ITTO20130176A1 - Mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo atte a generare superfici sviluppantisi attorno all'asse del mandrino ma non solo di rivoluzione. - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

"Mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo atte a generare superfici sviluppantisi attorno all'asse del mandrino ma non solo di rivoluzione"

Il presente trovato riguarda un mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo, atte a generare superfici sviluppantisi attorno all'asse del mandrino ed aventi un profilo desiderato non necessariamente di rivoluzione.

Come noto, la lavorazione di pezzi meccanici per la generazione di superfici di rivoluzione concave o convesse può essere eseguita tramite macchine in cui, al contrario dei torni, l'utensile è fissato ad un mandrino motorizzato mentre il pezzo si sposta rispetto al mandrino lungo due assi tra loro perpendicolari (cosiddette lavorazioni con velocità di taglio generata dall'utensile).

In questo ambito di lavoro è anche noto di generare superfici il cui profilo, pur sviluppandosi genericamente attorno all'asse del mandrino, non è di rivoluzione, p.es., superfici a profilo ellittico o più generalmente "schiacciato". In tal caso, durante la rotazione del mandrino l'utensile viene fatto muovere radialmente con moto sincronizzato rispetto al mandrino, per esempio su comando di un meccanismo a pignone/cremagliera, in modo tale da variare ciclicamente il diametro di taglio, con periodo del ciclo corrispondente ad un giro macchina.

Come ben noto all'esperto del ramo, i mandrini porta-utensile di questo tipo hanno l'inconveniente che meccanismi di trasmissione, quale quello menzionato a pignone/cremagliera, al momento dell'inversione del moto legato al movimento alternativo dell'utensile presentano un gioco (gioco all'inversione) che inevitabilmente pregiudica la precisione della lavorazione.

Un altro inconveniente è che le inerzie del meccanismo di trasmissione limitano la la velocità radiale dell'utensile nel suo moto alternativo e, di conseguenza, la velocità di rotazione del mandrino (dalla quale dipende la velocità di taglio) che deve essere sincronizzata con essa, con ulteriori ripercussioni negative sul grado di finitura e sui tempi di lavorazione.

Lo scopo principale del presente trovato è pertanto quello di realizzare un mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo con velocità di taglio generata dall'utensile, atte a generare superfici sviluppantisi attorno all'asse del mandrino ed aventi un profilo desiderato non necessariamente di rivoluzione, che consenta di lavorare il pezzo con velocità di taglio più elevate rispetto ai sistemi noti e con grado di finitura sensibilmente migliorato.

Il suddetto scopo ed altri vantaggi, quali risulteranno più chiaramente dal seguito della descrizione, sono raggiunti dal mandrino avente le caratteristiche esposte nella rivendicazione 1, mentre le rivendicazioni dipendenti definiscono altre caratteristiche vantaggiose del trovato, ancorché secondarie.

Si descriverà ora in maggior dettaglio il trovato, con riferimento ad una sua forma di esecuzione preferita ma non esclusiva illustrata a titolo d'esempio non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la Fig. 1 è una vista in sezione assiale di un mandrino porta-utensile motorizzato secondo il trovato;

la Fig.2 illustra un dettaglio in scala ingrandita di Fig. 1;

la Fig.3 è un grafico illustrante l'andamento nel tempo delle velocità di rotazione del mandrino secondo il trovato, durante la generazione di un profilo non di rivoluzione;

la Fig.4 è un diagramma polare illustrante il profilo generato dalla lavorazione di Fig. 3, in cui le variazioni di curvatura in un giro di rotazione del mandrino sono molto accentuate.

Con riferimento alle Figure sopra citate, un mandrino motorizzato 10 secondo il trovato è racchiuso in un corpo cavo 12 che comprende una parete tubolare 12a chiusa ad una sua estremità da una parete trasversale 12b presentante un'apertura assiale 16, ed un corpo tubolare 12c avente un'estremità flangiata 12d tramite la quale è imbullonato coassialmente all'altra estremità della parete tubolare 12a. Alla base della parete trasversale 12b è saldata una piastra di fissaggio 22 tramite la quale il corpo cavo 12 è imbullonato su un basamento 23.

