11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : B23B 29/04

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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 knúmero de publicación: kint. Cl. 7 : B23B 29/04 B23B 31/02 12 k TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA T3 86 knúmero de solicitud europea: k Fecha de presentación : k Número de publicación de la solicitud: k Fecha de publicación de la solicitud: k 4 Título: Aparato para sujetar una unidad de herramienta que tiene un mecanismo de bloqueo con fuerza de apriete incrementada. kprioridad: US k Titular/es: KENNAMETAL INC. P.O. Box 231 Latrobe, PA 1, US k 4 Fecha de la publicación de la mención BOPI: k 72 Inventor/es: Erickson, Robert Alfred k 4 Fecha de la publicación del folleto de patente: k 74 Agente: García-Cabrerizo y del Santo, Pedro ES T3 Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art 99.1 del Convenio sobre concesión de Patentes Europeas). Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES T3 2 DESCRIPCION Aparato para sujetar una unidad de herramienta que tiene un mecanismo de bloqueo con fuerza de apriete incrementada. Antecedentes de la invención Esta invención se refiere a un aparato sujetador para conectar de manera separable una unidad de herramienta a un soportador de herramienta de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, y como se conoce, por ejemplo, por el documento US-A La invención se refiere particularmente a un aparato que tiene una fuerza de apriete incrementada. Los mecanismos sujetadores para conectar amoviblemente una unidad de herramienta a un soportador de herramienta son bien conocidos en la especialidad. Un uso típico de tales mecanismos es en operaciones de mecanizado donde la unidad de herramienta soporta una pieza postiza de corte que se pone en contacto de corte o se separa de una pieza de metal rotativa a trabajar. El aparato permite fijar y separar rápidamente diferentes unidades de herramienta que contienen diferentes piezas postizas de corte con respecto al soportadordelaherramientaqueasuvezseconecta a un dispositivo que controla el movimiento de las unidades de herramienta con respecto a la pieza a trabajar. Uno de los mecanismos sujetadores comercialmente más exitosos incluye un miembro de caja de forma cilíndrica que es coincidente con el extremo tubular de una unidad de herramienta y que incluye aberturas para admitir elementos de bloqueo en contacto de bloqueo con alojamientos presentes en la unidad de herramienta. Los elementos de bloqueo, que son típicamente esféricos, se desplazan radialmente a través de las aberturas del miembro de caja por medio de superficies de leva presentes en una varilla de bloqueo alternativa. Ejemplos de tal mecanismo sujetador son descritos en las patentes U.S. de Erickson n ; ; ; y , cada una de las cuales ha sido cedida a Kennametal, Inc. localizada en Latrobe, Pensilvania. Tal mecanismo sujetador de la técnica anterior es descrito en la patente U.S. n e ilustrado en la figura 4. Se muestra aquí una vista en sección lateral del extremo distal 3 de un miembro de caja 39 que incluye una abertura 4a en forma de agujero cilíndrico que atraviesa la pared del miembro 39. El diámetro interior del agujero circular que forma la abertura 4a se aproxima mucho al diámetro exterior del elemento de bloqueo esférico 7a. Una varilla de bloqueo alternativa incluye una porción de leva 64a que tiene una depresión esférica 66 que está ahusada en forma de rampa 68. Cuando se asienta el elemento de bloqueo esférico 7a en la depresión 66, y la varilla de bloqueo se mueve contra el empuje de los muelles 74 (mostrados en la figura 3) hacia el extremo distal del miembro de caja 39 de tal forma que su pestaña de parada 70 se encuentre en la posición ilustrada en la figura 3, el elemento esférico 7a está en una posición no bloqueada. Esta posición de desbloqueo permite insertar la caña tubular 16 de una unidad de herramienta dentro de la cavidad anular 