ES2953447T3 - Conjuntos de montaje de herramientas y métodos de funcionamiento de los mismos - Google Patents

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Abstract

Un conjunto de montaje de herramienta (4) para acoplar una herramienta (2) a un accionamiento giratorio de una máquina herramienta. El conjunto comprende un soporte (6) que tiene un eje longitudinal (10) y que define una superficie de acoplamiento (22) para acoplarse con una herramienta que se va a girar alrededor del eje longitudinal, y al menos tres cámaras (20) expandibles independientemente dentro del soporte para recibir un material fluido. Cada cámara está acoplada mecánicamente a una porción respectiva de la superficie de acoplamiento, de modo que un aumento en la presión dentro de la cámara por encima de un umbral predeterminado expande la cámara, lo que hace que la porción acoplada de la superficie de acoplamiento se mueva en una dirección radial con respecto a la eje longitudinal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjuntos de montaje de herramientas y métodos de funcionamiento de los mismos
Campo de la invención
La presente invención hace referencia a conjuntos de montaje de herramientas para acoplar una herramienta a una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta y métodos de funcionamiento de los mismos.
Antecedentes de la invención
Los conjuntos utilizados para situar y sujetar herramientas en máquinas herramientas deben situar la herramienta con precisión en su posición de forma repetida y tener una gran rigidez. Los conjuntos deben ser robustos y adecuados para su utilización en condiciones difíciles en las que pueden girar a altas velocidades, accionarse con una potencia considerable y estar expuestos a refrigerantes a alta presión.
Los sistemas de sujeción existentes afirman ofrecer una alta repetibilidad de la precisión posicional, pero han resultado inadecuados para aplicaciones sometidas a grandes esfuerzos. También se ha comprobado que poseen una rigidez inadecuada para soportar fuerzas de proceso elevadas.
El documento WO2008/054295 describe un dispositivo de sujeción hidromecánico para sujetar de forma liberable un eje de herramienta. Un soporte define una cámara en la que un pistón anular se puede mover de forma axial. El movimiento axial del pistón en una primera dirección produce la compresión radial de un manguito interior y el movimiento axial del pistón en una segunda dirección opuesta a la primera dirección produce la expansión radial del manguito interior. El documento GB2112677 hace referencia a un dispositivo de expansión para la sujeción axial y radial de un elemento anular en un mandril. Se puede actuar sobre varias cámaras parcialmente anulares de forma independiente unas de otras.
Resumen de la invención
La presente invención está dirigida a un conjunto de montaje de herramientas para acoplar una herramienta a una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta, comprendiendo el conjunto: una montura que tiene un eje longitudinal y extremos axialmente interior y exterior, definiendo la montura una superficie de acoplamiento para acoplarse con una herramienta que va a girar alrededor del eje longitudinal, y al menos tres cámaras expansibles de forma independiente dentro de la montura para recibir un material con capacidad de fluir,
en donde cada cámara se acopla mecánicamente a una parte respectiva de la superficie de acoplamiento, de tal forma que un aumento de la presión dentro de la cámara por encima de un umbral predeterminado expande la cámara, lo que provoca que la parte acoplada de la superficie de acoplamiento se mueva en una dirección radial con respecto al eje longitudinal.
De acuerdo con la invención, el conjunto incluye una placa de extremo y una disposición de fijación para fijar la placa de extremo a la montura con el fin de retener una herramienta entre una superficie transversal orientada axialmente hacia el interior de la placa de extremo y a una superficie transversal de la montura.
Un conjunto de montaje de este tipo es capaz de sujetar una herramienta con una gran precisión de posición de forma repetitiva y ofrecer una gran rigidez. La elevada rigidez de la interfaz entre el conjunto de montaje de herramientas y la herramienta permite transmitir grandes fuerzas de proceso a la herramienta. El conjunto de montaje también puede funcionar en condiciones difíciles. También puede ser adecuado para su utilización en un sistema de cambio automático de herramientas.
En el dispositivo de sujeción conocido del documento WO2008/054295, se proporciona un fluido a presión en una cámara anular. Se ha descubierto que, en esta configuración, el fluido es capaz de migrar circunferencialmente alrededor de la cámara y, por consiguiente, moverse circunferencialmente alrededor del dispositivo de sujeción, lo que provoca inestabilidad. En el conjunto de montaje de herramientas descrito en la presente memoria, se proporcionan al menos tres cámaras expansibles de forma independiente diferentes dentro de la montura para recibir un material con capacidad de fluir. El material con capacidad de fluir no puede fluir o migrar de una cámara a otra. Esto puede proporcionar un mayor grado de rigidez y estabilidad.
