ITMI20081576A1 - Dispositivo oleodinamico per il bloccaggio di pezzi da lavoare - Google Patents

Description

La presente invenzione riguarda quei dispositivi oleodinamici che permettono di accogliere e bloccare in posizione un pezzo che deve essere lavorato da una macchina utensile.

Come à ̈ noto, nelle produzioni in grande serie di pezzi meccanici che richiedono una lavorazione alla macchina utensile, un robot porta i pezzi da lavorare in corrispondenza di una macchina utensile, dove mezzi appositi, di tipo oleodinamico, prendono in consegna il pezzo e lo bloccano in posizione per permetterne la lavorazione. A lavorazione terminata i suddetti mezzi rilasciano il pezzo lavorato, che viene allontanato ancora mediante robot.

Un tipo di mezzi oleodinamici utilizzati allo scopo comprende dispositivo oleodinamico costituito essenzialmente da un primo cilindro in cui à ̈ scorrevolmente inserito uno stantuffo cavo comprendente una testa e uno stelo coassiale la cui estremità distale fuoriesce dal cilindro. La cavità nello stantuffo à ̈ aperta solo dalla parte della testa dello stantuffo. In tale cavità à ̈ inserita una molla elicoidale una cui estremità appoggia in corrispondenza dell’estremità chiusa dello stelo mentre l’altra estremità trova riscontro sull’estremità interna di un piolo coassiale che si diparte dall’elemento di chiusura della corrispondente estremità del primo cilindro e s’inserisce in parte nella stessa cavità. La molla elicoidale mantiene lo stantuffo nella sua posizione in cui si ha la massima sporgenza del relativo stelo dal primo cilindro (corrispondente alla condizione di riposo del dispositivo oleodinamico), nella quale posizione la testa dello stantuffo appoggia contro una spallatura anulare prevista nel primo cilindro.

Alimentando olio in pressione ad una prima camera delimitata in parte dallo stantuffo e per la restante parte dalla superficie interna del primo cilindro si può far spostare lo stantuffo in modo da far retrarre lo stelo nel primo cilindro. Perché l’arretramento dello stelo abbia luogo, deve essere vinta la forza opposta della suddetta molla elicoidale. Sono pure previsti mezzi per ottenere, oltre all’arretramento dello stelo, anche la sua rotazione di un determinato angolo (rototranslazione). Tali mezzi comprendono una coppia di sfere, parzialmente sporgenti da relative sedi previste nella testa dello stantuffo. Quando lo stelo arretra, la testa dello stantuffo obbliga le sfere a percorrere rispettive piste ricavate simmetricamente sulla superficie laterale del suddetto piolo. L’andamento delle piste à ̈ tale che, quando si alimenta olio in pressione alla suddetta prima camera, si ha in una prima fase l’arretramento e la contemporanea rotazione dello stantuffo e quindi dello stelo attorno al loro asse e in una seconda fase solo l’arretramento dello stelo (senza rotazione).

Il dispositivo comprende anche un secondo cilindro atto ad accogliere scorrevolmente il primo cilindro (che funge da stantuffo), dal secondo cilindro sporgendo all’esterno l’estremità del primo cilindro dalla qualesporge lo stelo suddetto, la sporgenza massima essendo limitata da un mezzo di fine corsa. Il secondo cilindro à ̈ fissato ad un apposito supporto disposto in prossimità della macchina utensile che deve eseguire la lavorazione del pezzo. Continuando ad alimentare olio in pressione alla suddetta prima camera, il primo cilindro, se non à ̈ già a fine corsa, tende ad aumentare la sua sporgenza dal secondo cilindro.

