ITFI20150133A1 - Macchina a controllo numerico per la lavorazione di pannelli in legno con dispositivo di trascinamento perfezionato - Google Patents

Description

MACCHINA A CONTROLLO NUMERICO PER LA LAVORAZIONE DI PANNELLI IN

LEGNO CON DISPOSITIVO DI TRASCINAMENTO PERFEZIONATO

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al settore delle lavorazioni del legno ed in particolare ha ad oggetto un dispositivo di trascinamento per la movimentazione di pannelli in legno in una macchina foratrice/fresatrice a controllo numerico.

Come ? noto, negli ultimi anni ? sempre pi? comune l?utilizzo di mobili composti da pannelli di dimensioni variabili prodotti in piccoli lotti ripetibili e successivamente assemblati per la realizzazione del mobile voluto. Tali tipi di mobili si sono quindi rapidamente diffusi e risultano, attualmente, tra quelli maggiormente venduti.

Come detto, il mobile ? assemblato da pannelli, preferibilmente in legno o truciolato di legno, di dimensioni standard e prelavorati con le forature, le scanalature e gli scassi necessari al collegamento con altri pannelli, le rifiniture, le serrature ed altri accessori in genere, fori orizzontali e laterali per consentire l'inserimento delle spine, l?aggancio delle cerniere degli sportelli o ancora per il posizionamento delle serrature e/o delle maniglie.

La lavorazione di detti pannelli comporta sulle macchine tradizionali e, sulle cosiddette punto punto con il piano di lavoro a ventose, notevoli perdite di tempo per il cambio formato e/o il riattrezzaggio degli utensili. Sono state dunque proposte macchine di maggiore flessibilit?, che in questo tipo di produzione consente di ridurre notevolmente i costi di fabbricazione e quindi anche il prezzo finale del mobilio, avendo tempi di cambio formato e di riattrezzaggio praticamente nulli. Tra le macchine di questo genere rientrano i centri di lavoro a controllo numerico comunemente conosciuti con il nome di "foratrici" o ?centri di lavoro a pannello passante?. La macchina ? programmata con la mappatura dei fori e scassi da realizzare sul pannello che viene movimentato in modo da traslare su un piano internamente alla macchina posizionandosi in corrispondenza di della punta adatta al foro da realizzare. La punta ? supportata da una testa portautensili, quale ad esempio quella oggetto del brevetto italiano n.1401082 a nome della medesima richiedente.

Per consentire la presa e la movimentazione del pannello vengono solitamente utilizzate pinze (ad azionamento pneumatico) in grado di afferrare e trattenere il pannello che viene trasportato e posizionato in corrispondenza dei vari passaggi di foratura gestiti dal controllo numerico. Questo tipo di movimentazione, per quanto efficace e molto diffusa, presenta tuttavia alcune problematiche.

Innanzitutto, la corsa lungo l?asse di avanzamento della pinza ? limitata (in genere a circa un metro o poco pi?) per ragioni di ingombro e strutturali: quando il pannello ha lunghezza superiore a quella della corsa della pinza, infatti, la macchina deve interrompere il ciclo, bloccare il pannello in modo da consentire alla pinza di aprirsi, ritornare al punto di inizio corsa, riafferrare il pannello e proseguire l?azione di foratura. Questa operazione risulta evidentemente piuttosto lenta e comporta successive prese del pannello, quindi lunghi tempi di lavoro e dispendio di energia.

Un ulteriore problema legato all?afferraggio del pannello con la pinza descritta ? che, quando un foro si trova in interferenza con la pinza, si ripresenta il problema del suo riposizionamento. Questa ? una problematica particolarmente sentita su pannelli di piccole dimensioni (in quanto la percentuale di superficie occupata dalla pinza rispetto alla superficie totale ? notevolmente significativa).

Ancora un ulteriore problema ? legato al fatto che, quando la lavorazione da effettuare prevede l?utilizzo di una fresa a disco, ad esempio nel caso della realizzazione di un canale, o in caso di fresatura per realizzare un foro di grande diametro in interpolazione o la rifilatura esterna del pannello stesso, qualora il pannello abbia lunghezza superiore alla corsa della pinza, la ripresa del pezzo da lavorare da parte della pinza stessa avviene o con l?utensile ancora nel canale di lavoro, oppure con abbassamento dell'utensile e reinserimento di esso nel canale una volta che la pinza ha riafferrato il pannello. In entrambi i casi si crea, nel punto di contatto con l?utensile, una scalfittura che incide la superficie del pannello, con danni oltre che economici (poich? il pannello ? di minor valore in quanto rovinato), estetici (in quanto il pannello non ha una finitura superficiale ottimale).

