ES2948248T3 - Mandril - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a mandriles (1) para sujetar paletas (30) provistos de un pasador de sujeción (31). El mandril (1) está provisto de una abertura de alojamiento (5) para el pasador de apriete (31) y de un dispositivo de sujeción para sujetar el pasador de apriete (31) en el orificio de alojamiento (5). En el mandril (1) están dispuestos varios sensores (9, 10), con los que se puede determinar, entre otras cosas, la fuerza de apriete que actúa sobre el pasador de apriete (31). El mandril (1) está provisto de un transmisor (25) para la transmisión inalámbrica de parámetros determinados por el sensor o sensores (9, 10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Mandril

La presente invención se refiere a un mandril formado según el concepto genérico de la reivindicación 1.

Los mandriles de este tipo se utilizan para sujetar palés o portapiezas en posiciones definidas. En este caso, el mandril correspondiente suele estar montado firmemente en la mesa de una máquina de procesamiento, mientras que el palé puede sujetarse con precisión al mandril en forma repetible. Mientras que el palé está provisto de una espiga de sujeción, el mandril presenta una abertura de recepción y un dispositivo de sujeción para sujetar la espiga de sujeción en la abertura de recepción. El palé suele transportar una pieza de trabajo o una herramienta que se va a mecanizar.

Para poder utilizar un mandril de este tipo en procesos de trabajo semiautomáticos o totalmente automáticos, debe ser posible introducir el palé en el mandril mediante un robot de manipulación y también extraerla de nuevo. En este caso, es importante que el palé se sujete al mandril con una fuerza de sujeción mínima y que los elementos de sujeción del mandril se suelten o desbloqueen completamente antes de retirar el palé. Si, por ejemplo, el palé no está correctamente fijado al mandril, existe el riesgo de que se produzcan vibraciones o incluso de que se suelte durante el procesamiento mecánico de la pieza de trabajo fijada a ella, por ejemplo, durante una operación de fresado, lo que puede provocar daños considerables como consecuencia de ello. Si el portapiezas va a ser levantado del mandril después de la operación de mecanizado, debe garantizarse de nuevo que el mecanismo de bloqueo esté completamente desbloqueado, es decir, completamente liberado, de modo que el portapiezas pueda ser levantado del mandril sin daños consecuentes. Se sobreentiende que la elevación de un portapiezas cuando los elementos de sujeción no están completamente desbloqueados también puede provocar daños consecuentes con consecuencias económicas considerables.

A partir del documento EP 2052808 A1, que constituye la base del término genérico de la reivindicación 1, se conoce un dispositivo de sujeción con un mandril para fijar en forma segura un portapiezas. El mandril está provisto de un mecanismo de bloqueo que comprende una pluralidad de elementos de sujeción que, en la posición de bloqueo, enganchan una espiga de sujeción conectada al portapiezas. Cada elemento de sujeción está provisto de un orificio pasante que se cierra por un lado cuando el elemento de sujeción respectivo está correctamente bloqueado. Adicional o alternativamente, cada elemento de sujeción está asociado a un elemento de accionamiento provisto de un orificio pasante, cuyo orificio pasante se cierra por un lado cuando el elemento de sujeción asociado está correctamente bloqueado y/o desbloqueado. Los orificios pasantes de los elementos de sujeción o de los elementos de accionamiento están conectados a una fuente neumática a través de una línea de conexión común. En la línea de conexión, se prevé al menos un sensor para detectar el flujo de aire. Mediante el sensor, se puede detectar si los elementos de sujeción se han desbloqueado o bloqueado correctamente. El sensor está conectado a un dispositivo electrónico de control y evaluación.

Aunque un dispositivo de sujeción de este tipo ha demostrado su eficacia en la práctica, sería deseable que los parámetros/datos adquiridos mediante uno o varios sensores pudieran enviarse de manera sencilla a un punto de transferencia para su adquisición, evaluación o procesamiento posterior.

El documento EP 1175959 A2 divulga una unidad de sujeción rápida para sujetar una espiga de sujeción. Comprende una carcasa provista de un orificio. Dicho orificio presenta dos diámetros diferentes, en donde un émbolo se inserta deslizablemente en el orificio. El émbolo tiene un orificio escalonado en el que se pueden insertar la espiga de sujeción y, debajo de ella, un casquillo. En la parte inferior del émbolo, está dispuesto un interruptor 15 que permite controlar el final del proceso de sujeción. En un canal de aire comprimido, está dispuesto otro sensor que también permite detectar el estado de la sujeción.

