OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
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11 Número de publicación: publicación: 2
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51 Int. Cl.7: B23B 47/34
ESPAÑA
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TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA
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86 Número de solicitud europea: 98936461 .7 86 Fecha de presentación: 07.07.1998 87 Número de presentación de la solicitud: 0994758 87 Fecha de publicación de la solicitud: 26.04.2000
54 Título: Cabezal de perforación con efecto vibratorio.
30 Prioridad: 07.07.1997 FR 97 08601
73 Titular/es: INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE
DE GRENOBLE 46, avenue Felix-Viallet F-38031 Grenoble, FR
45 Fecha de publicación de la mención BOPI:
01.02.2004
72 Inventor/es: Brun-Picard, Daniel y
Gouskov, Alexandre
45 Fecha de la publicación del folleto de la patente:
74 Agente: Curell Suñol, Marcelino
01.02.2004
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Aviso: En el plazo plazo de nueve nueve meses a contar contar desde desde la fecha fecha de publica publicación ción en el Boletín Boletín europeo de patentes, patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del Convenio Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
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DESCRIPCIÓN Cabezal de perforación con efecto vibratorio. La presente invención se refiere al campo de las operaciones de mecanizado de piezas, tales como unas perforaciones, en particular unas perforaciones de grandes profundidades. Se conocen unas máquinas de perforación que comprenden un mecanismo concebido para provocar, cuando tiene lugar el avance de la broca, unos movimientos forzados de ida y vuelta sobre una carrera determinada, haciendo variar dichos movimientos forzados el espesor de la viruta, permitiendo su fragmentación y facilitando de esta forma su evacuación. Pese a estas ventajas, los mecanismos de este tipo son complejos, voluminosos y costosos. El documento EP-A-0 292 651, que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1, describe un mecanismo para una máquina de perforación en el cual el portaherramientas y el soporte son mantenidos a tope por el efecto de unos resortes. Cuando el portaherramientas y el soporte están separados de su posición de tope, estos resortes, comprimidos por el esfuerzo de la herramienta, permiten la obtención de vibraciones axiales. El objetivo de la presente invención es proponer un cabezal de perforación que presenta una estructura particularmente simple, que permita producir unos movimientos de ida y vuelta de la herramienta durante su avance. El cabezal de perforación según la presente invención comprende la combinación de las características previstas en la reivindicación 1. Según la invención, el cabezal de montaje puede comprender ventajosamente unos medios de regulación de la rigidez de dichos medios de unión elásticamente deformables en traslación axial. Según una variante de la invención, los medios de guiado comprenden dos placas anulares deformables axialmente, que comprenden una parte interior y una parte exterior unidas respectivamente al soporte y al portaherramientas y unidas entre sí por unas ramas no radiales. Según una variante de la invención, los medios de guiado comprenden una guía de bolas. Según otra variante de la invención, los medios de unión elásticamente deformables en traslación axial comprenden al menos una hoja de resorte dispuesta en un plano radial, que está fijada en dos puntos espaciados a lo largo de su longitud por un lado al soporte y por otro lado al portaherramientas. Según una variante preferida de la invención, los medios elásticamente deformables de unión en traslación axial comprenden dos hojas de resorte dispuestas paralelamente en un plano radial, a uno y otro lado del eje, estando dichas hojas fijadas por un lado al soporte y por el otro al portaherramientas, respectivamente en un punto medio y en dos puntos separados de dicho punto medio, y a uno y otro lado en el sentido de su longitud. Según la invención, están previstos preferentemente unos medios de regulación de la distancia entre dichos puntos de fijación de la o de las hojas de resorte. Según otra variante de la invención, los medios elásticamente deformables de unión en traslación axial comprenden al menos un resorte sensiblemente cilíndrico. 2
