ITBA20010022A1 - Testa di precisione ad assi controllati con cambio automatico degli elettromandrini - Google Patents

Description

Descrizione tecnica dell'invenzione industriale dal titolo:

Testa di precisione ad assi controllati con cambio automatico degli elettromandrini.

Forma oggetto del presente trovato una testa di precisione ad assi controllati caratterizzata dalla possibilità di cambio automatico degli elettromandrini.

Le applicazioni di formatura mediante lavorazioni meccaniche (metalli, materie plastiche, legno) contemplano due linee di prodotti diversi: il prodotto finale, e il prodotto intermedio dedicato alla produzione di altri pezzi. Le macchine utilizzate sono essenzialmente fresatrici e tomi, sviluppati in sistemi più o meno complessi, vale a dire dalla macchina singola ai centri o catene di produzione. Gli elementi essenziali richiesti a queste macchine dal mercato moderno sono: alta velocità di lavorazione, elevata produttività, massima precisione e, naturalmente, riduzione dei costi. Per soddisfare a queste richieste, è necessario che ogni singola macchina svolga il maggior numero possibile di operazioni sul pezzo lavorato, in maniera da evitare spostamenti, lunghi attrezzaggi e tempi morti: idealmente il pezzo dovrebbe entrare grezzo ed uscire finito. In questi ultimi anni si è visto un notevole incremento da parte dell'industria in generale dell'automazione della produzione. La testa delle macchina utensile si è generalmente evoluta nelle sue forme canoniche (teste a un asse, a due assi, con rotazioni a 45° gradi), raggiungendo sia dimensioni che caratteristiche elevate; il bisogno di teste con le più diverse forme dimensioni, potenze e capacità, è di conseguenza notevolmente aumentato.

Un grosso inconveniente della tecnica odierna è insito nella esigenza di voler coprire una vasta gamma di applicazioni con un sistema unificato di teste con elettromandrino. Ciò limita fortemente la flessibilità di tali macchine: da un lato, alcune lavorazioni richiedono alte velocità del mandrino per ottenere una conformazione e un differente comportamento del truciolo, dall’altro, lo stesso mandrino, nel caso di lavorazioni richiedenti velocità più basse, sarebbe dotato di una potenza insufficiente.

Il trovato oggetto della presente invenzione risolve i problemi tecnici sopra menzionati in quanto trattasi di una testa di precisione ad assi controllati caratterizzata dalla possibilità di cambio automatico degli elettromandrini. Grazie a questa peculiarità la macchina riporta i seguenti vantaggi rispetto a prodotti similari: alte velocità di lavorazione sino a 20 volte superiori rispetto agli standard attuali che determinano un diverso comportamento e conformazione del truciolo; riduzione delle forze di taglio e aumento del volume di truciolo nell’unità di tempo con conseguente riduzione dei tempi di lavoro; aumento della precisione dimensionale e della qualità superficiale del pezzo in quanto, essendo il calore eliminato più velocemente insieme al truciolo, vi è un riscaldamento molto più contenuto; possibilità di lavorare particolari sottili e sensibili alle vibrazioni.

Questi ed altri vantaggi appariranno nel corso della descrizione dettagliata dell'invenzione che farà riferimento specifico alla tavola 1/1 nella quale si rappresenta uno schema realizzativo preferenziale in vista frontale (fig. 1) del tutto esemplificativo e non limitativo.

Con riferimento alla fig. 1 con (1) è indicata la testa di precisione secondo rinvenzione. Essa è composta dai seguenti sotto sistemi principali.

Elettromandrino con mandrino principale (2) inserito nel vano centrale. L’albero del mandrino è montato su due coppie di cuscinetti di massima precisione, per alte velocità, del tipo ibrido con sfere ceramiche e il precarico dei cuscinetti, è eseguito in modo variabile tramite un pistone idraulico servo assistito. Diminuendo la velocità viene aumentato il precarico dei cuscinetti, per dare rigidità maggiore al mandrino, viceversa invece con l’aumentare della velocità il precarico sui cuscinetti viene diminuito. I cuscinetti posteriori dell’asse mandrino, sono montati in una sottile gabbia con sfere di acciaio, per favorire lo scorrimento degli stessi in fase di riscaldamento e quindi di allungamento del mandrino. La potenza di questo mandrino è di circa 20KW a 6.000 G/l’.

