ITMO20100279A1 - Macchina utensile per lavorazioni meccaniche - Google Patents

Description

“MACCHINA UTENSILE PER LAVORAZIONI MECCANICHE†.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una macchina utensile per lavorazioni meccaniche.

Nel settore delle lavorazioni meccaniche sono note diverse macchine utensili destinate a sagomare pezzi meccanici per asportazione di truciolo. In questo specifico settore le macchine utensili si suddividono in:

macchine di sgrossatura, destinate a rimuovere il grosso dei residui dai pezzi in lavorazione; e

macchine rettificatrici che, dotate di una mola a grana fine ed estremamente dura, sono destinate all’esecuzione dell’operazione di rettifica atta a portare il pezzo in lavorazione allo stato di forma o superficie ottimale di progetto.

Tenuto conto del grado di precisione superiore richiesto durante la lavorazione, le macchine rettificatrici sono di solito più sofisticate rispetto alle macchine di sgrossatura e necessitano di alcuni accorgimenti che permettano agli utensili e ai pezzi in lavorazione di restare stabilmente in posizione senza eccessive vibrazioni e oscillazioni.

Le macchine rettificatrici tradizionali consistono in un telaio di base su cui sono montate una testa portautensìle ed una testa portapezzo.

La testa portautensile a sua volta monta un utensile di rettifica rotante attorno ad un<'>asse di rotazione orizzontale ed à ̈ mobile lungo due assi cartesiani orizzontali per avvicinare/allontanare l’utensile rispetto alla testa portapezzo.

La testa portapezzo, invece, consiste in una struttura di supporto portante una serie di cuscinetti per il sostegno di un albero rotante.

Un’estremità dell’albero rotante à ̈ rivolta verso la testa portautensile ed à ̈ associata ad un mandrino autocentrante per la presa dei pezzi in lavorazione.

L’estremità opposta dell’albero rotante, invece, à ̈ associata, tramite una cinghia ed una puleggia di rinvio, ad un motore per la messa in rotazione del mandrino autocentrante durante la lavorazione.

L’albero rotante à ̈ sostanzialmente orizzontale e parallelo all’asse di rotazione dell’utensile di rettifica ma, per l’esecuzione di particolari lavorazioni di smussatura, può essere fatto oscillare rispetto alla testa portautensile.

A tale scopo la struttura di supporto della testa portapezzo à ̈ associata al telaio della macchina in modo ruotabile attorno ad un asse verticale, così da modificare l’angolo di incidenza dell’utensile di rettifica rispetto al pezzo. Queste macchine tradizionali presentano alcuni inconvenienti, tra cui va annoverato il fatto che siffatte teste portapezzo presentano ingombri piuttosto voluminosi, in particolare lungo la direzione orizzontale definita dall’albero rotante (circa 800÷1000 mm).

Tali ingombri, oltre a costituire una sensibile limitazione degli spazi a disposizione sulla macchina, impediscono alla testa portapezzo di ruotare di ampi gradi di rotazione (solitamente limitati a circa 10°Ã·20°) in quanto rotazioni superiori porterebbero il pezzo troppo distante rispetto all’utensile di rettifica montato sulla testa portautensile.

Non bisogna dimenticare, inoltre, il fatto che le macchine rettificatrici tradizionali sono in grado di lavorare efficientemente per rettificare superfici cilindriche esterne e interne coassiali o parallele all’asse di rotazione dell’utensile (rettifica assiale), ma non altrettanto per la lavorazione di superfici piane ortogonali all’asse di rotazione dell’utensile (rettifica frontale), per la cui esecuzione à ̈ necessario far lavorare l’utensile di rettifica in punta, con scarsa efficienza, oppure dotarsi di una testa portautensile in grado di ruotare su se stessa, con conseguente aumento del costo della macchina.

Si evidenzia, tra l’altro, che le macchine tradizionali sono predisposte per lavorare solo l’estremità dei pezzi rivolta verso la testa portautensile, l’estremità opposta essendo immorsata nel mandrino autocentrante.

In molti casi, però, le superfici da lavorare sono disposte su entrambe le estremità del pezzo che, quindi, necessita di essere immorsato una prima volta per lavorare un’estremità, smontato dal mandrino e immorsato una seconda volta per lavorare l’estremità opposta, con conseguente incremento dei tempi di esecuzione ed una sensibile perdita di precisione nella lavorazione determinata dal riposizionamento.

