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Title:
CUTTING METHOD, MACHINE AND TOOLS FOR CONTINUOUS MACHINING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/044490
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a cutting method, machine and tools for the continuous machining of materials in machine-tools. The cutting tools with the capacity to orientate the tool with respect to the machining path are mounted in the machine-tool. The continuous machining is carried out with a single cutting edge selected and placed in position for machining. At any point during the machining, or when changing to another machining operation, the user can rapidly choose to place in position another of the cutting edges without having to change the tool. The calculation of the paths and rotations of the axes of the cutting tools is carried out by means of a piece of software external to the machine and sent to a numerical control machine (CNC) for the arrangement and control of the movements of the carriages and the rotations of the corresponding axes.

Inventors:
FERNANDEZ GARCIA JOSE ANTONIO (ES)
Application Number:
ES2014/070724
Publication Date:
April 02, 2015
Filing Date:
September 25, 2014
Export Citation:
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Assignee:
FERNANDEZ GARCIA JOSE ANTONIO (ES)
International Classes:
B23Q15/14; B23C3/00
Foreign References:
CA2356945A12000-08-24
ES2267375A12007-03-01
JPS63123603A1988-05-27
EP1162018A12001-12-12
US20100111632A12010-05-06
Other References:
See also references of EP 3061563A4
None
Attorney, Agent or Firm:
ALVAREZ FLORES, Alberto (ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES

Procedimiento de mecanizado de fresado cepillado de metales y otros materiales en la fresadora, caracterizado por que un software calcula las trayectorias que debe realizar una herramienta para el mecanizado en CNC y el giro de orientación de dicha herramienta en el cabezal, la máquina gestiona los movimientos de los ejes, con las velocidades y aceleraciones necesarias, para que los filos de corte (110,210) de dicha herramienta estén en contacto continuo con la pieza a mecanizar en la trayectoria calculada a mecanizar, siendo el vector arista de corte - centro de la herramienta perpendicular en todo momento con dicha trayectoria.

Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según la reivindicación anterior caracterizado por que el mecanizado se realiza en una máquina-herramienta cualquiera con capacidad de orientar la herramienta con respecto a la trayectoria a mecanizar.

3. Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cálculo de las trayectorias y giros de ejes se realiza mediante un software de CAM externo a la máquina; los cálculos de trayectorias de la herramienta, el giro de la herramienta para su orientación con la trayectoria y los giros de los ejes para lograr la perpendicularidad de la herramienta con la superficie a mecanizar son enviados a la máquina CNC para que ordene y controle los desplazamientos de los carros y los giros de los ejes correspondientes.

Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el CAM o el CNC pueda pasar la máquina de la función de mecanizado por cepillado a función de mecanizado por fresado y viceversa en cualquier momento, incluso durante la ejecución física de una de las trayectorias de mecanizado .

5. Herramienta de corte único para una máquina herramienta para ejecutar el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores del tipo que comprende un vástago (101, 201) unido a un cuerpo (104,204), dicho cuerpo comprendiendo al menos un diente (120,220), dicho diente con al menos un filo de corte (110', 210) caracterizado por que el vástago

(101,201) se fija al husillo de dicha máquina herramienta a través de un elemento posicionador angular (103) . 6. Herramienta de corte único, según la reivindicación anterior, caracterizada por que dicho cuerpo (204) comprende al menos dos dientes (220), cada diente con un filo de corte (210) específico, y seleccionable por programación mediante la rotación de la herramienta para el posicionado, de forma automática y continua, del filo (210) perpendicular a la trayectoria a mecanizar .

7. Herramienta de corte único, según la reivindicación anterior, caracterizada por que los dientes o aristas (210) de corte son insertos fijos o intercambiables anclados mecánicamente sobre el cuerpo de la herramienta.

8. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizada por que las aristas (210) de corte se encuentran situadas a distintas distancias del eje (200) del cuerpo (204) .

9. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada por que las aristas (210) de corte se encuentran situadas en posiciones angulares asimétricas con respecto al eje (200) del cuerpo (204) .

10. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por que los dientes (220) tienen distintas geometrías de corte, aristas, radios de punta o rompe virutas.

11. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 caracterizada por que las aristas (210) tienen distintos ángulos de corte.

12. Herramienta de corte único según la reivindicación 5, caracterizada por que el cuerpo (104) comprende un único diente (120) con doble filo (110) de corte a derecha y a izquierda, y porque la confluencia de ambos filos de corte se sitúan en el eje de giro (200), o muy próximo a él, de la herramienta.

13. Herramienta de corte único según la reivindicación 5, caracterizada por que comprende un único diente (120) con un único filo de corte (110) susceptible de mecanizar a la vez que rotar al girar el husillo donde se aloja y por que el filo de corte (110) está situada en un plano que contiene el eje de giro (200) de la herramienta, o muy próximo a él, y su vértice está en el eje de giro (200), o muy próximo a él.

14. Máquina de mecanizado para ejecutar el procedimiento de las reivindicaciones anteriores y que incorpora cualquiera de las herramientas de corte de las reivindicaciones anteriores.

REIVINDICACIONES MODIFICADAS recibidas por la oficina Internacional el 18 de Febrero de 2015 (18.02.2015)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de mecanizado de fresado cepillado de metales y otros materiales en la fresadora, caracterizado por que un software calcula las trayectorias que debe realizar una herramienta para el mecanizado en CNC y el giro de orientación de dicha herramienta en el cabezal, la máquina gestiona los movimientos de los ejes, con las velocidades y aceleraciones necesarias, para que los filos de corte (110,210) de dicha herramienta estén en contacto continuo con la pieza a mecanizar en la trayectoria calculada a mecanizar, siendo el vector arista de corte - centro de la herramienta perpendicular en todo momento con dicha trayectoria.

2. Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según la reivindicación anterior caracterizado por que el mecanizado se realiza en una máquina-herramienta cualquiera con capacidad de orientar la herramienta con respecto a la trayectoria a mecanizar.

3. Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cálculo de las trayectorias y giros de ejes se realiza mediante un software de CAM externo a la máquina; los cálculos de trayectorias de la herramienta, el giro de la herramienta para su orientación con la trayectoria y los giros de los ejes para lograr la perpendicularidad de la herramienta con la superficie a mecanizar son enviados a la máquina CNC para que ordene y controle los desplazamientos de los carros y los giros de los ejes correspondientes.

4. Procedimiento fresado cepillado de metales y otros materiales, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el CAM o el CNC pueda pasar la máquina de la función de mecanizado por cepillado a función de mecanizado por fresado y viceversa en cualquier momento, incluso durante la ejecución física de una de las trayectorias de mecanizado.

5. Herramienta de corte único para una máquina herramienta para ejecutar el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores del tipo que comprende un vastago (101, 201) unido a un cuerpo (104,204), dicho cuerpo comprendiendo al menos un diente (120,220), dicho diente con al menos un filo de corte (110', 210) caracterizado por que el vastago (101,201) se fija al husillo de dicha máquina herramienta a través de un elemento posicionador angular (103) .

6. Herramienta de corte único, según la reivindicación anterior, caracterizada por que dicho cuerpo (204) comprende al menos dos dientes (220), cada diente con un filo de corte (210) específico, y seleccionable por programación mediante la rotación de la herramienta para el posicionado, de forma automática y continua, del filo (210) perpendicular a la trayectoria a mecanizar.

7. Herramienta de corte único, según la reivindicación anterior, caracterizada por que los dientes o aristas (210) de corte son insertos fijos o intercambiables anclados mecánicamente sobre el cuerpo de la herramienta.

8. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizada por que las aristas (210) de corte se encuentran situadas a distintas distancias del eje (200) del cuerpo (204) .

9. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 8, caracterizada por que las aristas (210) de corte se encuentran situadas en posiciones angulares asimétricas con respecto al eje (200) del cuerpo (204) .

10. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada por que los dientes (220) tienen distintas geometrías de corte, aristas, radios de punta o rompe virutas.

11. Herramienta de corte único según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 caracterizada por que las aristas (210) tienen distintos ángulos de corte,

12. Herramienta de corte único según la reivindicación 5, caracterizada por que el cuerpo (104) comprende un único diente (120) con doble filo (110) de corte a derecha y a izquierda, y porque la confluencia de ambos filos de corte se sitúan en el eje de giro (200), o muy próximo a él, de la herramienta.

13. Herramienta de corte único según la reivindicación 5, caracterizada por que comprende un único diente (120) con un único filo de corte (110) susceptible de mecanizar a la vez que rotar al girar el husillo donde se aloja y por que el filo de corte (110) está situada en un plano que contiene el eje de giro (200) de la herramienta, o muy próximo a él, y su vértice está en el eje de giro (200), o muy próximo a él. 14. Máquina de mecanizado para ejecutar el procedimiento de las reivindicaciones anteriores y que incorpora cualquiera de las herramientas de corte de las reivindicaciones anteriores.

5 , Procedimiento de mecanizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 sobre una superficie plana, con la máquina de la reivindicación 14, caracterizado por que dicha herramienta describe una trayectoria recta hasta el final del recorrido, a continuación dicho CNC ordena un giro de 160° de la herramienta, y a continuación se inicia otra trayectoria recta de retorno desfasada el equivalente al avance por diente (Az) del fresado convencional,

6. Procedimiento de mecanizado según la reivindicación anterior, caracterizado por que dicha herramienta describe una trayectoria de curva en espiral plana con una espiral de paso equivalente al avance por diente (Az) con giro simultaneo de la herramienta para que ésta se encuentre siempre perpendicular a la trayectoria que está describiendo y arrancando la viruta en corte continuo.

17. Procedimiento de mecanizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 sobre una superficie 3D, con la máquina de la reivindicación 14, caracterizado por que dicho CAM calcula para cada ángulo y radio la tercera coordenada en dicha superficie 3D de la pieza mecanizando dicha herramienta una trayectoria circular o en espiral. 18. Procedimiento de mecanizado por cepillado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 sobre una superficie 3D ondulada de una pieza, con la máquina de la reivindicación 14, caracterizado por que dicho CAM calcula las curvas de intersección de planos paralelos separados por el equivalente al avance por diente (Az) con la superficie de dicha pieza obteniendo sobre los planos las trayectorias que debe realizar la herramienta, y los datos de dichas trayectorias son enviadas a la máquina CNC para que gestione los movimientos necesarios de los ejes controlados para la orientación de la herramienta.

Description:
PROCEDIMIENTO , MAQUINA Y HERRAMIENTAS DE CORTE PARA

MECANIZADO CONTINUO

OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un procedimiento mecanizado de metales y otros materiales en la fresador centros de mecanizado y otras máquinas herramientas.

La presente invención se refiere también a una máquina herramienta para la ejecución del este procedimiento y en la que se montan herramientas de corte que arrancan la viruta en corte continuo.

También, la presente invención se refiere a una herramienta de corte único que dispone de múltiples dientes, cada uno con uno o más filos de corte fijados al mismo. Se trata de múltiples filos posicionales (es decir, el mecanizado continuo se realiza con un único filo de corte elegido y posicionado para mecanizar; en algún momento del mecanizado, o al cambiar a otra operación de mecanizado, se puede elegir posicionar otro de los filos de corte de forma rápida sin necesidad de cambio de la herramienta) , y de aplicación en la máquina y procedimiento objetos de la presente invención.

