ITBO20000529A1 - Macchina utensile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

MACCHINA UTENSILE.

La presente invenzione concerne un dispositivo di movimentazione di un carrello porta mandrino.

In particolare, la presente invenzione concerne un dispositivo di movimentazione del carrello porta mandrino in una macchina utensile supportata da un telaio e comandata da motori lineari per i movimenti ad elevata velocità dell'utensile lungo uno o più assi di traslazione.

Le moderne macchine automatiche presentano solitamente almeno tre assi di movimento dell'utensile mutuamente perpendicolari e un elemento di sostegno del’utensile mosso lungo questi assi da motori lineari.

Sono note macchine utensili automatiche il cui carrello porta mandrino è mosso, almeno nel suo movimento di traslazione verticale, da un motore elettrico lineare; tali macchine comprendono, con riferimento al citato motore elettrico lineare, un induttore detto anche nucleo primario o più semplicemente “primario'' ed un indotto detto anche nucleo secondario o più semplicemente “secondario”, rispettivamente solidali al carrello mobile porta mandrino, il primario, e al supporto di guida dello scorrimento verticale del carrello stesso, il secondario.

Al carrello porta mandrino è solitamente connesso un elemento di contrappeso avente la funzione di bilanciare il camello stesso nel suo citato movimento verticale.

Si è constatato sperimentalmente che nelle macchine note del tipo sopra descritto, il sistema definito dal carrello porta mandrino e dal contrappeso presenta l’inconveniente di avere una rigidezza tale da determinare una frequenza di oscillazione del sistema stesso non compatibile con il movimento di traslazione del nucleo primario mobile del motore elettrico lineare e del carrello porta mandrino ad esso solidale. Per frequenza non compatibile si intende una frequenza di oscillazione del sistema la quale non favorisce lo smorzamento delle oscillazioni del carrello o, nel peggiore dei casi, porti alla instabilità del sistema stesso.

Scopo della presente invenzione è quello di superare il sopra citato inconveniente con un dispositivo di movimentazione del carrello porta mandrino dotato di un elemento di contrappeso e tale da non interferire con il funzionamento del motore elettrico lineare che svolge tale movimentazione.

Secondo la presente invenzione viene fornita una macchina utensile comprendente almeno un carrello porta mandrino avente sviluppo prevalentemente longitudinale secondo un asse e mobile lungo una direzione parallela a detto asse almeno fra una prima posizione estrema sollevata ed una seconda posizione estrema abbassata rispetto ad un elemento di supporto e guida fisso lungo la detta direzione per azione di almeno un motore elettrico lineare, caratterizzato dal fatto di comprendere rispettivi mezzi di contrappesatura per il bilanciamento di detto carrello, detti mezzi di contrappesatura definendo in combinazione con il detto carrello un sistema oscillante e comprendendo un organo smorzatore ed elastico di richiamo collegato a detto carrello tramite almeno un elemento di trasmissione flessibile, detto elemento di trasmissione presentando una rigidezza minore della rigidezza di detto organo smorzatore ed elastico in modo da definire una frequenza propria determinata di oscillazione del detto sistema oscillante tale da non interferire negativamente sul funzionamento di detto motore lineare.

La presente invenzione verrà ora descritta, con riferimento ai disegni che ne illustrano alcuni esempi di attuazione puramente esemplificativi e non limitativi, in cui:

la figura 1 illustra una vista prospettica schematica di una macchina utensile realizzata in accordo con la presente invenzione;

la figura 2 illustra una vista laterale schematica di un particolare della macchina utensile di figura 1 in una sua prima posizione operativa sollevata;

la figura 3 illustra una vista prospettica schematica del particolare di figura 2 in una sua seconda posizione operativa abbassata.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicata nel suo complesso una macchina utensile automatica del tipo a controllo numerico supportata da una basamento 2, la quale macchina 1 è dotata di un rispettivo modulo 3 operativo mobile nello spazio lungo i tre assi X, Y, e Z lineari di un sistema cartesiano.

Il modulo 3 operativo comprende un carrello 4 su cui è montato un mandrino 5, che è destinato a trasmettere il moto rotatorio di taglio ad un rispettivo utensile di tipo noto e non illustrato, il quale carrello 4 si sviluppa prevalentemente lungo un asse T longitudinale ed è mobile lungo una direzione V verticale parallela al citato asse Y, fra una prima posizione estrema sollevata illustrata in figura 2, ed una seconda posizione estrema abbassata illustrata in figura 3.

La macchina 1 illustrata in figura 1 , è altresì dotata di un rispettivo magazzino, di tipo noto non illustrato nel dettaglio ed indicato schematicamente con 6, dove è alloggiata una pluralità di utensili che il citato modulo 3 operativo può raggiungere in ogni momento del cicio di lavorazione previsto e provvedere automaticamente al cambio degli utensili stessi, ogni qualvolta sia necessario l'uso di un diverso utensile per una diversa operazione di lavorazione.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il carrello 4 sostiene, in corrispondenza di una propria estremità 7 inferiore, il mandrino 5 sul quale vengono montati i sopracitati e non illustrati utensili.