Una soluzione alternativa all?uso delle pinze ? quella che prevede l?uso di un sistema di trascinamento a cinghia. Un sistema di questo tipo ? quello descritto nel brevetto italiano n.1401081 a nome della medesima richiedente. Bench? il sistema di trascinamento a cinghia sia risultato molto efficace, si ? verificata l?opportunit? di provvedere un sistema di trascinamento alternativo che specialmente in certe circostanze (pezzi particolarmente scabri, lavorazioni che generano forti vibrazioni in fresatura, dove il sistema a cinghia si ? rivelato particolarmente delicato) fosse in grado di offrire prestazioni di qualit? ancor pi? elevata.

Lo scopo della presente invenzione ? quindi quello di risolvere le problematiche sopra esposte realizzando una macchina foratrice con un dispositivo di trascinamento che consenta in particolare la lavorazione di pannelli lunghi con elevata qualit? anche nel caso di pannelli scabri e con forti vibrazioni in fresatura, essendo al contempo poco ingombrante ed efficiente, in particolare con riferimento alla velocit? di lavoro e alla produttivit?, indipendentemente dalle dimensioni del pannello.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di realizzare una macchina foratrice con un dispositivo di trascinamento del pannello con minor spostamento di masse e pi? facilmente controllabile rispetto ai sistemi noti.

Tali scopi vengono raggiunti da una macchina foratrice secondo l'invenzione, le cui caratteristiche essenziali sono definite dalla prima delle rivendicazioni annesse.

Le caratteristiche e i vantaggi della macchina foratrice secondo l'invenzione risulteranno pi? chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 mostra in prospettiva la macchina nel suo complesso; in dettaglio, la macchina ? mostrata senza una copertura superiore di sicurezza per chiarezza rappresentativa;

- la figura 2 ? una vista frontale della macchina di figura 1 ;

- la figura 3 ? una vista in sezione trasversale secondo il piano AA indicato in figura 2;

- la figura 4 ? una vista di testa della macchina foratrice delle figure precedenti;

- le figure da 5a a 5d mostrano in sequenza il funzionamento del sistema di trascinamento secondo l?invenzione.

Con riferimento a dette figure, secondo l'invenzione un dispositivo di trascinamento ? integrato in una macchina foratrice o centro di lavoro a controllo numerico per la lavorazione ed in particolar modo per la foratura e fresatura di pannelli in legno (e/o simili) destinati alla produzione di mobili. Le caratteristiche complessive della foratrice sono riconducibili all?arte nota; la macchina, quindi, non ? illustrata n? descritta in dettaglio.

Per quanto di pertinenza della presente invenzione ? sufficiente notare come la foratrice comprenda un piano di lavoro, tipicamente orizzontale su cui un pannello P che deve essere lavorato giace. La macchina prevede anche un imbocco da cui il pannello viene inserito, e sull?imbocco afferiscono guide orizzontali 1 che consentono l?appoggio del pannello e definiscono di fatto il piano di lavoro summenzionato. Le guide orizzontali sono reciprocamente parallele e disposte secondo una direzione di avanzamento e alimentazione X del pannello P entro la macchina; le guide sono inoltre reciprocamente distanziate ad una distanza variabile in base alla larghezza del pannello lungo un asse Y ortogonale a X e definente con esso il piano di lavoro del pannello stesso. La distanza variabile permette cos? il cambio formato del pannello in lavorazione. Un terzo asse verticale Z completa una terna assoluta di riferimento.

Sul piano di lavoro insiste la testa portautensili di un gruppo forante (noto, pertanto non descritto in dettaglio) indicata con 2 nelle figure, che realizza le lavorazioni sul pannello P. Quest?ultimo (mostrato solo schematicamente nelle figure da 5a a 5d) transita sul piano di lavoro secondo la direzione di avanzamento ed alimentazione X.

L?azionamento del gruppo forante ? comandato da un sistema a controllo numerico CAM che, previa programmazione della mappatura dei fori e lavorazioni da realizzare, movimenta il gruppo stesso.

Il pannello P ? movimentato sul piano di lavoro da un sistema di trascinamento mostrato isolatamente nelle figure da 5a a 5d. In dettaglio, il sistema di trascinamento secondo l?invenzione comprende due pinze 3, 3? mobili indipendentemente l?una dall?altra. Ciascuna pinza ? mobile in traslazione lungo la direzione di avanzamento ed alimentazione X per mezzo di motori brushless che si impegnano su rispettivi sistemi di movimentazione a pignone e cremagliera o altro sistema come viti a ricircolo di sfere ecc. secondo una configurazione di tipo noto. Le pinze sono posizionate lateralmente ad una delle due guide 1, in modo tale da afferrare il fianco P1 del pannello P che sporge oltre la guida stessa.

