ITUB20155771A1 - Macchina di lavorazione di tubi o profilati, in particolare metallici, per l?ottenimento di una forma qualsiasi. - Google Patents

Description

“MACCHINA DI LAVORAZIONE DI TUBI O PROFILATI, IN PARTICOLA-RE METALLICI, PER L’OTTENIMENTO DI UNA FORMA QUALSIASI”

Descrizione

Settore della tecnica

La presente invenzione si riferisce in generale alle macchine curvatrici di tubi o profilati in qualsiasi materiale, ma preferibilmente metallici, senza l’utilizzo di un’anima interna. La macchina oggetto dell’invenzione non è una centinatrice, bensì una macchina automatica a matrice e contro matrice.

Tecnica nota

Nella tecnica sono note già da molti anni le macchine automatiche per curvare tubi o profilati, in particolare metallici (specificatamente alluminio o acciaio, ferro, rame, titanio, ecc.), ma anche in altro materiale, utilizzando una matrice e una contromatrice e senza ricorrere ad un’anima interna (che normalmente viene utilizzata come contrasto nel caso di spessori assai ridotti e non riguarda la presente invenzione).

Tra gli altri, anche l’inventore della presente invenzione ha risolto numerosi problemi in questo settore della tecnica e figura come inventore per numerosi brevetti in Italia e in alcune domande PCT ed europee. Il Richiedente della presente domanda di brevetto è titolare di diversi brevetti in Italia e figura come Richiedente in alcune domande PCT ed europee parallele, che trattano problemi diversi dalla presente invenzione.

Le macchine curvatubi in questione comprendono in generale un corpo macchina con un piano superiore di lavorazione su cui sono montate la matrice e la contromatrice. Il tubo viene bloccato da un organo di bloccaggio e trascinamento che è solidale alla matrice, mentre la contromatrice preme contro la matrice durante la lavorazione. Il tubo si avvolge attorno alla matrice quel tanto che basta per completare la curva voluta.

Il Richiedente ha presentato domande di brevetto per invenzione industriale relative alla possibilità di: curvare il tubo sia a destra che a sinistra adottando una stessa macchina curvatubi, in cui la matrice viene semplicemente ribaltata di 180° consentendo la doppia direzione di curvatura; utilizzare una contromatrice che riduce l’attrito che viene generato durante la curvatura del tubo, consentendo in questo modo un risparmio di energia a parità di impiego e un risparmio di costi per il cliente data la minor quantità di materiale utilizzato (ad es. Ampco 21) per produrre la contromatrice; facilitare l’assemblaggio, lo smontaggio e la spedizione, realizzando macchine modulari; utilizzare una sola macchina per curvare tubi o profili di dimensioni e spessori variabili, tramite un sistema a rotazione e ribaltamento della contromatrice denominato dall’inventore “doublé twist’’.

Le attuali macchine curvatubi, della tipologia in questione, non hanno però ancora la capacità di adattamento a qualsiasi situazione, in particolare non consentono l’utilizzo di una matrice di qualsiasi forma con raggio di curvatura variabile lungo il contorno/perimetro della matrice, e di curvare il tubo attorno ad almeno una porzione di questa matrice di raggio variabile, oppure addirittura attorno a tutta la matrice di raggio e geometria variabile. Se ciò fosse possibile (in particolare anche in combinazione con solo alcune o tutte le innovazioni già presentante nelle precedenti domande di brevetto), si otterrebbe una macchina curvatubi estremamente versatile, che risolverebbe uno dei problemi fondamentali del settore.

Quindi, attualmente in molti casi (solo per citare un esempio quando è necessario curvare un tubo ad ellisse) la curvatura dei tubi avviene tramite un’altra tipologia di macchina, ossia impiegando la summenzionata centinatrice. Quest’ ultima però ha lo svantaggio di non lavorare su un piano e pertanto vi possono essere dei difetti al termine della lavorazione/curvatura del tubo, che richiedono una successiva correzione su altre macchine e/o mediante appositi utensili. Ad oggi, per poter realizzare delle figure complesse si utilizzano quindi le centrinatrici, malgrado il loro svantaggio di non garantire la precisione e la ripetibilità del risultato a “passata unica” (unico passaggio nella macchina) per il fatto di non avere una matrice fissa.

D’altra parte, come già detto, in molte situazioni (oblò, infissi di finestre, oppure profili/cornici per passaggi di persone - ad esempio ad arco ribassato -, cornici di insegne pubblicitarie luminose aventi una forma specifica, ecc. ecc.) è necessario curvare il tubo/profilato con un raggio variabile, e sarebbe utile poter disporre di una macchina che fosse direttamente adattabile alla forma del tubo/pro filato che si vuole ottenere e che permettesse, in un solo passaggio di lavorazione, la lavorazione perfetta e completa del pezzo.

