ITMI982578A1

ITMI982578A1 - Dispositivo assorbitore d'urto per teste motrici porta-mandarino

Info

Publication number: ITMI982578A1
Application number: IT1998MI002578A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Bolledi; Massimo Bertuzzi
Original assignee: Machining Ct S Mfg S P
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-05-27
Also published as: EP1004395A3; US6357565B1; IT1303879B1; EP1004395A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale al settore delle macchine utensili ad asportazione di truciolo e, più in particolare, concerne un dispositivo atto a proteggere la testa motrice porta-mandrino di una macchina utensile in caso di un urto accidentale contro un pezzo in 1avorazione.

Come noto, negli ultimi anni nel settore delle macchine utensili gli sforzi dei costruttori si sono concentrati sul miglioramento, oltre che della qualità della lavorazione, anche del rendimento delle macchine utensili attraverso una graduale e continua diminuzione dei tempi sia di lavorazione che di approntamento della macchina.

Il tempo di lavorazione è attualmente diminuito grazie ai progressi nella qualità dei taglienti degli utensili e, in particolare, nella loro resistenza all'usura ed, inoltre, per effetto dell'aumentata velocità di asportazione.

I costruttori di macchine utensili cercano ora di ridurre, nel ciclo lavorativo, la durata dei tempi di approntamento della macchina che sono da mettere in relazione con le operazioni di cambio dell'utensile, di carico e scarico del pezzo in lavorazione, di controllo delle dimensioni del pezzo in lavorazione e, non ultimo, di posizionamento o piazzamento della testa motrice del mandrino nelle diverse configurazioni necessarie per la 1avorazione.

E' facile comprendere che la riduzione dei tempi di approntamento delle macchine utensili è soprattutto importante per un ciclo lavorativo della durata di 24 ore su 24, dove i pochi minuti persi nella produzione di un pezzo per approntare la macchina, quando sono moltiplicati per la produzione giornaliera, possono portare alla perdita di qualche ora.

Poiché ogni ora persa per approntare la macchina utensile incide negativamente sul mancato rendimento che il capitale in essa investito deve produrre, si capisce subito la necessità di ridurre al minimo i tempi di approntamento della macchina.

Per questa ragione, la tendenza attuale dei costruttori di macchine utensili è quella di impiegare teste motrici porta-mandrino mobili dotate di velocità ed accelerazione molto elevate. In particolare, i tempi necessari per posizionare o piazzare la testa motrice porta-mandrino si sono ridotti notevolmente portando la velocità di avanzamento della testa motrice a limiti massimi di circa 80 m/min grazie all'impiego di comandi vieppiù perfezionati.

L'incremento dei valori di velocità ed accelerazione della testa motrice porta-mandrino, se da un lato consente di ottenere un notevole risparmio dei tempi di preparazione e di approntamento della macchina, dall'altro espone la testa motrice porta-mandrino al rischio di urtare il pezzo in lavorazione a causa, per esempio, di un comando errato, di un ritardo eccessivo della risposta ad un comando oppure di una imprecisione di posizionamento.

Va tenuto presente che, date le masse e le velocità in giuoco, nel caso in cui si verifichi il suddetto urto, si svilupperebbero forze di intensità ragguardevole e la conseguente diminuzione di energia cinetica si trasformerebbe in energia interna che verrebbe assorbita e dissipata all'interno del pezzo in lavorazione e della testa motrice determinando gravi danni all'uno e, soprattutto, all'altra.

Il danneggiamento della testa motrice porta-mandrino per effetto di un urto con il pezzo in lavorazione va dunque evitato in modo assoluto poiché la testa motrice è una delle parti piu delicate e più accuratamente progettate e, quindi, anche più costosa della macchina utensile.

Il compito che si prefigge la presente invenzione è pertanto quello di ridurre al minimo i danni alla testa motrice porta-mandrino causati, durante il suo posizionamento o piazzamento in una configurazione operativa di lavorazione, da uno scontro fortuito con un pezzo in lavorazione.

