19© OFICINA ESPAÑOLA DEPATENTES Y MARCAS

ESPAÑA

11© Número de publicación: 2 226 40551© Int. Cl.7: B23C 3/00

B23B 35/00B24B 1/00

12© TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA T3

86© Número de solicitud europea: 99931658 .186© Fecha de presentación: 03.06.199987© Número de publicación de la solicitud: 110265387© Fecha de publicación de la solicitud: 30.05.2001

54© Título: Unidad portabroca para producir taladros en piezas de material compuesto reforzado con fibra.

30© Prioridad: 05.06.1998 US 92467

45© Fecha de publicación de la mención BOPI:16.03.2005

45© Fecha de la publicación del folleto de la patente:16.03.2005

73© Titular/es: Novator AB.Stormbyvägen 6163 55 Spaanga, SE

72© Inventor/es: Linderholm, Dag

74© Agente: Esteban Pérez-Serrano, María Isabel

Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, dela mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europeade Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo seconsiderará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 delConvenio sobre concesión de Patentes Europeas).E

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Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid

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DESCRIPCIÓN

Unidad portabroca para producir taladros en pie-zas de material compuesto reforzado con fibra.Antecedentes de la invención

1. Campo de la invenciónLa presente invención se refiere a un aparato pa-

ra producir taladros o entrantes en piezas que puedeincluir láminas planas o curvas de material compues-to reforzado con fibra, metal o combinaciones de lasmismas. Más particularmente, la invención se refierea un aparato como el descrito en el preámbulo de lareivindicación 1.

2. Descripción de la técnica relacionadaLas estructuras para aplicaciones aerospaciales y

otras aplicaciones están constituidas frecuentementepor armazones curvos delgados de diferentes mate-riales tales como aluminio, titanio, acero inoxidabley materiales compuestos reforzados con fibra. En lasaplicaciones estructurales los diferentes componentesse sujetan frecuentemente usando juntas empernadas.Los taladros de perno para estructuras aerospacialestienen un diámetro típicamente de alrededor de 4 - 20mm con requisitos de alta calidad para asegurar la in-tegridad de la estructura.

Los requisitos del taladro están relacionados conla dimensión y el deterioro. Los requisitos dimensio-nales incluyen, por ejemplo, diámetro del taladro ci-líndrico, altura de la parte cilíndrica del taladro, diá-metro y ángulo de los avellanados, redondez y ali-neación con la dirección normal de la superficie. Losrequisitos relativos al deterioro incluyen, entre otrascosas, altura de rebaba aceptable, terminado de la su-perficie y, respecto de los compuestos reforzados confibra, exfoliación aceptable.

Cuando se practican taladros en compuestos refor-zados con fibra se presentan determinados problemas.Los materiales de compuestos poliméricos se conocendesde los cincuenta. Estos materiales se componen deun polímero protector y aglutinante, bien de plásticotermoplástico o termoendurecible, denominado nor-malmente matriz, junto con fibras (por ejemplo fibrasde vidrio, carbono o amida), que pueden ser conside-radas material de refuerzo. Las fibras pueden ser con-tinuas y estar orientadas en direcciones específicas, opueden ser relativamente cortas y estar dispuestas alazar en la matriz. Los compuestos con fibras conti-nuas y orientadas dan productos con propiedades me-cánicas superiores a las de los materiales poliméricosy metálicos convencionales, especialmente en cuan-to a la resistencia en relación con el peso y a la rigi-dez. Los compuestos con fibras más cortas encuentranaplicación donde se requieren preferiblemente propie-dades menos exigentes. Un factor que dificulta un usomás amplio de los materiales compuestos es la ausen-cia de procedimientos efectivos de corte mecanizado.Las propiedades físicas y químicas de los materialescompuestos indican que los procedimientos de meca-nizado conocidos no se pueden aplicar generalmentecon resultados satisfactorios.

Los productos que se componen de material com-puesto con frecuencia contienen taladros para dife-rentes fines. Estos taladros pueden ser necesarios, porejemplo, para permitir el tendido de líneas de servicio,el ensamblaje o la inspección. Los taladros de pernoson una categoría de taladros especialmente impor-tante. Las estructuras para aplicaciones prácticas seconstruyen frecuentemente con componentes unidos

entre sí para producir un producto terminado. La fina-lidad de la unión es transferir la carga de un elementoestructural a otro. Una forma habitual de unión es laconexión empernada, en la que la carga se transfierebien deslizando o llevando las cargas hacia el perno.La resistencia de una conexión empernada dependeen gran medida de la calidad y precisión del taladro.Se puede hacer referencia a tres áreas de problemas alproducir taladros en materiales compuestos basadosen polímeros y reforzados con fibra:

1. Cohesión interlaminar baja. Al mecani-zar materiales compuestos laminados exis-te el riesgo de separación de las capas (ex-foliación) a causa de la baja cohesión in-terlaminar. El deterioro por exfoliación ex-tensa puede comprometer la cohesión dellaminado.

