ITMI20130913A1 - Dispositivo di bloccaggio del mandrino per macchine utensili - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DI BLOCCAGGIO DEL MANDRINO PER MACCHINE UTENSILIâ€

La presente invenzione riguarda un dispositivo di bloccaggio del mandrino per macchine utensili.

È noto che un mandrino à ̈ un dispositivo, solitamente collegato all’albero di una macchina utensile, con il quale à ̈ possibile serrare esternamente un pezzo in lavorazione od un utensile che ruota. Esistono vari tipi di mandrino, e la presente domanda à ̈ specificamente relativa al tipo di mandrino descritto nei brevetti EP 0237497B1 ed EP 1721691B1 dello stesso richiedente, del quale questa domanda costituisce un perfezionamento. Pertanto, per una descrizione dettagliata del funzionamento di questo tipo di mandrino si fa riferimento ai summenzionati brevetti, mentre questa descrizione si concentra sugli aspetti innovativi della nuova versione del dispositivo di bloccaggio.

In breve, il dispositivo di bloccaggio di tecnica nota, illustrato in Fig.1, comprende un elemento assialmente mobile 1 scorrevole all’interno di un elemento assialmente fisso 2, ed un espansore 3 scorrevole assialmente all’interno di detto elemento mobile 1 ed atto a spingere tre corpi di incuneamento 4 (solitamente sfere) radialmente verso l’esterno contro una superficie di battuta 5 di detto elemento fisso 2, attraverso apposite aperture 6 ricavate nell’elemento mobile 1. Il dispositivo viene azionato in posizione di bloccaggio da un sistema di molle precaricate, una molla principale 7 ed una molla secondaria 8, mentre lo sbloccaggio à ̈ effettuato da un sistema idraulico che vince la forza delle molle. Nel seguito si farà specifico riferimento a corpi di incuneamento sferici, essendo chiaro che quanto detto si applica con le dovute variazioni anche a corpi di incuneamento cilindrici come spiegato nel summenzionato brevetto EP 0237497B1.

Questo dispositivo noto à ̈ alquanto sicuro ed efficace, tuttavia si à ̈ riscontrato che in certi casi una lavorazione inappropriata, un errato montaggio, una incauta manutenzione o degli interventi non autorizzati eseguiti dall’operatore potrebbe provocare uno scorretto funzionamento del dispositivo. Il richiedente ha quindi ritenuto necessario aumentare il grado di sicurezza passiva del dispositivo per evitare che le molle precaricate possano rilasciare la loro energia in modo incontrollato con il rischio di lesioni dell’operatore.

Un primo problema à ̈ dovuto al fatto che le piste ricavate nella superficie esterna dell’espansore 3, lungo le quali scorrono le sfere 4, presentano un profilo longitudinale con pendenza costantemente decrescente dalla estremità prossimale alla estremità distale dell’espansore 3 che termina con un profilo “passante†, ovvero la continua riduzione della pendenza arriva a permettere alle sfere 4 di uscire dalle loro piste in corrispondenza della estremità distale.

Pertanto quando un dispositivo tradizionale à ̈ nella sua posizione minima di lavoro, illustrata in Fig.1, in cui le sfere 4 hanno compiuto il massimo spostamento radiale e si trovano alla minima distanza di lavoro dalla estremità distale dell’espansore 3, ovvero poggiano sulle piste nella zona a pendenza minima, in rare circostanze si à ̈ osservato che l’espansore 3 à ̈ uscito dalla sua sede superando l'impedimento delle sfere 4 sotto l’azione della molla principale 7 che spinge sulla sua estremità distale. Ciò deriva dal fatto che nella suddetta posizione l'espansore 3, per effetto della forza della molla 7 che lo spinge, scarica attraverso le sfere 4 la forza radiale derivante dal carico della molla 7 sull’elemento fisso 2 generando una pressione molto elevata nel punto di appoggio, ma non vi à ̈ un fermo meccanico che impedisce un ulteriore spostamento dell’espansore 3 se esso slitta sulle sfere 4 e/o l’usura delle parti rende inefficace il bloccaggio a pressione.