Va a questo punto precisato che in corrispondenza dell’estremità esterna conica dello stelo à ̈ fissato, mediante ghiera, un elemento sporgente trasversalmente allo stelo, detto comunemente staffa, mentre un altro elemento sporgente trasversalmente, o controstaffa, à ̈ fissato all’estremità esterna del primo cilindro. Pertanto, quando si alimenta olio in pressione alla suddetta prima camera si ottiene il risultato (grazie ai suddetti mezzi a sfere e relative piste) che la staffa in una prima fase si avvicina all’estremità del primo cilindro e contemporaneamente ruota di un angolo che permette alla staffa di allinearsi con la controstaffa (rototranslazione), mentre in una seconda fase (corsa di bloccaggio) la staffa si avvicina soltanto. Se tra staffa e controstaffa à ̈ stato preventivamente disposto un pezzo (portato da un robot e ancora trattenuto da esso) da lavorare alla macchina utensile, a seguito dell’alimentazione di olio in pressione alla suddetta prima camera si ottiene che la staffa viene a contatto con la superficie del pezzo. Se si continua ad alimentare olio in pressione alla prima camera, essendo contrastato l’arretramento ulteriore della staffa per la presenza del pezzo, il primo cilindro inizia automaticamente a spostarsi verso l’esterno, facendo di conseguenza avvicinare al pezzo anche la controstaffa. Quando anche quest’ultima viene a contatto con il pezzo, se si continua ad alimentare olio si provocherebbe un aumento di pressione e quindi la forza esercitata da staffa e controstaffa sul pezzo. Al raggiungimento di un determinato valore di pressione nell’olio, una valvola di sequenza, esterna al dispositivo, apre l’alimentazione anche ad una camera (nel seguito chiamata terza camera) delimitata in parte dalla superficie interna del secondo cilindro e per la parte restante dalla superficie esterna del primo cilindro. In tale camera à ̈ presente, a contatto con detta superficie esterna, una boccola elastica una cui parte, piuttosto sottile, che avvolge il primo cilindro, si deforma quando la pressione dell’olio ha raggiunto un valore che permette di farla aderire alla superficie del primo cilindro in modo da sviluppare forze d’attrito che consentono di bloccare in posizione il primo cilindro rispetto al secondo cilindro. Sul pezzo bloccato possono ora essere effettuate tutte le lavorazioni previste.

Una volta terminate tali lavorazioni, basta mettere in scarico la linea d’alimentazione dell’olio (per cui in entrambe le suddette camere la pressione crolla a zero) non solo per sbloccare il primo cilindro, ma anche per riportare automaticamente (grazie all’azione della suddetta molla elicoidale) il dispositivo nella sua posizione di riposo (stelo con la massima sporgenza).

E’ da notare che il dispositivo oleodinamico sopra descritto à ̈ del tipo a semplice effetto, cioà ̈ dalla parte della testa dello stantuffo opposta allo stelo vi à ̈ un’ulteriore camera (che chiameremo nel seguito seconda camera) in comunicazione con l’esterno tramite un convenzionale sfiato.

Il noto dispositivo oleodinamico sopra descritto presenta tuttavia alcuni inconvenienti. In particolare, poiché per far retrarre lo stelo si deve vincere la forza della molla elicoidale racchiusa nella cavità dello stesso stelo, ne segue che la pressione dell’olio alimentato alla prima camera può arrivare a valori significativi (anche 20 bar). Valori di pressione di questa entità provocano un compattamento delle guarnizioni di tenuta, che fa aumentare in modo significativo le forze d’attrito coinvolte, con la conseguenza che la forza esercitata da staffa e/o controstaffa sul pezzo da lavorare può non essere trascurabile e provocare un’eccessiva deformazione del pezzo (specie se si tratta di pezzi sottili, che non possiedono un’intrinseca robustezza), tanto da far scartare il pezzo lavorato perché non rispetta le tolleranze previste.

Un altro inconveniente à ̈ dovuto al fatto che la molla elicoidale contenuta nello stelo cavo perde col tempo le sue caratteristiche iniziali di elasticità, per cui deve essere prevista una periodica manutenzione per la sostituzione della molla, ad evitare una penalizzazione dell’apertura massima (a riposo) tra staffa e controstaffa, col rischio che quando il pezzo, dopo la sua lavorazione, viene asportato dal robot, il pezzo stesso possa interferire con la staffa e rovinarsi e di conseguenza venire scartato.

Un ulteriore inconveniente à ̈ una conseguenza ancora del fatto che il dispositivo sopra descritto à ̈ a semplice effetto, e cioà ̈ la suddetta seconda camera à ̈ in comunicazione con l’esterno. Questa comunicazione può dar luogo a fenomeni di corrosione, come pure all’ingresso in tale camera di sporco e/o di particelle prodotte dalla lavorazione del pezzo, il che può alterare il funzionamento del dispositivo.

L’ideale per questo tipo di dispositivi sarebbe che la staffa e la controstaffa tocchino appena il pezzo da trattenere prima che avvenga il bloccaggio in posizione del primo cilindro rispetto al secondo cilindro, ad evitare che sul pezzo vengano esercitate forze che possano deformarlo, specie se il pezzo non à ̈ dotato di un’intrinseca robustezza.