2. Baja resistencia al calor y al frío deciertos termoplásticos. El calor generadodurante el mecanizado puede producir elablandamiento de la matriz y bloquear laherramienta, haciendo imposible el meca-nizado posterior. Con el fin de lograr untaladro de buena calidad, es necesario, enconsecuencia, dotar de una refrigeraciónefectiva de la herramienta y/o del borde deltaladro, y del material desprendido al cor-tar (virutas, astillas y polvo del rectificado)que se debe eliminar continuamente del ta-ladro.

3. Alta resistencia al desgaste de las fi-bras. El corte mecanizado de los compues-tos de fibra produce un desgaste grave dela herramienta a causa de las buenas ca-racterísticas de desgaste de los materialesde fibra. Esto conduce a costes elevadospor desgaste, especialmente al producir ta-ladros con requisito de alta precisión.

Los procedimientos usados para producir taladrosen laminados compuestos son el fresado, el taladro, laperforación, el aserrado y el esmerilado tradicionales.Los problemas asociados con estos procedimientos derealización de taladros como se aplican actualmentees que no son suficientemente efectivos por varias ra-zones desde un punto de vista técnico/económico.

Los elevados costes por desgaste constituyen unproblema general asociado con el corte mecanizadocuando se exige alta precisión. Se debe extremar elcuidado al perforar o taladrar para asegurar que se evi-ta el deterioro por exfoliación tanto en los lados de en-trada como en los de salida. Se necesitan cortadoresespeciales para lograr la calidad estipulada del tala-dro, y se deben formular procedimientos especiales.Con el fin de evitar un gran deterioro por exfoliaciónen el lado de salida del laminado, se debe aplicar unapresión lateral local alrededor del borde del taladro.Otro procedimiento descrito anteriormente es dotar allaminado con una capa protectora adicional.

El aserrado es un procedimiento claramente ina-decuado para producir taladros con requisitos de altaprecisión. Al producir taladros por abrasión, se haceuso de un cuerpo tubular configurado cilíndricamente,cuyo extremo de mecanizado está recubierto con unacapa superficial resistente al desgaste. Los taladros seproducen pulverizando transversalmente la superficiedel material haciendo girar primero el cuerpo pulveri-

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zador. El procedimiento es lento y permite poca pre-cisión.

A este respecto, hay que señalar que los proce-dimientos de mecanizado de taladros, en los que uncuerpo accionado rotacionalmente alrededor de un ejede rotación, es accionado también para que se muevaorbitalmente (es decir, el eje de rotación se desplazade manera tal que el equipo puede desplazarse res-pecto del borde del taladro), son conocidos de manerageneral. El documento SE 173 899 describe una má-quina herramienta que tiene un portaherramienta quegira excéntricamente alrededor de un eje principal, enla que la distancia entre el portaherramienta y el ejeprincipal está determinada por un componente guíaque gira alrededor del eje principal junto con el por-taherramienta. El componente guía que gira junto conel portaherramienta está dispuesto perpendicularmen-te al eje principal y es operado como una leva que pue-de girar a su alrededor respecto del portaherramienta,estando enganchado directamente el perfil de guiadode dicha leva al portaherramienta. Los inconvenientesde esta invención incluyen, entre otras cosas, la ausen-cia de libre juego y la operación del componente guíacon ahorro de espacio. Por otro lado, el descentradoentre el eje de rotación del portaherramienta y el ejede rotación excéntrico es fijo y está determinado porel tamaño del engranaje de la leva. Por lo tanto, eldescentrado no se puede ajustar fácilmente sin susti-tuir el engranaje de la leva dentro de la cabeza. El do-cumento SE 382 506 describe una herramienta corta-dora combinada accionada giratoriamente para hacertaladros en piezas inmóviles, pudiendo estar provistosdichos taladros con un chaflán inicial cónico.

En la patente de EE. UU. nº. 5.641.252 (Erikssony colaboradores), se describe un procedimiento paramecanizar taladros en un material compuesto reforza-do con fibra que representa un paso adelante signifi-cativo en la técnica. El eje central del taladro pasa através de un punto predeterminado de la superficie dela pieza y está orientado en una cierta dirección res-pecto de las direcciones longitudinales de las fibras enla proximidad inmediata del punto. El material se me-caniza simultáneamente tanto en el sentido axial co-mo en el radial haciendo que la herramienta describaun movimiento axial y que gire no solo alrededor desu propio eje, sino también excéntricamente alrededordel eje central. Este procedimiento permite mecani-zar los taladros sin causar la exfoliación del materialcompuesto.

Las estructuras aerospaciales y afines están consti-tuidas con diferentes materiales superpuestos conjun-tamente. Al perforar conjuntamente estructuras queincluyen varias capas (superposición de materiales)de diferentes materiales se presentan problemas es-peciales. Estos problemas incluyen rebabas entre lascapas, taladros cerrados y deterioro en el material derelleno entre capas (separadores líquidos). La realiza-ción de taladros usando técnicas tradicionales generaun calor que puede producir el desgaste rápido de laherramienta. Este problema es especialmente grave alrealizar taladros en titanio.

