2. Estudio, Evolución y Descripción del Diseño

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Juan Carlos Aguirre Maldonado
hace 6 años
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1 2. Estudio, Evolución y Descripción del Diseño Partimos con este proyecto un 27 de febrero de Lo primero fue definir cuáles serían las necesidades básicas que debería tener el cabezal: dimensiones, robustez, peso, materiales, transmisión de movimiento,..., y en base a ellas surgió nuestro primer diseño. Desde el primer momento contamos con dos piezas fundamentales para la fabricación de cabezal: cono ISO 40 y eje porta pinzas, cedidas por el centro. En el proceso de fabricación estas piezas serán modificadas para adaptarlas a nuestro cabezal. De esta manera queda definido que el cabezal está pensado para fresadoras que cuenten con un adaptador para cono ISO 40. Nos apoyamos en información de cabezales ya existentes en el mercado, nuestra idea inicial no iba más allá de un diseño sencillo con dos carcasas en "U" acopladas entre sí a través de un eje y un tren de engranajes formado por cuatro piñones cónicos, lo que nos permitía transmitir el movimiento entre ejes a 90 desde el eje principal de la máquina hasta el eje del porta pinzas. Una de las carcasa llevaría un pivote para fijar el cabezal a la máquina y evitar que rotara con el eje del cono ISO 40. A partir de este primer boceto empezamos a trabajar en el diseño. Lo primero a tener en cuenta eran las dimensiones, no podía ser demasiado grande, era importante que mantuviera las proporciones dimensionales en función de la máquina para la que estaba pensada. Así que decidimos que su longitud no sería mayor de 200 mm.

También era importante tener en cuenta su robustez queríamos que el cabezal tuviera una durabilidad en el tiempo, por lo tanto los materiales elegidos deberían tener como propiedades principales: la

2 También era importante tener en cuenta su robustez queríamos que el cabezal tuviera una durabilidad en el tiempo, por lo tanto los materiales elegidos deberían tener como propiedades principales: la resistencia. Tomadas estas primeras decisiones empezamos a pensar en la transmisión del movimiento, cuál sería la mejor opción para mantener estas dimensiones de cabezal y poder conseguir una relación de transmisión 1:1? El proceso de diseño fue complicado, era difícil poder encajar los engranajes en tan poco espacio y todos los elementos normalizados que conlleva el montaje para que el sistema funcione correctamente: rodamientos, retenes, casquillos,... Nuestras posibilidades técnicas solo nos permitían fabricar engranajes cónicos de dientes rectos, lo que supondría que durante el funcionamiento del cabezal se producirían ruidos molestos. Una de las soluciones adoptadas para reducir este problema nos llevo a la necesidad de tener que echar mano de la utilización de aceites o grasas que minimizan el ruido emitido, además esto ayudaría también a una mayor conservación de las piezas. En base a esta solución tuvimos que rediseñar la estructura del cabezal, necesitábamos que la caja de contención de las piezas interiores fuese cerrada para poder así retener el engrase utilizado.

3 Este segundo croquis nos ayudo a visualizar cuales serían las ideas que podrían funcionar y cuáles no. Tuvimos que modificar el tren de engranajes en base al nuevo diseño, contaríamos con un piñón cónico mas, dos nuevos ejes intermedios, y las cajas ahora también necesitarían unas tapas, el pivote de fijación con la máquina se situaría ahora en la tapa superior. Enseguida nos dimos cuenta de un nuevo problema, cómo montaríamos los engranajes dentro de las cajas?. Estaba claro que la caja 1 tendría que contar con una tapa lateral y así se facilitaría el montaje de los piñones. Por otro lado la primera idea era fijar la tapa superior con la caja 1 a través de unos tornillos de bloqueo cada vez que se quisiera hacer la rotación angular en el eje A, pero al final decidimos que la mejor solución sería utilizar unas bridas que al apretarlas entre si hicieran esta función de bloqueo. Hasta aquí le estábamos dando importancia al diseño exterior: estética y funcionalidad. Pero también era importante centrarnos en el interior del cabezal. Cuando pensábamos que ya teníamos el diseño definido empezamos a hacer el cálculo de los piñones qué dimensiones deberían tener para ajustarse al proyecto y guardar la relación 1:1?. Rápido nos dimos cuenta de que el tren de engranajes planteado no funcionaria porque para que dos piñones engranen deben tener el mismo modulo y en este caso con los piñones cónicos el modulo es variable. Dos piñones cónicos no pueden transmitir en paralelo, tienen módulos diferentes en los puntos de contacto