Además, en el documento EP 2759372 A1, se conoce un dispositivo de sujeción para una máquina herramienta. La máquina herramienta presenta un husillo giratorio con un portaherramientas para una herramienta. Se prevé un dispositivo de sujeción para sujetar la herramienta. Para detectar la sujeción correcta o incorrecta de la herramienta en el portaherramientas, el dispositivo de sujeción presenta sensores de fuerza en diferentes puntos de medición para detectar las fuerzas de sujeción que actúan en diferentes puntos de medición. Los sensores de fuerza están dispuestos en una superficie de contacto anular del portaherramientas. Los sensores sobresalen de la superficie de contacto de tal manera que se presionan entre sí cuando se sujeta la herramienta. De este modo, se puede medir la fuerza de sujeción y detectar si la herramienta está correctamente sujeta o si existe una desalineación y/o un posicionamiento incorrecto. Como sensores de fuerza, se utilizan sensores AOW (sensores de ondas acústicas superficiales). Los sensores de fuerza están dispuestos en la superficie de contacto en forma rotativa y simétrica alrededor del eje central de la máquina herramienta. Si la herramienta está correctamente alineada, los sensores de fuerza detectan fuerzas de sujeción del mismo tamaño, mientras que, si la herramienta se sujeta en ángulo, los sensores de fuerza detectan fuerzas de sujeción de tamaños diferentes. Las señales eléctricas de los sensores se transmiten en forma inalámbrica a una unidad emisora y receptora y se evalúan en una unidad de evaluación.

El documento DE 10 2005 052 780 A1 describe un cilindro de acción rápida con control de bloqueo. El cilindro de acción rápida está provisto de un rebaje central para recibir una boquilla retráctil dispuesta en un palé. Un dispositivo de bloqueo provisto de bolas de apriete está dispuesto en la carcasa del cilindro de acción rápida para apretar la boquilla retráctil. Las bolas de apriete se presionan en su posición de bloqueo bajo la fuerza de un émbolo de bloqueo cargado por un conjunto de muelles. Para mover el émbolo de bloqueo, se introduce un medio de presión en una cámara de presión, que presiona el émbolo de bloqueo hacia abajo contra la fuerza del paquete de muelles y abre el dispositivo de bloqueo, liberando así la bola. En la parte inferior del cilindro de acción rápida, está dispuesta una válvula de control que permite controlar la trayectoria de desplazamiento del paquete de muelles. La válvula de control está instalada en un conducto de control de tal manera que el flujo de un medio a través del conducto de control puede utilizarse para detectar si el dispositivo de bloqueo está desactivado. También debería ser posible detectar una rotura del paquete de muelles. El cilindro de acción rápida está equipado con un segundo dispositivo de control de accionamiento neumático en la parte superior, que sopla aire hacia arriba en dirección a la parte inferior del palé a través de tornillos de boquilla. Mediante la presión de un conducto de aire que se abre en los tornillos de la boquilla, debe ser posible detectar si el palé de la pieza de trabajo se encuentra plano sobre el cilindro de acción rápida.

El documento DE 10 2013 009021 B3 describe un dispositivo de sujeción de piezas de trabajo con transmisión independiente de señales. Comprende un cuerpo de sujeción para sujetar dos piezas de trabajo. El posicionamiento de cada pieza de trabajo se realiza mediante un elemento de centrado, un muelle de compresión y seis elementos de apoyo y contacto. En el elemento de centrado y en cada elemento de apoyo y contacto, está dispuesto un sensor con un pasador sensor. Las señales de los elementos sensores se transmiten por cable a emisores dispuestos en el cuerpo de sujeción. Los emisores envían estas señales en forma de señales acústicas a los receptores de señales.

Es tarea de la invención crear un mandril perteneciente al campo técnico antes mencionado, que permita que uno o más parámetros, en particular aquellos parámetros que controlan o señalan una sujeción y/o contacto y/o liberación del palé, se detecten en forma fiable y se transmitan a un receptor sin necesidad de líneas de datos.

Por último, en el documento EP 1998 932 B1, se conoce un denominado “mandril de tres mordazas” de un tipo diferente, ya que está disponible comercialmente y se utiliza en máquinas con mecanizado giratorio, como tornos o taladradoras, por ejemplo. Las tres mordazas (6) de sujeción del mandril se reciben en una abertura (5) de recepción cónica de un cuerpo (4) de base. El cuerpo (4) de base, junto con las tres mordazas (6) de sujeción y un tubo (9) de tracción, forma el mecanismo de sujeción propiamente dicho. El mandril (3) está firmemente conectado al tubo (9) de tracción. Mediante las tres mordazas (6) de sujeción, se puede sujetar una herramienta, ejerciendo las mordazas (6) de sujeción exclusivamente una fuerza radial sobre la herramienta sujetada. No está previsto un posicionamiento de la herramienta en dirección Z. Las galgas (12a, 12b, 12c) extensométricas se utilizan para detectar deformaciones del dispositivo de sujeción. Una primera galga (12a) extensométrica está dispuesta en la superficie (10) exterior del cuerpo (4) de base, mientras que una segunda galga (12b) extensométrica está dispuesta en un rebaje en forma de bolsillo del cuerpo (4) de base. Una tercera galga (12c) extensométrica está dispuesta en el tubo (9) de tracción. Las galgas (12a, 12b, 12c) extensométricas están dispuestas en un elemento estructural del dispositivo de sujeción donde actúan directamente las fuerzas del dispositivo de sujeción. A cada galga (12a, 12b, 12c) extensométrica, se le asigna, además, una unidad (16a, 16b, 16c) de procesamiento de señales y un dispositivo (17a, 17b, 17c) de transmisión de información para la transmisión inalámbrica de los valores medidos a un dispositivo receptor con procesamiento de señales.