También es conocido el montaje de un vástago tra-dicional en un brazo robótico y el uso del sistema decontrol del robot para dirigir los movimientos de laherramienta de corte. Un problema es que la preci-sión y la calidad del taladro resultante están limita-das por la mecánica del robot y su sistema de con-trol asociado, que están diseñados para mover y situar

un brazo robótico pesado. Por lo tanto, la precisión yrendimiento de la mecánica del robot y de su siste-ma de control no son suficientes para mecanizar, porejemplo, taladros de fijación de alta precisión a altasvelocidades usando el movimiento requerido.

El documento WO 94/17944 describe un aparatocomo el definido en el preámbulo de la reivindicación1. Su mecanismo de descentrado radial es operado porel tercer actuador e incluye ejes diferenciales dispues-tos excéntricamente y un eje adicional excéntrico dedescentrado radial para ajustar la distancia radial en-tre el eje de la herramienta de corte y el eje principal.Sumario de la invención

La presente invención elimina los defectos y limi-taciones asociados con los procedimientos descritosanteriormente y permite la producción económica yracional de taladros, sin deterioros que reduzcan suresistencia y sin rebabas y, al hacerlo, garantiza re-petidamente la buena calidad. La presente invenciónproporciona un aparato de acuerdo con la reivindica-ción 1 adjunta al presente documento.

El movimiento giratorio excéntrico es estricta-mente movimiento giratorio, es decir, se ejecuta conuna variación constante o continua de la distancia en-tre el eje central y el eje de giro de la herramienta.

El aparato presenta varias ventajas sustancialescomparado con las máquinas conocidas en general:

1. El aparato permite el descentrado radialentre el eje de giro de la herramienta decorte y el eje de giro excéntrico para su fá-cil ajuste sin la sustitución de pieza alguna.

2. El aparato hace posible la producción detaladros de mayor precisión y calidad quelos obtenidos usando el sistema de controlde un brazo robótico.

3. Permite la producción de taladros con to-lerancias estrechas. La precisión dimen-sional del taladro está determinada sustan-cialmente por la precisión de la colocaciónde la herramienta respecto de un eje cen-tral. Los requisitos impuestos sobre la geo-metría del taladro no son especialmente al-tos ya que, por otra parte, cada herramientaindividual simplemente se calibra antes desu uso.

Breve descripción de los dibujosLas características y ventajas antes mencionadas

y otras de esta invención, y la manera de lograrlas, seharán más evidentes y la invención se entenderá me-jor haciendo referencia a la siguiente descripción delas realizaciones de la invención consideradas en con-junción con los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una vista frontal de una sección par-cial de una realización de una unidad portabroca de lapresente invención;

La figura 2 es una vista lateral de una sección par-cial de la unidad portabroca de la figura 1, ajustada demanera tal que el eje de la herramienta y el eje princi-pal coinciden;

La figura 3 es una vista ampliada parcial y late-ral del mecanismo de descentrado radial de la unidadportabroca de la figura 1, ajustado de manera tal queel eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 4 es una vista desde arriba de la unidadportabroca de la figura 1;

La figura 5 es una vista lateral de una sección par-

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cial de la unidad portabroca de la figura 1, ajustada demanera tal que el eje de la herramienta está descentra-do respecto del eje principal;

La figura 6 es una vista lateral de una secciónparcial de otra realización de una unidad portabroca,ajustada de manera tal que el eje de la herramienta yel eje principal coinciden;

La figura 7 es una vista ampliada parcial y late-ral del mecanismo de descentrado radial de la unidadportabroca de la figura 6, ajustada de manera tal queel eje de la herramienta y el eje principal coinciden;

La figura 8 es una vista de una sección parcial dela unidad portabroca de la figura 6, ajustada de ma-nera tal que el eje de la herramienta está descentradorespecto del eje principal; y

La figura 9 es una sección transversal de una piezaconstituida por dos materiales diferentes y muestra unprocedimiento para ampliar el taladro después de unaetapa de mecanizado inicial (etapa 1) que produce untaladro piloto.

Los caracteres de referencia coincidentes indicanpiezas similares en las diferentes vistas. Las ejempli-ficaciones establecidas en el presente documento ilus-tran formas de realización preferidas de la invención,y dichas ejemplificaciones no se deben interpretar demanera alguna como limitaciones del alcance de lainvención.Descripción detallada de la invención

Haciendo referencia ahora a los dibujos y particu-larmente a la figura 1, se muestra una unidad 10 por-tabroca que incluye un motor 12 del portabroca, unmecanismo 14 de descentrado radial, un mecanismo16 de avance axial y un mecanismo 18 de giro excén-trico.

