IT202000014026A1 - Magazzino porta-utensili, macchina per la lavorazione di pezzi comprendente tale magazzino, metodo di cambio utensile in detta macchina - Google Patents

Description

MAGAZZINO PORTA-UTENSILI, MACCHINA PER LA LAVORAZIONE DI PEZZI COMPRENDENTE TALE MAGAZZINO, METODO DI CAMBIO

UTENSILE IN DETTA MACCHINA

La presente invenzione si riferisce a un magazzino porta-utensili, in particolare ad un magazzino portautensili atto ad eseguire il cambio e l?approvvigionamento di utensili ad una testa di lavorazione in una macchina per la lavorazione di pezzi ed a una macchina per la lavorazione di pezzi comprendente tale magazzino.

La presente invenzione riguarda anche un metodo di controllo di tale macchina per la lavorazione di pezzi. Come ? noto le macchine per la lavorazione di pezzi comprendono delle stazioni di lavoro nelle quali avviene la lavorazione di un pezzo da parte di un apposito utensile associato ad una testa di lavorazione.

Nella presente descrizione si far? riferimento alle tre direzioni di un piano cartesiano x, y, z in cui l?asse x ? l?asse di sviluppo longitudinale della macchina, l?asse z ? l?asse di sviluppo in altezza della macchina e l?asse y ? l?asse di sviluppo in profondit? della macchina.

Le macchine per la lavorazione di pezzi presentano una struttura portante a portale che definisce uno spazio interno accessibile frontalmente ove avviene la lavorazione dei pezzi.

Nello spazio interno sono ricavate le stazioni di lavoro dove la testa di lavorazione opera. Notoriamente, la porzione superiore della struttura a portale supporta, per il tramite di un montante, una traversa solidale al montante. Tale montante ? mobile in traslazione lungo la direzione di sviluppo longitudinale della macchina portando con s? la traversa. Questa traversa supporta a sua volta un braccio di supporto e azionamento per utensili che si protende verso il basso ed ? accoppiato a una testa di lavorazione a sua volta accoppiata a mandrino che supporta un utensile di lavorazione. Il braccio di supporto e azionamento ? predisposto per muoversi lungo l?asse z rispetto alla traversa.

In questo modo, ? possibile spostare la testa di lavorazione dove necessario.

La struttura portante ? provvista sulla facciata posteriore di una paratia apribile. Tale paratia, quando ? chiusa, forma parte della parete posteriore della struttura portante mentre, quando ? aperta, consente l?accesso all?interno della macchina anche dalla parte posteriore della macchina.

Vantaggiosamente, le macchine per la lavorazione di pezzi comprendono ulteriormente un magazzino portautensili automatizzato che reca con s? uno o pi? utensili di ricambio per l?utensile associato alla testa di lavorazione.

I magazzini porta-utensili sono generalmente posizionati posteriormente alla struttura portante esternamente a essa e in corrispondenza della paratia apribile.

Questi magazzini porta-utensili possono essere azionati per sostituire automaticamente gli utensili impegnati nella testa di lavorazione senza l?intervento di operatori in modo da garantire alle macchine di lavorazione una continuit? operativa. Di conseguenza, pi? il cambio dell?utensile avviene rapidamente, pi? la continuit? delle operazioni ? garantita e pi? la lavorazione di un pezzo ? rapida ed efficiente.

Generalmente, i magazzini porta-utensili comprendono una struttura di supporto associata alla macchina di lavorazione e un corpo porta-utensili associato alla struttura di supporto, generalmente a carosello, sul quale sono disposti gli utensili di ricambio. In particolare, la struttura di supporto ? provvista di un attuatore lineare a corsa singola che porta ad una sua estremit? il corpo porta-utensili. In questo modo, azionando l?attuatore lineare esso fa traslare il corpo porta-utensili rispetto alla struttura di supporto.