Por último, la presente invención se refiere a una herramienta de corte único que dispone de un único diente con uno o dos filos de corte en el mismo, y de aplicación en la máquina y procedimiento objetos de la presente invención . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad hay infinidad de tipos de máquinas herramientas para el mecanizado de metales y otros materiales. La mayoría de ellas son la evolución y la combinación de dos tipos de máquinas convencionales, torno y fresadora, a máquinas con tecnología Control Numérico (CNC) ; el torno con movimiento rotativo de la pieza a fabricar y corte continuo, y la fresadora con movimiento rotativo de la herramienta sobre la pieza con corte discontinuo. Otra máquina en desuso es la cepilladora, con movimiento lineal alternativo; En esta máquina en el retroceso la herramienta no arranca material, por lo que el retroceso es un movimiento improductivo .

En las máquinas de CNC se programan las trayectorias que debe realizar la herramienta para conseguir la geometría deseada en la pieza. El ordenador de la máquina, junto con la electrónica necesaria, gestiona los movimientos de los carros (ejes controlados) mediante los motores eléctricos . Las trayectorias de la herramienta pueden no ser programadas en el CNC de la máquina, sino calculadas por programas de fabricación asistida por ordenador (CAM) a partir del diseño asistido por ordenador (CAD) de la pieza y transferidas a la máquina de CNC. Será nuevamente la electrónica de la máquina (placas electrónicas, autómatas, variadores de velocidad, regletas, encoders...) la que controlen las velocidades y aceleraciones de los motores para conseguir la trayectoria calculada por el CAM y obtener la geometría deseada en la pieza.

En los CNC se dispone de las funciones ISO G41, G42 y G43, compensación de radio de herramienta a izquierda, compensación de radio de herramienta a derechas y compensación de longitud de la herramienta. Esta funciones "G" el CNC y el CAM las tienen en consideración para el cálculo de la trayectoria del eje de la herramienta.

Actualmente el mecanizado de piezas prismáticas y superficies complejas se basa en el mecanizado por fresado; giro de la herramienta de corte y desplazamiento relativo pieza-herramienta; desplazamiento en uno, dos, tres o más ejes (desplazamientos en las coordenadas cartesianas y giros de pieza/cabezal de la máquina) . La herramienta tiene una o múltiples aristas de cortes y el mecanizado es discontinuo. La velocidad de rotación de la herramienta está en función de su diámetro y de la velocidad de corte, y ésta, principalmente, en función del material de la herramienta y del material de la pieza. La velocidad de desplazamiento de la herramienta (avance, mm/min) es el producto del avance por arista de corte (mm/z) número de dientes (Z) y velocidad de rotación de la herramienta (rpm) .

El corte discontinuo de la fresadora, y las máquinas con herramientas rotativas en general, tiene menor rendimiento que el corte continuo del torno. En el corte discontinuo cada diente de la herramienta corta porciones de viruta; en la formación de la viruta discontinua el corte se inicia o bien se finaliza con espesor cero, con la consiguiente problemática de esfuerzos sobre la máquina y la herramienta, deformaciones de la pieza y herramienta y desgastes de la herramienta. La trayectoria de las aristas de corte en la herramienta de fresado es aproximadamente circular (curva cíclica) y tangente a la superficie de la pieza a mecanizar. Para avances grandes o medianos la calidad superficial es baja.

En los tratados de máquinas herramientas, así como en los prontuarios de máquinas se describen los conceptos de avance, velocidad de corte. La velocidad relativa pieza- herramienta se le denomina avance. En los prontuarios encontramos la ecuación que determina el avance de la herramienta en función de las variables que le afecta, así :

Avance = Az * Z * N (mm/min) Donde :

N = 1000 * Ve / n * D (revoluciones de La herramienta) Az= Avance /diente (mm/Z)

Z= número de dientes de la herramienta (Z)

Vc= Velocidad de corte (m/min)

D=diámetro exterior de la herramienta (mm) Así, a modo de ejemplo, para unos valores tipo de: Az = 0,1; Z = 4; D = 14

Aplicando las fórmulas anteriores: Avance ¾ 9,1 * Ve (mm/min)

En cuanto a las herramientas de corte de las máquinas herramientas para mecanizado, en la actualidad hay infinidad de tipos de herramientas de corte para el mecanizado de metales y otros materiales. La mayoría de ellas son la evolución de las clásicas herramientas de acero al carbono que el artesano forjaba. Las herramientas de corte se pueden clasificar en dos grandes grupos atendiendo a la forma de trabajar, herramientas de corte único empleadas principalmente en el torno y la cepilladora, y herramientas rotativas de corte múltiple usadas principalmente en la fresadora centros de mecanizado y tornos con herramienta motorizada. Actualmente no siempre es fácil distinguir entre torno y fresadora, nos encontramos con máquinas que combinan las dos formas de trabajar; en cualquier caso, independientemente de la máquina, se dice que se tornea cuando la pieza gira y una herramienta con una arista o filo de corte se desplaza arrancando viruta (corte continuo) , y se dice que se fresa cuando la herramienta, con uno o varios filos de corte, está girando respecto de su eje y se produce un movimiento relativo entre la pieza (corte discontinuo) .

Las máquinas herramienta de mecanizado actuales disponen de múltiples herramientas intercambiables por programación para abordar las distintas operaciones de mecanizado, en la torreta en el caso del torno y en el almacén de herramientas en el caso de los centros de mecanizado, los cambios de herramienta, especialmente en fresadora, generan un tiempo improductivo representativo. Para poder cambiar de herramienta es necesario que la herramienta se encuentre en el cargador, lógicamente ocupando una posición del cargador. En la fresadora y centros de mecanizado los filos múltiples de la herramienta está construidos o dispuestos de forma que el conjunto de dientes o filos configuran una generatriz de giro respecto del eje de la herramienta con la que se mecaniza, el arranque de material se produce por la rotación de la herramienta.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es un nuevo procedimiento de mecanizado en máquinas herramientas.