Sistema di bloccaggio utensile ed elettromandrini (3) realizzato in modo misto, con olio/aria. Il pistone di bloccaggio, idraulico, agisce sull’asta che porta la pinza di bloccaggio; un’ulteriore pistone comandato ad aria fa in modo che si inserisca all’ interno dell’asta stessa una serie di sfere in acciaio che garantiscono in modo positivo il bloccaggio dell’utensile. Lo stesso cilindro per effetto di una serie di molle a tazza si sposta in posizione di disimpegno permettendo in questo modo la rotazione del mandrino . Tutti i movimenti di blocco, sblocco e di disimpegno del cilindro sono sorvegliati da sensori induttivi con lo scopo di informare l’elettronica di comando dell’awenuta funzione. Lo stesso sistema viene utilizzato per bloccare in automatico gli elettromandrini nella fase di cambio.

Distributore rotante idraulico (4), realizzato secondo canalizzazioni concentriche per avere più utilizzi in uno spazio contenuto. All’ interno di questo distributore passano tutti i liquidi e di raffreddamento e di pressione, compresi gli utilizzi di aria necessari al mandrino principale e ai mandrini ausiliari. Tutti i canali di alimentazione del distributore sono tra loro separati da guarnizioni a bassissimo attrito, questo per escludere la miscelazione dei liquidi e arie utilizzate. Tutti i passaggi utilizzati sono eseguiti a parete, per escludere la realizzazione di tubi, problema non indifferente vista l’alta quantità di utilizzi presenti. Distributore rotante elettrico (5). Può essere realizzato in modo classico con delle piste e dei contatti sempre tenuti appoggiati tra loro da molle precaricate. Il piatto con le piste ruota insieme al vano centrale, mentre il piatto che porta i contatti è fisso rispetto alla struttura della testa. I segnali elettronici di posizione e di rilevamento conteggio sono trasmessi con le nuove tecnologie tramite “bus” con fibre ottiche. Questa tecnologia permette trasmissioni ad elevata velocità ed immune ai disturbi garantendo affidabilità e alta precisione. Secondo una seconda realizzazione preferenziale, il principio di trasmissione avviene mediante opportuno accoppiamento elettromagnetico. Ciò consente un completo disaccoppiamento delle parti meccaniche ed elettriche, evitando di presentare problemi classici di usura, contatto insufficiente, ossidazione e presenza di disturbi sui segnali. Il principio di trasmissione dei segnali può essere schematizzato come segue: trasferimento d’energia, tramite accoppiamento elettromagnetico sugli assi rotanti della testa, dall’azionamento verso gli elettromandrini trasferimento dei segnali su un canale parallelo, ad accoppiamento elettromagnetico, dal mandrino e/o dagli elettromandrini verso il controllo uso di fibre ottiche per il trasferimento dei segnali logici sui canali preposti e distribuzione all’intemo della testa.

Trasmissione assi “B” e “A” (6), (7). Gli assi sono mossi da motori brushless , il rapporto tra il motore e la parte condotta è molto alto per dare alla meccanica una coppia motrice sufficiente al lavoro. La meccanica per la movimentazione degli assi è assicurata da una coppia di pulegge tra motore e viti senza fine. Gli assi sono controllati ciascuno da un encoder fissato direttamente sulla parte mobile, questo per evitare il possibile gioco tra parte mobile e encoder. Per ciascun asse è altresì previsto un bloccaggio idraulico che si inserisce quando l’asse deve eseguire delle lavorazioni di lunga durata con asse fermo.

Elettromandrini ausiliari (8). Sono completi e indipendenti dal mandrino principale. La particolarità è quella di poter essere montati sul mandrino principale in automatico, tramite un cambia utensili. Una volta inserito nel cono utensile del mandrino principale, in automatico prenderà tutte le alimentazioni necessarie al suo funzionamento, liquido di raffreddamento dello statore, alimentazione di potenza, alimentazione per i segnali di sicurezza, e aria attraverso il mandrino per il raffreddamento dell’utensile. H mandrino principale verrà bloccato meccanicamente dall’ elettromandrino ausiliario e funzionerà in modo indipendente dal mandrino principale, alle velocità e potenze di targa dell’elettromandrino. Alla fine del lavoro sarà sostituito, sempre in automatico da un altro elettromandrino con velocità e potenze differenti, o dal mandrino principale ripristinando automaticamente la situazione standard della testa. Alcuni esempi pratici di elettromandrini ausiliari sono di seguito riportati.