Il carrello 4 è sostenuto e guidato nel suo movimento verticale da un elemento 8 di supporto e guida fisso rispetto alla citata direzione V verticale e sviluppantesi anch’esso, longitudinalmente, lungo la direzione V stessa.

Il carrello 4 si muove per mezzo di un motore 9 elettrico lineare comprendente un primo nucleo 10 induttore o primario ed un secondo nucleo 11 indotto o secondario.

Sempre con riferimento alle figure 2 e 3, il nucleo 10 induttore o primario è montato solidale al carrello 4 in prossimità di una sua estremità 12 superiore opposta alla citata estremità 7 inferiore.

Il nucleo 11 indotto o secondario si sviluppa longitudinalmente sostanzialmente lungo tutta la lunghezza dell’elemento 8 di supporto e guida ecl è allo stesso solidale.

I due nuclei 10 primario e 11 secondario sono contraffacciati e distanziati da un opportuno traferro 13 secondo il noto schema di funzionamento di un qualsiasi motore elettrico lineare.

Il carrello 4 è guidato nel suo movimento verticale lungo la direzione V da opportuni mezzi di guida e scorrimento i quali definiscono un accoppiamento scorrevole, fra il citato carrello 4 e l’elemento 8 di supporto, tali mezzi essendo di tipo noto e pertanto non illustrati.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, il carrello 4 mobile è dotato di un dispositivo 14 di contrappesatura per eseguire il bilanciamento del carrello 4 stesso durante i suoi rapidi movimenti rispetto all'elemento 8 di supporto lungo la direzione V. Tale dispositivo 14 di contrappesatura comprende sostanzialmente un organo 15 elastico ed un elemento 16 flessibile di trasmissione il quale connette il carrello 4 e l’organo 15 elastico stesso.

L'organo 15 elastico è alloggiato sostanzialmente all’interno di un elemento 17 scatolare di contenimento solidale all’elemento 8 di supporto del carrello 4 e comprende un pistone 18 il quale durante la fase di compressione illustrata in figura 3 e conseguente all’abbassamento del carrello 4 mobile, penetra all’interno di un rispettivo cilindro 19 nel definire una prima posizione estrema abbassata del carrello 4 stesso e di caricamento dell'organo 15 elastico.

Pistone 18 e cilindro 19 compongono il citato organo 15 elastico di tipo notò e pertanto non ulteriormente descritto nel seguito.

Con riferimento alla figura 2, il carrello 4 occupa una seconda posizione estrema sollevata in corrispondenza della quale il pistone 18, in conseguenza del rilascio dell'energia potenziale elastica precedentemente accumulata, risulta estratto quasi completamente dal sopracitato cilindro 19.

Vantaggiosamente, l’elemento 16 flessibile di trasmissione è costituito da una catena 20 a rulli una cui prima estremità 21 è fissata sulla sommità 12 del carrello 4, ed una cui seconda estremità 22 è fissata ad un elemento 23 di ancoraggio e regolazione solidale all’elemento 17 scatolare.

Mezzi 24 di rinvio della catena 20, comprendenti una prima carrucola 25 superiore ed una seconda carrucola 26 inferiore, entrambe di tipo noto, definiscono traiettorie determinate per i movimenti della catena 20 stessa fra le due posizioni estreme del carrello 4 illustrate, rispettivamente, nelle figure 2 e 3.

La carrucola 25 superiore ruota folle su un perno 27 sostenuto da una staffa 28 connessa al citato elemento 17 scatolare solidale all’elemento 8 di supporto e guida, mentre la carrucola 26 inferiore ruota folle su un perno 29 sostenuto da una staffa 30 vincolata ai movimenti del pistone 18 del'organo 15 elastico.

In uso, durante il funzionamento della macchina 1, il carrello 4 porta mandrino si muove velocemente nella direzione V, sia in avvicinamento che in allontanamento dal pezzo in lavorazione.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, quando il carrello 4 raggiunge la sua posizione estrema abbassata rispetto all'elemento 8 di supporto verticalmente fisso, la catena 20 subisce una trazione e conseguentemente, mediante il rinvio operato carrucole 25, 26 genera la compressione dell’organo elastico 15 forzando il pistone 18 a penetrare all’interno del cilindro 19.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, quando invece ri carrello 4 raggiunge la sua posizione estrema sollevata rispetto all'elemento 8 di supporto, l’azione di rilascio dell’energia potenziale elastica accumulata dall’organo 15 elastico, permette di mantenere in tensione la catena 20 mediante l’interposizione delle citate carrucole 25, 26.

