Cabezal de fresado que incluye una articulación tipo cardán.

Máquina-herramienta de tipo máquina de mecanizado de cinco ejes para metales o materiales compuestos que incluye un soporte (4) móvil según los tres ejes lineales X,

Y, Z, e incluyendo un cabezal de fresado (1) pivotante y multieje montado sobre una corredera (2) de eje Z del soporte (4) de la máquina-herramienta, 5 dicho cabezal de fresado (1) incluyendo los elementos siguientes:

- una unidad portahusillo (8) que incluye un husillo de fresado (9) en una de sus extremidades al nivel de una nariz de husillo (10), y

- un elemento de articulación y de orientación para el montaje articulado con pivotamiento del cabezal de fresado (1) sobre la corredera (2) de eje Z,

la máquina-herramienta estando caracterizada por el hecho de que:

- el elemento de articulación y de orientación de tipo cardán presenta dos ejes de pivotamiento horizontales A y B que se cortan a 90°, respectivamente asociados a los ejes lineales X e Y, uno asegurando el enlace con la corredera (2) de eje Z y el otro con la unidad portahusillo (8); y por el hecho de que

- a nivel de su extremidad (12) que no incluye la unidad portahusillo (8), la corredera (2) de eje Z incluye un primer par de mordazas laterales (5, 6);

- a nivel de su extremidad (12) que no incluye husillo de fresado (9), la unidad portahusillo (8) incluye un segundo par de mordazas laterales (13, 14);

- las mordazas laterales (5, 6) de la corredera (2) se conectan a las mordazas laterales (13, 14) de la unidad portahusillo (8) por un núcleo central (7) montado pivotante alrededor del eje B entre las mordazas laterales (5, 6) de la corredera (2) de eje Z y las mordazas laterales (13, 14) de la unidad portahusillo (8) de manera que forma un elemento de articulación y de orientación de tipo cardán, autorizando un desplazamiento libre en un volumen al menos igual a una semiesfera para las piezas articuladas entre sí,

- la máquina-herramienta incluye un medio de accionamiento para los movimientos de pivotamiento del cabezal de fresado (1) alrededor del eje B, este medio de conducción incluyendo dos motores (15, 16) alojados en la corredera (2) de eje Z, cada motor (15, 16) estando respectivamente conectado a una extremidad diferente (22, 23) de un mismo árbol rotativo (19) del núcleo (7) según el eje B a través de un enlace cinemático (20, 21), las dos extremidades (22, 23) estando opuestas en ambas partes del núcleo central (7).

Cabezal de fresado que incluye una articulación tipo cardán [0001] La presente invención se refiere a una máquina-herramienta de tipo máquina de mecanizado de cinco ejes para metales o materiales compuestos.

En el momento del mecanizado de una pieza, es conocido que los mejores resultados se obtienen cuando el eje del cabezal de fresado es constantemente situado en el plano normal a la superficie que se debe mecanizar, conteniendo el vector de velocidad de avance de la herramienta.

De este modo, una máquina de mecanizado es habitualmente prevista de manera que la combinación de los desplazamientos en translación o en pivotamiento de sus diferentes órganos permite posicionar la herramienta de mecanizado en todo punto de un punto de referencia ligado a la pieza que se debe mecanizar, y de orientar el eje rotativo de esta herramienta según una dirección cualquiera de este punto de referencia con el fin de alcanzar el resultado previsto.

Por ejemplo, la solicitud de la patente francesa n° 2 552 002 divulga un dispositivo de fresado que incluye un cuerpo principal instalado sobre un cabezal de fresado que lleva un husillo de mecanizado y susceptible de ocupar varias posiciones de ajuste a la variación de precios en relación a dicho cabezal por pivotamiento alrededor del eje rotativo vertical llamado habitualmente C situado en la prolongación del eje del husillo del cabezal de fresado, dicho cuerpo principal que lleva lateralmente una unidad portahusillo susceptible de ocupar varias posiciones de indexación con respecto al cuerpo principal por pivotamiento alrededor del eje de pivotamiento horizontal llamado habitualmente B perpendicular al eje rotativo C, el husillo de la unidad portahusillo estando él mismo perpendicular al eje de pivotamiento B. Como se puede ver a partir de la figura 2, la posición lateral de la unidad portahusillo tiene como consecuencia una extremidad particularmente obstruyente del dispositivo de fresado que no permite globalmente más que mecanizados en superficie de los objetos que se deben mecanizar.

