ES2248098T3 - Portaherramientas destinado a una herramienta que puede ser girada alrededor de un eje de rotacion, en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora. - Google Patents

Abstract

Portaherramientas para una herramienta giratoria en torno a un eje de giro (3), en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora, que incluye un vástago de sujeción (1) que a su vez presenta, en una zona del extremo (7) del vástago, un orificio de alojamiento (9) centrado respecto del eje de giro, para el asiento de un vástago de fijación (11) de la herramienta, donde en el revestimiento del perímetro del orificio de alojamiento (9) se disponen superficies de sujeción para la fijación forzada del vástago de fijación (11) de la herramienta, y donde la zona del extremo (7) del vástago de sujeción (1) presenta, distribuidos en la dirección del perímetro, varios radios de tracción (13), sobre los que se puede ejercer, para la separación radial de las superficies de sujeción, una fuerza de tracción dirigida básicamente en sentido radial hacia fuera, caracterizado porque en los radios de tracción (13), cubriendo la distancia perimetral entre dichos radios, agarran unos elementos depuente (19) cuya longitud de cuerda, medida entre sus puntos de agarre (25) situados en los radios de tracción (13), puede aumentar si una fuerza de tracción incide sobre los radios de tracción (13).

Description

Portaherramientas destinado a una herramienta que puede ser girada alrededor de un eje de rotación, en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora.

La invención se refiere a un portaherramientas para una herramienta que puede girar alrededor de un eje de giro según el preámbulo de la reivindicación 1, en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora.

En herramientas giratorias de alta precisión, como por ejemplo taladradoras o fresadoras, se requiere una gran exactitud de la concentricidad, para evitar un corte desigual en los bordes de corte de la herramienta. Para la sujeción con un alto grado de concentricidad de las herramientas de este tipo se conoce un portaherramientas de la empresa Schunk GmbH & Co. KG, comercializado bajo la denominación "Tribos", que presenta, en un casquillo terminal, cerrado y en forma de anillo, de un vástago de sujeción, un orificio de alojamiento centrado respecto al eje de rotación, para el asiento de un vástago de fijación de la herramienta. La sección transversal del orificio de alojamiento posee una forma poligonal, y en los lados del polígono el revestimiento interior del perímetro del casquillo terminal presenta superficies de sujeción para la fijación forzada del vástago de fijación. Para utilizar o retirar la herramienta se ejerce sobre el casquillo terminal, en las zonas angulares del polígono, una fuerza de compresión sobre el casquillo terminal, dirigida en sentido radial hacia el interior, con lo que se hace adoptar a la sección transversal del orificio de alojamiento una forma circular que elimina el asiento forzado. Básicamente en este caso no tiene lugar un aumento de la sección transversal del orificio de alojamiento. Lo que se observa es, básicamente, más bien una deformación de la sección transversal. En esta situación se puede insertar o retirar con facilidad el vástago de fijación de la herramienta. Al descargar el casquillo terminal de la fuerza de compresión la sección transversal del orificio de alojamiento vuelve a su forma poligonal.

Esta solución de Schunk, cuya forma de funcionamiento se explica, por ejemplo, en un folleto de la empresa Fritz Schunk GmbH & Co. KG que lleva el número 9901074-7,5M-9/98, va unida a la existencia de una forma poligonal de la sección transversal del orificio de alojamiento. Esto resulta aceptable en la medida en que no se planteen requisitos excesivos a la fuerza de apriete con la que se inmoviliza la herramienta en el portaherramientas. Efectivamente, en la solución de Schunk el apriete de la herramienta tiene lugar sólo en la zona de los lados del polígono. En las zonas angulares del polígono el revestimiento del perímetro interior del casquillo terminal presenta una distancia en sentido radial respecto del vástago de fijación de la herramienta, por lo cual no se transmiten aquí fuerzas de apriete. No obstante, en algunos casos es deseable un apriete de la herramienta en todo el perímetro del vástago de fijación, para que se puedan transmitir fuerzas de apriete especialmente elevadas, por ejemplo, si se tienen que procesar piezas con una gran profundidad de corte o con fuerzas de corte elevadas. Para estos casos el portaherramientas comentado de la empresa Schunk no resulta apropiado debido a su principio funcional.

Por ello la invención se basa en el problema técnico que supone proporcionar un portaherramientas para una herramienta giratoria, en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora, que ofrezca un amplio espectro de usos.

Para resolver este planteamiento la invención parte de un portaherramientas para una herramienta giratoria en torno a un eje de giro, en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora, que incluye un vástago de sujeción que a su vez presenta, en una zona del extremo del vástago, un orificio de alojamiento centrado respecto del eje de giro, para el asiento de un vástago de fijación de la herramienta, donde en el revestimiento del perímetro del orificio de alojamiento se disponen superficies de sujeción para la fijación forzada del vástago de fijación de la herramienta.

Según la invención está previsto que la zona del extremo del vástago de sujeción presente, distribuidos en la dirección del perímetro, varios radios de tracción sobre los que se puede ejercer, para que las superficies de sujeción se separen unas de otras, una fuerza de tracción dirigida básicamente en sentido radial hacia fuera, y que en los radios de tracción agarren unos elementos de puente, que cubren la distancia perimetral entre dichos radios, cuya longitud de cuerda, medida entre sus puntos de agarre en los radios de tracción, se puede aumentar con el efecto de la fuerza de tracción sobre los radios de tracción.

En un portaherramientas de este tipo los radios de tracción reciben una solicitación por tracción para aumentar el diámetro de sujeción, definido por las superficies de sujeción, del portaherramientas, y para levantar el asiento forzoso del vástago de fijación - en la medida en que éste se encuentre inmovilizado en el portaherramientas. Se ha podido observar que, al someter los radios de tracción a una carga de tracción de este tipo se consiguen deformaciones elásticas del vástago de sujeción, a las cuales no solamente va asociada una desviación de las superficies de sujeción hacia fuera en sentido radial sino que, en términos globales, se puede comprobar un aumento de la sección transversal del orificio de alojamiento. Este principio funcional de la solución conforme a la invención no está asociado a una configuración particular de la sección transversal del orificio de alojamiento. En particular resulta posible una sección transversal circular del orificio de alojamiento, que permita apretar el vástago de fijación de la herramienta en todo su perímetro y, en consecuencia, transmitir fuerzas de apriete elevadas. Las deformaciones del vástago de sujeción provocadas por la carga de tracción sobre los radios de tracción son reversibles, por lo cual al descargarse los radios de tracción las superficies de sujeción vuelven a su posición originaria, correspondiente al ajuste forzado del vástago de fijación de la herramienta.

