ITMI940632A1 - Mandrino per macchine utensili - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

MANDRINO PER MACCHINE UTENSILI

La presente invenzione riguarda un mandrino per macchine utensili e, in particolare, un motomandrino o elettromandrino per macchine utensili destinate a lavori di elevata precisione, ad esempio per lavori di foratura o rettifica di fori aventi diametro molto piccolo.

Un esempio di macchine utensili in cui trova applicazione la presente invenzione è costituito dalle macchine di elettroerosione che vengono utilizzate per forare o per creare degli incavi non altrimenti ottenibili sia per le ridotte dimensioni delle forme cave da ottenere, sia per la natura di determinati materiali scarsamente idonei ad essere lavorati per asportazione meccanica. L’utensile da lavoro è costituito in questo caso da un elettrodo di forma opportuna che viene posto a distanza molto vicina dal pezzo in lavorazione entro un bagno di liquido dielettrico .

Dovendo realizzare forature di particolare precisione, dove l’errore di rotondità o di cilindricità deve essere contenuto in pochi millesimi di millimetro, si ricorre alla tecnica di erosione con elettrodo rotante applicando un dispositivo elettromeccanico tra il mandrino della macchina e l’elettrodo.

Questa tecnica, basata sull’erosione lungo le linee generatrici del foro, consente di ottenere la desiderata precisione geometrica indipendentemente dalla precisione di realizzazione dell’elettrodo e viene applicata vantaggiosamente nel caso di forature di lunghezza elevata 0 di diametro estremamente ridotto. Soprattutto in questi casi la tecnica di erosione con elettrodo rotante diventa indispensabile, indipendentemente dalla precisione, perché è possibile evacuare le particelle asportate mediante un getto di liquido dielettrico ruotante come l’elettrodo. Ovviamente, sia per le macchine che lavorano per asportazione meccanica sia per le macchine che lavorano per elettroerosione, il fattore determinante per ottenere un’elevata precisione di lavorazione è la precisione di rotazione del portautensile. Nelle macchine di elettroerosione è inoltre necessario mantenere il più possibile costante la velocità di rotazione dell’elettrodo per evitare possibili scariche troppo elevate tra elettrodo e pezzo.

1 dispositivi di tipo noto sono generalmente realizzati con un motore in corrente continua collegato meccanicamente all’albero del mandrino mediante mezzi di trasmissione a cinghia. La velocità di rotazione dell’elettrodo viene controllata rilevando la velocità di rotazione dell’albero del mandrino mediante un "encoder" e regolata agendo sulla corrente di alimentazione del motore elettrico.

Uno dei principali inconvenienti dei dispositivi di tipo noto è dato dalle vibrazioni e dalle sollecitazioni meccaniche prodotte dai mezzi di trasmissione del moto al mandrino che possono determinare errori di lavorazione oltre la tolleranza ammessa e quindi un danno irreparabile al pezzo in lavorazione.

Un ulteriore inconveniente dei dispositivi di tipo noto è dato dal fatto che le oscillazioni a cui è soggetta la cinghia di trasmissione rendono difficoltoso il rilevamento della velocità di rotazione dell’albero e quindi pregiudicano la regolazione della velocità stessa, soprattutto se si opera a velocità elevata.

Ciò comporta conseguentemente un limite alla produttività perché costringe ad operare a velocità ridotta per garantire una costante velocità di rotazione dell’utensile e quindi la necessaria accuratezza di lavorazione.

Comi^ito della presente invenzione è quello di realizzare un mandrino per macchine utensili che risolva gli inconvenienti della tecnica nota.

Nell’ambito di questo compito, uno scopo della inresente invenzione è quello di realizzare un mandrino per macchine utensili che consenta di ottenere un’elevata regolarità di rotazione dell’utensile di lavoro rispetto al proprio asse .

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un mandrino per macchine utensili che consenta di mantenere il più possibile costante la velocità di rotazione dell’utensile di lavoro anche per velocità di rotazione molto elevate.