9. Sin embargo, cuando se libera los muelles 74 para alejar la varilla de bloqueo desde esta posición hacialaposición ilustrada en la figura 4, la rampa de la porción de leva 64a coge por acuñamiento y eleva radialmente el elemento de bloqueo esférico 7a dentro de la posición de bloqueo mostrada. En tal posición, el elemento de bloqueo esférico cogerá por acuñamiento y se apoyaráenrelación de bloqueo contra la pared inclinada de la unidad de herramienta. Aunque tal mecanismo de bloqueo de la técnica anterior ha demostrado su capacidad para fijar rápida, conveniente, y rígidamente una unidad de herramienta a un soportador de herramientas, el solicitante ha observado una zona en la que podría mejorarse notablemente el rendimiento de tal mecanismo. El solicitante ha observado específicamente que si se pudiese modificar el mecanismo sujetador para incrementar la fuerza de apriete aplicada a la unidad de herramienta sin incrementar la fuerza de retorno que aplica el paquete de muelles a la varilla de bloqueo, podría usarse entonces un paquete de muelles más pequeño y más corto para conseguir la misma fuerza de mantenimiento. Tal paquete de muelles más pequeño acortaría ventajosamente la envoltura de la herramienta, lo que a su vez haría que el sistema de utillaje que incorpora el mecanismo sujetador fuese de uso más fácil y conveniente en un entorno de trabajo. Adicionalmente, se prolongaría la vida útil de los muelles usados en el paquete (que son típicamente arandelas Belleville). Alternativamente, si se usase un paquetedemuellesdetamaño convencional, se incrementaría la fuerza de mantenimiento entre el mecanismo sujetador y la unidad de herramienta, loqueasuvezincrementaría la rigidez de la herramienta y mejoraría la precisión de la operación de corte. Evidentemente, sería muy ventajoso que se pudiese encontrar un modo de incrementar la fuerza de mantenimiento que genera tal mecanismo sujetador con respecto a una unidad de herramienta para una fuerza de retorno dada de la varilla de bloqueo con el fin de posibilitar el uso de un pequeño paquete de muelles, con la consiguiente reducción en el tamaño global de la envuelta de la herramienta o bien un incremento en la rigidez de la herramienta y precisión de corte con el uso de un paquete de muelles de tamaño convencional. De forma ideal, tal solución de incrementar la fuerza de mantenimiento sólo requeriría una mínima modificación en las formas de las partes existente por lo que un mecanismo sujetador convencional del tipo anteriormente descrito podría convertirse fácilmente en un mecanismo sujetador mejorado con una cantidad mínima de desmontaje y mecanizado. Sumario de la invención Hablando en términos generales, la invención consiste en un mecanismo sujetador para conectar amoviblemente una unidad de herramienta a un soportador de herramienta con una fuerza de mantenimiento mejorada que satisface los criterios antes mencionados. El mecanismo sujetador de la invención comprende al menos un elemento de bloqueo, que puede presentarse bajo la forma de una esfera;

3 3 ES T3 4 una caja casable con una unidad de herramienta y que tiene una abertura para recibir una esfera de bloqueo a través de una pared de la misma; una varilla de bloqueo movible alternativamente dentro del miembro de caja a lo largo de un eje longitudinal y que tiene una porción de leva para desplazar la esfera de bloqueo a través de la abertura de la caja en relación de acuñamiento y de bloqueo con una pared de la unidad de herramienta, en la que las paredes de la abertura de la caja no son cilíndricas, es decir, no son ortogonales al eje longitudinal de la varilla de bloqueo, sino que están en cambio inclinadas con respecto a una línea que se extiende radialmente desde este eje para incrementar la fuerza del contacto de bloqueo y acuñamiento entre el elemento de bloqueo y la unidad de herramienta. Tal inclinación de las paredes de la abertura incrementa la fuerza del contacto de acuñamiento al aumentar