Si sottolinea, altresì, che i motori solitamente montati sulle macchine tradizionali non permettono di controllare in alcun modo la posizione del pezzo e non sono in grado di cooperare con l’utensile per interpolare il moto relativo del pezzo e dell’utensile allo scopo di rettificare superfìci complesse (sferiche o ovali).

La presenza di una cinghia e di una puleggia di rinvio, inoltre, aumenta sensibilmente i giochi nella trasmissione del moto, col rischio di perdere precisione e di non soddisfare le ristrettissime tolleranze solitamente richieste nelle tradizionali operazioni di rettifica.

Per ovviare almeno in parte ai suddetti inconvenienti sono state concepite macchine rettificatrici provviste di un motore “brushless†montato sulla struttura di supporto dalla parte opposta rispetto al mandrino autocentrante e collegato senza rinvìi direttamente all’albero rotante.

In alternativa al motore “brushless†, à ̈ noto l’impiego di motori di tipo “torque†, provvisti di uno statore esterno associato alla struttura di supporto e di un rotore interno calettato senza rinvìi all’albero rotante.

In entrambi i casi l’albero rotante continua ad essere montato, tramite cuscinetti, sulla struttura di supporto e ad essere provvisto di un’estremità portante il mandrino autocentrante.

La posizione e la velocità dei motori “brushless†o “torque†à ̈ controllabile elettronicamente tramite una centralina elettronica che permette di comandare attivamente ed automaticamente il moto del pezzo e dell’utensile allo scopo di interpolarli per ottenere superfìci complesse. Ciononostante, le macchine dotate di motori “brushless†o “torque†continuano ad essere afflitte dai numerosi inconvenienti delle macchine rettificatrici tradizionali connessi agli eccessivi ingombri, alla difficoltà di ruotare la testa portapezzo, alla scarsa efficienza nell’esecuzione della rettifica frontale e alla necessità di montare e smontare il pezzo più volte.

Il compito principale della presente invenzione à ̈ quello di escogitare una macchina utensile per lavorazioni meccaniche che sia di ingombri contenuti, sia dotata di grande manovrabilità e libertà di movimento e possa essere utilizzata con praticità ed efficienza.

Ulteriore scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare una macchina utensile per lavorazioni meccaniche che permetta di posizionare i pezzi in lavorazione in modo pratico, agevole, funzionale e senza alcuna perdita di tempo o di precisione.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di escogitare una macchina utensile per lavorazioni meccaniche che consenta di superare i menzionati inconvenienti della tecnica nota nell’ambito di una soluzione semplice, razionale, di facile ed efficace impiego e dal costo contenuto.

Gli scopi sopra esposti sono raggiunti dalla presente macchina utensile per lavorazioni meccaniche, comprendente:

almeno un telaio di supporto;

almeno una testa portautensile associata a detto telaio di supporto e provvista di almeno un utensile di lavorazione;

almeno una testa portapezzo provvista di:

almeno un elemento di base che à ̈ montato su detto telaio di supporto per interposizione di un primo dispositivo motorizzato di rotazione attorno ad un primo asse;

almeno un dispositivo di presa di almeno un pezzo da lavorare che à ̈ montato su detto elemento di base per interposizione di un secondo dispositivo motorizzato di rotazione attorno ad un secondo asse sostanzialmente trasversale a detto primo asse, per la messa in rotazione di detto pezzo durante la lavorazione;

caratterizzata dal fatto che detto secondo dispositivo motorizzato di rotazione comprende un motore anulare provvisto di un elemento tubolare statorico associato a detto elemento di base e di un elemento tubolare rotorico associato a detto dispositivo di presa, detti elementi tubolari essendo disposti uno dentro l’altro coassialmente a detto secondo asse ed essendo motorizzati per ruotare Uno rispetto all’altro, all’ interno di detto motore anulare essendo definito un vano di alloggiamento di almeno una porzione di detto dispositivo di presa.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di alcune forme di esecuzione preferite, ma non esclusive, di una macchina utensile per lavorazioni meccaniche, illustrate a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista in assonometria della macchina secondo il trovato; la figura 2 Ã ̈ una vista in esploso e in sezione di una porzione della macchina di figura 1;

la figura 3 Ã ̈ una vista in assonometria e in sezione di una porzione della macchina di figura 1 ;

le figure da 4 a 8 sono viste in assonometria, parzialmente in sezione, della macchina di figura 1, che illustrano alcune possibili lavorazioni eseguibili con la macchina secondo il trovato;

la figura 9 à ̈ una vista in assonometria, parzialmente in sezione, di un’alternativa forma di attuazione della macchina secondo il trovato.