El procedimiento objeto de la invención consiste en el mecanizado de superficies por cepillado en continuo. La arista de corte la herramienta describe las trayectorias rectas o curvas, según la geometría de la pieza, y se mantiene siempre perpendicular a la trayectoria que realiza, e incluso puede que perpendicular a la superficie a mecanizar si la máquina dispone de ejes controlados para la orientación de la herramienta. Para una fácil interpretación se toma como referencia y aplicación el mecanizado en la fresadora, si bien el procedimiento de mecanizado objeto de esta invención puede ser aplicable a otras máquinas que trabajan con herramientas de corte rotativas, como por ejemplo tornos con herramientas motorizadas.

En la presente invención, el movimiento relativo herramienta/pieza se realiza de tal forma que la arista de corte de la herramienta describe las trayectorias necesarias para el mecanizado de la pieza; la arista de corte de la herramienta, durante el mecanizado, está siempre en contacto con la pieza. El CNC de la máquina, junto con la electrónica y los motores, gestionan el movimiento de los carros (ejes) de la máquina para que la arista de la herramienta describa las trayectorias de corte, y en su movimiento arranque el material sobrante conformando asi la pieza. La arista de la herramienta se mantiene en contacto con la pieza, por lo que el corte de viruta es continuo.

Para geometrías de mecanizado sencillas se puede realizar la programación en el CNC de la máquina. Las funciones G41, G42, y G43 del CNC son de aplicación para el cálculo de las trayectorias del centro de la herramienta. Para geometrías de mecanizado complejas con un CAM se calculan lar trayectorias de la herramienta y se transmite a la máquina las coordenadas de los puntos por los que se debe desplazar la herramienta. En el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, el CAM realiza el cálculo de las trayectorias al igual que lo hace para el fresado en CNC convencional, pero además el CAM calculará el giro a dar a la herramienta para que se mantenga en todo momento perpendicular a la trayectoria a realizar. En máquinas de cinco o más ejes se contempla que el CAM realice el cálculo de los giros a dar en uno o más ejes que orientan la herramienta para que el filo de la herramienta se mantenga normal a la superficie a mecanizar .

Al realizar el mecanizado por cepillado con una herramienta colocada en el husillo principal de la fresadora, se podrá poner a girar el husillo, y la herramienta de cepillado pasará a trabajar como una herramienta rotativa. El paso de cepillado a fresado se puede realizar en cualquier momento desde el mismo programa de CNC, por lo que en el mecanizado de una pieza se puede pasar del fresado al cepillado y viceversa las veces que interese. Se prevé que el fresado cepillado en la fresadora (y otras máquinas con herramientas rotativas) disponga de distintas estrategias de mecanizado. La estrategia de mecanizado más simple seria la necesaria para la realización de un chaflán o radio de una arista recta; en este caso la herramienta describirá un movimiento según una trayectoria recta en la posición según la forma a mecanizar con la velocidad de desplazamiento (avance) según el material a mecanizar y material de la herramienta. Asi mismo la arista a redondear o achaflanar podrá ser una linea cualquiera (Figura 6) .

Otra estrategia es el mecanizado de una superficie plana por zig-zag (Figura 7) . La herramienta describe una trayectoria recta hasta el final del recorrido, en esa posición el CNC ordena el giro de 180° de la herramienta y se inicia la trayectoria recta de retorno desfasada el equivalente al avance por diente (Az) del fresado convencional . En los mecanizados en zig-zag la herramienta debe tener dos aristas de corte, si las aristas de corte están muy cercanas al centro de la herramienta (diámetro de corte pequeño y mecanizado en punta de la herramienta) se podrá trabajar sin compensación de radio de la herramienta. Cuando la herramienta tiene un diámetro significativo el CNC o el CAM trabajará con compensación de radio de la herramienta, y la compensación de radio a izquierdas G41 o a derechas G42 cambiará en cada sentido de la trayectoria .

La misma superficie plana anterior se puede mecanizar mediante una trayectoria de curva en espiral plana (Figuras 10 y 11) (indistintamente de dentro a fuera que de fuera hacia dentro) . Para ello, bien el CNC de la máquina o bien el programa CAM calculará la trayectoria a describir por la herramienta (espiral de paso Az) asi como el giro simultaneo de la herramienta para que ésta se encuentre siempre perpendicular a la trayectoria que está describiendo y arrancando la viruta en corte continuo . En el mecanizado en espiral 3D, el CAM calculará para cada ángulo y radio (cálculo por coordenadas polares) la tercera coordenada en la superficie de la pieza a mecanizar. El cálculo se puede realizar con incrementos de ángulo, y cada 360° incremento de radio, (trayectoria circular) o bien con incrementos de ángulo y radio simultáneamente (trayectoria en espiral) .

Otra estrategia de mecanizado de la presente invención es la necesaria para el mecanizado por cepillado de superficies onduladas (figura 8) . Preferiblemente el cálculo de trayectorias se realiza con el CAM. El CAM calcula las curvas de intersección de planos paralelos separados "Az" con la superficie de la pieza, obteniendo sobre los planos las trayectorias que debe realizar la herramienta. Esas trayectorias calculadas son enviadas a la máquina CNC para que gestione los movimientos necesarios de los ejes. Una estrategia parecida a la anterior es la necesaria para el mecanizado de superficies complejas como la de la Figuras 9 y 12. Con la presente invención la herramienta mantiene siempre en contacto la arista de corte con la pieza, la dirección del movimiento de avance del filo de la herramienta es en todo momento el de la trayectoria a mecanizar, el corte es continuo, la velocidad de desplazamiento (avance) es mucho mayor; con lo que se mejora la calidad superficial y el tiempo de mecanizado se reduce enormemente en aquellos mecanizados ligeros o de acabados donde la geometría de la pieza y de la herramienta permita su utilización .