la ventaja mecánica entre la esfera de bloqueo y la pared de la unidad de herramienta que es cogida por esta esfera cuando es forzada radialmente hacia fuera por la porción de leva de la varilla de bloqueo. En la realización preferida, las paredes de la abertura están inclinadas entre y con respecto a una línea que se extiende radialmente desde el eje de la varilla de bloqueo, y más preferiblemente entre 7 y1 con respecto a esta línea radial. Cuando la pared de la unidad de herramienta que coopera con la esfera de bloqueo se encaja entre aproximadamente 0 y con respecto a esta línea radial, la esfera de bloqueo coopera en relación de acuñamiento con la pared de la unidad de herramienta a un ángulo más pequeño, incrementado así la ventaja mecánica asociada con su acoplamiento contra la unidad de herramienta. Como la invención puede incorporarse en un mecanismo sujetador de la técnica anterior taladrando simplemente las aberturas del miembro de caja oblicuamente con respecto al eje de rotación del miembro de caja en vez de hacerlo ortogonalmente, la invención puede incorporarse fácilmente a los mecanismos sujetadores existentes con una cantidad mínima de operaciones de mecanizado. Además, como la incorporación de la invención a un mecanismo sujetador incrementa la fuerza de mantenimiento un %, la invención permite usar paquetes de muelles más pequeños con todas sus ventajas de reducir la envoltura e incrementar la longevidad. Breve descripción de las diversas figuras La figura 1 es una vista en perspectiva de una unidad de herramienta del tipo fijado por el mecanismo sujetador de la invención; la figura 2 es una vista lateral en sección de la unidad de herramienta ilustrada en la figura 1 a lo largo de la línea 2-2; la figura 3 es una vista lateral en sección del mecanismo sujetador de la invención que conecta amoviblemente la unidad de herramienta de las figuras 1 y 2 a un soportador de herramientas; la figura 4 es una vista lateral en sección, agrandada de un mecanismo sujetador de la técnica anterior que conecta una unidad de herramienta a un soportador de herramienta, y la figura es una vista lateral en sección, agrandada del mecanismo sujetador de la invención que conecta una unidad de herramienta a un soportador de herramienta, ilustrando en particular cómo la inclinación de las aberturas del miembro de caja incrementa las fuerzas de acuñamiento y de apriete entre las esferas de bloqueo y las paredes inclinadas de la unidad de herramienta. Descripción detallada de la realización preferida Ahora, con referencia a las figuras 1 y 2, la unidad de herramienta usada en conjunción con el mecanismo sujetador de la invención tiene un extremo anterior 12 para sujetar una herramienta de corte, y una caña tubular posterior 16 para conectar a un soportador de herramienta. El extremo anterior 12 incluye un alojamiento o cavidad 14 que es de diseño convencional para recibir una pieza postiza de corte indizable, brida de bloqueo, y cuña (no mostrada). En la unión entre el extremo anterior 12 y la espiga tubular 16 hay una cara de tope anular 17 para ponerse en contacto con la cara anular de un soportador de herramienta cuando se conecta la unidad de herramienta a tal soportador por medio de un mecanismo sujetador. La cara de tope 17 es planar yestá orientada ortogonalmente con respecto al ejederotación de la caña tubular 16. Como se ha indicado en la figura 2, la caña tubular 16 se forma con preferencia de manera enteriza con el extremo anterior 12 de la unidad de herramienta en una sola pieza de acero, y tiene una forma troncocónica. La caña 16 incluye un par de aberturas opuestas 18a, b para recibir los elementos de bloqueo esféricos del mecanismo sujetador que se describe más adelante. Las paredes de las aberturas 18a, b no son cilíndricas completamente alrededor de su circunferencia, sino que incluyen en cambio porciones de pared inclinadas (como se muestra en la figura 2) para facilitar el contacto de bloqueo entre la