El motor 12 del portabroca incluye un cuerpo 20y un portaherramienta 22 giratorio para sujetar unaherramienta 24 de corte durante su giro. La herra-mienta 24 de corte, que define un eje 26 de la herra-mienta, puede estar diseñada para producir un tala-dro (no se muestra) en una pieza de manera tal queel diámetro del taladro es mayor que el diámetro dela herramienta 24 de corte. El taladro se puede me-canizar, por ejemplo, usando el procedimiento descri-to en la patente de EE. UU. nº. 5.641.252 (Eriksson,y colaboradores). El motor 12 del portabroca incluyetambién un conducto 28 a través del cual puede seralimentado con energía eléctrica, neumática o hidráu-lica.

La parte superior del motor 12 del portabroca estáunida rígidamente a un accesorio 30 anular que tieneun pasador 32 (figura 2) de retención que se extien-de radialmente desde la parte posterior del mismo. Elpasador 32 de retención está retenido deslizablemen-te dentro de una ranura 34 de una abrazadera 36 de launidad 10 portabroca. El pasador 32 de retención tie-ne un límite en su grado de libertad de desplazamien-to dentro de la ranura 34 en cualquier sentido sustan-cialmente perpendicular al eje 26 de la herramienta.Sin embargo, incluso mientras se desliza dentro de laranura 34, el eje 38 longitudinal del pasador 32 deretención se extiende invariablemente en un sentidohacia atrás, con lo que se mantiene fija la orientacióndel cuerpo 20 del motor del portabroca de manera talque el cuerpo 20 siempre da frente hacia un mismosentido. Este mantenimiento fijo de la orientación delcuerpo 20 del motor del portabroca facilita el sumi-nistro de energía al motor 12 del portabroca.

El mecanismo 14 de descentrado radial, que se ve

mejor en la vista ampliada de la figura 3, incluye unbloque 40 deslizante que tiene un ahusamiento inter-namente, un tubo 42 hueco que se extiende adentrodel accesorio 30 anular. Dos cojinetes 44 anulares es-tán dispuestos estrechamente entre el tubo 42 y el ac-cesorio 30 y los interconecta, con un dispositivo 46de bloqueo en el extremo distal del tubo 42 que sos-tiene los cojinetes 44 en posición. Los cojinetes 44permiten el giro, mientras que la orientación del gi-ro del accesorio 30 anular permanece sustancialmentefija. Un eje 48 tiene un interior 50 hueco que contie-ne un punzón de descentrado radial que define un eje54 principal. El punzón 52 de descentrado radial tie-ne un extremo 56 configurado cónicamente con unapunta 57 distal que se extiende adentro de un interior58 ahusado del tubo 42. El extremo 56 está inclinadopara coincidir con la inclinación de una superficie 60inclinada del interior 58 ahusado de manera tal que elextremo 56 configurado cónicamente puede contactaren toda su longitud con la superficie 60. La superficie60 interior inclinada del bloque 40 deslizante formaun orificio 61 con un diámetro interior sustancialmen-te igual al diámetro exterior de la punta 57 distal.

El eje 48 tiene una parte 62 que se extiende radial-mente con un reborde 64 anular. Un muelle 66 estádispuesto en oposición a los taladros 68 y 70 en el blo-que 40 deslizante y en el reborde 64, respectivamente.El muelle 66 predispone el bloque 40 deslizante con-tra el punzón 52 de descentrado radial. Más específi-camente, el muelle 66 predispone la superficie 60 delinterior 58 ahusado del bloque 40 deslizante contra elextremo 56 configurado cónicamente del punzón 52.

El punzón 52 de descentrado radial es desplazableen un sentido de avance axial indicado por la dobleflecha 76, como es evidente por comparación de lasfiguras 2 y 5. Un manguito 78 roscado exteriormenterodea el punzón 52 de descentrado radial y es con-céntrico con él de manera tal que el punzón 52 giralibremente dentro del manguito 78, tal como lo per-miten los cojinetes 79. Un tornillo 80 anular en formade disco tiene un taladro 82 central roscado interna-mente que recibe la rosca externa del manguito 78 yse acopla con ella. El tornillo 80 de disco es accio-nado por una cinta 84 de descentrado radial que, a suvez, es accionada por un motor 86 descentrado radial.

Una parte superior del manguito 78 es recibida enun casquillo 87. El manguito 78 está fijo en una di-rección angular por una cuña 91 dispuesta dentro delcasquillo 87. Un muelle 89 del tipo de arandelas, quees compresible en la dirección de avance axial indi-cada por la doble flecha 76, está dispuesto alrededordel punzón 52 y conectado a él inmediatamente en-cima del casquillo 87. El muelle 89 tiene un diáme-tro exterior que es mayor que el diámetro interior delmanguito 78 con el fin de que el muelle 89 pueda serpresionado contra el manguito 78 y para prevenir queel muelle 89 sea empujado adentro del área interiordel manguito 78. Dentro del casquillo 87 está el man-guito 78; y dentro del manguito 78, a su vez, está elpunzón 52. El muelle 89 del tipo de arandelas estáconfigurado para resistir el desplazamiento axial delpunzón 52 hacia el orificio 61 del bloque 40 deslizan-te cuando la punta 57 del extremo distal del punzón 52está dentro de una distancia predeterminada al orificio61. La distancia predeterminada es aproximadamenteigual a la distancia axial en la que el muelle 89 puedeser comprimido.

