ITMI982653A1 - Dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda un dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico. Come è noto, in un tornio l'utensile è montato su supporti che a mezzo di slitte, normalmente azionate da viti, imprimono ad esse i movimenti di alimentazione (avanzamento).

Il movimento di lavoro è dato invece dal pezzo da lavorare che viene azionato dall'albero principale della macchina che è collegata ai vari cinematismi di cui è dotata la macchina stessa. Per fissare il pezzo da lavorare all'albero della macchina viene interposta un'attrezzatura che normalmente è costituita da un dispositivo autocentrante.

Nelle macchine meccaniche, atte alla lavorazione di pezzi singoli o di piccolissima serie, questo dispositivo autocentrante è costituito da una carcassa in cui sono ricavate le guide per i morsetti, e da un disco in cui sono ricavati, da un lato la vite frontale ( spirale di Archimede ) dall ' altro lato una dentatura conica .

Nella stessa carcassa sono disposti, radialmente, un certo numero di pignoni a dentatura conica (normalmente tre ) , i quali vengono f atti ruotare manualmente dal l ' operatore . Essi trasmettono quindi il moto alla vite frontale . Sono previsti morsetti che variano la loro posizione lungo il raggio della carcassa, variando quindi il diametro del pezzo che può essere bloccato dall'autocentrante.

L'azione di serraggio del pezzo è ottenuta mediante uno sforzo fisico dell'operatore, e questo comporta l'inconveniente che il serraggio non è mai controllabile e costante nel variare del tempo e con il variare della persona che lo effettua.

Un altro inconveniente di questi tipi di dispositivi autocentranti meccanici è dovuto al fatto che, essendo il bloccaggio di natura meccanica, una leggera deformazione del pezzo in lavorazione, dovuta ad esempio agli sforzi effettuati dall'utensile sul pezzo, ha come conseguenza un calo considerevole della forza di presa, comportando quindi un pericolo notevole.

Sono altresì noti dispositivi autocentranti a comando idraulico. In questi tipi è sempre presente la carcassa con le guide per i morsetti a movimento radiale, manca invece la vite frontale e la relativa dentatura conica. Essa è stata sostituita da prismi a base triangolare, coassiali con la carcassa, nei quali sono ricavati dei piani inclinati che impegnano la parte posteriore dei morsetti. I prismi sono rigidamente collegati ad un cilindro idraulico fissato all'estremità posteriore dell'albero principale del tornio.

Il cilindro con il suo movimento assiale costringe i morsetti ad un breve movimento radiale dato che essi sono impegnati nei piani inclinati del prisma.

Questo tipo di dispositivo autocentrante elimina la fatica fisica del bloccaggio da parte dell'operatore, e permette di programmare una forza di serraggio prestabilita e variabile unicamente a seguito di un preciso desiderio dell'operatore, e permette in alcuni casi di serrare o sbloccare un pezzo senza l'arresto della macchina. Inoltre, essendo il fluido del cilindro idraulico sempre soggetto alla pressione prestabilita, un'eventuale deformazione del pezzo in lavorazione non provoca una variazione della forza di serraggio dello stesso.

I mandrini a comando idraulico sopra descritti tuttavia presentano un inconveniente dato dal fatto che per una questione di ingombro i piani inclinati dei prismi dei morsetti hanno una certa lunghezza e, .per esigenze di forza di serraggio hanno una certa inclinazione (15-20°). Questo limita necessariamente la corsa dei morsetti (5-6 mm.). Dato che della corsa disponibile è necessario preservare una certa entità (minimo 2 mm) per margine di sicurezza, si ha che, con i morsetti sistemati in una certa posizione è possibile serrare pezzi la cui variazione di dimensione diametrale deve essere contenuta massimo in 6-7 mm.

Al variare di questa dimensione si è obbligati a togliere le parti superiori dei morsetti del dispositivo autocentrante, spostarle di un certo numero di posizioni, bloccarle nuovamente e controllare la centratura dei morsetti nelle nuove posizioni.