Tale compito viene raggiunto secondo l'invenzione con un dispositivo assorbitore d'urto per la testa motrice porta-mandrino di una macchina utensile in cui la testa motrice presenta un gruppo mandrino fissato ad un suo montante tramite un supporto, caratterizzato dal fatto che comprende:

- una struttura cedevole collegata da un lato al gruppo mandrino e dall'altra al supporto, atta a cedere in seguito ad un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino ed un pezzo in lavorazione, e

- mezzi rivelatori associati a tale struttura cedevole per rivelarne il cedimento per effetto di tale urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino ed un pezzo in lavorazione e segnalarlo ad una unità di governo della macchina utensile.

Secondo una prima forma d'esecuzione dell'invenzione, la struttura cedevole è costituita da due elementi tubolari coassiali e distanziati, di cui uno è fissato al gruppo mandrino e l'altro al supporto e da due elementi anulari che collegano tra loro i due elementi tubolari.

Secondo una caratteristica della prima forma d'esecuzione, per determinare il cedimento della struttura cedevole, i due elementi anulari sono collegati ai due elementi tubolari tramite mezzi con punto di rottura nominale costituiti preferibilmente da viti il cui gambo presenta un intaglio anulare a V.

Secondo una seconda forma d'esecuzione dell'invenzione, la struttura cedevole è costituita da due elementi tubolari coassiali e distanziati, di cui uno è collegato al gruppo mandrino e l'altro al supporto, tali elementi tubolari essendo disposti in impegnamento reciproco in modo da formare tra loro una camera anulare.

Secondo una caratteristica della seconda forma d'esecuzione dell'invenzione, per il cedimento della struttura cedevole, i due elementi tubolari sono in impegnamento reciproco con possibilità di scorrimento relativo assiale in modo da determinare l'apertura della camera anulare a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.

Secondo un'altra caratteristica della prima forma d'esecuzione, i mezzi rivelatori sono di tipo idraulico o pneumatico e prevedono un fluido in pressione fatto passare attraverso i mezzi con punto di rottura nominale e un trasduttore di pressione destinato a segnalare la perdita di pressione che si ha per effetto del cedimento di detti mezzi con punto di rottura nominale a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.

Secondo un'ulteriore caratteristica della prima forma d'esecuzione, i mezzi rivelatori sono di tipo elettromagnetico e prevedono un segnale elettromagnetico fatto passare attraverso i mezzi con punto di rottura nominale e un trasduttore elettromagnetico destinato a segnalare la mancata ricezione del segnale che si ha per effetto del cedimento di detti mezzi con punto di rottura nominale a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.

Secondo un'altra caratteristica della seconda forma d'esecuzione, i mezzi rivelatori sono di tipo idraulico o pneumatico e prevedono un fluido mantenuto in pressione all'interno della camera anulare tra i due elementi tubolari e un trasduttore di pressione destinato a segnalare la perdita di pressione che si ha per effetto dell'apertura della camera anulare a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata data qui solo a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: la figura 1 mostra in alzato laterale ed in sezione parziale la testa motrice porta-mandrino della presente invenzione in una prima forma d'esecuzione preferita, e la figura 2 mostra in alzato laterale ed in sezione parziale la testa motrice porta-mandrino della presente invenzione in una seconda forma d'esecuzione preferita.

Come si può rilevare dalle figure 1 e 2 dei disegni allegati, in entrambe le sue forme d'esecuzione, la testa motrice porta-mandrino dell'invenzione, indicata nel complesso con 10, comprende un gruppo mandrino a comando elettrico 11 ed un supporto 12 avente lo scopo di offrire un sostegno stabile al gruppo mandrino 11 e di fissarlo al montante (non illustrato) della macchina utensile.

Il supporto 12 presenta una sede di alloggiamento 13 di forma sostanzialmente cilindrica destinata a ricevere il gruppo mandrino 11.

