ITPI970032A1 - Tavola portapezzo universale per macchine utensili - Google Patents

Description

Descrizione della Invenzione Industriale avente per titolo: "TAVOLA PORTAPEZZO UNIVERSALE PER MACCHINE UTENSILI"

Dispositivo per il posizionamento di pezzi da sottoporre a lavorazione su macchine operatrici di diversa natura, dotato di capacità di movimentazione continua dei pezzi afferrati secondo assi di moto funzionali alle lavorazioni, realizzate con cinematismi di peculiare disegno, che attuano in modi differenti il principio tecnico innovativo della combinazione di moti lineari per realizzare moti sia lineari che rotatori. Grazie alle caratteristiche del suo progetto, il congegno offre in modo economicamente conveniente alta precisione di moto e posizionamento anche per pezzi di grandi dimensioni e masse. I gradi di libertà del moto impartito ai pezzi afferrati possono complementare quelli disponibili sulle unità operatrici di lavorazione, aumentandone così di fatto le capacità e la flessibilità.

La lavorazione secondo profili complessi in due o tre dimensioni (comprendenti ad es. conicità, sfericità, sagomature etc.) viene realizzata nei materiali non colabili mediante asportazione del materiale ottenuta con utensili di taglio e/o abrasione portati a seguire un moto relativo rispetto al pezzo per produrre un opportuno profilo. Tale moto relativo è composto da due moti, detti di taglio e di alimentazione, che possono essere impartiti all'utensile ed al pezzo in maniera combinata (ad esempio, nella tornitura il moto di taglio è impartito al pezzo e quello di alimentazione all'utensile, nella fresatura viceversa). Nel caso che lo stesso pezzo debba subire una sequenza di lavorazioni in cascata, sono in uso macchine a trasferimento, dove il pezzo viene afferrato su una tavola portapezzo mobile, che viene spostata secondo il ciclo di lavorazione sotto le diverse unità operatrici. Ciò consente evidenti risparmi nei tempi di attrezzaggio del ciclo, evitando afferraggi multipli e necessità di riferimenti accurati. Le tavole portapezzo delle macchine a trasferimento usate in alcuni settori manifatturieri (quali il metalmeccanico od il ligneo) sono solo raramente dotate di uno o più moti di alimentazione necessari alle lavorazioni, mentre il resto dei moti di alimentazione e taglio è ottenuto con la mobilità della unità operatrice.

In alcuni processi di produzione, come ad esempio nel caso dei materiali lapidei, alcuni fattori rendono tale approccio "a pezzo fermo" non vantaggioso. Infatti, in tale settore industriale la massa e la dimensione dei pezzi, assieme alla intrinseca difficoltà della tecnologia di taglio e delle condizioni ambientali in cui le macchine lavorano, fa si che le unità operatrici siano spesso dotate di pochi assi di moto. Tali assi di moto sono solitamente conferiti all'utensile (al quale è sempre dato il moto di taglio), o talvolta alla tavola portapezzo. Qualora nel ciclo di lavorazione sia necessario l'utilizzo di unità operatrici diverse (quali tagliatrici, fresatrici, lucidatrici etc. nella produzione di manufatti in lapideo), i sistemi tradizionali necessitano di operazioni di ripresa previo riposizionamento della tavola o del carrello portapezzi, o addirittura del pezzo stesso su di essi, con conseguenti perdite, anche rilevanti, di precisione e produttività. Queste difficoltà sono tra le ragioni della scarsa diffusione della lavorazione dei lapidei in forme tridimensionali complesse, per le quali d'altronde esisterebbero interessanti applicazioni neH'arredamento e neiromamento architettonico.

La scabrosità delle superfici degli sbozzati, e la difficoltà della realizzazione dei riferimenti di lavorazione nel materiale lapideo, oltre che la difficile manipolabilità dei pezzi per massa e dimensioni, rende estremamente utile poter utilizzare un unico affeiTaggio per il maggior numero possibile di lavorazioni sotto unità operatrici diverse.