Si constata quindi come il tempo di riposizionamento dei morsetti e la difficoltà che questa operazione comporta costituiscono un serio inconveniente che affligge dispositivi autocentranti di tipo a comando idraulico<'>.

Compito precipuo del presente trovato è quindi quello di realizzare un dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico che consenta di abbinare caratteristiche di flessibilità di autocentranti di tipo manuale, con caratteristiche di sicurezza e facilità di impiego dei dispositivi autocentranti idraulici .

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico, che consenta di essere applicato a qualsiasi tornio attualmente esistente sul mercato.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo autocentrante automatico che elimini le operazioni manuali necessarie per riadattare l'autocentrante quando è necessario cambiare la dimensione del pezzo da lavorare.

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo autocentrante che sia di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico, comprendente una corona dentata sulla quale sono atti a muoversi una pluralità di morsetti serrapezzo, detta corona essendo solidale con un ingranaggio posto in rotazione da un albero principale di una macchina utensile a cui è collegato detto dispositivo autocentrante, caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi di regolazione automatica di posizione di detti morsetti serrapezzo, per la regolazione della posizione di detti morsetti serrapezzo, e mezzi idraulici di azionamento in direzione assiale di detta corona e di detto ingranaggio ad essa solidale, per l’impegno di detta corona con detti morsetti serrapezzo, per ottenere un bloccaggio stabile in posizione di detti morsetti serrapezzo. Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del dispositivo secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nell'unito disegno, in cui l'unica figura è una vista in sezione trasversale del dispositivo autocentrante secondo il presente trovato.

Con riferimento quindi all'unica figura, il dispositivo autocentrante secondo il trovato, globalmente indicato dal numero di riferimento 1, comprende una carcassa 2 nella quale sono ricavate le guide per morsetti 3 a corsa radiale aventi lo scopo di andare a serrare un pezzo da sottoporre a lavorazione.

Una corona a filettatura frontale inclinata, 4, è prevista solidale con un ingranaggio 5 il quale è posto in rotazione dall'albero 6 della macchina utensile.

La corona 4 a filettatura frontale inclinata ha denti inclinati con un'inclinazione ad esempio di 20° ed i morsetti 3 hanno anch'essi denti inclinati con la medesima inclinazione, per l'impegno con la corona 4.

Un cilindro idraulico rotante 7 disposto in corrispondenza della parte terminale dell'albero 6 del tornio, collegato all'autocentrante mediante un tirante di collegamento 8, consente di muovere assialmente la corona 4 solidale con l'ingranaggio 5, in modo tale che il movimento assiale della corona costringa i morsetti 3 a muoversi lungo le guide radiali della carcassa 2 'sul raggio .

Questo movimento limitato, ottenuto con il cilindro idraulico 7, tiene i morsetti 3 sempre in pressione sul pezzo da lavorare con una forza programmata, compensando ogni eventuale variazione di condizioni dovute a sforzi dell'utensile, deformazioni del pezzo ecc. Questo quindi offre la sicurezza dei normali mandrini idraulici pur offrendo un'elevata flessibilità di impiego.

Il complesso sopra descritto per la movimentazione dei morsetti 3 è unicamente impiegato per la regolazione finale della corsa dei morsetti, ossia quando i morsetti sono già stati mossi in posizione e si desidera quindi ottenere un bloccaggio completo dei morsetti.

In questo caso, quindi, il cilindro idraulico rotante 7 effettua una traslazione dell'ingranaggio 5 e della corona 4 a filettatura frontale, in modo tale che i denti della corona vadano ad impegnarsi con i rispettivi denti dei morsetti, impedendone quindi il rilascio del serraggio del pezzo fra di essi frapposto.

La posizione grossolana dei morsetti 3 è invece regolata mediante mezzi di regolazione automatizzata costituiti da un albero scanalato 4 montato su un supporto con movimento assiale idraulico, il quale va ad impegnarsi con un pignone 9 di rotazione della corona 4, il quale è impegnato con l'ingranaggio 5 che opportunamente è un ingranaggio cilindrico.

