ITTV20090192A1 - Macchina utensile a controllo numerico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“MACCHINA UTENSILE A CONTROLLO NUMERICO”

La presente invenzione è relativa ad una macchina utensile a controllo numerico.

Più in dettaglio, la presente invenzione è relativa ad una fresatrice a controllo numerico per lavorazioni di alta precisione su manufatti di peso ridotto e/o di piccole dimensioni; impiego a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, la maggior parte delle fresatrici a controllo numerico è composta essenzialmente da un piano di lavoro orizzontale, sul quale viene appoggiato e fissato il manufatto grezzo da fresare; e da una testa di lavorazione che è dotata di un mandrino porta-utensile in grado di accogliere una fresa od altro utensile rotante per l’asportazione di materiale, ed è in grado di muoversi nello spazio al disopra del piano di lavoro e lungo i tre assi cartesiani, in modo tale da portare l’utensile a contatto del manufatto ed eseguire le lavorazioni previste.

Nel caso delle fresatrici a controllo numerico destinate alla lavorazione di manufatti di peso ridotto, solitamente realizzati in materiale metallico o nonmetallico a bassa densità come allumino, ergal, plexiglas o altre materie plastiche, il piano di lavoro è solitamente composto da una serie di profilati metallici rettilinei a sezione complessa, generalmente realizzati in alluminio, che sono accostati uno all’altro a formare un riquadro delle dimensioni volute, e sono fissati in modo rigido sul telaio portante della macchina tramite una serie di bulloni passanti di ancoraggio che sono strutturati in modo tale da permettere al piano di lavoro di scivolare, per alcuni decimi di millimetro, sul telaio della macchina lungo il suo piano di giacitura e riferimento orizzontale, così da compensare il maggior coefficiente di dilatazione termica dell’alluminio. Il telaio della macchina, infatti, è solitamente realizzato in acciaio o altri metalli ad alta resistenza che presentano dei coefficienti di dilatazione termica notevolmente diversi da quelli dell’alluminio.

Per poter eseguire lavorazioni di alta precisione, il piano di lavoro deve essere inoltre disposto in posizione perfettamente orizzontale (sono ammesse tolleranze inferiori al decimo di millimetro), per cui i produttori di questo tipo di macchine utensili a controllo numerico, dopo aver fissato il piano di lavoro sul telaio della macchina, sono costretti a sottoporre il piano di lavoro ad una serie di operazioni di rettifica e calibrazione, in modo tale che la faccia superiore del piano di lavoro sia perfettamente orizzontale.

Purtroppo la rettifica del piano di lavoro ha costi notevoli, che incidono sensibilmente sui costi finali di produzione della fresatrice a controllo numerico.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di realizzare una fresatrice a controllo numerico per lavorazioni di alta precisione su manufatti di peso ridotto e/o di piccole dimensioni realizzati in materiale metallico o non-metallico, che sia esente dagli inconvenienti sopra menzionati.

In accordo con questi obiettivi, secondo la presente invenzione viene realizzata una macchina utensile a controllo numerico come definita nella rivendicazione 1 e preferibilmente, ma non necessariamente, in una qualsiasi delle rivendicazioni da essa dipendenti.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra in vista assonometrica e con parti asportate per chiarezza, una fresatrice a controllo numerico per lavorazioni di alta precisione realizzata secondo i dettami della presente invenzione;

- la figura 2 è una vista frontale della parte inferiore della fresatrice a controllo numerico illustrata in figura 1, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza.

Con riferimento alle figure 1 e 2, con il numero 1 è indicata nel suo complesso macchina utensile a controllo numerico, nella fattispecie una fresatrice, particolarmente adatta per eseguire lavorazioni di alta precisione su manufatti di peso ridotto e/o piccole dimensioni, realizzati in materiale metallico o non-metallico a bassa densità, come ad esempio manufatti in allumino, ergal, plexiglas e materie plastiche similari.

La fresatrice 1 è formata essenzialmente da un piano di lavoro 2 orizzontale, sul quale viene appoggiato e fissato il manufatto grezzo da fresare; e da una testa di lavorazione 3 che è posizionata al disopra del piano di lavoro 2 ed è dotata di un mandrino porta-utensile 4 preferibilmente, ma non necessariamente, ad asse verticale, che, a sua volta, è affacciato al piano di lavoro 2 ed è in grado di accogliere una fresa od altro utensile rotante (non illustrato) per l’asportazione di materiale. La testa di lavorazione 3 è in grado inoltre di muoversi nello spazio al disopra del piano di lavoro 2 sotto il diretto controllo di una centralina elettronica di controllo (non illustrata), in modo tale da portare l’utensile innestato nel mandrino porta-utensile 4 a diretto contatto con il manufatto da lavorare ed eseguire poi sul manufatto, in modo completamente automatico, le lavorazioni meccaniche memorizzate all’interno della medesima centralina.