Si bien el orificio de alojamiento del vástago de sujeción se adapta preferiblemente a la forma del vástago de fijación de la herramienta y tiene, en consecuencia, una forma cónica o cilíndrica, en principio no se excluye la posibilidad de que el orificio de alojamiento presente -como ocurre en la solución de Schunk- una sección transversal poligonal. El vástago de sujeción puede estar formado directamente por el husillo de trabajo de una máquina herramienta. No obstante, se puede tratar también de un portaherramientas que se puede insertar en el husillo de trabajo, por ejemplo un portaherramientas de cono de ángulo agudo o un portaherramientas de cono de fuste hueco.

Para el ensanchamiento del orificio de alojamiento cabe pensar en una carga de tracción ejercida en sucesión temporal sobre radios de tracción aislados o por grupos. En cambio, la inserción y la retirada de la herramienta se puede efectuar de un modo especialmente rápido si se someten a una carga de tracción todos los radios de tracción de forma simultánea. El ensanchamiento radial del orificio de alojamiento no tiene que iniciarse directamente de forma simultánea al inicio de la aplicación de la fuerza de tracción sobre los radios de tracción, sino que se puede ajustar con un retardo basándose en las elasticidades del material del vástago de sujeción.

Para influir selectivamente sobre el comportamiento de deformación del vástago de sujeción cabe pensar incluso en que al menos una parte de los radios de tracción tengan formas o tamaños diferentes de su sección transversal.

Si los radios de tracción se desplazan en sentido radial hacia fuera al recibir una carga de tracción los puntos de agarre de los elementos de puente se mueven al mismo tiempo en sentido radial. Esto provoca un aumento de las longitudes de cuerda de los elementos de puente medidas entre los puntos de agarre. Dichos elementos están fabricados de modo que permitan un aumento semejante de su longitud de cuerda.

En principio se pueden prever formaciones en el vástago de sujeción que permitan, por medio de cuerpos de tracción separados, por ejemplo anclajes de tracción, agarrar en los radios de tracción efectuando una tracción desde fuera. No obstante esto supondría costes comparativamente elevados desde el punto de vista de la construcción. Se ha puesto de manifiesto que para la aplicación de fuerzas de tracción en los radios de tracción se pueden utilizar también los elementos de puente. Mediante una carga apropiada sobre los elementos de puente se pueden conseguir deformaciones del vástago de sujeción por cuyo efecto se produzca una tracción hacia fuera, en sentido radial, de los radios de tracción. Según esto, un desarrollo de la invención prevé que al menos una parte de los elementos de puente, y sus elementos de agarre situados en los radios de tracción, estén configurados de tal modo que, al iniciarse sobre los elementos de puente una fuerza de elongación de la cuerda, en particular, en forma de una fuerza de compresión dirigida básicamente en sentido radial y hacia dentro, los radios de tracción experimenten una carga de tracción. La fuerza de elongación de la cuerda iniciada en los elementos de puente deforma dichos elementos de puente de tal modo que las fuerzas de tracción resultantes como reacción se transmiten desde los elementos de puente hasta los radios de tracción, que efectúan el levantamiento del asiento forzado. Este proceso va acompañado de un aumento de la longitud de cuerda de los elementos de puente.

Al igual que en los radios de tracción, en los elementos de puente cabe en principio la posibilidad de que al menos una parte de los elementos de puente tengan tamaños o formas diferentes de su sección transversal.

Una solución especialmente sencilla puede consistir en que los elementos de puente, o al menos una parte de ellos, estén configurados como membranas curvadas en sentido cóncavo hacia el eje de giro, que se pueden aplanar mediante una carga de compresión más o menos en sentido radial. El aplanamiento de las membranas extiende los radios de tracción en sentido radial, levantando el asiento forzado.

La curvatura de las membranas puede ser menor que la de un arco circular concéntrico con respecto al eje de giro que pasa por los puntos de agarre de las membranas en los radios de tracción. De este modo se pueden conseguir relaciones favorables de transmisión de fuerzas entre los elementos de puente y los radios de tracción.

Las membranas pueden estar unidas a los radios de tracción en una única pieza. Cabe pensar también que las membranas estén configuradas como piezas encajadas separadas, que se sujetan de forma imperdible en cámaras de alojamiento de la zona del extremo del vástago de sujeción.

Como alternativa a la configuración como membranas desplazables y flexibles los elementos de puente pueden construirse, al menos en parte, como cuerpos de goma elástica. Se ha puesto de manifiesto que estos cuerpos de goma elástica permiten también transmitir sobre los radios de tracción fuerzas que se concretan en una carga de tracción sobre éstos. Se recomienda que los cuerpos de goma elástica se sujeten de forma imperdible en cámaras de alojamiento de la zona del extremo del vástago de sujeción En particular pueden estar fabricados en ellas mediante llenado de una masa de relleno endurecible.

La fuerza de elongación de la cuerda se puede aplicar de forma diversa sobre los elementos de puente. Una posibilidad consiste en que la zona del extremo del vástago de sujeción contenga un sistema de cámaras de presión que se pueda conectar, para iniciar la aplicación de la fuerza de elongación de la cuerda sobre los elementos de puente, a un suministro de fluido, en particular hidráulico. Por la acción del fluido las cámaras de presión del sistema de cámaras de presión se extienden. Esta extensión provoca deformaciones elásticas de las zonas de material del vástago de sujeción que delimitan las cámaras de presión, deformaciones que se pueden aprovechar para someter a carga a los elementos de puente. La extensión de las cámaras de presión se puede aprovechar de una forma especialmente eficaz si el sistema de cámaras de presión está limitado, al menos en parte, por los elementos de puente.

