ITTO970353A1 - Testa porta-utensili multi-asse dotata di un dispositivo per lo smorza mento delle vibrazioni - Google Patents

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale avente per titolo:

"Testa porta-utensili multi-asse dotata di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una testa porta-utensili, ed in particolare ad una testa porta-utensili multi-asse dotata di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni.

Sono noti nella tecnica vari tipi di teste multi-asse che si applicano a robot industriali per il sostegno di utensili differenti, quali pinze di saldatura, strumenti di misura o frese ad alta velocità.

Una di queste teste della tecnica anteripre è rappresentata in Fig. 1: tale testa (indicata con il numero di riferimento 1) è collegata, su una sua estremità, tramite la flangia di sostegno 4, ad elementi di supporto e di azionamento (non illustrati) che non rientrano nell'ambito della presente invenzione e non verranno pertanto descritti ulteriormente. Alla flangia di sostegno 4 sono fissati un corpo di sostegno 3 è due tratti tubolari, un tubo interno 5 ed un tubo esterno 6 in cui è inserito il tubo interno 5, ove entrambi i tubi 5 e 6 risultano coassiali al corpo 3 (asse IV). La funzione dei due tubi 5 e 6 è quella di garantire un ingombro in senso longitudinale per il supporto degli ingranaggi di trasmissione del moto che verranno evidenziati in seguito, nonché quella di trasmettere il moto ai successivi supporti inclinati. A tale scopo, il tubo esterno 6 è collegato ad un primo supporto inclinato 7 a cui trasmette il moto tramite gli ingranaggi 8.

Mentre i tubi 5 e 6 sono fatti ruotare dagli elementi di azionamento a monte intorno al proprio asse (chiamato asse IV, perchè consente un quarto grado di libertà di movimento della testa, oltre a quelli intorno agli assi I, II e III, che sono quelli garantiti dagli elementi di azionamento a monte), il primo supporto inclinato 7 ruota intorno al proprio asse, che è chiamato asse V, e che costituisce un altro grado di libertà di movimento per la testa.

Il primo supporto inclinato 7 è collegato all'altra sua estremità ad un tratto tubolare 9, che è anch'esso cavo, per consentire il passaggio dei cavi elettrici di alimentazione, ed è fatto di solito in plastica,· il tratto tubolare 9 a sua volta è collegato ad un secondo supporto inclinato 10. Il secondo supporto inclinato 10 ruota intorno al proprio asse di rotazione, chiamato asse VI, che costituisce il sesto ed ultimo grado di libertà di movimento per la testa. Tale rotazione del secondo supporto inclinato 10 è trasmessa ad esso dal tubo interno 5 tramite gli ingranaggi 11 e 12.

Il secondo supporto inclinato 10 è collegato ad un ulteriore tratto di tubo 13 tramite l'ingranaggio 14, ed il tratto di tubo 13, in modo noto, è collegato, infine, ad una flangia portautensili 15 alla quale si fissano appunto gli utensili (non illustrati). La testa è dotata di cartucce 16 contenenti grasso o sostanze equivalenti per la lubrificazione degli ingranaggi.

Quando si applica alla testa 1 un utensile tipo una fresa ad alta velocità, cioè che funziona in un campo all 'incirca tra 10.000 e 25.000 giri/min, e quando si utilizza tale utensile per lavorare pezzi che non sono stati in precedenza finiti in modo preciso (ad esempio pezzi per applicazioni ferroviarie), la fresa è soggetta a vibrazioni generate quando si incontrano discontinuità superficiali, quali alétte o bave, sulla superficie da fresare. Tali vibrazioni si trasmettono direttamente all'ingranaggio 14 e la risonanza che esse creano comporta una rapida usura dell'ingranaggio 14 stesso in pochi mesi. Tale usura dell'ingranaggio, causata dai "microbattimenti" generati su esso dalle vibrazioni, porta a un suo disallineamento, anche minimo, rispetto alla propria sede di lavoro, con conseguente disallineamento della fresa supportata dalla testa rispetto alla superficie di lavoro, il che porta alla fine alla rottura dell'utensile stesso ed a lavorazioni imprecise.

