HERRAMIENTA DE BROCHAR Y MÉTODO PARA MECANIZAR SUPERFICIES DE- PERFORACIONES DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención se relaciona con una herramienta de brochar para en mecanizado con arranque de viruta de superficies de perforaciones, a saber, para formar al menos una ranura, mediante al menos una cabeza de cuchillas teniendo un filo y un cuerpo de base que sostiene la cabeza de cuchillas, así como con un método para el- mecanizado con arranque de viruta de superficies de perforaciones según el concepto general de la reivindicación 12. Las herramientas dß brochar y los métodos para el mecanizado con arranque de viruta de superficies de perforaciones se conocen. Ellas sirven para aplicar al menos una ranura en una superficie de perforación que tiene preferentemente una torsión, por ejemplo de 20°. La ranura se extiende, por lo tanto, en una línea helicoidal imaginaria sobre un ángulo de torsión de por ejemplo 20°, que se mide sobre la longitud de la perforación por mecanizar. Las herramientas de brochar conocidas realizan en este mecanizado un movimiento de nutación denominado también movimiento pivotante que es ejecutada por un husillo de herramienta que aloja la herramienta de brochar. La herramienta de brochar se introduce en dirección axial en la perforación por mecanizar durante el movimiento de nutación al llevar a cabo el método para el mecanizado de una superficie de perforación. Cuando se debe realizar una ranura con torsión es necesario girar la herramienta, ün 5 movimiento rotatorio ' de la pieza de trabajo no és realizable en muchos casos o sólo con una inversión constructiva y financiera grande. Además se requiere una herramienta especial para la realización del movimiento de nutación de la herramienta de brochar. También esto vuelve
10 el mecanizado aquí previsto de una superficie de perforación complicada y cara. Se ha propuesto conformar una herramienta de brochar teniendo un cuerpo básico y una cabeza de cuchillas conectada. elásticamente con éste. La cabeza' de cuchillas se
15. introduce en una perforación por mecanizar mientras que el cuerpo básico es movido por una máquina herramienta apropiada en una trayectoria circular que se extiende concéntricamente con relación al eje medio de la superficie de perforación por mecanizar. Es necesario, por lo tanto,
20 mover .grandes masas lo que produce vibraciones especialmente .en el área de las revoluciones más altas. Además, para algunas aplicaciones el período de mecanizado de la superficie de perforación para aplicar una ranura definida es excesivamente largo. 5 El objetivo de la invención es, por lo tanto, crear una herramienta para brochar que puede realizarse de manera sencilla y con esto económica y en que no se presentan vibraciones grandes. Finalmente, el mecanizado de una superficie de perforación debe ocupar poco tiempo. Para lograr este objetivo se propone una herramienta de brochar que tiene las características mencionadas en la reivindicación 1. Ésta comprende una cabeza de cuchillas y un cuerpo básico. Se caracteriza porque la cabeza de cuchillas está alojada en forma rotatoria y excéntrica en el cuerpo básico y porque el eje medio de la cabeza de cuchillas se extiende a un ángulo agudo con relación al eje medio del cuerpo básico. Acondicionamientos adicionales de la herramienta para brochar resultan de las reivindicaciones dependientes. Objetivo de la invención es además ofrecer un método que sirve para el mecanizado con arranque de virutas de superficies de perforaciones, a saber, la formación de al menos una ranura que permite el mecanizado de una pieza de trabajo más rápidamente que con los métodos convencionales. Para lograr este objetivo se propone un método que se caracteriza porque el cuerpo básico de la herramienta para brochar se pone a rotar y realiza coaxial con relación al eje medio