HERRAMIENTAS BASADO EN BROQUERO

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está relacionada con la industria mecánica y más específicamente con la industria de las máquinas- herramienta que integran sistemas automáticos para el intercambio de herramientas. Su aplicación directa es en todo tipo de taladros, fresadoras, tornos y sistemas de control numérico computarizado , sobre todo en aquellos de prototipado rápido o uso ligero como son los miniCNC.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el mercado existen numerosos métodos para el intercambio de herramientas, casi todos basados en cono-succión, sin embargo esto requisita la presencia de una compresora neumática o hidráulica. De esta manera la ventaja de la invención presentada es que solo requisita componentes de uso estandarizado, como lo son los broqueros accionados mediante engranaje o tuerca.

Respecto a sus componentes, como ya se indicó, existen dos tipos de broquero, el de engrane y el de tuerca o broquero rápido, el primero utiliza una llave engranada para abrir o cerrar su boquilla y el segundo puede realizarse de manera manual o con pinzas. La presente invención automatiza el proceso de apertura y cierre de estas tecnologías manuales.

Cabe mencionar que los métodos no neumáticos conocidos utilizan combinación de levas-resortes, para replicar la operación neumática, uno de estos puede consultarse en: "intercambiador automático de herramientas para un CNC rotulador de PCBs tipo cartesiano con ejes mecánicamente independientes" tesis Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas del Instituto Politécnico Nacional, 2011 de Judith Mayte Flores Pérez.

Una ventaja de nuestro diseño radica en que el desgaste no se da mayoritariamente en el intercambiador sino en la manga o corona del broquero, así como en sus mordazas, de esta forma, el reemplazo se minimiza a piezas comerciales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1, ilustra múltiples vistas (laterales, isométricas, frontales y superior e inferior) del intercambiador automático de herramientas basado en broquero, el cual es motivo de la presente invención.

La figura 2, ilustra una vista isométrica detallada del intercambiador automático de herramientas basado en broquero, el cual es motivo de la presente invención, tanto en el modo broquero rápido como en el tipo estándar o engranado.

La figura 3, muestra el uso de los intercambiadores aplicados a una maquina fresadora CNC.

La figura 4, ilustra una variante utilizando un ojal para el correcto guiado de las herramientas cuando la herramienta a colocar no esta adecuadamente alineada. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un intercambiador automático de herramientas basado en broquero, su finalidad es permitir el reemplazo de manera automática de herramental para máquinas herramienta (es decir brocas, fresas, cortadores, etc), consiste en una combinación motorizada de sujetadores y accionadores , el intercambio se realizara con el eje motriz de la máquina herramienta (conocido como spindle) en paro, una vez realizado el cambio, se accionara nuevamente el spindle.

La presente invención se compone de una estructura conformada por al menos 5 componentes y sus variantes o fusiones:

1) El broquero, que es el objeto de automatización, consiste en un elemento de simetría radial utilizado para el agarre y operación de una herramienta, los hay con engranajes para su apertura o cierre mediante una llave igualmente engranada y y los hay roscados para su apertura y cierre con contratuerca, estos últimos son denominados "broqueros rápidos" .

2) El mecanismo sujetador, cuya finalidad es permitir sujetar el broquero para efectuar su apertura por medio de la llave o de la contratuerca, su importancia radica en que los broqueros para abrir o cerrar su boquilla necesitan frenarse respecto al eje motriz principal.

3) El mecanismo de llave, contratuerca o apertura-cierre, su objetivo es que mediante fricción de tuercas o engranaje permite abrir y cerrar la boquilla del broquero. 4) El mecanismo de rieles automáticos, tiene el objetivo de colocar el mecanismo sujetador y el de llave en el broquero para poder realizar el intercambio automático de herramientas .

5) El mecanismo ubicador, que está adaptado para posicionar espacialmente al broquero y a la llave de forma, en el caso de usar broqueros engranados, es necesario tener un ubicador de posición de referencia para poder embonarlos, esto se hace apoyándose de un control electrónico que comprende sensores magnéticos, capacitivos, reflectivos o inductivos según la aplicación, por ejemplo un sensor de efecto hall.

Uso de la variante con broquero engranado

El sistema ubicador (5), coloca el broquero (1.1) respecto a la llave (2.2) o bien la llave respecto al broquero en una posición que facilite el acople de sus respectivos engranes (1.2) (2.3), una vez logrado el enganche, el sistema de guiado del reemplazador (3.1) que puede estar en el propio cuerpo del broquero o fuera del mismo, posiciona el reemplazador (2.1) de manera que la llave se enganche al broquero, al mismo tiempo el sujetador (4), retiene al broquero, el cual para este fin debe tener un asa, cintura o cualquier otra superficie de agarre (1.3).

Realizada la apertura de la boquilla del broquero, mediante el sistema de guiado de herramental, por ejemplo una mesa C,U,Z (6) procederá a buscar la nueva herramienta en el desposito de herramientas (7), una vez posicionado sobre ella, el sistema de reemplazo realizara el cierre de la boquilla del broquero. Para liberar la herramienta, el broquero se posiciona sobre el espacio que ocupa en la caja de herramientas, una vez colocado, acciona el reemplazador abriendo la boquilla y una vez que libera la herramienta, busca una nueva herramienta repitiendo el proceso de colocación, volviendo a su posición inicial.

