ES2584608T3 - Dispositivo portaherramientas - Google Patents

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ES2584608T3 ES12721878.2T ES12721878T ES2584608T3 ES 2584608 T3 ES2584608 T3 ES 2584608T3 ES 12721878 T ES12721878 T ES 12721878T ES 2584608 T3 ES2584608 T3 ES 2584608T3
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Txomin Ostra Beldarrain
Asun RIVERO RASTRERO
Germán Rodríguez Canas
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Abstract

El dispositivo portaherramientas comprende medios de sujeción (4) para sujetar una herramienta (24), una parte móvil (2) que puede moverse en dirección axial y un mecanismo neumático (3) que puede inducir un movimiento vibratorio axial a la parte móvil (2). Los medios de sujeción (4) están acoplados a la parte móvil de forma que el movimiento vibratorio axial de la parte móvil (2) se transmite a la herramienta (24).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo portaherramientas Objeto de la invencion
La presente invencion tiene aplicacion en el campo de las operaciones de mecanizado de piezas, en particular a la operacion de taladrado, y se refiere a un dispositivo portaherramientas de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, acoplable a una maquina o equipo mediante un eje mecanizado o cono para amarre.
Mas concretamente, el objeto que la invencion propone permite producir un movimiento vibratorio axial con respecto al movimiento lineal de la maquina y transmitirlo a la herramienta con giro. Un portaherramientas ejemplar se conoce a partir del documento FR2 368 336 A1.
Antecedentes de la invencion
Actualmente, dentro del ambito del mecanizado, el proceso de taladrado y taladrado profundo son operaciones de mecanizado de gran importancia en diversos sectores de la industria, y a pesar de ser una tecnologia que se encuentra en su periodo de madurez, la aparicion de nuevos materiales, herramientas, lubricantes, maquinas, controles, etc., abren un campo de estudio muy extenso para cumplir las exigencias de la productividad y la legislacion medioambiental del mercado.
Las problematicas actuales del taladrado estan vinculadas a la productividad y la calidad superficial y/o dimensional a obtener.
Los problemas tipicos como la generacion de virutas largas y enrolladas durante el taladrado de materiales ductiles y la aparicion de vibraciones no deseadas, son ejemplos de fenomenos a mejorar en el mecanizado de alta productividad de componentes industriales, ya que suponen un aumento del tiempo improductivo, dando lugar ademas a perdidas por la fabricacion de piezas defectuosas e inclusive averias en las maquinas, por lo que la eliminacion de la delaminacion, la reduccion de la rebaba, la disminucion de la temperatura de corte y la mejora de la rugosidad en el taladrado de materiales aeronauticos, son objetivos de gran interes para las empresas del sector.
La aplicacion de vibraciones durante procesos de fabricacion como el mecanizado, soldadura o conformado es una practica relativamente habitual en investigacion e industria para la solucion de los problemas relacionados con metodos convencionales de fabricacion.
Dentro del ambito del taladrado, la aplicacion de un movimiento vibratorio axial relativo al movimiento lineal permite reducir los problemas comentados anteriormente, pues puede reducir la energia requerida para realizar la operacion, incrementar la productividad, facilitar la rotura de las virutas, alargar la vida de las herramientas, incrementar la calidad superficial e interna y permitir trabajar materiales no aptos para ser procesados de forma convencional.
Actualmente existen invenciones que permiten desarrollar este proceso, conocido como taladrado asistido por vibraciones.
Dichas invenciones se pueden clasificar en funcion del lugar en el que se consigue aplicar la vibracion, estando, en primer lugar, los dispositivos que obtienen la vibracion en la herramienta sin que esta gire, en segundo lugar, los dispositivos que hacen vibrar la pieza o probeta a perforar, y finalmente existen los dispositivos en los que la herramienta gira y vibra simultaneamente, grupo en el cual se incluye la presente invencion.
