Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta,

que comprende un husillo giratorio (1) con un tirante central hueco (5'') a través del cual se absorven las virutas y/o polvo generadas durante el mecanizado, en donde el tirante central hueco (5'') tiene un diámetro suficientemente importante para permitir el paso, al interior de éste de las mencionadas virutas, estando ensamblado a una extremidad del tirante central hueco (5''), con un cono de amarre automático (3''), un portaherramientas (2), caracterizado en que en la otra extremidad del tirante central hueco (5'') está acoplado un conducto de aspiración (7) estático, por medio de una junta rotativa seca (8) que determina un alojamiento (8.1) en el que se inserta la mencionada otra extremidad del tirante central hueco rotativo (5'') sin contacto de aquel con la pared del mencionado alojamiento (8.1), con el fin de obtener un acoplamiento rotativo entre ellos, lo que permite el funcionamiento a velocidades elevadas de mecanizado y la extracción de virutas y/o polvo por el interior del tirante central hueco (5'')

Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con el mecanizado, mediante máquina-herramienta, de materiales que en su mecanizado generan polvo o virutas de poco peso, fáciles de aspirar, como ocurre con los composites, materiales cerámicos, grafitos, etc.; proponiendo concretamente un sistema para la extracción por aspiración de las virutas y/o del polvo generados en el mecanizado de ese tipo de materiales, con unas características que resultan realmente ventajosas.

Estado de la técnica

En el sector aeronáutico va progresando día a día el empleo de materiales tales como los composites ó los cerámicos, los cuales también se van empleando cada vez más en otros campos, como es el del automóvil. Estos materiales, al igual que algunos plásticos, las maderas, los DM, el grafito, etc., generan en su mecanizado gran cantidad de polvo que es muy nocivo para la salud de los operarios y negativo para las propias instalaciones, por lo que es conveniente su eliminación en el mismo punto de origen.

En las soluciones hasta ahora conocidas para la eliminación de esos restos de polvo o virutas, se recurre a sistemas de aspiración, los cuales generalmente son externos respecto del cabezal de la máquina-herramienta que lleva a cabo el mecanizado.

Se conoce también el empleo de herramientas "huecas", para trabajos de fresado y de taladrado, es decir que la propia herramienta tiene un conducto interno por el que se puede realizar la aspiración, lo cual permite aplicar la aspiración justo en el punto de trabajo de la herramienta; lo que es positivo para mejorar las condiciones de la aspiración, pero tiene la problemática de la conducción de los materiales aspirados desde el punto de aspiración hasta su posterior destino, ya que al girar la herramienta durante el mecanizado es complicado aplicar sobre ella un conducto de aspiración que no debe girar, requiriendo del concurso de sistemas de junta rotativa, solución esta que presenta una compleja realización para altas velocidades.

Además, por problemas de falta de espacio dentro del cabezal, se suele recurrir a instalar los conductos de aspiración por el exterior del cabezal, con los problemas que ello entraña de ocupación de espacio, incidencia negativa para el diseño exterior del cabezal, etc.

De acuerdo con todo ello, la solución idónea pasa por la utilización de una herramienta hueca que permita hacer coincidir el punto de trabajo con el de aspiración, y un sistema de aspiración comunicado a dicha herramienta que vaya incorporado dentro del cabezal de fresado en una disposición coaxial respecto del eje de giro de la herramienta, formando una parte integrada en el propio cabezal.

En el caso concreto del cabezal de una fresadora, cuando dicho cabezal presenta una transmisión externa o es del tipo multi-husillo o con amarre manual, se podría tener una suficiente libertad de medidas como para disponer el conducto de aspiración por el interior del cabezal, pero en cambio en los cabezales con electro-husillo (electrospindle) y con sistemas de amarre automático, no se cuenta con el suficiente grado de libertad de medidas como para disponer un conducto de aspiración interior y coaxial.

En los cabezales de máquinas fresadoras con sistema de amarre automático se conoce ya la realización del tirante central del electro-husillo según una concepción hueca para hacer pasar por su interior un producto lubrificante de la herramienta, como taladrina, ó una mezcla de aire y aceite, ó solo de aire, pero siempre para aportar algo que lubrifique y nunca para extraer un producto seco, como el polvo o virutas que se producen durante el mecanizado.

Una de las causas de ello es que en todos los diseños de cabezales hasta ahora conocidos, con sistema de amarre automático y que tienen un tirante central hueco para la lubrificación, el diámetro del conducto axial hueco del tirante no supera los 5 milímetros, medida ésta que es suficiente para el paso del lubricante, pero que es insuficiente para el paso de los restos del mecanizado, para los cuales se requiere un conducto de diámetro no inferior a 10 milímetros. En los cabezales convencionales dicho conducto de lubricación queda además limitado a la medida indicada porque la falta de espacio impide una sobre-dimensión del tirante y no se ha llegado a alcanzar un diseño que con las medidas constructivas se pueda determinar un conducto de diámetro mayor sin debilitar, más allá de lo deseado, la resistencia del tirante y su fijación al sistema de amarre de la herramienta.