Questi scopi sono raggiunti dalla presente invenzione che riguarda un mandrino per macchine utensili, del ΐΐχ^ο comprendente un motore elettrico di azionamento e mezzi per trasmettere il moto di rotazione da detto motore ad un albero dotato ad una sua estremità di un dispositivo di trattenuta per un utensile di lavoro, detto albero essendo disposto in posizione coassiale all’interno del rotore di detto motore ed essendo girevole rispetto ad esso, la rotazione ed il centraggio relativo dell’uno rispetto all’altro essendo garantiti da mezzi volventi interposti tra la superficie esterna di detto albero e la superficie interna di detto rotore, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasmissione del moto comprendono un variatore di velocità a sfere.

In particolare, il variatore di velocità a sfere comprende una coppia di cuscinetti volventi radiali dotati di gabbia, la gabbia di almeno uno dei cuscinetti essendo collegata in modo solidale al citato albero e l’anello interno dello stesso cuscinetto essendo collegato in modo solidale al rotore del motore.

La trasmissione del moto tra rotore ed albero mediante la gabbia del cuscinetto consente di eliminare ogni possibile vibrazione o sollecitazione meccanica generata dai mezzi noti di trasmissione del moto.

Secondo un aspetto vantaggioso dell’invenzione i cuscinetti sono cuscinetti radiali a sfere del tipo a contatto obliquo, montati con obliquità contrapposte e soggetti ad un carico in senso assiale applicato su almeno uno degli anelli esterni dei cuscinetti.

Il carico assiale sui cuscinetti determina la coppia trasmissibile tra motore ed utensile. Imponendo un precarico assiale costante sui cuscinetti obliqui vengono impedite improvvise variazioni di velocità al motore in seguito a piccole variazioni di carico esterne trasmesse dall’utensile. La massa del rotore consente inoltre di immagazzinare energia sufficiente ad assorbire eventuali variazioni positive o negative di velocità poiché, grazie alla trasmissione del moto tra gabbia portasfere e cuscinetto, il rotore ruota a velocità superiore rispetto a quella del portautensile.

Questi ed altri vantaggi risulteranno più evidenti dalla descrizione che segue, fatta a titolo illustrativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è una vista in sezione di un mandrino secondo una possibile forma di realizzazione dell’invenzione; e

- la figura 2 è una vista ingrandita di un particolare del mandrino di figura 1; e

la figura 3 è una vista in sezione di un mandrino secondo un’ulteriore forma di realizzazione dell 'invenzione .

Con riferimento alle figure 1 e 2 il mandrino secondo l’invenzione comprende un albero 1 dotato ad una sua estremità 2 di un dispositivo di trattenuta (non mostrato) per un utensile di lavoro. L’albero 1 è disposto in posizione coassiale con un motore elettrico racchiuso entro una carcassa 3 composta da una semicarcassa anteriore 3a e da una semicarcassa posteriore 3b unite tra loro in modo noto, ad esempio mediante viti o altri mezzi simili .

In particolare, l’albero 1 è disposto in posizione coassiale all’interno del rotore 4 ed è girevole rispetto all’anello di supporto 5 del rotore 4. La rotazione ed il centraggio relativo dell’albero 1 rispetto all’anello di supporto 5 sono garantiti da una pluralità di sfere 6 disposte in una gabbia portasfere 7 tra la superficie esterna dell’albero 1 e la superficie interna dell’anello di supporto 5 del rotore 4. Lo statore 8 assieme ai corrispondenti avvolgimenti 9 è invece solidale alla carcassa 3 .

All’interno della carcassa 3 sono disposti anche i mezzi di trasmissione del moto dall’anello di supporto 5 del rotore 4 all’albero 1. I mezzi di trasmissione del moto comprendono una coppia di cuscinetti volventi radiali 10 e 11 dotati di rispettive gabbie 12 e 13 per le sfere.

L’anello interno 16 del cuscinetto 11 è calettato sull’anello di supporto 5 del rotore 4 mentre l’anello esterno 17 del cuscinetto 11 è a contatto della suxDerficie interna della semicarcassa 3b. L’anello interno 18 del cuscinetto 10 è invece fissato solidalmente all’albero 1 mediante una ghiera 20 avvitata su una porzione filettata 21 dell'albero 1, mentre l’anello esterno 19 è posto a contatto dell a superiicie interna della semicarcassa 3a. I cuscinetti 10 e 11 sono del tipo a contatto obliquo e pertanto devono essere montati con obliquità contrapposte e devono essere caricati assialmente per poter sopportare un carico radiale. Il carico assiale viene assicurato mediante uno o più elementi elastici 22 caricati in compressione ed agenti sull’anello esterno 17 del cuscinetto 11.