Per il collegamento del gruppo mandrino 11 al supporto 12 è previsto, secondo la presente invenzione, un dispositivo assorbitore d'urto particolare in grado di permettere al gruppo mandrino 11, in caso di un urto con un pezzo in lavorazione, di arretrare nella sua sede di alloggiamento 13 e di segnalare nel contempo all'unità di governo della macchina che è avvenuto tale urto e che è necessario fermare la macchina rallentando la velocità di rotazione del mandrino.

Questo dispositivo assorbitore d'urto è disposto tra il gruppo mandrino 11 e il supporto 12 e può essere realizzato in diversi modi.

In una prima forma d'esecuzione preferita dell'invenzione, illustrata nella figura 1 dei disegni allegati, il dispositivo assorbitore d'urto è indicato con 14 ed è visibile nella figura in sezione. Tale dispositivo assorbitore d'urto 14 è formato da due elementi tubolari coassiali e distanziati 15 e 16,di cui l'elemento 15 è fissato al gruppo mandrino 11 e l'elemento 16 è fissato al supporto 12.

I due elementi tubolari 15 e 16 sono collegati tra loro alle estremità da due anelli di collegamento 17, rispettivamente 18.

II dispositivo assorbitore d'urto 14 è configurato in modo da essere in grado di assorbire l'energia in giuoco in uno scontro fortuito tra il gruppo mandrino 11 ed un pezzo in lavorazione per deformazione o addirittura rottura se la sollecitazione cui esso è sottoposto durante tale urto è superiore al normale.

A tale scopo, i due anelli di collegamento 17,18 sono fissati agli elementi tubolari 15 e 16 tramite viti 19 presentanti un punto di rottura nominale. Queste viti, notoriamente, sono destinate a rompersi quando il carico cui sono sottoposte supera il valore nominale ad esse assegnato. A questo scopo nel loro gambo 19a è praticato un intaglio anulare a 'V' 19b destinato a ridurre la resistenza della vite in modo tale da provocarne il cedimento quando essa è sottoposta a sollecitazioni di trazione o di taglio di entità superiore ai rispettivi valori limite come avviene di solito a seguito di un urto tra il gruppo mandrino 11 della testa motrice ed un pezzo in lavorazione.

Nel caso in cui tale urto abbia luogo, il cedimento delle viti 19 con punto di rottura nominale permette L'arretramento del gruppo mandrino 11 all'interno della sede di alloggiamento 13 e, quindi, l'allontanamento del mandrino porta-utensile dal pezzo in lavorazione.

Per rivelare l'avvenuta rottura delle viti 19 con punto di rottura nominale, almeno una di esse è attraversata longitudinalmente da un foro al cui interno viene fatto passare un mezzo rivelatore di rottura. Tale mezzo può essere costituito, ad esempio, da un fluido tenuto in pressione. Nell'istante in cui avviene la rottura della vite 19, la conseguente perdita di pressione può essere utilizzata come grandezza in entrata in un sistema a retroazione di comando e regolazione della testa motrice porta-mandrino 10 il quale, in concomitanza con il sopraddetto arretramento del gruppo mandrino 11 all'interno della sede di alloggiamento 13, comanda un progressivo rallentamento della rotazione del mandrino porta-utensile fino all'arresto della macchina utensile.

Con riferimento ora alla figura 2 dei disegni, in essa è illustrata una seconda forma d'esecuzione del dispositivo assorbitore d'urto secondo la presente invenzione.

Anche in questa seconda forma d'esecuzione, il dispositivo assorbitore d'urto, indicato ora con 20, è formato da due elementi tubolari coassiali e distanziati 21,22, di cui l'elemento 21 è fissato al gruppo mandrino 11 e l'elemento 22 è fissato al supporto 12.

L'elemento tubolare 21 è trattenuto saldamente in posizione attorno al gruppo mandrino 11 da un elemento di giunzione 23. Tale elemento di giunzione 23 è disposto ad un'estremità dell'elemento tubolare 21, in un sol pezzo con esso, ed è fissato mediante viti 24 al gruppo mandrino 11.

