ITMI20101437A1 - Dispositivo di contrasto per rettifiche di prodotti sostenuti tra centri - Google Patents

Dispositivo di contrasto per rettifiche di prodotti sostenuti tra centri Download PDF

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ITMI20101437A1
ITMI20101437A1 IT001437A ITMI20101437A ITMI20101437A1 IT MI20101437 A1 ITMI20101437 A1 IT MI20101437A1 IT 001437 A IT001437 A IT 001437A IT MI20101437 A ITMI20101437 A IT MI20101437A IT MI20101437 A1 ITMI20101437 A1 IT MI20101437A1
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Thomas Andersson
Fausto Candiani
Paolo Gaboardi
Claudio Trevisan
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Tenova Spa
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Description

DISPOSITIVO DI CONTRASTO PER RETTIFICHE DI PRODOTTI
SOSTENUTI TRA CENTRI
* * *
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di contrasto per rettifiche di prodotti sostenuti tra centri, particolarmente ma non esclusivamente per cilindri.
Nel campo delle rettifiche di cilindri in genere, un settore particolare à ̈ quello della rettifica di cilindri snelli, così denominati dal momento che il rapporto diametro/lunghezza à ̈ molto piccolo.
Un esempio di tali cilindri à ̈ quello dei cilindri utilizzati in laminatoi nei quali si deve porre attenzione alla risoluzione di due problemi fondamentali.
Un primo problema à ̈ che, durante il processo di rettifica, la mola, per poter svolgere la propria funzione, deve esercitare una spinta sul cilindro. Tale spinta, a causa della snellezza del cilindro in lavorazione, genera una deflessione del cilindro stesso che rende impossibile l’ottenimento di una geometria soddisfacente, sia in termini di profilo che di rotondità.
Un secondo problema à ̈ che, talvolta, la combinazione di queste forze con la snellezza del cilindro genera vibrazioni autoeccitate (chattering), tra la mola e il cilindro, il che rende la superficie del cilindro inaccettabile.
In generale, questi problemi vengono affrontati applicando sul banco di supporto del cilindro una o più unità di contrasto che applicano al cilindro una forza tale da equilibrare quella generata dalla mola.
I dispositivi di contrasto possono essere a comando manuale o automatico; in particolare quelli a comando automatico possono essere montati indifferentemente su macchine a ciclo manuale o automatico.
In vista delle difficoltà generali sopra citate, à ̈ possibile individuare in dettaglio quelli che sono gli obiettivi che il progettista di tali dispositivi di contrasto cerca di perseguire.
Tali obiettivi in generale sono i seguenti:
a) forza di contrasto relativamente piccola: il dispositivo di contrasto deve essere in grado di esercitare sul cilindro forze relativamente piccole, al limite tendenti a zero. Se esso esercita sul cilindro una forza molto superiore a quella della mola, anche in virtù del fatto che non sempre il dispositivo di contrasto e la mola giacciono nello stesso piano, esso può deformare il cilindro in senso opposto, generando, di fatto, lo stesso problema che ci sarebbe nel caso ci fosse la sola mola ad agire sul cilindro;
b) forza di contrasto costante durante il ciclo di rettifica: durante il ciclo di rettifica, il diametro del cilindro diminuisce; pertanto à ̈ necessario che la posizione del dispositivo di contrasto sia regolabile, con l’obiettivo di mantenere pressoché costante la forza di contrasto per tutta la durata del ciclo di rettifica;
c) elevata rigidezza del dispositivo di contrasto nella stessa direzione e verso di avanzamento della mola: quando la mola à ̈ in contatto con il cilindro durante la rettifica, può accadere che, a causa di errori di forma della mola stessa, la forza scaricata da essa sul pezzo in lavorazione dipenda dalla sua posizione angolare. In particolare, un aumento di questa forza può generare una flessione del cilindro. Il dispositivo di contrasto deve essere in grado di contrastare questi gradienti di forze, impedendo la deformazione del cilindro.
