ITTO20070744A1

ITTO20070744A1 - Dispositivo mandrino, in particolare con migliorata stabilizzazione di un elemento di ritenuta

Info

Publication number: ITTO20070744A1
Application number: IT000744A
Authority: IT
Inventors: Tomoharu Ando; Takashi Norihisa; Naomitsu Yanohara
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-04-21
Also published as: DE102007050743A1; DE102007050743B4; CN101164724A; JP4993680B2; JP2008100326A; US20080093175A1

Description

DESCRIZIONE

Del brevetto per invenzione industriale

Sfondo dell'invenzione

Campo dell'invenzione

La presente invenzione fa riferimento ad un dispositivo mandrino in una macchina utensile quale un transfer e, più in particolare, ad un dispositivo mandrino che fa ruotare in modo stabile una gabbia per mantenere un elemento rotante in un cuscinetto a elementi rotanti per supportare un mandrino.

2. Descrizione della tecnica relativa

Un mandrino in una macchina utensile è supportato in modo girevole da una pluralità di cuscinetti a elementi rotanti. Il cuscinetto a elementi rotanti comprende un anello interno, un anello esterno, un elemento rotante e una gabbia. L'anello interno è inserito a pressione nel mandrino per essere ruotato insieme al mandrino. Al contempo, l'anello esterno è incorporato in un alloggiamento ed è ulteriormente pressato in modo saldo da un cappuccio pressore in una direzione assiale. La pluralità di elementi rotanti è incorporata in modo mobile tra l'anello interno e l'anello esterno, per essere trattenuta dalla gabbia in modo che gli elementi siano mantenuti a intervalli uguali. La gabbia è guidata sull'elemento rotante o su una superficie circonferenziale interna dell'anello esterno, per essere ruotata insieme all'elemento rotante. Una gabbia da guidare sulla superficie circonferenziale interna dell'anello esterno è utilizzata spesso nella maggior parte dei cuscinetti, ciascuno dei quali viene fatto ruotare ad una velocità elevata pari ad un valore Dn superiore a 1.500.000. Il cuscinetto che incorpora nello stesso la gabbia da guidare sulla superficie circonferenziale interna dell'anello esterno subisce l'influenza della ruvidità superficiale della superficie circonferenziale interna dell'anello esterno, della precisione di forma della superficie circonferenziale interna dell'anello esterno, della ruvidità superficiale della superficie perimetrale esterna della gabbia, della precisione di forma della gabbia, del peso della gabbia, della precisione dì forma dell'elemento rotante, dell'errore dimensionale dell'elemento rotante incorporato nel cuscinetto, del gioco definito tra la superficie circonferenziale interna dell'anello esterno e la superficie perimetrale esterna della gabbia, e della quantità di pellicola d'olio tra la superficie circonferenziale interna dell'anello esterno e la superficie perimetrale esterna della gabbia. Quando il mandrino viene ruotato in uno stato in cui le condizioni descritte sopra non possono essere mantenute in maniera appropriata, la gabbia viene ruotata in modo instabile. Ne risulta che si verifica un rumore o una vibrazione anomalo e pertanto questo può influire in modo negativo sulla superficie da lavorare, provocando così un danno ai cuscinetti nell'ipotesi peggiore.

Un dispositivo per migliorare un mandrino nello stato descritto sopra è esemplificato da un cuscinetto nel quale un fluido in pressione fluisce all'interno della gabbia attraverso una pluralità di fori formati su un anello esterno nel cuscinetto (vedere pubblicazione di domanda di modello di utilità giapponese numero 45697/1994).

Altrimenti, è noto un dispositivo mandrino dotato di un dispositivo per erogare un lubrificante alimentato in un foro passante nel mandrino attraverso una pluralità di fori formati su un anello esterno nel cuscinetto fino ad una gabbia attraverso un foro formato nel mandrino (vedere domanda di brevetto giapponese disponibile numero 166548/1999).

