CH670412A5 - - Google Patents

Description

DESCRIZIONE La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per la realizzazione di un elettromandrino integrato con motore asincrono per frequenze inferiori e superiori a 3000 Hz, atto a lavorazioni meccaniche, che permette, data l'elevatissima sua velocità, di raggiungere potenze elevate con un ingombro molto ridotto e che si presta quindi a lavorazioni particolari, attualmente impossibili con un elettromandrino normale. Esso è caratterizzato dalla parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Preferite forme di realizzazione del procedimento di realizzazione dello statore e del rotore sono caratterizzate dalla parte caratterizzante delle rivendicazioni 2 e 3.

Forma pure oggetto della presente invenzione l'elettroman-drino realizzato coi procedimenti suddetti.

I disegni allegati rappresentano una preferita forma di realizzazione dell'elettromandrino in oggetto.

La fig. 1 rappresenta l'unità intera parzialmente sezionata lungo il suo asse longitudinale.

La fig. 2 rappresenta l'unità scomposta in singoli elementi parzialmente raggruppati.

La fig. 3 rappresenta il mandrino scomposto in singoli elementi.

La fig. 4 rappresenta il canotto in sezione assiale.

La fig. 5 rappresenta, in sezione assiale, l'assieme di tutti gli elementi che compongono la parte statica del motore asincrono.

La fig. 6 rappresenta la forma dei lamierini che compongono il pacco statorico del motore, evidenziando il proporziona-mento della corona, delle cave e del dente.

La fig. 7 rappresenta le isolazioni delle cave statoriche, gli avvolgimenti, la resina isolante nelle cave e la forma del dente.

La fig. 8 rappresenta il pacco lamellare statorico e le ranelle di testa.

La fig. 9 rappresenta il rotore ed i suoi elementi componenti.

La fig. 10 rappresenta la forma dei lamierini che compongono il pacco lamellare rotorico ed il proporzionamento del relativo foro per l'albero.

La fig. 11 rappresenta i conduttori che formano la gabbia di scoiattolo rotorica e dove viene inserita la resina ammortizzante.

In sintesi detto elettromandrino, fig. 1, si compone di un canotto 3 (fig. 3 e 4) nel cui interno si inserisce l'albero-mandrino 23 (fig. 1 e 3) supportato dal cuscinetto 6 (fig. 1 e 3) e dal gruppo di cuscinetti 6' e 6" (fig. 1 e 3); a sbalzo, tramite la flangia 25 (fig. 1 e 2) è fissato, con quattro viti 26 (fig. 1 e 2), il motore asincrono 2 (fig. 1 e 2).

II rotore 5 (fig. 2 e 9) che traduce l'energia elettromagnetica in energia meccanica è montato, anch'esso a sbalzo, sull'albero-mandrino.

A completamento dell'unità vi sono:

a) il dispositivo di tenuta dinamica e statica 24 (fig. 1 e 3) montato sulla parte anteriore dell'albero-mandrino 23 (fig. 1 e •3);

b) il dispositivo di bloccaggio 26 (fig. 1, 2 e 5) dell'albero mandrino 23 (fig. 1 e 3) montato posteriormente ed all'interno del motore 2 (fig. 1, 2 e 5);

c) la scatola di connessione elettrica 32 (fig. 1 e 2) fissata lateralmente alla carcassa del motore con le due viti 33 (fig. 1 e 2) che fissa e protegge il cavo di alimentazione 31 (fig. 1 e 5). Per detta scatola è prevista anche una versione con presa e spina ad aggancio-sgancio rapido.

Il canotto 3 (fig. 3 e 4), comprende le due parti tubolari coassiali 3' e 3" (fig. 3 e 4); esse sono costruite in acciaio al cromo rifuso, preformate per forgiatura, successivamente lavorate per asportazione di trucioli, quindi trattate termicamente (compreso raffreddamento a —70°C) a cuore (durezza: 62 HRC). La lavorazione delle due parti inizialmente è normale, cioè ogni singola parte viene lavorata indipendentemente dell'altra.