Più in dettaglio, nell’esempio illustrato la fresatrice 1 comprende un telaio portante 5 di appoggio al suolo che supporta il piano di lavoro 2, ed è preferibilmente, ma non necessariamente, dotata di una struttura portante a portale 6 che si estende a cavallo del piano di lavoro 2, ed è montata mobile sul telaio portante 5 in modo tale da potersi spostare al disopra del piano di lavoro 2, sotto il diretto controllo della centralina elettronica di controllo della macchina (non illustrata), lungo una prima direzione orizzontale dxche risulta essere localmente perpendicolare al piano di giacitura della struttura portante a portale 6.

In aggiunta, la fresatrice 1 è provvista anche di un carrello porta-testa 7 che è montato scorrevole sulla traversa orizzontale 6a della struttura portante a portale 6, lungo una seconda direzione orizzontale dyche risulta essere localmente perpendicolare alla direzione orizzontale dx, ed è strutturato in modo tale da supportare la testa di lavorazione 3 con possibilità di spostamento lungo una direzione verticale dzin modo tale da poter variare, a comando, la distanza che separa il mandrino porta-utensile 4 dalla faccia superiore 2a del piano di lavoro 2 sottostante.

La fresatrice 1 è infine dotata di una serie di motori elettrici (non illustrati) che sono in grado di spostare la struttura portante a portale 6 al disopra del piano di lavoro 2, il carrello porta-testa 7 lungo la traversa orizzontale 6a della struttura portante a portale 6 e la testa di lavorazione 3 lungo il carrello porta-testa 7, sotto il diretto controllo della centralina elettronica di controllo della macchina (non illustrata), in modo tale da muovere il mandrino porta-utensile 4 nello spazio lungo i tre assi cartesiani.

Con riferimento alla figura 2, in particolare, il telaio portante 5 di appoggio al suolo è preferibilmente, ma non necessariamente, composto da una serie di barre 8 di acciaio o altro materiale metallico ad alta resistenza con sezione a doppia T, che sono saldate tra loro in modo tale da realizzare una struttura portante a traliccio ad elevata rigidità; mentre il piano di lavoro 2 è formato da una serie di profilati metallici 10 rettilinei a sezione complessa, preferibilmente, ma non necessariamente, realizzati in alluminio o lega di alluminio, che sono accostati uno all’altro a formare un riquadro delle dimensioni volute, e sono fissati in posizione orizzontale al disopra del telaio portante 5 tramite appositi dispositivi meccanici di ancoraggio 11.

Nell’esempio illustrato, in particolare, i profilati metallici 10 sono dei tubolari metallici a sezione sostanzialmente rettangolare, che sono posizionati sul telaio portante 5 della macchina con i fianchi laterali preferibilmente, ma non necessariamente, in battuta uno sull’altro senza soluzione di continuità. Come ulteriore opzione, i profilati metallici 10 possono anche essere saldati o fissati di costa uno all’altro in modo tale da conferire una maggior rigidità al piano di lavoro 2 risultante.

Al disotto dei profilati metallici 10, il piano di lavoro 2 può eventualmente comprendere anche una serie di barre trasversali di irrigidimento (non illustrate), che sono fissate in modo rigido a tutti i profilati metallici 10 che formano il piano di lavoro 2.

Con riferimento alla figura 2, diversamente dalle fresatrici a controllo numerico attualmente in commercio, i dispositivi meccanici di ancoraggio 11 che servono per fissare il piano di lavoro 2 sul telaio portante 5 della macchina, comprendono

- una serie di molle a tazza 12 realizzate preferibilmente, ma non necessariamente, in acciaio armonico, che sono distribuite al disotto del piano di lavoro 2 in modo sostanzialmente uniforme, e sono interposte tra il piano di lavoro 2 ed il telaio portante 5 in modo tale da supportare il peso del piano di lavoro 2 e contrastare localmente in modo elastico l’avvicinamento del piano di lavoro 2 al telaio portante 5 (ossia sono orientate in modo tale da spingere localmente il piano di lavoro 2 verso l’alto, lontano dal telaio portante 5 sottostante); ed

- una serie di bulloni passanti 13 di ancoraggio che sono distribuiti in modo sostanzialmente uniforme lungo l’intera superficie del piano di lavoro 2, e sono montati passanti attraverso il piano di lavoro 2 ed il telaio portante 5 in modo tale da poter avvicinare e poi bloccare il piano di lavoro 2 rispetto al telaio portante 5 sottostante, contrastando la spinta elastica delle molle a tazza 12 circostanti, ossia comprimendo le molle a tazza 12.