Scopo della presente invenzione à ̈ di ovviare ai sopra descritti inconvenienti presentati dai noti dispositivi oleodinamici di questo tipo.

Tale scopo viene raggiunto grazie al dispositivo oleodinamico secondo le allegate rivendicazioni.

In particolare, invece di utilizzare una molla per ottenere il ritorno automatico del dispositivo nella sua condizione di riposo (à ̈ cioà ̈ un dispositivo a semplice effetto), nel dispositivo secondo la presente invenzione à ̈ previsto allo stesso scopo uno specifico mezzo d’azionamento oleodinamico (per cui il dispositivo à ̈ a doppio effetto). In pratica, invece di mettere in comunicazione con l’esterno (tramite uno sfiato) la suddetta seconda camera, nel dispositivo secondo l’invenzione à ̈ prevista un’equivalente camera (priva di sfiato) alla quale può essere alimentato olio in pressione allo scopo di riportare il dispositivo nella sua condizione di riposo. Si ottiene così un dispositivo stagno, pertanto non soggetto a corrosioni e all’ingresso di sporco e/o particelle prodotte dalla lavorazione a cui viene sottoposto il pezzo.

L’invenzione risulterà più facilmente comprensibile dalla seguente descrizione di una sua forma di realizzazione esemplificativa. In tale descrizione si farà riferimento al disegno allegato, nella cui unica figura à ̈ rappresentata una sezione coassiale di un dispositivo oleodinamico secondo l’invenzione stessa, indicato nel suo complesso con 10.

Come si vede dalla figura, il dispositivo oleodinamico 10 comprende un primo cilindro 12 entro il quale può scorrere nei due sensi uno stantuffo 15 comprendente una testa 14 in un sol pezzo con uno stelo 16 la cui estremità libera sporge dal primo cilindro 12. Diversamente dai dispositivi noti di questo tipo, lo stantuffo 15 presenta un foro cieco coassiale 38 di estensione molto ridotta, dovuto solo al fatto che sono anche qui previsti i sopra descritti, convenzionali, mezzi a sfere e relative piste (descritti in dettaglio più avanti). In ogni caso il foro 38 non contiene alcuna molla elicoidale. Dalla figura si vede anche che nella parete interna del primo cilindro 12 à ̈ ricavata una convenzionale scanalatura elicoidale 18 che favorisce la lubrificazione.

La figura rappresenta una condizione di riposo del dispositivo 10, con lo stelo 16 nella sua posizione di massima sporgenza, per cui la testa 14 dello stantuffo 15 appoggia contro una spallatura 20 ricavata nella parete interna del primo cilindro 12. Guarnizioni di tenuta 22, 24 e 26 garantiscono la tenuta.

L’altra estremità del primo cilindro 12 presenta una chiusura 28 a tenuta, dotata di un piolo coassiale 30 rivolto verso l’interno e destinato a restare inserito almeno parzialmente nel foro cieco 38 dello stantuffo 15. Sulla superficie laterale del piolo 30 sono ricavate due convenzionali piste simmetriche (nella figura ne à ̈ visibile una sola indicata con 32), ciascuna atta ad accogliere parzialmente una relativa sfera 34 per la restante parte racchiusa in una corrispondente cavità ricavata nella parete interna del foro cieco 38 (si veda la figura). Come nel noto dispositivo oleodinamico sopra descritto, l’assieme delle due sfere 34 e relative piste 32 costituisce i suddetti, convenzionali, mezzi che consentono di far ruotare di un determinato angolo la staffa 40 attorno all’asse dello stelo 16 quando viene alimentando all’ingresso BS olio in pressione in modo che arrivi, tramite i canali 41, 42 e 43 nell’interstizio tra stantuffo 14 e primo cilindro 12 (quella che abbiamo chiamato prima camera, indicata in figura genericamente con 60, anche se nella situazione illustrata il volume di tale camera à ̈ in pratica nullo). Ciò provoca in una prima fase l’arretramento e la contemporanea rotazione (grazie all’andamento a spirale del primo tratto delle piste 32, inclinato rispetto all’asse del piolo 30) dello stelo 16, mentre in una seconda fase lo stelo 16 arretra soltanto (tratto restante rettilineo delle piste 32, parallelo all’asse del piolo 30).

