ITPC20070005A1

ITPC20070005A1 - TESTA OPERATRICE PER MACCHINE UTENSILI AUTOMATICHE CON ROTAZIONE DEL SECONDO ASSE INCLINATO DI 45ø RISPETTO AL PRIMO ASSE E CON GRUPPO MANDRINO MECCANICO INTERCAMBIABILE CON GRUPPO ELETTROMANDRINO AD ALTA VELOCITA'

Info

Publication number: ITPC20070005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Armando Corsi
Original assignee: Tecniche Ind Srl
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-10
Also published as: ES2335843A1; ES2335843B2; FR2912676A1; GB2446490A; FR2912676B3; GB0801178D0

Description

TESTA OPERATRICE PER MACCHINE UTENSILI AUTOMATICHE CON ROTAZIONE DEL SECONDO ASSE INCLINATO DI 45° RISPETTO AL PRIMO ASSE E CON GRUPPO MANDRINO MECCANICO INTERCAMBIABILE CON GRUPPO ELETTROMANDRINO AD ALTA VELOCITA’

La presente invenzione propone una testa operatrice per macchine utensili automatiche composta da una prima parte ruotante secondo un asse parallelo al supporto principale della macchina utensile mentre la seconda parte ruota sulla prima, su un piano inclinato di 45°. La rotazione di questo secondo gruppo è comandata da motore a corrente continua combinato con trasmissione ad ingranaggi e dispositivi di tipo noto per l’eliminazione dei giochi meccanici.

La parte terminale di questo secondo gruppo ha un piano parallelo o normale all’asse del supporto principale provvisto di attacchi per la trasmissione dei segnali elettrici ed idraulici, di anelli a dentatura frontale di riferimento e sistemi di bloccaggio per poter montare, secondo le esigenze dì lavorazione, sia un mandrino meccanico che riceve il moto attraverso una catena cinematica di potenza con elevate coppie al mandrino, che un elettromandrino incorporante un motore, composto da un rotore solidale al mandrino e da uno statore solidale al gruppo porta mandrino intercambiabile.

Questa caratteristica permette di utilizzare la macchina utensile automatica sia per lavorazione di materiali ad alta resistenza, quali titanio ed acciaio, oppure per effettuare operazioni di sgrossatura a media velocità ed alta asportazione di materiale, es. lavorazione stampi (mandrino meccanico) , che per l'esecuzione di lavorazioni ad alta velocità su leghe leggere oppure di eseguire operazioni di finitura ad alta velocità su qualsiasi tipo di materiale (elettromandrino).

Questa invenzione consente un doppio utilizzo della macchina evitando la sostituzione di tutta la testa completa di primo asse, secondo asse e mandrino, come accade in molte apparecchiature note nelle quali il passaggio da una lavorazione di potenza ad una lavorazione ad alta velocità comporta la sostituzione dell'intero gruppo testa.

Il vantaggio di questa invenzione comporta tempi di esecuzione e costi ridotti dell’80% rispetto a quanto avviene nei sistemi noti.

Le macchine utensili automatiche di fresatura utilizzate per eseguire lavorazioni con asportazione di truciolo, comprendono un supporto mobile lungo una tema di assi ortogonali sul quale supporto è montata una testa operatrice provvista di due gradi di libertà, che incorpora un gruppo mandrino. Quest’ultimo può essere costituito da un mandrino meccanico oppure da un elettromandrino sul quale vengono montati, di volta in volta gli utensile necessari alla lavorazione da effettuare.

La struttura e le caratteristiche di queste teste operatrici variano sostanzialmente a seconda che debbano eseguire lavorazioni di potenza con un utensile ad alta asportazione su materiali duri, quali acciaio o titanio, e che ha, per questo motivo, rotazioni relativamente lente, da 10 a 1000 giri/min. con un massimo di 3-00 giri/min. asportando grandi quantità di materiale molto resistente e quindi scaricando sulla struttura della macchina utensile forze di reazione e vibrazioni elevate.

Per contro, quando sugli stessi pezzi si devono eseguire lavorazioni di finitura o lavorazioni anche complesse su leghe leggere, l’utensile deve ruotare a velocità elevate, da 4-5000 a 20-30.000 giri/min., con basse o medie asportazioni di materiale e forze di reazione molto basse.

Questi stessi moto-mandrini sono anche utilizzati sia per lavorazioni di sgrossatura che per operazioni di finitura, sempre ad alta velocità, su materiali leggeri, principalmente alluminio.

Gli sforzi ai quali è sottoposto l'utensile durante questi diversi tipi lavorazione e che vengono scaricati sulla struttura e sui dispositivi che stanno a monte, richiedono l’uso di mandrini di diverse caratteristiche e dimensioni, cosa che comporta la realizzazione di differenti teste operatrici.