Come detto, la corona 4 è coassiale e solidale con l'ingranaggio 5, in modo tale che è consentito un movimento assiale della corona 4 con il pignone 9 che rimane assialmente fermo .

La rotazione della corona 4 è ottenuta da movimento del pignone 9 impegnato con l'ingranaggio 5 solidale con la corona 4 stessa.

Quando il centro di tornitura sta lavorando ed il pezzo da lavorare è bloccato nell'autocentrante, il pignone 9 ruota con la corona 4, ma non vi è movimento relativo tra pignone e corona, e non vi è quindi rotazione della corona 4 rispetto ai morsetti 3 i quali rimangono dunque serrati sul pezzo per effetto del cilindro idraulico 7 che è sempre in pressione.

I mezzi di regolazione grossolana della posizione dei morsetti 3 sono in dettaglio costituiti da un motore 10 di inserimento/disinserimento del comando di posizione dei morsetti 3, il quale è collegato, con il suo albero 11 ad un primo ingranaggio 12 il quale è collegato mediante una cinghia ad un secondo ingranaggio 13 che a sua volta si impegna con un alberino 14 rotante mediante cuscinetti a rulli 15 entro un supporto 16. Un terzo ingranaggio 17 è previsto all'estremità dell alberino 14 e si impegna con un quarto ingranaggio 18 il quale trasmette il movimento al pignone 9.

Il primo, il secondo, il terzo ed il quarto ingranaggio sono rispettivamente mobili, unitamente al motore 10, tramite un cilindro idraulico 20 di inserimento del motore 10. In pratica, i mezzi di regolazione della posizione o mezzi di posizionamento dei morsetti 3 sono mobili di moto rettilineo per passare da una posizione di impegno di un albero scanalato 4 con la carcassa 2 del dispositivo autocentrante (fase di regolazione della posizione dei morsetti), ad una posizione di disimpegno del suddetto albero scanalato 4, al termine della regolazione della posizione.

Il primo, il secondo, il terzo ed il quarto ingranaggio 12, 13, 17 e 18 rispettivamente costituiscono un cinematismo di riduzione per avere sulla corona 4 un movimento con una coppia sufficiente al bloccaggio del pezzo da lavorare.

Questo è indispensabile dato che non si desidera utilizzare un motore 10 di taglia eccessiva. Preferibilmente, il motore 10 è un motore brushless, ossia un classico motore asse di macchina utensile.

Dato che il dispositivo autocentrante è destinato ad essere montato sull ' albero principale 6 del centro di tornitura, dovrà quindi ruotare con esso mentre tutti i cinematismi di manovra, dal motore 10 agli ingranaggi di riduzione ed ai vari organi di collegamento , sono invece disposti in posizione fissa rispetto al dispositivo autocentrante .

Quindi , il motore 10 ed i cinematismi di riduzione sono co l legati sol idalmente ad una parte f issa del l a macchina utensile.

Inoltre, sono previsti mezzi di frenatura per il pignone 9 impegnato con l ' ingranaggio 5 o la ruota dentata, il quale a sua volta è solidale come detto con la corona 4.

Questo si rende necessario nelle occasioni in cui si dovesse per un qualsiasi motivo far ruotare la macchina utensile senza che nel dispositivo autocentrante sia bloccato un pezzo da lavorare . Date le forti acceleraz ioni di partenz a e di rallentamento che caratterizzano le macchine a controllo numerico moderne , si potrebbe avere una rotaz ione invo lontar ia ed incontrollata della corona 4 e del pignone 9 rispetto al corpo del dispositivo autocentrante .

Questo provocherebbe ovviamente una variaz ione del l a posizione dei morsetti 3 , quindi del diametro del pez zo da af f errare e questa variaz ione non sarebbe registrata dal controllo numerico e quindi non memorizzata con inconvenienti gravi .

I mezzi di frenatura sono realizzati con un sistema a molle registrabili, e calotta conica coassiale e solidale con il pignone di comando.