La solución del problema se define por las características de la reivindicación 1. De acuerdo con la invención, el mandril que sirve para sujetar palés provistos de una espiga de sujeción presenta una abertura de recepción para la espiga de sujeción y está provisto de un dispositivo de sujeción que presenta elementos de sujeción para sujetar la espiga de sujeción en la abertura de recepción, en donde al menos un sensor está dispuesto en el mandril, mediante el cual se puede detectar al menos un parámetro del mandril y/o del palé y/o de la interacción entre el palé y el mandril, en donde el mandril está provisto de un primer sensor mediante el cual puede determinarse la fuerza de sujeción que actúa sobre la espiga de sujeción y en donde el primer sensor está diseñado y dispuesto en el mandril de tal manera que pueden medirse las deformaciones elásticas de material del mandril cuando se aprieta un palé, y en donde el mandril está provisto de un emisor para la transmisión inalámbrica de los parámetros determinados mediante el sensor o los sensores.

Dotando al mandril de un primer sensor, mediante el cual se puede determinar la fuerza de sujeción que actúa sobre la espiga de sujeción, se puede hacer una afirmación cualitativa con respecto al apriete correcto del palé, lo cual es ventajoso con respecto a un proceso de trabajo automatizado y al mismo tiempo garantiza una mayor seguridad. La característica adicional de que el primer sensor está diseñado y dispuesto en el mandril de tal manera que se pueden medir las deformaciones elásticas del material del mandril cuando se sujeta un palé representa una posibilidad particularmente sencilla de extraer conclusiones con respecto a la fuerza de sujeción, es decir, la fuerza con la que se sujeta el palé en el mandril. Como el mandril también está equipado con un emisor para la transmisión inalámbrica de los parámetros determinados por medio del sensor o sensores, los parámetros determinados pueden recibirse y evaluarse a distancia desde el mandril sin necesidad de líneas de datos. Los datos transmitidos pueden ser recibidos por medio de un receptor y enviados desde allí a cualquier otro dispositivo, como un punto de transferencia electrónica. Por un lado, esto es ventajoso en relación con los procesos de trabajo automatizados en los que los palés se cambian dentro y fuera por medio de un robot de manipulación, ya que los datos de medición se pueden transmitir desde el punto de transferencia al robot en forma de órdenes de control. Por otra parte, los parámetros relevantes, como la sujeción correcta del palé en el mandril, pueden supervisarse y/o evaluarse continuamente y, en caso necesario, vincularse a otros parámetros.

En las reivindicaciones dependientes, se describen realizaciones preferentes y desarrollos posteriores del dispositivo de sujeción.

De particular preferencia, el mandril está provisto de un segundo sensor mediante el cual se puede detectar el reposo de un palé en el mandril. La detección de un palé apoyado en el mandril es ventajosa de nuevo con respecto a un flujo de trabajo automatizado, ya que el mandril puede recibir el visto bueno para sujetar el palé, por ejemplo.

En otra realización preferida, el mandril está provisto de un tercer sensor mediante el cual se puede detectar la posición de un elemento que sirve para accionar los miembros de sujeción. Esto permite determinar si los elementos de sujeción están en la posición de liberación, lo cual es importante con respecto a un cambio de palé automatizado, ya que el palé puede o solo puede retirarse si dicho elemento no empuja los elementos de sujeción a la posición de sujeción.

Fig. 2 el mandril junto con el palé recibida en él en una vista desde arriba;

Fig. 3 el mandril abstraído en una sección a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2;

Fig. 4 el mandril simplificado junto con el palé levantado en una sección a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2;

Fig. 5 el mandril abstraído junto con el palé suelto;

Fig. 6 el mandril abstraído junto con el palé sujeto a él;

Fig. 7 el mandril junto con un receptor, una pasarela y un robot;