Scopo della presente invenzione è quello di risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo una testa porta-utensili multi-asse perfezionata dotata di un dispositivo che consenta di assorbire completamente, o almeno smorzare sostanzialmente, le vibrazioni indotte sulla testa porta-utensili, impedendo alle vibrazioni stesse di trasmettersi lungo la catena cinematica all'interno della testa.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire una testa multi-asse perfezionata che consenta di supportare utensili di tipo strumenti di misura garantendone la precisione di misura non influenzata da disallineamenti dovuti a vibrazioni o risonanze.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell'invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con una testa porta-utensili multi-asse dotata di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni come quella descritta nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l'oggetto delle rivendicazioni da 2 a 13.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la Figura 1 è una vista in sezione laterale di una testa porta-utensili multi-asse secondo la tecnica anteriore·;

- la Figura 2 è una vista in sezione laterale di una forma di realizzazione della testa portautensili multi-asse dotata del dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni secondo la presente invenzione;

la Figura 3 è una vista laterale del dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni secondo la presente invenzione applicato alla testa di Fig. 2, ricavata lungo la linea ΙΙΪ-ΙΙΙ in Fig.

2 ;

- la Figura 4 è una vista in sezione parziale del dettaglio di un mezzo di pressione secondo l'invenzione, effettuata lungo la linea IV-IV in Fig. 3; e

- le Figure 5, 6 e 7 sono viste dall'alto di particolari componenti di una forma di realizzazione dei mezzi di pressione utilizzati nella testa della presente invenzione.

La Fig. 1 illustra schematicamente una testa porta-utensili multi-asse secondo la tecnica anteriore ed è stata descritta in precedenza.

Facendo riferimento alle Fig. 2 e 3, che illustrano una forma di realizzazione della testa porta-utensili multi-asse dotata del dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni secondo la presente invenzione, i particolari contraddistinti dagli stessi numeri di riferimento della Fig. 1 hanno la stessa conformazione e la stessa funzione e non verranno ulteriormente descritti.

La testa 1' della presente invenzione, illustrata in Fig. 2, è dotata, a differenza di quella della tecnica anteriore, di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni costituito sostanzialmente da una flangia porta-utensili 15' di conformazione identica alla flangia portautensili 15 di Fig. 1 (cioè di forma discoidale) ma di diametro maggiore. Il dispositivo della presente invenzione comprende inoltre una flangia 18, che è di forma anulare e dotata di almeno un lobo 20, e preferibilmente di una pluralità di lobi (nella realizzazione preferita illustrata in particolare in Fig. 3 i lobi 20 sono tre).

La flangia 18 è posizionata in modo da risultare concentrica rispetto alla flangia 15' ed è fissata ad essa, in corrispondenza ai lobi 20, tramite mezzi di pressione 22 statici, che consentono in pratica di "frenare" la rotazione della flangia 15' rispetto alla flangia 18 e quindi alla testa 1': la conformazione del dispositivo così realizzato consente quindi un lento movimento rotatorio della flangia 15' e dell'utensile collegato a valle, ma la forza applicata dai mezzi di pressione 22 alle due flange 15' e 18 fa sì che le vibrazioni indotte dall'utensile a valle si scarichino sui mezzi di pressione 22 e non si trasmettano all 'ingranaggio 14 provocandone l 'usura.

La realizzazione di Fig. 3, che prevede la presenza di tre lobi 20 e di tre corrispondenti mezzi di pressione 22 consente di distribuire la forza indotta dalle vibrazioni su tre punti a 120° tra di loro sulla circonferenza della flangia 15'. Sono possibili ovviamente altre conformazioni della flangia 18, a partire dalla più semplice con un unico lobo 20 ed un unico mezzo di pressione 22, fino ai limiti dettati dalla praticabilità. Conformazioni presumibilmente attuabili, oltre alle due sopra citate, possono essere ad esempio quelle con due, quattro o sei lobi 20 e mezzi di pressione 22 .

La flangia anulare 18 può essere realizzata integrale al tratto di tubo finale 13, oppure può essere realizzata separata ed unita ad esso tramite comuni mezzi di fissaggio {non illustrati) . Il diametro della flangia anulare 18 è maggiore di quello del tratto di tubo finale 13. Inoltre, come appare in Fig. 3, i lobi 20 della flangia 18 hanno un ingombro superiore rispetto alla circonferenza della flangia porta-utensili 15'.