Elettromandrino da 15KW a 16.000 giri/minuto (9), particolarmente adatto alle operazioni di sgrossatura in alta velocità utilizzando tipicamente utensili ad inserti di materiali adeguati sia alla lavorazione come pure al pezzo; elettromandrino da 10KW a 20.000 giri/minuto (10) adeguato alla semisgrossatura e/o semifinitura con utensili tipicamente ad inserti come pure integrali. La potenza come pure il numero massimo di giri al minuto rendono questo mandrino particolarmente adatto per una lavorazione assai flessibile (sgrossatura e finitura con lo stesso mandrino); elettromandrino da 4,5KW a 40.000 giri/minuto (11), particolarmente adatto alle operazioni di finitura. L’elevato numero di giri raggiungibile permette operazioni di finitura con elevate velocità degli assi della macchina.; elettromandrino da 2,8KW a 60.000 giri/minuto (12) particolarmente adatto per lavorazioni di raccordi e piccole superfici. L’elevato regime di rotazione permette di ottenere grandi velocità di lavorazione ed elevati risultati di finitura.

Claims (9)

1. RI VEN D I C AZ I O N I 1) Testa di precisione di una macchina utensile, ad assi controllati comprendente un elettromandrino principale e una pluralità di elettromandrini ausiliari, mezzi di azionamento, di controllo, di distribuzione idraulici ed elettrici, e di bloccaggio di detti elettromandrini, e caratterizzata dalla possibilità di cambio automatico degli elettromandrini.
2. 2) Testa di precisione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto cambio automatico degli elettromandrini, operato da un cambia utensili, consente all’ elettromandrino ausiliario di prendere tutte le alimentazioni necessarie al suo funzionamento (liquido di raffreddamento dello statore, alimentazione di potenza, alimentazione per i segnali di sicurezza, e aria per il raffreddamento dell’utensile) e di bloccare meccanicamente il mandrino principale in modo da lavorare alle sue velocità e potenze di targa, in modo indipendente da detto mandrino principale.
3. 3) Testa di precisione secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elettromandrino con mandrino principale montato su due coppie di cuscinetti di massima precisione, per alte velocità, del tipo ibrido con sfere ceramiche e il precarico dei cuscinetti, è eseguito in modo variabile tramite un pistone idraulico servo assistito.
4. 4) Testa di precisione secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di bloccaggio utensile ed elettromandrini sono realizzati in modo misto, con olio/aria.
5. 5) Testa di precisione secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di distribuzione idraulica consistono in un distributore rotante idraulico realizzato secondo canalizzazioni concentriche , con canali di alimentazione tra loro separati da guarnizioni a bassissimo attrito, e con passaggi eseguiti a parete.
6. 6) Testa di precisione secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di distribuzione elettrici sono realizzati con delle piste e dei contatti sempre tenuti appoggiati tra loro da molle precaricate.
7. 7) Testa di precisione secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di distribuzione elettrici sono realizzati mediante accoppiamento elettromagnetico e che, pertanto, il principio di trasmissione dei segnali prevede il trasferimento d’energia, tramite accoppiamento elettromagnetico sugli assi rotanti della testa e il trasferimento dei segnali su un canale parallelo, sempre ad accoppiamento elettromagnetico.
8. 8) Testa di precisione secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli assi degli elettromandrini sono movimentati per mezzo di motori brushless, ad elevato rapporto di trasmissione, sono controllati ciascuno da un encoder fissato direttamente sulla parte mobile, ed hanno la possibilità di un bloccaggio idraulico.
9. 9) Testa di precisione di una macchina utensile, ad assi controllati secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato da quanto descritto ed illustrato nella tavola allegata, il cui insieme e i cui componenti possono essere anche di forma e dimensioni diverse e/o realizzati con qualunque tipo di materiale.