ES2244867T3 - Patin o manguito de soporte para mandril de maquina herramienta de control numerico. - Google Patents

Abstract

Patín o manguito de soporte de mandril para máquinas- herramientas de control numérico, montado de forma deslizante mediante un carro sobre la viga de la máquina-herramienta, en el que la posición de dicho patín o dicho manguito puede regularse en sentido vertical mediante un mecanismo de husillo madre (16) y tornillo tuerca (14), que comprende una estructura portadora de mandril (10) en la que se aloja por lo menos parcialmente dicho mecanismo de husillo madre y tornillo tuerca, estando montado en dicha estructura portadora de mandril un elemento a modo de embudo (26) deslizable en sentido axial y adaptado para definir una primera y una segunda cámaras (32 y 40) dispuestas debajo y encima de dicho elemento a modo de embudo (26), caracterizado porque dicha primera cámara (32) está adaptada para ser conectada con posibilidad de comunicación con una fuente de suministro de un fluido a presión de aceite a una presión predeterminada, y estando adaptada dicha segunda cámara (40) para ser conectada con posibilidad de comunicación con una fuente de suministro de aire comprimido a una presión predeterminada, estando sometido dicho elemento a modo de embudo (26) a la acción de unos medios elásticos de compensación de compresión (38) calibrados según tal fuerza elástica predeterminada y orientada hacia arriba que puede compensar el peso del manguito o del patín.

Description

Patín o manguito de soporte para mandril de máquina herramienta de control numérico.

La presente invención se refiere a un patín de soporte de mandril, según el preámbulo de la reivindicación 1, para una máquina-herramienta de control numérico que permite que los portaherramientas tradicionales sean utilizados para trabajar con materiales pétreos, por ejemplo, con el fin de lijar/pulir, así como alisar superficies planas. Un patín de soporte de mandril de este tipo es conocido a partir del documento GB 2.116.465 que debe considerarse la técnica anterior más cercana.

En general, dichas máquinas-herramientas están provistas de un mandril dispuesto normalmente en sentido vertical, alojado habitualmente en una estructura denominada en la técnica como "manguito" o patín, que recibe su propio desplazamiento lineal.

Dicho patín o manguito está asociado a un carro portador de mandril, a su vez montado de forma deslizable sobre una viga. Según el tipo de máquina-herramienta en la que se utiliza, un manguito de este tipo puede ser accionado, es decir conducido para realizar o bien un desplazamiento vertical (tal como en el caso de las máquinas denominadas tipo portal) o bien un desplazamiento horizontal. Aunque se hace referencia a las máquinas-herramientas tipo portal en la descripción que se proporciona a continuación, evidentemente no debe considerarse en absoluto como una limitación. De modo similar, aunque se hace referencia a las operaciones de lijado, alisado y pulido sin distinción ninguna, ello no debe ser considerado en absoluto como una limitación del alcance de la invención.

El mandril propiamente dicho está constituido substancialmente por una estructura que comprende un árbol giratorio que presenta, en una parte extrema del mismo, un diámetro cónico portador de herramientas (destinado a recibir la propia herramienta de trabajo para su montaje), y el sistema de accionamiento y reducción para transmitir el desplazamiento de un motor al árbol.

El tipo de trabajo de procesado que se realiza evidentemente depende de la clase de herramienta montada en el diámetro cónico portador de herramientas de dicho mandril.

Como se ha indicado anteriormente, entre las distintas operaciones de procesado a las que pueden someterse los materiales pétreos, una operación común supone pulir, lijar o alisar las superficies planas de los materiales pétreos.

En el caso de las máquinas pulidoras o alisadoras tradicionales, es decir, las máquinas para una aplicación específica, diseñadas únicamente para dichas tareas en concreto, los mandriles son del tipo de funcionamiento neumático o hidráulico, en los que se aprieta la herramienta hacia abajo contra el material a procesar, mediante una fuerza de naturaleza neumática o fluida, en función del medio en concreto que se utiliza para el funcionamiento. De esta manera, el cabezal pulidor o alisador se apoya contra la superficie a tratar con una fuerza equivalente a la suma del peso del cabezal y de la presión neumática o fluida ejercida sobre ello.