caña 16 y los elementos de bloqueo esféricos del mecanismo sujetador. La superficie interior 22 de la caña tubular 16 es de forma sensiblemente cilíndrica para coincidir perfectamente con la superficie exterior del miembro de caja del mecanismo de bloqueo que se describirá brevemente. La superficie exterior de la caña 24 es troncocónica con vistas tanto a centrar como a rigidificar el acoplamiento entre la unidad de herramienta y un soportador de herramienta. Dispuestas ortogonalmente con respecto a las aberturas opuestas 18a, b hay hendiduras de alineamiento 26 y 28. Estas hendiduras 26, 28 se ajustan dentro de chavetas en saliente (no mostradas) presentes en el miembro de caja 39 del mecanismo sujetador para asegurar el alineamiento entre las aberturas 18a, b con los elementos de bloqueo esféricos del mecanismo sujetador. Con referencia ahora a la figura 3, el mecanismo sujetador 3 de la invención está dispuesto 3

4 ES T3 6 dentro de una carcasa soportadora de herramientas 37 como se muestra. El mecanismo sujetador incluye un miembro de caja de forma cilíndrica 39 montado dentro de una carcasa 41 formada a partir de un miembro de acoplamiento 43. El miembrodeacoplamiento43termina,ensuextremo distal en una cara de tope anular 44 que confronta con la cara de tope anteriormente descrita 17 de la unidad de herramienta cuando se conecta ambas. La carcasa del soportador de herramientas 37 tiene además una placa de soporte 4 dispuesta detrás del miembro de acoplamiento 43. Elmiembrodecaja39sefijaalacarcasa 41 por medio de una pestaña anular 47 sujeta al miembro de acoplamiento 43 por pernos 49. El miembrodeacoplamiento43sesujetaasuveza la placa de soporte 4 por medio de pernos 1. Así, el miembro de caja 39 permanece estacionario con relación a la varilla de bloqueo durante el funcionamiento del mecanismo sujetador 3, que será descrito brevemente. El extremo distal 3 del miembro de caja 39 incluye un par de aberturas opuestas a, b para admitir elementos de bloqueo en forma de esferas 7a, b en la posición mostrada en vista transparente. Es importante hacer notar que las paredes de las aberturas a, b no son agujeros cilíndricos cuyas paredes están en ángulo recto con el eje A. En cambio, son agujeros cuyas paredes 6 están inclinadas con respecto a una línea que se extiende radialmente desde el eje A (que es a la vez el eje de movimiento de la varilla de bloqueo ). Como se describirá conmás detalle en lo que sigue, tal inclinación de las paredes de la abertura incrementa las fuerzas de bloqueo y acuñamiento que las esferas de bloqueo 7 a, b aplican contra las paredes inclinadas de la unidad de herramienta. Como se ha indicado por las representaciones transparentes de las esferas de bloqueo 7a, b, la inclinación de estas paredes 6 hace que las esferas se desplacen ligeramente en dirección tanto axial como radial durante una operación de bloqueo. Además del miembro de caja 39 y esferas de bloqueo 7a, b, el mecanismo sujetador 3 de la invención incluye también la varilla de bloqueo que es movible alternativamente a lo largo del eje A desde la posición de desbloqueo ilustrada en la figura3alaposición transparente ilustrada en la misma figura. La varilla de bloqueo tiene unextremodistal62dispuestoconcéntricamente dentro y movible de manera deslizable con respecto al extremo distal 3 del miembro de caja 39. El extremo distal 62 incluye porciones de leva opuestas 64 para mover las esferas de bloqueo 7 en una dirección generalmente radial y en acoplamiento con la unidad de herramienta. Con tal fin, cada una de las porciones de leva 64 incluye una depresión 66 que es de forma parcialmente complementaria a las esferas de bloqueo 7, y una rampa68queseextiendedesdeunladodeladepresión 66 hacia el extremo distal 62 de la varilla. El extremo proximal de la varilla de bloqueo incluye un árbol cilíndrico 72 que es deslizable alternativamente en un extremo proximal 72. del miembro de caja 39. El árbol 72 de la varilla de bloqueo termina en un