Lo stesso fenomeno può essere causato da errori di forma, questa volta sul cilindro, soprattutto nelle fasi iniziali di rettifica; infatti un errore di eccentricità e/o di circolarità può generare forze che tendono a muovere il dispositivo di contrasto come nel caso di errori di forma della mola. Il dispositivo di contrasto deve essere in grado di contrastare anche queste forze, impedendo la deformazione del cilindro; d) elevato grado di protezione del dispositivo di contrasto nei confronti dell’ambiente esterno: i dispositivi di contrasto, qualunque essi siano, sono dispositivi meccanici o elettromeccanici di estrema precisione. Tuttavia, si trovano ad operare in un ambiente estremo: infatti la zona della rettificatrice dove tali dispositivi vengono piazzati si trova sotto l’azione degli spruzzi di refrigerante, inquinato da frammenti di mola e parti di metallo asportate dal cilindro. E’ pertanto evidente che il disegno dei dispositivi di contrasto deve prevedere adeguate contromisure per preservare i meccanismi dall’ambiente sopradescritto;
e) possibilità di rettificare in modalità automatica cilindri danneggiati: molto spesso le rettificatrici devono ripristinare cilindri che sono stati coinvolti in “incidenti†di laminazione. Di norma, questi cilindri si presentano danneggiati in varia misura e sotto vari aspetti, tra i quali ricordiamo: superficie, eccentricità e circolarità.
In questa situazione, per essere in grado di rettificare, in modalità automatica, il dispositivo di contrasto deve essere sufficientemente rigido da essere in grado di inflettere il cilindro, in modo da “imporgli†la forma voluta.
Si precisa che i dispositivi di contrasto noti non sono in grado di soddisfare tutti questi obiettivi da a) a e).
Ritornando all’arte nota, si precisa che le unità di contrasto citate in precedenza consistono, in generale, delle seguenti parti:
- un pattino sul quale striscia la superficie del cilindro in rotazione costruito con materiale a basso coefficiente di attrito;
- un cannotto tramite il quale à ̈ possibile avvicinare o allontanare il pattino dal cilindro azionando un comando a vite; e
- una struttura di supporto del cannotto che viene fissata al banco della macchina.
Inoltre, le unità di contrasto note possono essere comandate in due modi:
a comando manuale: in questo caso il comando a vite à ̈ azionato tramite la rotazione di un volantino; l’operatore ruotando il volantino può regolare la forza di contrasto applicata dal pattino al cilindro;
a comando automatico: in questo caso sono state tentate una molteplicità di soluzioni, tra le quali possiamo citare: rotazione della vite comandata da servomotore elettrico e rotazione della vite comandata da servomotore pneumatico. In ogni caso il sistema include un sistema di rilevazione o di impostazione della forza applicata al pattino o di una grandezza ad essa proporzionale.
Questo stato dell’arte peraltro, come già detto, presenta una serie di problemi.
Nel caso di dispositivi di contrasto a comando manuale si possono raggiungere buoni risultati, ma questa possibilità à ̈ essenzialmente legata all’abilità e all’esperienza dell’operatore; inoltre, come già visto in precedenza, l’utilizzo di questi dispositivi à ̈ limitato a rettificatrici funzionanti secondo un ciclo manuale.
La situazione cambia radicalmente nel caso in cui il controllo del dispositivo di contrasto voglia essere fatto automaticamente. Infatti, il disegno tradizionale dei dispositivi automatici noti descritti à ̈ in grado di fornire una risposta soddisfacente solamente ad alcuni dei requisiti citati da a) a e). Nonostante i ripetuti tentativi, nessuna delle soluzioni proposte fino ad oggi à ̈ riuscita a risolvere i seguenti problemi: forza di contrasto relativamente piccola e forza di contrasto costante durante il ciclo di rettifica.
La ragione per cui il raggiungimento di questi due obiettivi à ̈ difficoltoso consiste essenzialmente nel fatto che, quando il pattino deve essere mosso, il motore deve applicare alla vite una coppia sufficiente a vincere gli attriti di primo distacco tra vite e madrevite e tra cannotto e guida, nonché le inerzie del motore stesso e delle parti in rotazione e in traslazione. Anche se sono state messe in atto molte soluzioni per limitare gli effetti di questi attriti, di fatto, la coppia necessaria per far muovere il meccanismo à ̈ notevolmente superiore a quella necessaria per imprimere la forza di contrasto e, pertanto, generalmente succede che la forza che il meccanismo imprime al cilindro à ̈ superiore a quella voluta. Inoltre, essendo il meccanismo di traslazione a vite generalmente irreversibile e data la necessità di avere un supporto del dispositivo di contrasto il più rigido possibile, questa forza resta applicata al cilindro. In tal modo, il sistema di controllo della forza correggerà la posizione del pattino nel tentativo di far diminuire questa forza e farla convergere al valore voluto per approssimazioni successive.
Quindi, un sistema di controllo automatico della forza di spinta del pattino sul cilindro secondo la tecnologia corrente à ̈ estremamente complicato e l’oscillazione della forza intorno al valore voluto genera una fase di instabilità nell’equilibrio del cilindro che si riflette in difetti superficiali del cilindro stesso.
