ITPD20090256A1 - Macchina utensile a controllo numerico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Ambito tecnico

La presente invenzione ha per oggetto una macchina utensile a controllo numerico del tipo descritto nel preambolo della rivendicazione principale e un dispositivo di movimentazione di pezzi da lavorare impiegabile in tale macchina utensile.

Sfondo tecnologico

Nell’ambito tecnico di riferimento, sono note macchine a controllo numerico a quattro assi comprendenti un mandrino portautensili, alimentato da un dispositivo cambio utensile collegato a un magazzino utensili, mobile lungo tre rispettivi assi X, Y e Z con Y asse verticale, ortogonale al suolo, e una tavola girevole ad asse verticale, parallelo ad Y, alla quale sono solidale le attrezzature di bloccaggio dei pezzi da lavorare.

Unico movimento possibile per la tavola girevole à ̈ la rotazione attorno al proprio asse con intervalli angolari definiti, specifici di ciascun dispositivo. Le lavorazioni richieste sul pezzo da lavorare sono rese possibili dalla combinazione dei succitati movimenti.

Questa configurazione consente pertanto la realizzazione (sul pezzo da lavorare) di tutte le lavorazioni giacenti sul piano di lavoro X – Z o su qualsiasi piano ad esso parallelo (purché all’interno della corsa Y).

Sono note altresì macchine a controllo numerico a cinque assi in cui la tavola girevole à ̈ montata su un dispositivo basculante in grado di inclinare l’asse della tavola stessa, la quale, pertanto, oltre a ruotare su se stessa à ̈ dotata di un secondo grado di libertà angolare, secondo un asse di rotazione parallelo al piano orizzontale degli assi X e Z. La tavola pertanto, oltre a ruotare su se stessa, potrà anche essere disposta con un angolo variabile rispetto all’asse del mandrino.

Questa seconda soluzione garantisce un maggior numero di angolazioni secondo le quali un pezzo montato sulla tavola girevole può essere lavorato. Il principale inconveniente di tale soluzione à ̈ la sua complessità costruttiva e, di conseguenza, il relativo costo di realizzazione. Inoltre, essa risulta essere di difficile implementazione se applicata ad una macchina a controllo numerico (tipo transfer flessibile) comprendente una pluralità di tavole girevoli che devono essere movimentate da un mandrino all’altro e di una pluralità di mandrini. In questo caso infatti sarebbe necessario risolvere numerose problematiche di trasmissione delle forze motrici e dei dati di posizione angolare dei due assi di rotazione di ciascuna tavola.

Descrizione dell’invenzione

Il problema tecnico affrontato dal presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione una macchina a controllo numerico strutturalmente e funzionalmente concepita in modo tale da consentire il superamento di tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata, coniugando la semplicità costruttiva tipica delle macchine a quattro assi con la maggior versatilità delle macchine a cinque assi.

Ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di fornire un dispositivo di movimentazione del pezzo da lavorare per macchine utensili a controllo numerico installabile sulle macchine a controllo numerico note in modo da ovviare agli inconvenienti sopra menzionati.

Questi scopi sono ottenuti dall’invenzione con una macchina a controllo numerico e un dispositivo di movimentazione realizzati in conformità con le rivendicazioni che seguono.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche ed i vantaggi del trovato meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione illustrato, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui:

- la figura 1 à ̈ una vista assonometrica dall’alto di una macchina utensile secondo la presente invenzione, parzialmente rappresentata;

- la figura 2 à ̈ una vista dall’alto di un componente della macchina di fig1;

- le figura 3 Ã ̈ una vista in sezione laterale secondo la linea di sezione III-III di figura 2;

- la figura 4 Ã ̈ una vista in sezione secondo la linea di sezione IV-IV di figura 3;

- le figure 5-8 sono quattro viste laterali del componente di figura 2, in quattro rispettive condizioni operative.

Modo preferito di realizzazione dell’invenzione

La macchina utensile a controllo numerico della presente invenzione si distingue dalle note macchine utensili a controllo numerico per i componenti di seguito descritti mentre le restanti parti non descritte sono da considerarsi di tipo noto e convenzionale.

Nelle figure, una macchina utensile a controllo numerico comprende un basamento 3, un mandrino 1 traslabile lungo tre assi X, Y e Z di riferimento e un utensile 2 di lavoro.

L’utensile 2 à ̈ vincolato al mandrino 1 così da essere azionabile in rotazione attorno ad un asse W per eseguire lavorazioni con asportazione di truciolo su un pezzo da lavorare 100. L’asse W à ̈ disposto secondo una direzione orizzontale, ovvero in ogni posizione da esso raggiungile esso à ̈ contenuto in piano coincidente o parallelo al piano XZ.