Un altro inconveniente del dispositivo tradizionale descritto nei summenzionati brevetti si verifica in caso di rottura o distacco dell’anello Seeger 9 situato alla estremità prossimale dell’elemento fisso 2 per fungere da fermo dell’elemento mobile 1, e quindi anche delle sfere 4 in esso alloggiate, nella suddetta posizione minima di lavoro. Tale evento può verificarsi ad esempio quando l’operatore, per smontare il dispositivo, applica delle forze esterne (ad es. dei colpi) alla sua estremità distale che si sommano alla forza della molla secondaria 8, provocando così la rottura o il distacco dell’anello Seeger 9 e la conseguente fuoriuscita dell’elemento mobile 1, delle sfere 4 e dell'espansore 3.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un dispositivo che supera tali inconvenienti. Detto scopo viene conseguito mediante un dispositivo secondo la rivendicazione 1 nel quale le piste dell’espansore presentano un profilo longitudinale con pendenza decrescente dalla estremità prossimale verso l’estremità distale fino al punto di contatto con le sfere corrispondente alla posizione minima di lavoro, ed una pendenza crescente da detto punto fino alla estremità distale. In una forma realizzativa preferita l’elemento fisso à ̈ inoltre dotato non solo della tradizionale superficie di battuta distale contro cui le sfere sono spinte per il bloccaggio del dispositivo nelle varie posizioni di lavoro, ma anche di una superficie di battuta prossimale contro cui le sfere vanno in battuta nella posizione minima di lavoro.

Il vantaggio principale di tale dispositivo à ̈ che l’incremento della pendenza delle piste nel suddetto tratto terminale distale, normalmente inutilizzato essendo oltre la posizione minima di lavoro del dispositivo, permette di ottenere un espansore con profilo “chiuso†invece di un espansore con profilo “passante†impedendo così alle sfere di uscire dalle loro piste in corrispondenza della estremità distale dell’espansore. In questo modo, le piste stesse sono dotate di un fermo meccanico di estremità che impedisce all’espansore di superare le sfere ed uscire dalla propria sede.

Un altro vantaggio di questo dispositivo, nella forma realizzativa preferita sopra descritta, à ̈ quello di fornire una maggiore sicurezza contro il rischio di rottura o distacco dell’anello Seeger poiché anche in assenza di quest’ultimo la battuta prossimale dell’elemento fisso funge da ulteriore fermo meccanico che bloccando le sfere impedisce la fuoriuscita dell’elemento mobile e dell'espansore.

Questi ed altri vantaggi e caratteristiche del dispositivo secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente dettagliata descrizione di queste due forme realizzative con riferimento agli annessi disegni in cui:

la Fig.1 Ã ̈ una vista schematica in sezione longitudinale di un dispositivo di bloccaggio di tecnica nota nella posizione minima di lavoro;

la Fig.2 à ̈ una vista schematica in sezione longitudinale del dispositivo secondo l’invenzione nella posizione minima di lavoro; e

la Fig.3 Ã ̈ una vista schematica in sezione longitudinale del dispositivo di Fig.2 nella posizione di riposo, ovvero a mandrino sbloccato.

Facendo riferimento alle figure 2 e 3, si vede che il dispositivo secondo la presente invenzione comprende tradizionalmente un elemento assialmente mobile 1 scorrevole all’interno di un elemento assialmente fisso 2, ed un espansore 3 scorrevole assialmente all’interno di detto elemento mobile 1 ed atto a spingere tre corpi di incuneamento 4 di forma sferica radialmente verso l’esterno contro una superficie di battuta 5 di detto elemento fisso 2, attraverso apposite aperture 6 ricavate nell’elemento mobile 1.

Il dispositivo viene azionato in posizione di bloccaggio da un sistema di molle composto da una coppia di molle 7 e 8, preferibilmente molle elicoidali, mentre lo sbloccaggio à ̈ effettuato da un sistema idraulico che alimentando un fluido in pressione in una camera 10 spinge in avanti un pistone di sbloccaggio 11 in modo da vincere la forza di dette molle. Più specificamente, la molla principale 7 à ̈ disposta all’interno dell’elemento mobile 1 tra una spalla distale 12 e l’estremità distale dell’espansore 3, mentre la molla secondaria 8 à ̈ disposta all’interno dell’elemento fisso 2 tra una spalla distale 13 ed una flangia 14 ricavata alla estremità prossimale dell’elemento mobile 1. Tale flangia 14 va in battuta (Fig.2) contro un anello Seeger 9 collocato in una apposita sede ricavata alla estremità prossimale dell’elemento fisso 2, in modo da fungere da fermo meccanico contro un ulteriore spostamento dell’elemento mobile 1.

Sulla superficie esterna dell’espansore 3 sono ricavate le piste per il rotolamento delle sfere 4, tali piste terminando alla estremità prossimale in cavità 15 atte a ricevere le sfere 4 in modo tale che quest’ultime non sporgano dalla superficie esterna dell’elemento mobile 1 quando il dispositivo à ̈ in posizione di riposo (Fig.3).