Nel dispositivo di un mandrino convenzionale, il fluido deve essere erogato continuamente al fine di mantenere un gioco costante tra la superficie cìrconferenzìale interna dell'anello esterno del cuscinetto e la superficie perimetrale esterna della gabbia, aumentando così il consumo di fluido. Quando il fluido da erogare è lubrificante, la pellicola d'olio può mantenere il gioco costante, ma è possibile che si generi calore in modo anomalo a causa di una eccessiva quantità di lubrificante nel cuscinetto. Nel caso di una circolarità bassa del diametro esterno della gabbia o di una deformazione non uniforme causata dalla rotazione, può essere complesso mantenere in modo costante il gioco tra la superficie circonferenziale interna dell'anello esterno del cuscinetto e la superficie perimetrale esterna della gabbia o sull'intera circonferenza. Anche se il lubrificante può mantenere in modo costante una quantità di pellicola d'olio nel gioco, si produce una forza generata per attrito localmente nella gabbia, producendo così il timore di comparsa di vibrazioni.

Riepilogo dell'invenzione

Un obiettivo della presente invenzione è di fornire un dispositivo mandrino nel quale sia possibile stabilizzare la gabbia con una quantità minima di fluido da erogare, e inoltre la portata e la direzione del fluido da erogare alla gabbia può cambiare in base alla velocità dì rotazione del mandrino, al comportamento del mandrino e al valore rilevato da un sensore fissato sul mandrino.

Il dispositivo mandrino secondo la presente invenzione comprende un unità di erogazione che eroga fluido da tre o più punti distanziati in una direzione cìrconferenziale tra un anello esterno e un anello interno di un cuscinetto che supporta un mandrino; e una unità di comando che comanda la quantità di erogazione di fluido erogato dall'unità di erogazione in modo tale da variare in modo indipendente la quantità di erogazione in ciascuno dei punti di erogazione.

Nel dispositivo mandrino secondo la presente invenzione, anche nel caso in cui, ad esempio, la gabbia venga ruotata sbilanciata, è possibile esercitare una forza in una direzione nella quale lo sbilanciamento è cancellato regolando la portata di fluido attraverso i tre o più fori in grado di erogare in modo indipendente il fluido. Di conseguenza lo sbilanciamento nella gabbia può essere ridotto con una bassa portata di fluido.

Inoltre, nel dispositivo mandrino, la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando può essere determinata in base alla velocità di rotazione del mandrino.

Se il dispositivo mandrino è dotato di una funzione per la determinazione della portata e della posizione del fluido da erogare alla gabbia in base alla velocità di rotazione del mandrino, è possibile determinare un valore di riferimento per velocità di rotazione, in modo tale che la gabbia possa essere trattenuta stabilmente anche se la gabbia viene deformata o fatta vibrare per influsso della velocità di rotazione. Ad esempio, la regione di velocità di rotazione del mandrino è divisa in regioni a velocità bassa, media e alta, in ciascuna delle quali è determinata una portata di fluido ottimale, in modo tale che la gabbia possa essere mantenuta stabilmente in tutte le regioni di velocità.

Inoltre, nel dispositivo mandrino, la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando può essere determinata in base all'angolo di inclinazione del mandrino.

Se il dispositivo mandrino è dotato della funzione di determinazione della portata e della posizione del fluido da erogare nel gioco tra la gabbia e l'anello esterno in base al comportamento del mandrino, la gabbia può essere trattenuta stabilmente anche se l'assetto della gabbia per l'influenza del peso del mandrino di per sé o del peso della gabbia di per sé varia in corrispondenza di una variazione nel comportamento del mandrino. Ad esempio, la portata di fluido è determinata in base all'inclinazione del mandrino rispetto alla posizione di riferimento in una macchina in grado di far ruotare un dispositivo mandrino ad un angolo arbitrario.

Inoltre, il dispositivo mandrino può comprendere un sensore che individua la vibrazione del mandrino, in cui la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando può essere determinata in base ad un valore rilevato dal sensore.