La Fig. 1 muestra el mandril 1 junto con un palé 30 en perspectiva. El mandril 1 comprende esencialmente una placa 2 de base y una parte 3 interior de mandril, mientras que el palé 30 está provisto de una espiga 31 de sujeción para sujetarse en la parte 3 interior de mandril. La parte 3 interior de mandril está conectada a la placa 2 de base mediante una pluralidad de tornillos 4 de sujeción. La parte 3 interior del mandril está unida a la placa 2 de base mediante una pluralidad de tornillos 4 de sujeción. La parte 3 interior del mandril 1 está provista de una abertura 5 de recepción para la espiga 31 de sujeción. En el lado 6 superior, la parte 3 interior del mandril está provista de una placa 8 extrema redonda, en la que están dispuestas cuatro superficies 7 de soporte circulares, que forman el soporte Z para el palé 30. Los soportes Z 7 se elevan por encima de la parte 6 superior plana de la parte 3 interior del mandril. El palé 30 tiene una parte 31 inferior plana con la que entra en contacto con los soportes Z 7 cuando se sujeta al mandril 1. Cada uno de estos soportes Z 7 está provisto de una placa 8 extrema redonda sobre la que están dispuestas cuatro superficies 7 de soporte circulares. Cada uno de estos soportes Z 7 está provisto de una abertura de soplado. En principio, en dicho mandril 1, el plano X-Y discurre paralelo a la cara superior/superficie 6 del mandril 1, mientras que la dirección Z discurre en ángulo recto con respecto a ella. Al mismo tiempo, la dirección Z discurre paralela al eje central longitudinal de la abertura 5 de recepción. Para centrar el palé 30 en la dirección X-Y, se han previsto medios de centrado que no se muestran con más detalle. El término palé se utiliza en el presente documento para referirse a cualquier tipo de soporte en el que, por ejemplo, pueda fijarse una herramienta o una pieza de trabajo.

En la zona del lado 6 superior del mandril 1, se dispone un primer sensor 9, representado esquemáticamente, que se aloja en un orificio practicado en la placa 8 extrema superior. Este primer sensor 9 está diseñado y conectado al mandril 1 o a la placa 8 extrema superior de tal manera que pueden medirse las deformaciones elásticas del material del mandril 1, concretamente de la placa 8 extrema superior. El primer sensor 9 está unido a la placa 8 extrema al menos en forma no positiva, preferiblemente en forma no positiva y material y eventualmente en forma positiva, preferiblemente soldado o pegado. En la dirección radial, el primer sensor 9 está dispuesto entre una línea circular L que intersecta los soportes Z 7 y la abertura 5 de recepción.

En el lado superior del mandril 1, está dispuesto un segundo sensor 10, mediante el cual se puede detectar el contacto o la presencia de un palé 30. El lado superior de este segundo sensor 10 está ligeramente por debajo del lado superior de los soportes Z 7, de modo que un palé 30 no se apoya sobre el segundo sensor 10 cuando se coloca sobre el mandril 1. El mandril 1 también presenta un tercer sensor, que no es visible en esta ilustración pero que se explicará con más detalle a continuación.

La placa 2 de base está provista de un rebaje 24 en el lateral, que sirve para alojar un emisor 25. Para el suministro de energía del emisor 25 se dispone preferiblemente de pilas o baterías recargables, que pueden alojarse, por ejemplo, en un compartimento separado para pilas en la placa 2 de base, aunque ni las pilas ni el compartimento para pilas se muestran con más detalle. En caso necesario, también puede preverse una fuente de alimentación o un dispositivo para la conversión de energía del entorno (captación de energía). La placa 2 de base también está provista de conexiones laterales 17 a través de las cuales se suministra aire comprimido para accionar el dispositivo de sujeción, concretamente para abrir el dispositivo de sujeción. El aire comprimido también puede utilizarse para limpiar las superficies de contacto mediante soplado y/o para retensar el dispositivo de sujeción.

La Fig. 2 muestra el mandril 1 junto con el palé 30 alojado en él en una vista desde arriba. A partir de esta ilustración, puede verse cómo discurre la sección A-A para las siguientes ilustraciones.

La Fig. 3 muestra una vista en perspectiva del mandril 1 en una sección a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2. Dado que la construcción y el modo de funcionamiento de dicho mandril 1 son conocidos en principio, por ejemplo, a partir del documento EP 1344599 A1, a continuación se discutirán en particular solo algunos o unos pocos componentes esenciales del mandril 1. La abertura 5 de recepción central del mandril 1 está delimitada por una prolongación 13 cilíndrica hueca, que está formada integralmente con la placa 8 extrema y se extiende verticalmente hacia abajo en la dirección de la parte 2A inferior de la placa 2 de base. El mandril 1 está provisto de un dispositivo de sujeción que consiste esencialmente en un émbolo 18 de accionamiento cargado por medio de muelles 20 de compresión y miembros de sujeción en forma de bolas 15 de apriete. La prolongación 13 cilíndrica hueca está provista de orificios 14 radiales para alojar las bolas 15 de apriete. Las bolas 15 de apriete se apoyan en la prolongación cilíndrica hueca 13 en dirección axial o Z. El accionamiento de las bolas de apriete, es decir, el desplazamiento radial de las bolas 15 de apriete, se efectúa mediante el émbolo 18 de accionamiento, que se carga por medio de los muelles 20 de compresión en la dirección de la parte 2A inferior de la placa 2 de base. Además, en la placa 2 de base está dispuesta una cámara 21 de presión, que se puede presurizar con aire comprimido para desplazar el émbolo 18 de accionamiento contra la fuerza de los muelles 20.