Un primo aspetto innovativo della presente invenzione, come accennato in precedenza, risiede nel particolare profilo longitudinale delle piste dell’espansore 3 che presentano una pendenza decrescente dalla estremità prossimale verso l’estremità distale fino al punto di contatto con le sfere 4 corrispondente alla posizione minima di lavoro (Fig.2), ed una pendenza crescente da detto punto fino alla estremità distale. Questo incremento di pendenza nel tratto terminale distale 16 delle piste come sopra definito impedisce alle sfere 4 di uscire dalla estremità distale dell’espansore 3, che presenta quindi un profilo chiuso a tale estremità. Pertanto, nonostante la spinta della molla principale 7, nella suddetta posizione minima di lavoro l’espansore 3 non può superare le sfere 4 ed uscire dalla propria sede poiché à ̈ in battuta contro le sfere 4 in corrispondenza del tratto terminale distale 16 delle piste.

Un secondo aspetto innovativo del presente dispositivo di bloccaggio, nella sua forma realizzativa preferita, deriva dal fatto che l’elemento fisso 2 à ̈ dotato non solo della tradizionale superficie di battuta distale 5 contro cui le sfere 4 sono spinte per il bloccaggio del dispositivo nelle varie posizioni di lavoro, ma anche di una superficie di battuta prossimale 17 contro cui le sfere 4 vanno in battuta nella posizione minima di lavoro illustrata in Fig.2. In questo modo, come accennato in precedenza, anche in caso di rimozione o rottura dell’anello Seeger 9 la battuta prossimale 17 funge da ulteriore fermo meccanico che blocca le sfere 4 tra l’elemento fisso 2 e l’espansore 3 impedendo così la fuoriuscita dell’elemento mobile 1.

Al fine di ottenere una più uniforme distribuzione del carico ed una migliore lubrificazione delle piste à ̈ inoltre preferibile prevedere una scanalatura centrale longitudinale ricavata sul fondo delle piste. La riduzione di pendenza delle piste dalla estremità prossimale verso l’estremità distale fino al punto di contatto con le sfere 4 corrispondente alla posizione minima di lavoro à ̈ infine preferibilmente ottenuta lungo un raggio di curvatura costante calcolato in modo che la pendenza delle piste diminuisca progressivamente da circa 7° a circa 2,5°.

È chiaro che le forme realizzative del dispositivo secondo l'invenzione sopra descritte ed illustrate costituiscono solo esempi suscettibili di numerose variazioni senza uscire dall'ambito di protezione dell'invenzione come definito di seguito. In particolare, la pendenza del tratto terminale distale 16 e/o della battuta prossimale 17 può essere di qualsiasi valore minimo sufficiente a realizzare la desiderata funzione di fermo meccanico per le sfere 4 in battuta su di essi.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di bloccaggio del mandrino per macchine utensili, comprendente un elemento assialmente mobile (1) scorrevole all’interno di un elemento assialmente fisso (2), ed un espansore (3) scorrevole assialmente all’interno di detto elemento mobile (1) ed atto a spingere tre corpi di incuneamento (4) radialmente verso l’esterno contro una superficie di battuta distale (5) di detto elemento fisso (2) attraverso apposite aperture (6) ricavate nell’elemento mobile (1), detti corpi di incuneamento (4) rotolando lungo piste, ricavate nella superficie esterna di detto espansore (3), che presentano una pendenza decrescente dalla loro estremità prossimale verso la loro estremità distale fino al punto di contatto con i corpi di incuneamento (4) corrispondente alla posizione minima di lavoro del dispositivo, caratterizzato dal fatto che nel tratto terminale distale (16) delle piste oltre detto punto di contatto detta pendenza à ̈ crescente da detto punto di contatto fino alla loro estremità distale in modo da ottenere un profilo chiuso dell’espansore (3) atto a impedire ai corpi di incuneamento (4) di uscire dalla sua estremità distale.
2. 2. Dispositivo di bloccaggio del mandrino secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’elemento fisso (2) à ̈ dotato inoltre di una superficie di battuta prossimale (17) contro cui i corpi di incuneamento (4) vanno in battuta nella posizione minima di lavoro del dispositivo.
3. 3. Dispositivo di bloccaggio del mandrino secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che una scanalatura centrale longitudinale à ̈ ricavata sul fondo delle piste.
4. 4. Dispositivo di bloccaggio del mandrino secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la riduzione di pendenza delle piste dalla estremità prossimale verso l’estremità distale fino al punto di contatto con i corpi di incuneamento (4) corrispondente alla posizione minima di lavoro del dispositivo à ̈ progressivamente ottenuta lungo un raggio di curvatura costante.
5. 5. Dispositivo di bloccaggio del mandrino secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la pendenza delle piste dalla estremità prossimale verso l’estremità distale fino al punto di contatto con i corpi di incuneamento (4) corrispondente alla posizione minima di lavoro del dispositivo à ̈ circa compresa nell’intervallo da 7° a 2,5°.