Se il dispositivo mandrino è dotato di una funzione di estrazione di un valore all'interno di una gamma di frequenze predeterminata da informazioni ottenute da uno o più sensori attaccati al dispositivo mandrino in modo tale da variare la portata e la posizione del fluido da erogare al gioco tra la gabbia e l'anello esterno in base al valore, il fluido viene erogato ad una portata appropriata quando il valore dal sensore soddisfa una condizione come risultato di un'analisi in tempo reale. Nel caso di questo dispositivo, ogni condizione può essere impostata secondo le caratteristiche del sensore. Ad esempio, il fluido viene erogato ad una vibrazione minima all'interno di una gamma di frequenze di riferimento tramite l'utilizzo di un sensore di accelerazione nella lavorazione alla macchina ad alta precisione.

Secondo la presente invenzione, le portate e le posizioni della pluralità di fori di erogazione di fluido possono essere impostate in modo indipendente, cosicché la gabbia possa essere ruotata stabilmente nonostante la variazione di velocità di rotazione o l'assetto del mandrino. Inoltre, la portata e la posizione del fluido possono essere regolate in modo tale da ottimizzare il valore rilevato dal sensore attaccato al dispositivo mandrino. Pertanto è possibile produrre l'effetto per cui non è più necessaria la precisione di rotazione del mandrino e inoltre è possibile produrre l'effetto per cui si evitano danni al cuscinetto causati da abrasioni della gabbia.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 è una vista in sezione trasversale verticale che mostra un dispositivo mandrino secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una vista in sezione trasversale laterale che mostra il dispositivo mandrino;

La figura 3 è una vista in sezione trasversale che mostra una parte della figura 1 ingrandita;

la figura 4 è una vista in sezione trasversale che mostra una modifica della parte mostrata in figura 3, equivalente alla figura 3;

la figura 5 è una tabella che illustra la quantità di erogazione di aria; e

la figura 6 è un diagramma che spiega gli angoli di inclinazione di un mandrino.

Descrizione dettagliata della forma di realizzazione preferita

Sarà data di seguito una descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita secondo la presente invenzione in riferimento ai disegni che 1'accompagnano.

Nella descrizione di seguito si fa riferimento al lato sinistro della figura 1 come lato sinistro inoltre sì fa riferimento al lato opposto al lato sinistro come lato destro. Inoltre, il lato sinistro è il lato anteriore mentre il lato destro è il lato posteriore .

Il dispositivo mandrino è dotato di un mandrino cavo 11 avente un asse nella direzione orizzontale, un manicotto cilindrico orizzontalmente 12 disposto attorno al mandrino 11, un primo cuscinetto 21 e un secondo cuscinetto 22 che supportano il mandrino 11 sul suo lato sinistro con un intervallo assiale, un terzo cuscinetto 23 che supporta il mandrino 11 sul suo lato destro, un alloggiamento di sinistra 24 che circonda il primo cuscinetto 21 e il secondo cuscinetto 22 ed è fissato alla superficie interna del manicotto 12 e un alloggiamento di destra 25 che circonda il terzo cuscinetto 23 ed è fissato alla superficie interna del manicotto 12.

Su una superficie esterna del mandrino 11 sono formate una porzione di diametro grande 31, una porzione di diametro medio 32 e una porzione di diametro piccolo 33 in sequenza tramite gradini da sinistra a destra.

Uno statore 35 per un motore 34 è fissato alla superficie interna del manicotto 12 tra il secondo cuscinetto 22 e il terzo cuscinetto 23. Inoltre, un otore 36 per il motore 34 è fissato sulla superficie esterna del mandrino 11 in modo tale da corrispondere allo statore 35.

Su una estremità di sinistra della superficie interna dell'alloggiamento di sinistra 24 è disposta una sporgenza anulare verso l'interno di sinistra 37. Al contempo, sull'estremità di destra della superficie interna dell'alloggiamento di destra 25 è disposta una sporgenza anulare verso l'interno di destra 38.

I cuscinetti dal primo al terzo 21-23 hanno la stessa struttura. La figura 3 in particolare mostra il secondo cuscinetto 22. Il secondo cuscinetto 22 comprende un anello esterno 41 fissato sulla superficie interna dell'alloggiamento di sinistra 24, un anello interno 42 fissato sulla superficie esterna del mandrino 11, una pluralità di elementi rotanti 43 interposti tra l'anello esterno 41 e l'anello interno 42 e una gabbia 44 che viene ruotata insieme agli elementi rotanti 43 sotto la guida di una superficie interna dell'anello esterno 41 in modo da trattenere gli elementi rotanti 43 ad intervalli predeterminati.