En esta ilustración, puede verse que el primer sensor 9 está alojado en un orificio 12 practicado en la placa 8 extrema. Además del segundo sensor 10, también puede verse un tercer sensor 11, que está dispuesto en la parte inferior de la placa 8 extrema superior del mandril 1. Este tercer sensor 11 sirve para detectar la posición del émbolo 18 de accionamiento.

El primer sensor 9 está diseñado y conectado al mandril 1 o a la placa 8 extrema superior de tal manera que pueden medirse las deformaciones elásticas del material del mandril 1, concretamente de la placa 8 extrema superior. También puede observarse que el primer sensor 9 está dispuesto radialmente fuera de la abertura 5 de recepción pero dentro de los soportes Z 7.

Los sensores 10, 11 segundo y tercero son preferiblemente sensores inductivos en forma de interruptores de proximidad inductivos mediante los cuales se puede detectar la posición de un palé o del émbolo 18 de accionamiento. El primer sensor 9 es preferiblemente un sensor basado en galgas extensométricas, en lo sucesivo denominado sensor de galgas extensométricas, mediante el cual se pueden medir las deformaciones elásticas de material del mandril 1 y, por lo tanto, se pueden hacer afirmaciones cualitativas con respecto a la sujeción de un palé al mandril 1, como se explicará con más detalle a continuación. Cada uno de los tres sensores 9, 10, 11 está conectado al emisor 25 a través de una línea eléctrica L1, L2, L3, en donde dichas tres líneas L1, L2, L3 solo se indican esquemáticamente. El emisor 25 se utiliza en particular para la transmisión inalámbrica de las señales presentes en los sensores 9, 10, 11. Aunque aquí solo se hace referencia al emisor en forma simplificada, el emisor 25 comprende preferiblemente también un microprocesador de control, mediante el cual se procesan las señales de los sensores y, si es necesario, se enriquecen con más información, como el estado de la batería. Las señales de sensor procesadas se transmiten de modo inalámbrico por medio del emisor 25.

La Fig. 4 muestra el mandril 1 junto con el palé 30 elevado en una sección a lo largo de la línea A-A de la Fig. 2, en donde no se muestran el emisor ni las líneas de conexión. Para que la espiga 31 de sujeción pueda introducirse en la abertura 5 de recepción de tal manera que pueda sujetarse en la misma, el émbolo 18 de accionamiento debe desplazarse a la posición superior - posición de salida mostrada en la Fig. 4. Para ello, la cámara 21 de presión se encuentra en la posición de salida. Para ello, la cámara 21 de presión se presuriza neumáticamente con una sobrepresión adecuada. De este modo, las bolas 15 de apriete se desplazan radialmente hacia fuera de tal manera que se introducen en un rebaje 19 del émbolo 18 de accionamiento formada por una ranura anular circunferencial. A pesar de que las bolas 15 de apriete todavía pueden extenderse dentro de la abertura 5 de recepción cuando se inserta la espiga 31 de apriete, son empujadas hacia atrás por la espiga 31 de apriete transversalmente al eje central longitudinal LM.

En la ilustración según la Fig. 4, el tercer sensor 11 detecta que el émbolo 18 de accionamiento está en su posición superior, mientras que el segundo sensor 10 detecta que no hay ningún palé 30 apoyado en el mandril 1. Por lo tanto, la señal “1” está presente en el tercer sensor 11, mientras que la señal “0” está presente en el segundo sensor 10. Una señal proporcional a la deformación del mandril 1 está presente en el primer sensor 9. El emisor transmite las señales de manera inalámbrica a un receptor (no representado). El receptor puede, por ejemplo, formar parte de un sistema de control de máquinas a través del cual se controla un robot de manipulación (no mostrado). El estado real del mandril 1 puede detectarse a partir de las señales presentes en los tres sensores 9, 10, 11 y transmitirse al receptor. En este caso, se detecta que el mandril 1 está en posición abierta, pero no hay ningún palé 30 colocado en él ni ningún palé sujeto en él. Esto significa que el robot de manipulación puede ser liberado para transferir un palé 30 al mandril 1.

La Fig. 5 muestra el mandril 1 junto con el palé 30, que está montado pero no sujeto en el mandril 1, en una sección a lo largo de la línea A-A en la Fig. 2. El palé 30 descansa libremente sobre el mandril 1, es decir, con su propio peso y el peso de cualquier pieza de trabajo o herramienta montada sobre él. El émbolo 18 de accionamiento permanece en su posición superior, en la que las bolas 15 de apriete son empujadas radialmente hacia fuera. Por consiguiente, las bolas 15 de apriete no ejercen todavía ninguna fuerza de sujeción sobre la espiga 31 de sujeción. El segundo sensor 10 detecta que el palé 30 está apoyado en el mandril 1, mientras que el tercer sensor 11 detecta que el émbolo 18 de accionamiento está en su posición superior. Por lo tanto, tanto en el segundo sensor 10 como en el tercero 11, hay una señal “1”. El primer sensor 9 recibe de nuevo una señal que es proporcional a la deformación del mandril 1.

