ITMI20070860A1 - Dispositivo per filettare su una macchina tornitrice a controllo numerico - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale avente per titolo:

“Dispositivo per filettare su una macchina tornitrice a controllo numerico”

Riassunto del trovato

Dispositivo per filettare su una macchina tornitrice a controllo numerico, composto da un supporto, il quale presenta allinterno un corpo azionabile con moto rotatorio, il quale sul lato rivolto verso il pezzo da filettare presenta una serie di utensili di filettatura e che l’unità azionabile con movimento rotatorio presenta incorporato un rotore (9) elettrico al quale è asservito uno statore (8) elettrico, incorporato nel supporto e che lo statore (8) presenta lungo la sua circonferenza esterna canali (6) per la circolazione di un fluido di refrigerazione e di lubrificazione.

Descrizione del trovato

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo per filettare su una macchina tornitrice a controllo numerico.

Nel settore medicale trovano utilizzo viti, steli o altri pezzi meccanici che sono da avvitare nella struttura ossea di un paziente.

È noto dallo stato anteriore della tecnica che attualmente il miglior modo per produrre particolari filettati per l’impiego nel settore medicale o anche dentale avvenga attraverso un particolare processo di taglio, chiamato generalmente filettatura a mulinello o su scala internazionale Thread Whirling Process”.

I noti procedimenti permettono di realizzare pezzi con filetti a passo variabile, pezzi con filetti a passo molto lungo, pezzi con filetti aventi altezza del dente elevata, pezzi con filetti conici oppure pezzi aventi filetti a dente variabile.

La scelta del filetto dipende ovviamente dalla struttura ossea specifica nella quale la vite sarà da introdurre.

La nota procedura che consente di realizzare differenti tipi di filetto in una macchina tornitrice permette di lavorare senza alcun problema tecnico anche metalli più duri come ad esempio acciaio inossidabile, titanio e simili materiali.

È inoltre noto dallo stato anteriore della tecnica che la qualità di superficie del filetto dipende dai giochi presenti nella catena cinematica, la quale genera il moto del particolare utensile impiegato per la filettatura a mulinello.

II procedimento noto per la realizzazione dei filetti prima indicati, non è un processo di taglio continuo ma risulta un’operazione a taglio interrotto come se fosse una procedura di fresatura e questa fase di lavorazione sollecita notevolmente i mezzi per la trasmissione del moto, inoltre a causa di inevitabili giochi, le superici realizzate per i filetti di diverso tipo presentano difetti di lavorazione e inevitabili bave. Generalmente, il movimento trasmesso dal motore all’utensile utilizzato viene eseguito nei dispositivi noti con una serie di ingranaggi che per la loro natura necessitano di un minimo di gioco, onde realizzare un corretto ingranamento e questo gioco, anche se ridotto a un minimo, influenza negativamente la precisione e la qualità della superficie del filetto realizzato. Per limitare questo indesiderato gioco, la nota serie di ingranaggi utilizzati è stata recentemente sostituita da una trasmissione a cinghia, utilizzata per trasmettere il moto rotativo dal motore all’utensile.

Anche questa soluzione porta all’inconveniente dì dover utilizzare un elemento elastico sotto forma di cinghia per trasmettere il movimento rotativo dal motore all’utensile.

L’utilizzo di una cinghia provoca però inevitabili oscillazioni indesiderate nella rotazione dell’utensile che dovrà essere sottoposto a controlli continui, inoltre, la cinghia di trasmissione dovrà essere sottoposta a periodici controlli per l'inevitabile usura della cinghia e per eseguire ripetutamente il tensionamento della stessa.

Risulta che sta l’utilizzo di una serie di ingranaggi, sia l'utilizzo di una cinghia di azionamento per mettere in rotazione l’utensile di filettatura del tipo indicato, portano ad un indesiderato incremento delle dimensioni complesse del dispositivo.

Nei dispositivi di filettatura noti, chiamati anche turbofilettatori, usati per la realizzazione di una filettatura a mulinello, si è inoltre dimostrato indispensabile ruotare il gruppo testa/mandrino per l'esecuzione dell’elica del filetto, inoltre per realizzare certi tipi di filetto è indispensabile inclinare la testa di filettatura rispetto al piano orizzontale e sarà necessario avere un mandrino portautensile con un interno conico per non urtare contro il pezzo durante le operazioni di filettatura. È pertanto scopo della presente invenzione dì ovviare agli inconvenienti appartenenti allo stato anteriore della tecnica prima indicati e di migliorare il processo di taglio onde poter realizzare filetti a passo variabile privi di bava metallica, con superfici aventi minima rugosità, permettendo anche di rinunciare ad una cascata di ingranaggi per la messa in moto dell’utensile di filettatura o di una trasmissione a cinghia.