De forma alternativa o adicional el vástago de sujeción puede llevar superficies de agarre para los cuerpos de presión separables del vástago de sujeción, por medio de las cuales se pueden derivar fuerzas de compresión hacia el vástago de sujeción para producir la fuerza de elongación de la cuerda. Aquí las superficies de agarre pueden estar dispuestas directamente junto a los elementos de puente. En la medida en que los elementos de puente estén configurados como piezas de encaje o de relleno, sujetas de forma imperdible en las cámaras de alojamiento del la zona del extremo del vástago de sujeción, las cámaras de alojamiento pueden estar abiertas mediante ranuras practicadas en sentido radial hacia fuera, a través de las cuales los cuerpos de presión se pueden introducir y poner en contacto con los elementos de puente.

También cabe pensar que la zona del extremo del vástago de sujeción presente un anillo de aplicación de fuerza que rodee por fuera, radialmente, a los elementos de puente, que esté unido por nervios de presión radiales, en particular en una única pieza, a los elementos de puente y que soporte las superficies de agarre. En el anillo de aplicación de fuerza se pueden configurar superficies de agarre grandes, de forma que la compresión de la superficie entre el anillo de aplicación de fuerza y los cuerpos de presión se mantenga en valores escasos. Con los nervios de presión la fuerza de compresión aplicada a través de los cuerpos de presión se puede concentrar y dirigir a aquellos puntos en los elementos de puente más favorables para que las fuerzas de compresión aplicadas se conviertan de forma óptima en una carga de tracción de los radios de tracción. Se han podido observar buenos resultados en particular cuando los nervios de presión están dispuestos en dirección al perímetro, más o menos en posición central entre los radios de presión
contiguos.

Aunque propiamente no existe ningún tipo de limitación en relación con el número de radios de tracción, aquellas formas de realización en las que la carga de tracción de los radios de tracción se ha conseguido mediante aplicación de fuerza en los elementos de puente presentan, como disposición más favorable, tres, cuatro o cinco radios de tracción distribuidos en dirección al perímetro.

Como alternativa a la aplicación de fuerza sobre los elementos de puente se puede conseguir la carga de tracción deseada de los radios de tracción produciendo tensiones térmicas mecánicas en el vástago de sujeción. Según esto, otro desarrollo de la invención prevé que los elementos de puente sean parte de un anillo de tracción dispuesto alrededor de los radios de tracción y que está unido, con resistencia a la tracción, a dichos radios, en particular en una sola pieza, y que el portaherramientas lleve asociado un dispositivo calefactor por medio del cual el anillo de tracción se pueda dilatar térmicamente en sentido radial para la carga de tracción de los radios de tracción. Se ha podido observar que con un calentamiento rápido y breve del anillo de tracción aparecen diferencias de temperatura radiales y, como consecuencia de éstas, tensiones térmicas mecánicas entre el anillo de tracción y los radios de tracción, las cuales ejercen una tracción de los radios de tracción en sentido radial hacia fuera y provocan un aumento del diámetro del orificio de alojamiento. La aplicación de calor por parte del dispositivo calefactor puede tener lugar regularmente en todo el perímetro del vástago de sujeción. También cabe pensar en concentrar localmente la aplicación de calor, en particular dando prioridad a las zonas situadas entre los radios de tracción.

Las fuerzas de tracción resultantes sobre los radios de tracción son especialmente intensas si unas barreras térmicas impiden, o al menos reducen, el calentamiento de zonas interiores radiales del vástago de sujeción. Para inhibir el flujo de calor hacia las zonas interiores radiales del vástago de sujeción, las zonas del anillo de tracción situadas en dirección al perímetro, entre al menos una parte de los radios de tracción, pueden estar separadas térmicamente, mediante cámaras aislantes, de las zonas interiores radiales de la zona del extremo del vástago de sujeción. Para conseguir una refrigeración adicional las cámaras aislantes se pueden llenar, al menos durante la inserción o la retirada de la herramienta, incluso con un refrigerante o bien se puede producir en ellas una corriente de aire forzada.

La separación en sentido radial de las superficies de sujeción se puede facilitar si una zona interior radial del perímetro del vástago de sujeción, que forma las superficies de sujeción, está dividida en varios segmentos de perímetro separados unos de otros, cada uno de los cuales está unido al menos con un radio de tracción.

Desde el punto de vista de la construcción resulta fácil configurar la zona del extremo del vástago de sujeción en un casquillo terminal cerrado, de forma anular, en particular en una sola pieza, cuyo revestimiento perimetral interior forma las superficies de sujeción. Para la construcción de los radios de tracción se pueden practicar en el casquillo terminal varios rebajes, distribuidos en dirección al perímetro, al menos aproximados y extendidos en dirección axial y cerrados, en particular en dirección radial, hacia el revestimiento del perímetro exterior del casquillo terminal. Los nervios de material del casquillo terminal que permanecen entre los rebajes, en dirección al perímetro, forman entonces los radios de tracción.

La configuración de los radios de tracción en el casquillo terminal se puede realizar de forma particularmente sencilla si el casquillo terminal se fabrica separado de un cuerpo de base del vástago de sujeción y está unido firmemente a éste. De este modo se puede trabajar sobre el casquillo terminal desde los dos lados frontales axiales.

En el funcionamiento en rotación del portaherramientas aparecen fuerzas centrífugas. Éstas actúan normalmente sobre todas las zonas del vástago de sujeción, esto es, también sobre los radios de tracción y elementos de puente. Las fuerzas centrífugas intentan desplazar los radios de tracción en sentido radial hacia fuera, con lo cual el orificio de alojamiento se dilataría en sentido radial. Puede presentarse el peligro de que el asiento forzado del vástago de fijación de la herramienta se debilite en el orificio de alojamiento por efecto de la fuerza centrífuga, y en el caso más grave incluso que la herramienta se suelte. Se ha podido observar que, en la solución conforme a la invención, los elementos de puente pueden oponerse, si su configuración es apropiada, a un debilitamiento similar del apriete del vástago de fijación de la herramienta. Es posible, pues, configurar los elementos de puente de tal modo que desde ellos se ejerzan sobre los radios de tracción fuerzas de compresión cuando el portaherramientas funciona en rotación, las cuales compensan, al menos parcialmente, la tendencia de los radios de tracción a moverse en sentido radial hacia fuera. Puede darse incluso una sobrecompensación, en el sentido de que se produzca un refuerzo, debido a la fuerza centrífuga, del asiento forzado del vástago de fijación de la herramienta. Según esto, otro desarrollo de la invención prevé que los elementos de puente estén configurados como elementos de peso centrífugo, que al producirse la rotación del vástago de sujeción en torno al eje de giro ejerzan, por el influjo de la fuerza centrífuga, una fuerza de compresión sobre los radios de tracción, dirigida básicamente en sentido radial hacia dentro y opuesta a la tendencia centrífuga de los radios de tracción. Aquí cabe pensar en particular que los elementos de peso centrífugo estén configurados para ejercer, con la rotación del vástago de sujeción en torno al eje de giro y bajo el influjo del peso centrífugo, una fuerza de compresión sobre los radios de tracción que refuerza el asiento forzado del vástago de fijación de la herramienta. Los elementos de peso centrífugo pueden estar configurados, por ejemplo, de modo que estén expuestos a fuerzas centrífugas elevadas en sus zonas situadas en posición más o menos central entre los radios de tracción, por ejemplo al presentar en dichas zonas engrosamientos o pesos suplementarios.