Cuando el palé 30 descansa libremente sobre el mandril 1, no se produce ninguna deformación mensurable o significativa del mandril 1, lo que puede observarse a partir de la señal aplicada al primer sensor 9. En función de las señales presentes, el mandril 1 puede soltarse para sujetar el palé 30.

La Fig. 6 muestra el mandril 1 junto con el palé 30 sujeto a él en una sección a lo largo de la línea A-A en la Fig. 2. Para sujetar el palé 30 al mandril 1, debe reducirse la sobrepresión que prevalece en la cámara 21 de presión. Tan pronto como la presión en la cámara 21 de presión cae por debajo de una determinada presión mínima, el émbolo 18 de accionamiento es presionado hacia abajo bajo la acción de los muelles 20 de compresión.

En este caso, el émbolo 18 de accionamiento presiona las bolas 15 de apriete hacia dentro. Las bolas 15 de apriete entran en contacto con un resalte de la espiga 31 de sujeción, con lo que esta última se introduce un poco más en la abertura de recepción y se aprieta en ella. El palé 30 se apoya con su parte inferior en forma inamovible en los soportes Z del mandril 1. El mandril 1 se deforma bajo la acción de las bolas 15 de apriete que encajan en la espiga 31 de sujeción. Dado que el palé 30 descansa sobre los soportes Z en la zona de su lado exterior, la placa 8 extrema es presionada hacia arriba hacia el palé 30 en reposo en la zona del centro por las bolas 15 de apriete apoyadas en la prolongación 13 cilíndrica hueca en la dirección axial. Esto provoca una deformación elástica del mandril 1 o de la placa 8 extrema, especialmente en la zona central, que puede medirse mediante el primer sensor 9. En la Figura 6, se muestra esta deformación de manera exagerada. Evidentemente, otras zonas del mandril 1 también se deforman elásticamente cuando se aprieta el palé 30. Sin embargo, las pruebas han demostrado que la zona en la que está dispuesto el primer sensor 9 es especialmente ventajosa para medir la deformación elástica del material del mandril 1 y para sacar conclusiones sobre la fuerza de sujeción. La fuerza de sujeción o de retracción es la fuerza con la que se tira de la espiga 31 de sujeción hacia abajo, es decir, hacia la abertura de recepción. Sobre la base de la deformación elástica del material medida, la fuerza de tracción puede determinarse con relativa precisión. Por otra parte, también se puede determinar si el palé 30 está correctamente sujeto al mandril 1 con suficiente fuerza de sujeción. En cualquier caso, el primer sensor 9 proporciona una señal de salida que es al menos aproximadamente proporcional a la fuerza de sujeción. Las pruebas realizadas a este respecto han demostrado que la fuerza de sujeción se determina con una precisión del orden de 0,3 kN, con una fuerza de sujeción del orden de 15 kN. Por supuesto, la fuerza de sujeción depende del diseño y el tamaño del mandril. En el caso de mandriles grandes, la fuerza de sujeción puede ser varias veces superior a los 15 kN especificados, mientras que los mandriles más pequeños también generan fuerzas de sujeción correspondientemente inferiores. Sin embargo, independientemente de la fuerza de sujeción, con un sensor de galgas extensométricas del tipo mencionado se pueden alcanzar altas resoluciones, de modo que, en última instancia, se puede determinar la fuerza de sujeción absoluta con una alta resolución y precisión.

La Fig. 7 muestra esquemáticamente el mandril 1 según la invención junto con elementos/componentes individuales de un sistema de producción. Además del mandril 1, se muestran un receptor 26, una pasarela 27 y un robot 28 de manipulación, aunque los elementos individuales no se reproducen a escala. El término técnico generalmente conocido y utilizado “pasarela” se refiere a un punto de transferencia como dispositivo de conmutación, en particular como dispositivo de conmutación en redes informáticas. La pinza del robot 28 de manipulación transporta un palé 30 representado esquemáticamente.

El emisor 25 alojado en el mandril 1 transmite los datos medidos o los valores medidos presentes en los sensores al receptor 26, como se indica esquemáticamente mediante ondas de radio. El receptor 26 transmite los datos recibidos a la pasarela 27. La pasarela 27 está conectada, a su vez, con la pasarela 27. La pasarela 27 está, a su vez, conectada al robot 28 de manipulación. La pasarela 27 recibe los datos procesados por el control del microprocesador del emisor 25, tales como mandril abierto, ausencia de palé, palé colocado, palé sujeto, palé sujeto con 10 kN, etc. Basándose en los datos transmitidos, la pasarela 27 puede enviar una orden al robot 28 de manipulación, como transferir el palé 30 al mandril 1 o retirar el palé del mandril 1, como se indica mediante una línea X con flechas.