retenedor de muelle 73 que puede tomar la forma de una pestaña anular como se ha mostrado. Muelles que pueden presentarse en forma de arandelas Belleville 74 se disponen de manera deslizable y concéntricamente alrededor de la superficie exterior del extremo proximal72.delmiembrodecajaentrelaplaca4 y el retenedor 73. Estas arandelas 74 son comprimidas normalmente para aplicar una fuerza de tracción orientada longitudinalmente sobre la varilla de bloqueo para que la varilla de bloqueo sea empujada en una dirección retirada (indicada en vista transparente) que actúa para extender las esferas de bloqueo 7a, b dentro de la posición de bloqueo ilustrada en vista transparente. Se va a describir ahora el funcionamiento de la invención con respecto a las figuras 4 y. Como se ha indicado anteriormente, la figura 4 ilustra un mecanismo sujetador de la técnica anterior en el que las paredes. de las aberturas a, b del miembro de caja 39 son cilíndricas, siendo paralelas a una línea R que se extiende radialmente desde el eje A. En tal mecanismo sujetador, cuando se retira la varilla de bloqueo por las arandelas Belleville comprimidas 74, las esferas de bloqueo 7a, b son extendidas radialmente por la secciónderampa68delasporcionesde leva 64a, b. Cuando se extienden, las esferas de bloqueo 7a, b se ponen en contacto de bloqueo con las paredes inclinadas que forman parte de las aberturas 18a, b de la unidad de herramienta. En tal mecanismo de bloqueo, la pared de la unidad de herramienta se ladea un ángulo B con respecto a la línea radial R comprendido entre y,ymás preferiblemente de 3. Como las paredes. de las aberturas a, b son paralelas a la línea radial R, las porciones proximales de las esferas de bloqueo 7a, b cooperan en acuñamiento y bloqueo con las paredes inclinadas a un ángulo B, mostrado como un ángulo de 3 Ṗor contraste, en el mecanismo sujetador de la invención mostrado en la figura, las paredes 6 de las aberturas a, b del miembro de caja 39 están inclinadas a un ángulo C con respecto a una línea R que se extiende radialmente a partir del eje A. En la realización preferida, el ángulo C está comprendido entre y,ymás preferiblemente entre y1. En consecuencia, cuando la rampa 68 de cada una de las porciones de leva 64a, b de la varilla de bloqueo empuja radialmente hacia fuera las esferas de bloqueo 7a, b en dirección de la unidad de herramienta, las paredes inclinadas 6 de las aberturas a, b guían las esferas dentro de las paredes inclinadas de la unidad de herramienta no a un ángulo B de aproximadamente 3,sinomás bien a un ángulo inferior D que está comprendido entre 1 y2, ymás preferiblemente de. El ángulo de acoplamiento menor (es decir, frente a 3 )entre el extremo proximal de las esferas de bloqueo 7a, b y la pared inclinada de la unidad de herramienta crea una ventaja mecánica mayor en la acción de acuñamiento entre la superficie redondeada de las esferas 7a, b y las paredes inclinadas de la unidad de herramienta. Esta ventaja mecánica mayor da lugar a una fuerza de apriete que es del orden de un % mayor que la fuerza de apriete generada por el mecanismo de apriete de la técnica anterior ilustrado en la 4

5 7 ES T3 8 figura 4 cuando se usa el mismo número y tipo de arandelas Belleville 74. Alternativamente, el mecanismo sujetador 3 ilustrado en la figura sería capaz de generar la misma cantidad de fuerza de apriete que el mecanismo sujetador de la figura 4 con un paquete de muelles que comprende bien sea un menor número de arandelas Belleville 74 o arandelas 74 que fuesen más pequeñas, acortando así la envoltura del mecanismo 3. El mecanismo sujetador 3 de la figura puede incrementar también la longevidad de las arandelas Belleville 74 usadas en el paquete de muelles al reducir la cantidad de esfuerzo y fatiga que han de aplicar las arandelas 74 a la varilla de bloqueo para generar fuerzas de apriete aceptables. Aunque se ha descrito esta invención con respecto a una realización específica, varias modificaciones, revisiones, y variaciones de la invención resultarán evidentes para los expertos en la materia. Todas estas variaciones, adiciones y modificaciones estarán comprendidas en el ámbito de la invención, que sólo es limitada por las reivindicaciones anexas a la misma