La compensación, al menos parcial, de la tendencia centrífuga de los radios de tracción ofrecida por los elementos de puente no es imaginable sólo en aquellas formas de realización basadas en el principio de la aplicación de fuerza exterior sobre los elementos de puente, sino también en aquellas formas de realización cuyo orificio de alojamiento se puede dilatar térmicamente.

La invención se describe a continuación en mayor detalle con ayuda de los dibujos anexos. En éstos puede verse:

Figura 1 una sección longitudinal axial de una forma de realización del portaherramientas conforme a la invención,

Figura 2 una sección transversal axial a lo largo de la línea II-II de la figura 1 en la situación normal del portaherramientas,

Figura 3 una vista en correspondencia con la figura 2, aunque en la situación de carga por compresión del portaherramientas;

Figuras 4, 5 vistas en sección transversal, similares a las figuras 2 y 3, en una variante del portaherramientas conforme a la invención, y

Figuras 6-16 vistas en sección transversal similares a la figura 2 en otras variantes del portaherramientas conforme a la invención.

Las figuras 1 a 3 muestran un portaherramientas de cono de ángulo agudo, con un vástago de sujeción 1 que en su extremo alejado de la herramienta presenta un cono de ángulo agudo 5 concéntrico respecto de su eje de giro 3, y con este cono el portaherramientas se puede insertar, con resistencia a la torsión, en un alojamiento complementario de cono de ángulo agudo de un husillo de trabajo no representado, giratorio en torno al mismo eje de giro 3, de una máquina herramienta, en particular de una máquina fresadora o taladradora. En un extremo próximo a la herramienta el vástago de sujeción 1 está realizado con un casquillo terminal 7 cerrado en forma de anillo, que incluye un orificio de alojamiento 9, concéntrico con respecto al eje de giro 3, para la fijación forzada de un vástago de fijación 11, representado en trazo discontinuo, de una herramienta giratoria, en particular una herramienta taladradora o fresadora. El vástago de fijación 11 puede tener una configuración cilíndrica o cónica; el casquillo terminal 7 tiene una forma del revestimiento interior complementaria para aquél, con medidas de ajuste que fijan en asiento forzado la zona del vástago de fijación 11 que agarra en el orificio de alojamiento 9.

Para retirar el vástago de fijación 11 del orificio de alojamiento 9 o insertarlo en éste, el casquillo terminal 7 presenta, distribuidos regularmente en la dirección del perímetro, varios radios de tracción 13, en el ejemplo representado tres, que se extienden más o menos en la dirección axial y, vistos en una sección perpendicular al eje, se extienden básicamente en sentido radial, y que en sentido radial hacia dentro forman una única pieza con una zona de casquillo 15 cerrada en forma de anillo, que con el revestimiento de su perímetro interior limita el orificio de alojamiento 9. Como explicaremos a continuación, por efecto de la carga de tracción radial de los radios de tracción 13 la zona del casquillo 15, y por tanto el diámetro del orificio de alojamiento 9, se pueden dilatar en sentido radial hasta que el vástago de fijación 11 de la herramienta quede liberado de su asiento de presión y pueda retirarse del orificio de alojamiento 9 o insertarse en éste.

Como se puede observar, en particular en las figuras 2 y 3, para la conformación de los radios de tracción 13 se han vaciado en el casquillo terminal 7 varias cámaras huecas 17, más o menos en sentido axial, donde los nervios de material restantes entre las cámaras huecas 17 y dispuestos en dirección del perímetro forman los radios de tracción 13. Las cámaras huecas 17, rodeadas completamente por el material del casquillo terminal 7, están limitadas en sentido radial hacia fuera por elementos de puente 19 a modo de membrana, curvados en forma de arco circular, que puentean la distancia perimetral entre dos radios de tracción 13 vecinos. Son parte de una zona anular exterior 20 del casquillo terminal 7, con la cual conectan formando una sola pieza los radios de tracción 13. Los elementos de puente 19 se pueden desviar, aprovechando su flexibilidad, en sentido radial hacia dentro. Una fuerza de compresión sobre los elementos de puente 19, dirigida en sentido radial hacia dentro, deforma a éstos en el sentido de un aplanamiento. Como consecuencia, en los radios de tracción 13 se producen fuerzas que contienen una componente de agarre, dirigida en sentido radial hacia fuera, que tira de los radios de tracción 13. Esta carga por tracción de los radios de tracción 13 produce un ensanchamiento radial del orificio de alojamiento 9.