Si el palé no se sujeta en el mandril 1 con una fuerza de sujeción mínima, el emisor 25 puede emitir un mensaje de error. Alternativamente, la pasarela 27 puede detectar que no se ha alcanzado la fuerza de sujeción mínima y emitir un mensaje de error y/o iniciar las medidas apropiadas.

Se entiende que la Fig. 7 solo muestra un diseño de ejemplo. Un mandril diseñado según la invención puede integrarse en prácticamente cualquier línea de producción y conectarse en red con otros componentes, como un sistema de control o un sistema de almacenamiento de piezas, o directamente con la máquina de procesamiento.

En función de los requisitos, las señales detectadas también pueden vincularse entre sí para tomar una decisión. Si, por ejemplo, se detecta que un palé está apoyado pero no sujeto, se puede liberar el mandril para sujetarlo. Por otro lado, el robot de manipulación solo puede recibir el visto bueno para retirar el palé del mandril cuando un palé está colocado pero no o ya no sujeto.

En cualquier caso, un mandril diseñado según la invención ofrece una amplia gama de posibilidades. Además de los datos de medición ya mencionados, se pueden determinar datos adicionales, por ejemplo, proporcionando sensores adicionales. Por ejemplo, se podría proporcionar un sensor adicional mediante el cual se lean y transmitan los datos de mecanizado almacenados en el palé. Si es necesario, también se podría proporcionar un sensor para determinar la forma y/o el tamaño del palé, lo que podría tener sentido en particular para grandes sistemas de sujeción con varios mandriles. Los datos determinados también pueden evaluarse de varias maneras, por ejemplo, determinando el número de operaciones de sujeción para el mandril respectivo, un cambio en la fuerza de sujeción, en particular una fuerza de sujeción decreciente con el tiempo, etc. Para el segundo y el tercer sensor, pueden utilizarse interruptores de proximidad disponibles en el mercado, por ejemplo, mecánicos, inductivos, capacitivos, ópticos, ultrasónicos o magnéticos. Como alternativa, podría utilizarse un sensor piezoeléctrico como primer sensor.

En caso necesario, el palé podría estar equipado con un chip o similar que pueda leerse a través del mandril y en el que se almacenen datos de mecanizado, códigos de identificación, etc.

Para la transmisión de datos, se utiliza preferiblemente una interfaz normalizada como Bluetooth. Una interfaz normalizada como Bluetooth también tiene la ventaja de que los datos transmitidos pueden ser fácilmente recibidos y procesados y/o reenviados por otros receptores como un teléfono móvil, una PDA o un ordenador.

Se entiende que el ejemplo de realización anterior no debe considerarse exhaustivo o completo. Por ejemplo, el sensor para medir la fuerza de tracción también podría colocarse en otro lugar. Solo es importante que el sensor para medir la fuerza de sujeción se coloque en un punto que se deforme elásticamente cuando se apriete la espiga de sujeción. También se pueden instalar sensores adicionales en el mandril para controlar otros parámetros. Por ejemplo, podría instalarse un sensor de aceleración, mediante el cual se vigilaría el mandril en lo que respecta a la presencia de choques/vibraciones durante el mecanizado de una pieza. También es posible instalar un sensor de temperatura. Los datos de los demás sensores también podrían transmitirse de manera inalámbrica mediante el emisor.

Por otra parte, también son concebibles variantes “más sencillas” del mandril diseñado según la invención, en las que, por ejemplo, solo se vigile la fuerza de sujeción, para lo cual la fuerza de sujeción no tiene que registrarse necesariamente en forma absoluta y con alta resolución, sino que puede bastar con registrar y/o vigilar la fuerza de sujeción en pasos, por ejemplo, de dos a diez pasos, y transmitirla por medio del emisor. Además, también son concebibles variantes del mandril en las que solo se registran dos parámetros. Así, son concebibles aplicaciones en las que, por ejemplo, se detecte y/o controle la fuerza de sujeción y, además, se pueda detectar el contacto de un palé. En lugar de proporcionar cuatro superficies de soporte Z circulares, también podrían proporcionarse, por supuesto, tres o más de cuatro superficies de soporte, en cuyo caso las superficies de soporte podrían no ser necesariamente circulares, sino, por ejemplo, ovaladas.