Secondo un aspetto vantaggioso dell’invenzione la gabbia 13 del cuscinetto 11 è collegata in modo solidale all’albero 1 mediante un giunto 14 fissato con una ghiera 15 avvitata su una porzione filettata 23 dell’albero 1. La trasmissione del moto avviene quindi per mezzo di un variatore di velocità a sfere che consente di operare ad una velocità costante molto elevata. Le eventuali variazioni di coppia resistente trasmesse dall’utensile vengono infatti assorbite dal volano di energia costituito dal rotore 4.

E’ inoltre evidente che la disposizione coassiale dei vari element i in moto reciprocamente relativo consente di impartire all’albero 1 un moto rotatorio estremamente regolare in modo tale da evitare errori di precisione dovute all'irregolarità del moto dell’utensile di lavoro. Rispetto ai sistemi di trasmissione di tipo tradizionale, siano essi a cinghia elastica o ad ingranaggi, sono infatti ridotte le masse eccentriche rotanti e le sollecitazioni meccaniche sull’asse dell’utensile.

In figura 3 è rappresentata un’ulteriore forma realizzativi del mandrino secondo l’invenzione in cui è possibile variare il carico assiale agente sui cuscinetti obliqui 10 e 11. La semicarcassa 3b comprende un bordo sporgente 24 dotato di filettatura sulla sua superficie interna per ricevere una boccola 25 dotata di una corrispondente filettatura sulla sua superficie esterna.

La rotazione della boccola 25 consente di variare la compressione di una molla elicoidale 26 agente sull’anello esterno del cuscinetto 11 e, conseguentemente , di variare il carico assiale agente sui cuscinetti 10 e 11. Una ghiera filettata 27 assicura il bloccaggio della boccola 25 per mantenere costante la compressione della molla elicoidale 26 durante il funzionamento della macchina utensile ,

Come motore elettrico viene preferibilmente utilizzato un motore di tipo asincrono alimentato in corrente alternata a frequenza variabile. Questo tipo di motore è in grado di fornire una elevata velocità di rotazione ed una coppia costante ed è quindi particolarmente idoneo ad essere utilizzato in abbinamento ad una variatore di velocità a sfere come quello sopra descritto.

Inoltre, il motore asincrono a frequenza variabile è idoneo ad essere alimentato con corrente ad elevata frequenza riducendo così le perdite dovute alla saturazione del ferro nel circuito magnetico comprendente lo statore ed il rotore del motore.

E’ tuttavia possibile utilizzare qualsiasi altro tipo di motore elettrico che garantisca le stesse prestazioni in termini di velocità e di coppia.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Mandrino per macchine utensili, del tipo comprendente un motore elettrico di azionamento e mezzi per trasmettere il moto di rotazione da detto motore ad un albero dotato ad una sua estremità di un dispositivo di trattenuta per un utensile di lavoro, dette albero essendo disposto in posizione coassiale all’interno del rotore di detto motore ed essendo girevole rispetto ad esso, la rotazione ed il centraggio relativo dell’uno rispetto all’altro essendo garantiti da mezzi volventi interposti tra la superficie esterna di detto albero e la superficie interna di detto rotore, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasmissione del moto comprendono un variatore di velocità a sfere.
2. 2. Mandrino secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto variatore di velocità a sfere comprende una coppia di cuscinetti volventi radiali dotati di gabbia, la gabbia di almeno uno di detti cuscinetti essendo collegata in modo solidale a detto albero e l’anello interno dello stesso cuscinetto essendo collegata in modo solidale a detto rotore.
3. 3. Mandrino secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti cuscinetti sono cuscinetti radiali a sfere del tipo a contatto obliquo, e dal fatto che sono previsti mezzi per applicare un carico assiale su almeno uno degli anelli esterni di detti cuscinetti.
4. 4. Mandrino secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per applicare un carico assiale a detti cuscinetti comprendono uno o più elementi elastici caricati in compressione.
5. 5. Mandrino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per variare il carico assiale su detti cuscinetti.
6. 6. Mandrino secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto motore elettrico è un motore a corrente alternata del tipo asincrono a frequenza variabile.