Scopo del sistema di trascinamento secondo l?invenzione ? quello di consentire che la macchina foratrice possa lavorare lungo tutta la superficie di pannelli di lunghezza anche maggiore della somma delle corse delle due pinze 3, 3?, ovvero che il pannello possa essere movimentato dalle due pinze per una lunghezza potenzialmente illimitata. Tale corsa potenzialmente illimitata ? definita da una coordinata virtuale X? definita dalla corsa combinata delle due pinze, come sar? descritto di seguito.

Il sistema di trascinamento ? comandato da un CPU che installa un firmware atto a gestire il movimento delle pinze nei termini che risulteranno chiari di seguito.

Si scende ora nel dettaglio del funzionamento del sistema di trascinamento secondo l?invenzione. Quando il pannello P viene inserito in macchina, il suo fianco P' si inserisce entro la prima pinza 3 (quella maggiormente prossima all?imbocco) che ?, alla fase zero, aperta (figura 5a). Questo consente al pannello di scorrere entro la pinza che non si chiude in presa fino a quando la macchina non viene avviata dall?operatore. Una volta che la pinza 3 si chiude in presa sul pannello P inizia a muoversi verso una posizione target precalcolata dal firmware (sul calcolo di tale posizione target si dir? pi? oltre) movimentando il pannello secondo la direzione di avanzamento X. A questo punto, in quella che ? la modalit? operativa specifica della presente invenzione se la posizione target precalcolata ? oltre il limite corsa della prima pinza, il pannello viene passato alla seconda pinza 3?.

Il passaggio del pannello da una pinza alla successiva avviene pi? in dettaglio come segue.

In una posizione di aggiustamento il pannello ? impegnato contemporaneamente con la prima e la seconda pinza; tuttavia la seconda pinza ? aperta, quindi il pannello scorre entro di essa trascinato solo dall?azione della prima pinza. A questo punto la seconda pinza 3? serra il pannello P per una fase di scambio al volo. ? da notare che l?afferraggio contemporaneo del pannello ad opera di entrambe le pinze ? praticamente istantaneo perch? ha durata di pochi millisecondi (meno di 10 millisecondi). Durante questo afferraggio contemporaneo di entrambe le pinze il pannello ? in movimento; per agganciare il pannello quindi la seconda pinza 3? deve muoversi con un certo anticipo da aperta e solo quando avr? raggiunto la medesima velocit? del pannello verr? comandata dal CPU in afferraggio. Quando la seconda pinza 3? ha afferrato il pannello P la prima pinza 3 si apre, lasciando la presa. La seconda pinza 3? continua il movimento alla medesima velocit? della prima pinza 3 e il pannello P avanza secondo la direzione X.

Riassumendo, il pezzo viene movimentato sempre da una sola pinza tranne nella fase di scambio al volo in cui entrambe le pinze sono in afferraggio sul pezzo. Il pannello ? quindi movimentato grazie ad una serie di movimenti coordinati di afferraggio/sgancio di ciascuna pinza rispetto all?altra.

Le pinze hanno entrambe una quota limite di corsa inferiore rispetto alla quota reale massima che potrebbero fisicamente raggiungere. Alla pinza 3 viene limitata la corsa in positivo, alla pinza 3? la corsa in negativo. Questo consente la lavorazione con il gruppo fresa/lama anche di quelle zone del pannello dove teoricamente potrebbe avvenire l?afferraggio e che sarebbero quindi impegnate dalla pinza ma che per effetto delle limitazioni delle corse non saranno mai impegnate da nessuna delle due pinze. In dettaglio, la prima pinza 3 ha un limite corsa superiore in direzione positiva pari alla distanza del centro fresa meno l'ingombro del gruppo fresa/lama, la seconda pinza 3? ha un limite negativo inferiore in direzione negativa imposto pari alla sua distanza dallo zero pi? l?ingombro del gruppo fresa/lama.

Al fine di gestire la modalit? sopra descritta, si pu? fare uso di un firmware che con l?ausilio di idonea sensoristica di tipo noto interpola la coordinata virtuale orizzontale X? con quelle degli assi fisici Y e Z ricavando la posizione puntuale del pannello rispetto all?asse reale X e, di contro, determinando la traiettoria e le fasi di aggancio/sgancio delle singole pinze per posizionare il pannello nella posizione di lavoro desiderata.