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Según la invención, el resorte cilíndrico puede comprender ventajosamente un cilindro que presenta en su pared unas aberturas desplazadas de manera que formen unas porciones periféricas elásticamente deformables en el sentido axial. Según la invención, los extremos del resorte cilíndrico están preferentemente fijados respectivamente al soporte y al portaherramientas. Según la invención, el soporte comprende preferentemente una parte cilíndrica de acoplamiento a la máquina prolongada por una parte cilíndrica en la cual se extiende por lo menos parcialmente el portaherramientas. Según la invención, el cabezal de perforación comprende, en una variante, unos medios de traída de un fluido a la herramienta, que comprende un canal que se extiende axialmente a través del soporte, un canal que se extiende axialmente a través del portaherramientas y un conducto axialmente deformable o flexible que une dichos canales. La presente invención se entenderá mejor con el estudio de los cabezales de perforación sobre una máquina de una herramienta penetrante del tipo broca, descritos a título de ejemplos no limitativos con referencia al dibujo, en el cual: - la figura 1 representa una vista lateral en alzado de un primer cabezal de perforación según la invención; - la figura 2 representa una vista por debajo, por el lado de la herramienta, del cabezal de perforación de la figura 1; - la figura 3 representa una sección radial según III-III, del cabezal de perforación citado anteriormente, representado en las figuras 1 y 5; - la figura 4 representa una sección axial según IVIV, del cabezal de perforación citado, en el plano de la figura 1 y representado en la figura 3; - la figura 5 representa una sección axial según VV, del cabezal de perforación citado, en perpendicular al plano de corte de la figura 4, representado en las figuras 1 y 3; - la figura 6 representa una sección axial de un segundo cabezal de perforación según la presente invención y - la figura 7 representa una sección axial de un resorte del cabezal de perforación de la figura 6. Refiriéndose a las figuras 1 a 5, se aprecia que se ha representado un cabezal de perforación representado de manera general por la referencia 1, de una herramienta penetrante constituida por una broca 2, en una máquina 3 con eje de mecanizado vertical. El cabezal de perforación 1 comprende un soporte axial designado de manera general por la referencia 4, que comprende una parte cilíndrica 5 acoplada en un mandrilado 6 de un mandril 7 de la máquina 3 y bloqueada en dicho mandrilado 6 por un tornillo radial 8. El soporte 4 comprende además una parte cilíndrica 9 que se prolonga hacia la zona inferior de la parte cilíndrica 5, que presenta un diámetro mayor que dicha parte cilíndrica 5 y que está unida a esta última por un disco radial 10. Esta parte cilíndrica 9 comprende, sensiblemente en su parte media, dos grandes aberturas opuestas 11 y dos planos opuestos 12 que están formados en las partes superiores restantes por encima de las aberturas 11. Contra los planos 12 están fijadas, por medio de tornillos 13, las ramas verticales 14 de unas escua-
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dras 15 cuyas ramas horizontales 16 se extienden a través de la parte superior de las aberturas 11 de la parte cilíndrica 9, presentando las caras inferiores de estas ramas 16 unas guías 16a alineadas. El cabezal de perforación 1 comprende además un portaherramientas axial 17 que comprende un cilindro 17a que se extiende axialmente en el interior de la parte cilíndrica 9 del soporte 4 y a distancia de su pared. La parte superior y la parte inferior del cilindro 17a están unidas a la parte superior y a la parte inferior de la parte cilíndrica 9 del soporte 4, a uno y otro lado de las aberturas 11, por unos discos de suspensión y de guiado axial 18. Los discos 18 presentan unos aros interiores 19 fi jados axialmente en apoyo contra los escalonados 20 del cilindro 17a gracias a unas tuercas 21 y a unos aros exteriores 22 fijados axialmente en la parte cilíndrica 9 del soporte 