In sostanza, allo stato attuale della tecnica quando occorre passare da una lavorazione di potenza ad una lavorazione ad alta velocità occorre sostituire l’intera testa operatrice con costi molto elevati.

Tutto questo, come conseguenza, porta all’aumento dei costi complessivi, dovuti oltre ai maggiori tempi di produzione, alla necessità di due o più teste operatrici complete delle relative cinematiche, quando non addirittura di due o più macchine separate da utilizzare rispettivamente per le lavorazioni di potenza ed elevate coppie a bassa-media velocità per la sgrossatura ed a alta velocità per la finitura e/o per lavorazioni di leghe leggere e altre lavorazioni complementari.

Questo problema viene ora risolto dalla presente invenzione, la quale propone una testa operatrice per macchine utensili automatiche in cui è prevista l'unità mandrino separata ed intercambiabile rispetto al secondo gruppo, il quale può ruotare di ±360° secondo un angolo di 45° rispetto al gruppo principale, che a sua volta può ruotare di ± 360° rispetto al supporto principale.

Questa particolare architettura, dove il secondo gruppo che porta i vari mandrini intercambiabili è montato secondo un angolo di 45° rispetto al primo, consente di scaricare gli sforzi di lavorazione in modo diretto ai supporto principale con l'ulteriore vantaggio di poter passare da una lavorazione ad asse orizzontale ad una lavorazione ad asse verticale con la sola rotazione di 180° del secondo asse, il tutto senza avere le interferenze e le perdite di corsa proprie dei gruppi dove la testa portamandrino è montata al centro di una forcella o dove il mandrino è montato a sbalzo come nei casi di teste a 2 assi con singola spalla .

In questi casi, infatti, deve sempre essere considerata una perdita di luce di lavoro pari alla distanza fra il secondo asse di rotazione e la parte frontale del mandrino generalmente definita “pivot-point” che costringe il costruttore della macchina ad aumentare le corse relative agli assi lineari della macchina utensile automatica di due volte il valore del “pivot-point”, e questo per mantenere con il mandrino l'intera copertura del campo di lavoro. Tutto ciò crea un ulteriore aggravio dei costi.

Inoltre, fatto molto importante, la rotazione combinata, secondo formule trigonometriche note, del primo e del secondo gruppo, permette di orientare l’asse del mandrino in modo continuo nello spazio consentendo lavorazioni a 5 assi contemporanei su particolari di qualsiasi forma o dimensione, il tutto senza interferenze e con la possibilità di fare lavorazioni di potenza a bassi giri ed elevate coppie e, con lo scambio del solo gruppo mandrino, lavorazioni ad alta velocità.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione è dato dal fatto che, in caso di manutenzioni a uno dei gruppi mandrino, non si deve mai fermare l’intero impianto in quanto, con lo scambio automatico dei gruppi mandrino, la macchina utensile automatica può continuare a lavorare senza i “down time”, a volte anche di 15 giorni, considerati normali da parte degli utilizzatori finali dell’impianto.

La presente invenzione sarà ora descritta dettagliatamente, a titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure allegate di cui:

• La figura 1 illustra in sezione una testa a 45° secondo l’invenzione, con il gruppo mandrino meccanico posizionato verticalmente;

La figura 2 rappresenta la vista frontale della stessa testa operatrice a 45° di cui alla figura 1, che mostra la disposizione degli attacchi per il bloccaggio dei diversi gruppi mandrino e delle relative alimentazioni idrauliche ed elettriche che gestiscono gli automatismi di funzionamento;

• La figura 3 illustra una parziale sezione della testa a 45°, secondo l’invenzione, dove è montato, dopo scambio automatico, un elettromandrino con il secondo gruppo ruotato di 180° ed asse mandrino posizionato orizzontalmente;

• La figura 4 illustra la sezione dell'elettromandrino;

• La figura 5 rappresenta la vista frontale dell’elettromandrino con la disposizione degli attacchi di bloccaggio e delle relative alimentazioni idrauliche ed elettriche disposte stessa posizione del mandrino meccanico.