La arista de corte de la herramienta está en contacto en todo momento con la pieza, la velocidad de corte es la velocidad de desplazamiento de la herramienta con respecto a la pieza; la velocidad de corte se expresa en m/min; la velocidad de desplazamiento de la herramienta con respecto a la pieza es el avance. Así pues:

Avance = 1000 * Ve (mm/min)

Anteriormente vimos que en el fresado el avance es, aproximadamente, de 9,1 * Ve.

Así pues, para cargas ligeras de mecanizado, y si la estructura y motores de la máquina lo permiten, el avance de mecanizado con el procedimiento de la presente invención es de aproximadamente cien veces (100) el de fresado convencional. Con el procedimiento de mecanizado de la presente invención se pueden realizar trayectorias rectas, circulares, mecanizar superficies planas y onduladas en máquinas de tres ejes coordenados (Χ,Υ,Ζ) . Es imprescindible que la máquina tenga control sobre la posición angular de la herramienta, que se trate de un eje controlado.

En máquinas con cinco o más ejes controlados, además del imprescindible posicionado angular de la herramienta, mediante un potente programa de CAM es posible el mecanizado por cepillado de superficies complejas. En estas máquinas es posible orientar la herramienta perpendicular a la superficie a mecanizar, por lo que la calidad superficial es muy alta y el mecanizado se realiza en mucho menor tiempo que con los otros procedimientos de mecanizado.

En el procedimiento de mecanizado de la presente invención, el corte es continuo, con lo que se puede obtener un buen acabado superficial. Para un óptimo acabado superficial de la pieza la herramienta debe ocupar una posición siempre perpendicular a la superficie a mecanizar en el punto de contacto del filo con la pieza. Para el mecanizado de la pieza de la figura 9 con estas premisas, el CAM, además de calcular la trayectoria de la arista de la herramienta y del cálculo de la orientación angular de la herramienta, debe realizar los cálculos de los giros del cuarto y quinto eje para que la arista de corte de la herramienta se encuentre en todo momento perpendicular a la superficie a mecanizar. Se contempla que para el mecanizado por cepillado se dispongan de otras estrategias, como puede ser el cepillado en espiral 3D. También es objeto de la presente invención una herramienta de corte para metales y otros materiales en la fresadora que arranca el material de forma continua mediante un único filo o arista de corte y que dispone de varias aristas que se podrán seleccionar por programación de máquina. Cada diente de la herramienta (con uno o más filos o aristas) tendrá los ángulos apropiados en función del material a mecanizar y del tipo de operación a realizar; para ejecutar el procedimiento objeto de la presente invención (más arriba descrito) , la herramienta mantiene la orientación relativa con la superficie a mecanizar no variando asi los ángulos de corte durante el mecanizado. En el cuerpo de la herramienta se dispone de dos o más dientes de corte, dientes que pueden estar a distintas alturas, a distinta distancia al eje de giro, dientes en los que las aristas y superficies de corte pueden tener distintos ángulos y/o radios de punta rompe- virutas u otras características diferenciadoras entre dientes. Por tanto cada diente es diferente o específico. Por software y mediante el giro posicional del husillo de la máquina, que gira el cuerpo de la herramienta, se selecciona el diento o la arista que va a trabajar, cada diente, y por tanto la arista de corte seleccionada se comporta como una herramienta de corte único, cada diente tendrá preferentemente unas características de corte o tipo de operación distintos; así a modo de ejemplo, un diente arista o filo, tendrá una geometría para desbastes y otro diente, arista o filo tendrá una geometría para acabado, puede un diente realizar operaciones de planeado y otro de ranurado .

Con la presente invención el cuerpo de la herramienta dispone de varios dientes (con sus respectivas aristas de corte) que se comportan como distintas herramientas seleccionables de corte único. El cambio de diente (herramienta) se realiza mediante el giro posicional del eje de la máquina en el que va alojada, por lo que el cambio es instantáneo; en el cuerpo de una herramienta tenemos varias herramientas de corte único que solo ocupan una posición en la torreta o en el carrusel de herramientas . Esta herramienta puede disponer de un elemento posicionador angular para su fijación al usillo o cabezal de la máquina herramienta. Este elemento posicionador angular puede ser, por ejemplo, un amarre HSK, cono ISO o WELDON o equivalente según el estado de la técnica que garantice la posición espacial y angular de la herramienta respecto al husillo de la máquina herramienta .

También es objeto de la presente invención una herramienta básica de cepillado neutra compuesta de un vástago (101) unido a un cuerpo (104) el cual presenta un diente único (120), el cual puede presentar una único filo (110) o arista de corte, o dos filos de corte (110', 110") . El vástago (101) se ancla a un elemento posicionador angular (103) de amarre al cabezal o husillo de la máquina herramienta. En el caso de dos filos de corte o aristas, en su zona de confluencia, para mejorar la resistencia de la herramienta y el acabado del mecanizado, se dispone un radio de encuentro o una faceta o ambos. Este encuentro entre ambos filos se produce en el eje de giro del cabezal o usillo de la máquina. Con el doble filo sobre el mismo diente se puede trabajar tanto a derechas como a izquierdas. Esta herramienta es susceptible de mecanizar a la vez que rotar al girar el husillo de la máquina en la que se aloja.