Il dispositivo oggetto di questa relazione risponde alle manchevolezze della tecnologia attuale sopra evidenziate mediante la realizzazione di una tavola portapezzo universale, in grado di conferire al pezzo afferrato tutti o parte dei moti di alimentazione necessari alla sua lavorazione sotto le diverse unità operatrici. In tale modo si ottengono principalmente tre vantaggi: il primo consiste nel fatto che le unità operatrici possono essere semplificate nel numero di assi controllati (ovvero, unità operatrici preesistenti possono essere utilizzate in operazioni più complesse); il secondo consiste nella riduzione dei tempi e delle inaccuratezze conseguenti la ripresa del pezzo su afferraggi diversi per operazioni diverse; il terzo nella semplificazione della programmazione (ad esempio mediante elaboratore numerico) delle diverse fasi della lavorazione, essendo queste programmate con linguaggi e modalità uniformi sulla unica unità di controllo della tavola portapezzo universale piuttosto che sulle diverse unità di controllo delle macchine operatrici.

La difficoltà tecnica nell'ottenimento di questi scopi consiste nella necessità di realizzare i moti del pezzo in modo accurato ed economicamente vantaggioso, in considerazione delle notevoli dimensioni e masse dei pezzi stessi.

Il principio tecnico della soluzione adottata nel trovato consiste nella applicazione al problema descritto di meccanismi combinatori di moti lineari per realizzare sia moti lineari che rotatori. Ciò permette di utilizzare attuatoli lineari (come cilindri fluidodinamici o coppie vite-madre) o meccanismi a catena, la cui tecnologia è maggiormente adatta alla movimentazione di grossi carichi con accuratezza elevata, di quanto lo sia quella di altri attuatoli.

Il dispositivo è particolarmente atto alla organizzazione della produzione di parti con lavorazioni in cascata con utensili e/o macchine diverse, mediante unico afferraggio e trasferimento su rotaie o altro mezzo. Una applicazione tipica del dispositivo presentato è nella lavorazione dei materiali lapidei in manufatti sagomati bi/tridimensionalmente, nella quale possono venire utilizzate macchine di taglio, fresatura, lucidatura etc. di tipo convenzionale i cui pochi assi di moto e di taglio sono composti con quelli del congegno in modo da realizzare le desiderate lavorazioni,

La tavola portapezzo universale può essere realizzata in diverse tipologie, a seconda del tipo di ciclo di lavorazione a cui la macchina si rivolge prevalentemente. I moduli meccanici costituenti le parti essenziali dei diversi tipi di tavola portapezzo universale sono prima descritti individualmente; nel seguito, verranno indicati esempi di combinazione di tali moduli in tavole portapezzo composite.

Modulo di innalzamento/discesa e inclinazione monoassiale

Il modulo di innalzamento/discesa e inclinazione monoassiale è costituito da un telaio mobile (1, tav. 1), in carpenteria o fusione, e può essere assemblato ad altro modulo, fisso o mobile, del portapezzo universale. Nell'esempio della tav. 1, il telaio mobile è collegato a guide (2, tav. 1) mediante giunti (3, tav. 1) che lasciano libera la traslazione in direzione verticale (innalzamento/discesa) e la rotazione attorno ad un asse orizzontale (inclinazione). I moti del telaio mobile, di innalzamento/discesa e di inclinazione, sono comandati mediante composizione delle azioni fomite da attuatoli lineari. Questi attuatori possono essere realizzati con tecnologie diverse, come ad esempio con motori, rotismi meccanici di riduzione e rinvio, e coppie vite-madre come illustrato nella tav. 1, ovvero con cilindri fluidodinamici o altro. Nel caso di tav. 1, i motoriduttori (4, tav. 1), i rotismi di rinvio (5, tav.l) e le viti (6, 7, 8, 9, tav. 1) sono appoggiati o incernierati sul basamento in modo da consentirne la rotazione attorno ad un asse parallelo a quello di inclinazione del telaio mobile. Le chiocciole (10, tav. 1) sono incernierate al telaio mobile, lasciando libera la rotazione del telaio attorno ad assi paralleli a quello di inclinazione dello stesso.

Di tali attuatori, la coppia 6-7 (tav. 1), situata dalla stessa parte rispetto al piano verticale passante per l'asse orizzontale di inclinazione, agisce sempre concordemente, talché è possibile utilizzare un solo motore con opportuni cinematismi di collegamento (11, tav.l). Altrettanto vale per la coppia 8-9 (tav. 1). L'azione concorde delle due coppie di attuatori, con pari velocità, realizza il moto di innalzamento/discesa del telaio mobile impedendone la inclinazione. L'azione discorde, con pari velocità, delle due coppie di attuatori, realizza il moto di inclinazione impedendo il moto di innalzamento/discesa. Qualsiasi desiderata combinazione dei movimenti di innalzamento/discesa e di inclinazione del telaio mobile, può essere ottenuta con opportune combinazioni delle velocità e/o versi di moto delle coppie di attuatori.