Dentro de esta ultima clase de portaherramientas se encuentra el documento US 6234728 (B1), que comprende un accesorio de montaje para una herramienta de taladrado que posee un soporte de acoplamiento a la maquina, un portaherramientas para fijar la herramienta que avanza y retrocede mediante un guiado axial relativo al soporte y que gira solidariamente junto con el portaherramientas, y que esta compuesto por medios de suspension en la direccion axial para producir movimientos axiales vibratorios en el portaherramientas como resultado de un desplazamiento controlado del soporte respecto a la pieza de trabajo.
En la aplicacion de vibraciones durante el taladrado intervienen fundamentalmente dos factores a controlar, la frecuencia y la amplitud. Dependiendo de la herramienta, del material y del tipo de orificio a taladrar los parametros de la vibracion en punta de herramienta varian, por lo que existe la necesidad de poder modificar tanto la frecuencia como la amplitud de la vibracion.
Dicha vibracion se aplica en la direccion axial de la herramienta siguiendo un patron sinusoidal y amplitud mayor que el avance por filo, lo cual provoca una interruption del corte. Variando la frecuencia y la amplitud del corte el valor del espesor medio de viruta aumenta o disminuye por lo que es necesario poder modificarlo en funcion de las necesidades de cada tipo de taladrado.
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Ademas, en el taladrado de algunos materiales como los compuestos, el valor de la amplitud de la vibracion es un parametro importante a controlar ya que se necesitan amplitudes no muy altas a la salida del orificio debido a la posible delaminacion de las fibras.
Por otra parte, en las operaciones de taladrado suele ser muy comun realizar otras operaciones como el avellanado de los orificios, para lo cual no es necesaria la aplicacion de vibraciones.
En la invention con referencia US 6234728 (B1), existe el problema de que dicho portaherramientas genera las vibraciones a traves del contacto entre la herramienta y la pieza a taladrar por lo que los parametros de frecuencia y vibracion vienen dados para cada caso sin la option de modificar dichos parametros.
Ademas, en caso de hacer algun tipo de operation en la que no se requieran vibraciones, como por ejemplo durante el avellanado de un orificio, dicho portaherramientas no valdria y habria que cambiarlo por otro para realizar la operacion con ausencia de vibraciones.
La presente invencion se basa en el problema de proporcionar un portaherramientas que este concebido para la aplicacion de vibraciones de bajas frecuencias en el que se puedan variar las caracteristicas de la vibracion como la amplitud en funcion de las necesidades del taladrado y la posibilidad de poder seleccionar las vibraciones sin necesidad de cambiar el portaherramientas en operaciones que no necesiten vibraciones en punta de herramienta.
Descripcion de la invencion
La presente invencion se refiere a un dispositivo portaherramientas que supera los inconvenientes antes senalados, pues presenta un cuerpo acoplable a una maquina mediante un cono de amarre y un mecanismo neumatico que permite producir un movimiento vibratorio axial de la herramienta con respecto al movimiento lineal controlado de la maquina y en el que es posible controlar la amplitud de las vibraciones.
Tambien es posible desactivar el estado de las vibraciones sin necesidad de cambiar de portaherramientas para casos en los que no sea apropiado trabajar en ese estado, por lo que se podria utilizar para realizar diferentes operaciones con el mismo dispositivo portaherramientas.
Concretamente, el dispositivo portaherramientas es acoplable a una maquina que puede producir el giro del dispositivo portaherramientas (respecto de una direction axial de la herramienta) y comprende medios de sujecion para sujetar una herramienta. El dispositivo comprende una parte movil que puede moverse en direccion axial y un mecanismo neumatico, donde dicho mecanismo neumatico puede inducir un movimiento vibratorio axial a la parte movil, y por que los medios de sujecion estan acoplados a la parte movil. De esta forma, el movimiento vibratorio axial de la parte movil se trasmite a la herramienta.
El mecanismo neumatico comprende un piston neumatico que efectua un movimiento lineal en dos sentidos de la direccion axial, para generar vibraciones de una manera sencilla.
