MORDAZA DE CARRERA AJUSTABLE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención SP refiere generalmente a dispositivos de su]ec?on y colocación y, mas particularmente, a una mordaza motorizada o mecanismo de colocación que tiene una carrera ajustable. Las mordazas motorizadas comunmente se utilizan en aplicaciones industriales para mantener piezas de trabajo de muchos tamaños y formas durante las operaciones de formar y maquinar. Tales dispositivos incluyen un cilindro neumática o hidráulicamente accionado que provoca que uno o mas brazos se muevan a través de un rango deseado de movimiento rotacional para empujarse contra una pieza de trabajo. Dependiendo de la aplicación especifica, el usuario puede desear accionar uno o dos brazos que pueden alinearse vertical u horizontalmente en un ambiente contaminado con salpicadura de la soldadura, pedazos de la sierra, refrigerantes, polvo y tierra. Dos mordazas convencionalmente motorizadas se describen en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,171,001 titulada "Seadler Power Clamp" y 5,884,903 titulada "Powered Clamp and Gauging Apparatus", ambas de las cuales se incorporan en la presente para referencia. Cuando se opera una mordaza motorizada o mecanismo de colocación, con frecuencia se desea limitar el rango de -novimiento del cilindro dentro ae una cierta ventanilla de
operación. Varias mordazas tradicionalmente motorizadas se han modificado para proporcionar un método para ajustar la carrera del cilindro de la mordaza. Los dispositivos más comunes incluyen un tornillo roscadamente acoplado con la tapa extrema posterior que se extiende dentro del 'cilindro de pistón. La colocación del tornillo puede ajustarse al girar el tornillo ajustando con esto la posición de un retén para el pistón. Desafortunadamente, varios componentes deben moverse o removerse temporalmente para realizar los procesos de ajuste. Específicamente, los detectores de proximidad deben moverse después de cada ajuste. Además, ' varias herramientas se requieren para completar estas etapas. Los tornillos de ajuste utilizados dentro de la mordaza son muy grandes si ha de acomodarse un amplio rango de carrera. Una longitud incrementada del tornillo de ajuste incrementa las longitudes generales del cilindro que también incrementa la probabilidad de interferencia y daño del tornillo de ajuste y el pistón. Tales cilindros alargados también requieren indeseablemente espacio extra en la planta de fabricación de uso final. Si el tornillo de ajuste se acorta, la carrera se acorta correspondientemente incrementando con esto el número de modelos de cilindro requeridos para proporcionar un cierto rango de carrera. De acuerdo con las enseñanzas de la presente
intención, una modalidad preferida de una mordaza de carrera a ustable incluye un primer pistón y un segundo pistón mterconectados por un arreglo del sujetador roscado para que la posición del primer pistón pueda ajustarse y mantenerse con relación a la posición del segundo pistón. Por consiguiente, ya que la longitud de un cilindro de pistón se fija, la carrera de una varilla de pistón puede ajustarse al ajustar la distancia relativa entre los dos pistones. Otro aspecto de la presente invención incluye un aparato para colocar una mordaza o pieza de trabajo que tiene un cuerpo, un accionador motorizado que se mueve generalmente en forma lineal colocado en el cuerpo, y un mecanismo para ajustar una carrera disponible del accionador. El accionador tiene un primer pistón acoplado a un segundo pistón. La carrera disponible se define por una distancia ampliada por el primer y segundo pistones. La mordaza de carrera ajustable y el aparato de colocación de la presente invención es altamente ventajoso sobre las mordazas convencionales ya que la presente invención incluye un impulsor flotante para acoplar la cabeza de una varilla roscada. La varilla de pistón, la cual se rosca internamente en combinación con el impulsor flotante permite el ajuste de la carrera con una llave alien sencilla, ademas, no se requiere ningún desensamble para ajustar la carrera de la mordaza. Debido a que las mordazas con