de la superficie de perforación por mecanizar un movimiento relativo con relación a la pieza de trabajo. Normalmente el cuerpo básico se somete en esto un movimiento de avance con relación a la pieza de trabajo. Pero es imaginable también desplazar la pieza de trabajo en dirección axial con relación al cuerpo básico fijo o mover ambos elementos acercando el uno al otro. También la cabeza de cuchillas realiza en esto un movimiento axial con relación a la superficie de perforación por mecanizar. La invención se explica a continuación con mayor detalle mediante el dibujo. La única figura 1 muestra una sección longitudinal a través de una herramienta de brochar. La herramienta 1 de brochar tiene un cuerpo 3 básico y una cabeza 5 de cuchillas que está alojado en forma excéntrica y rotatoria en el cuerpo 3 básico. Del cuerpo 3 básico se muestra aquí sólo la parte que aloja la cabeza 5 de cuchillas. En el extremo del cuerpo básico opuesto a la cabeza 5 de cuchillas, aquí interrumpida, puede preverse, por ejemplo, un vastago de herramienta que sirve para conectar el cuerpo 3 básico con una máquina herramienta. Pero también es posible conectar el cuerpo 3 básico mediante un adaptador, unos elementos intermedios o similares con una máquina herramienta. Esta sirve para poner en rotación, el cuerpo 3 básico para el mecanizado de una superficie de perforación y en la producción de al menos una ranura en esta superficie de perforación. Durante el mecanizado de una pieza de trabajo rota, por lo tanto, el cuerpo 3 básico por su eje 7 medio que coincide con el eje medio • de la superficie de perforación por mecanizar. El cuerpo básico tiene un elemento 9 de base que está provisto de una entalladura 11 en que se puede insertar un dispositivo 13 de alojamiento. Este sirve para alojar en forma rotatoria la cabeza 5 de cuchillas. Es decir, la cabeza de cuchillas está alojada en forma rotatoria con relación al cuerpo 3 básico y su elemento 9 de base. El dispositivo 13 de alojamiento absorbe fuerzas tanto radiales como axiales. Es decir que, al mecanizar una superficie de perforación mediante la cabeza 5 de cuchillas, pueden ejercerse fuerzas de presión a esta a través del- cuerpo 3 básico. Por lo lado, las fuerzas de presión ejercidas por la cabeza 5 de cuchillas sobre el ' cuerpo 3 básico son absorbidas mediante el dispositivo 13 de alojamiento. El dispositivo 13 de alojamiento es formado- de manera tal que en el caso de una rotación del cuerpo 3 básico no se transmite momento de torsión a la cabeza 5 de cuchillas.
El dispositivo 13 de alojamiento es anclado, mediante una placa 15 de fijación en el alojamiento 11. En esto está previsto que un talón 17 de apoyo encaja algo con la entalladura 11 para sujetar el dispositivo 13 de alojamiento. La placa 15 de fijación es anclada en el elemento 9 de base mediante unos' medios de fijación apropiados, por ejemplo unos tornillos 19. En el ejemplo aquí representado, el dispositivo 13 de alojamiento comprende preferentemente dos rodamientos 21 y 23 a bolas de contacto angular dispuestos en posición coaxial entre sí. El talón 17 de apoyo se apoya en un anillo 25 externo del primer rodamiento 21 a bolas de contacto angular. Este transmite las fuerzas de presión ejercidas del talón 17 de apoyo a través de un elemento 27 distanciador preferentemente anular al anillo 29 externo del segundo rodamiento 23 a bolas de contacto angular que se apoya en un escalón 31 de apoyo que sobresale a' la cavidad de la entalladura ' 11. Es decir, los rodamientos 21 y 23 a bolas de contacto angular son fijados a presión por la placa 15 de fijación entre su talón 17 de apoyo y el escalón 31 de apoyo. Los rodamientos 21 y 23 a bolas de contacto angular tienen en cada caso un anillo 33, 35 interno que se apoyan en un pivote 37 de cojinete de la cabeza 5 de cuchillas dispuesto en la entalladura 11.