La figura 2 muestra las condiciones antes de la aplicación de una fuerza de compresión sobre los elementos de puente 19. El orificio de alojamiento 9 posee aquí un diámetro que permite el asiento forzado del vástago de fijación 11. Para aumentar el diámetro del orificio de alojamiento 9 se aplica la carga de compresión antes mencionada sobre los elementos de puente 19. Para ello en la figura 3 se pueden observar las mordazas de sujeción 21 de un dispositivo de sujeción, que no está representada en mayor detalle, aplicadas desde fuera en sentido radial sobre los elementos de puente 19, dispositivo en el que se empotra el portaherramientas para la inserción y la retirada de la herramienta. Con el aplanamiento por compresión de los elementos de puente 19 la sección transversal del revestimiento perimetral exterior del casquillo terminal 7 adopta una forma más o menos poligonal. Aquí se tira de los radios de tracción 13 en sentido radial hacia fuera, con la consecuencia de que la zona 15 radial interior del casquillo se ensancha en sentido radial en un grado que levanta el ajuste forzado. Este estado de deformación del casquillo terminal 7 está representado en la figura 3 con líneas continuas. Con una línea de trazo y punto se representa en esta figura el contorno originario del casquillo terminal 7 sin deformar, que aprieta la herramienta en asiento forzado. El ensanchamiento radial del orificio de alojamiento 9 se mueve en la práctica, por ejemplo, en un orden de magnitud de unos 10 \mum, lo que resulta suficiente para levantar el ajuste forzado. En la figura 3 la diferencia entre el casquillo terminal no deformado y deformado se representa de forma exagerada, para su mejor visualización. La deformación del casquillo terminal 7 en caso de carga por compresión de los elementos de puente 19 tiene lugar en la zona elástica, por lo cual, al producirse el retroceso de las mordazas de sujeción 21, el casquillo terminal 7 vuelve a su situación originaria y la zona radial interior del casquillo 15 se estrecha volviendo a sus dimensiones originarias.

Los diferentes elementos de puente 19 pueden ir acompañados de una cuerda que se extiende entre las zonas de unión del elemento de puente 19 respectivo con los correspondientes radios de tracción 13. En la figura 2 está dibujado un cordón de este tipo para el elemento de puente 19, que ocupa en este caso la posición superior. La cuerda está señalada con el número 23. Esta cuerda une dos puntos de agarre virtuales 25 del elemento de puente 19 a los correspondientes radios de tracción 13. Se entiende que, debido a la transición en una única pieza de los elementos de puente 19 a los radios de tracción 13, no se pueden indicar en un sitio preciso los puntos de agarre de los elementos de puente 19 a los radios de tracción 13, sino que hemos de aceptar la existencia de una única zona de agarre. No obstante, por motivos de sencillez la figura contempla el caso idealizado de dos puntos de agarre 25 definidos.

Si los elementos de puente 19 se aplanan como consecuencia de la carga producida por las mordazas de sujeción, y debido a ello los radios de tracción 13 se desplazan en sentido radial hacia fuera, los puntos de agarre 25 se desplazan al mismo tiempo en sentido radial hacia fuera. En la figura 3 están dibujados los puntos de agarre desplazados y la cuerda trazada entre ellos. Aquí se designan con los números 25' y 23'. Para la comparación se dibuja además, con trazo discontinuo, la cuerda 23 obtenida en el estado no deformado del casquillo terminal 7, con sus puntos de agarre 25. Se observa que la dilatación radial del orificio de alojamiento 9 va unida a un aumento de la longitud de la cuerda. Esta elongación de la cuerda es característica del proceso de deformación del casquillo terminal 7 que provoca el levantamiento del asiento forzado.

Para una configuración más sencilla de los radios de tracción 13 y de los elementos de puente 19 el casquillo terminal 7 es una pieza fabricada por separado, en la que se pueden vaciar las cámaras huecas 17 desde uno o desde ambos lados axiales, por ejemplo mediante taladrado o erosión. El casquillo terminal 7 así preparado está unido sólidamente a un cuerpo de base 27 del vástago de sujeción 1, por ejemplo mediante soldadura por fricción. En su extremo axial alejado de la herramienta el casquillo terminal 7 puede presentar además un rebaje a torno 29, que aumenta el diámetro interior y facilita el acabado del casquillo terminal 7 en la zona radial interior. Para incrementar la flexibilidad de las membranas 19 se pueden practicar además en el casquillo terminal 7, a una distancia axial respecto del extremo del casquillo próximo a la herramienta, unas ranuras 31 de corte no guiado que discurren en la dirección del perímetro a lo largo de las membranas 19. Las membranas 19 tienen pues movilidad libre en sus dos bordes axiales.

En las otras figuras se muestran variantes de realización en las cuales los mismos componentes, o sus equivalentes, están provistos de los mismos caracteres de referencia que en las figuras 1 a 3, aunque con el añadido de una letra minúscula. Para evitar repeticiones en lo sucesivo se comentan básicamente sólo las diferencias respecto del ejemplo de realización anteriormente descrito.

Las figuras 4 y 5 muestran una variante que se diferencia respecto del ejemplo de realización anteriormente explicado solamente en que la zona interior radial 15a del casquillo, en su zona de pared delgada situada entre las cámaras huecas 17a y el orificio de alojamiento 9a, está dividida por varios cortes de separación 33a en varios segmentos de perímetro 35a. Cada uno de los segmentos de perímetro 35a está suspendido de un radio de tracción 13a. Con los cortes de separación 33a se consigue en la zona radial interior un desacoplamiento mecánico de los radios de tracción 13a entre sí. De este modo el orificio de alojamiento 9a se puede dilatar con un gasto de energía escaso. Mientras que la figura 4 muestra la situación exenta de carga del casquillo terminal 7a, en la cual los segmentos 35a pueden tocarse unos con otros en la zona de los cortes de separación 33a, la figura 5 muestra la situación de deformación del casquillo terminal 7 con el orificio de alojamiento 9a dilatado. En esta situación los cortes de separación 33a se han ensanchado formando hendiduras comparativamente grandes.

La figura 6 muestra una variante en la que el casquillo final 7b presenta, también en la situación no deformada, un contorno del perímetro exterior de forma no circular. Presenta una sección transversal aproximadamente poligonal, con tres zonas angulares, donde las membranas 19b se encuentran en la zona de los lados del polígono. En comparación con los ejemplos de realización anteriores la curvatura de las membranas 19b es menor. La forma ligeramente aplanada de las membranas 19b da lugar a unas relaciones de fuerza especialmente favorables en lo relativo a la transformación de las fuerzas aplicadas en las membranas 19b en una carga de tracción de los radios de tracción 13b.

En la variante de la figura 6 las cámaras huecas 17b están configuradas como ranuras alargadas en la dirección del perímetro, curvadas en forma de plátano. No obstante, con la carga de compresión de las membranas 19b se puede conseguir sobre los radios de tracción 13b y los segmentos de perímetro radial interior 35b el mismo efecto de tracción que en los ejemplos de realización anteriores.

