarre puede tener las medidas y formas particulares de cualesquiera de los distintos tipos de cono de amarre que son estándar en el mercado. En estos tres elementos es donde se realizará la conexión con el brazo de la máquina automática de mecanizado.
El cono de amarre (3) está dotado de movimiento rotatorio de alta precisión y bajo cabeceo con respecto al soporte (1) por medio de los oportunos rodamientos internos (6). En la parte interior hueca del extremo inferior del eje principal se aloja el útil de mecanizado (7), sujetándose mediante el tornillo lateral de fijación (8).
Sobre este cono de amarre (3) se encuentra dispuesto de manera concéntrica el conjunto cilíndrico (9), dotado de movimiento vertical con respecto al antedicho cono de amarre (3), y que lleva anexo en su parte inferior el soporte de aspiración (10), también de forma cilíndrica hueca que forma en su interior y alrededor del extremo inferior del cono de amarre (3) la cámara (11) interna de aspiración. De este soporte de aspiración (10) emerge de forma lateral el conducto de aspiración (4). Este soporte de aspiración (10) dispone asimismo de un tapón (12) para acceder a la cámara (11) y al tornillo lateral de fijación (8) del útil de mecanizado (7) y poder proceder fácilmente a su sustitución. En la parte inferior del soporte de aspiración (10), y de manera solidaria a él, se encuentra el conjunto (13) formado por la campana cónica de aspiración (14) y el palpador interno (15). Este conjunto (13) es fácilmente desmontable del soporte de aspiración (10) mediante cualquiera de los sistemas comúnmente conocidos, tales como rosca, bayoneta, etc....
Por último, y también en un lateral del soporte de aspiración, se encuentra una escuadra de aspiración
(16)
en la que se colocan dos micrómetros (17) utilizados en la calibración del elemento retráctil. Este elemento retráctil está formado por el conjunto cilíndrico (9), y los elementos a él asociados: soporte de aspiración (10), conjunto (13) formado por la campana cónica de aspiración (14) y palpador interno (15), escuadra de aspiración (16) y los micrómetros
(17)
asociados, y también asimismo el conducto de aspiración (4).
Entre el cono de amarre (3) y el conjunto cilíndrico (9) se halla dispuesto de forma concéntrica un muelle (37) cilíndrico, cuya presión propicia que el conjunto cilíndrico (9), y por añadidura todo el elemento retráctil antedicho, se encuentren, en estado de reposo, en la posición más separada del soporte (1). Por la parte externa del conjunto cilíndrico (9) se encuentra situada concéntricamente la columna-guía (18), conectada al soporte (1). Entre el conjunto cilíndrico (9) y la columna-guía (18) se han dispuesto los oportunos rodamientos (19) para permitir el suave desplazamiento vertical del elemento retráctil. Obviamente todo el conjunto del portaherramientas dispone de las oportunas canalizaciones internas de engrase para su correcto funcionamiento. La válvula (36) de engrase permite aportar el apropiado material de engrase.
Durante el funcionamiento normal de este portaherramientas, se conecta primeramente al brazo de la máquina de mecanizado automático con control numérico, por medio del cono de amarre (3), a la par que simultánea y automáticamente se conecta el conducto de aspiración (4) con el ventilador externo, todo ello correctamente posicionado con ayuda del bulón (2). Este proceso lo realiza el brazo de la máquina de mecanizado de manera totalmente automática. Al posicionarse en el punto a mecanizar, el brazo presiona el conjunto del portaherramientas contra la superficie a mecanizar, produciéndose en primer lugar la función de aspiración cónica. Al ir profundizando en el material se llega a un punto en que el palpador interno (15), conectado al antedicho elemento retráctil, toca la superficie del material, propiciando que, venciendo la oposición del muelle (37), todo el conjunto del elemento retráctil retroceda hasta el punto en que los micrómetros (17) a él asociados activen unos interruptores de fin de carrera (21) conectados al brazo (20) del sistema de mecanizado, produciendo la detención de la operación de mecanizado. El correcto ajuste previo de los micrómetros (17) permite que la operación de mecanizado se ajuste fielmente a la profundidad programada en el sistema de mecanizado, con independencia de las posibles tolerancias en la superficie del material. El uso de dos micrómetros (17) permite dotar al sistema de una mayor seguridad.
imagen3
El portaherramientas con sistema de aspiración, no formando de la presente invención, también puede realizarse, por ejemplo, en una versión más simplificada, como versión fija sin elemento retráctil. En este caso, como puede apreciarse en el plano anexo, está formado básicamente por un soporte (22) plano, de grosor apreciable y forma alargada variable, que incorpora de forma solidaria en su parte superior un bulón posicionador (23), el cono de amarre (24), que es el extremo superior del eje rotatorio principal, y la salida del conducto de aspiración (25). El cono de amarre
(24) puede asimismo tener las medidas y formas particulares de cualesquiera de los distintos tipos de cono de amarre que son estándar en el mercado. En estos tres elementos es donde se realizará la conexión con el brazo de la máquina automática de mecanizado.
El cono de amarre (24) está dotado de movimiento rotatorio de alta precisión y bajo cabeceo con respecto al soporte (22) por medio de los oportunos rodamientos internos (26) colocados entre el cono de amarre (24) y el conjunto cilíndrico de cierre (27), conectado al soporte (22). En la parte interior hueca del extremo inferior del eje principal se aloja el útil de mecanizado (28), sujetándose mediante el tornillo lateral de fijación (29).