Detti scopi vengono raggiunti secondo la presente invenzione con un dispositivo per filettare pezzi destinati al settore medicale, composto da un supporto il quale presenta all’interno un corpo azionabile con moto rotatorio, il quale sul lato rivolto verso il pezzo da filettare presenta una serie di utensili di filettatura, prevedendo inoltre che il corpo azionabile con movimento rotatorio accoglie un rotore elettrico al quale è asservito uno statore elettrico incorporato nel supporto.

Vantaggiosamente lo statore presenta lungo la sua circonferenza esterna canali per la circolazione di un fluido di refrigerazione.

Inoltre lo statore elettrico è circondato da un manicotto munito di canali circonferenziali, nei quali scorre un fluido refrigerante. Il fluido lubrificante e refrigerante attraversa internamente il supporto per fuoriuscire da questo attraverso un’apertura.

Vantaggiosamente l'interfaccia accoglie cavi per comandare e fornire potenza al motore elettrico nonché i condotti per realizzare la pressurizzazione del dispositivo.

Tra il dispositivo e la macchina utensile è prevista un’unica interfaccia.

Vantaggiosamente si prevede un sensore di velocità che comanda il motore elettrico collegato al corpo rotante.

Il motore elettrico che aziona il corpo rotante può essere vantaggiosamente comandato con mezzi dì controllo di tipo MRAS (Model Reference Adaptive System), fatto che permette di eliminare il sensore di velocità.

Ulteriori caratteristiche dell'invenzione potranno essere rilevate dalle sottorivendicazioni, dalla seguente descrizione nonché dai disegni allegati.

L’oggetto, concepito secondo la presente invenzione, sarà ora descritto più dettagliatamente e illustrato tramite una forma di esecuzione data solo a titolo d'esempio. Nei disegni:

la figura 1 mostra schematicamente e parzialmente in sezione la nuova testa di filettatura con un nuovo motore d’azionamento;

la figura 2 mostra la testa di filettatura in sezione; e

la figura 3 mostra schematicamente in sezione parte della testa di filettatura con lo statore del motore di azionamento e il relativo rotore, unito al gruppo di rotazione del dispositivo di filettatura.

Come si può rilevare dalla figura 1 , il dispositivo di filettatura concepito secondo la presente invenzione e indicato complessivamente con 1 , è costituito da un corpo di supporto 2 munito di un’apertura 3 per l’alimentazione di un fluido refrigerante e lubrificante, indicato con 4.

Il corpo di supporto 2 è installato su una slitta di una macchina utensile non illustrata.

Il fluido refrigerante e lubrificante attraversa lungo canali non meglio illustrati il corpo di supporto 2, come sarà descritto ancora più dettagliatamente in seguito, e questo fluido 4 fuoriesce attraverso un canale di scarico 5.

Prima di lasciare il supporto 2, il fluido refrigerante 4 percorre una serie di canali circonferenziali 6 di un corpo anulare 7 che circonda lo statore 8, che agisce su un rotore 9, solidale con un corpo 10 che nella zona 11 accoglie utensili (non illustrati in figura 1) per la lavorazione di una barra, indicata schematicamente con 12.

Dalla figura 2 si può rilevare in sezione il corpo 10 del dispositivo 1 , solidale con un rotore 9 elettrico che viene messo in rotazione da uno statore 8 elettrico. Il rotore 9 e lo statore 8 elettrico formano insieme un motore elettrico.

Allo statore 8 è asservito il corpo tubolare 7 avente forma di manicotto, munito di numerosi canali 6 circonferenziali, ai quali viene alimentato fluido refrigerante che asporta il calore generato.

Dalla figura 2 si può rilevare molto chiaramente la disposizione degli utensili 11 speciali, usati per filettare a piacere l’estremità libera della barra 12.

Il fluido 4 refrigerante che fuoriesce dall’apertura 5 del supporto 2, come illustrato in figura 1, non viene utilizzato esclusivamente come refrigerante che attraversa i canali 6 del corpo anulare 7, ma questo fluido refrigerante 4, quando fuoriesce dal supporto 2 attraverso il canale 5 scende liberamente e potrà essere utilizzato in modo supplementare anche come refrigerante degli utensili 1 1 , usati per realizzare la filettatura 13 in corrispondenza dell’estremità lìbera della barra 12, che di seguito sarà tagliata a lunghezza.

Dopo la fase di taglio dei filetto, il fluido 4 sarà filtrato e alimentato di nuovo ai canali 6 di raffreddamento.

Come si può rilevare in particolare dalia figura 2, il corpo 10 rotante è supportato nel corpo di supporto 2 con massima precisione mediante cuscinetti di precisione indicati con 14.