6 9 ES T3 REIVINDICACIONES 1. Aparato sujetador para conectar de manera separable una unidad de herramienta () a un soportador de herramienta (43), teniendo dicha unidad de herramienta () una pared () para acoplarse por acuñamiento con un elemento de bloqueo (7a, b), teniendo dicho aparato sujetador: a) una carcasa (41); b) al menos un elemento de bloqueo movible (7a, b) dentro de dicha carcasa (41); c) un miembro de caja (39) que tiene un exterior (41) que es casable dentro de dicha unidad de herramienta (), y que incluye una abertura (a, b) para admitir y guiar dicho elemento de bloqueo móvil (7a, b) a través de una pared (6) de dicho miembro (39); y d) una varilla de bloqueo () movible alternativamente dentro del interior de dicho miembrodecaja(39)alolargodeuneje (A) y que tiene una porción de leva (64) para mover radialmente dicho elemento de bloqueo (7a, b) a través de dicha abertura (a, b) de dicho miembro de caja (39) en un acoplamiento de acuñamiento y de bloqueo mecánicamente ventajoso condicha pared () de dicha unidad de herramienta (), caracterizado porque las paredes (6) de dicha abertura (a, b) de dicho miembro de caja (39) están inclinadas con respecto a una línea (R) que se extiende radialmente desde dicho eje (A) de tal modo que dichas paredes de la abertura (6) guíen dicho elemento de bloqueo (7a, b) dentro de dicha pared () de la citada unidad de herramienta () aunángulo menor D que es más paralelo a dicha pared de la unidad de herramienta () que si dichas paredes de la abertura fuesen paralelas a dicha línea (R) para incrementar la fuerza del acoplamiento de acuñamiento y de bloqueo entre dicho elemento de bloqueo (7a, b) y dicha unidad de herramienta () aumentando la ventaja mecánica entre dicho elemento de bloqueo (7a, b) y dicha pared de la unidad de herramienta (). 2. Aparato sujetador según la reivindicación 1, en el que dicho elemento de bloqueo (7a, b) es una esfera de bloqueo, y dichas paredes de la abertura (6) están inclinadas a más de pero menos de con respecto a dicha línea (R) que se extiende radialmente desde dicho eje (A). 3. Aparato sujetador según la reivindicación 2, en el que dicha pared de la unidad de herramienta () está inclinada entre aproximadamente 0 y con respecto a la línea (R) que se extiende radialmente desde dicho eje (A). 4. Aparato sujetador según la reivindicación 1, en el que solamente está inclinado un lado de dicha pared de abertura (6) adyacente a dicha pared de la unidad de herramienta ().. Aparato sujetador según la reivindicación 1, que comprende un par de dichos elementos de bloqueo (7a, b), en el que dicho miembro de caja (39) incluye un par de aberturas opuestas (a, b) y dicha varilla de bloqueo () incluye un par de porciones de leva opuestas (64) y dicha unidad de herramienta () incluye un par de paredes opuestas () para coger dichos elementos de bloqueo (7a, b). 6. Aparato sujetador según la reivindicación 1, en el que dichas paredes de la abertura (6) están inclinadas aproximadamente con respecto a dicha línea (R) que se extiende radialmente desde dicho eje (A), y dicha pared de la unidad de herramienta () está inclinada aproximadamente con respecto a dicha línea (R) NOTA INFORMATIVA: Conforme a la reserva del art del Convenio de Patentes Europeas (CPE) y a la Disposición Transitoria del RD 2424/1986, de de octubre, relativo a la aplicación del Convenio de Patente Europea, las patentes europeas que designen a España y solicitadas antes del , no producirán ningún efecto en España en la medida en que confieran protección a productos químicos y farmacéuticos como tales. Esta información no prejuzga que la patente esté o no incluída en la mencionada reserva. 6

7 ES T3 7

8 8 ES T3

9 ES T3 9