Con riferimento alle Fig. da 5 a 7, verrà ora descritta una forma di realizzazione preferita dei mezzi di pressione 22 statici, anche se ovviamente se ne possono sviluppare altre equivalenti, alla portata degli esperti nel ramo.

I mezzi di pressione 22 raffigurati sono costituiti innanzitutto da una coppia di pattini 24 di frenatura come quelli raffigurati in Fig. 5. Uno di tali pattini 24 è collocato in una corrispondente cavità ricavata nella flangia 18, mentre l'altro è collocato in una corrispondente cavità 25 ricavata in un semiguscio 26, rappresentato in dettaglio in Fig. 6. Entrambi i pattini 24 si appoggiano alla flangia 15' in modo da serrare insieme le due flange 15' e 18. I pattini sono dotati di un'appendice 28 in cui è ricavato un foro attraverso cui passano comuni mezzi di fissaggio 30 per impedire che i pattini scivolino via dalla loro posizione operativa durante il funzionamento. Inoltre, ciascuno dei pattini 24 è realizzato in modo che, quando è accoppiato alla cavità della flangia 18 o a quella 25 del semiguscio 26, esso si possa muovere soltanto in senso ortogonale alla flangia 15' e non in senso angolare a quest'ultima: in caso contrario, ovviamente, il pattino 24 non costituirebbe un elemento di smorzamento delle vibrazioni, e anzi continuerebbe a trasmettere tali vibrazioni nocive all'ingranaggio 14. A questo scopo, le cavità come la 25 sono conformate in modo da avere la stessa larghezza e le stesse tolleranze della' larghezza del pattino 24, in modo da permettere soltanto un accoppiamento fisso e senza gioco tra le due parti.

Per completare il serraggio delle flange 15' e 18, si utilizzano delle comuni molle a spirale o molle di tipo Bauer 32 collocate in corrispondenti sedi nella'flangia 15' e nel semiguscio 26 (la sede circolare del semiguscio 26 è rappresentata con il numero 34). Per mantenere le molle 32 in pressione nella posizione operativa, si utilizza un coperchio 36 (raffigurato in dettaglio in Fig. 7) conformato in modo da schiacciare le molle 32 dalla parte del semiguscio 26 e nella cavità apposita della flangia 15'. Sia il semiguscio 26, sia il coperchio 36 sono dotati di una serie di fori (indicati rispettivamente con il 38 ed il 40) per il fissaggio 'reciproco tra di essi e per il fissaggio del coperchio 36 alla flangia 15’, rispettivamente tramite i mezzi di fissaggio 41 e 42. Infine, il semiguscio 26 è dotato di una coppia di fori 43 per il serraggio finale dei mezzi di pressione 22 alla flangia 15' tramite i mezzi di fissaggio 44, come appare chiaro nella Fig. 4.

Per quanto riguarda il funzionamento del dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni secondo la presente invenzione, esso viene attivato al momento dell'installazione dell'utensile, quando si serrano opportunamente i mezzi di pressione 22 ad un valore di forza tale da consentire un lento e limitato movimento delle flange 15' e 18 tra loro, e contemporaneamente tale da impedire la propagazione delle vibrazioni verso l'ingranaggio 14. Una volta tarato ed installato, il dispositivo della presente invenzione, non essendo dotato di freni veri e propri, bensì di mezzi'di pressione 22 statici, ha una vita utile molto lunga e non necessita di interventi di manutenzione o sostituzione.

Si sono descritte alcune forme di attuazione dell'invenzione, ma naturalmente esse sono suscettibili di ulteriori modifiche e varianti nell'ambito della medesima idea inventiva. Ad esempio, i mezzi di pressione 22 possono essere costituiti da mezzi di frenatura tarabili di tipo idraulico.

Inoltre, gli insegnamenti descritti nella presente invenzione possono essere applicati, in maniera nota agli esperti nel ramo, per la realizzazione di un dispositivo per lo smorzamento di vibrazioni applicabile a qualsiasi testa portautensili di macchine utensili multi-asse o più in generale a qualsiasi testa porta-utensili avente il problema delle vibrazioni indotte dagli utensili stessi .