El conjunto cilíndrico de cierre (27), lleva anexo en su parte inferior el soporte de aspiración (30), también de forma cilíndrica hueca que forma en su interior y alrededor del extremo inferior del cono de amarre (24) la cámara (31) interna de aspiración. De este soporte de aspiración (30) emerge de forma lateral el conducto hueco de aspiración (25). Este soporte de aspiración (30) dispone asimismo de un tapón (32) para acceder a la cámara (31) y al tornillo lateral de fijación (29) del útil de mecanizado (28) y poder proceder fácilmente a su sustitución. En la parte inferior del soporte de aspiración (30), y conectado a él, se encuentra el conjunto (33) que incorpora la campana cónica de aspiración (34). Este conjunto (33) es fácilmente desmontable del soporte (22) mediante cualquiera de los sistemas comúnmente conocidos, tales como rosca, bayoneta, etc....
Obviamente todo el conjunto del portaherramientas dispone de las oportunas canalizaciones internas de engrase para su correcto funcionamiento. La válvula (35) de engrase permite aportar el apropiado material de engrase.
El funcionamiento de este portaherramientas fijo con aspiración es similar al modelo anterior, excepto en que, al carecer del elemento retráctil, en este caso la profundidad de mecanizado es, única y exclusivamente, la controlada por el sistema de mecanizado.
El portaherramientas con sistema de aspiración objeto de la presente invención, también puede realizarse , en una variante alternativa de realización consistente en la sustitución de la columna-guía (18) central y única, conectada al soporte (1) y situada concéntricamente entre el cono de amarre (3) y el conjunto cilíndrico (9) del portaherramientas en su versión retráctil, con una pluralidad de columnas-guía (40) de menor diámetro, preferentemente tres, distribuidas en forma de matriz circular alrededor del cono de amarre (38) y estando dotadas de los correspondientes elementos anti-fricción (41), preferentemente en la forma de rodamientos, y de los correspondientes muelles internos (42) para propiciar el estado de reposo del conjunto cilíndrico (39).
El portaherramientas está dotado asimismo, al igual que en otras realizaciones, de varios, preferiblemente dos, conjuntos de cabeza micrométrica (53) y micro-ruptores (54) detectores de fin de carrera asociados para el ajuste de profundidad, estando normalmente relacionados los conjuntos de cabeza micrométrica (53) con el conjunto cilíndrico (39), o parte móvil, por medio de unas pletinas de sujeción (57), y estando los micro-ruptores
(54) eléctricos instalados en la placa fija superior del portaherramientas. Podemos encontrar un ejemplo de estas posiciones relativas en la Fig. 9, en la que podemos comprobar asimismo como el portaherramientas está acoplado con el brazo motor de la máquina o “spindle” (55), y el conducto de aspiración se encuentra conectado con el sistema extractor (56).
La campana cónica de aspiración (14,34), característica de esta invención, admite varias realizaciones, aplicables tanto para el modelo del portaherramientas fijo como del retráctil en ambas versiones, estando en la realización preferente formada por un cepillo con forma tronco-cónica, constituido por una o varias hileras de fibras individuales flexibles de sección preferentemente cilíndrica. En una realización alternativa, la campana cónica de aspiración (14,34) está formada por una pieza tronco-cónica rígida o semi-rígida, pudiendo estar dotada de una pluralidad de perforaciones complementarias para la entrada de aire.
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Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1 – Portaherramientas con sistema de aspiración del tipo de los utilizados en los sistemas automáticos de mecanizado con control numérico para la adaptación y sujeción de los distintos útiles de mecanizado (7), que integra en un único dispositivo un portaherramientas de precisión de tipo fijo con un sistema de aspiración de los residuos producidos durante el mecanizado en el que entre un soporte de aspiración (10) y un cono de amarre (3) se forma una cámara (11) interna de aspiración cilíndrica, caracterizado por un elemento retráctil formado por un conjunto cilíndrico
    (9) concéntricamente dispuesto sobre el cono de amarre (3), en el que el soporte de aspiración (10), una campana cónica de aspiración (14), un palpador interno (15), un bastidor de aspiración (16) con micrómetros (17) asociados y el conducto de aspiración (4) están conectados al conjunto cilíndrico (9) y en el que los micrómetros (17) que permiten el ajuste de una profundidad de mecanizado predefinida están asociados a interruptores de fin de carrera (21) conectados a un brazo (20) del sistema de mecanizado.
    2 – Portaherramientas con sistema de aspiración, según la anterior reivindicación, en el que la campana cónica de aspiración (14, 34, 44) es desmontable e intercambiable.
    3 – Portaherramientas con sistema de aspiración, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque, en una realización preferente, la campana cónica de aspiración (14, 34, 44) está formada por un cepillo con forma tronco-cónica, constituido por una o varias hileras de fibras individuales flexibles de sección preferentemente cilíndrica.
    4 – Portaherramientas con sistema de aspiración, según una las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque la campana cónica de aspiración (14, 34, 44) está formada por una pieza tronco-cónica rígida o semi-rígida, dotada opcionalmente de una pluralidad de perforaciones complementarias para la entrada de aire.
    5 – Portaherramientas con sistema de aspiración, según una de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque incorpora una pluralidad de columnas-guía (40) de menor diámetro, preferentemente tres, distribuidas en forma de matriz circular alrededor del cono de amarre (38), en sustitución de la columna-guía (18) central y única, conectada al soporte (1) y situada concéntricamente entre el cono de amarre (3) y el conjunto cilíndrico (9) del portaherramientas en su versión retráctil, estando dotadas cada una de las columnas - guía de los correspondientes elementos anti-fricción (41), preferentemente en la forma de rodamientos, y de los correspondientes muelles internos
    (42) para propiciar el estado de reposo del conjunto cilíndrico (39).
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