Dispositivo de mecanizado axial.

Dispositivo (1) de mecanizado axial, que comprende un husillo portaherramientas (3) que gira en el interior de unbastidor (2),

alojando este último un sistema de transmisión (5) que provoca el avance automático del husillo conrelación al bastidor (2) bajo el efecto del arrastre en rotación del husillo portaherramientas, comprendiendo estesistema de transmisión (5) un piñón de avance (15) roscado en el husillo (3), comprendiendo el dispositivo un órganode retorno elástico (40) que solicita el piñón de avance (15) en un primer sentido axial, contrario al sentido de avance(A) del husillo (3), estando el dispositivo caracterizado porque comprende un primer rodamiento (50) que comprendeunos órganos de rodamiento (51) que ruedan sobre una superficie de rodamiento ondulada con una componenteaxial, de modo que solicita de manera periódica en desplazamiento el piñón de avance (15) en un segundo sentidoopuesto al primero, de tal manera que la rotación del husillo (3) está acompañada por un movimiento de vibraciónaxial.

Dispositivo de mecanizado axial.

La presente invención se refiere a los dispositivos de mecanizado axial, tal como perforación, mandrilado y fresado, y más particularmente a aquéllos de pequeño volumen que integran un movimiento de avance y de penetración de la herramienta, por ejemplo de la broca.

La solicitud FR 2 881 366 a nombre de SETI TEC describe un dispositivo de perforación que comprende un piñón de arrastre para arrastrar en rotación un husillo portabrocas y un piñón de avance conectado al husillo portabrocas mediante una unión fileteada.

En la figura 1 se reproduce un dispositivo similar. En esta figura, las referencias numéricas son las mismas que las utilizadas a continuación, para indicar piezas constitutivas idénticas o similares.

Se conocen por otro lado dispositivos de perforación vibratoria a partir de las publicaciones WO 2008/000935 A1, DE 10 2005 002 462 B4, US no 7.510.024 B2, FR 2 907 695 y US 2007/209813.

La asistencia vibratoria permite fragmentar las virutas y aumentar la calidad de las perforaciones suprimiendo el riesgo de atasco, aumentar la vida útil de las herramientas y fiabilizar el procedimiento.

En las publicaciones FR 2 907 695, US no 7.510.024 y US 2007/209813 (formando esta última publicación la base para el preámbulo de la reivindicación 1) , las oscilaciones son generadas por las levas sin órganos de rodamiento. Como resultado, se produce un rozamiento a nivel de la leva, que genera un calentamiento y ruido. Además, no siempre se obtiene la frecuencia de vibración óptima para la fragmentación correcta de la viruta debido a que esta frecuencia es un múltiplo entero del diferencial de la velocidad de rotación del piñón de avance con respecto al husillo o con respecto al bastidor, relacionado directamente con el número de oscilaciones de la leva.

En la patente DE 10 2005/002462, un resorte ejerce una fuerza de retorno sobre un rodamiento que comprende una superficie ondulada, en un sentido de avance de la broca, con el fin de producir unas vibraciones axiales. En caso de presión axial elevada de la broca, los órganos de rodamiento pueden dejar de rodar sobre la superficie ondulada, y la broca deja de oscilar. Para evitar este inconveniente, el resorte debe presentar una rigidez importante, lo cual puede llevar a sobredimensionar el rodamiento. Como resultado, se produce un coste y un volumen más importantes.

Además, el dispositivo está aplicado en la punta de husillo, bajo el sistema de avance, lo cual se añade al volumen y lleva a una complejidad aumentada.

Existe la necesidad de perfeccionar más los dispositivos de perforación, en particular los destinados al mecanizado de piezas aeronáuticas de grandes dimensiones, tales como por ejemplo partes del fuselaje o de las alas.