Il mandrino 1 à ̈ accoppiato a mezzi motori (in sé convenzionali e non rappresentati) così da essere mobile sul piano XZ orizzontale, definito dagli assi X e Z e lungo l’asse verticale Y ortogonale al piano di lavoro XZ.

In figura 1 sono rappresentate tre distinte posizioni 1a,b,c raggiungibili dal mandrino 1 per effettuare tre rispettive lavorazioni sul pezzo 100. Le posizioni 1a,b,c sono esempi non limitativi dell’insieme di posizioni secondo le quali può essere disposto e orientato il mandrino 1. In generale il mandrino 1 può essere orientato in una posizione qualsiasi, purché l’asse W sia contenuto nel piano XZ o in un piano parallelo al piano XZ.

Secondo una variante realizzativa dell’invenzione il basamento 3 à ̈ fisso e ad esso à ̈ vincolata una tavola girevole 5 sulla quale à ̈ montato un dispositivo di movimentazione (costituito dagli elementi 4, 6, 7) del pezzo da lavorare 100.

Secondo una variante realizzativa la macchina utensile della presente invenzione comprende una pluralità di mandrini 1 ad asse W orizzontale ed un basamento 3, ruotabile attorno ad un asse verticale parallelo all’asse Y, al quale à ̈ vincolata una pluralità di tavole girevoli 5 portanti ciascuna un rispettivo dispositivo di movimentazione (costituiti ciascuno dagli elementi 4, 6, 7), detti dispositivi essendo tra loro identici.

Mediante una rispettiva rotazione dell’asse di rotazione del basamento 3 , le tavole girevoli 5 con sopra vincolati i dispositivi di movimentazione (costituiti ciascuno dagli elementi 4, 6, 7) sono portati in sequenze successive all’interno dell’area di lavoro di ciascun utensile 2.

Il dispositivo di movimentazione comprende un elemento porta-morsa 6 vincolato ad un elemento di supporto 4 (giacente sulla tavola girevole 5) e ruotabile rispetto ad esso attorno a un primo asse di rotazione A. Sull’elemento porta-morsa 6 à ̈ montata una morsa portapezzo 7 od altro dispositivo di bloccaggio atto a mantenere il pezzo da lavorare in posizione. La morsa portapezzo 7 à ̈ a sua volta girevole rispetto all’elemento portamorsa 6 attorno a un secondo asse di rotazione B.

La tavola 5 à ̈ vincolata al basamento 3 ed à ̈ ruotabile rispetto ad esso attorno a un terzo asse di rotazione C, ortogonale al piano orizzontale XZ e ad un piano di riferimento 10 della tavola 5, parallelo al piano XZ e ortogonale al terzo asse di rotazione C.

L’asse A à ̈ inclinato di 45° gradi rispetto agli assi B e C. Gli assi B e C sono tra loro paralleli e allineati in almeno una configurazione (figure 3 forse 8 e 5) del dispositivo di movimentazione 4, 6 e 7. Il primo e il secondo asse di rotazione A, B sono incidenti in un punto P (identificato nelle seguenti rivendicazioni come punto di lavoro), tale per una qualsiasi rotazione dell’elemento porta-morsa 6 e della morsa portapezzo 7 attorno agli assi A, B, rispettivamente, il punto P non cambi la propria posizione rispetto alla tavola 5.

La morsa 7 portapezzo comprende due ganasce 7a,b predisposte per vincolare il pezzo da lavorare 100, in una zona di lavoro 8, raggiungibile dall’utensile 2 mediante una movimentazione sul piano XZ.

Il punto P giace sul piano XZ ed, essendo il terzo asse di rotazione C ortogonale al piano di riferimento 10 e al piano XZ, il punto P si mantiene sul piano XZ, a una distanza costante dal piano di riferimento 10, per una qualsiasi rotazione attorno all’asse C.

Nella variante realizzativa delle figure allegate, il terzo asse di rotazione C à ̈ passante anch’esso per il punto di lavoro P, in modo tale che la posizione di del punto P sia fissa, anche rispetto al piano orizzontale XZ, indipendentemente da una qualsiasi rotazione attorno al primo e/o al secondo e/o al terzo asse di rotazione A, B, C.

La morsa 7 portapezzo à ̈ ruotabile intorno all’asse B per le posizioni 0° e 90° e l’elemento portamorsa 6 à ̈ ruotabile intorno all’asse A per le posizioni 0° e 180°. È possibile dimostrare che per tali posizioni angolari una qualsiasi lavorazione del pezzo 100, anche angolata, giacente sui piani caratteristici dello spazio X-Y; X-Z; Z-Y; e quelli ad essi paralleli à ̈ allineabile con un piano coincidente o parallelo al piano XZ.

