ES2268341T3 - Metodo para mecanizar un disco de freno. - Google Patents
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Abstract
Un método para mecanizar las superficies de frenado (2, 3) de un disco de freno (1) para vehículos, que comprende las etapas de cargar o instalar el disco de freno (1) en una estación de trabajo (8) y abrazar el disco de freno (1) en un plano de referencia medio (A) entre las superficies de frenado opuestas (2, 3), así como definir el espesor de material en exceso que se ha de retirar de cada una de dichas superficies, con respecto a las coordenadas de colocación o ubicación de dicho plano en relación con un sistema de ejes de trabajo de la estación, al objeto de conseguir una división equilibrada y centrada del metal en exceso que se elimina de dichas superficies (2, 3), caracterizado porque comprende adicionalmente las siguientes etapas: - cargar y abrazar de forma preliminar el disco de freno (1) en un dispositivo de manejo (7) que es controlado operativamente por la estación de trabajo (8), para el mecanizado del disco de freno (1), de tal modo que el disco de freno (1) es agarrado en el dispositivo de manejo (7), en la zona de dicho plano medio (A), - llevar dicho dispositivo de manejo (7) hacia un mandril (10) de sujeción de la pieza de trabajo, perteneciente a la estación de trabajo (8), con la subsiguiente medición de las coordenadas de ubicación de dicho plano medio (A) con respecto al sistema de ejes de trabajo, y - abrazar el disco de freno (1) en el mandril (10) de la estación de trabajo y liberar el dispositivo de manejo (7) con el fin de permitir que sean mecanizadas en dicha estación de trabajo (8) las dos superficies opuestas (2, 3) de la pieza de trabajo, mediante la eliminación de los espesores de material en exceso preseleccionados, calculados en relación con las coordenadas de ubicación de dicho plano (A).
Description
Método para mecanizar un disco de freno.
Esta invención se refiere a un método para
mecanizar las superficies planas de un disco de freno para
vehículos, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. La
invención se refiere también a un centro de trabajo que funciona de
acuerdo con el método de la invención.
Una aplicación típica es la que se refiere al
mecanizado de las superficies planas opuestas de un disco de freno
para vehículos. En este caso, el acabado superficial (torneado, por
ejemplo) requiere la eliminación de los espesores de metal en
exceso de estas superficies de una forma equilibrada y centrada con
respecto al plano medio de simetría del disco de freno, por razones
obvias de equilibrado del peso.
En este campo, las operaciones anteriormente
mencionadas se llevan a cabo, típicamente, abrazando el disco de
freno en el mandril de la máquina-herramienta por
medio del acoplamiento de abrazaderas o mordazas de agarre del
dispositivo de sujeción de la pieza de trabajo, por ejemplo, una
garra o mandril de auto-centrado, en los pasos
radiales que se crean en el disco durante la colada de la pieza de
trabajo semiacabada, y que constituyen los conductos de
refrigeración provistos de aletas, o aleteados, del disco de freno.
El abrazamiento de la pieza de trabajo de esta manera define un
plano medio de referencia con respecto al cual se miden los
espesores en exceso de metal que se han de eliminar de cada una de
las superficies del disco plano.
Una de las limitaciones principales que se
encuentran en las aplicaciones conocidas radica en el hecho de que
el abrazamiento del disco en la zona del plano medio anteriormente
mencionado permite la mecanización de tan solo una de las
superficies del disco, debido a que las herramientas no pueden
conseguir acceder a la otra superficie del disco, es decir, la
superficie situada de cara al mandril, debido a la presencia del
dispositivo de abrazamiento. Una vez que se ha mecanizado una de las
superficies del disco, el disco ha de ser colocado y abrazado en el
mandril por segunda vez para permitir que se mecanice la otra
superficie opuesta.
Esta doble colocación implica, en consecuencia,
un incremento en los tiempos del ciclo, con una prolongación
correspondiente de los tiempos de producción totales y el incremento
de los costes. Una segunda colocación puede también afectar a la
precisión de las dimensiones y tolerancias requeridas, especialmente
cuando se considera que las superficies de disco mecanizadas han de
satisfacer tolerancias muy estrechas de planitud o allanamiento y
de paralelismo mutuo.