Con particolare riferimento a tali figure, si à ̈ indicato globalmente con 1 una macchina utensile per lavorazioni meccaniche.

La macchina 1 comprende un telaio di supporto 2 per l’appoggio al suolo su cui à ̈ montata una testa portautensile 3 ed una testa portapezzo 4.

La testa portautensile 3 à ̈ dotata di almeno un utensile di lavorazione 3a. La testa portapezzo 4 à ̈ provvista di un elemento di base 5, 6 che à ̈ montato sul telaio di supporto 2 per interposizione di un primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8, per la messa in rotazione dell’elemento di base 5, 6 attorno ad un primo asse B, disposto sostanzialmente verticale. La testa portapezzo 4, inoltre, comprende un dispositivo di presa 9, 10 per la presa di un pezzo P da lavorare.

Il dispositivo di presa 9, 10 à ̈ montato sull’elemento di base 5, 6 per interposizione di un secondo dispositivo motorizzato di rotazione 11, 12, per la messa in rotazione, durante la lavorazione, del dispositivo di presa 9, 10 e del pezzo P attorno ad un secondo asse C sostanzialmente trasversale al primo asse B.

Più in dettaglio, il secondo asse C à ̈ sostanzialmente orizzontale.

Almeno uno tra il primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8 ed il secondo dispositivo motorizzato di rotazione 11, 12 à ̈ un motore anulare di tipo “torque†.

Utilmente, il secondo dispositivo motorizzato di rotazione 11, 12 à ̈ costituito da un motore anulare di tipo “torque†provvisto di un elemento tubolare statorico 11 associato all’elemento di base 5, 6 e di un elemento tubolare retorico 12 associato al dispositivo di presa 9, 10.

Gli elementi tubolari 11, 12 sono disposti uno dentro l’altro coassialmente al secondo asse C e sono motorizzati per ruotare uno rispetto all’altro.

Gli elementi tubolari 11, 12, inoltre, hanno conformazione cilindrica a sezione circolare, con uguale ingombro assiale e dimensioni radiali combacianti.

Più in dettaglio, l’elemento tubolare statorico 1 1 comprende una superficie esterna Ila associata all’elemento di base 5, 6, ed una superficie interna I lb su cui à ̈ scorrevole l’elemento tubolare rotorico 12.

L’elemento tubolare rotorico 12, a sua volta, presenta una superficie esterna 12a scorrevole all’interno dell’elemento tubolare statorico 11 ed una superficie interna 12b supportante il dispositivo di presa 9, 10.

La particolare conformazione ad anello degli elementi tubolari 11, 12 permette di definire un vano 13 all’ interno del motore anulare 11, 12.

Vantaggiosamente il vano 13 à ̈ aperto ad entrambe le estremità assiali per l’inserimento da parte a parte del pezzo P da lavorare.

A tale proposito occorre specificare che per estremità assiali si intendono le aperture circolari 13a, 13b degli elementi tubolari 11, 12 che sono disposte da parti opposte lungo il secondo asse C.

II dispositivo di presa 9, 10 comprende un mandrino autocentrante 9 provvisto di almeno due griffe di presa 10 mobili radialmente rispetto al secondo asse C.

Nella particolare forma di attuazione illustrata nelle figure sono previste tre griffe di presa 10, ma sono possibili alternative soluzioni realizzative in cui esse siano presenti in numero diverso.

Il dispositivo di presa 9, 10 e in particolare le griffe di presa 10 sono disposti almeno parzialmente all’ interno del vano 13.

In particolare il mandrino autocentrante 9 à ̈ montato sulla superficie interna 12b dell’elemento tubolare retorico 12 ed à ̈ completamente alloggiato all’ interno del vano 13.

Analogamente le griffe di presa 10 sono disposte interamente all’interno del vano 13, come illustrato nelle figure, per consentire una sensibile compattazione degli ingombri longitudinali della testa portapezzo 4 lungo il secondo asse C, con conseguente riduzione delle vibrazioni ed incremento della precisione di lavorazione.

Similmente al secondo dispositivo motorizzato di rotazione 11, 12, anche il primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8 à ̈ costituito preferibilmente da un motore anulare di tipo “torque†in grado di ruotare a 360°.