La invención tiene por tanto como objeto un dispositivo de mecanizado axial que comprende un husillo portaherramientas, que gira en el interior de un bastidor, alojando este último un sistema de transmisión que provoca el avance automático del husillo con relación al bastidor bajo el efecto del arrastre en rotación del husillo portaherramientas, comprendiendo este sistema de transmisión un piñón de avance atornillado en el husillo.

El dispositivo comprende un órgano de retorno elástico que solicita el piñón de avance en un primer sentido axial, preferentemente contrario al sentido de avance (es decir, su movimiento durante el mecanizado) del husillo. El dispositivo comprende un primer rodamiento que comprende unos órganos de rodamiento que ruedan sobre una superficie de rodamiento ondulada con una componente axial de ondulación, de modo que solicita de manera periódica en desplazamiento el piñón de avance en un segundo sentido opuesto al primero, de tal manera que la rotación del husillo está acompañada por un movimiento de vibración axial.

El dispositivo según la invención presenta un volumen reducido, gracias a la integración de los medios de creación del movimiento de vibración en el interior del bastidor. Los rozamientos también se reducen enormemente debido a los órganos de rodamiento.

Además, la invención puede permitir que se generen unas vibraciones axiales a una frecuencia relacionada con la velocidad de rotación del piñón de rotación, lo cual puede permitir que se mantenga constante el número de oscilaciones por vuelta independientemente de las regulaciones del avance. En una variante de la invención, en la que el primer rodamiento está apoyado directamente en el piñón de avance y en la que la frecuencia de vibración axial está entonces directamente relacionada con la velocidad de rotación del piñón de avance y ya no lo está con la del husillo portaherramientas, se pierde esta última ventaja, pero se mantienen otras ventajas.

Es ventajoso que el órgano de retorno solicite el piñón de avance en un sentido contrario al sentido de avance del husillo. Esto permite utilizar, en efecto, el primer rodamiento para ejercer un esfuerzo axial en el sentido de avance del husillo. Así, incluso en caso de sobrecarga axial de la broca, ésta permanece sometida a un movimiento de vibración. Además, no se tiene que sobredimensionar ni el órgano de retorno ni el primer rodamiento. El dispositivo sigue siendo así fácilmente integrable en un bastidor que contiene el sistema de transmisión y de avance del husillo.

El primer rodamiento comprende ventajosamente unos rodillos, los cuales pueden soportar unos esfuerzos superiores a las bolas.

La superficie ondulada se comporta con los órganos de rodamiento como un engranaje planetario que actúa como un reductor y desmultiplica el número de oscilaciones por vuelta. El primer rodamiento presenta así la doble función 10 de reducir los rozamientos y de reducir mediante el engranaje planetario el movimiento de vibración.

La superficie ondulada puede estar configurada para producir un número no entero, incluso no racional, de periodos de vibración por revolución del husillo portaherramientas. El número de periodos de vibración por revolución del husillo portaherramientas está comprendido, por ejemplo, entre 1 y 3, excluidos los extremos, siendo en particular

igual a aproximadamente 1, 5 o 2, 5. La superficie de rodamiento ondulada puede comprender un número impar de ondulaciones, por ejemplo sinusoidales, por revolución. Por ejemplo, tres ondulaciones en la superficie ondulada pueden generar, teniendo en cuenta la rotación de los rodamientos, aproximadamente 1½ oscilaciones por vuelta del husillo. Un número no entero permite evitar una trayectoria paralela de las aristas de corte durante la perforación, y aumenta la eficacia de fragmentación de las virutas.

Preferentemente, la superficie ondulada produce un número no entero y no racional de periodos de vibración por revolución del husillo portaherramientas.

El primer rodamiento puede comprender un anillo plano y un anillo ondulado, entre los que giran los órganos de 25 rodamiento, pudiendo estos anillos ser fijos o móviles en el dispositivo. El anillo ondulado define la superficie ondulada.

El número de órganos de rodamiento entre el anillo plano y el anillo ondulado es igual al número de ondulaciones del anillo ondulado.

