ES2306227T3 - Maquina herramienta multieje. - Google Patents
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Abstract
Máquina herramienta multieje, que comprende: - una primera guía de deslizamiento (2a) y una segunda guía de deslizamiento (2b) separadas entre sí y que se extienden paralelas a lo largo de un eje longitudinal (X); - una estación de maquinado (3) lateralmente delimitada por las guías de deslizamiento (2a y 2b); - una traviesa (4) que presenta extremos opuestos (4a y 4b) cada uno asociado de manera deslizante con una respectiva guía de deslizamiento (2a, 2b); - un cabezal de maquinado (5) instalado en la traviesa (4) y con la posibilidad de ubicarlo por encima de la estación de maquinado (3); caracterizada por el hecho que la traviesa (4), al menos, está hecha de un material de baja dilatación térmica (LTEM).
Description
Máquina herramienta multieje.
La presente invención se refiere a una máquina
herramientas multieje con las características descritas en el
preámbulo de la reivindicación 1 y según se conoce a partir del
documento EP-A-1.228.838.
En particular, la presente invención halla
aplicación en el sector de máquinas herramientas multieje de control
numérico que se usan para operaciones de fresado a alta
velocidad.
Las máquinas herramientas a las cuales se
refiere la presente invención se utilizan especialmente en la
industria aeronaval para contornear y taladrar partes hechas de
aluminio y materiales compuestos, y en el sector de la industria
automotriz para producir modelos maestros y modelos para
carrocerías, para partes internas y moldes.
Las máquinas herramientas de control numérico
del tipo convencional en cuestión están provistas de dos guías de
deslizamiento longitudinales que soportan una traviesa o pórtico en
condiciones de moverse a lo largo de un recorrido paralelo al eje
longitudinal de las guías de deslizamiento. Las guías de
deslizamiento están separadas de manera de delimitar entre ellas
una estación de maquinado, en la cual se coloca la pieza a trabajar.
Los dos extremos opuestos de la traviesa se apoyan sobre las dos
guías longitudinales. La traviesa se puede trasladar por encima de
la estación de maquinado y soporta un cabezal de maquinado en
condiciones de sujetar y mover una herramienta seleccionada para la
operación requerida de taladrado o fresado.
Como regla general el cabezal de maquinado se
puede trasladar a lo largo de la traviesa en una dirección normal a
la dirección de movimiento inducido en la traviesa. Asimismo, el
cabezal puede ser levantado de la estación de maquinado y
descendido hacia esta última y puede girar alrededor de dos ejes,
uno vertical y el otro horizontal, de manera que la herramienta
pueda quedar inclinada con respecto a la pieza de trabajo. La pieza
de trabajo se coloca en la estación de maquinado, y el carro ubica
el cabezal de maquinado en la traviesa de manera de abordar y
maquinar áreas específicas de la pieza de trabajo. Los movimientos
de emplazamiento son inducidos por motores lineales intercalados
entre las varias partes en movimiento relativo y son gobernados por
un controlador electrónico programable.
Lamentablemente, las máquinas de tipo conocido
presentan una estructura hecha totalmente de acero que, durante el
curso de los varios movimientos, absorbe el calor producido por los
motores lineales y por la fricción de deslizamiento. La exposición
de las partes al calor da como resultado la deformación de esas
mismas partes. La deformación de la traviesa es sumamente crítica,
puesto que ambos extremos de la traviesa están acoplados
rígidamente a las guías de deslizamiento. En efecto, como resultado
de la dilatación térmica inducida por el calentamiento y de la
vinculación de los acoplamientos en correspondencia de cada extremo,
la traviesa es obligada a curvarse y a adquirir un perfil curvo,
puesto que se ve impedida, debido a las vinculaciones, de alargarse
libremente. La deformación afecta la posición del cabezal de
maquinado y va en desmedro de la precisión de las operaciones de
maquinado.
La parte solicitante ha advertido que las
máquinas herramientas multieje de la técnica conocida se pueden
mejorar de distintas maneras, y en especial por lo que concierne a
la estabilidad dimensional de sus estructuras como consecuencia de
los aumentos de temperatura atribuibles a los varios motores y a la
fricción de deslizamiento.