Il corpo porta-utensile reca con s? una pluralit? di utensili in modo da garantire una pluralit? di tipi di lavorazione, quindi versatilit? e flessibilit? della macchina. In generale il corpo porta-utensile comprende almeno un utensile di ricambio, quindi anche almeno una postazione libera destinata a essere occupata dall?utensile da sostituire. Ogni postazione ? definita da mezzi di aggancio, per esempio forche atte a impegnarsi in modo reversibile con rispettivi utensili. Vengono notoriamente impiegati diversi metodi per la selezione dell?utensile da parte della testa di lavorazione, ad esempio, ciascun utensile pu? avere una postazione predefinita nel corpo porta-utensili in modo da poterlo individuare e sostituire in maniera efficiente, oppure possono essere utilizzati sistemi di riconoscimento degli utensili atti a riconoscere i vari utensili mediante la lettura di codici identificativi, ad esempio codici a barre, posti sugli stessi.

Generalmente, durante il normale funzionamento di una macchina, il magazzino porta-utensili ? tenuto fuori dalle stazioni di lavoro in modo da non presentare intralcio alla testa di lavorazione, e nel caso in cui risulta necessario il cambio dell?utensile il magazzino porta-utensili e la testa di lavorazione raggiungono una postazione di cambio utensile nella quale si incontrano.

Inoltre, il corpo porta-utensili ? predisposto per essere movimentato rispetto alla struttura di supporto lungo l?asse y in modo da raggiungere la testa di lavorazione, agganciare l?utensile da sostituire posto su di essa, e da fornirgli il nuovo utensile.

Infatti, il metodo noto di sostituzione di un utensile della testa di lavorazione comprende le seguenti fasi, illustrate rispettivamente nelle figure da 1A a 1G nelle quali la testa di lavorazione ? indicata con T e il magazzino porta-utensili con M:

- movimentare la testa di lavorazione accoppiata all?utensile da sostituire in una posizione di cambio utensile prossima alla paratia apribile; - aprire la paratia;

- movimentare il corpo porta-utensile verso la testa di lavorazione con una postazione vuota per l?utensile rivolta verso la testa di lavorazione; - agganciare l?utensile da sostituire con i mezzi di aggancio della postazione vuota del corpo portautensile;

- sollevare la testa di lavorazione in modo da disimpegnarla da tale utensile;

- ruotare il corpo porta-utensili a carosello in modo da disporre il nuovo utensile da montare sotto alla testa di lavorazione;

- abbassare la testa di lavorazione in modo da impegnarla al nuovo utensile;

- movimentare il corpo porta-utensili verso la sua posizione iniziale, lasciando l?utensile sulla testa di lavorazione;

- attivare la testa di lavorazione cosi da fargli riprendere la lavorazione.

Tale metodo presenta l?inconveniente di richiedere tempo, in particolare a causa dei tempi morti dovuti allo spostamento del corpo porta-utensili verso la testa di lavorazione che pu? avvenire solo dopo che la paratia ? stata aperta per motivi di sicurezza e la testa di lavorazione ha raggiunto la posizione di cambio utensile.

Inoltre, il mandrino della testa di lavorazione pu? essere azionato dopo un cambio utensile solo dopo che la paratia si ? nuovamente chiusa.

Questi tempi morti rappresentano una perdita di efficienza notevole per una macchina di lavorazione industriale in quanto normalmente avvengono una pluralit? di cambi di utensile durante la lavorazione di un singolo pezzo.

Scopo della presente invenzione ? quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e in particolare quello di ideare un magazzino porta-utensili e una macchina per la lavorazione di pezzi comprendente tale magazzino porta-utensili in grado di diminuire il tempo necessario per il cambio degli utensili.

Un altro scopo ? quello di ideare un metodo per il cambio utensili in una macchina per lavorazione di pezzi che sia pi? rapido rispetto ai metodi noti.

Questi e altri scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un magazzino porta-utensili come esposto nella rivendicazione 1, una macchina per la lavorazione di pezzi come esposto nella rivendicazione 7 e un metodo per il cambio utensile in una macchina per lavorazione di pezzi come esposto nella rivendicazione 8.