L'elemento tubolare 22 è fissato per mezzo di viti 25 al supporto 12 e al suo interno è inserita in posizione coassiale e con possibilità di scorrimento relativo assiale una bussola 26 che sporge dall'elemento tubolare 22 e s'impegna contro l'elemento di giunzione 23 dell'elemento tubulare 21. Un anello 27 fissato tramite viti 28 all'elemento tubolare 22 funge da arresto per la bussola 26.

Allo scopo di trattenere stabilmente in posizione il gruppo mandrino 11 all'interno della sede di alloggiamento 13 del supporto 12 durante il normale svolgimento di una lavorazione della macchina utensile, un anello 29 è fissato per mezzo di viti 30 all'estremità libera dell'elemento tubolare 21. Contro tale anello 29 s'impegna l'anello 27 fissato all'elemento tubolare 22.

Gli elementi tubolari 21 e 22 coassiali e distanziati definiscono una camera sostanzialmente cilindrica anulare 31 che viene riempita con un fluido in pressione.

il dispositivo assorbitore d'urto 20 così configurato è in grado di assorbire per deformazione l'energia in giuoco durante un urto fortuito tra il gruppo mandrino 11 ed un pezzo in lavorazione e funziona in base al seguente principio.

Durante il normale svolgimento di una lavorazione della macchina utensile, il dispositivo assorbitore d'urto 20 mantiene il gruppo mandrino 11 stabilmente in posizione per effetto dell'impegnamento reciproco tra gli elementi tubolari 21 e 22. Come detto sopra, la camera 31 è chiusa ed è riempita con un fluido in pressione.

Quando il mandrino porta-utensile riceve un colpo secco e violento per effetto di un urto con un pezzo in lavorazione, il gruppo mandrino 11 arretra nella sede di alloggiamento 13 del supporto 12 e nel contempo spinge all'indietro la bussola 25. Per effetto dell'arretramento del gruppo mandrino 11, l'anello 29 si allontana dalla posizione di contatto con l'anello 27 e determina, con ciò, l'apertura della camera 31 e la fuoriuscita del fluido in pressione contenuto al suo interno.

La conseguente perdita di pressione del fluido percepita da un trasduttore di pressione viene utilizzata come grandezza in entrata in un sistema a retroazione di comando e regolazione della testa motrice porta-mandrino 10 il quale, in concomitanza con il sopraddetto arretramento del gruppo mandrino 11 all'interno della sede di alloggiamento 13 del supporto 12, comanda un progressivo rallentamento della rotazione del mandrino porta-utensile fino all'arresto della macchina utensile.

Il dispositivo assorbitore d'urto 20, dopo che è avvenuto l'urto tra il gruppo mandrino 11 ed un pezzo in lavorazione, può essere facilmente e rapidamente riportato allo stato primitivo mediante il riempimento della camera 31 con il fluido in pressione, rendendo con ciò agevole ed economica la sua manutenzione.

Naturalmente, al posto del dispositivo assorbitore d'urto descritto nelle figure si possono impiegare anche altri mezzi cedevoli in grado di assorbire l'energia d'urto che si verifica quando la testa motrice porta-mandrino urta accidentalmente un pezzo in lavorazione e di dissiparla al suo interno salvaguardando il mandrino porta-utensile.

Anche i mezzi rivelatori impiegati per segnalare l'avvenuto urto tra la testa motrice porta-mandrino e il pezzo in lavorazione possono essere diversi da quelli descritti sopra e funzionare in base ad altri principi. Per esempio, come mezzi rivelatori si potrebbero impiegare fotorivelatori, trasduttori di posizione, e altri.