frecuencia se utilizan en ambientes altamente contaminados, es altamente deseable ser capaz de ajustar la carrera del cilindro sin desensamblarla. Otra ventaja de la presente invención es que los pistones mismos transportan pernos de sonda o de detector que cooperan con detectores próximos para indicar la 'posición de los pistones dentro del cilindro. A diferencia de otros dispositivos actualmente disponibles, la presente invención no requiere una recolocación de los detectores después de un ajuste de carrera. También, se requiere menos aire para accionar la mordaza cuando los pistones se separan. Un ahorro * de costo operacional puede realizarse basándose en el 'volumen reducido del fluido comprimido requerido. Áreas adicionales de aplicabilidad de la presente invención se volverán aparentes a partir de la descripción detallada proporcionada a continuación. Se debe entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, mientras indiquen la modalidad preferida de la invención, se pretenden para propósitos de ilustración solamente y no se pretende para limitar el alcance de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se entenderá más completamente a partir de la descripción detallada y los dibujos anexos, en donde: la Figura 1 es una vista en perspectiva en despiece
que muestra la modalidad preferida de una mordaza de carrera ajustable de la presente invención; la Figura 2 es una vista lateral en corte transversal, tomada a lo largo de la línea 2-2 de la FIGURA 1, que muestra la modalidad preferida de la presente invención; la Figura 3 es una vista lateral en corte transversal, igual que la FIGURA 2, que muestra un accionador de la mordaza de la modalidad preferida, localizada en una colocación completamente retraída; la Figura 4 es una vista lateral en corte transversal que muestra un primer pistón separado de un segundo pistón de un accionador empleado en la modalidad preferida de la mordaza de la presente invención; la Figura 5 es una vista en perspectiva en despiece de una primera modalidad de un accionador empleado en la modalidad de la presente invención; la Figura 6 es una vista en despiece de una segunda modalidad preferida de un accionador empleado en la mordaza de la presente invención; la Figura 7 es una vista lateral en corte transversal que muestra el segundo accionador de la modalidad preferida de la mordaza de la presente invención; la Figura 8 es una vista lateral en despiece parcial de la modalidad preferida de la mordaza de la
presente invención; la Figura 9 es una vista lateral en corte transversal de una modalidad alternativa de la mordaza de la presente invención; y la Figura 10 es una vista en extremo de corte transversal de la modalidad alternativa de l'a ' presente invención mostrada en la Figura 9. Las FIGURAS 1 y 2 muestran una primera modalidad preferida de una mordaza ajustable y mecanismo 20 de colocación construido de acuerdo con las enseñanzas de la presente invención. La mordaza 20 ajustable incluye un cuerpo o alojamiento 22, un accionador 24, una conexión '28, un cigüeñal 30, un borne 32, y un brazo 34. El brazo 34 se localiza externo al cuerpo 22 mientras que los otros componentes antes mencionados se disponen internamente dentro del cuerpo. El brazo 34 pueden invertirse para unir una cara del borne 32 en cualquier lado del cuerpo 22. Alternativamente, un par de brazos pueden acoplarse en ambas caras del borne 32. El cuerpo 22 se forja o se extruye preferiblemente de aluminio 6061-T6 y después se maquina como una parte unitaria hueca. Una tapa 36 de extremo se sujeta sobre un extremo próximo al cuerpo 22 mientras que una cubierta 38 frontal se acopla roscadamente con un extremo distal abierto del cuerpo 22. Los sellos y anillos en O elastoméricos, o