Uno de los propósitos principales de la
invención consiste en permitir que se disponga de un método de
mecanizado de las superficies planas de un freno de disco para
vehículos, el cual se ha diseñado para superar todas las
limitaciones que se encuentran en la técnica anterior que se ha
descrito previamente.
Estos y otros propósitos que se pondrán
claramente de manifiesto a partir de la siguiente descripción, se
consiguen por medio de un método de mecanizado que tiene las
características de la reivindicación 1, y por un centro de trabajo
que tiene las características de la reivindicación 8.
Otras características y ventajas adicionales de
la invención se ilustrarán de forma más eficaz por la siguiente
descripción detallada de una realización preferida de la invención,
la cual se proporciona meramente a modo de ejemplo no limitativo y
con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
- las Figuras 1 a 3 son tres etapas diferentes
del método de la invención,
- la Figura 4 es una vista a escala grande de un
detalle de las figuras anteriores, durante una etapa respectiva del
método de la invención,
- la Figura 5 es una vista a escala grande que
corresponde a la Figura 3 y que muestra una variante del aparato
para centrar y abrazar el disco de freno (1) que está siendo
mecanizado de acuerdo con el método de la invención.
Haciendo referencia en primer lugar a las
Figuras 1 a 3, se indica generalmente con la referencia numérica 1
un disco de freno semiacabado o no mecanizado (1) que se somete a
mecanizado de acuerdo con el método de esta invención. El ejemplo
descrito se refiere a la aplicación del método de la invención en el
campo específico de las piezas de trabajo semiacabadas o no
mecanizadas que tienen la forma de discos de freno, cuyo mecanizado
requiere el torneado (u otro procedimiento que implique la retirada
de viruta metálica) de las superficies planas opuestas 2, 3 del
disco de freno con una eliminación equilibrada y centrada de un
espesor en exceso preestablecido de cada una de las
superficies.
En aras de la sencillez, esta descripción hará,
por tanto, referencia, en lo sucesivo, a la aplicación concreta del
método al disco de freno semiacabado 1, para la mecanización de las
superficies de disco opuestas 2 y 3 del mismo.
El disco de freno, cuyo eje central de rotación
está marcado con una X, comprende una pluralidad de pasos radiales
4 que se extienden radialmente dentro del espesor del disco, entre
las superficies 2 y 3. Estos pasos se crean cuando se cuela la
pieza de trabajo semiacabada, y se encuentran separados unos de
otros angularmente a intervalos regulares con el fin de actuar como
conductos que transportan aire entre pares de conjuntos
correspondientes de aletas con el fin de refrigerar las superficies
de frenado del disco.
La superficie del disco semiacabado comprende
también una porción de zócalo o cubo central 5 que sobresale de
forma integral del área anular de las superficies de frenado 2, 3 y
adopta la forma de una pared cilíndrica exterior cerrada por una
brida 6 y equipada con uno o más orificios de fijación del disco de
freno.
Una primera etapa del método de la invención
(Figura 1) implica la instalación y abrazamiento del disco 1 en un
dispositivo de manejo que se ilustra esquemáticamente e indica
generalmente con la referencia numérica 7 en las figuras. Este
dispositivo es controlado operativamente por la estación 8 de un
centro de trabajo que tan solo se muestra en parte. Las figuras
muestran únicamente parte de una base 9 de una
máquina-herramienta del centro de trabajo, sobre la
que está soportado un aparato de sujeción de pieza de trabajo que
incluye un mandril 10 que tiene un eje de rotación C.
El dispositivo de manejo 7 forma parte de un
portal de carga/descarga de piezas de trabajo, asociado con la
estación de trabajo, o bien puede, alternativamente, estar montado
en la corredera de sujeción de la herramienta de la máquina
herramienta. La porción del dispositivo de manejo que está fijada a
una u otra de las estructuras indicadas se marca con la referencia
numérica 11.