El objetivo de la presente invención, por lo
tanto, es el de proyectar una máquina herramienta multieje que
substancialmente no padezca las desventajas señaladas arriba.
En particular, un objetivo de la presente
invención es el de proponer una máquina herramienta multieje en la
cual la precisión de maquinado no se vea afectada por los efectos
del calor que se produce en la máquina.
Los objetivos señalados se logran, según la
presente invención, con una máquina herramienta multieje que
incorpora una o varias de las soluciones técnicas reivindicadas más
adelante en este mismo documento.
Ahora se describirá la invención en detalles, a
título ejemplificador, haciendo referencia a los dibujos anexos, en
los cuales:
- la figura 1 exhibe una máquina herramienta
multieje según la presente invención, vista en perspectiva;
- la figura 2 exhibe un primer detalle de la
máquina herramienta de la figura 1, visto en corte transversal;
- la figura 3 exhibe un segundo detalle de la
máquina herramienta de la figura 1, visto en corte transversal.
Con referencia a los dibujos anexos, el número 1
denota una máquina herramienta multieje, en su conjunto.
La máquina herramienta multieje (1) comprende
una primera guía de deslizamiento (2a) y una segunda guía de
deslizamiento (2b), separadas entre sí y que se extienden paralelas
a lo largo de un eje longitudinal (X) que define una primera
dirección de movimiento. El espacio lateralmente delimitado por las
guías de deslizamiento (2a y 2b) funciona como una estación de
maquinado (3).
Las guías de deslizamiento (2a y 2b) soportan
una traviesa (4), cuyos dos extremos opuestos (4a y 4b) están
asociados con libertad de deslizamiento con una respectiva guía de
deslizamiento (2a y 2b).
También forma parte de la máquina herramienta
(1) un cabezal de maquinado (5) instalado en la traviesa (4) y en
condiciones de moverse arriba de la estación de maquinado (3). A tal
efecto, la máquina herramienta (1) además comprende un carro (6)
que se puede mover a lo largo de la traviesa (4) en una segunda
dirección de movimiento (Y). Un primer cuerpo de soporte (7)
instalado en el carro (6) está en condiciones de moverse en
vertical, con respecto al carro (6), a lo largo de una tercera
dirección de movimiento (Z). Un segundo cuerpo de soporte (8)
asociado con una porción de fondo del primer cuerpo de soporte (7)
puede girar con respecto al primer cuerpo (7) alrededor de un
primer eje vertical (W) paralelo o coincidente con la tercera
dirección de movimiento (Z).
El cabezal de maquinado (5) está fijado con
libertad de oscilación al segundo cuerpo de soporte (8), con
libertad de movimiento angular alrededor de un segundo eje
horizontal (A), y se compone de un husillo al cual se puede fijar
una herramienta (U) tal como, por ejemplo, una broca de taladrar o
una fresa. El cabezal (5), por ende, está en condiciones de moverse
a lo largo y/o alrededor de cinco ejes diferentes (X, Y, Z, W y A)
de manera de poderse ubicar sin dificultades en correspondencia de
cualquier punto dado dentro de la envolvente de la pieza de trabajo
de la estación de maquinado (3), asumiendo cualquier dado ángulo con
respecto a la misma estación (3) y a la pieza de trabajo.
De manera ventajosa, y a diferencia de las
típicas máquinas de la técnica conocida, al menos la traviesa (4)
está hecha de un material de baja dilatación térmica (LTEM = Low
Thermal Expansion Material). En el contexto de la presente
descripción y de las reivindicaciones anexas, un material de baja
dilatación térmica podría ser uno que tiene un coeficiente de
dilatación térmica lineal (CLTE = Coefficient of Linear Thermal
Expansion) mucho menor que el del acero, que es de aproximadamente
11*10^{-6} ºC^{-1}. De manera ventajosa, el material empleado
tendrá un CLTE menor que 3*10^{-6} ºC^{-1}, posiblemente entre
-1*10^{-6} ºC^{-1} y 1*10^{-6} ºC^{-1}, y preferentemente
entre -0,5*10^{-6} ºC^{-1} y 0,5*10^{-6} ºC^{-1}.