De hecho, una máquina de mecanizado debe permitir el mecanizado de superficies curvilíneas izquierdas así como el mecanizado dentro del volumen de la pieza que se debe mecanizar, que necesita que el cabezal de fresado pueda penetrar y girar en este mismo volumen sin provocar interferencia máquina-pieza. Con este fin, el cabezal de fresado debe ser capaz de hundirse en el volumen de la pieza que se debe mecanizar mientras que pasa por encima pero evitando entrar en contacto con eventuales partes de materia en saliente que no deben ser mecanizadas.

De este modo, como divulgado en las solicitudes de patente europea n° EP 0885 081 y n° EP 1 405 691, las máquinas de mecanizado tienen habitualmente un cabezal de fresado arrastrado en rotación y que incluye una o varias articulaciones, montado sobre una extremidad de un soporte vertical u horizontal móvil en las tres direcciones, a saber según los ejes lineales X, Y, Z conocidos por el experto en la técnica. En los documentos citados anteriormente, a fin de limitar el volumen de congestión global a nivel del cabezal de fresado, las máquinas de mecanizado tienen un cabezal de fresado pivotante multieje que incluye un bloque-horquilla móvil montado pivotante alrededor del eje rotativo vertical C, un árbol-soporte montado giratorio en el bloque horquilla alrededor del eje de pivotamiento horizontal B ortogonal en C y al menos un husillo montado sobre el árbol-soporte y de eje de pivotamiento horizontal A ortogonal a B y a C. Una máquina de mecanizado de este tipo se representa de manera esquemática en la figura 3.

Alternativamente, como se divulga en la solicitud de la patente francesa n° 2 496 531, para las piezas para mecanizar de tamaño reducido, una parte de los desplazamientos según los ejes X, Y, Z se puede asegurar por el desplazamiento de la pieza que se debe mecanizar, entonces inmovilizada sobre un bastidor de soporte móvil. A pesar de que sea perfectamente aplicable, esta solución es raramente utilizada porque no puede aplicarse a las piezas para mecanizar de gran tamaño y no se utiliza en el ámbito concernido por la invención. Se prefiere de hecho utilizar las máquinas de fresado montadas sobre un pórtico móvil como se representa esquemáticamente en la figura 1.

DE 198 50 603 describe una máquina-herramienta según el preámbulo de la reivindicación 1.

Con objeto de permitir más posibilidades de movimientos del husillo de fresado, además del pivotamiento alrededor del eje de pivotamiento horizontal B, de las máquinas de fresado recientes tienen un cabezal de fresado cuya unidad portahusillo permite un pivotamiento suplementario del husillo según el eje de pivotamiento horizontal A ortogonal a B y C, el eje A estando separado en el espacio con respecto al eje de pivotamiento horizontal B de manera que los ejes de pivotamiento A y B no se corten. Tal máquina fresadora, llamada cabezal sin C porque no pivota alrededor del eje rotativo vertical C, se representa esquemáticamente en la figura 4.

Estas máquinas de fresado recientes permiten un mecanizado tanto horizontal como vertical y, contrariamente a las máquinas de fresado anteriores, no necesitan el pivotamiento del cabezal de fresado según el eje rotativo vertical C con el

objetivo de orientar el eje de pivotamiento horizontal A en la buena dirección para girar el cabezal de fresado según el eje de pivotamiento horizontal A. De hecho, un tal pivotamiento causado por una rotura de la normal, representa no sólo una pérdida de tiempo durante la cual el cabezal de fresado no trabaja, sino que además, en caso de defecto de axialidad, la nariz de husillo de fresado en rotación mecaniza un agujero redondo de forma irregular mientras que está considerado quedar inmóvil en posición espacial contra la pieza que se debe mecanizar.

Igualmente, aunque el defecto de axialidad es débil, el hecho de que la herramienta sea inclinada en el momento del pivotamiento sobre C conlleva numerosas compensaciones que tienen habitualmente como consecuencia la formación inoportuna de ondas sobre las superficies mecanizadas.