All'interno del corpo cavo 12 è ricevuto coassialmente un primo albero cavo, o albero esterno 28. L'albero esterno 28 presenta una porzione di maggior diametro 28a che è supportata girevolmente all'interno del corpo tubolare 12c da una coppia di cuscinetti 30. Da un'estremità assiale della porzione di maggior diametro 28a si sviluppa assialmente una porzione di minor diametro 28b che si protende all'interno della parete tubolare 12a, tra le due porzioni essendo definita una battuta anulare 28c.

All'interno dell'albero esterno 28 è supportato girevolmente un secondo albero, o albero interno 32, disposto con il suo asse IA parallelo ma eccentrico rispetto all'asse OA dell'albero esterno 28. In particolare, tra il primo albero 28 ed il secondo albero 32 è interposto un manicotto 33, che è ricevuto solidalmente in un foro longitudinale eccentrico 34 del primo albero 28 e supporta girevolmente il secondo albero 32 in una sua cavità anch'essa eccentrica 35, tramite una terna di cuscinetti 36. In tal modo, l'eccentricità dell'albero interno 32 rispetto all'albero esterno 28 è realizzata in due passaggi, ossia, tramite la disposizione eccentrica del manicotto 33 rispetto all'albero esterno 28, e la disposizione eccentrica dell'albero interno 32 rispetto al manicotto 33. Naturalmente, tale soluzione è da intendersi come preferita ma non indispensabile, potendosi realizzare l'eccentricità anche in un unico passaggio senza l'ausilio di un manicotto intermedio.

L'albero interno 32 presenta un'estremità di presa cilindrica 42 rivolta verso la parete trasversale 12b, ed un'estremità opposta che porta solidale coassialmente (rispetto all'asse dell'albero interno 32) un tamburo porta-utensile 43. Quest'ultimo presenta una sede periferica 44 nella quale è fissato un utensile di taglio 46. In modo convenzionale di per sé, l'utensile di taglio 46 comprende un supporto 46a al quale è fissato un inserto di taglio 46b.

Il corpo cavo 12 alloggia la componentistica di un motore elettrico a flusso assiale incorporato nel mandrino e genericamente indicato con 47. In particolare, sul lato interno della parete trasversale 12b sono avvitati una pluralità di avvolgimenti 48 equidistanziati angolarmente intorno all'asse dell'albero esterno 28. Gli avvolgimenti 48 si affacciano ad un disco 50 forato assialmente e portante perifericamente una pluralità di magneti (non visibili nelle Figure), che è calzato sulla porzione di minor diametro 28b dell'albero esterno 28 ed è avvitato sulla battuta anulare 28c. A tal proposito, per semplicità, nella presente descrizione e nelle rivendicazioni il disco 50 sarà genericamente denominato "disco magnetico", intendendosi con tale dicitura qualsiasi disco presentante un configurazione magnetica tale da concatenarsi col flusso assiale generato dagli avvolgimenti 48 in modo tale da generare una coppia motrice sull'albero esterno 28.

Esternamente alla parete trasversale 12b è montato un coperchio 54 forato assialmente, al quale è fissato un servomotore 58 disposto coassiale all'albero esterno 28. L'albero motore 60 del servomotore 58 è collegato all'estremità di presa 42 dell'albero interno 32 tramite un giunto meccanico 62 capace di compensare i disallineamenti derivanti dall'eccentricità dell'albero interno 32 rispetto all'albero motore 60.