4, entre un escalonado 23 de esta parte cilíndrica 9 y unos tornillos axiales 24, por medio de riostras cilíndricas 25 y 26, presentando la riostra intermedia 25 unas aberturas opuestas 25a que corresponden a las aberturas opuestas 11 de la parte cilíndrica 9. Además, los aros inferiores 19 y los aros exteriores 22 de los discos 18 están unidos por unas ramas 27 que no se extienden radialmente, estando desplazados angularmente sus extremos en aproximadamente 60º. El cabezal de perforación 1 comprende además dos hojas de resorte 28 que se extienden paralelamente en un plano radial, a uno y otro lado del cilindro 17a del portaherramientas 17 y por debajo de las ramas 16 de las escuadras 15. Las partes intermedias de las hojas 28 están introducidas en las hendiduras laterales opuestas 29 del cilindro 17a del portaherramientas 17. A uno y otro lado y a distancia de su parte intermedia, las hojas 28 están fijadas a las guías 16a de las escuadras 16 gracias a unas deslizaderas 30 y unos tornillos 31, de forma regulable en el sentido de su longitud. Las caras superiores de las hendiduras 29 del cilindro 17a tienen forma de V, de manera que presenten una punta 32 contra la cual se apoyan las hojas 28. Además, el cilindro 17a del portaherramientas 17 presenta unos refrentados axiales 33 que desembocan en las hendiduras 29 por sus caras inferiores y en las cuales están dispuestos unos dedos de apoyo 34 mantenidos en dichos refrentados 33 por un anillo periférico 35 que rodea el cilindro 17a. Unos tornillos 36 introducidos de forma inclinada en el cilindro 17a del portaherramientas 17, se apoyan contra unas caras inferiores inclinadas 37 de los dedos 34. Los tornillos 36 permiten desplazar los dedos 34 hacia arriba para que sus extremos superiores redondeados 37a se apoyen contra las hojas 28 y aplicar estas últimas contra los vértices 32 de las hendiduras 29. Así, las partes intermedias de las hojas 28 son tomadas, axialmente, en apoyo puntual entre los vértices 32 y los dedos 34. Los tornillos 31 de las deslizaderas 30 y los tornillos 36 son accesibles a través de las aberturas 11 y 25a. Por otra parte, la parte inferior del cilindro 17a del portaherramientas 17 presenta un mandrilado axial 38 en el cual está fijada la parte superior de la broca 2 gracias a un tornillo de bloqueo 39. Por último, el mandril 7 de la máquina 3, la parte cilíndrica 5 del soporte 4 y el portaherramientas 17 presentan unos pasos axiales 40, 41 y 42. El paso axial
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42 del soporte 4 y el paso axial 42 del portaherramientas 17 situados a distancia el uno del otro, están unidos por un conducto flexible en serpentín 43. Así, el paso 40 del mandril 7, el serpentín 43 y el paso axial 42 del portaherramientas 17 constituyen un conducto de traída de un fluido a un paso axial 44 de la broca 2. El cabezal de perforación 1 que se acaba de describir puede ser utilizado de la siguiente manera. Cuando el mandril 7 de la máquina 3 y el soporte 4 al que está unido se desplazan con respecto a una pieza a perforar, no representada, bajo el efecto de unos medios de avance mandado y constante de la máquina 3, los esfuerzos de perforación son transmitidos por las hojas del resorte 28 al portaherramientas 17. Los discos de guiado 18 y el serpentín 43 están construidos de manera que puedan deformarse de tal manera que sus deformaciones no tienen ninguna influencia notable sobre tales esfuerzos. Los esfuerzos de penetración de la broca provocan una flexión de las hojas del resorte 28 a uno y otro lado de los vértices 32 de las hendiduras 29 y de los dedos opuestos 24 y hasta las deslizaderas 30. Seleccionando correctamente la rigidez de las ho jas del resorte 28 y la posición de las deslizaderas 30 a lo largo de las guías 16a, puede entonces producirse, cuando tiene lugar el avance mandado del soporte 4, un fenómeno vibratorio automantenido que provoca unos movimientos axiales de ida y vuelta u oscilaciones axiales de la broca 2 que pueden ser sincronizadas ventajosamente con la rotación relativa de la broca 2 con respecto a la pieza a perforar. Estos movimientos de ida y vuelta automantenidos cuando tiene lugar el avance de la broca 2, pueden generar una variación del espesor de la o de las virutas formadas. En la