El mecanismo 16 de avance axial incluye un mo-

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tor 88 de avance axial fijo unido rígidamente a la placa90 de montaje fija. El motor 88 hace girar un eje 92 desalida roscado que es recibido en, está acoplado a untornillo 94 de un rodamiento de bolas roscado en elinterior de dicho eje 92. El tornillo 94 del rodamien-to de bolas está unido rígidamente a un brazo 96 delsoporte 36, estando el brazo 96 de soporte aseguradopor tornillos a una carcasa 100 anular que rodea el eje48. Los cojinetes 102 interconectan la carcasa 100 yel eje 48, pero permiten que el eje 48 gire respecto dela carcasa. Un par de bloques 104 (figura 4) deslizan-tes interconectan la placa 90 de montaje y el soporte36 y permiten el movimiento deslizante relativo entrelos mismos.

El mecanismo 18 de giro excéntrico incluye unmotor 106 de giro excéntrico que acciona una cinta108 de giro excéntrico enganchada al eje 48. La cinta108 hace girar el eje 48 alrededor del eje 54 princi-pal, y con ello, debido al descentrado del eje 26 de laherramienta respecto del eje 54 principal creado porel mecanismo 14 de descentrado radial, permite el gi-ro excéntrico correspondiente de la herramienta 24 decorte alrededor del eje 54 principal.

En operación, el motor 12 del portabroca que re-cibe energía a través del conducto 28, hace girar elportabroca 22 y la herramienta 24 de corte correspon-diente. El motor 88 de avance axial del mecanismo 16de avance axial hace girar el eje 92 de salida, que hacegirar el tornillo 94 de rodamiento de bolas para que sedesplace arriba o abajo dependiendo del sentido de gi-ro del eje 92 de salida. El tornillo 94 de rodamiento debolas, a través del brazo 96 de soporte y del resto delsoporte 36, está conectado rígidamente al motor 12del portabroca, al mecanismo 14 de descentrado ra-dial y al mecanismo 18 de giro excéntrico, junto conlos motores 86 y 106 asociados. Por lo tanto, el mo-vimiento axial del tornillo 94 de rodamiento de bolasproduce el movimiento axial correspondiente de todala unidad 10 portabroca sustancialmente, excepto elmismo mecanismo 16 de avance axial. Las piezas delmecanismo 16 de avance axial que son fijas respectode la dirección axial incluyen el motor 88 de avanceaxial, el eje 92 de salida y la placa 90 de montaje. Através de la operación antes descrita del mecanismo18 de avance axial, una herramienta 24 de corte pue-de avanzar dentro de una pieza (no se muestra) paramecanizar un taladro en dicha pieza.

El mecanismo 14 de descentrado axial puede seroperado para crear un descentrado radial entre el eje26 de la herramienta definido por la herramienta 24de corte y el eje 54 principal definido por el eje 48y por el punzón 52 de descentrado radial, como semuestra en la figura 5. El motor 86 de descentrado ra-dial acciona la cinta 84 de descentrado radial que, asu vez, hace girar el tornillo 80 en forma de disco. Elmanguito 78, que es recibido a rosca dentro de un ta-ladro 82 central del tornillo, se desplaza hacia arribao hacia abajo en la dirección axial respecto del torni-llo, dependiendo del sentido de giro del tornillo 80.El manguito 78 está acoplado axialmente al punzón52 de descentrado radial de manera tal que el punzón52 sigue cualquier movimiento axial del manguito 78.Sin embargo, el punzón 52 puede aún girar dentro delmanguito 78. Cuando el tornillo 80 comienza a girar,el manguito 78 se desplaza en una dirección axial. Asu vez, el manguito 78 transfiere este desplazamien-to al punzón 52. De esta manera, el punzón 52 puedegirar libremente junto con el giro excéntrico. La dis-

posición también permite cambiar el descentrado du-rante el mecanizado, lo que es útil para el mecanizadode taladros cónicos o taladros asimétricos de configu-ración compleja.