Con ri ferimento alla figura 1 con 1 si indica, nel suo complesso, una testa operatrice secondo l’invenzione, montata su cannotto 2 con possibilità di rotazione di un primo gruppo 3 attorno ad un primo asse identificato con la lettera “C” che comanda la rotazione del primo gruppo 3 tramite un motore di coppia 4 il cui statore è montato solidalmente al cannotto 2 mentre il rotore 5 comanda la rotazione della primo gruppo 31 su di un cuscinetto 6. Un secondo gruppo 7 ruota attorno ad un secondo asse inclinato di 45°* rispetto al primo, identificato con la lettera “A”, su un cuscinetto 8. La rotazione è comandata da una cinematica composta da motore a corrente continua, riduttore ed ingranaggi identificati nel loro insieme con 9, che ingranano con una corona 10, solidale al gruppo 7. ;Al gruppo 7 è applicato il gruppo porta mandrino meccanico 11, intercambiabile, con un elettromandrino illustrato in figura 4. ;Un albero 12, collegato ad un motore di potenza con moltiplicatore di coppia non illustrati in figura, trasmette per mezzo di una coppia di ingranaggi conici 13 il moto ad un secondo albero 14, inclinato di 45° e che ruota secondo l'asse “A” . ;L'albero 14 porta nella parte terminale una seconda coppia di ingranaggi conici 15 e 16, il primo dei quali (15) resta montato sul secondo gruppo 7, mentre il secondo (16) è invece solidale al gruppo mandrino 11 e fa direttamente ruotare il mandrino 17. ;Il riferimento e l’ingranamento di precisione degli ingranaggi 15 e 16 è assicurato da una coppia di anelli a dentatura frontale 18 che assicurano anche il posizionamento angolare preciso e ripetibile dell’intero gruppo mandrino 11. ;In figura 2 è mostrata la finestra 19 attraverso la quale l'ingranaggio 15 si collega all’ingranaggio 16 quando si monta il mandrino meccanico 11 e che invece resta libero quando si monta l’elettromandrino 20 come illustrato in figura 3. ;I due o più gruppi porta mandrino 11 e 20 sono perciò montati e riferiti al secondo gruppo 7 tramite la doppia dentatura frontale 18 e bloccati con una serie di perni a conicità rovesciata 21 che saranno posizionati secondo le esigenze dettate dal loro ingombro fisico. ;Inoltre sulle due facce corrispondenti dell’attacco dei gruppi mandrino 11 e 20 sono presenti una serie di attacchi idraulici 22 ed elettrici 23 di tipo nòto (figure 2 e 5), rispettivamente per la connessione delle diverse utenze idrauliche per bloccaggi, e alimentazioni di fluidi ed elettriche per i collegamenti di potenza dell’elettromandrino e per i vari sistemi di sicurezza e di posizionamento angolare. ;Come appare chiaro dalla descrizione e dai disegni allegati, il gruppo porta mandrino 11 è facilmente asportabile, poiché si connette ai dispositivi di trasmissione solamente per mezzo di un accoppiamento che prevede di portare a contatto le due parti e serrarle con un semplice moto rettilineo di avvicinamento, che permette di staccarlo dal gruppo 7 senza necessità di smontare alcuna parte della testa, ma semplicemente azionando le pinze 24 per liberare i perni o codoli 21 scollegando, con semplice movimento lineare di allontanamento, gli attacchi elettrici ed idraulici. ;Il gruppo mandrino 11 potrà perciò essere e rapidamente sostituito con uno o diversi elettromandrini aventi uguali attacchi e capaci eseguire lavorazioni diverse e/o complementari alle lavorazioni effettuate con il mandrino meccanico di potenza ;Gli assi di rotazione “C” ed "A” sono inoltre dotati di sistemi di misura (non rappresentati) che consentono il posizionamento continuo con precisione al millesimo di grado e di sistemi di bloccaggio angolare (non rappresentati) che permettono di bloccare in modo preciso l’asse mandrino in ogni posizione nello spazio per poi lavorare nel modo definito “3+2” , cioè tre assi lineari, identificati dalle norme ISO con X, Y, e Z, liberi, mentre i due assi polari, identificati con C ed A, sono bloccati su inclinazioni predefinite. ;Nel caso invece di lavorazioni a cinque assi contemporanei i gruppi motore 4 e 9 varieranno in modo continuo l’angolazione dell’asse del gruppo mandrino tramite la rotazione combinata degli assi “C” e “A” e controllando, tramite controllo numerico, anche i tre assi lineari della macchina utensile normalmente definiti dalle norme ISO “X”, Ύ", “Z”. ;La testa operatrice secondo l'invenzione offre perciò il notevole vantaggio di poter sostituire in tempi ridotto a meno di un minuto un tipo di mandrino con uno completamente differente, in particolare un mandrino di potenza con un elettromandrino di finitura o viceversa. ;Per lavorazioni di potenza, il mandrino meccanico viene portato contro il corpo 7 con movimento rettilineo, con gli anelli a dentatura frontale che ne garantiscono il posizionamento preciso, e le dentature della coppia conica 15 e 16 che ingranano mutuamente, attraverso le corrispondenti finestre che si trovano affacciate. ;Da un motore elettrico con riduttore di giri e moltiplicatore di coppia (non illustrato in figura) il moto viene trasmesso all'albero 12 e da questo, tramite la coppia conica 13, e l'albero 14, alle ruote dentate 15 e 16 e quindi all'albero del mandrino 11. ;Quando è necessario passare a lavori di finitura, è sufficiente sbloccare le pinze 24 per rimuovere il mandrino meccanico che può venire facilmente sostituito con un elettromandrino di tipo opportuno, provvisto sempre di anello a dentatura frontale 18 e di coduli 21 che vengono impegnati dalle pinze 24, ;L’elettromandrino riceve l'alimentazione elettrica attraverso i contatti 23 presenti sul corpo 7 ed anche la alimentazione di fluidi ad esempio fluidi di raffreddamento, oli in pressione per il bloccaggio in posizione e così via, vengono alimentati attraverso i contatti 22 sempre sul corpo 7. *