La parte movil del dispositivo portaherramientas comprende una camara que alberga el piston neumatico de forma que puede deslizarse axialmente en el interior de la camara y unos medios de conduction que permiten llevar aire a presion hasta unos conductos internos que atraviesan el piston y se abren en la camara en caras axialmente opuestas del piston neumatico, produciendo asi su movimiento oscilante que hace que el piston choque alternativamente contra las paredes internas de la camara de la parte movil, provocando un movimiento oscilatorio similar de la parte movil y, por tanto, de la herramienta amarrada a la parte movil.
El dispositivo portaherramientas comprende un cuerpo que comprende un elemento de amarre que permite acoplar el dispositivo a la maquina y un alojamiento en cuyo interior puede desplazarse axialmente la parte movil. El cuerpo comprende un conducto que comunica una fuente de suministro de aire a presion de la maquina con los medios de conduccion de la parte movil. El cuerpo ejerce por tanto las funciones de sujecion a la maquina donde se acopla el dispositivo y alberga ademas la parte movil, la cual hace las funciones de amarrar la herramienta y de hacer vibrar todo el dispositivo mediante un movimiento axial relativo al cuerpo.
El dispositivo portaherramientas puede comprender un regulador que permite variar la amplitud del movimiento axial de la parte movil y por tanto proporciona la posibilidad de variar la amplitud de las vibraciones adecuandolas a cada caso.
El regulador comprende una tuerca que se acopla sobre el cuerpo cerrando el alojamiento en un primer sentido segun la direccion axial para hacer de tope del movimiento de la parte movil en el primer sentido, mientras que en un segundo sentido, segun la direccion axial, el alojamiento queda cerrado y hace de tope del movimiento por el cuerpo. La tuerca puede variar su position en la direccion axial variando la longitud axial del alojamiento.
El regulador puede comprender medios de ajuste que anclan la tuerca a la parte movil del dispositivo para fijar la posicion de dicha tuerca, de manera sencilla e integrada.
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Se contempla la posibilidad de que el dispositivo comprenda un primer tope amortiguador alojado en el interior del alojamiento del cuerpo de modo que se amortigue el choque entre la parte movil y el cuerpo.
Se contempla la posibilidad de que el dispositivo comprenda un segundo tope amortiguador en el regulador para amortiguar el choque de la parte movil con el regulador.
Se contempla finalmente la posibilidad de que el primer y segundo tope de amortiguacion esten fijados a al menos dos caras opuestas de la parte movil mediante medios de fijacion, con el fin de que la holgura entre topes amortiguadores este siempre referida al cuerpo, posibilitando asi la optima variation de la amplitud de vibration a traves del regulador.
Se contempla la posibilidad de que el cuerpo comprenda medios de union que unan la parte movil a dicho cuerpo, de manera que giren solidariamente con el par transmitido, y se logre la funcion de vibracion con giro, de la manera mas sencilla posible.
Se contempla la posibilidad de que el mecanismo neumatico comprenda medios de retorno (por ejemplo un resorte alojado en la camara de la parte movil contra el que puede choca el piston neumatico), para facilitar el cambio de sentido del movimiento lineal efectuado por el piston.
Se contempla la posibilidad de que el dispositivo comprenda un elemento de sellado entre el cuerpo y la parte movil (para que la holgura existente entre el cuerpo y la parte movil este sellada en, al menos, una de sus caras para evitar el escape del aire destinado a activar el mecanismo neumatico).
Se contempla tambien la posibilidad de que el dispositivo comprenda un elemento antifriction (por ejemplo ubicado entre la cara externa de la parte movil y la cara fija del cuerpo) para el guiado axial entre la parte movil y el cuerpo.
Se contempla ademas la posibilidad de que el cuerpo comprenda orificios silenciadores pasantes practicados en su superficie (a modo de valvulas) que expulsan el aire comprimido.