En el caso de que esta herramienta básica tenga un único filo de corte, éste estará centrado (o muy próximo) a un plano que contenga al eje de giro del cabezal o usillo de la máquina. De esta forma se consiguen muy bajos momentos de torsión sobre la herramienta, y el cabezal de la máquina podrá orientarse fácilmente, de forma continua, de forma que la herramienta se mantenga en todo momento perpendicular a la trayectoria a mecanizar como se describe en el procedimiento objeto de la presente invención. Esta herramienta es idónea para la ejecución de distintas geometrías de corte en las que, por ejemplo, se pueden obtener ángulos de desprendimiento muy positivos .

En realidad, la primera herramienta objeto de la invención descrita más arriba, es una variante de la herramienta básica objeto también de la presente invención, en la que a la herramienta básica se le han añadido dientes adicionales al cuerpo con un único filo cada diente. El elemento posicionador angular (103) va a permitir el mecanizado en corte continuo (cepillado) y de mecanizar como herramienta rotativa (fresado) a la vez que se produce e giro del husillo de la máquina en la que se alo a .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Figura 1: representación del mecanizado en un torno de una pieza según la técnica actual.

Figura 2: representación del mecanizado en fresadora de una pieza según el estado de la técnica actual. - Figura 3: representación del mecanizado por contorneado de una pieza mediante fresado del estado actual de la técnica con una herramienta rotativa de tres dientes en un fresado CNC convencional.

Figura 4: representación del contorneado de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención .

Figura 5: representación del contorneado de una pieza con una herramienta de múltiples filos de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención .

Figura 6: representación del redondeado o achaflanado de una arista curva de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte con un elemento posicionador según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención.

Figura 7 : representación del planeado de una superficie inclinada de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención.

Figura 8 : representación del planeado de una superficie ondulada de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en zig-zag. - Figura 9: representación del planeado de una superficie compleja de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención. - Figura 10: representación del mecanizado de una superficie de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención con una estrategia en espiral cuadrada.

Figura 11: representación del mecanizado de una superficie de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención con una estrategia en espiral de Arquimedes. Figura 12: representación del mecanizado de una superficie irregular de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención con una estrategia planos en Z.

Figura 13: vista de un corte transversal del cuerpo de una herramienta objeto de la presente con cuatro dientes, con cada filo o aristas de corte estando a distinta distancia del centro, irregularmente dispuestas y con distintos ángulos de corte. Se trata e la herramienta de corte de la figura 5.

Figura 14: vista de una perspectiva de la herramienta de corte multidiente de las figuras 13 y 5.

Figura 15: vista de una perspectiva de la herramienta básica con un diente con dos filos o aristas de corte. - Figura 16: vista de una perspectiva de la herramienta básica con un diente con un único filo o arista de corte .

EXPOSICIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN.

A continuación se describe el estado de la técnica del mecanizado en torno, fresadora y con herramienta de corte rotativa multi-filo (o multi-diente ) , y varias alternativas o estrategias de ejecución del procedimiento objeto de la presente invención. También se describe varias realizaciones de las herramientas objeto de la presente invención y aplicables en el procedimiento y maquina herramienta objeto de la presente invención. Todo ello ha de entenderse en sentido amplio y no limitativo.

La Figura 1 representa el mecanizado en el torno de una pieza según la técnica actual, la pieza de revolución (1) gira y tiene asi el movimiento de corte, la herramienta de corte único (2) se desplaza con una velocidad que llamamos avance, se trata de un corte continuo.

La Figura 2 se representa el mecanizado en fresadora de una pieza según el estado de la técnica actual, se trata de un mecanizado de una superficie plana sobre una pieza prismática (3) . La herramienta rotativa (4) gira, con lo que la herramienta dispone del movimiento de corte; la máquina proporciona un movimiento relativo herramienta- pieza, movimiento denominado avance de mecanizado. La combinación del giro de la herramienta y del desplazamiento relativo, la herramienta arranca porciones de material. Tal como se puede apreciar en la figura se trata de un corte discontinuo y la viruta es de sección variable . En la Figura 3 se representa el mecanizado por contorneado de una pieza (5) mediante fresado actual con una herramienta rotativa (4) de tres dientes en un fresado CNC convencional. El giro de la herramienta proporciona la velocidad de corte "Ve". El CNC calcula y controla los carros (ejes) para que el centro de la herramienta describa la trayectoria del centro de la herramienta (7) . Técnicamente, la velocidad de desplazamiento de la herramienta se le llama avance de mecanizado. Al rotar la herramienta, el corte es discontinuo. Cada diente arranca una porción de material y la herramienta se desplaza el avance por diente "Az". En cada vuelta la herramienta se desplaza el avance por vuelta "a v ", por tanto a v =Az*Z La velocidad de desplazamiento, "avance", se expresa en mm/min .

Avance= Az*Z*N En la Figura 4 se representa el contorneado de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, representa la realización del contorneado de una pieza (5) con una herramienta de un solo filo de corte (6) . El vector centro de la herramienta-arista de corte está en todo momento perpendicular a la trayectoria a mecanizar. El CNC de la máquina calcula la trayectoria a describir en centro de la herramienta (linea a trazo y punto en la figura) y del giro de la herramienta para que la arista de corte se mantenga en la linea de la trayectoria a mecanizar; la electrónica de la máquina hace que los ejes giren con las velocidades y aceleraciones necesarias. El corte de material es continuo .

La Figura 5 representa el contorneado de una pieza con una herramienta de múltiples filos de corte, según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, en el que solo se emplea un filo o arista de corte. Se esquematiza el mecanizado por contorneado de una pieza (5) mediante el procedimiento de cepillado objeto de la presente invención, en el que una herramienta (6) con tres aristas de corte realiza el contorneado, si bien utiliza una única arista para realizar el mecanizado por cepillado en corte continuo. El CNC de la máquina calcula la trayectoria del centro de la herramienta (6) y el giro a dar a la herramienta para que el vector centro de la herramienta-arista de corte se mantenga perpendicular a la trayectoria a mecanizar. El movimiento de corte lo tiene el filo de la herramienta en su desplazamiento, y coincide con el movimiento de avance de un fresado.