Al contrario, en el caso de las máquinas calibradoras o encoladoras, el cabezal de trabajo está dispuesto a una altura fija (aunque regulable mecánicamente).

En el caso de las máquinas-herramientas de control numérico, se realiza el lijado utilizando unas herramientas especiales que comprenden un cuerpo en la parte extrema del cual está montado un plato pulidor que está obligado elásticamente contra la superficie a lijar o pulir mediante un juego de muelles.

Como resultado de ello, la presión que se ejerce sobre el material que se está procesando no puede ser constante, porque depende esencialmente del grado de compresión de los muelles. Si, como ocurre con bastante frecuencia, el material presenta incluso unas ligeras diferencias de grosor, acaba variándose el grado de compresión de los muelles y, con ello, asimismo la fuerza con la que se aprieta la herramienta contra la superficie mencionada anteriormente. El resultado final de dicha variación es una superficie que no se queda lijada de manera perfectamente uniforme y regular, y que presenta unas irregularidades asimismo visibles a simple vista y que hacen que el producto acabado sea simplemente inaceptable o, de todas formas, de baja calidad.

Además, la propia herramienta es sometida al desgaste y como consecuencia, inevitablemente acaba haciendo que se varíe la compresión del muelle mencionada anteriormente, con las mismas consecuencias finales en cuanto al producto acabado.

Finalmente, no debe olvidarse el hecho de que dichas herramientas normalmente sean especiales, es decir, herramientas dedicadas, diseñadas especialmente para el lijado o el pulido de materiales pétreos y, por lo tanto, son bastante caras.

La sustitución de una herramienta aplicada al cabezal lijador o pulidor porque se ha desgastado completamente, o porque resulta necesario sustituirla con otra debido a los requisitos o necesidades cambiantes de procesado, conlleva unas implicaciones considerables de tiempo muerto que, evidentemente, llegan a afectar de forma correspondiente los costes globales del proceso industrial.

Por lo tanto sería deseable poder montar unos portaherramientas o platos de tipo tradicional, es decir, del tipo que se utiliza en las máquinas lijadoras y pulidoras convencionales que se han citado anteriormente en la presente descripción, en las máquinas-herramientas de control numérico, en lugar de tener que utilizar los cabezales pulidores especiales, obligados por muelle, que se han descrito anteriormente.

Igualmente, quizás resulta más deseable poder proporcionar una estructura o patín de soporte de mandril para máquinas-herramientas de control numérico, de tal construcción que asegura que, en el caso de operaciones de pulido/lijado llevadas a cabo sobre materiales pétreos, la herramienta puede aplicar al material sometido al procesado una presión independiente tanto de las posibles diferencias de grosor del material a pulir o lijar como del grado de desgaste de la herramienta, de modo que el producto acabado resultante no presenta ninguna irregularidad o defecto similar fácilmente visible.

A la vez, la estructura de un patín de soporte de mandril de este tipo debe ser tal que asegura que, en todas las demás operaciones de procesado o acabado, la máquina-herramienta de control numérico puede funcionar igualmente, sin ninguna adaptación compleja o engorrosa, encontrándose dicho patín de soporte de mandril en una posición controlada, inmovilizada firmemente y no flotante.

De hecho constituye una finalidad principal de la presente invención proporcionar una estructura o un patín de soporte de mandril para máquinas-herramientas de control numérico capaz de superar todos los inconvenientes citados anteriormente de las soluciones de la técnica anterior, a la vez que consiga las ventajas mencionadas anteriormente.