Los anillos 33 y 35 internos están fijados a presión mediante un talón 39 de apoyo de la cabeza 5 de cuchillas que sobresale de la superficie periférica del pivote de cojinete y un contrasoporte 41 anclado en la superficie periférica del pivote 37 de cojinete que está dispuesto a una distancia del talón 39 de apoyo y que puede estar formado, por ejemplo como, anillo elástico o anillo roscado. Entre los anillos internos 33 y 35 se encuentra un elemento 43 distanciador preferentemente anular. Entre los anillos internos y externos de los rodamientos 21 y 23 a bolas de contacto angular se prevén en cada caso una cantidad de esferas 45 y- 47. Los anillos internos y externos están formados en esto de manera tal que las fuerzas axiales que actúan de la cabeza 5 de cuchillas hacia el cuerpo 3 básico son transferidos a través del talón 39 de apoyo-, el anillo 33 interno del primer rodamiento. 21 a bolas de contacto angular, el elemento 43 distanciador, 'el anillo 35 interno del segundo rodamiento 23 a bolas de contacto angular a su anillo 29 externo y con esto al talón 31 de apoyo. Últimamente, la cabeza 5 de cuchillas se apoya por lo tanto - visto en dirección axial - en el talón 31 de apoyo del cuerpo 3 básico. Si se ejercen unas fuerzas de tracción sobre la - cabeza 5 de cuchillas, entonces éstas actúan sobre el contrasoporte 41 que se apoya mediante el anillo 35 interno del segundo rodamiento a bolas de contacto angular, el elemento 43 distanciador, el anillo 33 interno del primer rodamiento 21 a bolas de contacto angular mediante la esfera 45 y el anillo 25 externo del primer rodamiento a bolas de contacto angular en el talón 17 de apoyo de la placa 15 de fijación. Como la placa 15 de fijación está - conectada fijamente mediante los tornillos 19 con el elemento 9 de base del cuerpo 3 básico, .se absorben, por lo tanto, las fuerzas axiales en ambas direcciones por el cuerpo 3 básico mediante el dispositivo 13 de alojamiento. Aquí está previsto además preferentemente que el pivote 37 de cojinete tenga una proyección 49 que está dispuesta concéntricamente con relación al pivote 37 de. cojinete y que está eventualmente provista de un diámetro
•menor que éste.' La proyección 29 se apoya a través de un cojinete apropiado de dispositivo 13 de alojamiento, visto en dirección radial, .en el" elemento 9 de base, es decir, en la cara interna de la entalladura 11, y evita - respectivamente reduce - los movimientos basculantes de la cabeza 5 de cuchillas respectivamente del pivote 37 de cojinete en la entalladura 11 del cuerpo 3 básico. Preferentemente se prevé aquí un rodamiento 51 rígido a bolas que se apoya con su anillo 53 externo en la cara interna de la entalladura 11 y con su anillo 55 interno en la cara periférica de la proyección 49. Entre los anillos 33, 35 interno y externo se encuentra un número de esferas 57. La placa 15 de fijación tiene hacia el área de paso de la cabeza 5 de cuchillas un dispositivo 59 de obturación apropiado. Finalmente se prevé todavía una placa 61 terminal que se apoya en la placa 15 dé fijación que se encuentra dispuesta de manera apropiada, por ejemplo mediante unos tornillos 63, en el cuerpo 3 básico, aquí en la placa 15 de fijación. . Esencial es que la cabeza 5 de cuchillas se apoya excéntricamente con relación al eje 7 medio en el cuerpo 3 básico. Correspondientemente, la entalladura 11 es prevé excéntricamente en el elemento 9 de base del cuerpo 3 básico. También las aberturas en la placa 15 de fijación y la placa 61 terminal para la cabeza 5 de cuchillas están dispuestas de modo excéntrico. La cabeza 5 de cuchillas está inclinada, además, con relación al eje 7 medio de cuerpo 3 básico. Es decir, el eje 65 de la cabeza 5 de cuchillas encierra con el eje 7 medio del cuerpo 3 básico. un ángulo a agudo que asciende, por ejemplo a Io15". Éste ángulo agudo se abre, visto desde la cabeza 5 de cuchillas en dirección al cuerpo 3. básico.. Correspondientemente, también está inclinada la entalladura 11 en el elemento 9 de base del cuerpo 3 básico.