medida en que el movimiento de retroceso de la broca 2 con respecto al avance del soporte 4 es tal que su o sus aristas de corte se acercan, se alcanzan o van más allá de la superficie mecanizada por ellas, esta variación del espesor puede ser tal que las virutas se fragmenten de forma intermitente. Así, la evacuación de las virutas, en particular ba jo el efecto del fluido llevado a través del cabezal 1 y de la broca 2, puede ser facilitada en gran manera. Además, en particular cuando tiene lugar la ejecución de una perforación a gran profundidad, las oscilaciones axiales o movimientos axiales de ida y vuelta automantenidos de la broca 2 pueden permitir, con o sin fragmentación de la o de las virutas formadas, una absorción al menos parcial de las vibraciones eventuales de la broca con respecto a la pieza, en particular unas vibraciones axiales y/o transversales. En consecuencia, el cabezal de perforación 1 permite mejorar la rectitud de las perforaciones, reducir el desgaste de la broca y mejorar la calidad de la superficie interior de los orificios. Refiriéndose ahora a las figuras 6 y 7, se apreciará que se ha representado un cabezal de perforación simplificado, designado de manera general con la referencia 45, que comprende un soporte 46 y un portaherramientas 47. El soporte 46 presenta una parte cilíndrica 48 introducida en un mandrilado 49 de un mandril 50 de una máquina 51 y una parte cilíndrica 52 que prolonga la parte cilíndrica 48 y que presenta un diámetro ligeramente mayor. El portaherramientas 48 se presenta en forma de un cilindro introducido en el interior y a distancia de la parte cilíndrica 52 del soporte 46. 3
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Entre la parte inferior del portaherramientas 48 y la parte inferior de la parte cilíndrica 52 del soporte 46, está dispuesta una guía de bolas 53 que permite el guiado axial del portaherramientas 47 con respecto al soporte 46. La parte superior del portaherramientas 47 presenta un diámetro reducido que determina un escalonado 54. Entre este escalonado 54 y el fondo 55 de la parte cilíndrica 52 del soporte 46, está dispuesto un resorte 56 que se presenta en forma de un cilindro. La parte superior de este resorte 56 está fijada a la parte superior de la parte cilíndrica 52 del soporte 46 gracias a unos tornillos radiales 57, y la parte inferior del resorte 56 está unida al portaherramientas 47 gracias a unos tornillos radiales 58. El portaherramientas 47 presenta un mandrilado 59 en el cual está fijada una broca 60. Como en el ejemplo anterior, el mandril 50, la parte cilíndrica 58 del soporte 46, el portaherramientas 47 y la broca 60 presentan un conducto de traída de un fluido, estando unidos el canal de soporte 46 y el canal del portaherramientas 47, como anteriormente, por un serpentín 61. Refiriéndose más particularmente a la figura 7, se apreciará que el resorte cilíndrico 56 está construido a partir de un cilindro en la pared del cual están mecanizadas unas aberturas oblongas en sentido periférico,
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que están desplazadas unas respecto a las otras de manera que dejen unas porciones periféricas 63 susceptibles de ser deformadas elásticamente en el sentido axial. El cabezal de montaje 45 que se acaba de describir haciendo referencia a las figuras 6 y 7, funciona de la misma forma que el cabezal de perforación 1 descrito haciendo referencia a las figuras 1 a 5. En efecto, los esfuerzos de penetración de la broca 60 sobre la pieza a mecanizar cuando tiene lugar un avance mandado del soporte 46 con respecto a la pieza a mecanizar, no representada, son obtenidos por medio del resorte cilíndrico 56, sin que la guía de bolas 53 y el serpentín 61 tengan una influencia notable sobre estos esfuerzos. Los esfuerzos en rotación son absorbidos por los tornillos 57 y 58 y por el resorte cilíndrico 56 en su sentido periférico. Los esfuerzos axiales son transmitidos por el resorte cilíndrico 56, en particular por sus porciones 63. En la medida en que el resorte 56 presenta unas dimensiones y unas aberturas 63 bien seleccionadas, pueden producirse unos movimientos vibratorios automantenidos de ida y vuelta o unas oscilaciones axiales de la broca cuando tiene lugar el avance mandado del soporte 46.