A pesar de que nuevos cabezales de fresado puedan combinar un pivotamiento a la vez sobre el eje A y sobre el eje B, el hecho de que estos dos ejes no se corten tiene habitualmente como consecuencia una limitación del desplazamiento posible para la nariz de husillo y se traduce igualmente por un pilotaje mucho más complicado de la máquina porque el desfase de husillo debe ser tenido en cuenta, es decir el desfase en la dirección X entre el eje A y el eje C. De hecho, con estos cabezales de fresado, la máquina debe tener en cuenta dos diferencias de cota, a saber el desfase entre el eje A y la nariz de husillo, y el desfase entre el eje B y la nariz de husillo.

Existe por lo tanto una necesidad de un cabezal de fresado que permita combinar un pivotamiento a la vez sobre el eje A y sobre el eje B mientras que no presente más que un sólo desfase de cota.

Para resolver este problema técnico, el cabezal de fresado de la máquina-herramienta según la invención incluye medios de pivotamiento según los ejes de pivotamiento horizontales A y B de manera que los ejes de pivotamiento A y B se cortan a 90°, lo que ofrece un desplazamiento angular importante para la unidad portahusillo.

Con este propósito, el cabezal de fresado según la invención, que comprende una unidad portahusillo que incluye un husillo de fresado, se articula en pivotamiento sobre una corredera de eje Z a una extremidad de un soporte móvil según los tres ejes lineales X, Y, Z a través de un elemento de articulación y de orientación por pivotamiento. Este elemento de articulación y de orientación por pivotamiento incluye un núcleo central que presenta dos ejes de pivotamiento horizontales A y B que se cortan a 90°, respectivamente asociados a los ejes lineales X e Y, uno asegurando el enlace con la corredera de eje Z y el otro con la unidad portahusillo.

De este modo, el elemento de articulación y de orientación por pivotamiento es de una concepción que se aproxima a un funcionamiento inspirado de un movimiento de cardán.

A pesar del tamaño reducido del elemento de articulación y de orientación por pivotamiento, la motorización de la orientación por pivotamiento del cabezal de fresado se vuelve posible gracias a la utilización de motores-pares y/o de servomotores combinados con un nuevo tipo de reductor de velocidad planetaria. De hecho, esta utilización permite una realimentación del eje con... [Seguir leyendo]

1. Máquina-herramienta de tipo máquina de mecanizado de cinco ejes para metales o materiales compuestos que incluye un soporte (4) móvil según los tres ejes lineales X, Y, Z, e incluyendo un cabezal de fresado (1) pivotante y multieje montado sobre una corredera (2) de eje Z del soporte (4) de la máquina-herramienta, dicho cabezal de fresado (1) incluyendo los elementos siguientes:

- una unidad portahusillo (8) que incluye un husillo de fresado (9) en una de sus extremidades al nivel de una nariz de husillo (10) , y

- un elemento de articulación y de orientación para el montaje articulado con pivotamiento del cabezal de fresado (1) sobre la corredera (2) de eje Z, la máquina-herramienta estando caracterizada por el hecho de que:

- el elemento de articulación y de orientación de tipo cardán presenta dos ejes de pivotamiento horizontales A y B que se cortan a 90°, respectivamente asociados a los ejes lineales X e Y, uno asegurando el enlace con la corredera (2) de eje Z y el otro con la unidad portahusillo (8) ; y por el hecho de que

- a nivel de su extremidad (12) que no incluye la unidad portahusillo (8) , la corredera (2) de eje Z incluye un primer par de mordazas laterales (5, 6) ;

- a nivel de su extremidad (12) que no incluye husillo de fresado (9) , la unidad portahusillo (8) incluye un segundo par de mordazas laterales (13, 14) ;

- las mordazas laterales (5, 6) de la corredera (2) se conectan a las mordazas laterales (13, 14) de la unidad portahusillo (8) por un núcleo central (7) montado pivotante alrededor del eje B entre las mordazas laterales (5, 6) de la corredera (2) de eje Z y las mordazas laterales (13, 14) de la unidad portahusillo (8) de manera que forma un elemento de articulación y de orientación de tipo cardán, autorizando un desplazamiento libre en un volumen al menos igual a una semiesfera para las piezas articuladas entre sí,

- la máquina-herramienta incluye un medio de accionamiento para los movimientos de pivotamiento del cabezal de fresado (1) alrededor del eje B, este medio de conducción incluyendo dos motores (15, 16) alojados en la corredera

(2) de eje Z, cada motor (15, 16) estando respectivamente conectado a una extremidad diferente (22, 23) de un mismo árbol rotativo (19) del núcleo (7) según el eje B a través de un enlace cinemático (20, 21) , las dos extremidades (22, 23) estando opuestas en ambas partes del núcleo central (7) .

2. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el núcleo central (7) es un bloque sensiblemente cúbico o cilíndrico.

3. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el eje de pivotamiento A corta el eje de pivotamiento B a 90° sensiblemente en medio del núcleo central (7) y a una distancia sensiblemente igual entre el primer par de mordazas laterales (5, 6) .

4. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el medio de conducción para los movimientos de pivotamiento del cabezal de fresado (1) alrededor del eje B está al menos parcialmente alojada en el primer par de mordazas laterales (5, 6) .

5. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que las dos extremidades (22, 23) del árbol rotativo (19) son montadas cada una en rotación en una polea respectiva (24, 25) , cada una de estas poleas (24, 25) estando montada en un rodamiento respectivo (26, 27) .

6. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el medio de conducción del cabezal de fresado (1) por sus movimientos de pivotamiento alrededor del eje B incluye un reductor de velocidad alojado en las mordazas laterales (5, 6) de la corredera (2) , cada reductor de velocidad estando conectado cinemáticamente entre uno de los motores (15, 16) y el árbol rotativo (19) del núcleo central (7) según el eje B, y caracterizada por el hecho de que incluye un medio de accionamiento para sus movimientos de pivotamiento alrededor del eje A y por el hecho de que este medio de accionamiento está alojado al menos parcialmente en el núcleo central (7) y en las mordazas (13, 14) de la unidad portahusillo (8) .

7. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que incluye un medio de accionamiento para sus movimientos de pivotamiento alrededor del eje A y por el hecho de que este medio de accionamiento incluye una unidad motriz (28) que se aloja en el núcleo central (7) y conectada cinemáticamente con al menos una unidad reductora de velocidad (29, 30) que se aloja en las mordazas (13, 14) de la unidad portahusillo (8) .

8. Máquina-herramienta según la reivindicación precedente, caracterizada por el hecho de que la unidad motriz (28) incluye

dos motores (31, 32) sensiblemente simétricos, instalados a espaldas uno del otro en el núcleo central (7) y solidarios con éste y por el hecho de que cada uno de estos motores (31, 32) se conecta cinemáticamente por un acoplamiento (33, 34) a la unidad reductora de velocidad (29, 30) alojada en las mordazas (13, 14) de la unidad portahusillo (8) .

9. Máquina-herramienta según la reivindicación precedente, caracterizada por el hecho de que los motores (31, 32) para el medio de accionamiento del cabezal de fresado (1) para sus movimientos de pivotamiento alrededor del eje A son los motores-pares.

10. Máquina-herramienta según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizada por el hecho de que cada una de las unidades reductoras de velocidad (29, 30) incluye un primer reductor (35, 36) y un segundo reductor (37, 38) .

11. Máquina-herramienta según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que un manguito móvil (48) según un eje W y que soporta el husillo (9) se monta en la unidad portahusillo (8) en el eje de la nariz de husillo (10) .

12. Máquina-herramienta según la reivindicación precedente, caracterizada por el hecho de que el manguito móvil (48) según el eje W se guía por dos soportes de guiado (49 y 50) que incluye cada uno un medio de bloqueo, por el hecho de que el manguito móvil (48) es desplazable según el eje W a través de uno o varios tornillos de bolas (51, 52) , cada tornillo de bolas (51, 52) estando montado a rotación entre dos soportes fijos (53, 54, 55, 56) instalados solidarios de la unidad portahusillo (8) y por el hecho de que una tuerca de tornillo de bolas (57, 58) se instala sobre cada tornillo de bolas (51, 52) , cada tuerca (57, 58) estando conectada al cuerpo del manguito móvil (48) por un brazo transversal (59, 60) respectivo.

13. Máquina-herramienta según la reivindicación 1 o 5 caracterizada por el hecho de que incluye los rodamientos (26, 27, 39, 40) y por el hecho de que al menos uno de los rodamientos (26, 27, 39, 40) es un rodamiento de precisión para cargas combinadas con sistema de medición integrado que permite igualmente una medición del posicionamiento angular del cabezal de fresado (1) .