Infine, à ̈ noto che il problema della stabilità della forza diventa tanto più grande tanto maggiore à ̈ la snellezza del cilindro.
Scopo generale della presente invenzione à ̈ quello di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.
Altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di contrasto per rettifiche, particolarmente ma non esclusivamente di cilindri sostenuti tra centri che risponda a tutti e cinque gli obbiettivi in precedenza esposti.
Ancora un altro scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo di contrasto per rettifiche di cilindri sostenuti tra centri adatto sia per rettificatrici a ciclo manuale che automatico.
In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si à ̈ pensato di realizzare un dispositivo di contrasto per rettifiche di cilindri sostenuti tra centri avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazione principale e sottorivendicazioni allegate.
Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni schematici allegati, che tra l’altro mostrano una forma di realizzazione esemplificativa di un dispositivo di contrasto per rettifiche di cilindri sostenuti tra centri realizzato secondo l’invenzione stessa.
Nei disegni:
- la figura 1 Ã ̈ una vista schematica in sezione ingrandita in alzata laterale di una rettificatrice per cilindri con un dispositivo di contrasto secondo la presente invenzione;
- la figura 2 à ̈ una vista schematica dall’alto in cui à ̈ mostrata la applicazione di più dispositivi come mostrati in figura 1;
- la figura 3 Ã ̈ una vista in alzata secondo la freccia F di figura 1;
- la figura 4 Ã ̈ una vista schematica in sezione ingrandita di un dispositivo di contrasto per rettifiche di cilindri sostenuti tra centri come mostrato in figura 1 in posizione non operativa;
- le figure da 5 a 12 sono viste come la figura 4 illustranti le diverse fasi operative del dispositivo di contrasto secondo l’invenzione;
Con riferimento alle figure 1-4, viene illustrata una applicazione esemplificativa di un dispositivo di contrasto per rettifica di cilindri sostenuti tra centri. In particolare si rileva che in una struttura portante 20 di una rettifica 21 à ̈ collocato un cilindro 22, cosiddetto snello (rapporto diametro/lunghezza molto piccolo). Almeno un dispositivo di contrasto 23 secondo l’invenzione viene posto tra i centri della rettificatrice a loro volta vincolati alla struttura portante 20 dalla parte opposta del cilindro 22 rispetto ad una mola 24, anch’essa vincolata alla struttura portante 20. La figura 2 mostra come vi possa anche essere la applicazione di più dispositivi di contrasto 23 agenti tutti contemporaneamente sul cilindro 22 dalla parte opposta rispetto alla mola 24. Un dispositivo di contrasto 23 secondo l’invenzione, meglio mostrato nelle figure 4 e 5, comprende un pattino 25, costruito con un materiale a basso coefficiente d’attrito, che si appoggia e striscia contro il cilindro 22 in lavorazione.
Il pattino 25 à ̈ montato su un cannotto 26 che scorre dentro un corpo 27 del dispositivo di contrasto 23. L’accoppiamento tra le parti - il corpo 27 ed il cannotto 26 - à ̈ protetto nella parte anteriore tramite un soffietto flessibile 28 espansibile, sigillato e vincolato ad entrambe le parti. Il soffietto 28 circonda una estremità del cannotto 26 ed à ̈ vincolato alle sue estremità terminali al corpo 27 ed al cannotto 26.
E’ inoltre previsto un pistone di bloccaggio 29 che blocca la posizione relativa del cannotto 26 rispetto al corpo 27. Il pistone 29 à ̈ ad esempio a semplice effetto ed à ̈ disposto in direzione normale ad un asse longitudinale 30 del dispositivo di contrasto 23.
Il pistone 29 applica una forza perpendicolare all’asse 30 del cannotto 26 sufficientemente grande per garantire la sua stabilità assiale per effetto dell’attrito instaurato.
Infine, nella parte posteriore del corpo 27 del dispositivo di contrasto 23 à ̈ montata una vite 31 che ruota entro una chiocciola 32, solidale al corpo 27, che à ̈ azionata da un motore 33 e che funge da mezzo di bloccaggio irreversibile della posizione del cannotto 26 rispetto al cilindro 22.
A tal fine, l’albero del motore 33 e la vite 31 sono collegati mediante un accoppiamento in grado di trasmettere la coppia e permettere lo scorrimento assiale reciproco.
L’estremità libera della vite 31, opposta al motore 33, si appoggia su un fondo del cannotto 26.
