ITTO960355A1 - Sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento di una macchi na. - Google Patents

Sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento di una macchi na. Download PDF

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diaphragm
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IT96TO000355A
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Charles J Kis
James K Jourdan
Paul A Huck
Peter J Bever
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Giddings & Lewis
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento di una macchina"
La presente invenzione si riferisce in generale ad un sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento di una macchina, ed in particolare ad un sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento che possa essere disposto fra la testa porta-utensili ed il basamento di una macchina utensile per mantenere un allineamento accurato della testa porta -utensili.
In molte macchine, quali macchine utensili, un utensile per compiere certe operazioni è connesso in modo amovibile ad un basamento rigido. Per svolgere con precisione certe operazioni, quali il taglio di un pezzo, è spesso necessario mantenere l'orientamento dell'utensile nel modo più consistente possibile.Tuttavia, l'usura dei componenti della macchina, la forza esercitata contro l'utensile dal pezzo, le forze dovute a masse in movimento e l'espansione o contrazione di componenti dovute a variazioni localizzate o ambientali di temperatura sono esempi di influenze che hanno effetto sull'orientamento o allineamento dell'utensile. Questo è un particolare problema nel mantenimento di un allineamento preciso della testa porta-utensile e del tagliente in una tipica macchina utensile.
Procedimenti o sistemi esistenti per mantenere l'allineamento di componenti di macchine includono lavorazioni accurate di superfici di sopporto e guida, quali vie di corsa, raschiettatura a mano di superfici di sopporto e guida, applicazione di fissaggi e resina epossidica non restringibile per allineare superfici di guida e l'inclusione di sopporti strutturali ridondanti nella struttura per distorcere la struttura complessiva in uno sforzo di ottenere gli allineamenti desiderati. Questi procedimenti e sistemi di allineamento, tuttavia, sono permanenti e non possono essere facilmente modificati una volta inizialmente stabiliti.Quindi,modifiche causate da carichi o usura di componenti hanno ancora effetti molto indesiderabili sull'allineamento dell'utensile. Questo ha effetti nocivi sulle prestazioni complessive della macchina.
inoltre, i costi di produzione associati a questi procedimenti possono essere difficili da prevedere. il costo tende ad aumentare rapidamente quando sono richieste tolleranze più strette, a causa della necessaria precisione con cui devono essere costruiti vari componenti della macchina. Sarebbe vantaggioso avere un sistema che non richiede una tale costruzione precisa di componenti di macchina.
Altri tentativi sono stati fatti per alleviare i problemi dell'allineamento. In alcuni dispositivi vengono fatte correzioni dell'allineamento dell'utensile regolando le slitte o vie di corsa della macchina. In almeno un dispositivo, vengono fatte correzioni deformando la struttura della macchina tramite espansione e contrazione termica. Quest'ultimo dispositivo utilizza una pluralità di camicie di raffreddamento e riscaldatori montati attorno alla base della macchina. Quindi, diverse porzioni della base della macchina possono essere riscaldate o raffreddate per ottenere una torzione della struttura ed un riallineamento dell'utensile. Questo approccio può essere problematico, poiché i tempi di risposta sono relativamente lunghi, inoltre, il controllo dell'allineamento agisce tramite la struttura della macchina piuttosto che direttamente sulla testa porta-utensili,quindi complicando la correzione dell'allineamento.
Sarebbe vantaggioso fornire un sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento di una macchina che agisca direttamente sul gruppo della testa porta-utensile per regolare velocemente l'orientamento dell'utensile.