Concluse le prime operazioni di rettifica, i due particolari 3' e 3' ' vengono assiemati (fig. 4) e fissati con la ghiera 34 (fig. 4) filettata internamente. Allo scopo di consentire il fissaggio del

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particolare 3' ' nell'interno del 3' (fig. 4) il particolare 3' ' è stato progettato con una testa su un'estremità ed una parte filettata sull'estremità opposta, mentre il particolare 3' è stato progettato con due apposite sedi (come mostrato in fig. 4). I due particolari 3' e 3", assiemati come detto, subiscono la rettifica finale che caratterizza appunto l'estrema precisione del canotto 3 in quanto la distanza 3" ' (che per il buon funzionamento del mandrino non ammette tolleranze tra spallamenti esterni del 3' e spallamenti interni del 3") viene realizzata mentre si rettificano le sedi dei cuscinetti 35 e 36 (fig. 4).

Ovviamente, procedendo in questo modo, gli spallamenti a distanza 3' ' ' della parte esterna 3' avranno l'identica quota degli spallamenti della parte interna 3" . Anche le due sedi interne 35' e 36' (fig. 4) del particolare 3' ' vengono rettificate mentre si rettificano le rispettive sedi 35 e 36 ottenendo così una strettissima tolleranza di concentricità che non supera il valore di 0,002 mm.

Il particolare 3' ' alla fine subirà ancora l'operazione di asportazione della testa che era servita per le lavorazioni effettuate insieme al particolare 3' (fig. 4).

Il diametro esterno del canotto 3 (fig. 3 e 4) viene finito di rettifica con mole diamantate con legante resinoso in modo da ottenere una piccola rugosità (Ra: 0,08-0,15 |j,m) e tolleranze di esecuzione molto ristrette: diametro nominale +0,002/+ 0,004 mm; rotondità entro 0,001 mm e cilindricità, su tutta la lunghezza del canotto, entro 0,0015 mm.

Con queste caratteristiche il canotto può essere montato in una bussola con gabbia sfere a scorrimento consentendo lo spostamento rettilineo, dinamico, dell'elettromandrino con grande precisione e rigidità.

In considerazione della precisione ottenuta nel canotto 3, secondo la presente invenzione, e consentito il mantaggio di cuscinetti 6, 6' e 6" (fig. 1 e 3) di altissima precisione, accoppiati presso il fabbricante in modo da avere l'assoluta garanzia dei valori di precarico desiderati senza dover effettuare nessuna mi-surazione e nessuna regolazione. Il particolare metodo di esecuzione del canotto 3 ed i materiali scelti per i due componenti 3' e 3" garantiscono il perfetto funzionamento anche con il variare della temperatura; infatti la differenza di dilatazione possibile, per i due particolari in oggetto 3' e 3" (fig. 4), è talmente piccola da risultare praticamente insignificante e comunque si tradurrebbe in una variazione di carico di gran lunga inferiore alle variazioni di carico che il mandrino 1 (fig. 1 e 2)

deve sopportare a causa della lavorazione che deve effettuare.

L'albero-mandrino 23 (fig. 1 e 3), costruito in acciaio cementato e temperato (durezza 60 HRC) è previsto in diverse forme della parte terminale anteriore («naso»):

— per fissaggio utensile 30 (fig. 1) a mezzo di una pinza 29 e relativa ghiera 28 (fig. 1);

— per porta utensili conici fissati a mezzo di una ghiera;

— per porta utensili conici ad aggancio e sgancio rapido;

— per utensili o porta utensili con attacco a flangia.

È pure prevista la versione dell'albero-mandrino con foro centrale per addurre un liquido di raffreddamento e/o lubrificazione dell'utensile, in quanto in molti casi, data l'alta velocità di rotazione, il liquido di raffreddamento e/o lubrificazione fatto pervenire all'utensile per mezzo di un getto esterno in realtà non arriva all'utensile a causa del vortice prodotto dall'utensile stesso.

Sull'estremità anteriore dell'albero-mandrino 23 (fig. 1 e 3), a protezione dei cuscinetti 6' e 6" vi è il dispositivo di tenuta dinamica e statica 24 (fig. 1 e 3). Si tratta di guarnizione che non permette l'infiltrazione di liquidi e di particelle solide che altrimenti danneggerebbero gravemente i cuscinetti 6' e 6".

La particolarità di detto dispositivo 24 sta nel fatto che quando l'elettromandrino è fermo la guarnizione, costituita di un materiale sintetico resistente a moltissimi agenti chimici, preme contro una rondella di acciaio trattato termicamente e lappato; quando l'unità è in funzione detta guarnizione dapprima alleggerisce la pressione contro la rondella, poi, raggiunto un certo numero di giri/1' la guarnizione si stacca completamente per effetto centrifugo così da consentire elevatissimi regimi di rotazione senza il minimo attrito.

