ES2218737T3 - Acoplamiento de arrastre paralelo modular. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION RESIDE EN UN MODULO UTILIZADO, JUNTO CON OTROS MODULOS SIMILARES, EN UN APARATO PARA PRODUCIR RAPIDAMENTE UN ARTICULO QUE TIENE UN DISEÑO TRIDIMENSIONAL QUE COMPRENDE UNA BASE (50), UNA SERIE DE MIEMBROS DE DESPLAZAMIENTO (5), MONTADOS SOBRE DICHA BASE, Y PUDIENDOSE MOVER LA CITADA SERIE DE MIEMBROS DE DESPLAZAMIENTO CON RELACION A LA MISMA, SIENDO LA BASE UN BLOQUE INTERCONECTABLE DE ELEMENTOS PARALELOS DEL TREN DE ACCIONAMIENTO CON UN EJE UNICO DE ENTRADA (65) Y UNA SERIE DE EJES DE SALIDA EN PARALELO (45), EN ANGULO RECTO AL EJE DE ENTRADA, CUYO FLUJO DE POTENCIA A LOS EJES DE SALIDA SE CONECTA/DESCONECTA ELECTRICAMENTE A TRAVES DE EMBRAGUES ELECTROMAGNETICOS (55).

Description

Acoplamiento de arrastre paralelo modular.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a un útil controlado por ordenador capaz de proporcionar una superficie 3D ajustable para el moldeo, por ejemplo, de material en láminas para proporcionar cambios rápidos de contorno a éste, y se refiere, más particularmente, al mecanismo por el que se realizan tales cambios rápidos de contorno donde el mecanismo está compuesto por una pluralidad de módulos montados que actúan en conjunto entre sí para realizar una operación de trabajo.

Los útiles de contorno discreto grandes compuestos por árboles giratorios y miembros de traslación encuentran problemas en el montaje, cableado, formación de tolerancia y servicio. Adicionalmente, el riesgo implicado con las bases de útiles de maquinado y carcasa de material macizo se incrementa con el número de árboles paralelos requeridos para el ajuste. La cantidad de maquinado necesaria para estos útiles es también substancial. Esto provoca que los altos costes del útil debido a los grandes gastos requeridos para adquirir productos brutos de metal, eliminan entonces posteriormente volumen grande de metal durante las operaciones de maquinado. Adicionalmente, las reparaciones de fuera de línea, puesta en servicio y mantenimiento son características deseadas y si fuera posible, permiten un tiempo de inactividad mínimo por sustitución rápida de módulos completos con piezas de recambio aceptables en existencias. No obstante, tales útiles tienen muchas aplicaciones en la industria aeroespacial y en otras industrias que necesiten sujetar, moldear o inspeccionar componentes contorneados.

Adicionalmente, los riesgos de fabricación implicados con el maquinado de las bases del útil y las carcasas a partir de material macizo incrementan con el número de células, casquillos, y/o bolsas requeridas para motores, componentes de traslación y/o de rotación. La cantidad de maquinado necesario para útiles grandes puede ser, con frecuencia, substancial. Esto provoca que los costes del útil sean muy altos debido a los grandes gastos requeridos por la compra o fundición del metal en existencias, maquinando entonces posteriormente grandes volúmenes de metal necesarios para un ajuste adecuado de todos los componentes montados. Por tanto, el concepto de "modularidad" no está previsto, por tanto, para máquinas de la técnica anterior, tal como se describe en el documento U.S. 5.546.784. No se encuentra un método de "bloque de formación", y por tanto, no se utilizan en la técnica anterior piezas fundidas, piezas forjadas, o piezas maquinadas comunes de alta calidad y bajo coste para carcasas y/o bases de componentes.

A partir del documento US-A-5 546 784 se conoce un aparato que puede colocar rápidamente una serie de miembros de traslación, que comprende:

una base de módulo;

una pluralidad de miembros de traslación montados móviles con respecto a dicha base y estando en movimiento relativo con ésta;

una pluralidad de árboles de salida de accionamiento asociados cada uno para accionar una conexión con uno de dicha pluralidad de miembros de traslación.