Sempre in riferimento alla figura 1, una sede intermedia 45 dell'anello esterno fissata sulla superficie interna dell'alloggiamento di sinistra 24 è interposta tra gli anelli esterni 41 del primo cuscinetto 21 e il secondo cuscinetto 22. Al contempo, una sede intermedia 46 di anello interno fissata sulla superficie esterna del mandrino 11 è interposta tra gli anelli interni 42 di entrambi i cuscinetti 21 e 22.

Un'apertura di sinistra del manicotto 12 è coperta con un cappuccio pressore 51. Il cappuccio pressore sinistro 51 preme gli anelli esterni 41 del primo cuscinetto 21 e del secondo cuscinetto 22 verso la sporgenza anulare verso l'interno di sinistra 37 insieme alla sede intermedia 45 dell'anello esterno. Un dado di pressione sinistro 52 è avvitato sul lato destro del secondo cuscinetto 22. Il dado di pressione sinistro 52 preme gli anelli interni 42 del primo cuscinetto 21 e del secondo cuscinetto 22 contro il gradino della porzione di dimetro grande 31 e della porzione di diametro medio 32 insieme alla sede intermedia 46 dell'anello interno. Un'apertura di destra del manicotto 12 è coperta da un cappuccio pressore 53. Il cappuccio pressore destro 53 preme l'anello esterno 41 del terzo cuscinetto 23 verso la sporgenza anulare verso l'interno di destra 38. Un dado di pressione destro 54 è fissato sul lato destro del terzo cuscinetto 23. Il dado di pressione destro 54 preme l'anello interno 42 del terzo cuscinetto 23 contro il gradino della porzione a diametro medio 32 e la porzione a diametro piccolo 33.

Sempre in riferimento alla figura 3, è formata una scanalatura anulare di apertura verso l'interno 61 sulla superficie del lato destro della sede intermedia 45 dell'anello esterno in modo tale da trovarsi di fronte ad un gioco definito tra l'anello esterno 41 e l'anello interno 42 nel secondo cuscinetto 22. Su una porzione appena sul lato sinistro del secondo cuscinetto 22, sono formati rispettivamente un foro 62 di erogazione di aria verso l'esterno sul manicotto 12 e un foro 63 di erogazione di aria verso l'interno sull'alloggiamento sinistro 24, in modo tale che sia formato un foro 64 di erogazione di aria verso l'interno sulla sede intermedia 45 dell'anello esterno in modo continuo in allineamento verso l'interno e verso l'esterno. La scanalatura anulare 61 e il fondo del foro 64 di erogazione di aria verso l'interno sono collegati l'uno all'altro attraverso un foro di comunicazione 65. Questi fori 62 di erogazione di aria verso l'esterno, fori 63 di erogazione di aria verso l'interno, fori 64 di erogazione di aria verso l'interno e fori di comunicazione 65 sono formati nello stesso modo sul lato destro del primo cuscinetto 21 e sul lato sinistro del terzo cuscinetto 23, rispettivamente. Il foro 62 di erogazione di aria verso l'esterno, il foro 63 di erogazione di aria verso l'interno, il foro 64 di erogazione di aria verso 1'interno e il foro di comunicazione 65 che corrispondono a ciascuno dei cuscinetti 21-23 sono formati su quattro punti I-IV che divìdono in modo equìdistanziato il manicotto 12, l'alloggiamento e la sede intermedia 45 dell'anello esterno, come mostrato in figura 2.