Lo statore 4 (fig. 2 e 5) dell'elettromandrino in oggetto, secondo la presente invenzione, è costituito con lamierini magnetici (fig. 6) di bassissimo spessore, per consentire piccole perdite anche alle alte frequenze, fino ed oltre 3000 Hz, e inglobati con resina 14 (fig. 5 e 7) epossidica caricata con particolari sabbie che migliorano la conducibilità termica senza comprometterne l'isolamento elettrico che risulta di elevatissima resistività. La composizione del materiale di cui sono costituiti' i lamierini (fig. 6) è tale da consentire una elevetata saturazione magnetica, così si è cercato un proporzionamento, cave statoriche 8 (fig. 6), corona esterna 7 (fig. 6) e dente 9 (fig. 6) che consentisce di sfruttare al massimo le qualità del materiale; a questo scopo si utilizzano per le isolazioni 10 (fig. 7) delle cave statoriche dei materiali ad altissima resistività, tale da consentire una sensibile riduzione dello spessore di dette isolazioni 10 senza compromettere l'isolamento dello statore. Determinante per quanto riguarda l'isolamento resta comunque la resina 14 (fig. 5 e 7), inserita a caldo ed accelerando le singole molecole della resina, che interponendosi tra le spire dell'avvolgimento 13 (fig. 7) e tra l'avvolgimento stesso 13 e la carcassa 12, 12', e 12" (fig. 5) ed il pacco lamellare 4' (fig. 5) garantisce il risultato finale e conferisce allo statore così costruito grande affidabilità nel tempo.

Questa speciale costruzione, oltre a limitare le perdite, migliora notevolmente la resistenza dell'avvolgimento, lo rende praticamente insensibile all'acqua, a molte radiazioni, a molti agenti chimici e migliora notevolmente la capacità di disperdere il calore; ne consegue che la maggior parte degli elettromandrini costruiti secondo questa invenzione possono essere lubrificati a grasso e quindi completamente chiusi.

La lubrificazione forzata a nebbia d'olio è prevista solo per certe applicazioni, ed in particolare per gli alberi di maggiori dimensioni ed utilizzati ad altissime velocità.

Il rotore 5 (fig. 1 e 9), costruito con lamierini (fig. 10) magnetici a bassa perdita e di spessore sottile, dimensioni per conduttori a bassa resistenza consentono di utilizzare un albero più grande del normale.

La costruzione particolarmente robusta grazie agli anelli di cortocircuito 19 (fig. 9), alle cuffie 20 (fig. 9) in acciaio inossidabile ed alla resina ammortizzante che neutralizza gli effetti della risonanza a cui sono soggetti i conduttori 16 (fig. 9) consente elevatissime velocità di rotazione permettendo pure una buona durata di vita dei cuscinetti. Il rotore così costruito, permette di dimensionare il diametro del rotore stesso più grande del normale, per cui si dispone di una coppia sensibilmente più alta già ai bassi regimi di rotazione.

I principali vantaggi presentati dall'elettromandrino in oggetto sono:

— Costruzione semplice, robusta e modulare;

— Alta coppia a qualsiasi regime;

— Vibrazioni estremamente ridotte;

— Silenziosità di funzionamento;

— Nessuna regolazione del precarico dei cuscinetti;

— Estrema semplicità d'utilizzazione.

La costruzione «modulare», cioè a gruppi facilmente intercambiabili, consente la realizzazione di unità che soddisfano, razionalmente, un gran numero di specifiche esigenze; permettendo anche il facile aggiornamento della medesima unità per adattarla alle sempre più rapide evoluzioni del mercato che l'utilizzatore dove fronteggiare.

La meccanica particolarmente semplice e robusta, il dimen5

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sionamento elettromagnetico con ampie riserve e l'utilizzo di materiali adeguati, come previsto dalla presente invenzione, consentono l'impiego di questo elettromandrino su macchine automatiche di alta produzione ed elevatissima produttività che lavorano a ciclo continuo, cioè 24 ore al giorno.

L'elevata stabilità meccanica, la precisione di rotazione e la precisione di spostamento rettilineo (avanzamento di lavoro) che può raggiungere un elettromandrino costruito secondo l'invenzione, consente l'uso di utensili altamente produttivi, ad esempio: in metallo duro, ceramici, in diamante naturale, in diamante sintetico ed al nitruro di boro.