Más específicamente, el dispositivo de manejo 7
tiene una placa de soporte 12 que está soportada de tal manera que
puede rotar alrededor de un eje central C' de la placa, y desde la
que sobresale una pluralidad de mordazas 12 destinadas a agarrar la
pieza de trabajo (preferiblemente, tres o seis mordazas, con una
separación angular uniforme entre ellas), todas ellas en la misma
dirección. Los extremos libres de las mordazas llevan respectivas
barras empujadoras de agarre 14 que se extienden transversalmente
con respecto al eje C' para el agarre y el abrazamiento radiales y
centrados de la pieza de trabajo. Las barras empujadoras de agarre
14 forman parte, ventajosamente, de una garra para el abrazamiento
auto-centrado de la pieza de trabajo con respeto al
eje C'. El dispositivo de manejo 7 se desplaza a lo largo de un
sistema de ejes controlados, de tal forma que puede determinarse su
posición (coordenadas de colocación) con respecto al sistema de ejes
de trabajo de la estación 8.
Como se muestra con mayor detalle en la Figura
4, el disco 1 es abrazado en el dispositivo de manejo 7 por medio
del acoplamiento de las barras empujadoras 14 en los pasos radiales
correspondientes 4 del disco que están enfrentados a las barras 14,
con el eje X del disco superpuesto y centrado sobre el eje C' del
dispositivo de manejo. Este acoplamiento de las barras de empuje en
los pasos radiales del disco define un plano de referencia medio
entre las superficies 2 y 3, el cual se identifica por la línea
recta indicada con la referencia A en la Figura 4. Las coordenadas
de este plano (en particular, la altura vertical indicada con la
referencia H en la Figura) pueden ser medidas con respecto al
sistema de ejes de trabajo mediante la ubicación del dispositivo de
manejo, y el plano puede ser utilizado, a su vez, para definir el
espesor en exceso del material que se ha de eliminar de cada una de
las superficies 2 y 3, de tal modo que las herramientas pueden ser
guiadas hasta sus respectivas posiciones de trabajo. Los espesores
de material preseleccionados que se han de retirar se dividen, por
tanto, de una forma equilibrada con respecto al plano medio A, con
el fin de garantizar una distribución equilibrada y centrada de los
pesos del disco.
En una segunda etapa del método (Figura 2), el
dispositivo de manejo 7 se lleva, mediante movimientos de la
corredera de sujeción de la herramienta (o del portal de
carga/descarga con el que está asociado el dispositivo de manejo) a
las proximidades del mandril 10, con una alineación de los ejes C y
C', hasta una posición en la que la pared exterior de la porción de
cubo 5 queda enfrente de las superficies de agarre de las
abrazaderas correspondientes 15 del aparato de abrazamiento con
auto-centrado del mandril
10.
10.
En una etapa subsiguiente (Figura 3), el disco 1
es abrazado en el mandril 10, y el dispositivo de manejo 7 es
subsiguientemente liberado y desplazado en alejamiento. Ha de
apreciarse que las coordenadas de colocación del dispositivo de
manejo 7 son susceptibles de medirse con respecto al sistema de
referencia de los ejes de trabajo, y que, en consecuencia, las
coordenadas del plano de referencia medio A son susceptibles de
medirse con respecto al mismo sistema. Se sigue, por lo tanto, que
los espesores preseleccionados de metal en exceso que se han de
eliminar son, a su vez, susceptibles de medirse en relación con las
coordenadas de colocación del plano A, incluso cuando el disco es
abrazado en el mandril 10, una vez que el dispositivo de manejo 7
ha sido liberado y desplazado en alejamiento.
En una etapa adicional y subsiguiente, las
herramientas de la estación de trabajo son accionadas a lo largo de
sus respectivos recorridos de trabajo para el mecanizado de las
superficies 2 y 3 con la extracción de los espesores en exceso
preseleccionados de material de una manera equilibrada y
centrada.
