Cabeza de perforación con vibraciones axiales.

Cabeza de perforación (1) con generador de oscilaciones axiales,

que comprende un soporte (2) de acoplamiento de la cabeza a un motor de arrastre en rotación del soporte alrededor de un eje, teniendo el soporte (2) un eje longitudinal (5) en coincidencia con el eje de rotación del motor, un portaherramientas (3), medios de suspensión elásticamente deformables del portaherramientas (3) en el soporte (2), que permiten movimientos axiales, y medios de guía del portaherramientas (3) en el interior del soporte (2), a lo largo del eje longitudinal (5) de este soporte, que comprende un generador (8) controlado de movimientos alternativos en la dirección del citado eje (5), interpuesto entre el soporte (2) y el portaherramientas (3), caracterizada porque el generador (8) de movimientos axiales alternativos es tubular de tipo piezoeléctrico sin precarga, en apoyo sobre el soporte (2) del portaherramientas por una de sus extremidades y porque comprende un pivote deslizante (20) entre el soporte (2) y el portaherramientas (3), en el interior del generador (8), un manguito exterior (22) axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión fijado por sus extremidades respectivamente al soporte (2) y al portaherramientas (3) y un calzo anular (25) de apoyo axial del portaherramientas (3) sobre la extremidad del generador (8), de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión, que permite la disminución de las solicitaciones que perjudican al generador (8), al tiempo que permite la transmisión de los movimientos axiales.

Cabeza de perforación con vibraciones axiales La presente invención concierne a una cabeza de perforación equipada con un generador de oscilaciones (vibraciones) axiales.

Antecedentes de la invención Una máquina de perforación presenta el inconveniente de producir virutas largas que generan diferentes problemas en la operación de perforación porque éstas son difíciles de alejar rápidamente de la zona de trabajo y pueden deteriorar la calidad de la superficie del agujero fabricado.

Un remedio a este inconveniente consiste en provocar la fragmentación de estas virutas por variación de su espesor y la interrupción repetida del corte. Ésta se obtiene imponiendo a la herramienta de corte, generalmente una broca, una vibración axial que hace la velocidad de avance (de penetración en el material) cíclicamente variable por tanto el espesor del corte variable, con amplitudes y frecuencias que conducen a la fragmentación de las virutas.

Al mismo tiempo, existen operaciones de perforación en las cuales se tiene interés en hacer vibrar a la herramienta únicamente en ciertos momentos (por ejemplo, durante la perforación de materiales multicapa) o cambiar las amplitudes y/o las frecuencias de las oscilaciones en tiempo real (por ejemplo, para reaccionar y adaptar el proceso de corte al material perforado) . Es necesario entonces tener un dispositivo capaz de ser gobernado, con una reacción suficientemente rápida y la capacidad de captar el paso de un material a otro.

Han sido propuestos ya varios dispositivos que utilizan las oscilaciones axiales en perforación. Se citará por ejemplo el dispositivo descrito en el documento EP 994 758. Este último describe una fijación entre un portaherramientas y su soporte de arrastre que constituye una suspensión del portaherramientas en el soporte tal que ésta sea apta para producir oscilaciones axiales autoentretenidas de modo que la velocidad de penetración de la herramienta en la pieza varíe cíclicamente alrededor de una velocidad media, naturalmente no nula.

Por otro documento DE 103 43 682, se conoce una herramienta de fresado o de perforación en el cual se somete a la herramienta giratoria a un movimiento axial alternativo por medio de un accionador piezoeléctrico o magnético alojado en al portaherramientas, unido sin hilos a una alimentación. El sistema es mandado a distancia. Esta herramienta está destinada al mecanizado de los materiales compuestos con frecuencias de vibración axiales muy elevadas (ultrasónicas) de muy pequeñas amplitudes.

Por otro documento US2008/041604, se conoce una herramienta de cabeza oscilante en el cual se somete a una herramienta giratoria a una oscilación de muy alta frecuencia, que debe ser igual a la frecuencia propia de la herramienta, de modo que la oscilación generada provoque una resonancia axial de la herramienta. Los accionadores de las soluciones descritas en el documento US2008/041604 están integrados completamente en la parte axialmente móvil de los dispositivos, no pudiendo generar desplazamientos y esfuerzos estáticos o de baja frecuencia de amplitudes suficientes para fragmentar las virutas. Además, tratándose de la utilización de una resonancia, las características de las oscilaciones obtenidas dependen de modo importante de la carga, es decir del esfuerzo de penetración encontrado durante la operación de mecanizado.