Ulteriori caratteristiche del magazzino porta-utensili e del metodo per il cambio utensile in una macchina per lavorazione di pezzi sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un magazzino portautensili, di una macchina per la lavorazione di pezzi e di un metodo per il cambio utensile in una macchina per lavorazione di pezzi secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:

- le figure 1A a 1G sono delle viste schematiche di fasi del metodo di cambio utensile con un magazzino porta-utensili secondo la tecnica nota;

- la figura 2 ? una vista laterale di un magazzino porta-utensili secondo l?invenzione;

- la figura 3 ? una vista prospettica dal basso del magazzino porta-utensili di figura 1;

- le figure 4A a 4G sono delle viste schematiche di fasi del metodo di cambio utensile con un magazzino porta-utensili secondo la presente invenzione;

- le figure 5A e 5B sono due viste prospettica di una macchina di lavorazione comprendente un magazzino porta-utensili secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle figure, viene mostrato un magazzino porta utensili per una macchina di lavorazione industriale complessivamente indicato con 10.

Ai fini della presente descrizione, a scopo semplificativo, viene definito il piano cartesiano, visibile in figura 2, in cui l?asse x ? l?asse di sviluppo longitudinale della macchina, l?asse z ? l?asse di sviluppo in altezza della macchina e l?asse y ? l?asse di sviluppo in profondit? della macchina.

In particolare, la macchina di lavorazione 100 comprende una struttura portante 101, che si sviluppa in lunghezza lungo una direzione longitudinale X in profondit? lungo una direzione di profondit? Y e in altezza lungo una direzione di altezza Z atta a sostenere i componenti funzionali della macchina; tale struttura portante ? almeno parzialmente chiusa in modo tale da definire uno spazio interno 102 alla macchina di lavoro. Preferibilmente, la macchina 100 comprende una facciata frontale in corrispondenza di un accesso frontale.

Preferibilmente, la macchina 100 comprende inoltre una paratia 103 posteriore dalla quale si pu? accedere posteriormente allo spazio interno di lavoro 102.

La macchina 100 comprende inoltre una testa di lavorazione T associata alla struttura portante 101 in modo da essere mobile nello spazio interno di lavoro 102, lungo la direzione longitudinale X, la direzione di profondit? Y e la direzione di altezza Z. Generalmente, la macchina di lavorazione 100 comprende un montante 104 connesso alla struttura portante 101 e mobile lungo la direzione longitudinale x; a tale montante ? connessa una traversa 105 che si estende lungo l?asse y sulla quale ? montata scorrevolmente la testa di lavorazione T, tramite un braccio allungabile 106.

La testa di lavorazione T ? accoppiata ad un mandrino accoppiato a sua volta a un utensile 5 ed ? quindi mobile lungo la direzione x grazie al movimento del montante 104, lungo la direzione y attraverso apposite guide della traversa 105, e infine lungo la direzione z tramite l?allungamento del braccio 106 tramite il quale si accoppia alla traversa 105 stessa.

Secondo la presente invenzione, la macchina di lavorazione 100 di pezzi comprende un magazzino portautensili, complessivamente indicato con 10, posizionato esternamente allo spazio interno di lavoro 102.

Ad esempio, il magazzino porta-utensili 10 ? posizionato posteriormente alla macchina di lavorazione 100, dietro la suddetta paratia posteriore 103.

Il magazzino porta-utensili 10, illustrato in figura 2 e 3, comprende un primo elemento di supporto 1, tramite il quale ? associato alla struttura portante 101 della macchina 100 e un secondo elemento di supporto 2 collegato al primo elemento di supporto 1 in modo da essere mobile per una prima corsa lungo una direzione di movimentazione rispetto a tale primo elemento di supporto 1.

Il magazzino porta-utensili 10 comprende anche un corpo porta-utensili 3 collegato al secondo elemento di supporto 2 in modo da essere mobile per una seconda corsa lungo la stessa direzione di movimentazione rispetto al secondo elemento di supporto 2.