Se consigue este propósito mediante una estructura o un patín de soporte de mandril que presenta una estructura según se define en la reivindicación 1 adjunta, en la que es substancialmente una presión fluida dinámica de inmovilización y apriete o, alternativamente, una presión neumática que se necesita, además de un muelle de compresión que, sin embargo, no contribuye a la fuerza con la que la propia herramienta actúa sobre el material sometido al procesado.

De todas formas, las características y las ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto más claramente a partir de la descripción de una forma de realización preferida, pero no exclusiva, de la presente invención, que se proporciona a continuación a título de ejemplo no limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

- las Figuras 1 y 2 representan unas vistas esquemáticas, parcialmente en sección de un alzado lateral y de la sección horizontal, respectivamente, del patín o manguito de soporte de mandril asociado al complejo de viga y carro de una máquina-herramienta de control numérico de tipo tradicional;

- las Figuras 3 y 4 representan unas vistas anterior y lateral, parcialmente en sección transversal, respectivamente, del carro portador de mandril para una máquina de control numérico según una forma de realización de la presente invención;

- las Figuras 5, 6 y 7 representan unas vistas similares a la parte central de la Figura 3, e ilustran varias posiciones de las partes que componen la estructura de soporte de mandril durante el funcionamiento.

En la descripción que se proporciona a continuación, muchas de las partes que componen la estructura de soporte de mandril únicamente se describirán de forma concisa, dado que son componentes bien conocidos en la técnica.

Las Figuras 1 a 4 ilustran parcialmente una estructura portadora de mandril que, de manera bien conocida en la técnica, está adaptada para deslizarse a lo largo de la viga 11 de la máquina-herramienta de control numérico, puesto que está asociada al manguito o patín de soporte de mandril 12.

En la cavidad tubular interior de la estructura 10 se aloja un tornillo tuerca 14 que coopera con un husillo madre coaxial 16 fijado al manguito 12 y adaptado para ser conducido de forma giratoria mediante un motor externo 18.

El husillo madre 16 determina la altura o la posición de trabajo del manguito 12. El tornillo tuerca 14 está montado de forma coaxial, fijado firmemente a dicho manguito, en un casquillo o tubo a modo de manguito 20, en el que cooperan unos pasadores de guía 22.

En la parte extrema inferior del tornillo tuerca 14 se proporciona, fijado firmemente a dicho tornillo tuerca, un elemento tubular 24 cuya parte extrema inferior está unida firmemente a un apéndice deslizable 26 en forma de embudo.

En la parte inferior de la estructura portadora de mandril 10 se encuentra fijado rígidamente un elemento cilíndrico 28 que comprende un fondo 29. La base interior 30 de dicho fondo 29 constituye el fondo de una cámara 32 en la que funciona dicho elemento a modo de embudo 26.

Dicha cámara 32 está conectada, mediante unos conductos adecuados, a un suministro 34 de fluido a presión de aceite.

El elemento cilíndrico 28 está fijado a la estructura portadora de mandril 10, estando unido firmemente a ella, en correspondencia con dicho fondo 29 con la ayuda de unos medios fijadores (pasadores) 36.

Entre la superficie exterior del elemento tubular 24 y la superficie interior de la estructura portadora de mandril 10 se define un espacio hueco anular 37, en el que se aloja un muelle helicoidal de compresión 38, cuyos extremos se apoyan contra la base inferior del tubo a modo de manguito 20 y el extremo superior del elemento cilíndrico 28, respectivamente.

Considerando ahora el funcionamiento del objeto de la presente invención y, por lo tanto, el dispositivo regulador mecánico, es apropiado asimismo hacer referencia debidamente a las Figuras 5, 6 y 7, que, según se ha mencionado anteriormente, ilustran la estructura representada en las Figuras 1 a 4 en las distintas condiciones de trabajo.

Cuando el motor 18 acciona el husillo madre, haciendo que éste gire, dicho husillo madre interacciona con el tornillo tuerca 14 y, como resultado, el manguito 12 se levanta o se baja según el sentido de giro del husillo madre.