Por el documento US2006/251480 se conoce igualmente una cabeza de perforación con oscilaciones axiales que comprende un soporte de acoplamiento a la cabeza de un motor de arrastre en rotación de este soporte de acoplamiento que comprende un portaherramientas suspendido de manera elástica según una dirección axial de la herramienta. Un accionador lineal del soporte de acoplamiento realiza una modulación lineal de la herramienta por la rotación.

Objeto de la invención Los dispositivos conocidos no presentan todas las calidades necesarias en una máquina que sea de uso universal en lo que concierne a la fragmentación de la viruta en perforación por superposición de oscilaciones axiales con el movimiento de avance de la herramienta, es decir que sean robustos, que puedan generar oscilaciones axiales de amplitudes suficientes para fragmentar las virutas, que puedan adaptarse a las máquinas existentes y que puedan disponer de una facultad de adaptación a diferentes programas de perforación, especialmente para tener en cuenta los diferentes materiales atravesados en una misma operación. Se conoce por ejemplo que las oscilaciones generadas por los dispositivos descritos en los documentos EP 999 758 y US2008/041604 son sensibles a la carga, es decir que dependen de los diámetros y condiciones de corte (herramientas, parámetros de corte, etc.) . Se conoce igualmente que los accionadores piezoeléctricos son frágiles y no soportan otras solicitaciones que los esfuerzos de compresión.

Breve descripción de la invención A tal efecto, la presente invención tiene por objeto una cabeza de perforación con generador de oscilaciones axiales, que comprende un soporte de acoplamiento de la cabeza a un motor de arrastre en rotación del soporte alrededor de un eje, teniendo el soporte un eje longitudinal en coincidencia con el eje de rotación del motor, un portaherramientas, medios de suspensión elásticamente deformables del portaherramientas en el soporte que son capaces de transmitir los momentos de torsión y medios de guía del portaherramientas en el interior del soporte, a lo largo del eje longitudinal de este soporte, que comprende un generador controlado de movimientos alternativos (oscilaciones) en la dirección del citado eje, interpuesto entre el soporte y el portaherramientas.

El generador de oscilaciones (denominado igualmente el accionador) es tubular de tipo piezoeléctrico en apoyo sobre el soporte del portaherramientas por una de sus extremidades mientras que la cabeza de perforación de acuerdo con la invención comprende un pivote deslizante entre el soporte y el portaherramientas, realizado en el interior del generador tubular, un manguito exterior axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión, fijado por sus extremidades respectivamente al soporte y al portaherramientas y un calzo anular de apoyo axial del portaherramientas sobre la extremidad del generador, de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión.

El manguito y el calzo sirven para establecer una precarga del generador. La longitud del apilamiento del generador y del calzo añadida a la longitud libre del manguito exterior y a su característica elástica en dirección axial permite ajustar la precarga del generador. El calzo anular, rígido axialmente, permite la transmisión al portaherramientas de las vibraciones procedentes del generador mientras que su flexibilidad a la flexión preserva al generador de las variaciones bruscas de los momentos de flexión que provienen del proceso de perforación y de las eventuales holguras del pivote deslizante.

En una variante de realización de este ejemplo, la transmisión del par entre el soporte y el portaherramientas está asegurada por una unión de corredera entre el soporte y el portaherramientas (casquillo de bolas sobre árbol perfilado o acanalado) de modo que el manguito exterior solamente tiene como función asegurar la precarga del generador.

La estructura de este manguito puede ser compuesta, con porciones de pared de alta conductividad térmica o vaciados que favorecen un drenaje térmico del calentamiento del generador.

En otro ejemplo de realización, la cabeza de perforación comprende un pivote deslizante entre el soporte y el portaherramientas, en el interior del generador tubular, un manguito exterior axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión fijado por sus extremidades respectivamente al soporte y al portaherramientas con al menos un elemento plano en paralelo, apto para transmitir esfuerzos radiales, fijado entre el soporte y el portaherramientas y un calzo anular de apoyo axial del portaherramientas sobre la extremidad del generador, de rigidez axial determinada.