' La presente invenzione riguarda un sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento .di una macchina utilizzabile con una macchina utensile del tipo che movimenta un utensile per compiere un'operazione su un pezzo. Il sistema attuatore è destinato a mantenere un allineamento preciso dell'utensile e comprende un basamento ed un gruppo scorrevole della macchina configurato per trattenere l'utensile lungo un dato asse posizionato nello spazio. Un gruppo attuatore è disposto fra il gruppo scorrevole della macchina ed il basamento. Il gruppo attuatore ha una pluralità di attuatori e ciascun attuatore è disposto in una posizione caratteristica. Regolando ciascun attuatore indipendentemente. il gruppo scorrevole della macchina e l'utensile possono essere riorientati.
v Secondo aspetti più dettagliati dell'invenzione, la pluralità di attuatori può comprendere diaframmi cooperanti con il porta-utensile per formare cavità per ricevere fluido pressurizzato. Pressurizzando selettivamente le cavità, i diaframmi sono costretti a flettere e così regolano l'orientamento del gruppo porta-utensili.
L'invenzione verrà descritta nel seguito con riferimento ai disegni annessi, in cui gli stessi numeri di riferimento indicano gli stessi elementi, e :
la fig.l è una rappresentazione schematica del sistema attuatore per la compensazione dell'allineamento della macchina secondo una forma di attuazione preferita dell'invenzione;
la fig.2 è una vista frontale di una forma di attuazione del sistema attuatore per l'allineamento della macchina incorporante diaframmi secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;
la fig,3 è una vista dall'alto parzialmente sezionata della forma di attuazione illustrata nella fig.2;
la fig.4 è una sezione illustrante uno dei diaframmi connessi al gruppo scorrevole della macchina; e
la fig.5 è una vista interna di un diaframma utilizzato in congiunzione con una forma di attuazione dell'invenzione.
Riferendosi in generale alla fig.l, un sistema di allineamento di una macchina utensile 10, secondo una forma di attuazione preferita della presente invenzione, è illustrato come includente una macchina utensile 12 del tipo progettato per muovere un utensile 14 per compiere un'operazione su un pezzo 16. Nella forma di attuazione illustrata, il pezzo 16 è montato su un pallet porta-pezzo 18 e l'utensile 14 è orientato secondo un asse preferito o desiderato 20 fisso nello spazio. L'utensile illustrato 14 è per la formatura del pezzo 16, ma nell'ambito della presente invenzione sono compresi un’ampia varietà di utensili. Ad esempio, l'utensile 14 può comprendere taglienti con taglio a cesoia, taglienti rotativi, quali fresa a bottone o punte di foratura e sonde per tastare certi parametri del pezzo 16.
La macchina utensile 12 include un basamento 22 ed il basamento 22 può includere almeno una superficie di riferimento o via di corsa 24. Preferibilmente, il basamento 22 include una coppia di vie di corsa 24.
Un gruppo scorrevole della macchina 26 è montato in modo mobile sul basamento 22 e nella forma di attuazione illustrata è montato in modo scorrevole lungo le vie di corsa 24. Tuttavia, il gruppo scorrevole della macchina 26 e le vie di scorrimento 24 possono essere montati in una varietà di orientamenti lungo vari assi. Il gruppo scorrevole della macchina 26 può includere un porta-utensile 28, quale la trave a sbalzo illustrata o un mandrino girevole oppure il gruppo scorrevole della macchina 26 può essere configurato per ricevere montato su di esso il pezzo 16 o il pallet porta-pezzo 18. Il gruppo scorrevole della macchina 26 può inoltre includere un sopporto 30 montato sul porta-utensile 28.
Un gruppo attuatore 32 include una pluralità di attuatori 34, ciascuno disposto fra il gruppo scorrevole della macchina 26 ed il basamento 22, ad esempio fra le vie di corsa 24 ed il sopporto 30. Ciascun attuatore 34 è disposto in una posizione caratteristica e può essere regolato indipendentemente per riorientare il gruppo scorrevole della macchina 26, e quindi l'utensile 14, rispetto all'asse desiderato 20 ed al pezzo 16. Gli attuatori 34 ed il gruppo scorrevole della macchina 26 possono anche essere disposti fra il basamento ed il pezzo 16 per regolare il pezzo rispetto all'asse 20 e l'utensile 14.