Cuando se desplaza el manguito 12 en sentido axial, define, conjuntamente con la parte en forma de embudo 26 del elemento tubular 24, dos cámaras mutuamente opuestas, una de las cuales constituye la cámara mencionada anteriormente e indicada con la referencia numérica 32 en la Figura 3, mientras que la otra, que se puede apreciar en las Figuras 6 y 7, dispuesta encima del elemento en forma de embudo 26, está indicada con la referencia numérica
40.

Al suministrar aceite presurizado a la primera cámara 32, se hace que se levanta el apéndice a modo de embudo 26 y, a medida que asciende, arrastra con ello el elemento tubular 24, el tornillo tuerca 14, el husillo madre 16, y a continuación, el manguito 12 o patín de soporte de mandril, hasta que el elemento en forma de embudo entra en contacto con el elemento cilíndrico 28.

Como resultado, el elemento cilíndrico 28 acaba uniéndose firmemente al elemento en forma de embudo 26 y, de modo similar, el tornillo tuerca 14 acaba uniéndose firmemente a la estructura 10, lo que representa una condición normal de funcionamiento de las máquinas-herramientas de control numérico según se ilustra en la Figura 5.

De hecho, de esta manera, el manguito 12 acaba disponiéndose en una posición fijada y preestablecida con respecto a la estructura portadora de mandril 10, sin ninguna variación que puede producirse automáticamente debido a variaciones en el grosor del material sometido al procesado o debido al desgaste de la herramienta.

Si, al contrario, el tipo de procesado a realizar supone pulir o lijar el material, en primer lugar se cierra la conexión entre la cámara 32 y la fuente del suministro de aceite presurizado. Como resultado, el conjunto compuesto por el apéndice a modo de embudo 26, el elemento tubular 24, el tornillo tuerca 14 y el manguito 12 se baja debido a su peso, y acaba apoyándose contra la superficie 30 del fondo 29, en la condición ilustrada en la Figura 7. A la vez, se comprime ligeramente el muelle 38.

Asimismo el efecto de dicho desplazamiento descendente del elemento a modo de embudo 26 determina la función de la segunda cámara 40, que consiste en una cámara anular definida entre la superficie superior sobresaliente del elemento a modo de embudo 26 y el resalte de tope 42 formado en el elemento tubular 28.

Entonces, a dicha cámara 40 se le suministra aire presurizado, mediante el conducto 44 que para tal finalidad está provisto adecuadamente de válvulas de control y de antirretorno, de modo que el elemento a modo de embudo 26 se mantenga formando un tope contra la superficie de fondo 30.

En esta condición, el motor 18 que acciona el husillo madre 16 se hace funcionar para que el manguito 12 baje una distancia predeterminada (en el orden de unos milímetros).

Dado que la herramienta pulidora o lijadora está en contacto con el material a procesar, ni el manguito 12 o el husillo madre 16 está en una posición para trasladar, es decir, desplazarse hacia abajo, de modo que el conjunto compuesto por el apéndice a modo de embudo 26, el elemento tubular 24 y el tornillo tuerca 14 está obligado a desplazarse hacia arriba, cambiando así de la condición ilustrada en la Figura 7 a la condición ilustrada en la Figura 6.

Se puede apreciar fácilmente que cuando se enrosca el husillo madre 16, que resulta en un desplazamiento hacia abajo, se produce un desplazamiento equivalente y correspondiente hacia arriba del tornillo tuerca 14, de tal manera que se asegura que la herramienta se mantiene constantemente en contacto con la superficie del material a procesar.

