ES2231584T3 - Maquina herramienta, particularmente con arquitectura paralela, que adopta articulaciones de deformacion. - Google Patents

Maquina herramienta, particularmente con arquitectura paralela, que adopta articulaciones de deformacion.

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ES2231584T3 ES01999456T ES01999456T ES2231584T3 ES 2231584 T3 ES2231584 T3 ES 2231584T3 ES 01999456 T ES01999456 T ES 01999456T ES 01999456 T ES01999456 T ES 01999456T ES 2231584 T3 ES2231584 T3 ES 2231584T3
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Abstract

Maquina herramienta (M) de mecanizado a gran velocidad del tipo constituido por una estructura paralela que incluye barras de enlace (100), cuya primera extremidad (110) esta unida a un órgano móvil (200) que asegura el soporte de al menos una herramienta, y cuya segunda extremidad (120) esta unida a al menos un medio de puesta en movimiento (300) respecto a un bastidor (B), dichas barras estando equipadas en sus extremidades con enlaces (400) que permiten una rotación según al menos dos ejes, caracterizada por el hecho de que los enlaces (400) en las extremidades (110 y 120) de dichas barras (100) estan constituidos por una asociación de pivotes ficticios (410, 420, 430) que forman una articulación, cuyos grados de libertad permiten la puesta en movimiento de la estructura paralela, y el perfil de las susodichas barras de enlace (100) esta preformado de manera que acepta, sin sobrepasar su límite de elasticidad, una deformación de torsión, de modo que uno de los pivotes ficticios (430) queforma la articulación (400) esta formado por la elasticidad de la barra (100) en si misma.

Description

Máquina herramienta, particularmente con arquitectura paralela, que adopta articulaciones de deformación.
Campo de aplicación de la invención
La presente invención se refiere al campo de las máquinas herramientas de mecanizado a gran velocidad con una estructura paralela, y particularmente a las adaptaciones que permiten el guiado de los elementos constitutivos de dicha estructura paralela.
Descripción de la técnica anterior
Una máquina herramienta de mecanizado a gran velocidad como la descrita en la solicitud de patente nº WO 99/61198 a nombre del solicitante e ilustrada en la figura 1, incluye habitualmente unas barras que unen los medios de puesta en movimiento y el órgano móvil que se va a poner en movimiento. En el marco de la máquina herramienta ilustrada, estas barras tienen la función de asegurar la transformación de los movimientos según tres direcciones paralelas en movimientos según tres direcciones ortogonales.
El documento FR-2 779 080-A describe una máquina herramienta según el preámbulo de la reivindicación 1.
Con el fin de permitir y guiar la pluralidad de movimientos que es susceptible de proponer una estructura paralela de este tipo, dichas barras están habitualmente equipadas en sus extremidades con articulaciones que permiten una rotación según al menos dos ejes. Sin embargo, puesto que el desplazamiento debe ser realizado de manera isostática, la multiplicación de estos enlaces requiere la presencia de articulaciones de tipo cardán para permitir una rotación suplementaria en el eje de dichas barras.
Estos enlaces o estas articulaciones se realizan hoy en día mediante medios que hacen intervenir bolas de rodadura. Ahora bien, estos medios presentan varios inconvenientes, de los cuales los principales se describen a continuación.
Los enlaces de bolas requieren un mantenimiento constante y solo pueden proporcionar, en el marco de una aplicación de un mecanizado a una velocidad muy grande, una duración limitada debido a la creación de un huelgo de funcionamiento cada vez más grande. En efecto, el mecanizado a una velocidad muy grande tiene como desventaja el hecho de provocar un desgaste prematuro de los medios de guiado tradicionales por la corrosión de la superficie (degradación tribológica).
Esto se debe en parte a las elevadas tensiones dinámicas impuestas por el mecanizado a gran velocidad, que provoca un fenómeno vibratorio de alta frecuencia sobre la estructura paralela y por lo tanto sobre los elementos que la constituyen.
Este desgaste prematuro es difícilmente cuantificable y obliga a los usuarios de tales máquinas herramientas a cambiar regularmente y prematuramente las piezas susceptibles de estar gastadas. Este cambio del conjunto de las articulaciones de una máquina herramienta de mecanizado a gran velocidad con una estructura paralela implica una inmovilización de la misma, la detención de la cadena de fabricación de la cual forma parte, la realización de nuevas pruebas de precisión antes de la puesta en marcha, etc.