Il magazzino porta-utensili 10 ? quindi collegato alla macchina di lavorazione 100 in modo tale che il secondo elemento di supporto 2 e il corpo porta-utensili 3 possano essere movimentati in avanzamento lungo una stessa direzione di movimentazione verso una posizione di cambio utensile. La direzione di movimentazione pu? coincidere con la direzione y del piano illustrato in figura 2. Tale avanzamento ? quindi diviso in due corse, e consente al magazzino porta-utensili 10 di entrare nello spazio interno 102 della macchina di lavorazione 100, dopo l?apertura della paratia posteriore 103. In particolare, il magazzino portautensili 10 raggiunge lo spazio interno di lavoro 102 alla fine del suo avanzamento, per potersi porre in una posizione di cambio utensili dove incontrer? la testa di lavorazione T, dopo che anch?essa avr? svolto un movimento dalla zona di lavoro.

Nella particolare forma di realizzazione illustrata, visibile nelle figure 2 e 3, il secondo elemento di supporto 2 ? collegato al primo elemento di supporto 1 mediante un primo attuatore lineare 11 predisposto a movimentare il secondo elemento di supporto 2 rispetto al primo elemento di supporto 1 per la prima corsa lungo una direzione di movimentazione e il corpo portautensili 3 ? collegato al secondo elemento di supporto 2 mediante un secondo attuatore lineare 22 predisposto per movimentare il corpo porta-utensili 3 rispetto al secondo elemento di supporto 2 per la seconda corsa lungo la direzione di movimentazione.

In alternativa, la prima corsa del secondo elemento di supporto 2 rispetto al primo elemento di supporto 1 e la seconda corsa del corpo porta-utensili 3 rispetto al secondo elemento di supporto 2 sono attuate da un comune sistema di attuazione in grado di parzializzare le corse.

Per esempio tale comune sistema di attuazione pu? comprendere un attuatore pneumatico azionato da una valvola proporzionale oppure un attuatore elettrico. Preferibilmente, il primo elemento di supporto 1 ? provvisto di una guida 6 per guidare il movimento del secondo elemento di supporto 2.

Preferibilmente, la seconda corsa ? inferiore alla prima corsa. In questo modo, alla fine della prima corsa il corpo porta-utensili 3 avr? quasi raggiunto la posizione di cambio utensile.

Preferibilmente, il primo attuatore lineare 11 e il secondo attuatore lineare 22 sono due attuatori lineari a corsa singola, il che consente di avere movimenti rapidi e immediati.

Ulteriormente, il corpo porta-utensili 3 ? del tipo a carosello e le sedi di impegno sono definite da almeno due rispettive forche 4 atte ad agganciare rispettivi utensili 5.

Le seconda corsa consente quindi sostanzialmente alla forca 4 di andare ad agganciare l?utensile associato alla testa di lavorazione T.

Il funzionamento del magazzino porta-utensili ? il seguente.

Quando la macchina 100 viene azionata per svolgere la lavorazione di un pezzo, la testa di lavorazione T viene attivata e grazie alla sua mobilit? esegue in una posizione di lavoro le operazioni necessarie sul pezzo in lavorazione in modo che l?utensile possa lavorare su di esso per raggiungere l?obbiettivo richiesto.

In tal caso, il magazzino porta-utensili 10 ? normalmente in posizione retratta, ovvero il secondo elemento di supporto 2 e il corpo porta-utensili 3 sono retratti rispettivamente sul primo elemento di supporto 1 e sul secondo elemento di supporto 2, verso la parete della macchina di lavorazione 100 sulla quale ? montato il primo elemento di supporto 1. In tale posizione, il magazzino porta-utensili causa minor ingombro possibile alla testa di lavorazione T durante la sua lavorazione, preferibilmente ? separato dallo spazio interno di lavoro da una paratia in posizione di chiusura.

Quando la testa di lavorazione T necessit? di cambiare tipo di lavorazione, quindi di cambiare l?utensile 5 in utilizzo, viene eseguito il metodo di cambio utensile, eventualmente dopo l?apertura della paratia, se presente.