La figura 7 muestra una variante con cuatro radios de tracción distribuidos en dirección al perímetro. En correspondencia están previstas también cuatro membranas 19c. Como ocurre con el ejemplo de realización de la figura 6, las membranas 19c tienen una curvatura menor que la de una línea circular imaginaria que rodea los radios de tracción 13c, concéntrica respecto del eje de giro.

La figura 8 muestra una variante en la que el casquillo terminal 7d, como componente integral, presenta otra zona anular 37d que cubre la zona anular 20d a distancia radial. Las dos zonas anulares 20d, 37d están unidas entre sí mediante nervios de compresión 39d, que agarran en la dirección del perímetro, básicamente en el punto medio de las membranas 19d.En prolongación radial de los radios de tracción 13d están previstos otros nervios de unión 41d entre la zona anular 37d y la zona anular 20d. Para el ensanchamiento radial del orificio de alojamiento la zona anular 37d se comprime en el ámbito perimetral de los nervios de compresión 39d, por ejemplo mediante mordazas de sujeción, tal como se muestra en la figura 3. Aquí la zona anular 37d se puede someter a carga en una superficie comparativamente grande, para mantener la compresión de la superficie en unos límites aceptables. Los nervios de presión 39d producen una concentración de la fuerza aplicada en las zonas medias de las membranas 19d dispuestas en la dirección del perímetro. De esta forma se consigue una distribución regular de las fuerzas aplicadas sobre cada par de radios de tracción unido a las membranas 19d, incluso cuando las mordazas de sujeción, situadas en la dirección del perímetro, no presionan contra el anillo exterior 37d en una posición centrada en relación con los nervios de presión 39d.

En la variante de la figura 9 el casquillo terminal 7e para la aplicación de fuerza sobre las membranas 19e contiene un sistema interno de cámaras de presión 43e, conectadas a una fuente de fluido 45e por lo general hidráulica. Para la unión de las cámaras de presión 43e con la fuente de fluido 45e se puede configurar, en la zona de unión axial entre el casquillo terminal 7e y el cuerpo de base del vástago de sujeción (véase figura 1), un conducto distribuidor cerrado en forma de anillo, que comunica con las cámaras de presión 43e y da lugar a una toma de entrada del fluido del vástago de sujeción, a la cual se puede conectar a su vez la fuente de fluido 45e. Evidentemente, cabe imaginar también otras configuraciones del suministro de fluido.

Las cámaras de presión 43e limitan en sentido radial exterior directamente con las membranas 19e. Con la introducción de un fluido en las cámaras de presión 43e éstas se separan básicamente en la dirección radial, con lo cual las membranas 19e se desvían en sentido radial hacia dentro en el sentido de un aplanamiento y ejercen sobre los radios de tracción la carga de tracción ya comentada en detalle.

En la variante de la figura 10 están previstas membranas 19f que no son un componente integral del casquillo terminal 7f, sino que están configuradas como piezas separadas embutidas que se insertan en las cámaras huecas 17f del casquillo terminal 7f. Las membranas 19f están formadas, por ejemplo, por piezas de acero para resortes, que se apoyan en las zonas de borde opuestas, situadas en dirección al perímetro, de las cámaras huecas 17f. Las cámaras huecas 17f son accesibles desde fuera, en sentido radial, a través de perforaciones 47f que van desde el revestimiento del perímetro exterior del casquillo terminal 7b hasta las cámaras huecas 17f. A través de estas perforaciones 47f se pueden introducir émbolos de presión 21f, por medio de los cuales se pueden comprimir en sentido radial, hacia dentro, las membranas de acero de resorte 19f para el ensanchamiento del orificio de alojamiento 9f.

La figura 11 muestra una variante que se diferencia de los ejemplos de realización anteriores en que como elementos de puente no están previstas membranas de pared delgada, sino cuerpos 19g de goma elástica, por ejemplo de ebonita, que se alojan en las cámaras 17g del casquillo terminal 7g. Los cuerpos de goma elástica 19g se pueden prefabricar e introducir a presión en las cámaras 17g. No obstante es preferible su fabricación en las cámaras 17g mediante rellenado de éstas.

En el ejemplo de realización de la figura 11 se puede conseguir también un ensanchamiento radial del orificio de alojamiento 9g mediante presión de los émbolos de presión 21g sobre los cuerpos 19g de goma elástica. Los cuerpos 19g de goma elástica, comprimidos en su parte central por los émbolos de presión 21g, intentan evitar esta carga por compresión mediante un estiramiento en la dirección del perímetro. Aquí estos cuerpos ejercen sobre las zonas de pared opuestas de las cámaras 17g, situadas en la dirección del perímetro, unas fuerzas que, con una conformación apropiada de los cuerpos 19g de goma elástica y de las cámaras 17g, dan como resultado una carga por tracción de los radios de tracción 13g.

Las figuras 12 a 16 muestran variantes en las que no se tira de los radios de tracción en sentido radial hacia fuera, mediante aplicación de fuerza exterior sobre los elementos de puente, sino que se consigue una dilatación térmica del orificio de alojamiento mediante inducción de calor en el casquillo terminal. Para ello en la figura 12 se indica de forma esquemática un dispositivo calefactor 49h, que induce en una zona anular 20h, de pared comparativamente gruesa, que a su vez forma el revestimiento del perímetro exterior del casquillo terminal 7h, una cantidad de calor rápidamente y por poco tiempo, y tal que se producen tensiones térmicas mecánicas en el casquillo terminal 7h, que tiran de los radios de tracción 13h en sentido radial hacia fuera. El dispositivo calefactor 49a puede inducir calor regularmente distribuido por el perímetro del casquillo terminal 7h. Puede ser suficiente también con que el dispositivo calefactor 49h limite la inducción de calor básicamente a aquellas zonas del perímetro del casquillo terminal 7h que se encuentran entre los radios de tracción 13h. En consecuencia, se representan en la figura 12 boquillas calefactoras que se distribuyen a distancias regulares por el casquillo terminal 7h. Las boquillas 53h pueden expulsar, por ejemplo, aire o vapor caliente. Evidentemente, en lugar de boquillas calefactoras de este tipo se pueden utilizar otros grupos calefactores, por ejemplo bobinas de inducción.