La figura 4 mostra una modifica della scanalatura anulare 61, il foro 62 di erogazione di aria verso l'esterno, il foro 63 di erogazione di aria verso 1'intero, il foro 64 di erogazione di aria verso l'interno e il foro di comunicazione 65. In questa modifica, viene erogata aria direttamente tra l'anello esterno 41 e l'anello esterno 42 nel secondo cuscinetto 22 senza alcun collegamento tra la scanalatura anulare 61 e il foro di comunicazione 65. Sono formati un foro 66 di erogazione di aria verso l'esterno, un foro 67 di erogazione di aria verso l'interno e un altro foro 68 di erogazione di aria verso l'interno in modo tale da passare tra l'anello esterno 41 e l'anello interno 42 nel secondo cuscinetto 22. Il foro 68 di erogazione di aria verso l'interno penetra verso l'interno e verso l'esterno dell'anello esterno 41 nel secondo cuscinetto 22.

Ritornando alla figura 1, ciascuno dei fori 62 di erogazione di aria verso l'esterno è collegato ad un compressore 72 in un apparecchio di erogazione di aria tramite un regolatore della portata 71. Ciascuno dei regolatori della portata 71 è comandato da un dispositivo di comando 73.

Un sensore dì rilevamento della velocità dì rotazione 74 è attaccato sulla superficie laterale del cappuccio pressore destro 53 in modo tale da esporre l'estremità del lato destro del mandrino 11. Inoltre, un sensore di rilevamento di accelerazione 75 è attaccato ad una porzione intermedia in una direzione longitudinale della superficie esterna del manicotto 12.

In seguito sarà descritta un'operazione di erogazione di aria.

In primo luogo, il sensore di rilevamento di velocità di rotazione 74 rileva la velocità di rotazione del mandrino 11. Per inciso, la velocità di rotazione può essere rilevata utilizzando un valore di comando di controllo del mandrino. Al rilevamento della velocità di rotazione, si determina una portata dì aria, in riferimento ad un tabella creata precedentemente, illustrata in figura 5. La tabella mostra le quantità di erogazione per velocità di rotazione (giri al minuto) del mandrino alle posizioni I-IV in figura 2 sul foro 62 di erogazione di aria verso l'esterno, il foro 63 di erogazione di aria verso l'interno e il foro 64 di erogazione di aria verso l'interno che corrispondono a ciascuno dei cuscinetti 21-23 su sei livelli 0-5. Anche se la quantità di erogazione è impostata per 2000 giri al minuto nella tabella illustrata in figura 5, essa può essere impostata ulteriormente in modo suddiviso. In alternativa, nel caso di una velocità di rotazione intermedia come da 0 a 2000 giri al minuto o da 2000 a 4000 giri al minuto, da 0 a 999 giri al minuto, ad esempio, è impostata a 0 giri al minuto oppure da 1000 a 1999 giri al minuto, ad esempio, è impostata a 2000 giri al minuto. I valori di riferimento nella tabella illustrata in figura 5 sono impostati in modo tale che la portata di aria aumentata in una direzione mantenga un equilibrio dato che possono verificarsi la vibrazione della gabbia 44 e lo sbilanciamento a causa dell'ampio gioco tra l'anello esterno 41 e la gabbia 44 dovuto a una forza centrifuga ridotta della gabbia 44 o un'espansione termica ridotta durante la rotazione a bassa velocità da 0 a 6000 giri al minuto. La portata di aria è impostata in modo tale da ridursi quando la vibrazione della gabbia 44 sì riduce a causa del gioco ridotto tra l'anello esterno 41 e la gabbia 44 durante la rotazione ad alta velocità da 8000 giri al minuto in su. E' inviato un comando come valore di riferimento a ciascuno dei regolatori della portata 71 dal dispositivo di comando 73, per regolare così la portata di aria.

La figura 6 illustra l'assetto del mandrino 11, ovvero gli angoli di inclinazione Θ1-Θ4. Gli angoli di inclinazione Θ1-Θ4 indicano angoli in riferimento ad uno stato in verticale verso il basso del mandrino 11. Dapprima vengono rilevati gli angoli di inclinazione Θ1-Θ4 del mandrino 11. L'angolo di inclinazione può essere rilevato in base ad un valore di comando di angolo del mandrino o a un valore di rilevamento dal sensore di rilevamento dell'angolo fissato sul dispositivo mandrino. Al rilevamento degli angoli di inclinazione Θ1-Θ4, la portata di aria viene determinata in riferimento ad una tabella creata precedentemente, non illustrata, in conformità con la figura 5.