Il dispositivo 14 di contrappesatura comprendente la catena 20 e l’organo 15 elastico, svolge funzione di bilanciamento del carrello 4 e definisce, in combinazione con il carrello 4 stesso, un sistema 31 continuo oscillante.

Lo studio e la progettazione delle macchine utensili non può prescindere dallo studio delle vibrazioni dei loro organi meccanici, a causa degli effetti che tali moti possono avere sui funzionamento e sulla durata delle macchine stesse.

Prescindendo dal fatto che gli organi delle macchine sono sistemi continui, con massa ed elasticità distribuite e sono quindi capaci di vibrare con infiniti gradi di libertà, è possibile, ai fini delle applicazioni tecniche, concentrare le deformazioni in alcuni organi particolarmente deformabili avvicinando il sistema continuo ad un sistema avente un numero finito di gradi di libertà.

L’insieme del carrello 4, della catena 20 e dell’organo 15 elastico, costituisce pertanto, come sopra detto, il sistema 31 continuo approssimabile, per semplicità, ad un sistema avente un numero finito di gradi di libertà.

Si ipotizzi che l’organo 15 elastico presenti un valore complessivo di rigidezza approssimabile al valore infinito, ove per rigidezza complessiva si intenda il valore unico equivalente dei valori di rigidezza dei singoli componenti meccanici che costituiscono l’organo 15 elastico stesso, prescindendo dal fatto che, globalmente, l’escursione dell'organo 15 elastico costituisca una deformazione dell’organo 15 stesso.

Secondo quanto appena sopra illustrato, la catena 20 presenta una rigidezza minore della sopracitata rigidezza dell’organo 15 elastico, in modo da definire una frequenza propria determinata di oscillazione del sistema 31 , tale da non interferire negativamente sul funzionamento del motore 9 lineare.

Sperimentalmente, è stato notato come solo per un certo “range” di frequenze compreso fra 0 e 50 Hz, si ottenga un ottimale funzionamento della macchina 1. In particolare, allinterno di tale "range”, si è potuto riscontrare che i risultati maggiormente positivi si ottengono per valori di frequenza non superiori ai 10 Hz.

Vantaggiosamente, infatti, dimensionando opportunamente la catena 20 in funzione della massa del carrello 4 e degli altri organi in movimento e della costante elastica dell'organo 15 elastico, è possibile selezionare, in fase progettuale, la frequenza caratteristica del sopracitato sistema 31 oscillante, al fine di ottimizzare il suo accoppiamento con il motore 9 lineare.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina utensile comprendente almeno un carrello (4) porta mandrino avente sviluppo prevalentemente longitudinale secondo un asse (T) e mobile lungo una direzione (V) parallela a detto asse (T) almeno fra una prima posizione estrema sollevata ed una seconda posizione estrema abbassata rispetto ad un elemento (8) di supporto e guida fisso lungo la detta direzione (V), per azione di almeno un motore (9) elettrico lineare, caratterizzata dal fatto di comprendere rispettivi mezzi (14) di contrappesatura per il bilanciamento di detto carrello (4), detti mezzi (14) di contrappesatura definendo in combinazione con il detto carrello (4) un sistema (31) oscillante e comprendendo un organo (15) elastico di richiamo collegato a detto carrello (4) tramite almeno un elemento (16) di trasmissione flessibile, detto elemento di trasmissione (16) flessibile presentando una rigidezza minore della rigidezza di detto organo (15) elastico, in modo da definire una frequenza propria determinata di oscillazione del detto sistema (31) oscillante tale da non interferire negativamente sul funzionamento di detto motore (9) lineare.
2. 2. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i valori di rigidezza di detto organo (15) elastico e di detto elemento (16) di trasmissione flessibile determinano un valore di frequenza propria del sistema (31) oscillante compreso fra 0 e 50 Hz.
3. 3. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1 , caratterizzata dal fatto che i valori di rigidezza di detto organo (15) elastico e di detto elemento (16) di trasmissione flessibile determinano un valore di frequenza propria del sistema (31) oscillante non superiore a 10 Hz.
4. 4. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detto elemento (16) di trasmissione flessibile è costituito da una catena (20).
5. 5. Macchina utensile secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi (24) di rinvio di detta catena (20).
6. 6. Macchina utensile secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto detti mezzi (24) di rinvio della catena (20) comprendono almeno una carrucola (25, 26) montata folle su una rispettiva staffa (28, 30) di supporto.
7. 7. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detto organo (15) elastico comprende un pistone (18) mobile scorrevolmente all’interno di un rispettivo Cilindro (19) fra una prima posizione penetrata di caricamento elastico ed una seconda posizione estratta di rilascio.
8. 8. Macchina utensile secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto una di dette staffe (28, 30) di supporto di dette carrucole (25, 26) risulta connessa a detto pistone (18) di detto organo (15) elastico.