Las cámaras huecas 17h procuran un aislamiento térmico de la zona anular 20h frente a las zonas interiores radiales del casquillo terminal 7h, de modo que estas zonas radiales interiores del casquillo terminal 7h estén bien protegidas del calentamiento y se puedan producir tensiones térmicas mecánicas de una magnitud suficiente. El efecto de aislamiento de las cámaras huecas 17h se puede incluso favorecer mediante un relleno de refrigerante o una circulación de aire de enfriamiento en las cámaras huecas 17h.

La dilatación del casquillo terminal 7h, producida térmicamente, es también reversible. Una vez concluida la inducción de calor el orificio de alojamiento 9h se estrecha hasta adoptar de nuevo sus dimensiones de ajuste forzado.

Mientras que la figura 12 muestra una variante con un contorno circular del perímetro exterior del casquillo terminal 7h y con cinco radios de tracción 13h, la figura 13 representa una variante con un contorno del perímetro exterior del casquillo terminal 7i más o menos poligonal, cuadrado en este caso, y con cuatro radios de tracción 13i. Las cámaras 17i del ejemplo de realización de la figura 13 están configuradas como ranuras alargadas, vistas en una sección transversal perpendicular al eje, a ser posible ovales, que se disponen a lo largo de los lados del polígono.

La figura 14 muestra una variante con las cámaras 17k, que en una sección perpendicular al eje se configuran como ranuras alargadas extendiéndose básicamente en dirección radial. Aquí se forma un gran número de radios de tracción 13k, por ejemplo entre 10 y 20.

La variante de la figura 15 posee cámaras 17l que, vistas en una sección transversal perpendicular al eje, adoptan una configuración oval y se estrechan en sentido radial hacia dentro. Los cortes o ranuras separadoras 33l, que segmentan la zona radial interior del casquillo, están dispuestos en dirección al perímetro entre las cámaras 17l y llegan en la dirección radial hasta más allá de la zona situada entre cámaras vecinas 17l. Esta configuración supone que entre cada par de cámaras 17l vecinas se forman dos radios de tracción 13l separados por una ranura separadora 33l y que cada segmento 35l radial interior del casquillo está unido a dos radios de tracción 13l.

La variante de la figura 16 corresponde al ejemplo de realización de la figura 15, con la diferencia de que las cámaras 17m presentan en lugar de una sección transversal oval, una sección transversal más o menos trapezoide, que se estrecha en sentido radial hacia dentro.

En particular en las soluciones de membrana de las figuras 2 a 9, pero también -en circunstancias no tan claramente- en las soluciones térmicas, puede aparecer, cuando el portaherramientas funciona en rotación, y como consecuencia de las fuerzas centrífugas que se producen, un ligero desplazamiento de las zonas medias de los elementos de puente en sentido radial hacia fuera, lo que produce una curvatura más marcada de los elementos de puente. En contraposición con las condiciones existentes al soltarse el asiento forzado, esta deformación lleva a los elementos de puente a una presión por compresión, dirigida en sentido radial hacia dentro, de los radios de tracción, que elimina, al menos en parte, la tendencia centrífuga de los radios de tracción. Este efecto puede aparecer tanto en casquillos terminales con un contorno más o menos circular del perímetro exterior (como por ejemplo en las figuras 2 y 4) como en casquillos terminales con un contorno más o menos poligonal del perímetro exterior (como por ejemplo en las figuras 6 y 7). En este último caso puede aparecer, en determinadas circunstancias, incluso reforzado. El efecto puede ser tan intenso que la tendencia centrífuga de los radios de tracción se vea sobrecompensada y se transforme en una compresión más fuerte del vástago de fijación de la herramienta. El mencionado movimiento de desplazamiento de las zonas medias de los elementos de puente se puede reforzar aún mediante una configuración apropiada de dichos elementos de puente. En este sentido se remite de nuevo a la figura 2. En ella se observa, en el elemento de puente 19 superior de la representación gráfica, un engrosamiento de material 57 indicado con trazo discontinuo, que actúa como peso centrífugo adicional y genera fuerzas centrífugas especialmente intensas en la zona media del elemento de puente 19. Para la creación de semejante irregularidad en la distribución de masas del elemento de puente 19 cabe imaginar, evidentemente, alternativas al engrosamiento del material que se representa en la figura, por ejemplo, la colocación de un cuerpo de peso separado.

En todas las formas de realización anteriores se provoca, ya sea por aplicación de una fuerza exterior o por inducción de calor exterior, un efecto de tracción en los radios de tracción, que a su vez provoca una expansión en sentido radial del casquillo terminal y un levantamiento del asiento forzado. La forma de la sección transversal del casquillo terminal y la configuración de los radios de tracción, elementos de puente y cámaras huecas son en gran medida variables. Dependiendo de la forma de las cámaras huecas los radios de tracción, por ejemplo, pueden tener en dirección radial longitudes y posiciones muy diferentes. Asimismo puede variar el número de los radios de tracción y de las cámaras huecas. En ciertos casos la configuración concreta del portaherramientas dependerá, entre otros factores, de la fuerza de apriete deseada, de la magnitud deseada del ensanchamiento radial del orificio de alojamiento y del material del vástago de sujeción y de sus características de deformación.

Claims (23)

1. Portaherramientas para una herramienta giratoria en torno a un eje de giro (3), en particular una herramienta taladradora, fresadora o rozadora, que incluye un vástago de sujeción (1) que a su vez presenta, en una zona del extremo (7) del vástago, un orificio de alojamiento (9) centrado respecto del eje de giro, para el asiento de un vástago de fijación (11) de la herramienta, donde en el revestimiento del perímetro del orificio de alojamiento (9) se disponen superficies de sujeción para la fijación forzada del vástago de fijación (11) de la herramienta,y donde la zona del extremo (7) del vástago de sujeción (1) presenta, distribuidos en la dirección del perímetro, varios radios de tracción (13), sobre los que se puede ejercer, para la separación radial de las superficies de sujeción, una fuerza de tracción dirigida básicamente en sentido radial hacia fuera, caracterizado porque en los radios de tracción (13), cubriendo la distancia perimetral entre dichos radios, agarran unos elementos de puente (19) cuya longitud de cuerda, medida entre sus puntos de agarre (25) situados en los radios de tracción (13), puede aumentar si una fuerza de tracción incide sobre los radios de tracción (13).