I tre vincoli rotazionali che permettono di implementare le rotazioni secondo agli assi A, B sono tra loro identici, pertanto si intende che la descrizione che segue, con riferimento al vincolo tra l’elemento di supporto 4 e l’elemento portamorsa 6, sia valida anche per il vincolo tra l’elemento portamorsa 6 e la morsa portapezzo 7.

La base di supporto 4 comprende una sede 11 per un albero 12, avente asse coincidente con l’asse A, sporgente a sbalzo dall’elemento portamorsa 6. All’estremità libera 12a dell’albero 12 à ̈ previsto un cilindro idraulico 13, assialmente mobile per bloccare o sbloccare la rotazione dell’albero 12 attorno all’asse A. All’estremità assiale 12b dell’albero 12, contrapposta rispetto all’estremità libera 12a, à ̈ montata una corona frontale 14, del tipo “Hirth†(o altro dispositivo di indexaggio preciso). Lungo l’albero 12, in posizione intermedia tra il cilindro idraulico 13 e corona frontale 14 à ̈ calettata una ruota dentata 15 accoppiata a una cremagliera 16 azionata mediante un secondo cilindro idraulico 17, azionato tramite un sistema di controllo per garantire il corretto posizionamento angolare dell’albero 12 e dell’elemento portamorsa 6.

Come rappresentato nelle figure da 5 a 8 la morsa portapezzo e, conseguentemente, la zona di lavoro 8, possono essere orientate a piacere rispetto al basamento 3 e alla superficie di riferimento 10 della macchina utensile, mantenendo il punto P sul piano XZ.

In particolare:

- la figura 5 rappresenta una posizione iniziale del dispositivo di movimentazione,

- la figura 6 à ̈ ottenuta a partire dalla posizione iniziale mediante rotazione di 180° dell’elemento portamorsa 6 attorno all’asse A, - la figura 7 à ̈ ottenuta a partire dalla posizione di figura 6 mediante rotazione di 90° della morsa portapezzo 7 attorno all’asse B

- la figura 8 à ̈ ottenuta a partire dalla posizione di figura 5 mediante rotazione di 90° della morsa portapezzo 7 attorno all’asse B.

Mediante una o più rotazioni degli assi A e/o B e/o C, ciascuno dei piani di lavorazione del pezzo 100 può essere disposto sul un piano coincidente o parallelo al piano XZ, secondo un’orientazione predefinita, in modo tale che l’utensile 2 possa raggiungere il pezzo 100 spostandosi unicamente sul piano XY e successivamente avanzando lungo l’asse Z.

L’invenzione raggiunge così gli scopi proposti rispetto alla tecnica nota citata permettendo di realizzare una macchina utensile a controllo numerico a quattro assi (tre assi X, Y e Z rettilinei di movimentazione del mandrino e un asse di rotazione C della tavola girevole 5) in cui tutte le lavorazioni, anche angolate rispetto ai piani caratteristici X-Y, X-Z e Y-Z, possono essere ricondotte sul piano X-Z o su altri ad esso parallelo.

Ciò permette una significativa riduzione della complessità e quindi del costo della macchina così concepita rispetto alla classica soluzione a cinque assi pur mentendone la versatilità di lavorazione anche in caso di implementazione con più tavole rotanti.

Il dispositivo di movimentazione infatti, inserito nella configurazione base di impianti noti già includenti tavole rotanti ad asse verticale fisso. ne aumenta considerevolmente le capacità operative semplificandone altresì l’architettura in quanto consente la rimozione dei mandrini verticali, inutili in quanto esso consente di movimentare il pezzo da lavorare portando le lavorazioni disposte verticalmente in posizione orizzontale ove possono essere effettuate dai soli mandrini orizzontali presenti.

L’invenzione consente pertanto di ottenere ulteriori vantaggi, tra i quali:

- eliminazione di mandrini verticali o comunque inclinati rispetto al piano X-Z,

- l’opportunità di realizzare qualsiasi lavorazione angolata giacente su tutti i piani fondamentali dello spazio X-Y X-Z Z-Y ed a quelli ad essi paralleli utilizzando, come unica fonte di posizionamento angolare, la tavola della macchina sui cui poggia il dispositivo di movimentazione. Ciò consente di limitare se non addirittura eliminare l’utilizzo di teste angolari che sono costose, imprecise e limitative delle prestazioni di lavoro e consente altresì, in molte situazioni, di completare la lavorazione del pezzo in un unico piazzamento.