Asi pues, de acuerdo con la invention descrita, el implante que la invention propone constituye un avance en los dispositivos de sujecion hasta ahora utilizados, y resuelve de manera plenamente satisfactoria la problematica anteriormente expuesta, en la linea de favorecer las operaciones de taladrado mediante la vibracion de la herramienta, lo cual se realiza de manera sencilla, con la consiguiente mejora de los procesos de fabricacion y con la consiguiente reduction de costes por la simplification del proceso, todo ello a traves de un diseno sencillo e integrado, que no requiere operarios altamente cualificados para la tarea.
Descripcion de los dibujos
Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica del mismo, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del dispositivo que la invencion propone.
La figura 2 muestra una vista seccionada del dispositivo, donde se pueden apreciar sus componentes, donde se puede apreciar el mecanismo neumatico en detalle, con el piston en posicion superior.
La figura 3 muestra una vista seccionada del dispositivo, con el piston en position inferior.
La figura 4 muestra una vista seccionada de la planta del dispositivo, donde se puede apreciar un detalle de las chavetas.
Realizacion preferente de la invencion
A la vista de las figuras resenadas puede observarse en una de las posibles realizaciones de la invencion un dispositivo portaherramientas que comprende un cuerpo (1) y una parte movil (2), donde la parte movil (2) comprende medios de sujecion (4) de la herramienta (24), preferentemente una pinza de amarre que sujeta la herramienta (24), la cual es el objeto de la vibracion de la invencion, como se puede apreciar en las figuras 2, 3 y 4.
El cuerpo (1) comprende un elemento de amarre (5), que es preferentemente un cono de amarre o eje mecanizado, para su acoplamiento a una maquina, y a traves del cual se transmite un movimiento de giro al cuerpo (y por tanto a la herramienta) y se transfiere el aire a presion de la maquina al dispositivo portaherramientas. Este aire a presion es necesario para el efecto vibratorio del portaherramientas como se explicara a continuation.
El cuerpo (1) comprende un alojamiento en cuyo interior puede desplazarse axialmente la parte movil (2). La parte movil (2) que es preferentemente un eje portapinzas, esta formada por dos partes, una primera parte (19) que presenta un conducto (8) a traves del cual entra aire a presion desde el interior del cono de amarre y una segunda parte (20) a la que se acoplan los medios de amarre (4) de la herramienta (preferentemente una pinza de amarre).
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La fijacion entre dicha primera parte (19) y una segunda parte (20) de la parte movil (2) o eje portapinzas, se realiza preferentemente por medio de tornillos de amarre a lo largo de la zona de contacto entre ellas, de manera que la union de estas partes forma la parte movil (2), como se puede apreciar en las figuras 1,2, 3 y 4.
La parte movil (2) comprende una camara (21) que alberga un piston neumatico (6) generador del movimiento vibratorio, en concreto la segunda parte (20) hace de camisa donde se desliza de forma guiada dicho piston neumatico (6).
El piston neumatico (6) es el elemento encargado de generar el movimiento vibratorio axial del dispositivo portaherramientas, y comprende unos orificios distribuidores o conductos internos (22) que atraviesan el piston neumatico (6) abriendose en la camara (21) en caras axialmente opuestas del piston neumatico (6) y por tanto distribuyen alternativamente el aire a presion en la camara (21) para producir el movimiento axial vibratorio del piston neumatico (6).
La segunda parte (20) comprende unos medios de conduccion (23) que llevan el aire a presion desde el conducto (8) de la primera parte (19) hasta los orificios distribuidores o conductos internos (22) del piston (6).
El movimiento del piston (6) se produce mediante la entrada de aire a traves del cono de amarre, donde el aire es llevado a traves del conducto (8) comunicado con unos conductos internos (22) que atraviesan el piston (6), los cuales reciben el aire y que se comunican con unos medios de conduccion (23) que reciben el aire de manera alternativa, permitiendo asi el movimiento alterno del piston (6).