Un sistema di controllo 34 del dispositivo di contrasto 23 alimenta aria in pressione in una camera 35 espansibile individuata tra il soffietto 28 e la superficie esterna del cannotto 26.
Con riferimento alle figure 4-12, il dispositivo di contrasto secondo l’invenzione funziona dunque secondo il metodo che segue.
In una prima fase, una volta montato il cilindro 22 tra i centri C, avviene la fase di accostamento del pattino 25 al cilindro 22, dalla posizione di figura 4 a quella di figura 5.
Per attuare ciò, il sistema di controllo 34 del dispositivo di contrasto 23 invia aria in pressione nella camera 35 individuata tra il soffietto 28 e la superficie esterna del cannotto 26. Per effetto di questa pressione il soffietto 35 – essendo vincolato al corpo 27 del dispositivo di contrasto 23 - può estendersi solo in una direzione trascinando con sà ̈ il cannotto 26 e quindi il pattino 25. Ovviamente, quando il pattino 25 urta contro la superficie del cilindro 22 in lavorazione, scaricherà una forza superiore a quella voluta, dovuta all’inerzia della massa del cannotto 26 e a quella del pattino 25. Tuttavia, non essendoci nulla che vincola il movimento del pattino 25 nella direzione opposta, dopo un tempo brevissimo dall’urto, la forza si stabilizzerà ad una valore pari alla pressione dell’aria per la superficie anulare individuata dal soffietto 28 e dal cannotto 26 che può, pertanto, essere determinata a piacere variando uno o entrambi questi parametri.
In questo modo, viene efficacemente raggiunto il primo obiettivo segnalato in precedenza di una forza di contrasto relativamente piccola (obiettivo a).
Inoltre, la pressione dell’aria nella camera anulare 35 individuata dal soffietto 28 genera una leggera pressurizzazione all’interno del sistema che garantisce i meccanismi dalla contaminazione da particelle provenienti dall’ambiente esterno raggiungendo così anche l’ obiettivo (obiettivo d) di elevato grado di protezione del dispositivo nei confronti dell’ambiente esterno.
Raggiunta questa posizione e condizione, il cilindro pneumatico 29 viene azionato in modo da scaricare la sua forza sul cannotto 26 così da esercitare una forza di frenatura (figura 6). La forza di frenatura dipende dal coefficiente di attrito tra il pistone del cilindro 29 ed il cannotto 26 e può essere determinata a piacere in fase di progetto agendo, ancora una volta, sulla pressione di alimentazione o sul diametro del cilindro o su entrambi.
A questo punto la vite 31 viene azionata dal motore 33 (figura 7) ed avanza entro la chiocciola 32 in modo da mandare la testa della vite stessa in contrasto con il fondello del cannotto 26. Essendo il cannotto 26 già frenato, la posizione del pattino 25 non viene alterata e la forza scaricata dal pattino 25 sul cilindro 22 non varia. Nel contempo, la nuova posizione della vite 31 garantisce la stabilità della posizione del cannotto 26.
In questo modo si raggiunge anche l’obiettivo di elevata rigidezza del dispositivo di contrasto (obiettivo c).
La rettifica può così funzionare con ottime prestazioni e risultati ottenuti sui cilindri in lavorazione.
E’ peraltro evidente che ogni volta che la mola 24 arriva a fine passata e, pertanto, non esercita alcuna pressione sul cilindro 22, à ̈ necessario ripristinare la forza di contrasto generata dall’uno o più pattini 23. Altrimenti, a causa della diminuzione del diametro del cilindro 22 rettificato, tale forza diminuirebbe progressivamente fino ad annullarsi.
Per fare ciò, viene tolta pressione dalla camera del cilindro pneumatico 29. In questo modo il soffietto 28 riceve ulteriore aria ed à ̈ in grado di spingere il cannotto 26 ed il pattino 25 contro il cilindro 22 in lavorazione nuovamente come esposto in precedenza (figura 8).
Nuovamente, come già detto, dopo un intervallo di tempo molto breve, la pressione nella camera 35 tra soffietto 28 e cannotto 26 si stabilizza ed à ̈ possibile ribloccare il freno pneumatico, ovvero impegnare nuovamente il pistone del cilindro 29 sul cannotto 26 (figura 9).
Infine, a conclusione di quanto già visto in precedenza, la vite 31 viene nuovamente azionata in modo da garantire l’irreversibilità della posizione del cannotto 26 (figura 10).