similares, se disponen entre la Lapa 36 de extremo, la cubierta 33 frontal y el cuerpo 2_. Una vez que cada uno de los componente internos de la mordaza ajustable se han ensamblado, una cavidad 40 dentic del extremo distante del cuerpo 22 se llena con lubricante y se sella por la cubierta 38 frontal. Por consiguiente, la naturaleza de una pieza del cuerpo 22 ayuda a lograr un sellado completo y a lubricar permanentemente el ensamble de mordaza ajustable. El accionador 24 incluye un primer pistón 42, un segundo pistón 44, una varilla 46 de pistón cilindrica alargada y una varilla 48 roscada. El primer pistón 42 y el segundo pistón 44 se pueden trasladar linealmente dentro de un orificio 50 cilindrico longitudinalmente orientado maquinado en el cuerpo 22. El orificio 50 tiene una forma en corte transversal oval para orientar cada uno de los pistones dentro del orificio durante la activación. Cada uno de los pistones se desplaza en respuesta a preferiblemente a presiones neumáticas o alternativamente de fluido hidráulico que fuerza los pistones en cualquier dirección longitudinal. Varios sellos 52 anulares elastomericos se proporcionan entre las porciones del accionador 24 y los orificios coincidentales dentro del cuerpo 22. La translación lineal del accionador 24 se convierte en movimiento rotacional del brazo 34 a través de ia varilla 46 de pistón, la conexión 28 pivotante, el
cigüeñal 30 y el borne 32. La presente invención funciona para ayudar al usuario a establecer el rango total del borne y la rotación del brazo por activación. En la práctica, un operador puede ajustar la carrera del accionador 24 para obtener el rango deseado de rotación. Un beneficio de la presente invención es que un ajuste de carrera puede hacerse sin desensamblar la mordaza 20 ajustable en ninguna forma. Como se muestra en las FIGURAS 3 y 4, el ajuste se logra a través del uso de un impulsor 54 dispuesto dentro de una abertura 56 de la tapa 36 de extremo. El impulsor 54 se retiene en la abertura 56 por un anillo 57 de resorte. El impulsor 54 incluye una porción 58 de cuerpo y una por'ción 60 de cigüeñal sobresaliente. Un anillo 61 en O se coloca entre la porción 58 de cuerpo y la abertura 56 para proporcionar un sello para el impulsor 54. La porción 60 de cigüeñal tiene una sección transversal hexagonal para el acoplamiento removible con un zócalo 62 rebajado localizado en una cabeza 64 de la varilla 48 roscada. El zócalo 62 tiene también una forma en corte transversal hexagonal . Se debe apreciar que la abertura 56 se dimensiona para permitir que el impulsor 54 mantenga un grado rotacional completo de libertad y un grado translacional limitado de libertad a lo largo de un eje 66 que se extiende longitudinalmente a través del cuerpo 22. De esta manera, el accionador 24 puede retraerse completamente como se muestra en la FIGURA 3, independientemente de la
alineación entre la porción 60 del cigüeñal ael impulsor 54 y el zócalo 62 de la varilla 48 roncada. Cuando se desea un ajuste, un operador simplemente acopla una llave alien 67 externamente removible con un zócalo 68 rebajado encontrado en la porción 58 de cuerpo del impulsor 54. En este momento, el impulsor 54 puede hacerse girar y desplazarse axialmente para acoplar la porción 60 del cigüeñal dentro del zócalo 62. Debido a que la varilla 48 roscada se equipa con una rosca derecha, la rotación contraria a las manecillas del reloj del impulsor 54 y la varilla 48 roscada incrementa la distancia entre el primer pistón 42 y el segundo pistón 44 reduciendo con esto la carrera admisible total del accionador 24. La FIGURA 5 ilustra el accionador 24 con mayor detalle. Una cabeza o collar 64 de la varilla 48 roscada se dispone dentro de un contra-opficio 70 circular y retenido en el mismo mediante un anillo 72 de resorte. Un anillo 74 en forma de O proporciona un sello entre la cabeza 64 y el contra-opficio 70. Se debe apreciar que este método de interconexión proporciona al primer pistón 42 un grado rotacional completo de libertad alrededor del eje 66. El primer pistón 42 tiene una forma en corte transversal generalmente oval con un primer perno 76 de detector que se extiende hacia la tapa 36 de extremo. Como mejor se muestra en la FIGURA 4, el primer perno 76 del detector se puede mover a una posición dentro de un