Con particolare riferimento alla Fig.2, il giunto meccanico 62 comprende una prima piastra rettangolare 64 trasversale all'asse del servomotore 58, presentante un foro 66 nel quale è serrata l'estremità dell'albero motore 60. La prima piastra 64 è collegata ad una seconda piastra rettangolare 68 ad essa parallela tramite una prima coppia di lamine tra loro parallele 70, 72 che si estendono longitudinalmente tra rispettivi lati opposti delle piastre 64, 68. La seconda piastra 68 presenta una finestra 73 attraverso la quale si inserisce con ampio gioco il codolo 42 dell'albero interno 32. Tra le due piastre 64, 68 si estende longitudinalmente un cannotto 74 con estremità flangiate 76, 78. La seconda piastra 68 è collegata all'estremità flangiata 76 che si affaccia alla prima piastra 64 tramite una seconda coppia di lamine tra loro parallele, quale 80, estendentisi perpendicolarmente alle prime due lamine 70, 72 tra gli altri due lati opposti delle piastre 64, 68. Il cannotto 74 è attraversato da un foro assiale 75 presentante un tratto di maggior diametro 75a che si apre verso la prima piastra 64 ed è parzialmente impegnato con ampio gioco dall'estremità dell'albero motore 60, ed un tratto di minor diametro 75b che si apre verso la seconda piastra 68, nella quale è serrata l'estremità di presa cilindrica 42.

Il giunto 62 realizzato come sopra permette di trasmettere il moto rotatorio dall'albero motore 60 all'albero interno 32 compensando la loro reciproca eccentricità tramite leggere flessioni elastiche delle due coppie di lamine. In sostanza, le lamine consentono alla prima piastra 64, durante la rotazione, di traslare leggermente rispetto alla seconda piastra 68 su un piano trasversale all'asse dell'albero interno 32, lungo due assi tra loro perpendicolari.

Il motore 47 ed il servomotore 58 sono operativamente collegati ad un'unità di controllo numerico NC (solo schematizzata in Fig. 1) programmabile per variare la velocità di rotazione relativa del servomotore 58 rispetto all motore 47 con andamento ciclico, dove il periodo del ciclo corrisponde ad un giro macchina, al fine di generare superfici aventi un profilo desiderato sviluppantesi attorno all'asse del mandrino senza essere necessariamente di rivoluzione. L'effettiva realizzazione e la programmazione dell'unità di controllo numerico rientrano nelle normali conoscenze dell' esperto del ramo e pertanto non sarà qui approfondita.

A titolo d'esempio, in Fig. 3 la linea OS e la linea IS mostrano rispettivamente l'andamento delle velocità di rotazione dell'albero esterno 28 e dell'albero interno 32 durante un ciclo che permette di generare il profilo P illustrato in Fig.4. Come si vede, solo nei tratti in cui i due alberi ruotano alla medesima velocità il profilo generato descrive un arco di cerchio, mentre nei tratti in cui i due alberi ruotano a velocità diverse il diametro di taglio varia continuamente generando un profilo curvo non circolare.

La rotazione reciproca dell'albero interno 32 rispetto all'albero esterno 28 (i quali, tuttavia, ruotano nella stessa direzione rispetto ad un osservatore fisso), determinata dalla modulazione della velocità di rotazione del servomotore 58 rispetto al motore 47, consente di variare il diametro di taglio durante un giro macchina in modo fluido ed istantaneo (a differenza di quanto capita coi sistemi convenzionali per via dei giochi all'inversione che caratterizzano, p.es., le trasmissioni a pignone/cremagliera) da un diametro minimo ad un diametro massimo nell'arco di 180° di rotazione reciproca, il che permette di generare superfici arrotondate con finitura estremamente elevata, dell'ordine di 1 µm, con un profilo desiderato non di rivoluzione. Naturalmente, facendo ruotare l'albero interno 32 e l'albero esterno 28 alla medesima velocità si potranno anche ottenere superfici di rivoluzione.

Come l'esperto del ramo potrà apprezzare, controllando le velocità di rotazione dei motori con una frequenza di campionamento sufficientemente elevata, p.es., dell'ordine di 11 kHz, è possibile lavorare il pezzo con velocità di rotazione molto elevate, anche superiori a 1000-1200 giri/min, con conseguenti vantaggi in termini di finitura e di tempi di lavorazione.

Nell'esempio illustrato, il tagliente dell'utensile 46 è rivolto verso l'interno per lavorare superfici esterne, ma naturalmente l'utensile 46 può essere ribaltato con il suo tagliente rivolto verso l'esterno per lavorare superfici interne.

