Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable.

Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable,

formado por un cuerpo fijo (5.1) y un cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) acoplado al cuerpo fijo (5.1), que comprende un amortiguador activo inercial (6), incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3), el cual dispone una masa móvil (6.2) suspendida en su interior, un actuador que mueve la masa móvil (6.2), un primer acelerómetro acoplado al cuerpo rotatorio (5.2, 5.3), un segundo acelerómetro acoplado a la masa móvil (6.2) del amortiguador activo inercial (6), un paso de señales de alimentación eléctrica y señales de control desde el cuerpo fijo (5.1) al amortiguador activo inercial (6) incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3), y un paso de fluido refrigerante desde el cuerpo fijo (5.1) al amortiguador activo inercial (6) incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3).

Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con la supresión o atenuación de las vibraciones producidas en las máquinas herramientas fresadoras durante los procesos de mecanizado, proponiendo para ello un cabezal de una máquina herramienta fresadora con un amortiguador activo inercial integrado en el propio cabezal que permite mejorar la dinámica de trabajo de la máquina.

Estado de la técnica La búsqueda de la precisión y la obtención de piezas con mayor calidad de acabado es un proceso continuo de mejora para los fabricantes del sector de la máquina herramienta. Así, uno de los principales problemas relacionados con los procesos de mecanizado es el fenómeno conocido como “chatter”.

El “chatter”, también denominado retemblado o cimbreo, es un problema de inestabilidad dinámica propio de los procesos de corte de metal que se produce durante el mecanizado de la pieza por la herramienta de trabajo. El “chatter” se identifica por producir unas violentas vibraciones, un alto ruido y un mal acabado superficial de la pieza en forma de ondulaciones, además de producir un desgaste prematuro de la herramienta, de los rodamientos y de los engranajes de la máquina.

Para suprimir las vibraciones no deseadas en las operaciones de mecanizado, es conocido el empleo de amortiguadores y absorbedores tanto activos como pasivos. Los amortiguadores activos requieren de aportaciones externas de energía mientras que los amortiguadores pasivos son sistemas adicionales que se añaden sin requerimientos de energía.

Entre los amortiguadores pasivos destacan los denominados absorbedores dinámicos de vibraciones (DVA) que consisten en una masa que se une a la estructura a amortiguar mediante una unión flexible amortiguada. La frecuencia natural del amortiguador pasivo se sintoniza para que coincida o sea muy similar a la frecuencia natural de la estructura que se quiere amortiguar. Estos amortiguadores pasivos pierden efectividad cuando los parámetros dinámicos de la estructura original varían.

Los amortiguadores activos, en general, tienen una capacidad de adaptación que les hace interesantes para medios dinámicamente cambiantes. Los amortiguadores activos están compuestos por sensores que miden la vibración y actuadores que permiten introducir una fuerza. En el caso de los amortiguadores activos inerciales, esta fuerza se obtiene acelerando una masa móvil que se encuentra suspendida en la estructura que se quiere amortiguar, de manera que cuando la masa móvil oscila en la dirección requerida se genera una fuerza inercial que reduce la amplitud de las vibraciones mecánicas producidas en la máquina herramienta.

Ahora bien, para garantizar una correcta disipación de las vibraciones el amortiguador inercial debe encontrarse lo más cercano al punto de corte entre la pieza y la herramienta. Por lo general, cuanto más lejos se encuentra del punto de corte más fuerza se requiere del actuador inercial del amortiguador activo para obtener el mismo efecto. Se puede decir que cuanto más se aleja el amortiguador del punto de corte más espacio es necesario para el el mismo, así el aumento de fuerza y espacio requerido es exponencial.

Esto presenta un problema en el caso de las fresadoras, en donde el cabezal de la fresadora es una parte móvil que gira respecto de una parte fija de la máquina herramienta, de manera que para poder disponer el amortiguador inercial en la cercanía del punto de corte, se hace necesario integrarlo en el propio cabezal de la fresadora, en donde el espacio para la ubicación del amortiguador es reducido, debiendo además resolver la problemática de llevar las señales de control y alimentación eléctrica, así como la refrigeración, hasta el amortiguador inercial que gira con uno de los ejes de rotación del cabezal.

Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención se propone un cabezal de máquina herramienta fresadora que presenta unas características estructurales y funcionales que permiten mejorar el comportamiento dinámico de la máquina.

El cabezal objeto de la invención comprende al menos dos cuerpos articulados entre sí, formados por un cuerpo fijo que va unido al carnero, o a la estructura de la máquina herramienta, y un cuerpo rotatorio que va acoplado directa, o indirectamente, al cuerpo fijo, y en donde el cuerpo rotatorio puede rotar respecto al cuerpo fijo, comprendiendo el cabezal de la máquina herramienta fresadora:

un amortiguador activo inercial, incorporado en el cuerpo rotatorio, que dispone una masa móvil suspendida en su interior; un actuador que provoca el movimiento de la masa móvil; un primer acelerómetro acoplado al cuerpo rotatorio del cabezal; un segundo acelerómetro acoplado a la masa móvil del amortiguador activo inercial; un primer paso de señales de alimentación eléctrica y señales de control, desde el cuerpo fijo al amortiguador activo inercial que va incorporado en el cuerpo rotatorio del cabezal; un segundo paso de fluido refrigerante, desde el cuerpo fijo al amortiguador activo inercial que va incorporado en el cuerpo rotatorio del cabezal.

El paso de señales de alimentación eléctrica y de control, y el paso de fluido refrigerante desde el cuerpo fijo del cabezal al amortiguador activo inercial, se realizan a través de una zona de acoplamiento definida entre el cuerpo rotatorio y el cuerpo fijo del cabezal. Esta zona de acoplamiento está formada por una prolongación anular del cuerpo rotatorio del cabezal, que se introduce en un alojamiento anular reciproco definido en el cuerpo fijo del cabezal.

En un extremo del alojamiento anular del cuerpo fijo del cabezal se dispone un bucle de cables que está conectado con unos orificios axiales definidos en la prolongación anular del cuerpo rotatorio del cabezal, empleándose los orificios axiales para la conducción de unos cables con señales de alimentación eléctrica y de control, hasta el actuador y los acelerómetros del amortiguador activo inercial, de manera que el bucle de cables se alarga o se acorta en función del sentido de giro del cuerpo rotatorio respecto del cuerpo fijo, permitiendo el bucle de cables mantener la conexión de los cables cuando se produce la rotación.

La masa móvil del amortiguador inercial se encuentra apoyada en deslizamiento sobre una pantalla térmica que comprende un serpentín, por donde se hace circular el fluido refrigerante con el propósito de disipar el calor generado cuando el actuador hace vibrar la masa móvil del amortiguador activo inercial.

Por otro lado, la prolongación anular del cuerpo rotatorio del cabezal está rodeada por unos canales anulares de refrigeración, los cuales están conectados radialmente con unos conductos axiales que permiten el paso del fluido refrigerante desde el cuerpo fijo del cabezal hasta el amortiguador activo inercial en cualquier posición angular en la que se encuentre el cuerpo rotatorio del cabezal.

Cada conducto axial está formado por un primer conducto axial, dispuesto en el cuerpo fijo del cabezal, que conecta radialmente con un canal anular de refrigeración, y por un segundo conducto axial, dispuesto en la prolongación anular del cuerpo rotatorio del cabezal, que conecta el serpentín del amortiguador activo inercial con el canal de refrigeración conectado al primer conducto axial.

La situación del amortiguador activo inercial en las cercanías del punto de corte, permite reducir el tamaño del amortiguador activo inercial de forma considerable, lo cual es un factor esencial ya que permite optimizar espacio y fuerza necesaria para estabilizar el corte. Además, en las fresadoras el cabezal suele ir montado en un carnero que se traslada transversalmente respecto de la columna de la fresadora, lo cual hace aún más importante, si cabe, el situar el amortiguador activo inercial en el cabezal.

Con el cabezal de la invención se consiguen mejorar el proceso de corte e introducir nuevas funcionalidades en la máquina:

• Por un lado, la situación de los acelerómetros en la cercanía de los elementos de transmisión del cabezal, permite monitorizar el estado de los rodamientos o engranajes del cabezal, adelantándose de esta manera ante un posible fallo de estos elementos que pueda suponer una parada en la producción.