El bloque 40 deslizante se desplaza radialmenteen respuesta al desplazamiento axial del punzón 52de descentrado radial. El muelle 66 predispone la su-perficie 60 del interior 59 ahusado del bloque 40 des-lizante contra el extremo 56 configurado cónicamentedel punzón 52. Debido a las inclinaciones coinciden-tes del extremo 56 configurado cónicamente y de lasuperficie 60, que se acoplan físicamente entre sí, undesplazamiento del punzón 52 alejándose del motor12 del portabroca da lugar a un desplazamiento des-lizante del bloque 40 deslizante hacia la placa 90 demontaje, como se muestra en la figura 5. El bloque 40deslizante se desliza respecto del eje 48, reteniendo almismo tiempo la capacidad de seguir el giro del eje48. Cuando el bloque 40 deslizante se desliza, empu-ja el accesorio 30 anular y el cuerpo 20 del motor delportabroca junto con dicho accesorio. De esta mane-ra, el eje 26 de herramienta de la herramienta 24 decorte se desplaza o se descentra respecto del eje 54principal.

Cuando el punzón 52 de descentrado radial avanzahacia la posición mostrada en al figura 2, en la que eleje 26 de herramienta y el eje 54 principal coinciden,el extremo 56 configurado cónicamente comienza aacoplarse físicamente con la superficie 60 del interior58 ahusado alrededor de los 360º de su circunferencia.Si el extremo 56 configurado cónicamente avanza de-masiado rápidamente hacia esta posición, se presentael riesgo de que el extremo 56 quede encajado o atora-do dentro del interior 58 ahusado, lo que se denominatambién “bloqueo.” Cuando la punta 57 distal del ex-tremo 56 se aproxima al orificio 61, la fuerza axialcrecería espectacularmente para los pequeños despla-zamientos axiales si en el sistema no hubiera elastici-dad. Dicha elasticidad la aporta un muelle 89 de aran-delas. Cuando la punta 57 se aproxima al orificio 61,el muelle 89 de arandelas hace contacto con la par-te superior del casquillo 87. El muelle 89 comienzaa contraerse, resistiendo los posteriores avances delpunzón 52 y de su punta 57 hacia el orifico 61. Deesta manera, el riesgo de bloqueo se reduce sustan-cialmente.

La operación del mecanismo 18 de giro excéntri-co hace que la herramienta 24 de corte oscile circular-mente u orbite alrededor del eje 54 principal mientrasque, simultáneamente, la herramienta 24 gira alrede-dor de su propio eje 26. El radio de la oscilación cir-cular es sustancialmente igual al descentrado radialentre el eje 26 de la herramienta y el eje 54 princi-pal. Cuando el bloque 40 deslizante gira junto con eleje 48, el muelle 66 gira también. Cuando la posiciónrotacional del muelle cambia, la dirección de descen-trado del bloque 40 deslizante y, por lo tanto, el des-centrado de la herramienta 24 de corte respecto del eje54 principal, experimenta un cambio correspondiente.Cuando la herramienta 24 de corte está descentradarespecto del eje 54 principal, hace un giro completoalrededor del eje 54 principal por cada giro del mue-lle 66 alrededor del eje 54 principal.

El pasador 32 de retención mantiene fija la orien-tación del accesorio 30 y del cuerpo 20 del motor delportabroca de tal manera que el cuerpo 20 del motordel portabroca da frente siempre a la misma direcciónpredeterminada y no puede girar alrededor del eje 26

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de la herramienta. Sin embargo, los cojinetes 44 per-miten que el bloque 40 deslizante gire libremente al-rededor del eje 26 de la herramienta, incluso mientrasque el accesorio 30 no puede. El descentrado radial yel giro del bloque 40 deslizante hacen que el acceso-rio 30 oscile en una dirección circular alrededor deleje 54 principal. El pasador 32 de retención se deslizacuando es necesario dentro de la ranura 34 en cual-quier dirección perpendicular a los ejes 26 y 54 conel fin de seguir la oscilación del accesorio 30. El pa-sador 32 de retención siempre apunta en una mismadirección dentro de la ranura 34, es decir, está siem-pre orientado en la misma dirección, como se mues-tra, con el fin de fijar la orientación del cuerpo 20 delmotor del portabroca.

Usando la unidad 10 portabroca, la herramienta 24de corte puede, simultáneamente, avanzar en una di-rección axial, girar alrededor de su propio eje 26, yoscilar excéntricamente alrededor del eje 54 principalcon el fin de producir taladros con diámetros mayoresque el diámetro de la herramienta 24 de corte. Ade-más, usando el mecanismo 14 de descentrado radialpara ajustar el descentrado radial de la herramienta24 de corte durante el proceso de mecanizado, se pue-de producir taladros cónicos u otros tipos de taladrosasimétricos de configuración compleja.