Si è descritta una realizzazione preferita del trovato, ma naturalmente il tecnico del ramo potrà apportare diverse modifiche e varianti nell'ambito delle rivendicazioni. Per esempio, il giunto meccanico descritto potrebbe essere sostituito da altro giunto idoneo allo scopo o addirittura potrebbe essere rimosso utilizzando un servomotore con traferro sufficientemente ampio da compensare l'eccentricità dell'albero cavo interno 32.

Claims (8)

1. "Mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo atte a generare superfici sviluppantisi attorno all'asse del mandrino ma non solo di rivoluzione" Rivendicazioni 1. Mandrino porta-utensile motorizzato per lavorazioni ad asportazione di truciolo, comprendente un corpo (12) che supporta girevolmente attorno ad un primo asse (OA) un primo albero cavo (28) trascinato in rotazione da primi mezzi motori (47), caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo albero (32) portante perifericamente un utensile di taglio (46), che è supportato girevolmente all'interno del primo albero cavo (28) attorno ad un secondo asse (IA) parallelo ed eccentrico rispetto a detto primo asse, ed è trascinato in rotazione da secondi mezzi motori (58), detti primi mezzi motori (47) e detti secondi mezzi motori (58) essendo comandati da un'unità di controllo (NC) programmabile per variare la loro velocità di rotazione relativa con andamento ciclico avente periodo corrispondente ad un giro macchina, in modo da generare superfici sviluppantisi attorno all'asse di detto primo albero (28) ed aventi un profilo desiderato non necessariamente di rivoluzione.
2. 2. Mandrino secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primi mezzi motori comprendono un motore a flusso assiale (47) presentante una pluralità di avvolgimenti (48) solidali a detto corpo (12), disposti intorno all'asse di detto primo albero (28) ed affacciantisi ad un disco magnetico (50) solidale coassialmente a detto primo albero (28).
3. 3. Mandrino secondo una delle rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi motori comprendono un servomotore (58).
4. 4. Mandrino secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi motori (58) sono collegati a detto secondo albero (32) tramite un giunto meccanico (62) atto a compensare i disallineamenti derivanti dall'eccentricità di detto secondo albero (32) rispetto all'albero motore (60) di detti secondi mezzi motori (58).
5. 5. Mandrino secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto giunto meccanico (62) comprende: - un primo elemento di fissaggio (64) solidale a detto albero motore (60), - un secondo elemento di fissaggio (68) collegato al primo elemento di fissaggio (64) da una prima coppia di lamine longitudinali tra loro parallele (70, 72), detto secondo elemento di fissaggio (68) essendo attraversabile longitudinalmente da detto secondo albero (32), - un cannotto (74) estendentesi longitudinalmente tra detti primo elemento di fissaggio (64) e secondo elemento di fissaggio (68), ed avente un'estremità affacciantesi al primo elemento di fissaggio (64) e collegata al secondo elemento di fissaggio (68) tramite una seconda coppia di lamine parallele (80, 82) estendentisi perpendicolarmente alla prima coppia di lamine (70, 72), ed un'estremità opposta affacciantesi al secondo elemento di fissaggio (68) e collegata a detto secondo albero (32).
6. 6. Mandrino secondo una delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che detti secondi mezzi motori (58) sono muniti di un albero motore collegato direttamente a detto secondo albero (32) e presentante un traferro sufficientemente ampio da compensare l'eccentricità di detto secondo albero (32) rispetto all'albero motore.
7. 7. Mandrino secondo una delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto che tra detto primo albero (28) e detto secondo albero (32) è interposto un manicotto (33) ricevuto solidalmente in una cavità longitudinale eccentrica (34) di detto primo albero (28) e supportante girevolmente detto secondo albero (32) in una sua cavità eccentrica (35).
8. 8. Mandrino secondo una delle rivendicazioni 1-7, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo (NC) è programmata per mantenere la velocità di detti primi mezzi motori (47) fissa durante la lavorazione e variare ciclicamente la velocità di detti secondi mezzi motori (58).