2. Portaherramientas según la reivindicación 1, caracterizado porque al menos una parte de los elementos de puente (19) y sus elementos de agarre (25), situados en los radios de tracción (13), están configurados de tal modo que, al iniciarse sobre los elementos de puente (19) una fuerza de elongación de la cuerda, en particular, en forma de una fuerza de compresión dirigida básicamente en sentido radial hacia dentro, los radios de tracción (13) experimentan una carga de tracción.

3. Portaherramientas según la reivindicación 2, caracterizado porque al menos una parte de los elementos de puente (19) están configurados como membranas (19) curvadas en sentido cóncavo hacia el eje de giro (3), que se pueden aplanar mediante una carga de compresión más o menos en sentido radial.

4. Portaherramientas según la reivindicación 3, caracterizado porque la curvatura de las membranas (19b) es menor que la de un arco circular, concéntrico respecto al eje de giro, que pasa por los puntos de agarre de las membranas (19b) en los radios de tracción (13b).

5. Portaherramientas según las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque las membranas (19) están unidas en una sola pieza con los radios de tracción (13).

6. Portaherramientas según la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque las membranas (19f) están configuradas como piezas encajadas separadas, que se sujetan de forma imperdible en cámaras de alojamiento (17f) de la zona del extremo (7f) del vástago de sujeción.

7. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque al menos una parte de los elementos de puente (19g) está formada por cuerpos de goma elástica.

8. Portaherramientas según la reivindicación 7, caracterizado porque los cuerpos de goma elástica (19g) se sujetan de forma imperdible en cámaras de alojamiento (17g) de la zona del extremo (7g) del vástago de sujeción y preferiblemente están fabricados mediante llenado de una masa de relleno endurecible en dichas cámaras de alojamiento (17g).

9. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque la zona del extremo (7e) del vástago de sujeción contiene un sistema de cámaras de presión (43e) que se puede conectar, para iniciar la aplicación de la fuerza de elongación de la cuerda sobre los elementos de puente (19e), a un suministro de fluido (45e), en particular hidráulico.

10. Portaherramientas según la reivindicación 9, caracterizado porque el sistema de cámaras de presión (43e) está limitado, al menos parcialmente, por los elementos de puente (19e).

11. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque el vástago de sujeción (1) lleva superficies de agarre para los cuerpos de presión (21) separables del vástago de sujeción (1), por medio de las cuales se pueden derivar fuerzas de compresión hacia el vástago de sujeción (1) para producir la fuerza de elongación de la cuerda.

12. Portaherramientas según la reivindicación 11, caracterizado porque las superficies de agarre están dispuestas junto a los elementos de puente (19).

13. Portaherramientas según la reivindicación 12, caracterizado porque con la conformación de los elementos de puente (19f) como piezas separadas de inserción o de relleno, sujetas de forma imperdible en cámaras de alojamiento (17f) de la zona del extremo (7f) del vástago de sujeción, las cámaras de alojamiento (17f) están abiertas mediante ranuras (47f) en sentido radial hacia fuera, a través de las cuales se pueden introducir los cuerpos de presión (21f).

14. Portaherramientas según la reivindicación 11, caracterizado porque la zona del extremo (7d) del vástago de sujeción presenta un anillo de aplicación de fuerza (37d) que rodea por fuera, radialmente, los elementos de puente (19d), que está unido por nervios de presión (39d) radiales, en particular en una única pieza, a los elementos de puente (19d) y que soporta las superficies de agarre.

15. Portaherramientas según la reivindicación 14, caracterizado porque los nervios de presión (39d) están dispuestos en dirección al perímetro, más o menos en posición central entre los radios de presión (13d) contiguos.

16. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 2 a 15, caracterizado porque están previstos cuatro o cinco radios de tracción (13) distribuidos en dirección al perímetro.

17. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque los elementos de puente (19h) son parte de un anillo de tracción (20h) dispuesto alrededor de los radios de tracción (13) y está unido, con resistencia a la tracción, a dichos radios, en particular en una sola pieza, y porque el portaherramientas lleva asociado un dispositivo calefactor (49h) por medio del cual el anillo de tracción (20h) se puede dilatar térmicamente en sentido radial para la carga de tracción de los radios de tracción (13h).

18. Portaherramientas según la reivindicación 17, caracterizado porque las zonas del anillo de tracción (20h) situadas en dirección al perímetro, entre al menos una parte de los radios de tracción (13h), pueden estar separadas térmicamente mediante cámaras aislantes (17h) de las zonas interiores radiales de la zona del extremo (7h) del vástago de sujeción.

19. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque una zona interior radial (15a) del perímetro del vástago de sujeción, que forma las superficies de sujeción, está dividida en varios segmentos de perímetro (35a) separados unos de otros, cada uno de los cuales está unido al menos con un radio de tracción (13a).

20. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la zona del extremo (7) del vástago de sujeción (1) está formada por un casquillo terminal (7) cerrado, de forma anular, en particular en una sola pieza, cuyo revestimiento perimetral interior forma las superficies de sujeción, y porque en el casquillo terminal (7) se han practicado, para la formación de los radios de tracción (13), varios rebajes (17) distribuidos en dirección al perímetro, al menos aproximados y extendidos en dirección axial, y cerrados en particular en dirección radial, hacia el revestimiento del perímetro exterior del casquillo terminal (7).

21. Portaherramientas según la reivindicación 20, caracterizado porque el casquillo terminal (7) se fabrica separado de un cuerpo de base (27) del vástago de sujeción (1) y está unido firmemente a éste.

22. Portaherramientas según una de las reivindicaciones 1 a 21, caracterizado porque los elementos de puente (19) estén configurados como elementos de masa centrífuga, que al producirse la rotación del vástago de sujeción en torno al eje de giro (3), debido al influjo de la fuerza centrífuga ejercen una fuerza de compresión sobre los radios de tracción (13), dirigida básicamente en sentido radial hacia dentro y opuesta a la tendencia centrífuga de los radios de tracción (13).

23. Portaherramientas según la reivindicación 22, caracterizado porque los elementos de masa centrífuga (19) están configurados para ejercer, con la rotación del vástago de sujeción (1) en torno al eje de giro (3) y bajo el influjo de la fuerza centrífuga, una fuerza de compresión sobre los radios de tracción (13) que refuerza el asiento forzado del vástago de fijación (11) de la herramienta.