Si fa notare che, per come à ̈ stata rappresentata (per comodità) nella figura, la staffa 40 appare come già allineata alla controstaffa 39. Poiché il dispositivo 10 à ̈ rappresentato in condizione di riposo, in realtà la staffa 40, forma un predeterminato angolo rispetto alla controstaffa 39. Si precisa inoltre che la staffa 40 potrà avere forme diverse da quella rappresentata a linea continua nella figura (per esempio la forma delineata mediante linea tratteggiata).

Il dispositivo 10 comprende un secondo cilindro 44 fissabile ad un adatto supporto. Nel secondo cilindro 44 à ̈ scorrevole nei due sensi il primo cilindro 12, che funge da stantuffo. Convenzionali mezzi comprendenti un’asola 62 prevista nel primo cilindro 12, nella quale entra l’estremità di una relativa vite 64 avvitata in un corrispondente foro filettato previsto nel secondo cilindro 44, impediscono al primo cilindro 12 di ruotare rispetto a quest’ultimo. Sulla parte del primo cilindro 12 che sporge dal secondo cilindro 44 à ̈ fissata una controstaffa trasversale 39. Come si vede dalla figura, nella parete interna del secondo cilindro 44 à ̈ ricavata una terza camera 46 nella quale à ̈ disposta una boccola elastica 48 che fascia il primo cilindro 12 e presenta una sua parte più sottile in modo che, alimentando olio in pressione all’entrata BB, comunicante con la terza camera 46, la parte più sottile della boccola 48 viene premuta contro il primo cilindro 12. Se la pressione dell’olio à ̈ sufficiente, il primo cilindro 12 resta bloccato in posizione a causa delle forze d’attrito che nascono tra tale cilindro e la boccola 48, per cui si può procedere alla lavorazione del pezzo.

E’ già stato detto che il dispositivo secondo la presente invenzione à ̈ del tipo a doppio effetto. In particolare nel secondo cilindro 44 à ̈ previsto un ingresso SS per alimentare ad una seconda camera 50, tramite canali 51, 52 e 53, olio in pressione dopo aver mandato in scarico gli ingressi BS e BB, depressurizzando così la prima (60) e la terza (46) camera. Il risultato à ̈ che la testa 14 dello stantuffo 15 si sposta fin contro la spallatura 20 (ottenendosi la massima sporgenza dello stelo 16 dal primo cilindro 12), ripristinando così la condizione di riposo del dispositivo 10.

Dalla figura si può anche notare che la controstaffa 39 presenta un foro passante 54 conico che si adatta all’estremità esterna 56, pure conica, del primo cilindro 12. Una ghiera di bloccaggio 58 permette di bloccare la controstaffa 39 nella posizione angolare corrispondente a quella che assumerà la staffa 40 in conseguenza della sua rotazione di avvicinamento al pezzo.

Si fa notare che, come il noto dispositivo descritto all’inizio, anche il dispositivo 10 può essere dotato di convenzionali mezzi (non rappresentati per semplicità nella figura) che permettono di segnalare un eventuale errato allineamento della staffa 40 con la controstaffa 39.

Per maggior chiarezza descriveremo ora brevemente il funzionamento del dispositivo oleodinamico 10, anche allo scopo di metterne meglio in evidenza i vantaggi.

Partendo dalla condizione di riposo illustrata nella figura e alimentando olio in pressione all’ingresso BS in comunicazione con la suddetta prima camera 60, lo stelo 16 (come si à ̈ già detto) viene inizialmente fatto retrarre e contemporaneamente ruotare (per l’intervento dei mezzi a sfere 34 e relative piste 32), per poi essere solo fatto retrarre finchà ̈ la staffa 40 tocca il pezzo (non mostrato per semplicità) da lavorare. Proseguendo nell’alimentare olio in pressione all’ingresso BS, ed essendo impedita l’ulteriore discesa della staffa 40, ne segue che sale il primo cilindro 12 con la relativa controstaffa 39, e ciò finchà ̈ quest’ultima tocca a sua volta il pezzo. Si fa a questo punto notare che per effettuare l’operazione sopra descritta à ̈ necessaria una pressione di olio (per esempio di 5 bar) che à ̈ notevolmente minore di quella (per esempio di 20 bar) richiesta dai noti dispositivi oleodinamici a semplice effetto (in cui si deve vincere la forza della molla di richiamo che si oppone all’arretramento dello stelo). L’importante conseguenza à ̈ che le guarnizioni 22, 24 e 26 sottoposte ad una pressione molto più bassa, generano forze d’attrito notevolmente minori, col vantaggio che sia la staffa 40 che la controstaffa 39 toccano il pezzo in modo molto delicato, senza esercitare sullo stesso forze che potrebbero deformarlo.