Debido a que uno de los anillos es ondulado, la trayectoria de los órganos de rodamiento sobre este anillo no es un círculo 2D sino una sinusoide 3D. Así, la longitud de las trayectorias sobre un anillo plano u ondulado es diferente, aunque los diámetros de los anillos sean iguales.

Se puede aplicar la fórmula de Willis a la invención. La trayectoria del punto actual sobre el anillo ondulado puede expresarse así:

en la que R1 es el radio de la trayectoria sobre el anillo, θ el ángulo formado por el punto actual, N el número de ondulaciones y A su amplitud.

Derivando esta ecuación, se obtiene la siguiente ecuación:

La norma de esta ecuación permite obtener la derivada de la abscisa curvilínea, es decir la longitud de la trayectoria s1 del anillo ondulado:

La integración de la ecuación anterior conduce al cálculo de la abscisa curvilínea s1:

siendo la integral anterior la integral elíptica incompleta del segundo tipo. En el anillo plano, la longitud de la trayectoria s2 se puede expresar como un simple perímetro de círculo:

en la que R2 es el diámetro del anillo.

Las reducciones r1 y r2 del engranaje planetario con, respectivamente, unos anillos móviles o fijos, se pueden expresar como:

Este cálculo hace que intervengan numerosos parámetros y, por su naturaleza, induce un número de oscilaciones por vuelta no racional, tal como se indica en los ejemplos a continuación.

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1. Dispositivo (1) de mecanizado axial, que comprende un husillo portaherramientas (3) que gira en el interior de un bastidor (2) , alojando este último un sistema de transmisión (5) que provoca el avance automático del husillo con relación al bastidor (2) bajo el efecto del arrastre en rotación del husillo portaherramientas, comprendiendo este sistema de transmisión (5) un piñón de avance (15) roscado en el husillo (3) , comprendiendo el dispositivo un órgano de retorno elástico (40) que solicita el piñón de avance (15) en un primer sentido axial, contrario al sentido de avance (A) del husillo (3) , estando el dispositivo caracterizado porque comprende un primer rodamiento (50) que comprende unos órganos de rodamiento (51) que ruedan sobre una superficie de rodamiento ondulada con una componente axial, de modo que solicita de manera periódica en desplazamiento el piñón de avance (15) en un segundo sentido opuesto al primero, de tal manera que la rotación del husillo (3) está acompañada por un movimiento de vibración axial.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, comprendiendo el primer rodamiento (50) unos rodillos (51) . 15

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 y 2, produciendo la superficie ondulada un número no entero de periodos de vibración por revolución del husillo (3) portaherramientas.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, produciendo la superficie ondulada un número no racional de periodos de 20 vibración por revolución del husillo portaherramientas (3) .

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el sistema de transmisión (5) un piñón de rotación (10) que sirve para el arrastre en rotación del husillo (3) portaherramientas, dispuesto en el bastidor (2) con una posibilidad de desplazamiento axial con relación al mismo.

6. Dispositivo según la reivindicación anterior, estando situado el piñón de rotación (10) entre el piñón de avance (15) y el primer rodamiento (50) .

7. Dispositivo según la reivindicación 5 o 6, que comprende un segundo rodamiento (17) que se interpone entre el 30 piñón de avance (15) y el piñón de rotación (10) .

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, girando el piñón de avance (15) en el interior de un tercer rodamiento, en particular un rodamiento de agujas (98) .

9. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el órgano de retorno elástico (40) una arandela que forma resorte, atravesada por el husillo (3) portaherramientas.

10. Dispositivo según la reivindicación anterior, descansando la arandela que forma resorte sobre un anillo radialmente interior de un cuarto rodamiento atravesado por el husillo (3) portaherramientas, en particular un 40 rodamiento (99) de doble fila de bolas.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la superficie de rodamiento ondulada un número impar de ondulaciones.

12. Procedimiento para realizar un mecanizado axial en una pieza, en el que se utiliza un dispositivo (1) tal como se ha definido en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, aplicado a unas operaciones de fresado o de avellanado.