Asimismo, de manera ventajosa el material de
baja dilatación térmica en cuestión será un compuesto que contiene
fibra de carbono. En particular, la fibra de carbono típicamente
presenta coeficientes negativos de dilatación térmica lineal
comprendidos entre -1*10^{-6} ºC^{-1} y -0,3*10^{-6}
ºC^{-1}. La estructura del compuesto de fibra de carbono es tal
que los coeficientes de dilatación térmica lineal (CLTE),
independientemente de ser positivos o negativos, serán de un valor
cercano a cero.
Alternativamente, el material de baja dilatación
térmica podría ser un material cerámico o un compuesto de carburo
de silicio y sus derivados, sin que ello implique ninguna
limitación.
Para permitir que la traviesa (4) se deslice a
lo largo de las guías (2a y 2b), cada uno de dichos extremos (4a y
4b) está provisto de al menos un patín (9) acoplado a un raíl (10)
colocado en la respectiva guía de deslizamiento (2a y 2b) y que se
extiende a lo largo de la primera dirección de movimiento (X)
(figura 2).
Además, a cada una de las guías de deslizamiento
(2a y 2b) está asociado, extendiéndose paralelo al raíl (10), el
estator (11) de un primer motor lineal (12) interconectado a una
unidad de control, no exhibida en los dibujos, mediante el cual se
pone en movimiento la traviesa (4). El primer motor lineal (12)
además comprende un imán (13) incorporado dentro de cada extremo
(4a y 4b) de la traviesa (4).
De manera ventajosa, dado que el imán (13) es
metálico y, por lo tanto, propenso a expandirse térmicamente, entre
el imán (13) y la traviesa (4) hay un estrato (14) de material
resilente, de manera de absorber la dilatación térmica del metal.
El material en cuestión podría ser una película de adhesivo o una
resina, ambos familiares a las personas expertas del sector.
Además, preferentemente también los patines (9)
y los raíles (10) serán metálicos. Por consiguiente, al igual que
antes, entre el patín (4) y la traviesa (4) hay un estrato (14) de
material resilente para impedir que se generen solicitaciones
internas en correspondencia del acoplamiento mutuo entre esos mismos
componentes.
De manera ventajosa, la traviesa (4) presenta
una construcción tipo reticulado que en el ejemplo exhibido,
preferido pero sin implicar ninguna limitación, comprende un par de
vigas paralelas (15) realizadas a partir de dicho material de baja
dilatación térmica.
Cada órgano (15) presenta un primer extremo
(15a) provisto de un respectivo patín (9), acoplado de manera
deslizante a la primera guía (2a), y un segundo extremo (15b)
provisto de un respectivo patín (9), acoplado de manera deslizante
a la segunda guía (2b). Las vigas (15) también están conectadas
entre sí mediante una pluralidad de varillas (16) que componen la
estructura reticulada. En una solución preferida, también esas
varillas (16) estarán hechas de dicho material de baja dilatación
térmica. Las varillas (16), la vigas (15) y las guías de
deslizamiento (2a y 2b) podrían ser realizadas de materiales
disímiles entre sí, siempre que todas estén caracterizadas por un
bajo coeficiente de dilatación térmica lineal.
El carro (6) de transporte del cabezal de
maquinado (5) está instalado con libertad de deslizamiento en la
traviesas (4) y se puede mover a lo largo de su longitud en dicha
segunda dirección (Y), normal a la primera dirección (X).
El carro (6) presenta al menos un patín (17)
acoplado a un respectivo raíl (18) asociado a la traviesa (4) y que
se extiende según la segunda dirección (Y).
En los dibujos también se exhibe un segundo
motor lineal (19) situado entre el carro (6) y la traviesa (4), el
cual es gobernado por dicha unidad electrónica de control, cuya
función es la de poner en movimiento el carro (6) a lo largo de la
traviesa.