En esta situación, el manguito está sometido por lo tanto a las siguientes fuerzas:

(i)

la fuerza producida por la presión neumática que prevalece en la cámara 40, cuyo efecto aprieta hacia abajo el apéndice a modo de embudo 26, de modo que virtualmente empuja hacia abajo todo el conjunto compuesto por el elemento tubular 24, el tornillo tuerca 14, el husillo madre 16 y el manguito 12;

(ii)

la fuerza producida por el muelle 38 que, debido a que se encuentra en condición comprimida de todas formas, empuja hacia arriba, y por lo tanto en el sentido opuesto, el tornillo tuerca 14, así como, el husillo madre 16 conjuntamente con el manguito 12;

(iii)

el peso del conjunto de manguito (es decir, que se debe entender incluye el peso general del propio manguito 12, el tornillo tuerca 14, el husillo madre 16 y el elemento tubular 24), que evidentemente actúa como una fuerza orientada hacia abajo.

Si se fija previamente el grado de compresión del muelle para compensar el peso del manguito 12, entonces la fuerza con la que se aprieta la herramienta pulidora o lijadora contra el material a procesar, será la que se debe a la presión neumática ejercida en la cámara 40, cuyo valor puede variarse adecuadamente según las propias necesidades de procesado, como ocurre en las máquinas pulidoras o lijadoras ordinarias, es decir, aquellas máquinas no comprendidas en la categoría de máquinas-herramientas de control numérico.

Incluso si en el curso del procesado la longitud del muelle sufre ligeras variaciones, de modo que asimismo se cambia el grado de compresión del mismo, de todas formas serán variaciones muy reducidas y substancialmente sin relevancia en comparación con la acción principal y controlada ejercida por la presión neumática en la cámara 40.

Si la herramienta en forma de plato encuentra una parte de material de mayor grosor durante un proceso de pulido o lijado, el manguito 12, conjuntamente con el husillo madre 16, el tornillo tuerca 14 y el elemento a modo de embudo 26, está obligada prácticamente a levantarse, lo que produce una extensión del muelle 38.

Sin embargo, la variación correspondiente en la fuerza que actúa sobre la herramienta pulidora o lijadora es insignificante (dado que la diferencia entre la fuerza de la presión neumática, el peso del mandril y la fuerza de compresión que ejerce el muelle no se varía de forma apreciable) y, por lo tanto, la presión que se ejerce en el material que se está puliendo, permanece sin variación.

Si, al contrario, el grosor del material disminuye, se baja el manguito 12, conjuntamente con el husillo madre 16, el tornillo tuerca 14 y el elemento a modo de embudo 26, hasta el punto en el que la herramienta entra en contacto de nuevo con el material a pulir o lijar, mientras que el muelle 38 se acorta ligeramente. De todas formas, incluso en este caso, la presión que ejerce la herramienta sobre el material que se está procesando, permanece substancialmente sin variación por las mismas razones que se han explicado anteriormente.

Partiendo de las consideraciones expuestas anteriormente, se puede apreciar claramente la posibilidad que proporciona la presente invención para que la presión ejercida por la herramienta en forma de plato sobre el material que se está procesando permanezca substancialmente constante, incluso si surgen unas variaciones en el grosor del material sometido al procesado.

Ocurre lo mismo en el caso del desgaste de una herramienta, de modo que incluso cuando la herramienta experimenta un desgaste gradual, es decir, se desgasta poco a poco, la presión que dicha herramienta ejerce sobre el material que se está procesando permanece substancialmente sin variación o, en el peor de los casos, se varía de forma insignificante.

Basándose en lo expuesto anteriormente, se puede apreciar fácilmente cómo la presente invención permite:

(i)

someter el material pétreo a tipos específicos de procesos o tratamientos utilizando máquinas de control numérico, en lugar de las máquinas pulidoras o lijadoras tradicionales; y

(ii)

a la vez, que se emplean portaherramientas o platos pulidoras o lijadoras tradiciona- les.

