CH693354A5 - Utensile e mandrino portautensile con bloccaggio mediante forza centrifuga. - Google Patents

Description

  



  La presente invenzione riguarda il campo tecnologico delle macchine utensili che eseguono lavorazioni per asportazione di truciolo mediante la rotazione di utensili e mandrini portautensile resi fra loro solidali mediante bloccaggio. 



  Più in particolare, l'invenzione concerne un insieme composto da utensile e mandrino portautensile per lavorazioni come foratura, alesatura, filettatura, maschiatura e simili, che risulta particolarmente adatto nei casi in cui dette lavorazioni richiedono di venire eseguite con elevate velocità di lavoro mediante un numero anche molto elevato di teste o stazioni di lavoro che comportano l'esistenza e l'operatività simultanea di numerosi gruppi, o insiemi di utensili e mandrini portautensile. 



  Nel caso di tali lavorazioni, secondo l'attuale stato della tecnica, il tempo di attrezzaggio di un'unità multipla di lavoro del tipo sopra accennato risulta molto elevato, ed elevato risulta pure il tempo necessario per la sostituzione o il ricambio degli utensili, in quanto il loro bloccaggio e sbloccaggio rispetto ai relativi mandrini viene di solito effettuato con l'avvitamento e svitamento di ghiere che comprimono la parte terminale (detta anche pinza) del mandrino che è cedevole elasticamente in quanto ricavata mediante parti flessibili fra loro separate mediante tagli. 



  L'inventore del presente trovato ha fornito una soluzione che rende molto più brevi le operazioni di attrezzaggio e similari già menzionate, in quanto il bloccaggio fra utensile e mandrino portautensile viene effettuato e mantenuto per opera della forza centrifuga che agisce sull'utensile durante le diverse lavorazioni. 



  Ciò è stato ottenuto dell'inventore rendendo espansibile elasticamente il gambo dell'utensile, operando su esso uno o più tagli diametrali con modalità che verranno descritte più dettagliatamente nel prosieguo della presente trattazione che lo dividono in più parti conformate a mensola che si flettono verso l'esterno in direzione radiale per effetto della forza centrifuga, generando sulle pareti interne della cavità del mandrino in cui è alloggiato il detto gambo delle forze di attrito sufficienti a mantenere l'utensile affidabilmente bloccato in qualsiasi momento della lavorazione, vincendo sia il momento dovuto all'inerzia dell'utensile durante eventuali fasi di accelerazione e decelerazione, sia le forze ed i momenti di reazioni assiali e tangenziali del pezzo che sta venendo lavorato. 



  L'oggetto della presente invenzione è costituito infatti da un insieme di utensile e mandrino portautensile come descritto nel preambolo della allegata rivendicazione 1, caratterizzato dalla parte caratterizzante della medesima rivendicazione. 



  Per meglio illustrare l'invenzione ed i vantaggi con essa conseguibili verrà ora eseguita una descrizione più dettagliata di alcuni suoi preferiti esempi realizzativi, facendo anche riferimento per maggior chiarezza ai disegni allegati, che rappresentano: 
 
   nella fig. 1 una vista laterale ingrandita in esploso di un esempio realizzativo dell'insieme secondo l'invenzione; nella fig. 2 una vista laterale dell'insieme della fig. 1 nella situazione in cui utensile e mandrino portautensile sono fra loro assemblati; 
   nella fig. 3 la vista prospettica parziale del gambo dell'utensile delle fig. 1 e 2 sezionato in corrispondenza della sua sezione trasverale minima, resa tale per l'esecuzione di un taglio che lo divide in due parti specularmente simmetriche;

   
   nella fig. 4 un diagramma in cui si vede orientativamente il rapporto fra il diametro del gambo di un utensile dell'insieme secondo l'invenzione e la velocità di rotazione prevista durante le lavorazioni; 
   nella fig. 5 la vista laterale in esploso di un altro esempio realizzativo di un insieme secondo l'invenzione, in cui il mandrino portautensile è del tipo "a pinza". 
 



  Nelle fig. 1 e 2 è rappresentata, come detto, una realizzazione dell'invenzione preferita dall'inventore per la sua praticità e per la sua economicità: l'insieme 10 è costituito da un mandrino portautensile 4, non conformato a pinza, ma semplicemente presentante una cavità cilindrica 4c, e da un utensile 1 comprendente una punta 2 (disegnata in modo generico) provvista di un gambo 3 complementare rispetto alla detta cavità 4c del mandrino 4. 