Los criterios de precisión en los mecanizados realizados hoy en día, tales como la falta rigidez de la estructura paralela debido a un desgaste de los medios tradicionales de guiado o de enlace, son difícilmente tolerados. Asimismo, el tiempo de inmovilización y los costes de sustitución inherentes a este tipo de enlace y de aplicación, gravan considerablemente el presupuesto de explotación de una máquina herramienta de este tipo.
La ausencia o la disminución del desgaste y la rigidez de los enlaces son los criterios a los que responden los pivotes ficticios. Estas articulaciones, a menudo limitadas a un solo grado de libertad (una rotación), utilizan la deformación controlada de un material para dar la libertad angular necesaria. De este modo, por ejemplo, las articulaciones descritas en las solicitudes de patente EP 0 459 057, FR 2 738 602, DE 195 39 581, CH 375 959, US 2 950 079, FR 2 666 630, US 4 297 904, EP 1 013 949 definen unos pivotes ficticios, a partir de la deformación de las zonas de enlace entre una parte fija y una parte móvil.
Descripción de la invención
Partiendo de este estado de hecho y a partir de un pliego de condiciones preestablecido, el solicitante ha llevado a cabo investigaciones que han desembocado en la concepción y en la realización de una máquina herramienta que adopta una solución tecnológica que permite obviar los inconvenientes inherentes a la falta rigidez de las estructuras paralelas, explotando y adaptando las características de los pivotes ficticios.
Esta máquina herramienta de mecanizado a gran velocidad se define en la reivindicación 1.
La utilización de una asociación de pivotes ficticios es particularmente ventajosa por el hecho de que este tipo de enlace funciona por deformación del material y asegura, por lo tanto, al tiempo que permite el movimiento, una mayor rigidez de la articulación. Igualmente, una asociación de pivotes ficticios permite no sólo dichos movimientos con una mayor rigidez sino que autoriza igualmente la torsión, lo que evita la utilización de los enlaces de tipo cardán. Este tipo de articulación no necesita además un mantenimiento particular, por el hecho de que el enlace no se realiza por guiado ni por rozamiento. No hay que temer ninguna degradación tribológica, al contrario que en las articulaciones de bolas habitualmente utilizadas. Estas características tienen como consecuencia el hecho de que la máquina herramienta de mecanizado de la invención tendrá una mejor precisión que las ya existentes, y que su mantenimiento así como su explotación serán menos costosos tanto en tiempo como en material.
Esta característica principal de la invención no constituye una simple asociación o una asociación evidente de dos dispositivos conocidos. De hecho, son los nuevos criterios de precisión del mecanizado a gran velocidad y la disminución de los costes de mantenimiento de un pliego de condiciones, lo que han llevado al solicitante a realizar estas investigaciones. También, la necesidad a la cual responde la característica principal de la invención es fundamentalmente nueva.
La utilización de pivotes ficticios para el guiado de los brazos que constituyen la estructura paralela de una máquina herramienta de mecanizado a gran velocidad constituye además un gran novedad, por el hecho de que los diseñadores en el ámbito de las máquinas herramientas tienen tendencia a concebir sobre la base de articulaciones conocidas y dominadas. Por tanto, la realización de articulaciones que asocian una pluralidad de pivotes ficticios constituye igualmente una ruptura en la tendencia habitual de los diseñadores de máquinas herramientas.
Además, esta característica no asocia sencillamente un pivote ficticio a una estructura paralela, sino que requiere una asociación de pivotes ficticios para responder a los criterios específicos de articulación fijados por la aplicación en cuestión, es decir, permitir la puesta en movimiento y el guiado isostático de los brazos que constituyen la estructura paralela, los cuales requieren más de un grado de libertad.
La invención se refiere igualmente a la articulación de deformación concebida para esta máquina herramienta y que puede ser utilizada separadamente.