Si fa ancora notare che se il pezzo, normalmente posizionato da un robot, dovesse risultare già a contatto con la controstaffa 39, quest’ultima non si sposterà, per cui si avvicinerà al pezzo soltanto la staffa 40, fino a toccarlo.

Riprendendo la descrizione del funzionamento del dispositivo 10, quando l’olio nella prima camera 60 oltrepassa un valore di pressione prefissato (il più basso possibile), una convenzionale valvola sequenziale (non visibile in figura perchà ̈ esterna al dispositivo 10) permette di alimentare olio in pressione all’ingresso BB in modo da mettere in pressione la terza camera 46 per cui la parte più sottile della boccola elastica anulare 48 viene premuta contro la parete esterna del primo cilindro 12, bloccandolo in posizione per tutto il tempo in cui si svolge la lavorazione del pezzo. Una volta terminata tale lavorazione e dopo aver messo in scarico la linea che alimenta olio in pressione agli ingressi BS e BB, si dovrà alimentare olio in pressione all’ingresso SS e quindi alla seconda camera 50, ciò provocando la salita della testa 14 dello stantuffo 15 fino a farla appoggiare contro la spallatura 20, col risultato di riportare la staffa 40 nella sua posizione di riposo (avendo così completato il ciclo di funzionamento).

Riassumendo, poiché il dispositivo oleodinamico 10 del tipo a dupplice effetto, e cioà ̈ stagno, non si hanno problemi di corrosione e di ingresso in esso di sporco e particelle di lavorazione. Inoltre, non essendo il dispositivo 10 dotato di molla di richiamo (che necessità di sostituzione periodica), la sua manutenzione risulta notevolmente semplificata rispetto ai noti dispositivi dello stesso tipo. Ancora, per il fatto che nel dispositivo oleodinamico secondo la presente invenzione la staffa e la controstaffa toccano il pezzo in modo molto delicato, diventa possibile lavorare alla macchina anche pezzi non dotati di intrinseca robustezza, ciò consentendo la realizzazione di pezzi più leggeri con risparmio di materiale e riduzione dei costi.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo oleodinamico (10) per accogliere e bloccare in posizione un pezzo che deve essere lavorato da una macchina utensile, comprendente: un primo cilindro (12) in cui à ̈ scorrevolmente inserito uno stantuffo (15) comprendente una testa (14) e uno stelo coassiale (16), tra primo cilindro (12) e stantuffo (15) essendo prevista una prima camera (60) che, se alimentata con olio in pressione, permette di far retrarre lo stelo (16) a partire da una sua posizione di riposo di massima sporgenza, sull’estremità esterna dello stelo (16) essendo fissata una staffa trasversale (40), mentre sull’estremità esterna del primo cilindro à ̈ fissata una controstaffa (39) atta a cooperare con la staffa (40) per accogliere e bloccare in posizione il pezzo da lavorare, dalla parte della testa (14) opposta allo stelo (16) essendo prevista una seconda camera (50); mezzi (32, 34) che, nella prima fase di arretramento dello stelo (16) dalla sua posizione di riposo, ne provocano la contemporanea rotazione attorno al proprio asse di un determinato angolo per portare la staffa (40) in allineamento con la controstaffa (39); un secondo cilindro (44) in cui à ̈ scorrevolmente inserito il primo cilindro (12) che funge da stantuffo, tra primo (12) e secondo (44) cilindro essendo prevista una terza camera (46) in cui à ̈ presente una boccola elastica (48) a contatto della superficie esterna del primo cilindro (12), a seguito dell’alimentazione di olio ad adeguata pressione alla terza camera (46) la boccola (48) risultando premuta contro il primo cilindro (12) per generare forze d’attrito in grado di bloccare in posizione il primo cilindro (12) rispetto al secondo (44); caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi (SS, 51, 52) per alimentare alla seconda camera (50) olio in pressione per far ritornare lo stelo (16) nella sua condizione di riposo, una volta depressurizzate la prima (60) e la terza (46) camera.
2. 2. Dispositivo oleodinamico (10) secondo la rivendicazione 1, in cui la controstaffa (39) presenta un foro passante conico (54) atto a coniugarsi con l’estremità esterna conica del primo cilindro (12), e sono previsti mezzi (58) per bloccare la controstaffa (39) al primo cilindro(12) secondo la voluta posizione angolare.