Più particolarmente, i mezzi di frenatura sono costituiti da una rondella 21 disposta tra il pignone 9 e la carcassa 2 della macchina .

Un elemento distanziatore 23 ad una cui estremità è alloggiata una sfera 24 è-previsto attestato contro un codolo 25 che si appoggia contro il pignone 9.

L'elemento distanziatore 23 è mantenuto in compressione da mezzi elastici costituit ad esempio da una molla 26.

Infine, un cuscinetto di sbloccaggio del freno, è montato in asse con il pignone 9, ma assialmente solidale con il cilindro idraulico 20 che provoca l'aggancio dei cinematismi . Questo provoca un movimento assiale del pignone 9, in modo tale che la molla 26 venga premuta ed il freno 21 liberato.

I mezzi di frenatura intervengono nel momento in cui per poter variare la posizione dei morsetti 3 entra in funzione il motore asse 10 il quale fa ruotare il pignone 9.

Al termine del posizionamento dei morsetti 3, il cilindro idraulico 20 dei mezzi di regolazione della posizione dei morsetti fa arretrare i cinematismi, con essi il cuscinetto di sbloccaggio del freno, 30, opportunamente costituito da un cuscinetto a sfera assiale, e quindi la molla 26 riporta assialmente in posizione il pignone 9, bloccando in questo modo il freno 21.

Naturalmente, la taratura della molla 26 deve essere effettuata in modo preciso.

I mezzi di frenatura sopra descritti possono essere sostituiti da freni di tipo elettromagnetico, più semplici da applicare, ma, nel caso di complessi rotanti, sicuramente più fragili da un punto di vista del sistema di contatti a spazzole, i guali sono soggetti ad usura e quindi risultano essere delicati ed inaffidabili in situazioni di ambiente con liquidi refrigeranti, trucioli e tutto ciò che è presente di altamente usurante normalmente in un centro di tornitura.

E' da rilevare come la corona 4 e l'ingranaggio 5 ruotino attorno all'albero della macchina mediante cuscinetti a rulli 35.

II funzionamento del dispositivo autocentrante secondo il trovato è come segue.

Supponiamo che un pezzo serrato dal dispositivo autocentrante secondo il trovato debba essere cambiato con un altro identico che deve essere lavorato.

In questo caso la macchina si arresta e si apre il dispositivo autocentrante agendo sul cilindro idraulico 20, con un comando manuale o da controllo numerico. A questo punto viene inserito un nuovo pezzo, viene chiuso il dispositivo autocentrante agendo sempre sul medesimo cilindro idraulico 20, sia con comando manuale che da controllo numerico.

Supponiamo ora invece che debba essere montato un nuovo pezzo di diametro differente dal precedente che era in lavorazione. In questo caso, mentre la macchina sta eseguendo la lavorazione del pezzo montato sull'autocentrante, si imposta sulla tastiera del controllore della macchina il diametro del nuovo pezzo da lavorare.

Al termine della lavorazione il mandrino autocentrante si ferma orientato in posizione predeterminata.

L'autocentrante si apre liberando il pezzo finito, il quale viene estratto dall'autocentrante dall'operatore o con un sistema di espulsione automatica. I mezzi di posizionamento dei morsetti 3 vanno ad impegnarsi con il pignone 9 rendendosi solidali con lo stesso, ed il motore asse 10 fa ruotare il pignone 9 e con esso la corona 4 e l'ingranaggio 5 ad essa collegato solidalmente.

La corona ruota fino a posizionare i morsetti 3 del dispositivo autocentrante al diametro programmato.

E' da notare come la dentatura della corona 4 sia una spirale di Archimede.

A questo punto la macchina è pronta per 1<1 >esecuzione di uno o più pezzi con il nuovo diametro.

Il serraggio definitivo dei morsetti 3 avviene mediante azionamento del cilindro idraulico rotante 7 e conseguente spostamento assiale della corona 4 e dell'ingranaggio 5. In questo modo i denti della corona 4 vanno ad impegnarsi con i denti dei morsetti 3 impedendo quindi che il serraggio del pezzo possa venir meno.