  La porzione terminale 3t dell'estremità libera del detto gambo 3 è divisa in due parti 24, 25 specularmente simmetriche di lunghezza L per mezzo di un taglio diametrale 7, che giace cioè su di un piano passante per l'asse longitudinale x-x dell'utensile 1. 



  Durante la rotazione di lavoro ad elevata velocità angolare dell'insieme 10, e quindi anche dell'utensile 1, per effetto della accelerazione centrifuga si sviluppano delle forze radiali che tendono a flettere radialmente verso l'esterno le due dette parti 24, 25, che si comportano come mensole vincolate sulla loro sezione di attacco minima Sm alla rimanente parte dell'utensile 1. 



  Data l'entità della velocità di rotazione che (può raggiungere o superare 120 000 giri al minuto) anche parti 24, 25 di massa limitata esercitano sulla parete interna 6 della detta cavità 4c delle forze di entità rilevante, che generano delle forze di attrito comunque sufficienti a mantenere l'utensile 1 rigidamente bloccato entro la cavità 4c in qualsiasi momento della lavorazione. 



  In particolare, le parti componenti il gambo 3 dell'utensile 1 vanno dimensionate in modo che le forze centrifughe radiali sopramenzionate diano adito ad una forza di attrito risultante FA esercitata sull'utensile 1 (si veda la fig. 3) scomponibile in una prima componente F1, parallela all'asse x-x dell'insieme 10, in grado di compensare la forza assiale di reazione Fr esercitata sull'utensile 1 dal pezzo (non raffigurato) mentre viene lavorato, ed in una seconda componente F2, perpendicolare alla prima, atta a formare un momento di attrito MA rispetto all'asse x-x di senso opposto ed in grado di compensare in ogni istante la somma Mi+r del momento Mr dovuta alla forza tangenziale di reazione esercitata sull'utensile 1 dal pezzo che viene lavorato più il momento Mi dovuta all' inerzia dell'utensile 1 stesso durante eventuali variazioni della sua velocità angolare. 



  Va osservato che, naturalmente, a parità della massa e della lunghezza delle parti 24, 25 del gambo 3, quanto minore è la loro sezione minima di attacco Sm, tanto maggiore è la freccia di cedimento elastico verso l'esterno delle parti 24, 25 medesime, e di conseguenza tanto maggiore è pure la forza da esse esercitata contro la parete interna 6 della cavità 4c che le alloggia. 



  Un taglio diametrale 7 di spessore rilevante sembrerebbe pertanto a prima vista essere vantaggioso al fine di incrementare le forze di attrito: nella realtà l'inventore ha rilevato invece che è molto più vantaggioso ricavare il taglio 7, senza sovradimensionarne lo spessore s, con una sezione longitudinale a "T" con il lato più corto 7c rivolto verso la punta 2 dell'utensile 1 perpendicolarmente al suo asse x-x ed il lato più lungo 71 rivolto verso l'estremità libera del gambo 3 parallelamente al detto asse. 



  Operando in tal senso si ottengono infatti contemporaneamente i seguenti risultati favorevoli:
 - si riduce convenientemente l'area resistente della detta sezione Sm;
 - non si diminuisce in modo sensibile la massa di ciascuna delle dette due parti 24 e 25, che influenza il valore delle forze centrifughe agenti su di esse;
 - si deve asportare una limitata quantità di materiale per effettuare il taglio 7 sul gambo 3. 



  Nelle fasi di avviamento, fasi nelle quali la velocità di rotazione è bassa, come pure nelle fasi di stand by con utensili fermi, cioè non rotanti, un utensile 1, in un insieme secondo l'invenzione, viene mantenuto solidalmente bloccato nel mandrino 4 per effetto della pressione esercitata radialmente su di esso da un anello elastico di tenuta 9 (di tipo O-ring) contenuto in un alloggiamento anulare 8 ricavato nella detta cavità 4c del mandrino 4. 



  A titolo orientativo si fornisce in fig. 4 la rappresentazione di un diagramma che mette in evidenza come è conveniente variare il diametro esterno del gambo 3 di un utensile 1 in un insieme secondo l'invenzione al variare delle velocità di rotazione prevista. 



  Come si può vedere nella fig. 5, per realizzare un altro tipo di insieme 11 secondo l'invenzione si può anche utilizzare un mandrino a pinza 14 di tipo noto. 



  In tal caso a velocità di rotazione nulle o basse il fissaggio dell'utensile 1 nella cavità 14c che lo ospita può venire effettuato sfruttando l'elasticità della pinza medesima. 