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REIVINDICACIONES 1. Cabezal de perforación adaptado para soportar una herramienta penetrante del tipo broca en una máquina que presenta un eje de mecanizado, que comprende un soporte provisto de unos medios de acoplamiento a una máquina; un portaherramientas provisto de unos medios de fijación de una herramienta; y unos medios de guiado según el eje de mecanizado del portaherramientas con respecto al soporte; caracterizado porque comprende unos medios deformables elásticamente dimensionados de manera que produzcan de forma automantenida unos movimientos axiales de ida y vuelta o vibratorios del portaherramientas cuando tiene lugar el avance relativo mandado relativo del soporte con respecto a la pieza a mecanizar; comprendiendo dichos medios elásticamente deformables (18) unas partes (19, 22) separadas una respecto de la otra y unidas o fijadas respectivamente al portaherramientas (17) y al soporte (4), de manera que constituyan unos medios de suspensión y de unión en traslación axial del portaherramientas al soporte. 2. Cabezal de perforación según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende unos medios de regulación de la rigidez de dichos medios de unión elásticamente deformables. 3. Cabezal de perforación según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dichos medios de guiado comprenden dos placas (18) axialmente deformables, que comprenden una parte interior y una parte exterior unidas respectivamente al soporte y al portaherramientas y unidas entre sí por unas ramas (27) no radiales. 4. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de guiado comprenden una guía de bolas (53). 5. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de unión elásticamente deformables comprenden al menos una hoja de resorte (28) dispuesta en un plano radial, que está fijada en dos puntos separados a lo largo de su longitud, por un lado al soporte y, por otro lado al portaherramientas.
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6. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de unión elásticamente deformables comprenden dos hojas de resorte dispuestas paralelamente en un plano radial y a uno y otro lado del eje, estando fijadas dichas hojas a uno y otro lado del portaherramientas, respectivamente, en un punto medio y en dos puntos separados de dicho punto medio, y a uno y otro lado en el sentido de su longitud. 7. Cabezal de perforación según una de las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque comprenden unos medios de regulación de la distancia entre dichos puntos de fijación de la o de las hojas de resorte. 8. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de unión elásticamente deformables comprenden al menos un resorte sensiblemente cilíndrico (56). 9. Cabezal de perforación según las reivindicación 8, caracterizado porque dicho resorte cilíndrico (56) comprende un cilindro que presenta en su pared unas aberturas (62) desplazadas de manera que formen unas porciones periféricas (63) elásticamente deformables en sentido axial. 10. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los extremos de dicho resorte cilíndrico (56) están fijados (57, 58) respectivamente al soporte y al portaherramientas. 11. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte comprende una parte cilíndrica (5) de acoplamiento a la máquina, prolongada por una parte cilíndrica (9) en la cual se extiende al menos parcialmente el portaherramientas (17). 12. Cabezal de perforación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios (41, 42, 43) de traída de un fluido a la herramienta, que comprende un canal que se extiende axialmente a través del soporte, un canal que se extiende axialmente a través del portaherramientas y un conducto que une dichos canales y que es deformable o flexible axialmente.
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NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art. 167.2 del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de 10 de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del 7-10-1992, no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluida en la mencionada reserva. 5
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