Por otro lado, para poder mecanizar los mencionados composites, materiales cerámicos, grafito, plásticos, etc., se requiere que la herramienta trabaje a alta velocidad, siendo en muchos casos conveniente alcanzar velocidades por encima de las 15000 revoluciones por minuto (r.p.m.) y alcanzar el rango de las 20000 r.p.m., velocidad ésta que incluso seria conveniente superar para el propio proceso de mecanizado. Por ejemplo los materiales cerámicos requieren velocidades por encima de las 13.500 r.p.m; los CMC por encima de las 14.000 r.p.m; los plásticos, el grafito, los FRP, los DM y las maderas por encima de las 15.000 r.p.m y el magnesio, el poliestireno y las resinas por encima de las 20.000 r.p.m, debiendo ser "muy por encima" para estos dos últimos materiales.

Pues bien, hasta la fecha no se conoce ningún sistema de junta rotativa que pueda trabajar en seco a dichas velocidades. Los sistemas de junta rotativa tradicionales no funcionan por encima de las 15000 r.p.m., por lo cual no se conocía hasta la fecha un sistema de junta rotativa que, cuando se trabaja a altas velocidades, permita conectar en un cabezal de mecanizado el extremo del tirante central hueco y giratorio, opuesto a la herramienta, con un correspondiente tramo de conducto de aspiración que tenga que estar fijo sin girar.

Por la Patente alemana DE 195 12 401 se conoce un cabezal de una fresadora diseñado específicamente para el mecanizado de modelos en plástico y en madera. En esta Patente se describe la utilización de una herramienta hueca, por dentro de la cual penetra un tubo central de plástico que permite la aspiración por su interior del polvo y de los residuos del mecanizado. Entre dicho tubo central de plástico, que no gira, y la herramienta y partes giratorias de la máquina, se disponen unos rodamientos de deslizamiento que son, al igual que el tubo, de plástico. Con esta realización no se puede trabajar a velocidades por encima de las 15000 r.p.m. e incluso al acercarse a esta velocidad surgen problemas de calentamiento en los rodamientos, obligando a soluciones de ventilación forzada y a colocar dispositivos de seguridad que desconexionan el motor de accionamiento de la herramienta. Además esta solución no permite diseñar un cabezal de la suficiente robustez, para poder mecanizar otros materiales más duros, como son los composites, los cerámicos, etc.

En la publicación técnica alemana "Die Gießerei und ihre Helfer" (El taller de fundición y sus ayudantes) 1989/90, páginas B6 a B8, se describe un dispositivo de fresado para mecanizar espuma dura, según el cual, el tirante central hueco que soporta a la fresa permite la aspiración del polvo y de las virutas por su interior. Este tirante central hueco atraviesa el motor de accionamiento de la fresa y desemboca, girando libremente, por fuera del motor, en donde se conecta a un tubo flexible de aspiración. De nuevo en este caso surge el problema en la conexión entre el tirante central y el tubo flexible; de manera que las juntas rotatorias ó rodamientos dispuestos entre ambos no permiten superar las 15000 r.p.m.

Las Patentes US 2 643 641 y US 3 057 417, describen un cabezal para el taladrado de piedras que presenta un conducto central por el que se aspira el polvo y los residuos del taladrado. Este cabezal no tiene la problemática de las reducidas dimensiones de los cabezales de máquinas fresadoras con sistema de amarre automático, ni tampoco trabaja a las alta velocidades de éstos.

Se conocen otros dispositivos de mecanizados equipados de un sistema de aspiración de polvo y de los deshechos de mecanizado divulgados en las patentes/solicitudes de patente publicadas JP 2002-166320 A que muestran un cabezal de fresadora según el preámbulo de la reivindicación 1 y EP 1738866 A1.

Por otro lado, al sistema de amarre de la herramienta, denominado pinza de amarre, se le exige precisión en cuanto al centraje, fortaleza en la fuerza del amarre e irreversibilidad,...

1. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, que comprende un husillo giratorio (1) con un tirante central hueco (5') a través del cual se absorven las virutas y/o polvo generadas durante el mecanizado, en donde el tirante central hueco (5') tiene un diámetro suficientemente importante para permitir el paso, al interior de éste de las mencionadas virutas, estando ensamblado a una extremidad del tirante central hueco (5'), con un cono de amarre automático (3'), un portaherramientas (2), caracterizado en que en la otra extremidad del tirante central hueco (5') está acoplado un conducto de aspiración (7) estático, por medio de una junta rotativa seca (8) que determina un alojamiento (8.1) en el que se inserta la mencionada otra extremidad del tirante central hueco rotativo (5') sin contacto de aquel con la pared del mencionado alojamiento (8.1), con el fin de obtener un acoplamiento rotativo entre ellos, lo que permite el funcionamiento a velocidades elevadas de mecanizado y la extracción de virutas y/o polvo por el interior del tirante central hueco (5').

2. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, según la reivindicación 1, en el que el conducto de aspiración (7) estático está ensamblado a la parte posterior de la junta rotativa seca (8), estando establecida una conexión sin contacto entre el tirante central hueco (5') y el mencionado conducto de aspiración (7), con libertad de rotación entre ellos.

3. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, según la reivindicación 1 o 2, en el que la junta rotativa seca (8) dispone de una entrada lateral (8.2) a través la cual se inyecta aire a baja presión para limpiar y presurizar el alojamiento (8.1) en el que está encajada la extremidad del tirante central hueco rotativo (5').

4. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el diámetro del tirante central hueco (5') es superior o igual a 10 mm.

5. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el mencionado conducto de aspiración (7) es una manguera flexible.

6. Sistema de extracción de virutas y/o polvo para un cabezal de una fresadora provisto de cambio automático de herramienta, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el tirante central hueco (5') es capaz de girar a una velocidad superior de 15.000 r.p.m.