Più in dettaglio, il primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8 comprende un corpo tubolare statorico 7 ed un corpo tubolare retorico 8, di conformazione cilindrica a sezione circolare, che sono disposti uno dentro l’altro coassialmente al primo asse B e sono motorizzati per ruotare uno rispetto all’altro.

Il corpo tubolare statorico 7 à ̈ alloggiato in una sede di contenimento 14, di conformazione cilindrica a sezione circolare, che à ̈ associata al telaio di supporto 2, mentre il corpo tubolare retorico 8 supporta l’elemento di base 5, 6.

L’elemento di base 5, 6 comprende un basamento di attacco 5, montato sul primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8, ed una staffa anulare 6, montata sul basamento di attacco 5 e contenente l’elemento tubolare statorico 11.

La superficie esterna Ila dell’elemento tubolare statorico 11 à ̈ resa solidale alla superficie interna della staffa anulare 6.

La macchina 1 dotata della testa portapezzo 4 con le caratteristiche di cui sopra à ̈ ideale per essere destinata a lavorazioni di precisione, come la rettifica, nel qual caso l’utensile di lavorazione 3a consiste in un utensile di rettifica, del tipo di una mola, una fresa, o simili, specificatamente studiata per asportare operazioni di precisione.

Nella particolare forma di attuazione dell’invenzione illustrata nelle figure da 1 a 8, ad esempio, l’utensìle di lavorazione 3a consiste in una fresa azionabile in rotazione attorno ad un asse ortogonale al primo asse B.

Per il corretto posizionamento reciproco dell’utensile di lavorazione 3 a e del pezzo P, la testa portautensile 3 à ̈ montata sul telaio di supporto 2 in modo mobile lungo:

una prima direzione X, orizzontale, per l’avvicinamento e l’allontanamento rispetto alla testa portapezzo 4, che à ̈ sostanzialmente ortogonale al primo asse B e parallela all’asse di rotazione dell’utensile di lavorazione 3 a;

una seconda direzione Y, orizzontale, che à ̈ sostanzialmente ortogonale al primo asse B e alla prima direzione X.

La mobilità della testa portautensile 3 lungo la prima direzione X e lungo la seconda direzione Y à ̈ sufficiente per l’esecuzione della maggior parte di lavorazioni, l’utensile di lavorazione 3 a essendo sostanzialmente disposto alla stessa quota del secondo asse C.

Sono possibili, tuttavia, alternative forme di attuazione in cui la testa portautensile 3 sia mobile anche lungo una terza direzione Z sostanzialmente parallela al primo asse B (verticale).

Sfruttando la libertà di movimento della testa portapezzo 4 attorno agli assi B, C e della testa portautensile 3 lungo le suddette direzioni X, Y, Z à ̈ possibile effettuare un unico staffaggio del pezzo P sul dispositivo di presa 9, 10 e adoperare la macchina 1 per lo svolgimento di diverse lavorazioni tra cui, a puro titolo esemplificativo, si citano:

rettifica interna assiale (figura 4);

rettifica esterna assiale (figura 5);

rettifica interna con smusso o raccordo (figura 6);

rettifica esterna con smusso o raccordo (figura 7);

- rettifica frontale (figura 8).

A tale proposito si sottolinea che l’impiego di motori di tipo “torque†permette di controllare istante per istante la posizione del pezzo P rispetto all’utensile di lavorazione 3a e di interpolare il moto del pezzo P con quello dell’utensile di lavorazione 3a per praticare superimi tondeggianti come raccordi o simili.

Parallelamente si sottolinea che il particolare accorgimento di prevedere un vano 13 aperto e passante, in cui à ̈ possibile inserire da parte a parte il pezzo P in lavorazione, permette di praticare le suddette operazioni su entrambe le estremità del pezzo P senza doverlo smontare e riposizionare sulla testa portapezzo 4 come invece accade con le macchine tradizionali; la rotazione a 360° del primo dispositivo motorizzato di rotazione 7, 8, infatti, consente di rivolgere verso la testa portautensile 3 il lato del pezzo P che deve essere lavorato.

Sono possibili, inoltre, alternative forme di attuazione in cui la macchina 1 sia dotata di un utensile di lavorazione 3 a diverso da quello illustrato nelle figure da 1 a 8, come nel caso della soluzione di figura 9 in cui l’utensile di lavorazione 3a consiste in una mola destinata alla rettifica esterna di una superficie conica del pezzo P.