Le dimensioni alquanto compatte e le caratteristiche della motorizzazione possibili per detto elettromandrino, secondo l'invenzione, in particolare l'elevata coppia disponibile già alle basse velocità, unite alla semplicità di sostituzione dell'utensile ed al costo relativamente basso sono fattori che consentono l'utilizzazione dell'elettromandrino in oggetto anche su piccole 5 macchine universali, ad esempio tornitrici o fresatrici, per operazioni di:

— rettifica; interna, esterna e di testa;

— fresotornitura;

io — foratura;

— fresatura;

— tornitura con utensile rotante; interna o esterna;

— rullatura.

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5 fogli disegni

Claims (4)

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1. Procedimento per la realizzazione di un elettromandrino integrato con motore asincrono (fig. 1) per frequenze inferiori e superiori a 3000 Hz, atto a lavorazioni meccaniche, caratterizzato da ciò che si realizza il canotto (3 fig. 3) del mandrino in due parti tubolari (3' e 3' ' fig. 4) coassiali e si esegue una rettifica di finitura contemporaneamente delle due parti tubolari infilate e fissate l'una nell'altra, in modo da assicurare l'identica distanza (3" ' fig. 4) degli spallamenti dei cuscinetti (6, 6' e 6" fig. 1).

2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da ciò che per la realizzazione dello statore (12) si procede come segue:

a) si dimensionano le cave statoriche dei lamierini (8 fig. 6) in modo da avere il massimo spessore del dente (9 fig. 6 e 7) prevedendo le isolazioni di cava (10 fig. 7) con isolante ad alta resistività;

b) si dispone su ciascuna testata del pacco lamellare statorico (4' fig. 8) una ranella (11 fig. 8) di un materiale termicamente conduttore, superficialmente isolante e di forma uguale a quella dei lamierini (fig. 6), che trasmetta il calore dal pacco statorico (4' fig. 8) alla carcassa (12) esterna, fatta di un materiale dotato di alta conducibilità termica esteriormente (fig. 2 o fig. 5) aiettata o provvista di mezzi di raffreddamento;

c) si introducono nelle cave statoriche (8 fig. 6) gli avvolgimenti (13 fig. 5 e fig. 7) in filo di un materiale elettricamente conduttore e superficialmente isolato;

d) si inseriscono nella carcassa (12 fig. 2 o fig. 5) lo statore avvolto (4 fig. 2), la flangia anteriore (12' fig. 2 o fig. 5) e la flangia posteriore (12' ' fig. 2 o fig. 5);

e) si introduce della resina isolante (14 fig. 5 e fig. 7) in modo che essa arrivi ad occupare ogni interstizio dell'avvolgimento, sostituendosi perciò all'aria presente prima di effettuare detta operazione; detta resina, relativamente elastica, tale da aumentare la sua elasticità con l'aumentare della temperatura, venendo caricata con sostanze che ne aumentino la conducibilità termica.

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RIVENDICAZIONI

3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato da ciò che per la realizzazione del rotore si procede come segue:

f) si effettua il pacco lamellare rotorico (5 fig. 2 e fig. 9) utilizzando lamierini (fig. 10) isolati inorganicamente mediante fostatizzazione o cristallizzazione di un mezzo isolante lavorati in modo da presentare un foro (15 fig. 10) per l'albero, si montano i conduttori (16 fig. 9 e fig. 11), per la gabbia di scoiattolo, in rame elettrolitico, argento o leghe;

g) si dispone su ciascuna testata del rotore (5 fig. 2 e fig. 9) una ranella (17 fig. 9) di un materiale dotato di elevata resistenza meccanica ed amagnetico, ranella provvista di condotti (18 fig. 9) per addurre una resina ammortizzante tale da eliminare le vibrazioni dei conduttori; si fondano i terminali dei conduttori (16 fig. 9 e fig. 11) in modo da ottenere i rispettivi anelli di cortocircuito (19 fig. 9) e successivamente si applica, su ciascun anello di cortocircuito, una cuffia (20 fig. 9), pure in un materiale dotato di elevata resistenza meccanica ed amagnetico, saldata alla ranella (17 fig. 9) suddetta, senza materiale d'apporto, per contenere l'effetto centrifugo a cui è sottoposto l'anello.

4. Elettromandrino realizzato col procedimento secondo le rivendicazioni 1, 2, 3.