Además, el uso de los sistemas de control tradicionales para la colocación de una serie grande de motores individuales requieren cantidades substanciales de cableado en espacio muy limitado. Los útiles de forma grande han tenido tradicionalmente un área de útil activa máxima preajustada (longitud y anchura máxima utilizada). La naturaleza de limitación no flexible de la forma plana (longitud y anchura del área activa) es un problema que podría aliviarse utilizando un sistema modular donde solamente necesita fabricarse una huella necesaria para efectuar el trabajo manual. Adicionalmente, el coste para un útil ajustable es muy relativo al coste para un solo útil de contorno fijo. La viabilidad económica de sustitución de muchos útiles de contorno fijo por una solo útil de contorno ajustable depende del número de útiles fijos que pueden sustituir un solo útil ajustable individual.

Por consiguiente, un objeto de la invención es proporcionar un conjunto donde todo el coste del sistema inicial general sea inferior y tenga una mayor ventaja cuando se construyen útiles de forma grande.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un módulo interconectable, autónomo que forma el bloque de formación de una serie bidimensional de dimensiones planas más grandes que un módulo.

Todavía un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un útil donde son utilizados los módulos individuales y proporcionan los bloques de construcción cuando se ponen juntos reduciendo así el coste general del útil y simplificando el cableado exterior, montaje, y operaciones de maquinado.

Un objeto adicional de la invención reside en un "módulo" autónomo interconectable como se describe anteriormente, por lo que el árbol de entrada de un módulo no puede conectarse al árbol de entrada de un módulo adyacente similar, permitiendo así una hilera de módulos que deben activarse a lo largo de un eje de árbol de entrada común.

Un objeto todavía adicional de la invención es proporcionar un conjunto con un riesgo general inherentemente inferior de rotura en la fabricación, reduciendo de este modo la magnitud de los errores que pueden provocar chatarra cuando se crean útiles a escala más grande frente a carcasas de una pieza.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar medios para utilizar componentes repetitivos similares, que se prestan ellos mismos al diseño de métodos de producción de alto volumen, reduciendo así los costes de fabricación generales, tales como, por ejemplo, inversión o fundición con troquel de componentes (es decir, la base del módulo) podría reducir los costes de maquinado y los costes de maquinado y costes de material simultáneamente.

Todavía otro objeto adicional de la invención es proporcionar un conjunto del tipo mencionado anteriormente que proporciona puesta en servicio más fácil, sustitución de componentes, y un menor tiempo de inactividad y proporcionar un conjunto con enchufes eléctricos de desconexión rápida, de forma que la sustitución del móvil puede alcanzarse con tiempo de inactividad mínimo.

Adicionalmente, todavía un objeto de la invención es proporcionar un conjunto del tipo mencionado anteriormente que permita la forma plana de un útil de forma ajustable que debe cambiarse de forma poco costosa, rápidamente en combinaciones diferentes de longitud/anchura por la adición o substracción de módulos a una placa de base de tamaño excesivo.

Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un conjunto del tipo mencionado anteriormente que permite las reparaciones de fuera de línea, puesta en servicio, y mantenimiento permitiendo adicionalmente el mínimo tiempo de inactividad sustituyendo rápidamente los módulos completos con piezas de recambio aceptables en existencias.

Resumen de la invención

La invención se basa en un módulo adaptado para utilizarse en unión con otros módulos de este tipo en un aparato para producir rápidamente un artículo que tiene un diseño tridimensional que comprende una base de módulo, una pluralidad de pasadores montados móviles con respecto a la base y que están móviles con respecto a esto, una pluralidad de árboles de salida de accionamiento, asociados cada uno para accionar la conexión con la pluralidad de pasadores, medios de transmisión dispuestos en la base para la interconexión controlable de accionamiento independiente de cada uno de la pluralidad de pasadores con una fuente de accionamiento de rotación común, y medios de control que interconectan entre sí los medios de transmisión y un controlador con otros para efectuar la activación selectiva de los medios de transmisión para efectuar la rotación selectiva de uno o más de la pluralidad de pasadores.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva del módulo de la invención.

La figura 2a es una vista en alzado lateral de la base del módulo.

La figura 2b es una vista superior de la base del módulo.

La figura 2c es una vista extrema de la base del módulo.