Il metodo di cambio utensile secondo la presente invenzione, comprende le seguenti fasi, illustrate rispettivamente nelle figure da 1A a 1G:

- movimentare verso una posizione di cambio utensile il secondo elemento di supporto 2, sul primo elemento di supporto 1,

- movimentare la testa di lavorazione T verso la posizione di cambio utensile;

- quando la testa di lavorazione T raggiunge tale posizione di cambio utensile, movimentare il corpo porta-utensili 3 in modo che una forca porta-utensili 4 priva di utensile 5 vada ad agganciare l?utensile 5 accoppiato alla testa di lavorazione T;

- sganciare l?utensile 5 dalla testa di lavorazione T; - sollevare la testa di lavorazione T e movimentare il corpo porta-utensili 3 in modo da posizionare una forca porta-utensili 4 con nuovo utensile 5 al di sotto della testa di lavorazione T;

- abbassare la testa di lavorazione T in modo tale da agganciarsi al nuovo utensile 5;

- ritirare il corpo porta-utensili 3 lasciando il nuovo utensile 5 accoppiato alla testa di lavorazione T.

Preferibilmente, la fase di movimentare verso una posizione di cambio utensile il secondo elemento di supporto 2 e la fase di movimentare la testa di lavorazione T verso la posizione di cambio utensile avvengono simultaneamente.

La posizione di cambio utensile ? vantaggiosamente situata ai margini della stazione di lavoro in cui la testa di lavorazione sta operando.

Il controllo della movimentazione della testa di lavorazione T e del magazzino porta-utensili 10 ? vantaggiosamente operato da una unit? di controllo (non illustrata) inclusa nella macchina di lavorazione industriale 100.

In particolare, l?aggancio e lo sgancio dell?utensile 5 possono avvenire per esempio per mezzo di una pinza a molla montata sulla testa di lavorazione.

In caso di corpo porta-utensili 3 a carosello, la movimentazione del corpo porta-utensili 3 in modo da posizionare una forca porta-utensili 4 con nuovo utensile 5 al di sotto della testa di lavorazione T, avviene preferibilmente con un movimento rotatorio.

Secondo una forma di realizzazione ottimale del suddetto metodo, dopo la fase in cui si ritira il corpo porta-utensili 3, si effettua una fase in cui simultaneamente si ritira il secondo elemento di supporto 2, eventualmente mediante il primo attuatore lineare 11 e si movimenta la testa di lavorazione T verso una posizione di lavoro.

Vantaggiosamente, la movimentazione simultanea della testa di lavorazione T e del secondo elemento di supporto 2 pu? essere eseguita a velocit? sostenuta, in quanto non vi ? rischio di intralcio tra i due componenti.

Cos?, vengono ridotti drasticamente i tempi morti, in quanto la suddivisione del movimento del magazzino porta-utensili 10 consente di movimentare il corpo porta-utensili 3, per gran parte del suo avanzamento, contemporaneamente alla testa di lavorazione T.

Il magazzino porta-utensili 10 secondo la presente invenzione consente un guadagno del 10% sul tempo necessario per il cambio di un utensile, ovvero un guadagno di circa 2 secondi.

Tale guadagno per un ciclo di cambio utensile, sommato alla quantit? di volte che viene cambiato un utensile durante la lavorazione di un pezzo, consente un guadagno effettivo molto alto, quindi un netto aumento dell?efficienza della macchina di lavorazione sulla quale viene applicato.

Dalla descrizione effettuata sono chiare le caratteristiche del dispositivo oggetto della presente invenzione, cos? come sono chiari i relativi vantaggi. ? chiaro, infine, che il dispositivo cos? concepito ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1) Magazzino porta-utensili (10) per una macchina di lavorazione di pezzi comprendente una testa di lavorazione (T) accoppiata a un utensile, detto magazzino porta utensili (10) comprendente:

- un primo elemento di supporto (1);

- un secondo elemento di supporto (2) collegato a detto primo elemento di supporto (1) in modo da essere mobile per una prima corsa lungo una direzione di movimentazione rispetto a detto primo elemento di supporto (1);

- un corpo porta-utensili (3) collegato a detto secondo elemento di supporto (2) in modo da essere mobile per una seconda corsa lungo detta direzione di movimentazione rispetto a detto secondo elemento di supporto (2).