receptáculo 78 del perno detector de la tapa 36 • de extremo cuando el accionador 24 este en su posición completamente retraída. Una interruptor 80 próximo incluye una primera sonda 82 y una segunda sonda 84 para determinar la presencia de los pernos de detector dentro de los receptáculos del perno de detector. Una señal apropiada se producé a partir del interruptor 80 de proximidad si un perno de detector se detecta por la primera o segunda sonda. Es notable que los pernos de detector y los interruptores se ajusten automáticamente cuando el espacio del pistón se ajuste. El segundo pistón 44 incluye una forma en corte transversal generalmente oval con un contra-orificio 86 circular que tiene una porción 88 roscada. Se debe apreciar que mientras que el primer y segundo pistones de la modalidad preferida se muestran teniendo una forma en corte transversal oval, la forma no es crítica a la función de la mordaza 20 de ajuste. Específicamente, se contempla alternativamente que los pistones tengan una sección transversal circular que se utilice junto con un dispositivo anti-rotacional . Un extremo 90 próximo de la varilla 46 de pistón incluye una rosca externa para el acoplamiento con la porción 88 roscada. Un sello 92 se coloca entre el contra-orificio 86 y la varilla 46 de pistón para prevenir que el fluido pase por el mismo. Además, la varilla 46 de pistón incluye una sección media 94, generalmente cilindrica con un extremo 96
distante bifurcado. La sección media también incluye una abertura 98 que por lo menos se tosca parcialmente cerca del e -.tremo 90 próximo para el acoplamiento con la varilla 48 roscada. Se debe apreciar que la abertura 98 se extiende por lo menos substancialmente igual a la longitud de la varilla 48 roscada para permitir que el primer pistón 42 se coloque adyacente a y en contacto con el segundo pistón 44, como se muestra en la FIGURA 3. La varilla 48 roscada también es de suficiente longitud para mantener el acoplamiento roscado con la abertura 98 cuando el primer pistón 42 se separe del segundo pistón 44, una distancia aproximadamente equivalente a la longitud del orificio 50. En operación, un compuesto anti-rotacional tal como material de marca Vibra-tite, se aplica entre la varilla 48 roscada y la varilla 46 de pistón para mantener la distancia deseada ampliada por los pistones 42 y 44. Un par de segundos pernos 100 de detector se extienden desde el segundo pistón 44 hacia la cubierta 38 frontal. Debido a que la mordaza 20 ajustable es capaz de avanzar completamente a una posición donde el accionador 24 esta en una posición sobrecentrada o "auto-trabada", la distancia de una cara 102 de reten del segundo pistón 44 al extremo 96 distante bifurcado debe controlarse cercanamente. Por consiguiente, cuando se ensambla en la varilla 46 de pistón al segundo pistón 44, un operador acopla roscadamente
la varilla 46 de pistón con la porción 48 roscada- hasta que la varilla de pistón se encuentre de fondo dentro del contraorificio 86. El segundo pistón 44 se retira de la posición asentada previamente descrita con una cantidad minima para alinear uno de los segundos pernos 100 de detector con un receptáculo 104 de perno de detector (véase FIGURA' 4) . Debido a que el segundo pistón 44 incluye dos pernos 100 de detector, la alineación puede lograrse al hacer girar al segundo pistón relativo a la varilla de pistón a un máximo de 180 grados. Si solamente un segundo perno de detector se proporcionará, el segundo pistón 44 pudiera requerir la rotación de casi una vuelta completa o 360 grados con relación a la varilla 46 de pistón para lograr la alineación adecuada. Una variación de una vuelta completa o una inclinación de roscado total en longitud general del accionador 24 es indeseable y por lo tanto se evita -por el uso de dos segundos pernos 100 de detector. Adicionalmente, al utilizar este método de unión, el segundo pistón 44 es capaz de girar o "flotar" una pequeña cantidad con relación al orificio 50 y la varilla 46 de pistón. La conexión tipo flotante permite que cada uno de los pistones se mueva ligeramente dentro del orificio 50 para proporcionar un sello optimizado con desgaste mínimo. Con referencia a las FIGURAS 6 y 7, una segunda modalidad preferida de la mordaza emplea un accionador 140