La presión dentro de cada cámara se puede ajustar individualmente durante el proceso de montaje de la herramienta. Esto puede proporcionar una rigidez, en esencia, uniforme. Puede producir una disposición de montaje altamente estable, y se puede lograr una repetibilidad de nivel micrométrico en el posicionamiento de la herramienta.
Preferiblemente, las partes acopladas de la superficie de acoplamiento se separan alrededor de la superficie de acoplamiento en una dirección circunferencial alrededor del eje longitudinal. En algunas formas de realización, se pueden separar, en esencia, por igual alrededor de la superficie de acoplamiento en esta dirección circunferencial.
En algunas formas de realización, la montura puede incluir más de tres cámaras expansibles. Si hay más de tres cámaras, es preferible que el número sea impar.
Cada cámara puede tener un ajustador de presión respectivo que se acciona para ajustar la presión de un material con capacidad de fluir en la cámara asociada. Alternativamente, la presión dentro de cada cámara se puede ajustar de forma individual acoplando cada cámara a una bomba externa y ajustando la presión del material con la bomba según convenga.
En algunas formas de realización, la superficie de acoplamiento puede ser una superficie orientada radialmente hacia el exterior y la dirección radial en la que se mueven las partes acopladas de la superficie de acoplamiento es radialmente hacia el exterior. En esta configuración, el conjunto puede ser adecuado para acoplarse con una herramienta situada alrededor del exterior de la superficie de acoplamiento. Por ejemplo, la superficie de acoplamiento puede ser cilíndrica y coaxial con el eje longitudinal del conjunto. Puede ser adecuada para acoplarse a una abertura central de una rueda abrasiva, por ejemplo.
El cuerpo de montaje puede tener la forma de una nariz de husillo para recibir una rueda abrasiva. En otras formas de realización, el cuerpo de montaje puede, durante su utilización, unirse a una nariz de husillo de una unidad de accionamiento en rotación.
El conjunto incluye una placa de extremo y una disposición de fijación para fijar la placa de extremo a la montura con el fin de retener una herramienta entre la placa de extremo y la montura. Una placa de extremo de este tipo puede proporcionar la restricción adicional de la herramienta. Como medida de seguridad, puede impedir que una herramienta se desmonte de la máquina herramienta si falla el conjunto de montaje de la herramienta. Si una herramienta es capaz de separarse de su montura bajo cargas elevadas y a altas velocidades, esto podría representar un riesgo significativo para la seguridad de un operario y podría causar daños significativos a la máquina. La provisión de una placa final minimiza aún más este riesgo.
En otras formas de realización, la superficie de acoplamiento puede ser una superficie orientada hacia el interior con la dirección radial de movimiento de las partes acopladas de la superficie de acoplamiento orientadas radialmente hacia el interior. De este modo, el conjunto de montaje de la herramienta se puede adaptar para que se acople con una superficie de la herramienta situada adyacente a la superficie de acoplamiento orientada hacia el interior, como por ejemplo el eje de una herramienta.
Cada una de las cámaras se puede definir mediante un cuerpo de montaje de la montura. Las cámaras se pueden mecanizar a partir del material del cuerpo. Cada cámara se puede formar de forma que deje una región de material relativamente delgada adyacente a la superficie de acoplamiento de la montura. Una pared de cada cámara puede formar la parte acoplada respectiva de la superficie de acoplamiento, en donde la pared se puede deformar elásticamente. La forma de la pared se puede modificar variando la presión dentro de la cámara asociada.
En otras formas de realización, cada cámara se define mediante un subconjunto respectivo que se proporciona dentro del cuerpo de montaje. El cuerpo de montaje puede definir una cavidad para cada subconjunto en el que se inserta.
Preferiblemente, cada parte acoplada de la cámara de la superficie de acoplamiento es alargada en la dirección axial. Esto sirve para mejorar la capacidad del conjunto de montaje para agarrar una herramienta con el fin de resistir la rotación de la herramienta en relación con el conjunto alrededor del eje de rotación longitudinal.
Cada ajustador de presión puede comprender un cilindro y un pistón que se puede deslizar dentro del cilindro, y un mecanismo de ajuste para variar la posición del pistón en el cilindro y para retener el pistón en una posición seleccionada, y en donde se define una trayectoria de fluido entre cada cilindro y la cámara respectiva.