In altra parole, il piano di lavoro 2 appoggia direttamente sulle molle a tazza 12, ed i bulloni passanti 13 di ancoraggio trattengono stabilmente il piano di lavoro 2 sul telaio portante 5 contrastando la spinta elastica delle molle a tazza 12, permettendo contestualmente di regolare localmente la distanza che separa il piano di lavoro 2 dal telaio portante 5 sottostante sfruttando la deformabilità dei profilati metallici 10 che formano il piano di lavoro 2.

Più in dettaglio, ciascun profilato metallico 10 che forma il piano di lavoro 2 deve essere fissato sul telaio portante 5 con l’interposizione di una pluralità di molle a tazza 12 e di bulloni passanti 13, e le molle a tazza 12 devono avere una rigidità molto elevata, in modo tale da mantenere i bulloni passanti 13 di ancoraggio sempre in trazione, anche quando il manufatto da lavorare è appoggiato sul piano di lavoro 2.

Ovviamente, se il piano di lavoro è dotato anche di barre trasversali di irrigidimento, le molle a tazza 12 possono eventualmente appoggiarsi direttamente sulle barre trasversali di irrigidimento.

Nell’esempio illustrato, in particolare, le molle a tazza 12 sono distribuite al disotto del piano di lavoro 2 secondo una disposizione a scacchiera, e ciascun bullone passante 13 di ancoraggio è disposto coassiale ad una rispettiva molla a tazza 12, ed è preferibilmente, ma non necessariamente, costituito da una vite 13 a testa esagonale o similare, che ha la testa 13a posizionata all’interno di un rispettivo profilato metallico 10, ed ha l’estremità filettata dello stelo 13b avvitata direttamente nel telaio portante 5, o meglio sulla barra 8 orizzontale superiore del telaio portante 5. Ovviamente, il segmento centrale dello stelo 13b impegna in modo passante la parete laterale inferiore del profilato metallico 10 ed un foro appositamente realizzato al centro della molla a tazza 12.

Con riferimento alla figura 2, per permettere all’operatore di raggiungere agevolmente ogni bullone passante 13 di ancoraggio, nell’esempio illustrato ciascun profilato metallico 10 del piano di lavoro 2 presenta sulla parete laterale superiore una serie di aperture passanti 10a preferibilmente, ma non necessariamente, di forma circolare, ciascuna delle quali è allineata al disopra di un rispettivo bullone passante 13, o meglio al disopra della testa 13a di una rispettiva vite 13 di ancoraggio.

Ovviamente in una diversa forma di realizzazione, ciascun bullone passante 13 di ancoraggio può essere costituito da una vite 13 a testa esagonale o similare, che ha la testa 13a posizionata al disotto della molla a tazza 12 e della barra 8 orizzontale superiore del telaio portante 5, ed ha lo stelo 13b avvitato direttamente nel profilato metallico 10, dopo aver impegnato in successione il corpo del telaio portante 5 ed il foro presente al centro della molla a tazza 12.

Il funzionamento della macchina utensile 1 è facilmente desumibile da quanto sopra scritto e non necessità di ulteriori spiegazioni.

Per quanto riguarda invece il piano di lavoro 2, agendo su ciascun bullone passante 13 di ancoraggio è possibile variare localmente la distanza che separa il piano di lavoro 2 dal telaio portante 5 sottostante, permettendo quindi ad un operatore di regolare manualmente e punto per punto la posizione della faccia superiore 2a del piano di lavoro 2 rispetto al telaio portante 5 sfruttando la limitata deformabilità elastica dei profilati metallici 10 che formano il piano di lavoro 2.

Agendo manualmente sui singoli bulloni passanti 13, l’operatore può quindi disporre la faccia superiore 2a del piano di lavoro 2 in posizione perfettamente orizzontale, a prescindere dalla precisione con cui è stato assemblato il telaio portante 5 sottostante e senza la necessità di sottoporre poi il piano di lavoro 2 ad una serie di operazioni di rettifica e calibrazione.

Un accurato dimensionamento del diametro dei fori nonfilettati impegnati dai bulloni passanti 13 permette infine al piano di lavoro 2 di scivolare, per alcuni decimi di millimetro, sul telaio portante 5 lungo il suo piano di giacitura orizzontale, così da compensare gli effetti dovuti alla differenza nei coefficienti di dilatazione termica del piano di lavoro 2 e del telaio portante 5.