A tale proposito si sottolinea che la macchina 1 può essere dotata di un’unica testa portapezzo 4, in cui l’utensile di lavorazione 3a viene cambiato in funzione dell’operazione da praticare, oppure può anche essere dotata di più teste portapezzo 4 su cui sono montati utensili di lavorazione 3 a diversi.

Infine, si fa notare che, sebbene la macchina 1 secondo il trovato sia ideale per eseguire lavorazioni di rettifica, non si esclude che essa possa essere adoperata anche per operazioni di sgrossatura o simili.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Macchina utensile ( 1 ) per lavorazioni meccaniche, comprendente: almeno un telaio di supporto (2); almeno una testa portautensile (3) associata a detto telaio di supporto (2) e provvista di almeno un utensile di lavorazione (3a); almeno ima testa portapezzo (4) provvista di: - almeno un elemento di base (5, 6) che à ̈ montato su detto telaio di supporto (2) per interposizione di un primo dispositivo motorizzato di rotazione (7, 8) attorno ad un primo asse (B); almeno un dispositivo di presa (9, 10) di almeno un pezzo (P) da lavorare che à ̈ montato su detto elemento di base (5, 6) per interposizione di un secondo dispositivo motorizzato di rotazione (11, 12) attorno ad un secondo asse (C) sostanzialmente trasversale a detto primo asse (B), per la messa in rotazione di detto pezzo (P) durante la lavorazione; caratterizzata dal fatto che detto secondo dispositivo motorizzato di rotazione (11, 12) comprende un motore anulare provvisto di un elemento tubolare statorico (11) associato a detto elemento di base (5, 6) e di un elemento tubolare rotori co (12) associato a detto dispositivo di presa (9, 10), detti elementi tubolari (11, 12) essendo disposti uno dentro l’altro coassialmente a detto secondo asse (C) ed essendo motorizzati per ruotare uno rispetto all’altro, all’ interno di detto motore anulare (11, 12) essendo definito un vano (13) di alloggiamento di almeno una porzione di detto dispositivo di presa (9, 10).
2. 2) Macchina (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto vano (13) à ̈ aperto ad entrambe le estremità assiali (13a) per inserimento da parte a parte di detto pezzo (P).
3. 3) Macchina (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo di presa (9, 10) comprende un mandrino autocentrante (9) provvisto di almeno due griffe di presa (10).
4. 4) Macchina (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette griffe di presa (10) à ̈ disposta almeno parzialmente all’interno di detto vano (13).
5. 5) Macchina (1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette griffe di presa (10) à ̈ disposta interamente all’intemo di detto vano (13).
6. 6) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto elemento tubolare statorico (11) comprende una superficie esterna (Ila) associata a detto elemento di base (5, 6) ed una superficie interna (1 lb) su cui à ̈ scorrevole detto elemento tubolare rotorico (12).
7. 7) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto elemento tubolare rotorico (12) comprende una superficie esterna (12a) scorrevole all’intemo di detto elemento tubolare statorico (11) ed una superficie interna (12b) supportante detto dispositivo di presa (9, 10).
8. 8) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto elemento di base (5, 6) comprende un basamento di attacco (5) a detto primo dispositivo motorizzato di rotazione (7, 8) ed una staffa anulare (6) montata su detto basamento di attacco (5) e contenente detto elemento tubolare statorico (11).
9. 9) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che almeno uno tra detto primo dispositivo motorizzato di rotazione (7, 8) e detto secondo dispositivo motorizzato di rotazione (11, 12) à ̈ un motore anulare di tipo “torque†.
10. 10) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto primo asse (B) à ̈ sostanzialmente verticale e che detto secondo asse (C) à ̈ sostanzialmente orizzontale.
11. 11) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta testa portautensile (3) à ̈ mobile lungo una prima direzione (X) di avvicinamento ed allontanamento rispetto a detta testa portapezzo (4) che à ̈ sostanzialmente ortogonale a detto primo asse (B).
12. 12) Macchina (1) secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che detta testa portautensile (3) Ã ̈ mobile lungo una seconda direzione (Y) sostanzialmente ortogonale a detto primo asse (B) e a detta prima direzione (X).
13. 13) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta testa portautensile (3) à ̈ mobile lungo una terza direzione (Z) sostanzialmente parallela a detto primo asse (B).
14. 14) Macchina (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detto utensile di lavorazione (3 a) à ̈ un utensile di rettifica.