Gli attuatori 34 possono essere realizzati in una varietà di forme che siano adatte a produrre movimenti laterali rispetto al basamento 22.Attuatori esemplificativi includono ceramichepiezoelettriche, quali quelle prodotte dalla EDO Corporation, gruppi a diaframma 36 come illustrati nelle rimanenti figure, o vari altri dispositivi attuatori.
Gli attuatori 34 sono preferibilmente controllati da un controllore numerico 38 della macchina utensile 12 che può essere programmato per regolare gli attuatori 34 per compensare una varietà di errori angolari prodotti da effetti esterni, quali componenti di usura, distorsioni termiche e forze agenti contro l'utensile 14. Potrebbero anche essere usati altri controllori noti alle persone di ordinaria esperienza nel settore.
A seconda dei tipi di errori che il sistema di allineamento dell'utensile 10 è destinato a correggere, il controllore 38 può essere programmato con appropriati algoritmi di controllo per compensare gli errori di allineamento come sarebbe noto ad una persona di ordinaria esperienza nel settore. Ad esempio, il controllore 38 potrebbe essere programmato per comandare attuatori 34 sulla base di condizioni di allineamento della macchina misurate precedentemente per una data posizione dell'utensile, o con appropriati sensori (non illustrati) potrebbe essere ottenuto un sistema di allineamento ad anello chiuso nel funzionamento. La presente invenzione non è limitata ad alcun particolare algoritmo di controllo ed il controllore 38 può essere programmato con una varietà di algoritmi di controllo in funzione della desiderata correzione di errore per un particolare tipo di macchina o utilizzo dell'utensile 14.
Nella forma di attuazione illustrata in cui gli attuatori 34 comprendono gruppi a diaframma 36, almeno una valvola riduttrice di pressione 40, quale la DRE4K, prodotta da Rexroth Corp., è collegata in comunicazione di fluido con i gruppi a diaframma 36. Preferibilmente, una valvola riduttrice di pressione 40 è collegata a ciascun gruppo a diaframma corrispondente 36. Le valvole 40 sono anche collegate ad un comando valvola 42, quale il comando valvola MDSD1 , prodotto dalla Rexroth Corp.. Nella forma di attuazione preferita, ci sono quattro attuatori 34 collegati a quattro corrispondenti valvole 40 che, a loro volta, sono collegate a comandi valvola 42. I comandi valvola 42 sono controllati dal controllore 38.
Riferendosi in generale alle figg.2-5, è illustrata in maggiore dettaglio una forma di attuazione specifica dell'invenzione incorporante gruppi a diaframma 36. In questa forma di attuazione, il sopporto 30 comprende una piastra 44 avente porzioni ribassate 46 in una superficie posteriore 48 (vedere le figg.2 e 3). Ciascun gruppo a diaframma 36 include un diaframma 50 avente una cavità interna 52. Ciascun diaframma 50 è collegato alla superficie posteriore 48 all'interno una corrispondente porzione ribassata 46 per racchiudere efficacemente una cavità 52 fra la superficie posteriore 48 ed il diaframma 50, come illustrato nella fig.4.
Preferibilmente, il diaframma 50 è collegato alla piastra 44 mediante una pluralità di elementi di fissaggio 54, quali bulloni, che si estendono attraverso la piastra 44 e sono filettati entro corrispondenti aperture filettate 56 del diaframma 50. Una guarnizione (non illustrata), quale un O-ring elastomerico, è disposta fra il diaframma 50 e la superficie posteriore 48 per assicurare una tenuta ermetica della cavità 52 fra di essi.Come illustrato nella fig.5, il diaframma 50 può includere una scanalatura 57 configurata per trattenere l'O-ring elastomerico nella sua giusta posizione, inoltre.
ciascun diaframma 50 può essere inoltre fissato in posizione da una piastra di ritegno 58 imbullonata ai lati della piastra 44, come illustrato nelle figg.3 e 4.