Partendo dai parametri di accelerazione del pannello secondo gli assi fisici X, Y e Z e rilevando ad ogni millisecondo la coordinata virtuale X? (quindi conoscendo anche la sua accelerazione e la velocit?) la CPU calcola in tempo reale il punto di partenza di aggancio in moto (cosiddetto ?gantry? dinamico) della pinza al pannello, in modo da garantire che quando la coordinata secondo l?asse fisico X avr? raggiunto la velocit? identica a quella della coordinata virtuale X?, la pinza potr? essere chiusa e la quota di chiusura sul pezzo corrisponder? a quella target precalcolata. Visto che la pinza parte da ferma e dovendo agganciarsi alla coordinata virtuale in movimento, il firmware calcola lo spazio necessario al raggiungimento della velocit? della coordinata virtuale, tenendo conto che la medesima quanto verr? raggiunta potr? anche avere una velocit? diversa resa disponibile in anticipo dal controllo numerico.

Tornando ora al precalcolo delle quote di target questo pu? essere eseguito in modalit? offline partendo dalle caratteristiche integrali del profilo che vengono inserite nel sistema di controllo come dato di input. Il calcolo in modalit? offline ha il vantaggio di non utilizzare risorse di memoria che sono invece disponibili per il firmware di controllo della movimentazione. Il calcolo delle quote di aggancio/sgancio si basa sui dati di corsa delle pinze rispetto agli assi fisici e viene effettuato dal firmware. Come accennato sopra la corsa delle due pinze ? limitata in funzione dell?ingombro delle teste portautensili. A seconda della posizione predeterminata del foro, dei dati di corsa e dell?ingombro delle teste portautensili, il firmware determina le quote di attivazione e disattivazione delle pinze.

Le quote limite delle singole pinze devono ulteriormente essere limitate dal firmware in funzione dello spazio necessario alle singole pinze per accelerare, pinzare, decelerare e sbloccare la pinza in quanto tutte queste fasi avvengono a pezzo in movimento. La definizione dei punti di afferraggio ? poi influenzata dalla velocit? programmata di fresa e lama che a parit? di dinamica dell?asse pinza deve garantire alla pinza che sblocca il tempo necessario a riposizionarsi per il successivo bloccaggio sincronizzato con l?asse virtuale. Ancora, si deve tener conto delle zone morte ovvero punti del pannello P a cui nessuna delle due pinze pu? arrivare con la sua corsa standard. Questo implica che il sistema deve individuare quote di pinzaggio utili a lavorare anche la parte terminale del pezzo.

Come sopra accennato, quando si ha lo scambio al volo tra la prima pinza 3 e la seconda pinza 3? c?? un momento in cui entrambe le pinze sono in afferraggio sul pannello. Questo ? permesso dal fatto che la seconda pinza serra il pannello solo nel momento in cui ha raggiunto la sua medesima velocit?. Questo richiede ovviamente un tempo calcolato, dipendente dalle dinamiche dell?asse di chiusura della pinza al quale corrisponde uno spazio percorso dal pezzo in movimento.

Le quote target della traiettoria pre-calcolate dal firmware a unit? di tempo successive (nell?istante T sono gi? precalcolate le quote target di N unit? di tempo successive) servono anche ad operare correttivi per evitare errori in casi particolari, quali la lavorazione di fresatura su circonferenze di raggio molto piccolo, caso in cui l?agganciamento in tempo reale tra la coordinata virtuale e la posizione reale delle pinze potrebbe far partire autonomamente la procedura di scambio attivando e portando a velocit? di regime la pinza a riposo quando l?asse virtuale ha gi? invertito il moto, richiedendosi in realt? lo scambio della pinza in senso inverso.

Riassumendo, la CPU ? in grado di monitorare e controllare in tempo reale le fasi di afferraggio/sgancio combinato delle pinze, confrontando la posizione reale delle pinze con quella target e conoscendo la velocit? di movimentazione del pannello e la mappatura delle lavorazioni su di esso. Il lavoro combinato delle pinze consente di movimentare il pannello per una lunghezza potenzialmente illimitata (come gi? sopra accennato), maggiore della lunghezza data dalla somma delle singole corse delle pinze stesse. Pertanto, la macchina secondo l?invenzione risulta particolarmente vantaggiosa perch? pu? lavorare pezzi anche sovradimensionati.