manado. Un primer pistón 142 es idéntico a un segundo pistón 144 con la excepción de que el primer pistón 142 incluye un primer perno 146 de detector que se extiende hacia la tapa 36 de extremo mientras que el segundo pistón 144 incluye un segundo perno 148 de detector que se extiende hacia la cubierta 38 frontal. Por consiguiente, solamente el primer pistón 142 se describirá con mayor detalle. El primer pistón 142 tiene una forma generalmente oval con una primer abertura 152 para la recepción del primer perno 146 de detector y una segunda abertura 154 para la recepción de la varilla 48 roscada. La segunda abertura 154 incluye una porción 156 de orificio pasante y una ranura 158 de orificio enchavetado parcialmente que se extiende a través del primer pistón 142. Una detención 159 que se extiende transversalmente a través de una porción de primer pistón 142. La varilla 48 roscada se acopla al primer pistón 142 al desplazar el collar 64 dentro de la ranura 158 de orificio enchavetado y transladando la varilla 48 roscada dentro de la detención 159 hasta que el eje longitudinal de la varilla roscada se alinee con la porción 156 de orificio pasante. La detención 159 se dimensiona para recibir el collar 64 y resistir el desplazamiento axial de la varilla 48 roscada una vez que ocurre la alineación del componente antes descrito. La varilla 160 de pistón incluye un extremo 162 próximo que tiene un collar 164 similarmente acoplado al
segundo pistón 144. Además, la varilla 160 de pistón tiene un cuerpo 166 generalmente cilindrico con un extremo distante bifurcado y la abertura es sustancialmente idéntica a la varilla 46 de pistón del primer accionador 24 de la modalidad. La descripción restante se puede aplicar á mordazas ajustables que incorporan el primer o segundo accionador de la modalidad. Para propósitos de claridad, una mordaza de carrera ajustable equipada con el primer accionador 24 de la modalidad se describirá. Con referencia a las FIGURAS 1 y 8, el extremo 96 distante bifurcado de la varilla 46 de pistón se acopla al primer extremo 168 de la conexión 28 mediante un perno 170. Un segundo extremo 172 de la conexión 28 se acopla al cigüeñal 30 por medio de otro perno 173. El cigüeñal 30 incluye un asiento 174 del -cual un par de paredes 176 paralelas se extienden en una forma bifurcada. Un rebajo 178 semi-circular se coloca a lo largo de un borde de cada una de las paredes 176. Además, cuatro orificios 180 transversalmente se extienden a través del asiento 174 y se colocan en un diseño semi-circular generalmente en relación entre sí y el rebajo 178 semicircular. El cigüeñal 30 se maquina preferiblemente de material de 6150 HRS que se endurece y se pone a tierra a Rc 50-54.
El borne 32 tiene una superficie 182 periférica en forma cilindrica parcialmente dividida por un canal 184 que se extiende lateralmente. El borne 32 ademas incluye una Lengüeta 186 anular que se proyecta hacia fuera de una cara exterior. La superficie 182 periférica del borne 32 se recibe giratoriamente dentro de un orificio 188 cruzado en correlación que se extiende a través de las paredes laterales del cuerpo 22. Ocho aberturas 190 circularmente orientadas se perforan a través de ambas caras del borne 32 y la porción del borne 32 adyacente al canal 184. Una abertura 192 central también se perfora a través del borne 32. El borne 32 se maquina preferiblemente de material 4150 HT . El brazo 34 se fi a a una cara del borne 32 mediante ocho clavijas 194 y un tornillo 196. El tornillo 196 acopla una tuerca 198 de trabado e intercala un tapacubo 200 en su extremo opuesto. El rebajo 178 semicircular del cigüeñal 30 se diseña para proporcionar espacio alrededor del eje del tornillo 196. El brazo 34 incluye un conjunto de aberturas 202 acomodadas en un diseño generalmente circular con respecto entre sí. Las clavijas 194 se colocan dentro de las aberturas 202 y el brazo 34 se coloca en una orientación preseleccionada con relación al borne 32 y el cuerpo 22. Cuatro clavijas 194 también retienen el borne 32 al cigüeñal 30. El borne 32 se construye preferiblemente de material 1045.