Las superficies de contacto para el acoplamientodel extremo 56 del punzón y del interior 58 ahusa-do del bloque 40 deslizante se muestran configuradascónicamente. Sin embargo, se debe entender que lassuperficies de contacto para el acoplamiento puedentener una configuración diferente a la cónica. Es posi-ble que el extremo del punzón o la superficie interiordel bloque deslizante o ambos tengan una configura-ción redondeada, es decir, que sigan una función nolineal o parabólica de la posición axial. Con este tipode extremo del punzón no lineal o superficie interiorno lineal, el extremo del punzón no contacta la super-ficie interior del bloque deslizante a lo largo de todala longitud axial del extremo del punzón, excepto enel caso especial en el que el extremo del punzón y elinterior del bloque deslizante tengan formas idénticaso complementarias y que el punzón esté insertado to-talmente en el bloque deslizante. Preferentemente, elpunzón contacta la superficie interior del bloque des-lizante solo en un punto discreto a lo largo de la lon-gitud axial del extremo del punzón, siendo el puntodiscreto una función de la posición axial de la puntadistal del punzón. También es posible que el interiorredondeado del bloque deslizante sea sustancialmentemás amplio que el extremo redondeado del punzón.

En la figura 6 se muestra otra realización de la uni-dad portabroca. Esta realización es sustancialmenteigual que la de las figuras 1 - 5 con la excepción deun mecanismo 110 de descentrado radial, que se vemejor en la vista ampliada de la figura 7. Un eje 112está orientado en el sentido de avance axial, indica-do por la doble flecha 76, y tiene un extremo 114 conun pasador 116 que se extiende radialmente desde el

mismo. El extremo 114 del eje 112 es recibido en unmanguito 118 que tiene una ranura 120 inclinada queretiene el pasador 116. El manguito 118 está sujetoestrechamente dentro de un bloque 122 deslizante demanera tal que el manguito 118 se apoya contra unasuperficie 124 interior del bloque 122 deslizante y seacopla a dicha superficie. Un desplazamiento del eje112 en el sentido de avance axial, como se muestra enla figura 8, da lugar a que el pasador 116 se desplacea lo largo de la ranura 120 inclinada, ya que el man-guito 118 está fijo en la dirección axial respecto delbloque 122 deslizante. El desplazamiento hacia arri-ba del pasador 116 desplaza el manguito 118 y este,a su vez, desplaza el bloque 122 deslizante alejándo-lo de la placa 126 de montaje, con lo que se desplazaradialmente la herramienta 128 de corte y su eje 130respecto del eje 132 principal. El manguito 118, elpasador 116 y la ranura 120 inclinada giran en redon-do con el bloque 122 deslizante con el fin de girar ladirección de descentrado alrededor del eje 132 prin-cipal, con lo que la herramienta 128 de corte orbitaalrededor del eje 132 principal.

Al mecanizar taladros en estructuras constituidaspor materiales heterogéneos usando el aparato des-crito, se puede presentar una pequeña diferencia dediámetro en los diferentes materiales. Esto se debe alas diferentes propiedades mecánicas de los diferen-tes materiales del bloque de materiales lo que da lu-gar a diferentes fuerzas de corte y deformaciones dela herramienta. En el lado de salida del bloque de ma-teriales pueden presentarse rebabas u otro tipo de de-terioro.

Dichas diferencias de diámetro y/o rebabas/dete-rioros se pueden eliminar realizando una segunda eta-pa de mecanizado después del primer mecanizado(etapa 1), produciendo el taladro inicial con o sin eli-minación de la excentricidad y girando simultánea-mente la herramienta alrededor de su propio eje, alre-dedor del eje central del taladro y avanzando la herra-mienta en una dirección axial; véase la figura 9. La se-gunda etapa de mecanizado (etapa 2) se puede realizarbien reiniciando el taladro desde el lado de entrada odesde el lado de salida del bloque de materiales.

Se puede usar el mismo procedimiento para me-jorar el terminado superficial del primer taladro cam-biando los datos de mecanizado (velocidad de la brocay velocidad de avance) en la segunda etapa.

El aparato se puede usar también para mecanizartaladros relativamente grandes usando herramientasde diámetro relativamente pequeño y mecanizando eltaladro en varias etapas como se describió anterior-mente. Después del mecanizado del taladro piloto, sepuede aumentar el descentrado y realizar la siguien-te etapa de mecanizado para ampliar el taladro piloto.Repitiendo este procedimiento se pueden mecanizartaladros de diámetro grande sin necesidad de sopor-tes de mecanizado rígidos para compensar las grandesfuerzas de corte.

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato para usar una herramienta (24; 128)de corte con una primera anchura y un eje (26; 130)de la herramienta para mecanizar un taladro en unapieza, teniendo el taladro una segunda anchura que esmayor que la primera anchura de la herramienta decorte, comprendiendo dicho aparato:

un primer actuador que incluye un mo-tor (12) del portabroca que tiene un porta-herramienta (22) para llevar la herramien-ta (24; 128) de corte y para hacer girar laherramienta de corte alrededor de su eje(26) de herramienta durante el mecaniza-do del taladro;

un segundo actuador (16) configurado pa-ra mover la herramienta (24; 128) de cor-te en una dirección de avance axial sus-tancialmente paralela al eje (26; 130) deherramienta de la herramienta (24; 128) decorte, siendo dicho segundo actuador (16)operable simultáneamente con dicho pri-mer actuador (12);