2) Magazzino porta-utensili (10) secondo la rivendicazione 1 in cui detto secondo elemento di supporto (2) ? collegato a detto primo elemento di supporto (1) mediante un primo attuatore (11) predisposto a movimentare detto secondo elemento di supporto (2) rispetto a detto primo elemento di supporto (1) per detta prima corsa lungo detta direzione di movimentazione, e detto corpo portautensili (3) ? collegato a detto secondo elemento di supporto (2) mediante un secondo attuatore (22) predisposto per movimentare detto corpo porta-utensili (3) rispetto a detto secondo elemento di supporto (2) per detta seconda corsa lungo detta direzione di movimentazione.

3) Magazzino porta-utensili (10) secondo la rivendicazione 1 in cui detta prima corsa di detto secondo elemento di supporto (2) rispetto a detto primo elemento di supporto (1) e detta seconda corsa di detto corpo porta-utensili (3) rispetto a detto secondo elemento di supporto (2) sono attuate da un comune sistema di attuazione in grado di parzializzare le corse.

4) Magazzino porta-utensili (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto primo elemento di supporto (1) ? provvisto di una guida (6) per guidare il movimento di detto secondo elemento di supporto (2).

5) Magazzino porta-utensili (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detta seconda corsa ? inferiore a detta prima corsa.

6) Magazzino porta-utensili (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui detto corpo portautensili (3) ? del tipo a carosello, dette sedi di impegno essendo definite da almeno due rispettive forche (4) atte ad agganciare rispettivi utensili (5).

7) Macchina (100) per la lavorazione di pezzi comprendente:

- una struttura portante (101) che si sviluppa in lunghezza lungo una direzione longitudinale x, in profondit? lungo una direzione di profondit? Y e in altezza lungo una direzione di altezza Z definendo uno spazio interno di lavoro (102);

- una testa di lavorazione (T) associata a detta struttura portante (101) in modo da essere mobile in detto spazio interno di lavoro (102) almeno lungo detta direzione longitudinale X e detta direzione di profondit? Y, detta testa di lavorazione (T) essendo accoppiata a un utensile (5);

- un magazzino porta-utensili (10) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti posizionato esternamente a detto spazio interno (102) di lavoro in modo tale che detto secondo elemento di supporto (2) e detto corpo porta-utensili (3) possano essere movimentati in avanzamento lungo detta direzione di movimentazione verso una posizione di cambio utensile.

8) Metodo per il cambio utensile in una macchina per la lavorazione di pezzi secondo la rivendicazione 7, detto metodo comprendendo le fasi di:

- movimentare verso una posizione di cambio utensile detto secondo elemento di supporto (2);

- movimentare detta testa di lavorazione (T) verso detta posizione di cambio utensile;

- quando detta testa di lavorazione (T) raggiunge detta posizione di cambio utensile movimentare detto corpo porta-utensili (3) in modo che una forca porta-utensili (4) priva di utensile (5) vada ad agganciare l?utensile (5) accoppiato alla testa di lavorazione (T);

- sganciare l?utensile (5) dalla testa di lavorazione (T);

- sollevare la testa di lavorazione (T) e riposizionare il corpo porta-utensili (3) in modo da posizionare una forca porta-utensili (4) con nuovo utensile (5) al di sotto della testa di lavorazione (T);

- abbassare la testa di lavorazione (T) in modo tale da agganciarsi a detto nuovo utensile (5);

- ritirare il corpo porta-utensili (3) lasciando detto nuovo utensile (5) accoppiato a detta testa di lavorazione (T).

9) Metodo secondo la rivendicazione 8 in cui detta fase di movimentare verso una posizione di cambio utensile detto secondo elemento di supporto (2) e detta fase di movimentare detta testa di lavorazione (T) verso detta posizione di cambio utensile avvengono simultaneamente.

10) Metodo secondo una delle rivendicazioni 8 o 9 caratterizzata dal fatto di comprendere, dopo la fase in cui si ritira detto corpo porta-utensili (3), la fase di:

- simultaneamente ritirare detto secondo elemento di supporto (2) e movimentare detta testa di lavorazione (T) verso una posizione di lavoro.