Como en la realización precedente, la longitud del apilamiento del generador y del calzo añadida a la longitud libre del manguito exterior y a su característica elástica en dirección axial permite ajustar la precarga del generador. La protección del generador piezoeléctrico contra los momentos de torsión está asegurada en paralelo por el manguito exterior y el citado elemento flexible, que descargan al calzo del deber de aislar en torsión al portaherramientas del generador; esta disposición permite la absorción de los esfuerzos radiales que pueden no ser absorbidos por la conexión pivote deslizante cuando ésta tenga holgura, incluso si esta holgura es pequeña. Se puede poner en práctica otro elemento... [Seguir leyendo]

1. Cabeza de perforación (1) con generador de oscilaciones axiales, que comprende un soporte (2) de acoplamiento de la cabeza a un motor de arrastre en rotación del soporte alrededor de un eje, teniendo el soporte (2) un eje longitudinal (5) en coincidencia con el eje de rotación del motor, un portaherramientas (3) , medios de suspensión elásticamente deformables del portaherramientas (3) en el soporte (2) , que permiten movimientos axiales, y medios de guía del portaherramientas (3) en el interior del soporte (2) , a lo largo del eje longitudinal (5) de este soporte, que comprende un generador (8) controlado de movimientos alternativos en la dirección del citado eje (5) , interpuesto entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) , caracterizada porque el generador (8) de movimientos axiales alternativos es tubular de tipo piezoeléctrico sin precarga, en apoyo sobre el soporte (2) del portaherramientas por una de sus extremidades y porque comprende un pivote deslizante (20) entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) , en el interior del generador (8) , un manguito exterior (22) axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión fijado por sus extremidades respectivamente al soporte (2) y al portaherramientas (3) y un calzo anular (25) de apoyo axial del portaherramientas (3) sobre la extremidad del generador (8) , de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión, que permite la disminución de las solicitaciones que perjudican al generador (8) , al tiempo que permite la transmisión de los movimientos axiales.

2. Cabeza de perforación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el manguito exterior (22) y el calzo anular (25) constituyen el medio de instalar una precarga axial en el generador (8) .

3. Cabeza de perforación (1) con generador de oscilaciones axiales de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende una corredera (20) entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) , en el interior del generador (8) , que permite la transmisión de los momentos de torsión entre el portaherramientas (3) y el soporte (2) , un manguito exterior (22) axialmente elástico fijado por sus extremidades respectivamente al soporte (2) y al portaherramientas

(3) y un calzo anular (25) de apoyo axial del portaherramientas (3) sobre la extremidad del generador (8) , de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión, que permite la disminución de las solicitaciones que perjudican al generador (8) , al tiempo que permite la transmisión de los movimientos axiales.

4. Cabeza de perforación (1) con generador de oscilaciones axiales de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un pivote deslizante (20) entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) , en el interior del generador (8) , un manguito exterior (22) axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión fijado por sus extremidades respectivamente al soporte (2) y al portaherramientas (3) con al menos un elemento plano (26, 27) en paralelo, apto para transmitir esfuerzos radiales, fijado entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) y un calzo anular (25) de apoyo axial del portaherramientas (3) sobre la extremidad del generador (8) , de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión.

5. Cabeza de perforación (1) con generador de oscilaciones axiales de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un manguito exterior (22) axialmente elástico y de gran rigidez a la torsión fijado por sus extremidades respectivamente al soporte (2) y al portaherramientas (3) , con dos elementos planos (26, 27) , montados en paralelo, aptos para transmitir esfuerzos radiales, fijados entre el soporte (2) y el portaherramientas (3) , formando así una guía axial de elementos flexibles, y un calzo anular (25) de apoyo axial del portaherramientas (3) sobre la extremidad del generador (8) , de rigidez axial determinada y de pequeña rigidez a la flexión, que permite la disminución de las solicitaciones que perjudican al generador (8) , al tiempo que permite la transmisión de los movimientos axiales.

6. Cabeza de perforación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el accionador (8) lleva un sensor

(21) de la fuerza que ejerce axialmente la broca sobre la pieza en curso de mecanizado.