• El amortiguador activo inercial permite también realizar un calibrado de la máquina herramienta, obteniendo una rigidez dinámica de la misma. Para ello, mediante el amortiguador activo inercial se va excitando la estructura de la máquina y se van registrando los valores aportados por los dos acelerómetros.

• Mediante el acelerómetro acoplado al...

1. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, constituido por un cabezal (5) que comprende al menos dos cuerpos articulados entre sí, formados por un cuerpo fijo (5.1) que va unido al carnero (4) o a la estructura de la máquina herramienta, y al menos un cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) que va acoplado, directa o indirectamente, de manera rotatoria al cuerpo fijo (5.1) , caracterizado porque el cabezal (5) comprende:

un amortiguador activo inercial (6) , incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) , que dispone una masa móvil

(6.2) suspendida en su interior; un actuador que mueve la masa móvil (6.2) ; un primer acelerómetro (6.3) acoplado al cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) ; un segundo acelerómetro (6.4) acoplado a la masa móvil (6.2) del amortiguador activo inercial (6) ; un paso de señales de alimentación eléctrica y señales de control desde el cuerpo fijo (5.1) al amortiguador activo inercial (6) incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) ; un paso de fluido refrigerante desde el cuerpo fijo (5.1) al amortiguador activo inercial (6) incorporado en el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) .

2. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el paso de señales de alimentación eléctrica y de control, y el paso de fluido refrigerante, desde el cuerpo fijo (5.1) al amortiguador activo inercial (6) , se realiza a través de una zona de acoplamiento definida entre el cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) y el cuerpo fijo (5.1) , en donde la zona de acoplamiento está formada por una prolongación anular

(5.2.1) del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) que se introduce en un alojamiento anular (5.1.1) reciproco definido en el cuerpo fijo (5.1) .

3. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la primera reivindicación, caracterizado porque la masa móvil (6.2) del amortiguador activo inercial (6) se apoya en deslizamiento sobre una pantalla térmica

(15) que comprende un serpentín (16) por el que circula el fluido refrigerante.

4- Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque en un extremo del alojamiento anular (5.1.1) del cuerpo fijo (5.1) se dispone un bucle de cables

(11) que conecta con unos orificios axiales (12) definidos en la prolongación anular (5.2.1) del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) , empleándose los orificios axiales (12) para la conducción de unos cables (10) de señales de alimentación eléctrica y de control hasta el actuador y los acelerómetros (6.3, 6.4) del amortiguador activo inercial (6) , de manera que dicho bucle de cables (11) permite mantener la conexión de los cables (10) cuando se produce la rotación del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) respecto del cuerpo fijo (5.1) .

5. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la segunda reivindicación, caracterizado porque la prolongación anular (5.2.1) del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) está rodeada por unos canales anulares de refrigeración (13) que están conectados radialmente con unos conductos axiales (17) que permiten el paso del fluido refrigerante desde el cuerpo fijo (5.1) hasta el amortiguador activo inercial (6) en cualquier posición angular del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) .

6. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la tercera y quinta reivindicaciones, caracterizado porque los conductos axiales (17) están formados por un primer conducto axial (17.1) dispuesto en el cuerpo fijo (5.1) que conecta radialmente con un canal anular de refrigeración (13) , y por un segundo conducto axial

(17.2) dispuesto en la prolongación anular del cuerpo rotatorio (5.2, 5.3) que conecta el serpentín (16) del amortiguador activo inercial (6) con el canal de refrigeración (13) conectado al primer conducto axial (17.1) .

7. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el amortiguador activo inercial (6) está incorporado en un cuerpo rotatorio intermedio (5.2) que se acopla en giro por un extremo respecto al cuerpo fijo (5.1) y en el otro extremo se acopla en giro respecto a un cuerpo rotatorio final

(5.3) que porta una herramienta de trabajo.

8. Cabezal de máquina herramienta fresadora dinámicamente estable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el amortiguador activo inercial (6) está incorporado en un cuerpo rotatorio final (5.3) que porta una herramienta de trabajo y que se encuentra acoplado en giro respecto a un cuerpo rotatorio intermedio (5.2) , estando el cuerpo rotatorio intermedio (5.2) a su vez acoplado en giro respecto al cuerpo fijo (5.1) .