I moti di innalzamento/discesa e inclinazione monoassiale, possono essere realizzati anche per opposizione o contrasto di forze, con utilizzo di cilindri fluidodinamici, contrappesi od altri meccanismi a coppia limitata e/o variabile, con verso opposto a quello degli attuatori.

Modulo di innalzamento/discesa e inclinazione multiassiale

Il modulo di innalzamento/discesa e inclinazione multiassiale è costituito da una base (1, tav.2) che può essere fissa o parte integrante di un altro modulo del portapezzo universale e da una tavola mobile (2, tav. 2). La tavola mobile è sostenuta e mossa da tre attuatoli lineari (3, tav. 2), il cui allungamento o accorciamento può essere comandato fluidodinamicamente o elettromeccanicamente, a seconda delle opportunità. Gli attuatori (3, tav. 2), sono fissati ad una loro estremità alla base (1, tav. 2) ed all'altra estremità alla tavola (2, tav.2). Una delle estremità è fissata alla base mediante giunto rotoidale ad unico asse di rotazione (4, tav.2), mentre l'altra è fissata alla tavola mobile tramite un giunto a più gradi di libertà o sferico (5, tav.2). È altresì possibile invertire le posizioni dei giunti rotoidali e sferici tra loro senza alterare sostanzialmente il trovato.

Il moto concorde e con pari velocità di tutti e tre gli attuatori realizza un moto di innalzamento/discesa della tavola, impedendone le inclinazioni. Il moto di uno solo degli attuatori, realizza una rotazione della tavola attorno ad un asse passante per il centro degli snodi di attacco alla tavola dei due attuatori fermi. Qualsiasi desiderata combinazione di innalzamento/discesa e di rotazione/inclinazione multiassiale della tavola rispetto al piano di base, può essere ottenuta azionando singolarmente o contemporaneamente, con opportune combinazioni della velocità e/o dei versi di moto, uno o più attuatori.

I moti di innalzamento/discesa e inclinazione multiassiale, possono essere realizzati anche per opposizione o contrasto di forze, con utilizzo di cilindri fluidodinamici, contrappesi od altri meccanismi a coppia limitata e/o variabile, con verso opposto a quello degli attuatori.

Modulo dì rototraslazione

II modulo di rototraslazione della tavola portapezzo può essere fisso od assemblato ad altro modulo fisso o mobile del portapezzo universale. Il moto di rototraslazione si ottiene mediante combinazione del moto di due attuatori lineari, per concordia, somma o differenza di azioni. Può essere realizzato secondo diverse modalità, di cui si riportano qui due esempi particolarmente efficaci, che comunque non esauriscono le possibilità realizzative del principio innovatore rivendicato.

Il moto di rototraslazione, può essere realizzato anche per opposizione o contrasto di forze, con utilizzo di cilindri fluidodinamici, contrappesi od altri meccanismi a coppia limitata e/o variabile, con verso opposto a quello degli attuatori.

Meccanismo di rototraslazione a coppie vite-madre

Il meccanismo di rototraslazione a coppie vite-madre è costituito da un telaio (1, tav. 3) in carpenteria o fusione, scorrevole su guide (2, tav. 3) realizzate su altro modulo, fisso o mobile, del portapezzo universale. Il telaio mobile sostiene mediante cuscinetti un albero solidale ad una tavola (3, tav. 3) permettendogli il moto di rotazione attorno ad un asse perpendicolare a quello del moto del telaio (1, tav. 3). Sulla tavola rotante sono incernierate due bussole (4, tav. 3), libere di ruotare attorno ad un asse parallelo a quello della tavola girevole. Le bussole contengono una chiocciola madre-vite ciascuna, che si impegna su una vite di comando (5, tav. 3). Una estremità di tali viti è libera, mentre l'altra è collegata ad un motoriduttore (6, tav. 3) incernierato ad un supporto libero di ruotare attorno ad un asse parallelo a quello di rotazione della tavola.