Descripción de la forma de realización preferida

Esto describe un aparato y un método de construcción de dispositivos de miembro de traslación paralelos grandes que utilizan un método de bloque de formación por módulos de adición o substracción comunes que contienen accionamientos de embrague direccionables individualmente. Como se utiliza aquí, el término "modularidad" como se aplica implica el uso de un método de bloque de formación de combinación de muchos bloques similares o idénticos de elementos de tren de accionamiento paralelos que tienen más de una hilera y/o más de una columna de árboles de salida paralelos espaciados uniformemente. El concepto de "modularidad" es necesario para que los útiles discretos puedan acceder a un método de "bloque de formación", y hagan uso de piezas fundidas de alta calidad, y bajo coste, factibles para carcasas de trenes de engranaje y bases. Para los fines de esta descripción, debería observarse que un módulo es referenciado con el número 100 y debe ser entendido por ser una unidad que es capaz de conectarse, de forma accionable, en una forma de desconexión rápida a una fuente de salida de accionamiento común para efectuar las múltiples traslaciones diferentes desde una fuente de accionamiento común.

Con referencia a la figura 1, se muestra una vista en perspectiva fragmentaria de un solo módulo de "bloque de formación" que incorpora la invención. El módulo incluye una pluralidad de miembros o pasadores de traslación 5 montados para movimiento sobre una placa de tapa 30. La placa de tapa 30 está adaptada, a su vez, para el montaje a una base de módulo 50 que está localizada, ella misma, en el fondo de un bastidor (no mostrado) de la manera que será evidente después. Cada pasador 5 es definido por un fuste alargado 4, teniendo cada pasador 5 roscas internas que son dimensionadas y configuradas, de manera correspondiente, para acoplarse con un tornillo de avance respectivo 10 asociado con el pasador 5.

Los tornillos de avance 10 son todos paralelos y pueden tener componentes o engranajes roscados fijados para trasladar el movimiento giratorio de los tornillos de avance 10 en movimiento lineal. El extremo inferior de cada tornillo de avance 10 incluye un conector de accionamiento 20. El miembro de traslación o pasador 5 se muestra solamente para ilustración, no obstante, un técnico en la materia debería reconocer que pueden realizarse varias conexiones de salida a los tornillos de avance. Si el movimiento lineal en la misma dirección desde todos los árboles se desea de forma simultánea, las columnas alternas de los componentes de traslación o pasadores 5 pueden tener roscas manuales opuestas (o dientes) de forma que todos los tornillos de avance paralelos 10 pueden impartir traslación en la misma dirección, si se desea.

Se evita que giren los pasadores 5 por la acción de restricción de los lados planos de los pasadores más exteriores contra el interior del bastidor del útil. Los pasadores más interiores inclinan unos contra otros para prevenir la rotación. Se indica que los pasadores 5 pueden ser de sección transversal cuadrados, rectangulares o hexagonales, o pueden ser semiredondos con partes planas fabricadas encima. El par del motor de accionamiento traslada entonces cada pasador una distancia proporcional a la cantidad de rotación del árbol del motor de accionamiento.

Adicionalmente, los pasadores 5 pueden ser enroscados parcial o totalmente de forma interna y pueden estar fabricados a partir de bloque macizo taladrado de pieza bruta de mezcla, o alternativamente, los pasadores 5 pueden estar fabricados a partir de tubos huecos. En el caso donde los pasadores 5 están fabricados a partir de tubos huecos, las tuercas roscadas o acoplamientos están fijados al extremo del fuste del pasador 4 en lugar de las roscas internas moldeadas.

Los pasadores 5 son trasladados por los tornillos de avance 10 en la dirección del eje z indicada cuando los tornillos de avance son girados por un motor de accionamiento (no mostrado) de acuerdo con la invención. La rotación de los tornillos de avance desde el motor es alcanzada a través del intermediario de los medios de transmisión 12. Los medios 12 incluyen un árbol de entrada 65 y medios de acoplamiento de accionamiento 70 fijados a estos, un engranaje de accionamiento de embrague de entrada 90 dispuesto de forma no giratoria y concéntrica alrededor del árbol de entrada 65 y una pluralidad de conjuntos de embrague 55 que tiene cada uno un engranaje de accionamiento de embrague 80 dispuesto de forma giratoria en las aberturas de articulación formadas en la base del módulo 50 y asociadas con el lado de entrada de accionamiento del conjunto y un orificio de salida del embrague 45 asociado con el lado de salida de accionamiento de cada conjunto de embrague.