Los conceptos fundamentales de la invención acaban de ser expuestos arriba en su forma más elemental, y otros detalles y características se deducirán más claramente tras la lectura de la descripción siguiente, en referencia a los dibujos anexos, dados a modo de ejemplo no limitativo de una forma de realización de una máquina herramienta y de una articulación de deformación conforme a la invención.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina herramienta con una estructura paralela de la técnica precedente,
la figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una forma de realización de una articulación de una máquina herramienta conforme a la invención,
la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva descompuesta de un detalle de la articulación de la figura 2,
la figura 4 es un esquema de la cinemática de la articulación de la figura 2.
Descripción de las formas de realización preferidas
Tal y como está ilustrado en el dibujo de la figura 1, la máquina herramienta de mecanizado a gran velocidad, con la referencia M en su conjunto, es del tipo de las que incluyen barras de enlace 100, cuya primera extremidad 110 está unida a un órgano móvil 200 que asegura el soporte de al menos una herramienta (no ilustrada), y cuya segunda extremidad 120 está unida a al menos un medio de puesta en movimiento 300, respecto a un bastidor denominado B. Según la forma de realización ilustrada, dichas barras 100 son seis y están unidas por su segunda extremidad 120, dos a dos, a los medios de puesta en movimiento 200, que son por lo tanto tres. Las primeras extremidades 110, por su parte, están unidas dos a dos a un mismo lado del órgano móvil 200, el cual toma aquí la forma de una placa triangular, cada lado acogiendo la primera extremidad 110 de dos barras de enlace 100. En el marco de la forma de realización no limitativa de la máquina herramienta M ilustrada, la arquitectura paralela ha sido concebida de manera que el movimiento separado o concertado de los tres medios de puesta en movimiento 300 según el eje Z permite el desplazamiento rectilíneo según los ejes X, Y y Z del órgano móvil 200.
Según la invención, los enlaces 400 en las extremidades de dichas barras 100 están constituidos por una asociación de pivotes ficticios, de manera que se forma una articulación cuyos grados de libertad permiten la puesta en movimiento de la estructura paralela.
Aunque esta característica es una característica ideal, la estructura paralela podría ser mixta, es decir, que solo parte de dichos enlaces 400 se realiza a través de una asociación de pivotes ficticios. En efecto, es posible que para alcanzar la rigidez y, en consecuencia, la precisión necesaria, sea suficiente un número limitado de articulaciones 400 con pivotes ficticios.
Como se ilustra con más detalle en el dibujo de la figura 3, cada articulación 400 está formada por tres pivotes ficticios 410, 420, 430 cuyos ejes son perpendiculares unos respecto a los otros.
Según una característica particularmente ventajosa de la invención, el perfil de las susodichas barras de enlace 100 está preformado de manera que acepta, sin sobrepasar su límite de elasticidad, una deformación de torsión, de tal manera que uno de los pivotes ficticios que forma la articulación está formado por la elasticidad de torsión de la barra 100 o de la extremidad de la barra 120 ó 110 en sí misma. Esta forma de realización de un pivote ficticio es particularmente útil en cuanto al grado de libertad de rotación alrededor del eje longitudinal de las barras de enlace 100, lo que hasta ahora se permitía mediante enlaces de tipo "cardán". De este modo, según la forma de realización ilustrada no limitativa, el pivote ficticio 430 está constituido por la barra 100 o la extremidad 110 ó 120 de la barra que adopta un perfil que permite la torsión según un número limitado de grados. Esta barra de enlace 100 adopta, al menos en su extremidad 110 ó 120, el perfil ilustrado en forma de cruz particularmente adaptada para aceptar las tensiones de la torsión. Según la elección tecnológica considerada por el solicitante, la barra 100 o su extremidad está perfilada de modo que acepta una rotación de más o menos un grado.
Cuando el número de grados necesario para la rotación es mayor, según la forma de realización ilustrada pero no limitativa, dichos pivotes ficticios 410, 420, están formados por al menos un subconjunto deformable que incluye una cruz, donde las extremidades de los dos primeros brazos están unidas por una primera platina y las extremidades de los otros dos brazos están unidas por una segunda platina. Más precisamente, el pivote ficticio 410 está formado por una cruz, en la cual las extremidades de dos brazos 411 y 412 están unidas por una primera platina 413 y las extremidades de los otros dos brazos 414 y 415 están unidas por una segunda platina 416.
Como se ilustra en los dibujos de la figura 2 y la figura 3, los pivotes ficticios aseguran un enlace de pivote por pares, con la intersección de la cruz que los constituye como eje de rotación teórico.