La previsione dei cuscinetti 14 di precisione e la previsione di un rotore elettrico 9 formante in pratica corpo unico con il corpo 10 rotante e la previsione di uno statore 8 di forma toroidale montato in posizione fissa all'interno del supporto 2 e la contemporanea previsione di canali di raffreddamento 6 circondanti il corpo dello statore 8, consente un azionamento degli utensili 11 in modo diretto con massima precisione possibile, dato che non bisogna prevedere un gruppo di trasmissione del moto composto, come noto dallo stato anteriore della tecnica, da una serie di ingranaggi oppure munito di una cinghia trapezoidale o simile.

Il dispositivo 1 è munito inoltre di un’interfaccia 20, con la quale è possibile comandare e controllare il motore 8, 9, L’interfaccia 20 risulta vantaggiosamente collegata operativamente con un dispositivo a controllo numerico (non illustrato) che fa parte della macchina.

Questa interfaccia, inoltre, prevede il passaggio della pressurizzazione, la quale impedisce al truciolo prodotto dalla lavorazione di depositarsi all’interno dell'apparecchiatura, evitando l’usura delle parti rotanti della stessa.

Questo accorgimento, di prevedere in un’unica interfaccia, sia il passaggio di cavi per il comando e la potenza del motore elettrico, sia il passaggio della pressurizzazione, permette di avere un’attrezzatura compatta e versatile per essere alloggiata comodamente su una slitta di una qualsiasi tipo di macchina utensile monomandrino o plurimandrino, in modo rapido e senza realizzare adattamenti particolari alla macchina utensile.

In figura 3 è illustrato schematicamente in sezione la parte 10 del supporto 2. La parte 10 accogliente gli utensili di filettatura (non illustrati) è attrezzata del rotore 9 elettrico, il quale insieme allo statore 8 forma un motore 8, 9 sincrono del tipo brushless (prodotto ad esempio dalla Phase, Motion Controll di Genova).

Dalla figura 3 si possono rilevare inoltre con maggiore chiarezza i canali 6 circonferenziali praticati nel manicotto 7. In questi canali 6 scorre il fluido 4 refrigerante, alimentato ad esempio da una centralina (non illustrata) attraverso il canale 3 e questo fluido 4, climatizzato adeguatamente con mezzi noti, consente di raffreddare in modo ottimale lo statore 8 del motore e contemporaneamente, quando esce dal dispositivo 1 attraverso il canale 5 (figura 1), scorre verso gli utensili 11 e potrà essere utilizzato contemporaneamente come lubrificante e refrigerante per gli utensili 11 durante la fase ad asportazione di trucioli, per realizzare il filetto 13 che si trova all’estremità libera dell’asta 12.

in figura 2 è indicato con 21 la parte fissa e con 22 la parte rotante dì un sensore di velocità presente per poter misurare la velocità di rotazione del corpo 10.

Sviluppando il concetto di apparecchiatura compatta e versatile, una ulteriore variabile all’esempio di applicazione della presente invenzione potrebbe essere quella di eliminare il sensore di velocità, e sfruttare la lettura delle correnti di funzionamento dei motore per determinarne la velocità di rotazione e attuarne il comando, realizzando di fatto un’applicazione sensorless, con strategia di controllo dì tipo MRAS - Model Reference Adaptive System.

Eliminare il sensore permetterebbe una ulteriore semplificazione costruttiva con conseguente riduzione degli ingombri del turbofilettatore.

Claims (8)

1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per filettare pezzi destinati al settore medicale, composto da un supporto il quale presenta all’interno un corpo azionabile con moto rotatorio e che sul lato rivolto verso il pezzo da filettare presenta una serie di utensìli di filettatura, caratterizzato dal fatto che il corpo (10) azionabile con movimento rotatorio accoglie un rotore (9) elettrico, al quale è asservito uno statore (8) elettrico incorporato nel supporto (2) onde realizzare in modo diretto la rotazione degli utensili per filettare.
2. 2. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che lo statore (8) elettrico è circondato da un manicotto (7) munito di canali (6) circonferenziali, nei quali scorre un fluido (4) refrigerante.
3. 3. Dispositivo per filettare, secondo (a rivendicazione 1, caratterizzato dai fatto che il fluido (5) lubrificante e refrigerante attraversa internamente il supporto (2) per fuoriuscire da questo attraverso un’apertura (5).
4. 4. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'interfaccia (20) accoglie cavi per comandare e fornire potenza al motore elettrico (8, 9) nonché i condotti per realizzare la pressurizzazione del dispositivo (1).
5. 5. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che tra il dispositivo (1) e la macchina utensile è prevista un’unica interfaccia (20).
6. 6. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il sensore di velocità (21 , 22) comanda il motore elettrico (8, 9) collegato al corpo (10).
7. 7. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico (8, 9) che aziona il corpo (10) viene comandato con strategia di controllo tipo MRAS (Model Reference Adaptive System).
8. 8. Dispositivo per filettare, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che il fluido (5) lubrificante dopo essere fuoriuscito dal supporto (2) viene usato come fluido lubrificante e refrigerante per gli utensili (11).