Las dos posiciones extremas del piston (6) en su movimiento dentro del eje portapinzas son, por un lado, la posicion de contacto con la primera parte (1) y por otro, con la cara interior de la segunda parte (20) del eje portapinzas, como se puede apreciar en las figuras 2 y 3.
En el interior de la camara (21) se aloja un medio de retorno (12), que es preferentemente un resorte o muelle, que ayuda al movimiento del piston (6), y donde ademas, el eje portapinzas (2) comprende, preferentemente, dos orificios (17) que son preferentemente orificios silenciadores, cuya funcion es la de dar salida al aire del sistema, como se puede apreciar en las figuras 1,2, 3 y 4.
En la interfaz existente entre el eje portapinzas (2) y el cuerpo (1) esta situado un medio antifriccion (16), que es preferentemente un casquillo de bronce, para el guiado del eje portapinzas (2), donde dicho casquillo de bronce esta fijado interiormente al cuerpo (1), como se puede apreciar en las figuras 2, 3 y 4.
Para conseguir que el movimiento de rotacion o giro generado sobre el cuerpo (1) se traslade eficazmente a la herramienta a traves del eje portapinzas (2), se han colocado medios de union (9), que son preferentemente tres chavetas antigiro, para que la parte movil (2), preferentemente el eje portapinzas, gire solidariamente con el cuerpo (1), como se puede apreciar en las figuras 1,2, 3 y 4.
Cada una de las chavetas antigiro esta compuesta preferentemente por dos tornillos que estan amarrados al cuerpo (1) de manera que, tanto el movimiento de rotacion como el vibratorio axial del piston (6) se trasladan a la herramienta (24) a traves del eje portapinzas (2).
El dispositivo portaherramientas comprende un regulador (7) de amplitud del movimiento axial, que esta compuesto por una tuerca (14) y medios de ajuste (13) que son preferentemente esparragos, tiene como funcion fijar la libertad de movimiento del eje portapinzas (2) en el interior del cuerpo (1), dejando mas o menos espacio para ejercer la vibracion con distintas amplitudes; donde la tuerca (14) hace de tope del movimiento, y los esparragos son los encargados de fijar la tuerca (14) sobre el cuerpo (1), pudiendo variar el espacio comprendido entre el eje portapinzas (2) y la tuerca (14).
El cuerpo (1) tiene, preferentemente, grabado en su superficie exterior un nonius que indica la amplitud en cada momento y que facilita el ajuste en caso de modificar la amplitud requerida tomando como referencia la tuerca (14), como se puede apreciar en las figuras 1,2, 3 y 4.
El tipo de vibraciones de la presente invencion se consideran de baja frecuencia (entre 0 y 5000 Hz) dependiendo del tamano del accionador neumatico, de la herramienta utilizada, del material a taladrar, etc., pudiendo regularse, tal como se ha indicado anteriormente, la amplitud de las vibraciones mediante el regulador (7) de amplitud del movimiento axial, adaptando el dispositivo a las necesidades propias del proceso.
Por otra parte, se disponen un primer tope amortiguador (10) y un segundo tope amortiguador (11), que son preferentemente topes de goma, en el interior del cuerpo (1) para minimizar el choque entre la parte movil (2) y el cuerpo (1), para lo que hay colocado un tope de goma amarrado a la primera parte (19) de la parte movil (2) por medios de fijacion (18), que son preferentemente dos tornillos, y otro tope de goma amarrado a la segunda parte (20) de la parte movil (2) preferentemente por otros dos tornillos.
Los dos topes de goma se mueven solidarios a la parte movil (2), donde dicha parte movil (2) esta haciendo tope, por un lado, con la cara interior del cuerpo, y por otro lado, con la cara interior del regulador (7) de amplitud, que es el que fija la holgura entre el tope de goma y el regulador (7) de amplitud.