Viene in questo modo nuovamente raggiunto l’obiettivo di elevata rigidezza del dispositivo di contrasto 23 e, pertanto, à ̈ possibile affermare che la forza di contrasto resta praticamente costante per tutto il ciclo di rettifica (obiettivo b).
Il dispositivo di contrasto secondo l’invenzione realizza così lo scopo generale in precedenza sottolineato.
E’ comunque possibile con un dispositivo siffatto lavorare sulla rettificatrice anche cilindri danneggiati.
Infatti, una volta disposto tale cilindro 22 tra i centri, procedendo come nel caso precedente, il sistema di controllo 34 del dispositivo di contrasto 23 invia aria in pressione alla camera 35 tra soffietto 28 e cannotto 26. E si realizza la situazione descritta in precedenza di accostamento del pattino al cilindro (figura 11).
Pertanto la forza si stabilizza ad una valore determinato a piacere, definito dalla superficie anulare e dalla pressione di alimentazione.
A questo punto la vite 31 viene azionata dal motore 33 in modo da mandare la testa della vite stessa 31 in contrasto con il fondello del cannotto 26. Essendo il cannotto 26 non frenato, la vite 31 à ̈ in grado di esercitare una forza sul pattino 25 che à ̈ funzione della coppia applicata al comando della vite 31. Tale forza, se sufficientemente grande, à ̈ in grado di deflettere il cilindro 22 e di mantenerlo in quella posizione, grazie all’irreversibilità del moto della vite 31 (figura 12).
In questo modo si à ̈ raggiunto anche il restante obiettivo esposto in precedenza di poter rettificare cilindri danneggiati (obiettivo e).
Ovviamente il valore di tale forza può essere regolato a piacere tramite la coppia applicata alla vite 31.
E’ così conseguito lo scopo menzionato al preambolo della descrizione.
Il dispositivo di contrasto secondo l’invenzione à ̈ particolarmente apprezzato in impianti completamente automatici, ove l’operatore può comandare il dispositivo stesso dall’interno di una cabina di comando, quindi perfettamente isolato dall’ambiente inquinato circostante.
Naturalmente, le forme della struttura per la realizzazione di un dispositivo di contrasto 23 dell’invenzione possono essere diverse da quelle mostrate a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali e le modalità di assemblaggio.
L’ambito di tutela dell’invenzione à ̈ pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo di contrasto per rettifiche di prodotti, ad esempio cilindri, sostenuti tra centri, ove dette rettifiche (21) comprendono una struttura portante (20) recante una mola (24) a cui si affaccia un cilindro (22) da lavorare, ed almeno un dispositivo di contrasto (23) Ã ̈ posto dalla parte opposta del cilindro (22) rispetto alla mola (24), il dispositivo di contrasto (23) comprendendo un pattino (25) montato su un cannotto (26) determinato a scorrere dentro un corpo (27) del dispositivo di contrasto (23) da un mezzo attuatore interposto (28, 35), essendo inoltre previsto un elemento di bloccaggio (29) della posizione relativa del cannotto (26) rispetto al corpo (27) ed un mezzo di bloccaggio irreversibile (31, 32, 33) della posizione del cannotto (26) rispetto al cilindro (22).
  2. 2) Dispositivo di contrasto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di bloccaggio (29) Ã ̈ un pistone.
  3. 3) Dispositivo di contrasto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto mezzo attuatore interposto à ̈ costituito da una camera anulare espandibile (35) individuata tra un soffietto (28), che circonda una estremità di detto cannotto (26) ed à ̈ vincolato alle sue estremità a detto cannotto (26) ed a detto corpo (27) del dispositivo, detta camera (35) essendo collegata ad un sistema di controllo (34) del dispositivo di contrasto (23).
  4. 4) Dispositivo di contrasto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto pistone di bloccaggio (29) della posizione relativa del cannotto (26) rispetto al corpo (27) à ̈ a semplice effetto ed à ̈ disposto in direzione normale ad un asse longitudinale (30) del dispositivo di contrasto (23).
  5. 5) Dispositivo di contrasto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto mezzo di bloccaggio irreversibile della posizione del cannotto (26) rispetto al cilindro (22) comprende una vite (31) che ruota entro una chiocciola (32), solidale sull’estremità posteriore del corpo (27), à ̈ azionata da un motore (33) e si appoggia su un fondo di detto cannotto (26).
  6. 6) Dispositivo di contrasto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto pattino (25) à ̈ in un materiale a basso coefficiente d’attrito.
  7. 7) Dispositivo di contrasto secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere disposto in un certo numero da parte opposta rispetto a detta mola (24).
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