Una secuencia operacional puede observarse con referencia a las FIGURAS 2-4. Específicamente, con referencia a la FIGURA 2, el brazo 34 se dispone en una posición de trabado en donde una pieza de trabajo puede mantenerse firmemente durante una función de calibración o sujeción altamente repetible y exacta. En esta posición, el 'accionador 24 se extiende completamente para que la cara 102 de retén toque fondo dentro del orificio 50 de cuerpo 22. En este momento, el primer extremo 168 de la conexión 28 se coloca con relación al segundo extremo 172 en una relación "sobre-centrada". Por consiguiente, las fuerzas ejercidas en el brazo 34 en un intento por hacer girar el borde' 32 en dirección de las manecillas del reloj se resiste. De este modo, la mordaza 20 ajustable mantiene la posición deseable del brazo 34 aún si la pérdida de presión de fluido dentro del orificio 50 ocurre. Se debe apreciar que otras conexiones que no obtienen una relación sobrecentrada también pueden utilizarse . La FIGURA 3 ilustra el accionador 24 en una posición completamente retraída. En esta posición, el primer pistón 42 se fuerza en contacto con la tapa 36 de extremo. El primer perno 76 de detector se dispone dentro de un receptáculo 78 de perno de detector. El interruptor 80 de proximidad produce una señal apropiada con respecto a la posición del accionador 24. Es en esta posición del
accionador donde el impulsor 54 puede disponerse selectivamente dentro del zócalo 62 y hacerse girar para ajustar la carrera del accionador 24. Una condición de carrera máxima se muestra en la FIGURA 3 donde el primer pistón 42 se coloca adyacente al segundo pistón 44. Con referencia a la FIGURA 4, un primer pistón 42 se separa del segundo pistón 44 para proporcionar una carrera disminuida y rango resultante de articulación del brazo. Al comparar las FIGURAS 3 y 4, puede observarse que la posición inicial del brazo 34 se afecta por el ajuste del accionador 24. La posición del brazo inicial o completamente retraída varía con el ajuste del accionador pero la posición final o completamente extendida del brazo 34 permanece constante. Esto ocurre debido a que el segundo pistón 44 se acopla a la varilla 46 de pistón y el pistón 44 está libre para viajar hasta que la cara 102 de retén toque fondo en el orificio 50. Otra característica de la presente invención se refiere al hecho de que el volumen de espacio dentro del orificio 50 localizado dentro del primer pistón 42 y el segundo pistón 44 se vacía del fluido presurizado. Por lo tanto, a medida que la carrera total de la mordaza 20 ajustable se reduce, el volumen de fluido requerido para desplazar al accionador 24 se reduce correspondientemente. Una modalidad alternada de la mordaza 20 ajustable de la presente invención se muestra en las FIGURAS 9 y 10. En
esta modalidad ejemplar, el cuerpo 22 incluye un canal 220 que se extiende longitudinalmente, que interconecta el orificio 50 con la cavidad 40. El proposito de proporcionar el canal 220 es incrementar el área de superficie disponible para retraer al accionador 24 desde la posición completamente extendida, sobrecentrada previamente descrita. Al permitir que el fluido presurizado entre a la cavidad 40, el área en corte transversal de la varilla 46 de pistón, o cualquier otro miembro unido a un extremo de la varilla, se agrega al área del segundo pistón 44. Por lo tanto, la fuerza disponible para retraer al accionador 24 se incrementa en una cantidad proporcionalmente equivalente al incremento ' en área de superficie logrado al agregar el área de la varilla 46 de pistón. Alternativamente, un orificio longitudinal puede ubicarse independiente de y separado desde el orificio de la varilla de pistón en una forma paralela. Mientras que varias modalidades de la mordaza se han descrito en la presente, otros aspectos también caen dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, otros mecanismos de acoplamiento de pistón a brazo pueden emplearse con el uso de conexiones adicionales o levas para convertir el movimiento lineal a giratorio. Ademas, la característica de carrera ajustable puede aplicarse igualmente a sujetadores de pieza de trabajo y posicionadores de partes. Adicionalmente, un accionador puede fabricarse en
forma separada y subsecuentemente unirse a un alojamiento o mecanismo para objetos móviles. El cuerpo también puede tener una forma esterna circular cilindrica. Adicionalmente, la varilla de ajuste roscada puede reemplazarse por otra. La herramienta de ajuste externa puede ser alternativamente un desarmador o aún puede ser unido integralmente a la mordaza, aunque algunas ventajas fuertes y compactas de la presente invención no puedan lograrse completamente. Mientras que varios materiales se han descrito, otros materiales pueden emplearse. La descripción de la invención es meramente ejemplar en naturaleza y, de este modo, variaciones que no se aparten de la sustancia de la invención se pretenden para estar dentro del alcance de la invención. Tales variaciones no deben tomarse como una desviación del espíritu y alcance de la invención.