Cada conjunto de embrague tiene un extremo superior asociado que se conecta mediante accionamiento de forma controlada con uno de los conectores de accionamiento de tornillo de avance montados individualmente 20 dispuestos sobre los extremos inferiores de cada uno de los tornillos de avance 10. Los extremos inferiores de cada uno de los conectores de accionamiento de tornillo 20 están ranurados y están dimensionados y configurados de forma correspondiente para ser recibidos dentro del orificio ranurado dimensionado correspondientemente 45 en uno de los conjuntos de embrague correspondientes 55. Los conectores de accionamiento se mantienen contra el movimiento axial sobre la placa de tapa 30 por una arandela y el conjunto de sujetador en C dispuesto alrededor de su base. Cada conjunto de embrague es accionado en rotación por su engranaje de accionamiento de embrague asociado 80 que está accionado, a su vez, por el árbol de entrada común 65.

Como se describe previamente, está previsto un motor de accionamiento externo y es conectado de forma accionada al árbol de entrada 65 a través del intermediario de los medios de acoplamiento de accionamiento 70. El árbol de entrada 65 es accionado por el motor externo (no mostrado) y es soportado en la base del módulo 50 utilizando cojinetes 60. Cada cojinete 60 es fijado utilizando un retén de cojinete 110 que es capturado, a su vez, por la placa de tapa 30. El motor de accionamiento que es utilizado, está conectado también a un controlador 2 que es responsable del accionamiento del embrague o bien en la dirección de rotación o de provocar que el embrague se interrumpa. Cualquier motor por base del módulo 50 puede utilizarse para accionar el(los) árbol(es) de entrada del módulo 65, o un árbol cruzado (no mostrado) puede utilizarse para accionar los múltiples módulos paralelos a través de uno o más motores externos. El(los) motor(es) puede(n) o no puede(n) tener caja(s) de engranaje de reducción de engranaje asociado, dependiendo de la velocidad del tornillo de avance requerido 10 (y/o material) y de las relaciones de engranaje de accionamiento del árbol de entrada 90, 85.

La potencia es transmitida desde el árbol de entrada 65 a cada conjunto de embrague 55 a través de un cambio de grado en el flujo de potencia desde el árbol de entrada 65. Esto se alcanza a través del uso de los dientes de engranaje dispuestos de forma perpendicular sobre las porciones yuxtapuestas del engranaje de accionamiento de embrague del árbol de entrada 90 y las correspondientes de los engranajes de accionamiento de embrague 85. Es decir, los dientes del engranaje formados en cada uno de los engranajes de accionamiento de embrague 85, como se observa mejor en las figuras 2a-2c, están en una orientación generalmente vertical, mientras que las porciones correspondientes del engranaje 90 sobre el árbol de entrada 65 y se extiende alrededor en una forma generalmente en espiral. Esto permite el accionamiento continuo del lado de entrada del conjunto de embrague 55 durante la rotación del motor de accionamiento. El árbol de entrada 65 está soportado por cojinetes 60 que pueden resistir tanto las fuerzas de empuje radial como axial.

Cada conjunto de embrague 55 incluyen medios (preferentemente, electromecánico) para controlar las condiciones de rotación de conexión y desconexión del lado del accionamiento del conjunto de embrague asociado con los tornillos de avance 10. Estos medios incluyen una serie de líneas 92 que conectan el controlador 2 con cada conjunto de embrague a través de cada centro del módulo o placa de base inferior. Cada conjunto de embrague 55, cuando se desactiva, no transmitirá el movimiento giratorio al orificio de salida del embrague 45. Cada conjunto de embrague debe estar activado por una señal eléctrica sincronizada que conecta el flujo de potencia desde el engranaje de accionamiento del embrague 85, a través del conjunto de embrague 55, hasta la salida del embrague 45 y hasta el tornillo de avance 10. Un sistema de control capaz de aplicar estas señales sincronizadas puede utilizarse o bien con lógica centralizada o con lógica distribuida. El sistema de control (mostrado esquemáticamente) puede funcionar o bien en modo de circuito abierto (no realimentación) o en modo de circuito cerrado, es decir, si los codificadores giratorios (opcional) están conectados a los árboles de salida del embrague.