A continuación, se resumen brevemente algunas ventajas del mandril diseñado según la invención:

- Varios parámetros de la interacción entre el palé y el mandril y/o el propio mandril y posiblemente el palé pueden ser monitorizados y transmitidos de manera inalámbrica a una ubicación remota;

- los datos transmitidos pueden registrarse, almacenarse y evaluarse externamente;

- los parámetros pueden controlarse continuamente;

- la medición de determinados parámetros aumenta la fiabilidad del proceso, por lo que, en particular, la supervisión continua de la fuerza de avance abre nuevas posibilidades a este respecto;

- se puede detectar si un palé está colocado en el mandril o no;

- se puede detectar si el dispositivo de sujeción o el elemento que sirve para accionar los elementos de sujeción se ha bloqueado correctamente;

- se puede aumentar la productividad mediante el control de determinados parámetros;

- se reduce el riesgo de daños en el mandril;

- se pueden detectar cambios en el mandril a lo largo del tiempo;

- el mandril puede integrarse fácilmente en una línea de producción automática;

- toda la tecnología de sensores se encuentra en el mandril, por lo que los palés pueden fabricarse en forma comparativamente sencilla y rentable. Esto hace que los palés sean retrocompatibles, es decir, que los palés existentes o más antiguos -portapiezas- puedan utilizarse junto con un mandril diseñado según la invención.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Mandril (1) para sujetar palés (30) provistos de una espiga (31) de sujeción, en donde el mandril (1) está provisto de una abertura (5) de recepción para la espiga (31) de sujeción y un dispositivo de sujeción que presenta miembros (15) de sujeción para sujetar la espiga (31) de sujeción en la abertura (5) de recepción, y en donde al menos un sensor (9, 10, 11) está dispuesto en el mandril (1), mediante el cual se puede detectar al menos un parámetro del mandril (1) y/o de la interacción entre el palé (30) y el mandril (1) y/o del palé (30), caracterizado porque el mandril (1) está provisto de un primer sensor (9) mediante el cual puede determinarse la fuerza de sujeción que actúa sobre la espiga (31) de sujeción, en donde el primer sensor (9) está diseñado y dispuesto en el mandril (1) de tal manera que pueden medirse las deformaciones elásticas del material del mandril (1) cuando se aprieta un palé (30), y en donde el mandril (1) está provisto de un emisor (25) para la transmisión inalámbrica de los parámetros transmitidos mediante el sensor o los sensores (9, 10, 11).

2. Mandril de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el mandril (1) está provisto de un segundo sensor (10) mediante el cual se puede detectar el apoyo de un palé (30) sobre el mandril (1).

3. Mandril de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el segundo sensor (10) está dispuesto en la región del lado (6) superior del mandril (1), de tal manera que se puede detectar el contacto de un palé (30).

4. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mandril (1) está provisto de un tercer sensor (11) mediante el cual se puede detectar la posición de un elemento que sirve para accionar los miembros (15) de sujeción.

5. Mandril de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el dispositivo de sujeción está provisto de un émbolo (18) de accionamiento desplazable entre una posición inicial y una posición de bloqueo para accionar los miembros (15) de sujeción y en donde el émbolo (18) de accionamiento empuja los miembros (15) de sujeción radialmente hacia dentro en la posición de bloqueo, de manera que se apoyan en forma no positiva contra el espiga (31) de sujeción, caracterizado porque el tercer sensor (11) está dispuesto en el interior del mandril (1) de manera que se puede detectar la posición del émbolo (18) de accionamiento que se halla en la posición inicial.

6. Mandril de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer sensor (9) es un sensor basado en galgas extensométricas.

7. Mandril de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el primer sensor (9) está fijado al mandril (1) en forma no positiva y/o materialmente de tal manera que su señal es sustancialmente proporcional a la fuerza de sujeción.

8. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 o 7, en donde el mandril (1) está provisto en la parte superior de soportes Z (7) para el palé (30), y en donde los soportes Z (7) están dispuestos radialmente fuera de la abertura (5) de recepción, caracterizado porque el primer sensor (9) está dispuesto en la dirección radial entre una línea circular (L) que intersecta los soportes Z (7) y la abertura (5) de recepción.

9. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mandril (1) está provisto de una prolongación (13) cilíndrica hueca que delimita radialmente la abertura (5) de recepción, estando provista la prolongación (13) de orificios radiales (14) en los que se apoyan los miembros (15) de sujeción de manera no positiva y/o material en la dirección Z.

10. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con un émbolo (18) de accionamiento desplazable entre una posición inicial y una posición de bloqueo para accionar los miembros (15) de sujeción, en donde el émbolo (18) de accionamiento desplaza los miembros (15) de sujeción radialmente hacia dentro en la posición de bloqueo de manera que se apoyan en forma no positiva contra la espiga (31) de sujeción, caracterizado porque el émbolo (18) de accionamiento puede desplazarse mediante muelles (20) de compresión a la posición de bloqueo y neumáticamente contra la fuerza de los muelles (20) a la posición inicial.

11. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, en el mandril, está integrado un microprocesador de control, mediante el cual se evalúan y/o procesan los datos determinados por los sensores (9, 10, 11) antes de su transmisión al emisor (25).

12. Mandril de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mandril está provisto de una fuente de alimentación, en particular en forma de pilas o acumuladores para el emisor y el sensor o sensores y, eventualmente, otros componentes eléctricos o electrónicos.