El segundo motor lineal (19) comprende un
estator (20) instalado en la traviesa (4), que se extiende paralelo
al respectivo raíl (18) y un imán (21) colocado en el patín (17) del
carro (6).
Exactamente de la misma manera que el
acoplamiento mutuo entre los imanes (13) y los extremos de la
traviesa (4), el estator (20) del segundo motor lineal (19) está
asociado con el material de baja dilatación térmica de la traviesa
(4) por medio de la intercalación de un estrato (14) de material
resilente en condiciones de absorber la dilatación del estator (20)
(figura 3). El material podría ser el mismo que el intercalado entre
la traviesa (4) y el imán (13) del primer motor lineal (12).
Una vez más, preferiblemente los patines (17)
del carro (6) y los raíles (18) de la traviesa (4) serán metálicos
y, por consiguiente, también en este caso entre el raíl (18) y la
traviesa (4) estará intercalado un estrato (14) de material
resilente, para impedir que se generen solicitaciones internas en
correspondencia del acoplamiento mutuo entre esos mismos
componentes (figura 3).
En una realización preferida, también el carro
(6) estará hecho de material de baja dilatación térmica.
En la realización preferida exhibida, el carro
(6) presenta una estructura reticulada conectada a cada viga (15)
por medio de dos patines (17), como se puede deducir de la figura 1.
El reticulado, que se compone por ejemplo con varillas (22) de
fibra de carbono, está dispuesto para soportar el primer cuerpo de
soporte (7). Más exactamente, el primer cuerpo de soporte (7) está
dividido en una parte superior (7a) asociada rígidamente al carro
(6), y una parte inferior (7b) deslizante verticalmente con respecto
a la porción superior (7a) a lo largo de la tercera dirección (Z).
En la práctica, el primer cuerpo de soporte (7) también podría estar
hecho con el mismo material de baja dilatación térmica que el
empleado para los otros componentes mencionados arriba.
Con una máquina herramienta según la presente
invención se eliminan las desventajas mencionadas al principio y,
como era de esperar, se logran los objetivos señalados.
Primero y antes que nada, la adopción de un
material de baja dilatación térmica para la fabricación de la
traviesa sirve para limitar el alargue y así impedir la deformación
de las vigas componentes.
Por consiguiente, una máquina herramienta en
conformidad con la presente invención garantiza una mayor precisión
de maquinado que la que se puede lograr con las máquinas
pertenecientes a la técnica conocida y, además, una precisión que
no se ve afectada por la temperatura que se registra en sus partes
componentes.
La adopción de materiales compuestos y armazones
del tipo reticulado, además, permite reducir el peso de las partes
móviles en comparación con las de la técnica conocida, y que se
pueda disminuir la potencia de los motores eléctricos sin perder
prestaciones. La reducción de pesos y de potencia nominal, además,
lleva aparejado que los motores eléctricos lineales y la fricción
generen menor energía térmica y que esta última sea transferida,
durante las operaciones de maquinado, a la traviesa como calor.
Finalmente, la adopción de estructuras
reticuladas permite una mayor facilidad de desarmar y transportar
los componentes del lugar de fabricación de la máquina al sitio
donde se irá a instalar.
Claims (21)
1. Máquina herramienta multieje, que
comprende:
- una primera guía de deslizamiento (2a) y una
segunda guía de deslizamiento (2b) separadas entre sí y que se
extienden paralelas a lo largo de un eje longitudinal (X);
- una estación de maquinado (3) lateralmente
delimitada por las guías de deslizamiento (2a y 2b);
- una traviesa (4) que presenta extremos
opuestos (4a y 4b) cada uno asociado de manera deslizante con una
respectiva guía de deslizamiento (2a, 2b);
- un cabezal de maquinado (5) instalado en la
traviesa (4) y con la posibilidad de ubicarlo por encima de la
estación de maquinado (3);
caracterizada por el hecho que la
traviesa (4), al menos, está hecha de un material de baja dilatación
térmica (LTEM).