Preferiblemente, cada mecanismo de ajuste incluye un control accionable por el usuario que permite a éste ajustar la presión dentro de la cámara asociada. En las formas de realización que incluyen una placa de extremo, cada control puede ser transportado por la placa de extremo.
La presente invención proporciona además un método de montaje de una herramienta en una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta utilizando un conjunto de montaje de herramientas según se describe en la presente memoria, que comprende las etapas de:
proporcionar la herramienta adyacente a la superficie de acoplamiento; y
aumentar de forma selectiva la presión respectiva de un material con capacidad de fluir en cada una de las cámaras para sujetar la herramienta en la superficie de acoplamiento.
Breve descripción de los dibujos
Las formas de realización de la invención se describirán ahora a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en donde:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una rueda abrasiva montada en un conjunto de montaje de herramientas que encarna la invención;
La Figura 2 es una vista en perspectiva en corte parcial de un cuerpo de montaje del conjunto mostrado en la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de una parte del cuerpo de montaje del conjunto de la Figura 1 modelado utilizando análisis de elementos finitos;
La Figura 4 es una vista en sección transversal de parte del conjunto y la rueda mostrados en la Figura 1; La Figura 5 es una vista de alzado de la combinación de rueda y conjunto de la Figura 1;
La Figura 6 es una vista de perfil del conjunto y de la configuración de rueda de la Figura 1; y
La Figura 7 es una vista de perfil en sección transversal del conjunto y la configuración de rueda de la Figura 1 a lo largo de la línea marcada E-E en la Figura 5.
Descripción detallada de los dibujos
En las Figuras 1 a 7 se representa un conjunto de montaje de herramientas que encarna la invención. Esta forma de realización se adapta para llevar una rueda abrasiva 2.
El conjunto 4 comprende una montura que tiene un cuerpo de montaje 6. El cuerpo de montaje incluye orificios de montaje 8 para permitir que el cuerpo de montaje se fije a una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta para la rotación alrededor de su eje longitudinal 10 (este eje está marcado en las Figuras 6 y 7).
Se pueden formar orificios (no mostrados en las figuras) en el cuerpo de montaje para recibir pasadores o clavijas de localización que se reciben en orificios formados en la unidad de accionamiento en rotación (o en la nariz del husillo de una unidad de accionamiento en rotación, por ejemplo, cuando el cuerpo de montaje actúa como adaptador entre una herramienta y la nariz de husillo). Esto proporcionaría una mayor certeza en la ubicación del cuerpo de montaje en relación con la unidad y garantizaría aún más la repetibilidad de esta precisión de posicionamiento cuando un cuerpo de montaje se retira y se reemplaza en la unidad de accionamiento en rotación.
El cuerpo de montaje define tres cámaras expansibles 20. Cada cámara es alargada en la dirección axial.
El cuerpo de montaje define una superficie de acoplamiento cilíndrica 22 para el acoplamiento con una abertura central en la rueda abrasiva 2.
Cada cámara se extiende cerca de la superficie de acoplamiento, de modo que una pared relativamente delgada 24 de material forma parte de la superficie de acoplamiento por un lado y parte de la cámara 20 por el otro.
El espesor de la pared puede ser alrededor de 1 mm, por ejemplo. El espesor de la pared para una aplicación particular dependerá de la longitud de la cámara y del diámetro del cuerpo de montaje.
En formas de realización alternativas, cada cámara se puede definir mediante una pieza diferente del cuerpo de montaje que se inserta en una cavidad o ranura correspondiente definida por el cuerpo de montaje. Este subconjunto puede formar parte de la propia superficie de acoplamiento 22. Alternativamente, se puede proporcionar cerca de la superficie de acoplamiento con el fin de que se a capaz de deformar una pared 24 formada por el cuerpo de montaje.
Un extremo exterior de cada cámara está cerrado por un cierre 30. Cada cierre incluye una boquilla de llenado o válvula 32. Durante la utilización, cada cámara se llena y se purga por medio de la boquilla de llenado 32 con un material con capacidad de fluir adecuado. Este material puede ser, por ejemplo, un aceite, grasa, polvo u otro material que se pueda desplazar y fluir de manera, en esencia, uniforme, homogénea y sea resistente a la compresión.