I vantaggi derivanti dalla presenza contemporanea delle molle a tazza 12 e dei bulloni passanti 13 di ancoraggio sono notevoli. In primo luogo, grazie ai dispositivi meccanici di ancoraggio 11 sopra descritti, al termine della costruzione della macchina utensile non è più necessario sottoporre il piano di lavoro 2 a lunghe e costose operazioni di rettifica e calibrazione, con una tangibile riduzione dei costi di produzione della macchina. Inoltre, i dispositivi meccanici di ancoraggio 11 sopra descritti permettono di ripristinare la posizione corretta del piano di lavoro 2 direttamente sul luogo di utilizzo della macchina, dopo urti accidentali od incidenti di lavorazione e/o prima di lavorazioni meccaniche che richiedono un elevatissimo grado di precisione, con tutti i vantaggi che questo comporta.

Risulta infine chiaro che alla macchina utensile 1 sopra descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.

Per esempio, in una diversa forma di realizzazione le molle a tazza 12 possono essere sostituite da molle elicoidali realizzate preferibilmente, ma non necessariamente, in acciaio armonico, oppure da pastiglie in materiale elastomerico.

Ed ancora, in un’altra forma di realizzazione, i bulloni passanti 13 di ancoraggio possono essere sostituiti da altri tipi di organi meccanici passanti appositamente strutturati per mantenere compresse le molle a tazza 12 e regolare localmente la distanza del piano di lavoro 2 dal telaio portante 5 sottostante, come ad esempio delle barre filettate con bulloni avvitati alle due estremità.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Macchina utensile (1) a controllo numerico comprendente un telaio portante (5) di appoggio al suolo, un piano di lavoro (2) fissato in appoggio sul telaio portante (5) in posizione orizzontale, ed una testa di lavorazione (3) che è in grado di muoversi nello spazio al disopra del piano di lavoro (2) per lavorare il manufatto ivi posizionato; detta macchina utensile essendo caratterizzata dal fatto che il piano di lavoro (2) appoggia sul telaio portante (5) tramite l’interposizione di una serie di elementi elastici (12), che sono distribuiti al disotto del piano di lavoro (2) in modo sostanzialmente uniforme, e sono interposti tra il piano di lavoro (2) ed il telaio portante (5) in modo tale da supportare il peso del piano di lavoro (2) e contrastare localmente in modo elastico l’avvicinamento del piano di lavoro (2) al telaio portante (5); detta macchina utensile comprendendo inoltre una serie di organi meccanici passanti (13) di ancoraggio che sono distribuiti in modo sostanzialmente uniforme lungo la superficie del piano di lavoro (2), e sono montati passanti attraverso il piano di lavoro (2) ed il telaio portante (5) in modo tale da avvicinare e poi bloccare il piano di lavoro (2) rispetto al telaio portante (5) sottostante contrastando la spinta elastica degli elementi elastici (12) circostanti.
2. 2. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che il piano di lavoro (2) è formato da una serie di profilati metallici rettilinei (10) che sono accostati uno all’altro a formare un riquadro di dimensioni prestabilite, e sono fissati in posizione orizzontale al disopra di detto telaio portante (5).
3. 3. Macchina utensile secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che ciascun profilato metallico rettilineo (10) è fissato sul telaio portante (5) mediante una pluralità di detti elementi elastici (12) e di detti organi meccanici passanti (13) di ancoraggio.
4. 4. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzata dal fatto che ciascun organo meccanico passante (13) è disposto sostanzialmente coassiale ad un rispettivo elemento elastico (12).
5. 5. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli elementi elastici (12) sono distribuiti al disotto del piano di lavoro (2) secondo una disposizione a scacchiera.
6. 6. Macchina utensile secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detti profilati metallici rettilinei (10) sono saldati o fissati di costa uno all’altro.
7. 7. Macchina utensile secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto piano di lavoro (2) comprende anche una serie di barre trasversali di irrigidimento, che sono fissate in modo rigido al disotto dei profilati metallici rettilinei (10) che formano il piano di lavoro (2).
8. 8. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli organi meccanici passanti (13) di ancoraggio sono dei bulloni passanti (13) che sono montati passanti attraverso il piano di lavoro (2) ed il telaio portante (5) sottostante.
9. 9. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che gli elementi elastici (12) sono, a scelta, molle a tazza o molle elicoidali o pastiglie in materiale elastomerico.
10. 10. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la testa di lavorazione (3) è dotata di un mandrino porta-utensile (4) che è affacciato a detto piano di lavoro (2) ed in grado di accogliere una fresa od altro utensile rotante per l’asportazione di materiale.