Come meglio illustrato nelle figg.4 e 5, la forma preferita del diaframma 50 include una piastra a cavità 60, in cui è formata la cavità 52 ed una piastra di attacco 62 opposta alla cavità 52. La piastra a cavità 60 e la piastra di attacco 62 sono collegate da una regione con sezione trasversale ridotta 64. La cavità 52 comprende canali ribassati 66 formati nella piastra a cavità 60 ed arresti 67 disposti fra i canali 66 per appoggiare contro la superficie posteriore 48 ed arrestare efficacemente ogni ulteriore compressione della cavità 52 derivante da carichi impulsivi sul gruppo scorrevole della macchina 26.
La piastra di attacco 62, d'altro canto, è progettata per una connessione rigida ad un carrello scorrevole 68, che è montato scorrevole sul basamento 22 e specificamente sulla corrispondente via di corsa 24. La piastra di connessione 62 ed il carrello scorrevole 68 sono rigidamente connessi da un meccanismo di fissaggio appropriato, quali bulloni o altri mezzi di fissaggio.
Dato che i diaframmi 50 sono il collegamento fra i carrelli scorrevoli 68 e la testata 30, essi devono essere formati di materiale rigido. Preferibilmente, i diaframmi 50 sono costituiti di acciaio, quale acciaio 4140HR.
Nella forma di realizzazione illustrata, ci sono due vie di corsa 24, ciascuna avente una coppia di scanalature 70 formate sui suoi fianchi.Due carrelli scorrevoli 68 sono montati scorrevoli su ciascuna via di corsa tramite una coppia di flange 72 che si accoppiano con le scanalature 70, come illustrato nella fig.4. Così, i carrelli di scorrimento 68 ed il gruppo scorrevole della macchina 26 ad essi connesso può essere movimento lungo le vie di corsa 24 tramite un meccanismo 74, quale la vite a sfera illustrata nella fig.3.
Nella forma di attuazione preferita, ciascuna valvola 40 è montata su una piastra 44 e comunica con le sue corrispondenti cavità 52 tramite un passaggio di fluido 76 avente un orifizio di ingresso 77. L'orifizio di ingresso 77 può essere fisso o regolabile per prevedere uno smorzamento appropriato mediante una restrizione del flusso di fluido attraverso di esso, quando il gruppo scorrevole della macchina 26 viene posto sotto carico. Le valvole 40 ed i gruppi a diaframma 36 possono essere progettati per l'impiego con una varietà di fluidi, inclusi liquidi o gas, ma sono tipicamente progettate per l'uso con olio sotto pressione. Ciascuna valvola 40 include un ingresso del fluido 78 ed un'uscita del fluido 80. Gli ingressi del fluido 78 sono collegati ad una sorgente di olio ad alta pressione (non illustrata) e l'ingresso e l'uscita di fluido viene controllata dal controllore 38 e dai comandi valvola 42.
Dispositivi di misura appropriati 82, quali encoder lineari, possono essere usati per misurare il movimento del.gruppo di scorrimento della macchina 26 lungo le guide 24. Si dovrebbe anche notare che le figg.2 e 3 illustrano un sopporto porta-utensile 84,ma non mostrano effettivamente il porta-utensile 28.
Così, il sopporto 30 della macchina utensile 12 potrebbe essere selettivamente orientato per mantenere l'allineamento corretto dell'utensile 14 lungo un asse predeterminato desiderato, quale l'asse 20. Questo allineamento viene ottenuto montando gruppi attuatori 32 fra il basamento 22 ed il gruppo scorrevole della macchina 26. Gli attuatori individuali 34 sono disposti in posizioni caratteristiche fra il basamento ed il sopporto 30. Quindi, controllando selettivamente la pressione e quindi l'estensione degli attuatori individuali (ad esempio con la deflessione di. selezionati diagrammi 50), il gruppo scorrevole della macchina può essere riorientato rispetto al basamento 22. Di conseguenza, l'utensile 14 viene correttamente riorientato rispetto all'asse desiderato 20 e/o al pezzo 16. preferibilmente, quattro attuatori sono disposti in quattro posizioni caratteristiche, ma questo numero può essere diminuito o aumentato a seconda delle applicazioni specifiche.