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testa porta-utensili multi-asse (1') comprendente sostanzialmente: - un corpo di sostegno {3) avente un asse (IV) e connesso ad una flangia di sostegno (4); - un primo supporto inclinato {7) collegato a detta flangia di sostegno (4) tramite primi mezzi di tubo (6), detto primo supporto inclinato (7) essendo rotante intorno ad un asse (V); - un secondo supporto inclinato (10) collegato a detta flangia di sostegno (4) tramite secondi mezzi di tubo (5), detto secondo supporto inclinato (10) essendo rotante intorno ad un altro asse (VI), -ed - un tratto di tubo finale (13) collegato ad una sua estremità a detto secondo supporto inclinato (10), detto tratto di tubo (13) essendo atto a sostenere un utensile all'altra sua estremità libera; caratterizzata dal fatto di essere dotata di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni, detto dispositivo comprendendo: - una flangia anulare (18) connessa a detta estremità libera di detto tratto di tubo finale (13), il diametro di detta flangia anulare (18) essendo maggiore di quello di detto tratto di tubo finale (13) ; - almeno un mezzo di pressione (22); ed - una flangia porta-utensili (15') connessa a detta flangia anulare (18) tramite detto almeno un mezzo di pressione (22).
2. 2. Testa porta-utensili multi-asse (1') secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta flangia anulare (18) è conformata in modo da avere un lobo (20) atto a ricevere detto almeno un mezzo di pressione (22).
3. 3. Testa porta-utensili multi-asse (1') secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni è dotato di una pluralità di mezzi di pressione (22), detta flangia anulare (18) essendo dotata di una corrispondente pluralità di lobi (20).
4. 4. Testa porta-utensili multi-asse (1') secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione (22) e detti lobi (20) sono due.
5. 5. Testa porta-utensili multi-asse (1’) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione (22) e detti lobi (20) sono tre.
6. 6. Testa porta-utensili multi-asse (ΐ') secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione (22) e detti lobi (20) sono quattro.
7. 7. Testa porta-utensili multi-asse (l1) secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione (22) e detti lobi (20) sono sei.
8. 8. Testa porta-utensili multi-asse (1') secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione sono costituiti da: - una coppia di pattini (24) di frenatura, detti pattini essendo collocati rispettivamente in una cavità ricavata in detta flangia (18) ed una cavità (25) ricavata in un semiguscio (26); una pluralità di mezzi elastici (32) collocati in corrispondenti sedi in detta flangia (15') e detto semiguscio (26); un coperchio (36) conformato in modo da schiacciare detti mezzi elastici (32) dalla parte di detto semiguscio (26) e nella cavità apposita di detta flangia (15'), detto coperchio (36) e detto semiguscio (26) essendo dotati di una serie di fori (38, 40) per il fissaggio reciproco tra di essi e per il fissaggio di detto coperchio (36) a detta flangia (15'), detto semiguscio (26) essendo dotato di una coppia di fori (43) per il serraggio finale di detti mezzi di pressione (22) a detta flangia (15') .
9. 9. Testa porta-utensili multi-asse (1') secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuno di detti pattini (24) è realizzato della stessa larghezza della sua rispettiva cavità, in modo che, quando ciascuno di detti pattini (24) è accoppiato alla sua rispettiva cavità, esso si possa muovere soltanto in senso ortogonale a detta flangia (15 ') e non in senso angolare a detta flangia (15') .
10. 10. Testa porta-utensili multi-asse (ΐ') secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di pressione (22) sono costituiti da dispositivi di frenatura di tipo idraulico.
11. 11. Testa porta-utensili multi-asse (l1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta flangia (18) è formata integrale con detto tratto di tubo finale
12. 12. Testa porta-utensili, caratterizzata dal fatto di essere dotata di un dispositivo per lo smorzamento delle vibrazioni, detto dispositivo comprendendo: - una flangia anulare (18) connessa a detta testa (l') ad una sua estremità libera finale (13), il diametro di detta flangia anulare (18) essendo maggiore di quello di detta estremità libera finale ( 13 ) ; - almeno un mezzo di pressione (22); ed - una flangia porta-utensili (15'} connessa a detta flangia anulare (18) tramite detto almeno un mezzo di pressione (22).
13. 13. Dispositivo per lo smorzamento di vibrazioni secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, atto ad essere applicato ad una testa porta-utensili di una macchina utensile multi-asse.