Una vez montado, cada módulo está insertado en el bastidor del útil de forma completada (no mostrado). Cada módulo está localizado a través de medios de localización, por ejemplo, pasadores de localización sobre el bastidor, que son recibidos en una chaveta 75 en la base del módulo 50 para encerrar una serie de conjuntos de módulos. De este modo, la configuración del útil puede cambiarse rápidamente a diferentes combinaciones de longitud/anchura añadiendo o substrayendo conjuntos de módulo a la placa de base del bastidor sobredimensionado. El paso del tornillo de avance 10 es elegido de forma que los pasadores 5 son de cierre automático cuando se cargan de forma compresiva. Las cargas de moldeo son transferidas desde el pasador 5 hasta el tornillo de avance 10 y después, desde el tornillo de avance a la base de módulo 50. Cada módulo 100 está adaptado para insertarse en un bastidor (no mostrado) del tipo que se describe, por ejemplo, en el documento U.S. 5.546.313. Los trenes de accionamiento paralelos en módulos, montados 100 pueden conectarse entre sí en serie utilizando desconexiones rápidas entre dos árboles de entrada colineales conectados 65. Los módulos 100 pueden colocarse, por tanto, lado a lado, delante hacia atrás o ambos. Por tanto, un "módulo" interconectado, autónomo como se describe anteriormente con dimensiones planas más pequeñas que el área de útil reconfigurable activa, que puede comprender un útil reconfigurable más grande que puede configurar rápidamente una serie de pasadores de traslación (a través de árboles de rotación paralelos) para formar una superficie externa contorneada tridimensionalmente.

Utilizando el tren de accionamiento paralelo modularizado como un bloque de formación, muchos dispositivos son más factibles incluyendo troqueles de forma ajustable, adaptadores de verificación ajustables, adaptadores de contorno ajustables, adaptadores de inspección ajustables, y otros útiles de forma ajustable. Como un ejemplo, los troqueles reconfigurables discretos para el moldeo de metal en láminas es más factible. Aunque se ha indicado que tales útiles ajustables, discretos tienen muchas aplicaciones en la industria aeroespacial, otras industrias que necesitan sujetar, moldear, o inspeccionar componentes contorneados pueden beneficiarse también del método "modular" descrito. Por ejemplo, el método "modular" puede utilizarse también para trasladar una serie de sensores para digitalizar rápidamente la(s) superficie(s) de una parte o componente contorneado. Los datos digitalizados pueden ser memorizados directamente en la memoria del ordenador para una descripción superficial tridimensional que puede utilizares por una aplicación de software de control gráfica o numérica asistida por ordenador.

En resumen, el uso de módulos para la construcción de conjuntos grandes ayuda adicionalmente a aliviar el problema de la manipulación de grandes cantidades de cables en un espacio limitado. Puede conseguirse una mayor versatilidad permitiendo que el tamaño del útil general cambie de forma poco costosa. Las dimensiones de forma plana general (longitud y anchura) pueden cambiarse cuando se utilizan módulos como unidades del bloque de formación para moldear útiles. Los módulos pueden añadirse o restarse fácilmente dentro de las limitaciones permitidas por la placa de base del útil de forma general. Los miembros de bastidor pueden cambiarse (si se utilizan) alrededor de todo el conjunto, pero su coste sería bajo en comparación con la sustitución de un útil de forma completa para diferenciar los requerimientos de forma plana (longitud y anchura generales). El uso de series modulares permite el aislamiento y la rápida sustitución de los elementos de malfuncionamiento por la sustitución de todos los módulos con módulos de recambio. Las reparaciones adicionales puede ejecutarse fuera de línea. Esto reduce al mínimo el tiempo de inactividad, y el coste de la sustitución. La capacidad para reconfigurar la forma plana de un conjunto completo de módulos añadiendo o restando módulos, ofrece un alto grado de versatilidad al útil.