Al fine di creare una tabella, bisogna prendere in considerazione quanto segue. L'assetto della gabbia 44 per guidare l'anello esterno 41 varia in base al proprio peso dato che il gioco è definito tra la superficie circonferenziale interna dell'anello esterno 41 e l'elemento rotante 43. Quando l'angolo di inclinazione del mandrino 121 è pari per esempio a 90°, ovvero Θ2 o Θ4, il centro della rotazione della gabbia 44 si sposta verso il basso. Se la rotazione continua in questo modo crea uno squilibrio, che può pertanto generare un rumore anomalo o una vibrazione anomala. Al fine di impedire che si verifichino anomalie di questo tipo, viene impostata la portata di aria in ciascuna delle posizioni I-IV. La tabella può essere creata prendendo in considerazione la velocità di rotazione. In alternativa, è possibile utilizzare contemporaneamente anche la tabella illustrata in figura 5 creata per la velocità di rotazione .

Successivamente, nel caso in cui venga rilevata una vibrazione generata nel mandrino e la portata di aria venga impostata in modo da eliminare la vibrazione, verrà descritto un esempio nel quale la portata di aria in ciascuna delle posizioni I-IV è impostata tramite l'utilizzo del sensore di rilevamento della velocità di rotazione 74 e del sensore di rilevamento dell'accelerazione 75.

Il sensore di rilevamento di accelerazione 75 rileva l'asse del manicotto 12 e un'accelerazione verticale. La frequenza di un segnale ottenuto dal sensore di rilevamento di accelerazione 75 è analizzata in tempo reale oppure il segnale è conservato in memoria e, successivamente, è analizzata la sua frequenza in modo tale che venga estratto soltanto un componente multiplo della frequenza di rotazione. Il componente multiplo da estrarre può essere determinato in modo arbitrario. Il sensore di rilevamento di velocità di rotazione 74 fornisce la componente di frequenza di rotazione del mandrino 11. Nel caso in cui la dimensione del segnale che indica il componente multiplo estratto sia maggiore di una soglia predeterminata come risultato di un confronto, viene specificata una fase avente una vibrazione maggiore nella direzione di rotazione del mandrino tramite il sensore di rilevamento di velocità di rotazione 74 e, successivamente, vengono determinate la portata e la direzione dell'aria in modo tale da ridurre la vibrazione della fase. Nel caso in cui si prendano in considerazione entrambi gli assi e la vibrazione orizzontale, ciascuno dei valori può essere impostato in modo da ridursi tramite l'utilizzo del sensore di rilevamento di accelerazione biorientato 75. Inoltre sono preparati veri tipi di modelli di erogazione di aria al fine di ridurre la vibrazione e, successivamente, possono essere determinate la portata e la direzione dell'aria testando i modelli in sequenza. In alternativa, la portata di aria può essere regolata manualmente in modo tale da ridurre il valore del sensore di vibrazione monitorando al contempo il valore della vibrazione.

Anche se il sensore di rilevamento di accelerazione 75 è utilizzato come esempio per ottenere la vibrazione nella forma di realizzazione preferita, possono essere utilizzati singolarmente o in combinazione come unità per il rilevamento di informazioni relative alla vibrazione un sensore di pressione sonora e un sensore di spostamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo mandrino comprendente: una unità di erogazione che eroga fluido da tre o più punti distanziati in una direzione circonferenziale tra un anello esterno e un anello interno dì un cuscinetto che supporta un mandrino; e una unità di comando che controlla la quantità di erogazione di fluido erogato dall'unita di erogazione in modo tale da variare indipendentemente la quantità di erogazione in ciascuno dei punti di erogazione .
2. Dispositivo mandrino secondo la rivendicazione 1, in cui la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando è determinata in base alla velocità di rotazione del mandrino.
3. Dispositivo mandrino secondo la rivendicazione 1, in cui la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando è determinata in base all'angolo di inclinazione del mandrino.
4. Dispositivo mandrino secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: un sensore che rileva la vibrazione del mandrino, la quantità di erogazione di fluido comandata dall'unità di comando che è determinata in base ad un valore rilevato dal sensore.