L'azione concorde dei due attuatori con pari velocità realizza il moto di traslazione del telaio (1, tav. 3) e della tavola (3, tav. 3) impedendo la rotazione di questa. Il moto discorde, con pari velocità, degli attuatori, realizza la rotazione della tavola (3, tav. 3), impedendo la traslazione del telaio (1, tav. 3). Qualsiasi desiderata combinazione di moti rotatori e traslatori della tavola può essere ottenuta con opportune combinazioni delle velocità e/o versi di moto degli attuatori.

Meccanismo di rototraslazione a catena

Il meccanismo di rototraslazione a catena è costituito da un telaio (1, tav. 4) in carpenteria o fusione, scorrevole su guide (2, tav. 4), che supporta mediante cuscinetti ima tavola (3, tav. 4), come nella descrizione del meccanismo di rototraslazione al paragrafo precedente. L'albero della tavola rotante (3, tav. 4) è solidale ad un rocchetto (4, tav. 4). Una catena (5, tav. 4) forma un circuito chiuso che è descritto in senso orario come segue: la catena si avvolge sul rocchetto (4, tav. 4) della tavola girevole, su di una puleggia folle (6, tav. 4) posta aH’estremità della guida di destra (2, tav. 4) del telaio (1, tav. 4), quindi sul rocchetto di un motoriduttore (7, tav. 4), su una seconda puleggia folle (8, tav. 4) posta all'altra estremità della guida destra, su una terza puleggia folle (9, tav. 4) posta sul telaio, quindi si avvolge su una quarta puleggia folle (10, tav. 4) posta all'estremità della guida sinistra, si impegna sul rocchetto di un secondo motoriduttore (7, tav. 4), quindi su una quinta puleggia folle (11, tav. 4), e infine si richiude all'entrata del rocchetto (4, tav. 4) solidale alla tavola girevole. Una o più delle pulegge e/o dei rocchetti può essere regolata in modo da tendere la catena nel modo più opportuno. L'azione concorde con pari velocità dei due motoriduttori realizza il moto di traslazione del telaio (1, tav. 4) e della tavola (3, tav. 4) impedendo la rotazione di questa. Il moto discorde, con pari velocità dei motoriduttori, realizza la rotazione della tavola (3, tav. 4), impedendo la traslazione del telaio(l, tav. 4). Qualsiasi desiderata combinazione di moti rotatori e traslatori della tavola può essere ottenuta con opportune combinazioni delle velocità e/o versi di moto dei riduttori.

Tavola portapezzo a quattro assi

Una tavola portapezzo universale a quattro assi di moto può essere realizzata utilizzando i moduli di innalzamento/discesa e inclinazione monoassiale, e rototraslazione a vite-madre, assieme ad opportune strutture di basamento e supporto, come illustrato nella tav. 5. Mediante siffatto meccanismo è possibile facilmente programmare e realizzare la lavorazione di pezzi (1, tav 5) fissati alla tavola girevole del modulo di rototraslazione, secondo sagomature cilindriche e coniche quanto si voglia complesse, utilizzando allo scopo una semplice unità operatrice dotata del solo moto proprio dell'utensile. È anche possibile utilizzare questa tavola portapezzo universale assieme a unità operatrici dotate anche di propri moti di alimentazione combinandoli con quelli della tavola, per realizzare superfici lavorate a cupola sferica, ellissoidale e/o composite. La tavola portapezzo universale a quattro assi può essere fissa o montata su carrello mobile su binari e/o ancora montata su tavola girevole per agevolare il trasferimento da una unità operatrice all'altra. La prima soluzione è adatta nel caso in cui la tavola portapezzo sia parte integrante e fìssa di una unica unità operatrice, della quale realizza o integra le capacità di moto e taglio; la seconda si presta a cicli di produzione per linea a trasferimento, e la terza a cicli di produzione per cella di lavoro. Il moto del modulo di sostegno è finalizzato al posizionamento della tavola portapezzo universale rispetto alla unità operatrice, e non all'azionamento continuo di uno dei moti da conferire al pezzo afferrato. Il basamento può essere dotato di montanti e/o supporti che alloggiano riscontri atti a guidare e riferire il moto delle altre componenti della tavola portapezzo.