Por lo precedente, se ha descrito un útil mejorado a través de la forma de realización preferida. No obstante, pueden realizarse numerosas modificaciones y substituciones sin separarnos del alcance de la invención. Por ejemplo, los módulos pueden utilizarse para trasladar una serie de sensores para la digitalización rápida de la superficie (o superficies) de una parte contorneada o componente. Los datos digitalizados pueden memorizarse directamente en la memoria del ordenador para una descripción superficial tridimensional que puede utilizarse por una aplicación de software de control gráfico o numérico asistido por ordenador. Además, debería entenderse que la invención se basa en un método de moldeo de dispositivos de tren de engranajes grandes paralelos utilizando un método del bloque de formación modularizado de adición (o substracción) de módulos comunes que contienen una cantidad más pequeña de árboles accionados paralelos espaciados uniformemente. Se describe anteriormente aquí una descripción de un módulo y se continúa con métodos sugeridos de módulos de unión, en series, si se desea.

Por consiguiente, la invención se ha descrito a modo de ilustración en lugar de limitación.

Claims (10)

1. Un módulo adaptado para utilizarse en unión con otros módulos de este tipo que pueden colocar rápidamente una serie de miembros de traslación, que comprende:

una base de módulo (50);

una pluralidad de miembros de traslación (5) montados móviles con respecto a dicha base (50) y estando en movimiento relativo con respecto a la misma;

una pluralidad de árboles de salida de accionamiento asociados cada uno para accionar una conexión con uno de dicha pluralidad de miembros de traslación (5);

medios de transmisión (12) dispuestos en dicha base (50) para el accionamiento independiente de la interconexión de cada uno de dicha pluralidad de miembros de traslación (5) con una fuente de accionamiento de rotación común; y

medios de control que se interconectan con dichos medios de transmisión (12) y un controlador con otro para efectuar la activación selectiva de los medios de transmisión para efectuar la rotación selectiva de uno o más de dicha pluralidad de miembros de traslación.

2. El módulo de la reivindicación 1, donde dichos miembros de traslación (5) tienen lados planos y se previenen de girar por la acción de restricción de los lados planos de dichos miembros de traslación.

3. El módulo de la reivindicación 2, donde los medios para interconectar cada uno de dicha pluralidad de miembros de traslación (5) con uno asociado de dichos árboles de salida de accionamiento incluye un tornillo de avance (10).

4. El módulo de la reivindicación 3, donde dichos medios de transmisión (12) incluyen un árbol de entrada (65) y medios de acoplamiento de accionamiento (70) fijados al mismo, y un engranaje de accionamiento de embrague de entrada (90) dispuesto no giratorio y concéntricamente alrededor del árbol de entrada (65) y una pluralidad de conjuntos de embrague (55) que tiene cada uno un engranaje de accionamiento de embrague (80) dispuesto de forma giratoria en aberturas de articulación formadas en la base del módulo (50) y que están conectadas de forma accionada a dicho engranaje de accionamiento de embrague de entrada (90)

5. El módulo de la reivindicación 4, donde cada uno de dichos engranajes de accionamiento de embrague (80) está dispuesto de forma ortogonal a dicho engranaje de accionamiento de embrague de entrada (90).

6. El módulo de la reivindicación 5, donde cada conjunto de embrague (55) tiene un extremo superior asociado que conecta de forma accionada con un conector de accionamiento de tornillo de avance (20) dispuesto en los extremos inferiores de cada uno de los tornillos de avance (10).

7. El módulo de la reivindicación 6, donde los extremos inferiores de cada uno de los conectores de accionamiento de tornillo (20) están inclinados y están dimensionados y configurados, correspondientemente, para ser recibidos dentro de una abertura inclinada dimensionada correspondientemente (45) en uno de los conjuntos de embrague correspondientes (55).

8. El módulo de la reivindicación 7, donde cada miembro de traslación (5) es definido por un fuste alargados (4), con cada miembro de traslación (5) que tiene roscas internas que son dimensionadas y configuradas correspondientemente para coincidir con un tornillo de avance respectivo (10) asociado con el miembro de traslación asociado (5).

9. El módulo de la reivindicación 8, donde cada conjunto de embrague (55) tiene una línea (92) que la conecta a un controlador común (2).

10. Un método de construcción de dispositivos de tren de engranaje paralelos, grandes utilizando un método de bloque de formación modularizado de adición o substracción de módulos comunes como se define en la reivindicación 1 y módulos de unión en serie.