Cada cámara se acopla por medio de una trayectoria de flujo o galería a un ajustador de presión 40 asociado. El ajustador de presión se puede accionar para ajustar la presión del material con capacidad de fluir en la cámara asociada. La trayectoria de flujo se acopla a la cámara por medio de un puerto 34 y al regulador de presión por medio de un puerto 42.
El ajustador de presión 40 comprende un pistón 44 que se puede deslizar dentro de un cilindro 46 definido por el cuerpo de montaje. Un mecanismo de ajuste 48 permite variar la posición del pistón dentro del cilindro y mantenerlo en una posición seleccionada.
Cada mecanismo de ajuste 48 incluye un control 50 accionado por el usuario que permite a éste ajustar la posición del pistón 44 dentro del cilindro 46. De este modo, el usuario es capaz de ajustar la presión del material con capacidad de fluir dentro del cilindro y, por consiguiente, dentro de la cámara 20 asociada. En la forma de realización ilustrada, el control tiene la forma de un elemento con capacidad de giro. A modo de ejemplo, incluye un zócalo 52 para la inserción de una herramienta por parte de un usuario para facilitar la rotación del control.
El mecanismo de ajuste incluye una disposición que convierte el movimiento de rotación del control 50 en un movimiento lineal que se transfiere al pistón 44. Se apreciará que esto se puede lograr de varias maneras, por ejemplo, por medio de una rosca de tornillo o una superficie de leva. Por ejemplo, el control 50 puede tener una rosca de tornillo formada en su periferia que se acople con una rosca complementaria formada en el cuerpo de montaje. Alternativamente, se puede formar una superficie de leva en un extremo interior del control que se acople con una superficie de seguimiento de leva de otro componente 54 del mecanismo de ajuste.
La provisión de un regulador de presión asociado a cada cámara permite ajustar la presión dentro de cada cámara de forma independiente de las demás para controlar de forma precisa el montaje de una herramienta en el conjunto de montaje de la herramienta.
La Figura 3 se ha generado modelando la deformación de un cuerpo de montaje en un conjunto de montaje de herramientas que encarna la invención utilizando análisis de elementos finitos. Se puede observar que la pared delgada 24 que forma parte de la superficie de acoplamiento 22 se ha deformado radialmente hacia el exterior en aquellas partes que están acopladas mecánicamente a una cámara expansible 20 respectiva. La magnitud de la deformación se ha exagerado en el dibujo a efectos ilustrativos.
El conjunto de montaje de herramientas representado en los dibujos también incluye una placa de extremo 60. En la forma de realización ilustrada, la placa de extremo se fija al cuerpo de montaje mediante un perno 62. La placa de extremo comprende una parte de brida 64 que se extiende radialmente y que tiene un diámetro mayor que la superficie de acoplamiento 22. También incluye una parte central 66 que se extiende axialmente. La parte de brida 64 define una superficie transversal 68 para el acoplamiento con una herramienta transportada por el conjunto de montaje de herramientas. La parte 66 que se extiende axialmente se recibe en un rebaje complementario 70 definido por el cuerpo de montaje. El perno 62 es coaxial con el eje longitudinal de la montura y se recibe en una abertura 72 que se extiende a través tanto de la parte de brida 64 como de la parte que se extiende axialmente 66 de la placa de extremo. Una parte de extremo roscada del perno 62 se acopla con una rosca complementaria formada en el cuerpo de montaje.
En lugar de utilizar un único perno 62 para fijar la placa de extremo al cuerpo de montaje situado en el centro de la placa de extremo, se podrían utilizar varios pernos. Por ejemplo, se podría disponer un anillo de pernos. Cada perno se situaría preferiblemente entre cada una de las combinaciones de cámara y ajustador, para evitar la trayectoria de fluido necesaria entre la cámara y el ajustador de cada combinación. La utilización de varios pernos en lugar de uno solo puede permitir que las fuerzas de fijación se apliquen de manera más uniforme a la placa de extremo y/o permitir que se aplique una mayor fuerza de fijación a la placa de extremo. Sin embargo, la utilización de un solo perno puede ser más adecuado para su utilización con un sistema automatizado de montaje de herramientas, ya que el proceso de fijación sería más sencillo.
La placa de extremo se utiliza para retener, pero no para sujetar íntimamente una herramienta montada en el conjunto de montaje de la herramienta entre su superficie transversal 68 orientada hacia el interior y una superficie transversal 74 definida por el cuerpo de montaje. De este modo, la placa de extremo actúa como elemento de seguridad, impidiendo que una herramienta se separe de la montura en caso de fallo de una de las cámaras. Preferiblemente, no sujeta la herramienta en su lugar, de modo que no impide las fuerzas de centrado y sujeción ejercidas sobre la herramienta por las cámaras expansibles. En su lugar, retiene estrechamente la herramienta en dirección axial.