El abrazamiento del disco 1 en la herramienta de
auto-centrado del mandril 10 permite a las
máquinas-herramienta, ventajosamente, acceder a
cada una de las superficies de disco 2 y 3 por medio de una y sólo
una colocación o ubicación del disco en el mandril, que se logra
por medios de las etapas anteriormente descritas. La configuración
y el tamaño del dispositivo de abrazamiento de
auto-centrado del mandril son tales, que permiten
que la herramienta (indicada con la referencia 26) tenga acceso a
la superficie 3 de una forma tal, que pueda mecanizar hasta el
diámetro menor de la zona de frenado anular, según se muestra en la
Figura 3.
En una variante que se muestra en la Figura 5,
el dispositivo de abrazamiento de auto-centrado del
mandril 10 comprende, ventajosamente, una garra con un perfil
convergente o gradualmente estrechado, generalmente indicada por la
referencia 17, que incluye un elemento de agarre anular 18 con una
superficie exterior 19 acoplada a lo largo de una guía gradualmente
estrechada 20, y una superficie interna opuesta 21 para agarrar la
pieza de trabajo mecánica.
Durante el uso, como resultado del deslizamiento
relativo entre el elemento anular y la guía gradualmente
estrechada, que se produce por una fuerza de tracción axial ejercida
sobre el elemento anular, la superficie 21 es forzada a desplazarse
transversalmente con respecto al eje C, contra la porción de cubo 5,
con el fin de ejercer la fuerza para el abrazamiento del disco en
el mandril. Debido a la simetría axial de la guía gradualmente
estrechada, la acción de cuña del elemento anular es de
auto-centrado y, de esta forma, garantiza el
abrazamiento centrado del disco en el mandril.
De forma ventajosa, el peso total de la garra 17
es menor que el de los dispositivos con mordazas de
auto-centrado convencionales, y esto lleva consigo
una reducción consecuente de las fuerzas centrífugas generadas
durante la rotación del mandril. Las fuerzas de abrazamiento sobre
el mandril pueden, por tanto, ser reducidas para una velocidad dada
del mandril, o bien puede incrementarse la velocidad de rotación del
mandril para una fuerza de abrazamiento dada aplicada. En el primer
caso, puesto que las fuerzas de abrazamiento de las abrazaderas o
mordazas tienden a deformar la pieza de trabajo, el estado de
deformación puede ser reducido produciendo fuerzas de agarre
menores. En el segundo caso, por otra parte, es posible conseguir
velocidades de corte relativamente elevadas que no se podrían
utilizar con mordazas de auto-centrado
convencionales.
La invención consigue, por lo tanto, los
objetivos propuestos, al ofrecer numerosas ventajas con respecto a
soluciones conocidas.
Una primera ventaja radica en el hecho de que el
método de la invención permite que se lleve a cabo la mecanización
en ambas superficies opuestas de un disco con una y sólo una
colocación del disco en el mandril. Los tiempos de carga/descarga
de la pieza de trabajo y, por tanto, el tiempo del ciclo total, se
reducen en consecuencia.
Otra ventaja radica en el hecho de que la única
colocación que se requiere permite que se consiga una mayor
precisión en las operaciones de mecanización superficial, con
particular referencia a las tolerancias requeridas de planitud o
allanamiento y paralelismo entre las superficies de trabajo opuestas
del disco.