Como se ilustra en la esquema de la cinemática constituido por el dibujo de la figura 4, los ejes de estos pivotes ficticios son perpendiculares unos respecto a otros. Según las formas de realización no limitativas de los pivotes ficticios ilustrados, estos últimos aseguran un enlace en rotación según más o menos 20 grados.
Además, como se ilustra en la figura 2, cuando la máquina herramienta es del tipo ilustrado en la figura 1, donde la puesta en movimiento del órgano móvil 200 se realiza mediante tres pares de brazos 100, los pares estando unidos cada uno por una de sus extremidades 120 a un solo medio de puesta en movimiento 300, dichas barras de enlace 100 que forman un par están unidas a un mismo primer travesaño móvil 500, el cual está unido por al menos un pivote ficticio 420 y/o 410 a un segundo travesaño 600 fijado a dicho medio de puesta en movimiento 300 (no ilustrado en la figura 2).
La articulación de deformación adaptada a una máquina herramienta del tipo ilustrado puede ser aplicada en otras máquinas o dispositivos. Esta articulación es notable por el hecho de que está formada por una pluralidad de pivotes ficticios, cuyos grados de libertad asociados permiten asegurar casi la función de una rótula. En efecto, la articulación concebida por el solicitante presenta las características de rigidez y no necesita un mantenimiento debido a degradaciones tribológicas, puesto que los pivotes ficticios que la constituyen aseguran enlaces sin rozamiento.
Se debe entender que la máquina herramienta y la articulación de deformación que acaban de ser descritas y representadas arriba, se han tomado con fines divulgativos más que como una limitación. Por supuesto, diversas adaptaciones, modificaciones y mejoras podrán ser incluidas en el ejemplo anterior, tal y como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims (8)

1. Máquina herramienta (M) de mecanizado a gran velocidad del tipo constituido por una estructura paralela que incluye barras de enlace (100), cuya primera extremidad (110) está unida a un órgano móvil (200) que asegura el soporte de al menos una herramienta, y cuya segunda extremidad (120) está unida a al menos un medio de puesta en movimiento (300) respecto a un bastidor (B), dichas barras estando equipadas en sus extremidades con enlaces (400) que permiten una rotación según al menos dos ejes, caracterizada por el hecho de que los enlaces (400) en las extremidades (110 y 120) de dichas barras (100) están constituidos por una asociación de pivotes ficticios (410, 420, 430) que forman una articulación, cuyos grados de libertad permiten la puesta en movimiento de la estructura paralela, y el perfil de las susodichas barras de enlace (100) está preformado de manera que acepta, sin sobrepasar su límite de elasticidad, una deformación de torsión, de modo que uno de los pivotes ficticios (430) que forma la articulación (400) está formado por la elasticidad de la barra (100) en sí misma.
2. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que los ejes de los pivotes ficticios (410, 420, 430) son perpendiculares unos respecto a los otros.
3. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que solo parte de dichos enlaces (400) se realiza mediante una asociación de pivotes ficticios.
4. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que cada articulación (400) está formada por tres pivotes ficticios (410, 420, 430) cuyos ejes son perpendiculares unos respecto a otros.
5. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dichos pivotes ficticios (410, 420, 430) están formados por al menos un subconjunto deformable que incluye una cruz, donde las extremidades de dos brazos (411 y 412) están unidas por una primera platina (413) y las extremidades de los otros dos brazos (414 y 415) están unidas por una segunda platina (416).
6. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, del tipo en donde la puesta en movimiento el órgano móvil (200) se realiza mediante tres pares de brazos (100), los pares estando unidos cada uno por una de sus extremidades (120) a un solo medio de puesta en movimiento (300), caracterizada por el hecho de que dichas barras de enlace (100) que forman una par están unidas a un mismo primer travesaño móvil (500), el cual está unido por al menos un pivote ficticio (410 y 420) a un segundo travesaño (600) fijado a dicho medio de puesta en movimiento (300).
7. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la barra de enlace (100) o su extremidad (110 ó 120) adopta un perfil que permite la torsión.
8. Máquina herramienta (M) según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la barra de enlace (100) adopta al menos en su extremidad (110 ó 120) un perfil en forma de cruz particularmente adaptado para aceptar las tensiones de torsión.
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