La. cabeza 5 de cuchillas tiene una corona 67 de cuchillas cortantes que comprende al menos una cuchilla 69. En caso de que se desea formar sólo una ranura en una superficie de perforación es suficiente con una cuchilla 69. Preferentemente, sin embargo, se prevén varias ranuras dispuestas a la misma distancia entre sí en una superficie de perforación. Se tiene que prever, entonces, un número correspondiente de cuchillas 69 cortantes en la corona 67 de cuchillas cortantes. Están dispuestas usualmente a la misma distancia entre sí y se proyectan más allá de la superficie 71 periférica de la corona de cuchillas cortantes. Preferentemente la cabeza 1 de cuchillas no está formada en una sola pieza. Más bien tiene un vastago 73 de herramienta que incluye en su extremo ubicado en el interior del cuerpo 3 básico el pivote 37 de cojinete y en su extremo opuesto un área 75 de fijación para una corona 67 de cuchillas cortantes formada por separado. El área 75 de fijación puede tener, por ejemplo, un pivote de fijación en el que se atornilla o inserta la corona 67 de cuchillas cortantes y se fija mediante un tornillo 77 de fijación. También es imaginable, sin embargo, prever en la corona 57 de cuchillas cortantes un pivote o cono de fijación usual que encaja en una muesca apropiada en el vastago 73 de herramienta.
La realización bipartita de la cabeza 5 de cuchillas tiene la ventaja de que la herramienta 1 de brochar puede equiparse con diferentes coronas 67 de cuchillas cortantes. Además es fácil intercambiar una corona 67 de cuchillas cortantes en caso de desgaste. La cabeza 5 de cuchillas tiene aquí un dispositivo 79 guía que puede comprender un anillo 81 guía cerrada o teniendo áreas individuales de guía. Cuando, tal como en el aso de la herramienta 1 de brochar representado en la figura 1, la cabeza 5 de cuchillas tiene un anillo 81 guía con superficie externa esférica, su punto -83 medio se encuentra en la intersección del eje 65 medio de la cabeza 5 de cuchillas, que coincide con el eje medio de la corona 87 de cuchillas cortantes y el eje medio del anillo 81 guía, con el eje 7 medio del cuerpo 3 básico. El punto 83 medio forma así el punto de nutación de la herramienta 1 de brochar, hecho que se explicará a detalle más adelante. Si ' se omite en una cabeza 5 de cuchillas el dispositivo 79 guía, entonces se debe seleccionar la distancia de la corona 67 de cuchillas cortantes al cuerpo 3 básico y el ángulo a entre el eje 65 medio de la cabeza 5 de cuchillas y el eje 7 medio del cuerpo 3 básico que el punto 84 medio de la corona 67 de cuchillas cortantes coincida con la intersección del eje 65 medio con el eje 7 medio. El punto de nutación se encuentra entonces a la izquierda del punto 83 medio aquí señalado. De esta manera, el punto de nµtación forma en el área de la corona 67 de cuchillas cortantes el punto medio de los filos 69 cortantes ubicados en - la superficie 71 periférica y consecuentemente también de la trayectoria en que se encuentran los filos 69 cortantes en una rotación de la cabeza 5 de cuchillas. Se aprecia en la figura 1 que la herramienta de brochar puede estar provista con una alimentación de refrigerante/lubricante. Para esto, en el cuerpo 3 básico se prevé un canal 85 central de refrigerante/lubricante que se extiende concéntricamente con relación al eje 7 medio. Mediante una sección 87 de tubo conductor que se extiende a un_ ángulo con relación al eje 7 medio se lleva el refrigerante/lubricante a un canal 89. de refrigerante /lubricante que se extiende concéntricamente con relación al eje 65 medio de ' la cabeza 5 de cuchillas. Preferentemente se prevé un tubo 91 de alimentación que se ubica en el canal 89 de refrigerante/lubricante que está unido en forma estanca con la sección 87 de tubo conductor o formado con ésta en una pieza. Mediante medidas de obturación apropiadas se asegura que el refrigerante/lubricante se pueda transferir sin pérdida del canal 85 de - refrigerante/lubricante al canal 89 de refrigerante/lubricante y no pueda llegar al dispositivo 13 de alojamiento. En particular, el rodamiento 51 rígido a bolas está configurado como rodamiento obturado. En la figura 1 se señala que el canal 89 de refrigerante/lubricante se extiende hasta el área 75 de fijación de la cabeza 5 de cuchillas respectivamente del vastago 73 de herramienta y que se extiende como canales 93 que se extienden a un. ángulo con relación al eje 65 medio del vastago 73 de herramienta hasta la corona 67 de cuchillas cortantes. La desembocadura de los canales 93 puede -preverse - en la representación según la figura 1 - a la derecha de la corona 67 de cuchillas cortantes, si se debe mecanizar la superficie de perforación de una perforación ciega. Ellos desembocan a la izquierda de la corona 67 dentada si se debe mecanizar una superficie de perforación de una perforación pasante. Gracias a la alimentación de refrigerante/lubricante es posible conducir un refrigerante/lubricante inmediatamente a la región de la corona 67 de cuchillas cortantes, es decir, a la región en que se mecaniza mediante la al menos una cuchilla 69 una superficie de perforación en una pieza de trabajo y formarse al menos una ranura. Si se desea formar mediante la herramienta 1 de -brochar una ranura que se extiende paralelamente al eje medio de la superficie de perforación por mecanizar, se requiere sólo una única cuchilla 69, cuyo filo 94 cortante muestra hacia adelante y cuyas superficies 95, 95' guía se extienden paralelamente con relación al eje 65 medio de la cabeza 5 de cuchillas respectivamente de la corona 67 de cuchillas. En el ejemplo de realización aquí representado, las superficies 95, 95' guía, sin embargo, están dispuestas a un ángulo con relación al eje 65 medio. Este ángulo determina ' el ángulo de torsión de la al menos una ranura que se genera al mecanizar una superficie de perforación. Los filos 95 cortantes están dispuestos esencialmente en una superficie cilindrica imaginaria cuyo eje medio coincide con el eje 65 medio de la cabeza de cuchillas. Pero puede extenderse en esta superficie cilindrica a un ángulo, tal como se muestra en la figura 1. A continuación se explica con más detalle la función de la herramient de brochar y de esta manera también el método para mecanizar una superficie de perforación, a saber para producir una ranura mediante una cuchilla geométricamente definida: Primeramente se dispone el eje 7 medio del cuerpo 3 básico concéntricamente con relación al eje medio de la superficie de perforación por mecanizar. El cuerpo 3 básico está rotando sobre su eje 7 medio. El pivote 37 de cojinete de la cabeza 5 de cuchillas gira de esta manera en un área de envolvente de cono cuyo ángulo de cono es 2 . La punta del cono imaginario coincide con el punto de nutación, en el ejemplo de realización mostrado en la figura de la herramienta 1 de brochar que está provista con un dispositivo 79 guía, con el punto 83 medio. En caso de que en la herramienta 1 de brochar se omite el dispositivo 79 guía, entonces el vértice del cono imaginario coincide con el punto 84 medio del círculo de trayectoria de la al menos una cuchilla 69. En el plano en que se ubica el anillo 81 guía del dispositivo 79 guía y en el plano en que se ubica la cara 97 frontal de la corona 67 de cuchillas, el eje 65 medio de la cabeza 5 de cuchillas está perpendicular. El plano del anillo 81 guía respectivamente de la cara 97 frontal tiene de esta manera una inclinación por el ángulo a con relación al eje 7 medio del cuerpo 3 básico y del eje medio de la superficie de perforación por mecanizar. • En' una rotación de cuerpo 3 básico, la cara 97 frontal de la corona 67 de cuchillas realiza un movimiento de nutación con relación al eje 7 medio, de manera que el filo 6 ' cortante de la al menos una cuchilla 69 realiza un movimiento axial superpuesto respecto al movimiento relativo axial entre el cuerpo 3 básico y