Si comprenderà che la descrizione che precede è quella di una forma di attuazione esemplificativa preferita dell'invenzione e la presente invenzione non è limitata alle specifiche forme illustrate. Ad esempio, il sistema potrebbe essere incorporato in una varietà di macchine, con o senza vie di corsa, una varietà di attuatori potrebbero essere utilizzati nella misura in cui l'estensione e la contrazione di ciascun attuatori possono essere controllati indipendentemente, con l'invenzione possono essere utilizzati una varietà di sistemi di controllo ed algoritmi di controllo, possono essere usati una varietà di utensili e gruppi porta-utensili e possono essere incorporati nei diaframmi una varietà di materiali. Queste ed altre modifiche possono essere fatte nel progetto e disposizione degli elementi, senza uscire dall'ambito dell'invenzione come espresso nelle rivendicazioni annesse.

Claims (23)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina per allineare una testa porta-utensili di una macchina utensile (12), comprendente: un basamento (22) avente almeno una via di corsa (26); un gruppo scorrevole della macchina (26) montato scorrevole sulla via di corsa (24), il gruppo scorrevole della macchina (26) avendo un porta-utensile (28) configurato per ricevere un utensile (14) lungo un asse desiderato (20); e una pluralità di attuatori (34) disposti fra la via di corsa (24) ed il gruppo scorrevole della macchina (26), ciascun attuatore (34) essendo disposto in una posizione caratteristica, in cui l'attuazione di attuatori selezionati (34)provoca l'oscillazione del gruppo scorrevole della macchina (26) per riallineare l'utensile (14) con l'asse desiderato (20).
  2. 2. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 1, in cui la pluralità di attuatori (34) include almeno quattro attuatori (34).
  3. 3. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 2, in cui ciascun attuatore (34) include una diaframma (50) delineante una cavità (52), ciascun diaframma (50) essendo sufficientemente flessibile per muovere la testata (30) in allontanamento della via di corsa (24) in quella posizione caratteristica quando viene introdotta nella cavità (52) sufficiente pressione.
  4. 4. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre una pluralità di valvole riduttrici di pressione (40), ciascuna valvola riduttrice di pressione (40) cooperando con almeno uno dei diaframmi (50) per controllare la pressione di un fluido nelle cavità (52).
  5. 5. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre un sistema di controllo operativamente accoppiato ad una pluralità di valvole riduttrici di pressione (40) per controllare selettivamente l'ingresso e l'uscita di fluido dalle cavità (52), permettendo così la regolazione dell'allineamento del gruppo scorrevole della macchina (26).
  6. 6. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 5, in cui il sistema di controllo comprende un controllore numerico cooperante con una pluralità di comandi valvola (42).
  7. 7. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 2, in cui la pluralità di attuatori'(34) comprende ceramiche piezoelettriche montate fra la via di corsa (24) ed il gruppo scorrevole della macchina (26).
  8. 8. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 4, in cui ci sono quattro diaframmi (50) e quattro valvole riduttrici di pressione (40), ciascuna valvola riduttrice di pressione (40) cooperando con uno dei quattro diaframmi (50).
  9. 9. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 8, in cui ciascun diaframma (50) include una piastra (44) di acciaio che si flette quando nella cavità (52) viene introdotta sufficiente pressione.
  10. 10. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 9, in cui ci sono una coppia di vie di corsa (24), ciascuna via di corsa (24) avendo un canale laterale.