Da quanto sopra esposto si comprende come l'invenzione assolva il compito prefisso e, in particolare, il fatto che essa realizzi una testa motrice porta-mandrino in cui il gruppo mandrino è collegato ad un supporto per il tramite di un dispositivo assorbitore dell'energia d'urto in grado di garantire al gruppo mandrino 11 durante il normale svolgimento di una lavorazione della macchina utensile la necessaria stabilità e rigidità, unitamente alla precisione di posizionamento, assorbendo nel contempo l'energia d'urto in caso di uno scontro accidentale tra il gruppo mandrino della testa motrice ed un pezzo in lavorazione e salvaguardando l'integrità del gruppo mandrino della testa motrice.

Tale dispositivo assorbitore d'urto, nelle sue forme d'esecuzione preferite, sopra descritte, presenta una configurazione relativamente semplice da realizzare ed il suo costo è estremamente basso se considerato in relazione a quello della testa motrice nel suo complesso.

Si intende che il dispositivo assorbitore d'urto secondo l'invenzione è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo assorbitore d'urto per la testa motrice porta-mandrino di una macchina utensile in cui la testa motrice presenta un gruppo mandrino fissato ad un suo montante tramite un supporto, caratterizzato dal fatto che comprende: - una struttura cedevole collegata da un lato al gruppo mandrino e dall'altra al supporto, atta a cedere in seguito ad un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino ed un pezzo in lavorazione,e - mezzi rivelatori associati a tale struttura cedevole per rivelarne il cedimento per effetto di tale urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino ed un pezzo in lavorazione e segnalarlo ad una unità di governo della macchina utensile.
2. Dispositivo assorbitore d'urto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la struttura cedevole è costituita da due elementi tubolari coassiali e distanziati, di cui uno è fissato al gruppo mandrino e l'altro al supporto e da due elementi anulari che collegano tra loro i due elementi tubolari.
3. Dispositivo assorbitore d'urto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per determinare il cedimento della struttura cedevole, i due elementi anulari sono collegati ai due elementi tubolari tramite mezzi con punto di rottura nominale.
4. Dispositivo assorbitore d'urto secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi con punto di rottura nominale sono costituiti da viti il cui gambo presenta un intaglio anulare a V.
5. Dispositivo assorbitore d'urto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la struttura cedevole è costituita da due elementi tubolari coassiali e distanziati, di cui uno è collegato al gruppo mandrino e l'altro al supporto, tali elementi tubolari essendo disposti in impegnamento reciproco in modo da formare tra loro una camera anulare.
6. Dispositivo assorbitore d'urto secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che per il cedimento della struttura cedevole, i due elementi tubolari sono in impegnamento reciproco con possibilità di scorrimento relativo assiale in modo da determinare l'apertura della camera anulare a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.
7. Dispositivo assorbitore d'urto secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi rivelatori sono di tipo idraulico o pneumatico e prevedono un fluido in pressione fatto passare attraverso i mezzi con punto di rottura nominale e un trasduttore di pressione destinato a segnalare la perdita di pressione che si ha per effetto del cedimento di detti mezzi con punto di rottura nominale a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.
8. Dispositivo assorbitore d'urto secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che i mezzi rivelatori sono di tipo elettromagnetico e prevedono un segnale elettromagnetico fatto passare attraverso i mezzi con punto di rottura nominale e un trasduttore elettromagnetico destinato a segnalare la mancata ricezione del segnale che si ha per effetto del cedimento di detti mezzi con punto di rottura nominale a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.
9. Dispositivo assorbitore d'urto secondo le rivendicazioni 1, 5 e 6, caratterizzato dal fatto che i mezzi rivelatori sono di tipo idraulico o pneumatico e prevedono un fluido mantenuto in pressione all'interno della camera anulare tra i due elementi tubolari e un trasduttore di pressione destinato a segnalare la perdita di pressione che si ha per effetto dell'apertura della camera anulare a seguito di un urto accidentale tra la testa motrice porta-mandrino e un pezzo in lavorazione.
10. Dispositivo assorbitore d'urto secondo le rivendicazioni precedenti, il tutto come descritto e illustrato nei disegni allegati.