Si è in pratica constatato come il dispositivo autocentrante secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto consente di posizionare i morsetti di serraggio di un pezzo da lavorare al tornio senza obbligo di smontare i morsetti stessi, ma semplicemente impostando da un'unità di controllo il diametro desiderato del pezzo da lavorare. Il motore asse previsto consente di effettuare automaticamente il posizionamento dei morsetti, coniugando caratteristiche di un dispositivo autocentrante di tipo idraulico con un dispositivo autocentrante di tipo meccanico, eliminandone tuttavia gli inconvenienti in precedenza lamentati.

Il dispositivo autocentrante così concepito 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.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo autocentrante automatico a controllo numerico, comprendente una corona dentata sulla quale sono atti a muoversi una pluralità di morsetti serrapezzo, detta corona essendo solidale con un ingranaggio posto in rotazione da un albero principale di una macchina utensile a cui è collegato detto dispositivo autocentrante, caratterizzato dal fatto di prevedere mezzi di regolazione automatica di posizione di detti morsetti serrapezzo, per la regolazione della posizione di detti morsetti serrapezzo, e mezzi idraulici di azionamento in direzione assiale di detta corona e di detto ingranaggio ad essa solidale, per l'impegno di detta corona con detti morsetti serrapezzo, per ottenere un bloccaggio stabile in posizione di detti morsetti serrapezzo.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di regolazione automatizzata di posizione di detti morsetti serrapezzo sono supportati da un elemento di supporto solidale ad un punto fisso di detta macchina utensile a cui è collegato detto dispositivo autocentrante.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di frenatura di detto pignone, atti a frenare detto pignone quando detti mezzi di regolazione si muovono a ritroso disimpegnandosi da detto pignone.
4. 4. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di rego laz ione de l la posi z ione di detti morsetti serrape z zo comprendono un motore collegato a mezzi cinematici di riduzione atti ad impegnarsi con un pignone, mediante inserimento di un albero scanalato ne l la carcassa di detto dispositivo autocentrante, detto pignone ingranandosi con detto ingranaggio a cui è solidale detta corona.
5. 5. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti , caratteri z zato dal f atto che detti me z z i di regolazione di detti morsetti serrapez zo sono azionati da un cilindro idraulico .
6. 6. Dispositivo secondo una o più del le rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che detta corona è una corona a dentatura frontale con denti inclinati, detti morsetti serrapezzo avendo una dentatura con denti inclinati secondo la medesima inclinazione della dentatura di detta corona.
7. 7. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta corona e detto ingranaggio ad essa solidale sono mobili in rotazione attorno a detto albero principale della macchina utensile su cui è montato detto dispositivo autocentrante.
8. 8. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di frenatura prevedono un elemento di freno disposto tra detto pignone e detta carcassa di detto dispositivo autocentrante, un elemento distanziatore alloggiate ad un'estremità una sfera e spinto all ' estremità opposta da una molla si attesta contro un codolo destinato ad appoggiarsi contro detto pignone .
9. 9. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di prevedere un cuscinetto di sbloccaggio di detti mezzi di frenatura, disposto in asse con detto pignone, ed assialmente solidale con detto cilindro idraulico preposto al la movimentaz ione di detti mez z i di posizionamento di detti morsetti serrapezzo.
10. 10 . Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che tra detto pignone e detto cuscinetto di sbloccaggio di detti mezzi di frenatura è previsto un alberino posto in rotazione da detti mezzi cinematici di riduzione collegati all ' albero motore di detto motore.
11. 11. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che detto motore è un motore brushless.
12. 12. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che detto pignone è di dimensioni tali da consentire un movimento assiale di detta corona, con il pignone assialmente fermo, la rotazione di detta corona essendo ottenuta dal movimento di detto pignone impegnato con detto ingranaggio solidale con detta corona.
13. 13. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto di comprendere una o più caratteristiche descritte e/o illustrate.