En esta Figura 5 se representa una herramienta con tres aristas de corte asimétricas. Por programación en máquina, podemos seleccionar la arista de corte con la que queremos trabajar. La herramienta puede tener unas aristas de corte para desbastes y otras para acabado, por ej emplo .

Como se puede observar en la figura, el avance de mecanizado (las unidades de medida normalizadas son mm/min) es igual a la velocidad de corte, (las unidades de medida normalizadas son m/min) por lo tanto, la velocidad de desplazamiento (avance) puede tener valores muy altos. Avance=1000*V c (mm/min)

La Figura 6 representa el redondeado o bien achaflanado de una arista curva de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención. La operación de mecanizado consiste en el redondeado/achaflanado de una arista con una geometría cualquiera (8) de una pieza (5) con el procedimiento de cepillado en la fresadora objeto de la presente invención. La herramienta (6) tiene una arista de corte con la forma del radio o forma del encuentro entre las superficies de la pieza. La herramienta se desplaza de forma que la arista de corte está siempre normal a la trayectoria a mecanizar. El posicionado de la herramienta en la máquina y el giro preciso de la herramienta es posible debido a que la herramienta dispone de un elemento de posicionado (9) en la máquina. La máquina, mediante motores y encoders, dispone de un control sobre el giro y posicionado del husillo donde se aloja la herramienta.

La Figura 7 representa el planeado de una superficie inclinada de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en zig-zag. Se esquematiza el proceso de mecanizado por cepillado en la fresadora de una superficie plana inclinada de una pieza (5) . La herramienta parte de un punto (10), se desplaza en rápido hacia la pieza y comienza a realizar las trayectorias de mecanizado (7) . Al final de cada trayectoria la herramienta gira 180° y realiza la compensación del radio, si es el caso, para realizar una trayectoria en sentido inverso a la anterior. La distancia entre trayectorias es el equivalente al avance por diente en el fresado con herramienta rotativa. La Figura 8 representa el planeado de una superficie ondulada de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en zig-zag. Se esquematiza el proceso de mecanizado por cepillado en la fresadora de una superficie ondulada de una pieza (5) . El CNC calcula y controla el desplazamiento de la herramienta sobre las trayectorias curvas (7); al final de cada trayectoria la herramienta gira 180° y realiza la compensación del radio, si es el caso, para realizar una trayectoria en sentido inverso a la anterior. En la figura las trayectorias se calcularon en dirección longitudinal, si bien pueden ser transversales o en cualquier otra dirección.

La Figura 9 representa el planeado de una superficie compleja de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en zig-zag. Se esquematiza el proceso de mecanizado por cepillado en la fresadora de una superficie compleja de una pieza (5) . El CAM calcula las intersecciones de planos paralelos, distantes el equivalente al desplazamiento por pasada del fresado, con la superficie a mecanizar obteniendo las trayectorias curvas complejas (7); El CNC gestiona los ejes para que la arista de la herramienta se desplace por las trayectorias calculadas. Al final de cada trayectoria la herramienta gira 180° y realiza la compensación del radio si es el caso, para realizar una trayectoria en sentido inverso a la anterior.

La Figura 10 representa el mecanizado de una superficie de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en espiral cuadrada . Se esquematiza el proceso de mecanizado de una superficie de una pieza con una estrategia de mecanizado en espiral rectangular .

En las trayectorias en espiral la compensación del radio no sufre modificaciones, la compensación es siempre a derecha o a izquierdas según el caso.

La Figura 11 representa el mecanizado de una superficie de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención, con una estrategia en espiral de Arquimedes. Se esquematiza el mecanizado de una superficie de una pieza con una estrategia de mecanizado en espiral de Arquimedes, que será plana si la superficie a mecanizar es plana y será en 3D si la superficie a mecanizar no es plana.

La Figura 12 representa el mecanizado de una superficie irregular de una pieza con una herramienta de un solo filo de corte según el procedimiento de mecanizado objeto de la presente invención con una estrategia planos en Z. Se esquematiza el mecanizado de una pieza (5) con una superficie a mecanizar cualquiera. En esta figura el CAM corta la superficie a mecanizar por planos horizontales paralelos; la intersección de los planos con la superficie a mecanizar da el equivalente a las curvas de nivel (15); estas curvas calculadas por el CAM son las trayectorias que describirá la arista de la herramienta durante el procedimiento de mecanizado por cepillado en la fresadora. Este tipo de geometrías mostrada en la figura son típicas en los diseños y mecanizados de moldes . El procedimiento de mecanizado por cepillado en la fresadora podrá acometerse en una máquina herramienta de cuatro ejes controlados para el mecanizado de geometrías 3D. De los cuatro ejes, tres ejes para el movimiento de la pieza más un cuarto eje para el giro necesario para la orientación de la herramienta consiguiendo así que la herramienta se encuentre en todo momento perpendicular a la trayectoria a mecanizar. Dos ejes, X Y por ejemplo, controlan el movimiento de la trayectoria en un plano o nivel; el cambio de nivel se realiza con el tercer eje; el cuarto eje orienta la herramienta.

Para una mayor calidad superficial se puede realizar el mecanizado de este tipo de geometrías en máquinas de cinco o más ejes. La ventaja de disponer de más ejes controlados radica en que la arista de la herramienta, además de desplazarse perpendicular a la trayectoria, se posiciona perpendicular a la superficie a mecanizar en el punto en contacto. Se contempla que el CAM pueda realizar otros cálculos de trayectorias con otras estrategias, como pueden ser con planos formando ángulos cualesquiera o variando la distancia de los planos de intersección con la superficie en continuo, lo que sería algo similar a una espiral en 3D.