la pieza de trabajo y se desplaza mecanizando poco a poco la superficie de perforación para formar allí una ranura. La" ranura aloja entonces las superficies 95, 95' guía. Para evitar que la cuchilla no se atore en la ranura en formación, las superficies 95, 95' guía se extienden preferentemente no paralelamente entre sí, sino más bien se prevé una disminución contra el desplazamiento de avance dentro de la ranura. Si, tal como se muestra en la figura 1, las superficies 95, 95' guía de la al menos una cuchilla se extienden a un ángulo con relación al eje 65 medio de la corona 67 de cuchillas, se genera al menos una ranura que se extiende en una línea helicoidal imaginaria en la superficie de la perforación en que se guía la corona 67 de cuchillas. La corona 67 de cuchillas se guía en esto en la ranura- ubicada en línea helicoidal imaginaria de manera tal que realiza un movimiento rotatorio a lo largo de esta ranura. Al tener una torsión de 20°, la corona 67 de cuchillas gira también por -20°. Es decir, al mecanizar una superficie de perforación se pone el cuerpo 3 básico a rotar de manera tal que gira alrededor de su eje 7 medio. En esto, la cabeza 5 de cuchillas, insertada en el cuerpo 3 básico excéntricamente se mueve en un área de envolvente de cono imaginaria. En un desplazamiento de avance del cuerpo 3 básico pueden transmitirse las fuerzas axiales del cuerpo 3 básico mediante el dispositivo 13 de alojamiento a la cabeza 5 de cuchillas, con esto a la corona - 67 de cuchillas, de manera que el filo 64 cortante de la al menos una cuchilla 69 desprenda materia en un área de la superficie de perforación.en un mecanizado con arranque de viruta y produzca al menos una ranura. El movimiento rotatorio de la corona 67 de cuchillas se realiza de manera pasiva, es decir, la cabeza 5 de cuchillas realiza solo un movimiento de seguimiento. Este puede realizarse en línea recta o a lo largo de una línea helicoidal. En todo caso no es posible trasmitir un momento de torsión del cuerpo 3 básico a la corona 67 de cuchillas. Esta, más bien, es guiada en la ranura producida en la superficie de perforación y - en caso de que las superficies 95, 95' guía de la al menos una cuchilla tengan una inclinación - es girada según la torsión de la ranura en formación. Es una ventaja particular, si el cuerpo 3 básico es puesto a rotar por una máquina herramienta, como en herramientas usuales, y gire sobre su eje 7 medio. No se prevé un' desplazamiento del cuerpo 3 básico en sentido radial con relación al eje 7 medio. Por lo tanto tampoco se requiere una programación o un control especiales para poder usar la herramienta. En lo demás resulta que la herramienta 1 de brochar tiene una construcción comparativamente sencilla, por lo que puede realizarse de manera económica y es poco susceptible a fallas. Además, la cabeza 5 de cuchillas puede introducirse de manera muy sencilla en la perforación por mecanizar, ya sea porque el anillo 81 guía o - en el caso de una herramienta de brochar sin dispositivo 79 guía - la cara 97 frontal de la corona 67 de cuchillas se ubica concéntricamente con relación al eje 7 medio del- cuerpo 3 básico. El mecanizado de una superficie de perforación es particularmente sencillo cuando el dispositivo 79 guía está provisto de un anillo 81 guía, porque entonces es posible introducir la herramienta 1 de brochar un poco en la perforación por mecanizar, hasta que la al menos una cuchilla 69 que está dispuesta a una distancia axial, visto en dirección al eje 65 medio, haga contacto con la superficie de perforación. También es una ventaja que no obstante la disposición excéntrica de la cabeza 5 de cuchillas en el cuerpo 3 básico se puede garantizar una alimentación con refrigerante/lubricante que desemboca en la región de la corona 67 de cuchillas y que puede diseñarse de manera tal que es posible mecanizar tanto perforaciones ciegas como perforaciones pasantes para producir al menos una ranura.