Tavola portapezzo a cinque assi

Una tavola portapezzo universale a cinque assi può essere realizzata utilizzando i moduli di rototraslazione a catena e di innalzamento/discesa e inclinazione multiassiale, come illustrato nella tav. 6. Mediante questa tavola portapezzo è possibile facilmente programmare la lavorazione di pezzi in forme lineari, curve qualsiasi e/o composite (settori sferici o ellissoidali, coni, cilindri, etc.) con l'utilizzo di semplici unità operatrici per il taglio, la fresatura, la lucidatura etc., anche con utensile fisso (cioè dotate unicamente del solo moto proprio dell'utensile).

La tavola portapezzo universale a cinque assi può essere fissa o montata su carrello mobile su binari e/o ancora montata su tavola girevole per agevolare il trasferimento da una unità operatrice all'altra. La prima soluzione è adatta nel caso in cui la tavola portapezzo sia parte integrante e fìssa di una unica unità operatrice, della quale realizza o integra le capacità di moto e taglio; la seconda si presta a cicli di produzione per linea a trasferimento, e la terza a cicli di produzione per cella di lavoro. Il moto del modulo di sostegno è finalizzato al posizionamento della tavola portapezzo universale rispetto alla unità operatrice, e non all'azionamento continuo di uno dei moti da conferire al pezzo afferrato.il basamento può essere dotato di montanti e/o supporti che alloggiano riscontri atti a guidare e riferire il moto delle altre componenti della tavola portapezzo.

Quella che si è descritta e rappresentata non è che una delle possibili forme di esecuzione meccatronica del congegno trovato e possono quindi aversi diverse ovvie variazioni che qui sarebbe impossibile ed inutile elencare, senza peraltro uscire dall'ambito della presente invenzione. Infatti il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo, inoltre tutti i dettagli costruttivi sono sostituibili con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1) Dispositivo che realizza la variazione continua di posizione e/o orientazione di una tavola portapezzo mediante comando integrato di attuatori lineari e/o a catena, in modo da combinare i moti del pezzo afferrato con quelli di una o più unità operatrici di lavorazione, al fine di conseguire<' >la possibilità di effettuare lavorazioni di superfici più complesse di quelle consentite dalle unità operatrici medesime.
2. 2) Tavola portapezzo composta da elementi strutturali meccanici, componentistiche e dispositivi di azionamento e controllo di tipo meccanico, elettrico, fluidico, elettronico e/o digitale in modo da permettere la movimentazione continua e la lavorazione del pezzo afferrato secondo traiettorie programmate semplicemente ed in modo uniforme e indipendente dal tipo di unità operatrice di lavorazione.
3. 3) Tavola portapezzo secondo la rivendicazione 1), che per realizzare anche parzialmente i moti della tavola utilizza il principio della composizione delle azioni di due attuatori lineari, quali cilindri fluidodinamici, coppie vite-madre o altro, in un moto di innalzamento/discesa ed uno di inclinazione della tavola, in modo sostanzialmente conforme a quanto sopra descritto e rappresentato nella tav. 1.
4. 4) Tavola portapezzo secondo la rivendicazione 1), che per realizzare anche parzialmente i moti della tavola utilizza il principio della composizione delle azioni di tre attuatori lineari, quali cilindri fùidodinamici, coppie vite-madre o altro, in moti di innalzamento/discesa e inclinazioni multiassiali della tavola attorno ad assi variabili e programmabili, in modo sostanzialmente conforme a quanto sopra descritto e rappresentato nella tav. 2.
5. 5) Tavola portapezzo secondo la rivendicazione 1), che per realizzare anche parzialmente i moti della tavola utilizza il principio della composizione delle azioni di due attuatoli lineari, quali cilindri fluidodinamici, coppie vite-madre o altro, in un moto di traslazione e uno di rotazione della tavola, in modo sostanzialmente conforme a quanto sopra descritto e rappresentato nella tav. 3.
6. 6) Tavola portapezzo secondo la rivendicazione 1), che per realizzare anche parzialmente i moti della tavola utilizza il principio della composizione delle azioni di due attuatoli in un moto di traslazione ed uno di rotazione della tavola mediante meccanismo di trasmissione flessibile, a catena o cinghia o altro, in modo sostanzialmente conforme a quanto sopra descritto e rappresentato nella tav. 4.
7. 7) Tavola portapezzo secondo la rivendicazione 1), che per realizzare anche parzialmente i moti della tavola utilizza alcuni o tutti i dispositivi sopra rivendicati, in composizione modulare, seriale o parallela, esclusivamente o assieme ad altri elementi costruttivi.