- Ciascuna lavorazione può essere eseguita indifferentemente in qualsiasi stazione, il che comporta l’assoluto, facile e certo bilanciamento del ciclo di lavoro in quanto nessun mandrino rimarrà improduttivo in attesa che un altro finisca il lavoro assegnato. Ciò consente tra l’altro di attribuire con certezza al costo del pezzo la giusta quota di ammortamento dell’impianto evitando inefficienze indesiderate.

- nel caso di utilizzo di morse portapezzo o simili dispositivi di bloccaggio del pezzo di tipo autocentrante la morsa, nella stazione di carico, può presentare le ganasce (chele) di presa orientate nelle diverse posizioni, semplificando il montaggio del pezzo nella morsa stessa anche sfruttando la gravità. Si possono pertanto evitare costosi dispositivi per mantenere il pezzo in posizione durante le fasi di chiusura della morsa rispettando al tempo stesso appropriati criteri anti infortunistici

L’invenzione permette altresì di ottenere un disposto di movimentazione installabile sulle macchine utensili e transfer flessibili a controllo numerico esistenti.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina utensile a controllo numerico comprendente un basamento un mandrino e almeno un dispositivo di movimentazione di pezzi da lavorare, detti mandrino e dispositivo di movimentazione essendo traslabili l’uno rispetto all’altro lungo almeno un asse di avanzamento, detto dispositivo di movimentazione includendo: - una tavola girevole, vincolata a detto basamento e ruotabile rispetto ad esso - un elemento portamorsa vincolato a un supporto a sua volta vincolato a detta tavola girevole e ruotabile rispetto a detto supporto attorno a un primo asse di rotazione (A); - una morsa portapezzo alla quale sono vincolabili detti pezzi da lavorare e comprendente una zona di lavoro raggiungibile da un utensile vincolato a detto mandrino mediante una traslazione lungo detto asse di avanzamento, detta morsa portapezzo essendo vincolata a detto elemento portamorsa e ruotabile rispetto ad esso attorno a un secondo asse di rotazione (B), inclinato rispetto a detto primo asse di rotazione e incidente ad esso in un punto di lavoro (P), detta tavola girevole essendo ruotabile rispetto a detto basamento attorno ad un terzo asse di rotazione (C) inclinato rispetto a detto primo asse di rotazione (A).
2. 2. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui terzo asse di rotazione (C) Ã ̈ ortogonale rispetto a un piano di riferimento di detta tavola girevole.
3. 3. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto terzo asse di rotazione (C) Ã ̈ passante per detto punto di lavoro, in modo tale che la posizione di detto punto di lavoro sia indipendente da una qualsiasi rotazione attorno a detti primo e/o secondo e/o terzo asse di rotazione.
4. 4. Macchina utensile secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto secondo asse di rotazione à ̈ inclinato di 45° rispetto a detto terzo asse di rotazione.
5. 5. Macchina utensile secondo la rivendicazione 4, in cui detto secondo asse di rotazione à ̈ inclinato di 45° rispetto a detto primo asse di rotazione.
6. 6. Macchina utensile secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto elemento portamorsa à ̈ ruotabile attorno a detto primo asse di rotazione (A) di un angolo compreso tra 0° e 180°.
7. 7. Macchina utensile secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6, in cui detta morsa portapezzo à ̈ ruotabile attorno a detto secondo asse di rotazione (B) di un angolo compreso tra 0° e 90°
8. 8. Dispositivo di movimentazione per pezzi da lavorare per macchina utensile, includente: - una tavola girevole, vincolabile a un basamento di una macchina utensile e ruotabile rispetto ad esso, - un elemento portamorsa vincolato a un supporto a sua volta vincolato a detta tavola girevole e ruotabile rispetto a detto supporto attorno a un primo asse di rotazione (A); - una morsa portapezzo alla quale sono vincolabili detti pezzi da lavorare e comprendente una zona di lavoro raggiungibile da un utensile di lavoro vincolato a detto mandrino mediante una traslazione lungo detto asse di avanzamento, detta morsa portapezzo essendo vincolata a detto elemento portamorsa e ruotabile rispetto ad esso attorno a un secondo asse di rotazione (B), inclinato rispetto a detto primo asse di rotazione e incidente ad esso in un punto di lavoro, detta tavola girevole essendo vincolabile a detto basamento in modo da essere ruotabile rispetto ad esso attorno ad un terzo asse di rotazione (C) inclinato rispetto a detto primo asse di rotazione (A),
9. 9. Macchina utensile secondo la rivendicazione 8, in cui detto secondo asse di rotazione à ̈ inclinato di 45° rispetto a detto terzo asse di rotazione.
10. 10. Macchina utensile secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detto secondo asse di rotazione à ̈ inclinato di 45° rispetto a detto primo asse di rotazione.