Para superficies complejas, este tipo de estrategias fácilmente obligará a que la máquina disponga de seis ejes controlados, tres ejes coordenados, dos ejes de inclinación de mesas y/o cabezal y un eje de control de posición angular de la herramienta. Asi, sobre una fresadora de CNC, en la que el control numérico gestiona dos o más ejes, la herramienta incide sobre la pieza a mecanizar de forma que el vector que une el centro de la herramienta con la arista de corte de la herramienta es perpendicular a la superficie a mecanizar en el punto de contacto, el control numérico actúa sobre los ejes para que el movimiento relativo pieza herramienta sea tangente en todo momento a la superficie a mecanizar. El corte es continuo, similar al cepillado pero sin movimiento de retroceso, las trayectorias pueden ser en un plano o bien pueden ser espaciales.

Un software de CAM o bien el Control Numérico Computerizado (CNC) de la máquina realiza los cálculos necesarios para ordenar los movimientos de los ejes de la máquina de forma que la trayectoria del filo de la herramienta sea tangente a la superficie de la pieza, simultáneamente el CNC realiza los cálculos y controla la posición angular del husillo para que la herramienta tenga la orientación correcta, esto es, que el vector centro de la herramienta-arista de corte sea perpendicular a la trayectoria a mecanizar.

Al realizar corte continuo tangente a la pieza, el avance (velocidad de desplazamiento de la herramienta) se corresponde con la velocidad de corte característica para los materiales de la herramienta y de la pieza. La velocidad relativa del desplazamiento de la herramienta con respecto a la pieza es el avance de mecanizado. Por el tipo de movimiento relativo herramienta pieza, la velocidad de desplazamiento es igual a la velocidad de corte "Ve".

Ve (m/min) , Avance = 1000 * Ve (mm/min)

De los prontuarios, sabemos que en la fresadora convencional, las revoluciones "N" a programar en máquina son: N = 1000 * Ve / n * D

De la misma forma que en el fresado: Avance = Az * Z * N Para un supuesto en una fresadora en la que fijamos valores típicos de:

Az = 0,l - Z = 4 - D = 14

Aplicando las fórmulas anteriores: Avance « 9 , 1 * Ve (mm/min)

Para el anterior supuesto, el avance de mecanizado con la presente invención es de aproximadamente cien veces el avance en el fresado convencional con herramienta rotativa. En el fresado convencional Avance=9, l*Vc, frente a un Avance =1000*Vc en el cepillado.

Así pues con el procedimiento objeto de la presente invención la calidad superficial es mayor, se puede conseguir una importantísima reducción de tiempos de mecanizado y el desgaste del filo de la herramienta es menor . En las figuras 13 y 14 se observa una de las herramientas de corte objeto de esta invención se compone de vástago (201) o zona de amarre con el husillo de la máquina, de un cuerpo (204) y de unos dientes (220) con sus filos o aristas de corte (210) .

Preferentemente el vástago (201) tendrá un amarre HSK, un cono ISO, un WELDON o sistema equivalente que garantice la posición espacial y angular de la herramienta relativa al husillo de la máquina. El cuerpo (204) de la herramienta se diseña y fabrica en función del tipo de mecanizado con la forma y dimensiones que permitan el acceso a la zona a mecanizar y tenga la robustez apropiada. En el extremo del cuerpo se sitúan los dientes (220) con sus filos o aristas de corte (210) de la herramienta, dientes que de forma preferente tienen distintas características geométricas para realizar distintas operaciones de mecanizado. Cada diente arista o filo de la herramienta se comportará como una herramienta de corte único.

Al poder tener distintas geometrías de corte, (aristas, radios de punta, rompe virutas...) con la misma herramienta se pueden realizar operaciones de desbaste y de acabado.

Al poder tener distintos ángulos de corte (en las aristas o en las superficies) se pueden mecanizar en distintas condiciones o en distintos materiales. Al poder tener los filos distintas geometrías se pueden realizar con la misma herramienta distintas operaciones de mecanizado, como pueden ser: de contorneado, de superficies, de mandrinado, de ranurado, de roscado... La posibilidad de que los dientes (210) de la herramienta se encuentren en distinta posición angular o a distintas distancias del eje (200) de la herramienta permite más posibilidades de selección de operaciones de mecanizado sin que los otros dientes interfieran o dificulten el acceso de la herramienta a zonas limitadas de espacio en la pieza. Los dientes de la herramienta podrán estar tallados sobre el cuerpo (220), soldados o ser insertos fijos o intercambiables (como en la figura 14) .

Los dientes (210) de la herramienta se encuentran en una posición angular definida y referenciada respecto del vástago (201) de amarre para que el CNC gestione la selección del diente (herramienta) mediante el giro posicional del husillo de la máquina. En las figuras 15 y 16 se observa la herramienta básica de cepillado neutra compuesta de un vástago (101) unido a un cuerpo (104) el cual presenta un diente único (120), el cual puede presentar una único filo (110) o arista de corte (figura 16), o dos filos de corte (110', 110") (figura 15) . El vástago (101) se ancla a un elemento posicionador angular (103) de amarre al cabezal o husillo de la máquina herramienta. El elemento posicionador angular (103) puede ser un amarre HSK, cono ISO o WELDON o equivalente según el estado de la técnica que garantice la posición espacial y angular de la herramienta respecto al husillo de la máquina herramienta. El cuerpo (104) de la herramienta se diseña y fabrica en función del tipo de mecanizado con la forma y dimensiones que permitan el acceso a la zona a mecanizar y tenga la robustez necesaria para los trabajos de mecanizado y cepillado a realizar .