  Un utensile 1 adatto ad un insieme 10, 11 va preferibilmente realizzato in acciaio al tungsteno ed il suo gambo 3 è bene che sia rinforzato mediante un rivestimento costituito da uno strato esterno di acciaio resistente all'abrasione, possibilmente di tipo inossidabile per via dell'elevato coefficiente di attrito connesso a quest'ultimo. 



  È evidente che un insieme secondo l'invenzione può essere realizzato anche con forme e dimensioni delle componenti diverse da quelle indicate negli esempi realizzativi fin qui considerati, che sono particolarmente adatti per casi di microforatura con teste multiple ad elevate velocità di rotazione, come nel caso della foratura di pacchi di circuiti stampati del tipo multilayer. 



  Altre realizzazioni dell'insieme dell'invenzione che un tecnico del ramo può ottenere basandosi su quanto espresso nella allegata rivendicazione 1 risulteranno comunque comprese nell'ambito della protezione conferita dalla presente domanda di brevetto. Ad esempio la parzione terminale 3t del gambo 3 di un utensile 1 può anche venire divisa, mediante più piani contenenti il suo asse x-x, in più di due parti, simmetriche o meno, nel caso di particolari esigenze di progetto che lo richiedano.

Claims (5)

1. Insieme (10, 11) di mandrino portautensile (4, 14) e utensile (1) per lavorazioni ad asportazione di truciolo effettuate mediante una rotazione intorno ai loro assi longitudinali coincidenti (x-x), nel quale l'utensile (1) comprende una punta (2) munita di un gambo (3) sostanzialmente cilindrico atto a venire fissato entro una cavità (4c, 14c) complementare e coassiale ricavata nel detto mandrino portautensile (4, 14), caratterizzato dal fatto che il gambo (3) presenta uno o più tagli diametrali (7) che dividono in almeno due parti (24, 25) la porzione terminale (3t) della sua estremità libera, la sezione di attacco minima (Sm), il diametro del gambo (3) e la lunghezza di ciascuna delle almeno due parti (24, 25) essendo dimensionati in modo che, durante la rotazione di lavoro dell'utensile (1) esse, per effetto della forza centrifuga, si flettano radialmente verso l'esterno,

ruotando rispetto alla sezione di attacco minima (Sm) ed esercitino sulle pareti interne (6, 16) della cavità (4c, 14c) del mandrino portautensile (4, 14) delle spinte sufficienti a generare una forza di attrito risultante (FA) di prefissata entità sufficiente a mantenere l'utensile (1) bloccato entro la cavità (4c, 14c) durante le lavorazioni ad asportazione di truciolo.

2.

Insieme secondo la rivendicazione 1, nel quale la detta forza risultante di attrito (FA) è scomponibile in una prima componente (F1) diretta parallelamente all'asse (x-x) dell'utensile (1) e in una seconda componente (F2) diretta perpendicolarmente ad essa, la prima componente (F1) essendo in grado di compensare una forza di reazione (Fr) esercitata assialmente sull'utensile (1) da un pezzo che viene lavorato, e la seconda componente (F2) essendo sufficiente a generare un momento di attrito rispetto al detto asse (x-x) in grado di compensare in ogni istante la somma (Mi+r) di un momento di reazione esercitato sull'utensile (1) dal detto pezzo mentre viene lavorato e di un momento dovuto all'inerzia dell'utensile (1) stesso quando si verificano variazioni della sua velocità angolare di rotazione.

3.

Insieme secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, nel quale il gambo (3) dell'utensile (1) presenta un solo detto taglio diametrale (7) che lo divide nelle dette due parti simmetriche speculari (24, 25), e la sezione longitudinale del taglio diametrale (7) ha la forma di una "T" con il lato più corto (7c) rivolto verso la punta (2) perpendicolarmente al suo asse (x-x), ed il lato più lungo (71) ad esso perpendicolare rivolto verso l'estremità libera del gambo (3) medesimo parallelamente all' asse (x-x).

4.

Insieme secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale all'interno della cavità (4c) del detto mandrino portautensile (4) è ricavato un alloggiamento anulare (8) in cui è ospitato un anello elastico di tenuta (9) che preme esternamente intorno all'utensile (1) quando quest'ultimo è inserito entro la cavità (4c), generando delle forze sufficienti a mantenere fisso l'utensile (1) stesso quando l'insieme (10) è fermo o ruota ad una velocità angolare inferiore rispetto ad un prefissato valore di riferimento.

5. Insieme secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che l'utensile (1) è ricavato in acciaio al tungsteno ed il suo gambo (3) è rinforzato mediante uno strato esterno di acciaio inossidabile.