4 La solución adoptada fue: conservar cuatro piñones cónicos para trasmitir a 90 y añadir dos ruedas dentadas también de dientes rectos situadas de forma intermedia entre los piñones cónicos, a continuación jugamos con el cálculo de cada uno de los piñones y ruedas hasta conseguir la relación 1:1 deseada. Importante también fueron la decisiones en cuanto a elementos normalizados: rodamientos, casquillos, tornillos de fijación, retenes, junta tórica,..., en definitiva todos aquellos elementos necesarios para el buen funcionamiento del cabezal. Con tantas piezas ya definidas comprendimos que el montaje del cabezal no sería fácil, especialmente en algunos puntos. Este es el motivo que nos llevo a realizar una de las modificaciones importantes en el diseño. Decidimos eliminar el lateral de la caja 1 opuesto al que contiene los engranajes y así surgió una nueva pieza que le llamamos "Pata". La pata es una de las piezas más importantes en este proyecto ya que su función es la de bloquear el giro angular en el eje B del cabezal. Gracias a este nuevo cambio se facilita el montaje de la caja 2 en el cabezal. Con todas estas conclusiones definidas este será el diseño sobre el que vamos a fabricar las piezas. Más adelante en el proceso de fabricación algunas de las piezas se han modificado por motivos funcionalidad. Para la fabricación de las piezas más importantes se hemos decidido utilizar el acero F127, ya que este material tiene la robustez que buscábamos. El acero F127 es un acero aleado de gran resistencia y se caracteriza por ser un material tenaz, de uso general cuando hay grandes cargas como por engranajes. Uno de los inconvenientes de este material es que es difícil de mecanizar debido a su dureza. La decisión final fue utilizar este acero F127 para las piezas exteriores importantes y engranajes. Para otras piezas no tan importantes vamos a utilizar el aluminio, por ser un metal ligero, blando pero resistente, maleable y fácil de mecanizar. Para casquillos el bronce, su elevado calor específico es bueno para aplicaciones de transferencia del calor.

Para facilitar la distribución del trabajo y facilidad de modificaciones ante posibles cambios en el diseño de algunas piezas durante el proceso de fabricación se dividió el conjunto del cabezal en

5 Para facilitar la distribución del trabajo y facilidad de modificaciones ante posibles cambios en el diseño de algunas piezas durante el proceso de fabricación se dividió el conjunto del cabezal en tres importantes grupos de ensamblajes, que una vez montados en conjunto formaran el cabezal angular. Ensamblajes Cabezal: E01 Amarre Principal compuesto por: -Cono ISO 40 -Rodamiento Axial -Tapa Superior -Soporte Fijador -Separador Rodamiento Cónico -Fijador Tapa Superior -Reten -Rodamiento Cónico -Piñón Cónico 1 -Junta Tórica Tapa Superior -Arandela Bloqueo Tuerca Cono -Tuerca Eje Cono

E02 Caja Principal compuesto por: -Caja 01 -Tapa Lateral -Pata -Fijas Patas -Caja 02 -Eje Rueda Dentada 01 -Piñón Cónico 2 -Casquillo de Bronce_45 03 -Eje

6 E02 Caja Principal compuesto por: -Caja 01 -Tapa Lateral -Pata -Fijas Patas -Caja 02 -Eje Rueda Dentada 01 -Piñón Cónico 2 -Casquillo de Bronce_ Eje Rueda Dentada 02 -Piñón Cónico 3 -Junta Tórica Cierre Cuerpo 01 -Circlip Eje 02 -Junta Tórica Cierre Caja-inf -Arandela Separadora Piñón -Rodamiento Agujas

E03 Amarre Porta pinzas compuesto por: -Tapa Soporte Porta Pinzas -Puente Eje Inferior (esto es una modificación que se hizo más adelante) -Porta Pinzas

7 E03 Amarre Porta pinzas compuesto por: -Tapa Soporte Porta Pinzas -Puente Eje Inferior (esto es una modificación que se hizo más adelante) -Porta Pinzas -Tuerca Porta Pinzas -Rodamiento Cónico de Bola -Reten Eje Porta Pinzas -Piñón Cónico 4 -Tuerca Eje Pinza -Rodamiento Agujas Rodamiento Agujas Plano

-A este montaje A se le añadirá el ensamblaje: Amarre Porta Pinzas que junto con el montaje de las bridas dan lugar al

8 Una vez montado cada grupo de ensamblajes, el montaje final de cabezal será el siguiente: -Primero se montará el ensamblaje: Amarre Principal con ensamblaje: Caja Principal, y tendremos el montaje A. -A este montaje A se le añadirá el ensamblaje: Amarre Porta Pinzas que junto con el montaje de las bridas dan lugar al cabezal orientable que diseñamos. Para fijar el cabezal con la máquina se diseño su soporte fijador compuesto de: -Carcasa Fijador -Cono Fijador -Tapa Fijador

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