5 A su vez, entre el cono de amarre y la parte individual con la entrada de aire, se encuentra un elemento de sellado (15), que es preferentemente una junta anular que hace de cierre de aire, de modo que guia la entrada del aire hasta el mecanismo neumatico (3), como se puede apreciar en las figuras 2, 3 y 4.
En conjunto, mediante la explicacion que aqui se describe, se hace posible un dispositivo portaherramientas 10 acoplable a una maquina, en el que se amarra una herramienta de taladrado, y que permite obtener movimientos vibratorios de esta a medida que avanza, a traves de un mecanismo neumatico, donde la entrada de aire se realiza a traves del acoplamiento con la maquina o equipo y produce el movimiento de un piston que es el encargado de dotar a la herramienta de un movimiento axial vibratorio respecto al movimiento lineal controlado del soporte, como se puede apreciar a la vista de las figuras 1,2 y 3.
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Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo portaherramientas acoplable a una maquina que puede producir el giro del dispositivo, comprendiendo el dispositivo medios de sujecion (4) para sujetar una herramienta (24) y un cuerpo (1) que comprende un elemento de amarre (5) que permite acoplar el dispositivo a la maquina, en donde esta comprende una parte movil (2) que puede moverse en una direccion axial, caracterizado por que dichos medios de sujecion (4) estan acoplados a la parte movil (2), en donde dicha parte movil (2) comprende una camara (21) que aloja un mecanismo neumatico (3) que comprende un piston neumatico (6) que efectua un movimiento lineal en al menos dos sentidos, de manera que puede deslizarse axialmente dentro de la camara (21), en donde dicho mecanismo neumatico (3) puede causar un movimiento vibratorio axial a la parte movil (2), en donde la parte movil (2) comprende ademas medios de conduccion (8, 23) configurados para suministrar aire comprimido hasta dicho mecanismo neumatico (3) a traves de dicho elemento de amarre (5) y en donde el piston neumatico (6) comprende ademas conductos internos (22), siendo transportado dicho aire comprimido a dichos conductos internos (22) que atraviesan el piston (6) y se abren en la camara (21) en caras axialmente opuestas del piston neumatico (3), produciendo asi el movimiento vibratorio axial del piston neumatico (6).
  2. 2. Dispositivo portaherramientas segun la reivindicacion 1, que comprende un regulador (7) que permite variar la amplitud del movimiento axial de la parte movil (2).
  3. 3. Dispositivo portaherramientas segun la reivindicacion 2, en el que el regulador (7) comprende una tuerca (14) que esta acoplada sobre el cuerpo (1) cerrando el alojamiento en un primer sentido segun la direccion axial para hacer de tope del movimiento de la parte movil (2) en el primer sentido, mientras que el cuerpo (1) cierra el alojamiento en un segundo sentido segun la direccion axial y hace de tope del movimiento, y por que la tuerca (14) puede variar su posicion en la direccion axial variando la longitud axial del alojamiento.
  4. 4. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el que el regulador (7) comprende medios de ajuste (13) que anclan la tuerca (14) a la parte movil (2) del dispositivo para fijar la posicion de dicha tuerca (14).
  5. 5. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un primer tope amortiguador (10) alojado en el interior del alojamiento para amortiguar el choque de la parte movil (2) con el cuerpo (1).
  6. 6. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que comprende un segundo tope amortiguador (11) en el regulador para amortiguar el choque de la parte movil (2) con el regulador (7)
  7. 7. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de union (9) que unen la parte movil (2) al cuerpo (1).
  8. 8. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el mecanismo neumatico (3) comprende medios de retorno (12).
  9. 9. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un elemento de sellado (15) entre el cuerpo (1) y la parte movil (2).
  10. 10. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un elemento antifriccion (16) para el guiado axial entre la parte movil (2) y el cuerpo (1).
  11. 11. Dispositivo portaherramientas segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte fija (1) tiene orificios silenciadores (17) pasantes practicados en su superficie que permiten la salida de aire del dispositivo.
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