In generale, il sistema di trascinamento secondo l?invenzione risulta particolarmente vantaggioso perch? estremamente flessibile e adattabile a pezzi di svariate dimensioni. Inoltre ? completamente automatizzabile e gestibile in remoto.

Ancora il sistema di trascinamento risulta poco ingombrante ma molto efficiente, in particolare con riferimento alla velocit? di lavoro e alla produttivit?, indipendentemente dalle dimensioni del pannello.

Le pinze sono preferibilmente di tipo pneumatico. Il sistema di alimentazione pneumatico delle pinze non ? descritto in dettaglio, in quanto ovviamente implementabile per un tecnico del ramo alla luce del funzionamento delle pinze stesse adesso descritto.

La presente invenzione ? stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. ? da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell?ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina foratrice/fresatrice per un pannello in legno o altro materiale similare, comprendente un piano di lavoro sul quale afferisce almeno una testa portautensili, un pannello (P) atto a giacere su detto piano di lavoro e a essere movimentato in avanzamento secondo una direzione (X), detta macchina comprendendo un sistema di trascinamento che realizza la movimentazione di detto pannello secondo detta direzione di avanzamento, detta macchina essendo caratterizzata dal fatto che detto sistema di trascinamento comprende due pinze (3, 3?) ciascuna delle quali azionata da un sistema di movimentazione autonomo, dette due pinze cooperando reciprocamente per muovere detto pannello lungo una traiettoria maggiore della somma delle corse delle singole pinze, detta movimentazione essendo ottenuta come risultato di una serie di movimenti coordinati di afferraggio/sgancio di ciascuna pinza rispetto alla successiva, detta serie di movimenti coordinati essendo comandata da un CPU di detta macchina.
2. 2. La macchina secondo la rivendicazione 1 in cui dette pinze (3, 3?) sono disposte in linea secondo detta direzione (X).
3. 3. La macchina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta CPU ? atta a calcolare in tempo reale il punto di partenza di aggancio in moto di ciascuna di dette pinze (3, 3?) a detto pannello (P), in modo da garantire la corretta chiusura della pinza sul pannello stesso a una posizione corrispondente a una posizione target precalcolata.
4. 4. La macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta CPU ? atta a definire per ciascuna pinza una posizione limite di corsa inferiore rispetto a una posizione di fine corsa massima teorica.
5. 5. La macchina secondo la rivendicazione 4, in cui ad una prima pinza (3) maggiormente prossima ad un imbocco di detta macchina per l?inserimento di detto pannello detta corsa ? limitata in positivo ovvero secondo la direzione di avanzamento del pannello, ad una seconda pinza (3?) ovvero quella maggiormente distante da detto imbocco detta corsa ? limitata in negativo.
6. 6. La macchina secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detta limitazione corrisponde all?ingombro di detta testa portautensili.
7. 7. Metodo per movimentare un pannello (P) di legno o materiale similare in una macchina foratrice/fresatrice comprendente le seguenti fasi: - predisporre detto pannello all?imbocco di detta macchina su di un piano di lavoro, detto piano di lavoro essendo interessato da almeno una testa portautensili (2); - posizionare detto pannello in modo che risulti interessato da una prima pinza (3); - azionare detta prima pinza in afferraggio su detto pannello (P); -movimentare detta prima pinza secondo una direzione di avanzamento (X) fino ad una posizione target predefinita; detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che, qualora detta posizione target predefinita sia oltre il limite di corsa di detta pinza detto metodo implementa le seguenti ulteriori fasi: -predisporre una seconda pinza (3?) in modo che interessi detto pannello (P) in una posizione diversa rispetto a detta prima pinza (3); - movimentare detta seconda pinza (3?) in modo che raggiunga la medesima velocit? di avanzamento secondo detto asse (X) di detto pannello; - senza interrompere la movimentazione di detto pannello chiudere in afferraggio detta seconda pinza su detto pannello quando ancora detta prima pinza ? in afferraggio in modo che in tale fase di scambio entrambe le pinze afferrino contemporaneamente detto pannello in due punti diversi di esso; - rilasciare detta prima pinza (3) da detto pannello; - avanzare lungo detto asse (X) detto pannello per effetto del trascinamento della sola seconda pinza.
8. 8. Il metodo secondo la rivendicazione 7 in cui detto afferraggio contemporaneo del pannello ad opera di entrambe le pinze ha durata inferiore a 10 millisecondi.
9. 9. Il metodo secondo la rivendicazione 7 o 8 in cui dette quote target sono precalcolate a unit? di tempo successive.