El intercambio de herramienta se realiza cuidando la alineación con el broquero, por tal motivo, el broquero cuenta con medios especialmente adaptados para guiar y orientar la herramienta, por ejemplo un ojal como se muestra en la figura 4.

Uso de la variante con broquero encamisado o rápido En este caso el broquero no está engranado pues posee un sistema generalmente constituido de tuercas moleteadas, en una de estas tuercas se le coloca una camisa (RIO) tal que pueda afianzarse el broquero usando un segundo sujetador accionado por servopinzas (R9.1) cuya función sea la misma que los dedos de la mano y este se encuentre fijo a un motor dona (R8.1) (trough hole motor) que permita abrir y cerrar el broquero, este motor dona esta rígidamente apoyado a la base de la mesa XYZ (R6) por medio de postes (R8.2) pero le permite al cabezal de giro (Rl.l) introducirse libremente por su agujero, adicionalmente para lograr movilidad total o giro libre de las servopinzas y lograr mas de una vuelta completa y en consecuencia mas torque aplicado (R9.1) el motor dona puede estar equipado con sliprings (contactores), los cuales permiten a dos cuerpos girar de manera independiente y a la vez transferir electricidad para suministrar servomotores u otro equipo eléctrico-electrónico sin necesidad de cables que puedan trozarse o limiten el movimiento, también puede estar o no equipado con un reductor por ejemplo un tren de engranes, con el fin de suministrar el par necesario para abrir o cerrar el broquero rápido, estando esto en función del apriete del broquero rápido y de la inercia del mismo.

Para evitar que todo el broquero gire durante el intercambio de la pieza y solo lo haga su sistema de apertura, el mismo broquero cuenta con una cintura (R1.3) tal que otra servopinza (R4) pueda sujetarlo y fijarlo.

El mecanismo de apertura (R8.1, R9.2, R9.1), también puede realizarse mediante ruedas de fricción, bandas embragadas (clutch) o cualquier mecanismo equivalente, el giro en un sentido establecido por la aplicación final apretara el empaque roscado al broquero y en el otro sentido lo liberará.

Para su adecuada operación, el intercambiador automático de herramientas, opera cuando las herramientas están inmóviles, es decir, cuando el eje principal no está activado, sin embargo, no hay impedimento para realizarse un cambio dinámico de manera gradual (a bajas velocidades), siempre y cuando no se ponga en riesgo la integridad del herramental.

La estructura principal del intercambiador se fabrica de un material que tenga rigidez mecánica que se elije sin limitar entre materiales ferrosos, aleaciones de acero o aleaciones de aluminio, polímeros que se elijen sin limitar nylamid, vitón, poliacrilamida, polioximetileno , fibra de vidrio o materiales cerámicos siempre y cuando satisfaga los requerimientos de diseño. Aquellos puntos susceptibles a desgaste deben ser resistentes a ese fenómeno físico, en este caso la llave y el broquero. El mecanismo de sujeción debe tener cierta aspereza para evitar que el broquero se zafe durante el intercambio. Los rieles de posicionado deben estar adecuadamente lubricados o bien pulidos .

Las dimensiones, materiales, formas y pesos dependerán de la aplicación final, sin embargo es factible pensar en su uso desde juguetes, herramientas y equipo pesado o de grandes dimensiones, por lo cual se proponen las siguientes dimensiones: pequeño si es menor o igual a 2 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que la contenga, mediano si es mayor que 2 cm y menor o igual a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga y grande si es mayor a 20 cm por lado máximo en una envoltura prismática rectangular que lo contenga; se proponen los siguientes pesos: de bajo peso si el mecanismo es inferior o igual a 100 g, de mediano peso si es mayor 100 g y menor o igual a 600g y de gran peso todos aquellos mecanismos descritos cuyo peso conjunto exceda los 600g.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Uso del intercambiador automático de herramientas basado en broquero para taladros, tornos o fresadoras CNC pequeños de alta velocidad. Es común encontrar taladros pequeños de alta velocidad aplicados a prototipado electrónico, bricolaje, escultura y hasta aplicaciones dentales, recientemente dichos taladros se están implementando en mini maquinas de control numérico CNC, un problema con dichos miniCNCs (minifresadoras) esta en que su intercambio de herramientas es básicamente manual pues aplicar un sistema neumático o hidráulico representaría un gasto enorme comparado a las proporciones de la miniCNC, de esta forma los intercambiadores automáticos presentados, ayudarían a estas tecnológicas a masificarse debido a su grado de automatización, además de reducir riesgos para el usuario en el proceso de intercambio de herramientas.

Uso del intercambiador automático de herramientas como sistemas mecánicos de embrague y frenado. Es común en vehículos y sobre todo en transmisiones encontrar elementos de embrague y desembrague denominados clutch, en este caso es factible pensar en utilizar a este sistema de intercambio automático de herramientas como un clutch que permita separar o unir 2 ejes radiales en rotación o bien si esta unión-separación se realiza de manera gradual utilizarse como un freno.

La invención ha sido descrita suficiente y claramente de manera que una persona con conocimientos medios en la materia pueda reproducir y obtener los resultados que mencionamos en la presente invención. Sin embargo, cualquier persona hábil en la técnica en la que se circunscribe la presente invención puede ser capaz de hacer modificaciones no descritas en la presente solicitud, dichas modificaciones deberán entenderse dentro de los alcances de la invención.