En la forma de realización ilustrada, la placa de extremo lleva los controles 50 accionables por el usuario. También lleva cierres 80 para proporcionar un sellado sobre la boquilla de llenado 32. Los cierres 80 se pueden acoplar enroscándose en la placa de extremo para permitir el acceso a la boquilla de llenado cuando y como sea necesario.
Una herramienta se puede retirar del conjunto de montaje de herramientas manualmente o utilizando un sistema automatizado de cambio de ruedas.
El cuerpo de montaje puede estar formado, por ejemplo, por un acero nitrurado de alta calidad, templado y revenido para ofrecer una buena resistencia a la fatiga en las regiones deformables.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de montaje de herramientas (4) para acoplar una herramienta (2) a una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta, comprendiendo el conjunto:
una montura (6) que tiene un eje longitudinal (10) y extremos axialmente interior y exterior, definiendo la montura una superficie de acoplamiento (22) para acoplarse con una herramienta que ha de girar alrededor del eje longitudinal, y al menos tres cámaras expansibles de forma independiente (20) dentro de la montura para recibir un material con capacidad de fluir,
en donde cada cámara se acopla mecánicamente a una parte respectiva (24) de la superficie de acoplamiento, de tal forma que un aumento de la presión dentro de la cámara por encima de un umbral predeterminado expande la cámara, lo que provoca que la parte acoplada de la superficie de acoplamiento se mueva en una dirección radial con respecto al eje longitudinal,
caracterizado por que
el conjunto incluye una placa de extremo (60) y una disposición de fijación (62) para fijar la placa de extremo a la montura con el fin de retener una herramienta (2) entre una superficie transversal orientada axialmente hacia el interior (68) de la placa de extremo y una superficie transversal (74) de la montura (6).
2. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las partes acopladas (24) de la superficie de acoplamiento (22) se separan, en esencia, por igual alrededor de la superficie de acoplamiento en una dirección circunferencial alrededor del eje longitudinal (10).
3. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la superficie de acoplamiento (22) es una superficie orientada radialmente hacia el exterior y la dirección radial es radialmente hacia el exterior.
4. Un conjunto de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la superficie de acoplamiento (22) es cilíndrica para acoplarse con una abertura central de una rueda abrasiva (2).
5. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la superficie de acoplamiento es una superficie orientada radialmente hacia el interior y la dirección radial es radialmente hacia el interior.
6. Un conjunto de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde la montura tiene un cuerpo de montaje (6) y cada una de las cámaras (20) se define mediante el cuerpo de montaje.
7. Un conjunto de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde una pared (24) de cada cámara forma la parte acoplada respectiva de la superficie de acoplamiento (22), y la pared se puede deformar elásticamente.
8. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde cada cámara (20) se define mediante un subconjunto respectivo que se proporciona dentro del cuerpo de montaje (6).
9. Un conjunto de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde cada parte acoplada (24) de la superficie de acoplamiento es alargada en la dirección axial.
10. Un conjunto de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde cada cámara (20) tiene un ajustador de presión respectivo (40) que se puede accionar para ajustar la presión de un material con capacidad de fluir en la cámara asociada.
11. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 10, en donde cada ajustador de presión (40) comprende un cilindro (46) y un pistón (44) que se puede deslizar dentro del cilindro, y un mecanismo de ajuste (48) para variar la posición del pistón en el cilindro y para retener el pistón en una posición seleccionada, y en donde se define una trayectoria de fluido entre cada cilindro y la cámara respectiva.
12. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 11, en donde cada mecanismo de ajuste (48) incluye un control que se puede accionar por el usuario (50) que permite a un usuario ajustar la presión dentro de la cámara asociada.
13. Un conjunto de acuerdo con la reivindicación 12, en donde cada control (50) es transportado por la placa de extremo (60).
14. Un método de montaje de una herramienta (2) en una unidad de accionamiento en rotación de una máquina herramienta utilizando un conjunto de montaje de herramientas de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende los etapas de:
proporcionar la herramienta adyacente a la superficie de acoplamiento (22); y
aumentar de forma selectiva la presión respectiva de un material con capacidad de fluir en cada una de las cámaras (20) para sujetar la herramienta en la superficie de acoplamiento.
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