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Testa operatrice per macchine utensili automatiche caratterizzata dal fatto di prevedere: • un primo supporto (3) montato, con possibilità di rotazione attorno a un primo asse C, su un supporto mobile lungo una tema di assi cartesiani; • un corpo (7) montato sul supporto (3) con possibilità di rotazione attorno a un secondo asse A inclinato di 45° rispetto a detto primo asse C; · un gruppo-mandrino intercambiabile (11), montato amovibilmente su detto corpo (7) con asse di rotazione inclinato di 45° rispetto a detto secondo asse A.
2) Testa operatrice secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto gruppo mandrino (11) può essere sia un mandrino di potenza meccanico, sia un elettromandrino.
3) Testa operatrice secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di prevedere, collocati internamente a detti primo corpo (3) e secondo corpo (7), mezzi meccanici (12, 13, 14, 15-16) di trasmissione della potenza a detto gruppo-mandrino (11) e mezzi (23) atti a trasmettere potenza elettrica a detto elettromandrino.
4) Testa operatrice secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto di prevedere mezzi di attacco rapido (21 , 24) per il fissaggio di detto gruppomandrino a detto corpo (7).
5) Testa operatrice secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di attacco rapido sono costituiti da una pluralità di pinze idrauliche (24) montate su detto corpo 7, atte a serrare codoli (21) presenti su detto gruppo-mandrino.
6) Testa operatrice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere: · un albero (12) montato su detto primo corpo (3) e che riceve il moto da un motore di potenza posto a monte della testa operatrice; • una coppia conica (13) che trasmette il moto ad un albero (14) inclinato di 45° rispetto a detto primo albero (12) e che va da detto primo corpo (3) a detto secondo corpo (7); · una seconda coppia conica formata da una prima ruota dentata (15) montata su detto albero (14) e una seconda ruota dentata (16) montata sull'albero del mandrino (11); • nella struttura di detto corpo (7) e di detto mandrino (11) essendo ricavate finestre in corrispondenza di dette ruote dentate (15, 16), in modo che almeno una di esse sporga parzialmente da detta finestra così che dette ruote dentate (15 e 16) vadano in impegno quando il mandrino (11 ) viene portato in appoggio contro detto corpo (7). 7)
7. Testa operatrice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere, sulla parete di detto corpo (7) ove va in appoggio detto mandrino (11), una pluralità di attacchi idraulici (22) ed elettrici (23), essendo previsti corrispondenti attacchi sul mandrino (11). 8)
8. Testa operatrice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di prevedere, su detto corpo (7) e su detto mandrino (11) coppie di anelli a frontale (18), per il posizionamento dei diversi gruppi mandrino (11) rispetto a detto corpo (7).
9) Testa operatrice secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che nel primo gruppo di rotazione (3) è presente una catena cinematica composta da motore elettrico, con riduttore e relativa trasmissione per comandare in modo controllato la rotazione del secondo gruppo di rotazione (7) attorno all’asse A inclinato di 45° rispetto a detto primo asse C.
10)
11. Testa operatrice per macchine utensili automatiche caratterizzata dal fatto di prevedere: ● un primo supporto (3) montato con possibilità di rotazione attorno a un primo asse C su una struttura mobile lungo una terna di assi cartesiani; • un secondo gruppo di rotazione (7) montato su detto primo gruppo (3) con possibilità di rotazione attorno a un secondo asse A inclinato di 45° rispetto a detto primo asse C; • un gruppo mandrino meccanico (11), intercambiabile con un elettromandrino, montato su detto secondo gruppo di rotazione (7); • una trasmissione di potenza (12, 13, 14 e 15) che attraverso detti corpi (3) e (4) trasmette il moto da un motore collocato a monte della testa ad una ruota conica (15) che attraverso un'apertura impegna una corrispondente ruota conica dentata (16) montata sull'albero del mandrino; • una coppia di anelli a dentatura frontale (18) montati su detto corpo (7) e su detto gruppo mandrino (11) per garantire il preciso posizionamento degli stessi; • raccordi idraulici ed elettrici (22, 23) sulle superfici affacciate di detto corpo (7) e di detto gruppo mandrino (11).