Se consigue dicho resultado en virtud de la solución de la invención, en la que:

(a)

el mecanismo de husillo madre y tornillo tuerca para regular la altura del manguito portador de mandril no está fijado directamente a la estructura de carro del man- dril;

(b)

un muelle de compresión ejerce una fuerza adaptada para compensar el peso global del manguito y los elementos asociados a él, de modo que la presión que ejerce la herramienta sobre el material que se está procesando corresponde siempre a la presión neumática que se está suministrando para que dicha fuerza esté orientada hacia abajo.

Se apreciará que, en la realización práctica de la presente invención, un número de modificaciones y variantes conceptual y mecánicamente equivalentes pueden ser derivadas y descubiertas por los expertos en la materia de acuerdo con las características ilustradas y comprendidas entre ellas, sin apartarse del alcance de la invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

1. Patín o manguito de soporte de mandril para máquinas-herramientas de control numérico, montado de forma deslizante mediante un carro sobre la viga de la máquina-herramienta, en el que la posición de dicho patín o dicho manguito puede regularse en sentido vertical mediante un mecanismo de husillo madre (16) y tornillo tuerca (14), que comprende una estructura portadora de mandril (10) en la que se aloja por lo menos parcialmente dicho mecanismo de husillo madre y tornillo tuerca, estando montado en dicha estructura portadora de mandril un elemento a modo de embudo (26) deslizable en sentido axial y adaptado para definir una primera y una segunda cámaras (32 y 40) dispuestas debajo y encima de dicho elemento a modo de embudo (26), caracterizado porque dicha primera cámara (32) está adaptada para ser conectada con posibilidad de comunicación con una fuente de suministro de un fluido a presión de aceite a una presión predeterminada, y estando adaptada dicha segunda cámara (40) para ser conectada con posibilidad de comunicación con una fuente de suministro de aire comprimido a una presión predeterminada, estando sometido dicho elemento a modo de embudo (26) a la acción de unos medios elásticos de compensación de compresión (38) calibrados según tal fuerza elástica predeterminada y orientada hacia arriba que puede compensar el peso del manguito o del patín (12), siendo activada dicha fuente de suministro de fluido a presión de aceite cuando el patín de soporte de mandril debe adoptar la condición de trabajo normal inmovilizada rígidamente y no flotante de la máquina-herramienta de control numérico, mientras que se activa dicha fuente de suministro de aire presurizado cuando dicho patín o dicho manguito (12) debe adoptar la condición flotante en la que se procesa la superficie plana del material pétreo, en el que al mandril de la máquina-herramienta se monta un portaherramientas o plato del tipo que se utiliza tradicionalmente en las máquinas pulidoras, lijadoras y alisadoras para material pétreo.

2. Patín o manguito de soporte de mandril según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un elemento cilíndrico (28) unido firmemente a dicha estructura de carro del mandril (10) y que acaba en un fondo (29), un elemento tubular (24) unido firmemente a dicho tornillo tuerca (14), estando dispuesto dicho elemento a modo de embudo (26) de forma deslizante en el interior de dicho elemento tubular (24), y unido al mismo, para que coopere con dicho elemento cilíndrico (28), con lo cual se define dicha primera cámara (32) entre el fondo de dicho elemento a modo de embudo (26) y dicho fondo (29) y dicha segunda cámara (40) entre dicho elemento a modo de embudo (26) y un resalte inferior (42) de dicho elemento cilíndrico (28), estando alojado dicho muelle de compresión (38) en el espacio hueco (37) definido entre la superficie interior de dicha estructura portadora de mandril (10) y la superficie exterior de dicho elemento tubular (24), cooperando dicho muelle en las partes extremas del mismo contra la superficie inferior del casquillo (20) y contra la superficie superior de dicho elemento cilíndrico (28), respectivamente.

3. Patín o manguito de soporte de mandril según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho muelle de compresión (38) está cargado previamente para que ejerza una fuerza equivalente a la fuerza de peso global de dicho manguito (12), dicho husillo madre (16), dicho tornillo tuerca (14) y dicho elemento tubular (24).