Claims (8)
1. Un método para mecanizar las
superficies de frenado (2, 3) de un disco de freno (1) para
vehículos, que comprende las etapas de cargar o instalar el disco
de freno (1) en una estación de trabajo (8) y abrazar el disco de
freno (1) en un plano de referencia medio (A) entre las superficies
de frenado opuestas (2, 3), así como definir el espesor de material
en exceso que se ha de retirar de cada una de dichas superficies,
con respecto a las coordenadas de colocación o ubicación de dicho
plano en relación con un sistema de ejes de trabajo de la estación,
al objeto de conseguir una división equilibrada y centrada del metal
en exceso que se elimina de dichas superficies (2, 3),
caracterizado porque comprende adicionalmente las siguientes
etapas:
- cargar y abrazar de forma preliminar el disco
de freno (1) en un dispositivo de manejo (7) que es controlado
operativamente por la estación de trabajo (8), para el mecanizado
del disco de freno (1), de tal modo que el disco de freno (1) es
agarrado en el dispositivo de manejo (7), en la zona de dicho plano
medio (A),
- llevar dicho dispositivo de manejo (7) hacia
un mandril (10) de sujeción de la pieza de trabajo, perteneciente a
la estación de trabajo (8), con la subsiguiente medición de las
coordenadas de ubicación de dicho plano medio (A) con respecto al
sistema de ejes de trabajo, y
- abrazar el disco de freno (1) en el mandril
(10) de la estación de trabajo y liberar el dispositivo de manejo
(7) con el fin de permitir que sean mecanizadas en dicha estación de
trabajo (8) las dos superficies opuestas (2, 3) de la pieza de
trabajo, mediante la eliminación de los espesores de material en
exceso preseleccionados, calculados en relación con las coordenadas
de ubicación de dicho plano (A).
2. Un método de acuerdo con la
reivindicación 1, en el cual el disco de freno (1) es abrazado en el
mandril (10) de la estación de trabajo (8) antes de ser liberado
por el dispositivo de manejo (7), en la zona de una porción (5) del
disco de freno (1) que sobresale desde dichas superficies (2, 3) y
es coaxial con ellas, a fin de permitir a las
máquinas-herramienta acceder a cada una de las
superficies.
3. El método de acuerdo con la
reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en el cual el disco de freno
(1) es un disco de freno no mecanizado o semiacabado (1) del tipo
que comprende una pluralidad de pasos radiales (4), definidos en el
espesor del disco (1) incluido entre dichas superficies opuestas (2,
3), de tal manera que el disco es, a su vez, abrazado en el
dispositivo de manejo (7) por medio del acoplamiento de los
respectivos componentes de agarre del dispositivo de manejo (7) en
al menos algunos de dichos pasos radiales (4), siendo definido el
plano medio (A) entre las superficies (2, 3) como un resultado de la
colocación de los componentes de agarre en dichos pasos (4).
4. Un método de acuerdo con la
reivindicación 3, en el cual dichos pasos radiales (4) se definen
entre pares de formaciones de aletas, o aleteadas,
correspondientes, que se extienden radialmente en el espesor de
dicho disco (1) y están separadas angularmente entre sí a intervalos
regulares.
5. Un método de acuerdo con las
reivindicaciones 2 y 3, en el cual la porción del disco de freno
semiacabado (1) que es abrazada en el mandril (10) comprende un
zócalo o cubo central (5) del disco de freno semiacabado (1), que
sobresale integralmente desde el cuerpo del disco (1), coaxialmente
con las superficies de frenado opuestas (2, 3).
6. Un método de acuerdo con la
reivindicación 5, en el cual el disco de freno (1) es abrazado en el
mandril (10), en la zona de la pared exterior de dicho cubo (5),
por lo que se permite, de esta forma, el libre acceso por parte de
las máquinas-herramienta a cada una de las
superficies de frenado opuestas (2, 3) del disco.
7. Un método de acuerdo con una o más de
las reivindicaciones precedentes, en el cual las operaciones de
mecanización llevadas a cabo en las superficies opuestas (2, 3) del
disco de freno comprenden el torneado o acabado superficial con la
retirada de material, con el fin de obtener una división equilibrada
del metal en exceso que se retira de cada una de las superficies
(2, 3).
8. Un centro de trabajo que comprende una
estación de trabajo (8) para la mecanización de un disco de freno
(1), al menos un dispositivo de manejo (7), destinado a la
carga/descarga del disco de freno (1) en/de un mandril (10) de dicha
estación, de tal modo que dicho dispositivo de manejo (7) es
accionado a lo largo de ejes que son controlados con respecto a los
ejes de trabajo de dicha estación, de manera que la carga y
abrazamiento del disco de freno (1) para su subsiguiente mecanizado
se lleva a cabo de acuerdo con las etapas del método de una o más
de las reivindicaciones precedentes.
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