un tercer actuador (18) configurado parahacer girar la herramienta (24) de corte al-rededor de un eje (54; 132) principal, sien-do dicho eje principal sustancialmente pa-ralelo al eje de herramienta de la herra-mienta de corte, siendo dicho tercer actua-dor (18) operable simultáneamente con elprimer actuador (12) y con el segundo ac-tuador (16) para de este modo mecanizarel taladro; y

un mecanismo (14; 110) de descentradoradial configurado para ajustar una distan-cia radial del eje (26; 130) de herramientade la herramienta (24; 128) de corte desdedicho eje (54; 132) principal, caracteriza-do porque el mecanismo (14; 110) de des-centrado radial incluye un cuarto actuador(86) conectado accionadamente por mediode un eje (52; 112) desplazable axialmen-te coaxial con el eje (54; 132) principal aun bloque (40; 122) deslizante acoplado alportaherramienta (22), de manera tal queun movimiento axial del eje (52; 112) enla dirección de avance axial pone en movi-miento radial el bloque (40; 132) deslizan-te y, por lo tanto, el portaherramienta (22).

2. El aparato de la reivindicación 1, caracterizadoporque el bloque (40; 122) deslizante está predispues-to en una dirección radial respecto del eje (54; 132)principal por medio de un muelle (66) de descentra-do.

3. El aparato de la reivindicación 1 ó 2, caracte-rizado porque el bloque (40) deslizante incluye unasuperficie (60) interior inclinada, y porque el eje (52)axial tiene un extremo (56) configurado cónicamenteque se acopla con la superficie (60) inclinada del blo-que (40) deslizante de manera tal que un movimientodel eje (52) axial en la dirección de avance axial da

lugar al correspondiente movimiento axial del bloque(40) deslizante.

4. El aparato de la reivindicación 3, caracterizadoporque el extremo (56) configurado cónicamente in-cluye una punta (57) distal que tiene un diámetro ex-terior, formando un orificio (61) dicha superficie (60)interior inclinada del bloque (40) deslizante con undiámetro interior, siendo el diámetro interior de dichoorificio (61) sustancialmente igual que el diámetro ex-terior de la punta (57) distal.

5. El aparato de la reivindicación 4, caracteriza-do porque el mecanismo (14) de descentrado radialincluye un muelle (89) del tipo de arandelas conecta-do al eje (52) axial y está configurado para resistir elmovimiento axial del eje (52) hacia el orificio (61) delbloque (40) deslizante cuando la punta (57) distal deleje (52) está dentro de una distancia predeterminadaal orificio (61).

6. El aparato de la reivindicación 1 ó 2, carac-terizado porque el eje (112) axial tiene un extremo(114) con un pasador (116) que se extiende radial-mente desde el mismo, siendo recibido dicho extremo(114) del eje (112) en un manguito (118) que tieneuna ranura (120) inclinada que retiene dicho pasador(116), acoplándose dicho manguito (118) con un a su-perficie (124) interior del bloque (122) deslizante demanera tal que un movimiento del eje (112) en la di-rección de avance axial da lugar a un movimiento ra-dial correspondiente del manguito (118) y del bloque(122) deslizante.

7. El aparato de una cualquiera de las reivindi-caciones 1 - 6, caracterizado porque el mecanismo(14; 110) de descentrado radial incluye un motor (86)de descentrado radial que acciona una cinta (84) dedescentrado radial para hacer girar un tornillo (80)en forma de disco roscado interiormente alrededor deun manguito (78) roscado conectado al eje (52; 112)axial, con lo que el movimiento de este en la direc-ción de avance axial da lugar al movimiento de dichoportaherramienta (22)en una dirección radial.

8. El aparato de una cualquiera de las reivindica-ciones 1 - 8, caracterizado porque el motor (12) delportabroca incluye un cuerpo (20) configurado parallevar la herramienta (24; 128) de corte, el tercer ac-tuador (18) incluye un motor (106) de giro excéntricoque acciona una cinta (108) de giro excéntrico, estan-do acoplada dicha cinta (108) excéntrica acoplada adicho cuerpo (20) del motor (12) del portabroca demanera tal que el giro de la cinta (108) de giro excén-trico da lugar al giro excéntrico correspondiente delmotor (12) del portabroca alrededor del eje (54; 132)principal.

9. El aparato de una cualquiera de las reivindica-ciones 1 - 8, caracterizado porque el motor (12) delportabroca está conectado a un tornillo (94) de roda-miento de bolas roscado internamente llevado por uneje (92) de accionamiento axial roscado externamen-te, incluyendo dicho segundo actuador (16) un motor(88) de avance axial configurado para hacer girar eleje (92) de accionamiento axial respecto del tornillo(94) de rodamiento de bolas, moviendo de este modoel tornillo (94) de rodamiento de bolas y el motor (12)del portabroca en la dirección de avance axial.

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