2. Máquina según la reivindicación 1, donde la
traviesa (4) está provista de al menos dos patines (9) cada uno de
ellos instalados en cada extremo (4a, 4b) y cada uno de ellos
acoplado con un raíl (10) presentado por la respectiva guía de
deslizamiento (2a, 2b).
3. Máquina según la reivindicación 2, donde el
patín (9) está hecho de material metálico y está acoplado con el
material de baja dilatación térmica de la traviesa (4) por medio de
un estrato (14) de material resilente en condiciones de absorber la
dilatación del patín (9).
4. Máquina según la reivindicación 2, que
comprende un primer motor lineal (12) compuesto por un estator (11)
instalado en cada guía de deslizamiento (2a, 2b), que se extiende
paralelo al respectivo raíl (10), y un imán (13) asociado con cada
extremo de la traviesa (4a, 4b).
5. Máquina según la reivindicación 4, donde el
imán (13) está en acoplamiento mutuo con el material de baja
dilatación térmica de la traviesa (4) por medio de un estrato (14)
de material resilente en condiciones de absorber la dilatación
térmica del imán (13).
6. Máquina según las reivindicaciones de 1 a 5,
donde la traviesa (4) comprende una estructura reticulada.
7. Máquina según la reivindicación 6, donde la
traviesa (4) comprende un par de vigas paralelas (15) realizadas de
material de baja dilatación térmica, cada una presentando un primer
extremo (15a) conectado de manera deslizante a la primera guía (2a)
y un segundo extremo (15b) conectado de manera deslizante a la
segunda guía (2b).
8. Máquina según la reivindicación 7, donde las
vigas (15) están interconectadas mediante una pluralidad de
varillas (16) que componen la estructura reticulada.
9. Máquina según la reivindicación 8, donde las
varillas (16) están hechas de material de baja dilatación
térmica.
10. Máquina según la reivindicación 1, que
además comprende un carro (6) instalado de manera deslizante en la
traviesa (4), donde el cabezal de maquinado (5) está montado en el
carro (6).
11. Máquina según la reivindicación 10, donde el
carro (6) está provisto de al menos un patín (17) acoplado con un
raíl (18) instalado en la traviesa (4).
12. Máquina según la reivindicación 11, donde el
raíl (18) está hecho de material metálico y está acoplado con el
material de baja dilatación térmica de la traviesa (4) por medio de
un estrato (14) de material resilente en condiciones de absorber la
dilatación del raíl (18).
13. Máquina según la reivindicación 11, que
comprende al menos un segundo motor lineal (19) compuesto por un
estator (20) montado en la traviesa (4), que se extiende paralelo al
respectivo raíl (18), y un imán (21) asociado con cada patín (17)
del carro (6).
14. Máquina según la reivindicación 13, donde el
estator (20) está acoplado con el material de baja dilatación
térmica de la traviesa (4) por medio de un estrato (14) de material
resilente en condiciones de absorber la dilatación del estator
(20).
15. Máquina según la reivindicación 10, donde el
carro (6) está hecho de material de baja dilatación térmica.
16. Máquina según la reivindicación 10, donde el
carro (6) comprende una estructura reticulada.
17. Máquina según la reivindicación 10, donde el
cabezal de maquinado (5) está soportado por un cuerpo (7) montado
en el carro (6) y en condiciones de moverse en línea vertical con
respecto al mismo carro (6).
18. Máquina según las reivindicaciones de 1 a
17, donde el material de baja dilatación térmica presenta un
coeficiente de dilatación térmica lineal (CLTE) menor que
3*10^{-6} ºC^{-1}, preferentemente entre -1*10^{-6} ºC^{-1}
y 1*10^{-6} ºC^{-1}.
19. Máquina según las reivindicaciones de 1 a
17, donde el material de baja dilatación térmica es un material
compuesto, que preferentemente contiene fibra de carbono.
20. Máquina según las reivindicaciones de 1 a
17, donde el material de baja dilatación térmica es un material
cerámico.
21. Máquina según las reivindicaciones de 1 a
17, donde el material de baja dilatación térmica es un material
compuesto, que preferentemente contiene carburo de silicio o
derivados del mismo.
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