  11. 11. Sistema di compensazione dell'allineamento di una macchina secondo la rivendicazione 10, in cui ciascuna piastra (44) di acciaio è rigidamente collegata ad un carrello scorrevole (68) avente una flangia configurata per impegnare in modo scorrevole il canale laterale di una delle vie di corsa (24).
  12. 12. Sistema di macchina utensile per l'uso con una macchina utensile (12) del tipo che movimenta un utensile (14) per compiere un'operazione su un pezzo (16), il sistema di macchina utensile (10) essendo progettato per mantenere un orientamento preciso dell'utensile (14) rispetto al pezzo (16), comprendente: un basamento (22); un gruppo scorrevole della macchina (26) configurato per riorientare il pezzo (16) e l'utensile (14) l'uno rispetto all'altro; e un gruppo attuatore (32) avente una pluralità di attuatori (34) disposti fra il gruppo scorrevole della macchina (26) ed il basamento (22), ciascun attuatore (34) essendo disposto in una posizione caratteristica, in cui ciascun attuatore (34) è regolabile indipendentemente per riorientare il pezzo (16) e l'utensile (14) l'uno rispetto all'altro.
  13. 13. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui la pluralità di attuatori (34) comprende ceramiche piezoelettriche.
  14. 14. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui la pluralità di attuatori (34) comprende a diaframma (36), ciascun gruppo a diaframina (36) includendo un diaframma (50) avente una cavità (52) per ricevere fluido sotto pressione.
  15. 15. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 14, in cui ciascun diaframma (50) include una piastra (44) di acciaio che si flette quando viene introdotta sufficiente pressione nella sua corrispondente cavità (52).
  16. 16. sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 15, comprendente inoltre: una coppia di vie di corsa (24) montate sul basamento (22); almeno quattro carrelli scorrevoli (68) montati scorrevoli lungo le vie di corsa (24) con almeno due dei carrelli scorrevoli (68) montati su ciascuna via di corsa (24); e almeno quattro attuatori (34),ciascun attuatore (34) essendo montato rigidamente su un corrispondente carrello scorrevole (68).
  17. 17. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 15, comprendente inoltre: una pluralità di valvole riduttrici di pressione (40) che cooperano con le cavità (52) della pluralità di attuatori (34); e un sistema di controllo accoppiato alle valvole riduttrici di pressione (40) per controllare il flusso di un fluido attraverso le valvole (40).
  18. 18. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 14, in cui ciascuna cavità (52) include un orifizio di ingresso fisso, attraverso il quale viene mosso il fluido pressurizzato.
  19. 19. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 14, in cui ciascun gruppo a diaframma (36) include almeno un arresto per limitare la compressione della cavità (52) durante un carico impulsivo del gruppo scorrevole della macchina (26).
  20. 20. Sistema di macchina utensile secondo la rivendicazione 12, in cui il gruppo scorrevole della macchina (26) è configurato per ricevere l'utensile montato su di esso.
  21. 21. Procedimento per orientare un gruppo scorrevole di una macchina (26) di una macchina utensile (12) rispetto al basamento (22) della macchina utensile (12) per mantenere l'allineamento corretto di un utensile (14) con un pezzo (16), comprendente le fasi di: montare un sistema attuatore fra il basamento (22) ed il gruppo scorrevole della macchina (26); disporre attuatori individuali (34) in posizioni caratteristiche fra il basamento (22) ed il gruppo scorrevole della macchina (26); e Controllare selettivamente l'estensione degli attuatori individuali (34) per riorientare il gruppo scorrevole della macchina (26) rispetto al basamento (22)
  22. 22. Procedimento secondo la rivendicazione 21, in cui la fase di disposizione include la disposizione di almeno quattro attuatori (34) in posizioni caratteristiche .
  23. 23. Procedimento secondo la rivendicazione 22,comprendente inoltre le fasi di creare ciascun attuatore (34) con un diaframma (50) di acciaio che si espande sotto una pressione sufficiente.
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