Attualmente esiste la possibilità di muovere la contromatrice rispetto alla matrice (che è di raggio costante sulla porzione di lavoro) tramite un sistema di controllo pie, in cui lo spostamento della contromatrice e la rotazione della matrice sono però programmati in modo tra di loro del tutto indipendente, e in cui gli spostamenti della contromatrice durante la lavorazione sono minimi o comunque limitati, e mirano solamente a risolvere il problema di eliminare il “gradino conico” (o in generale il difetto visibile ad occhio nudo) che normalmente si forma sul tubo o profilato immediatamente all’ inizio e al termine della rotazione della matrice, ossia della lavorazione.

Quindi, scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una macchina curvatubi in grado di curvare tubi o profilati secondo raggi di curvatura variabili, ossia con curve complesse, anche chiuse, sulla stessa macchina curvatubi e in un unico passaggio di lavorazione (unica passata).

Sommario dell’ invenzione e suoi vantaggi

Per risolvere il problema precedente, dando alla macchina curvatubi una totale versatilità, l’inventore della presente invenzione ha anzitutto effettuato numerose prove preliminari per testare la possibilità di tradurre nella pratica il presente concetto inventivo che verrà qui esposto.

Sono quindi state utilizzate delle matrici di forma geometrica variabile (forme complesse, non più circolari) e sono state effettuate delle prove manuali di movimentazione della vite senza fine che sostiene la contromatrice, verificano la fattibilità del risultato, anche con tubi di diversi diametri e materiali - inox, ferro, alluminio, rame titanio, ed altri La movimentazione della vite senza fine, in avanzamento e arretramento, è stata effettuata per verificare sino a quale spessore è garantito lo stesso risultato, dal momento che i tubi o profilati di spessori più ridotti richiedono solo macchine curvatubi con anima, ossia quelle appartenenti a tecnologie diverse dalla presente invenzione.

L’esito positivo dei test effettuati ha permesso all’inventore di procedere oltre nel realizzare una macchina che risolvesse i problemi menzionati.

Un ulteriore problema era però quello dovuto agli eventuali difetti di lavorazione della matrice, che potevano discostarsi in modo inaccettabile da un modello matematico prescritto di una determinata figura. Ad esempio, una matrice ovale reale, che non rispondesse ad esempio perfettamente (a causa di un difetto di fabbricazione o delle tolleranze) alla figura matematica prescritta, renderebbe impossibile l’utilizzo di un sistema di controllo basato su una figura ovale teorica ossia nominale, già memorizzata nell’unità di controllo oppure impostata dall’ utilizzatore. La lavorazione del tubo o profilato, in questo caso, produrrebbe un risultato inaccettabile visto che utilizzerebbe un programma di movimentazione degli organi in movimento basato esclusivamente sulla forma geometrica ovale ideale ossia teorica.

Per questo motivo, l’inventore ha realizzato che il problema rimanente da risolvere, consisteva ora nel mettere a punto un sistema in cui la contromatrice si sposta sempre alla stessa distanza costante dal profilo/contorno (in generale ad asse disassato) della matrice, la quale può ora avere una geometria complessa qualsiasi, diversa dalle matrici tradizionali di raggio uniforme, e inoltre, che può anche avere dei piccoli difetti o piccole imperfezioni. Così facendo, poiché la contromatrice “cammina sempre seguendo esattamente il profilo della matrice’’, il raggio (o la sezione) del tubo da lavorare non subirebbe restringimenti, cosa ad esempio di importanza fondamentale se il tubo è destinato all’ utilizzo in un circuito idraulico, o un altro impianto di circolazione di fluidi, oppure alle applicazioni che richiedono una superficie perfetta del pezzo lavorato (ad esempio i parapetti per yacht di lusso).

Per ottenere gli scopi suddetti, Γ inventore della presente invenzione ha quindi adottato per la prima volta nel settore un concetto inventivo particolare, che consiste nell’ implementare un Controllo Numerico Computerizzato (CNC) ad assi interpolati in autoapprendimento su macchine curvatubi tradizionali del tipo in questione, per curvare tubi o profili utilizzando matrici e contromatrici, in cui la matrice può avere qualsiasi geometria complessa e variabile.

Il passo avanti è notevolissimo rispetto alla tecnica precedente del settore, poiché diviene ora possibile assicurare anche la ripetibilità di curvatura e la bontà del risultato a passata unica. Difatti, come già detto, ad oggi le forme più complesse sono ottenute solo mediante l’utilizzo di macchine centinatrici, che per la loro natura richiedono un processo di “multipassata’’ senza la garanzia della ripetibilità e solo con personale altamente specializzato.

L’acquisizione preliminare da parte del sistema CNC della forma della matrice mediante un processo di autoapprendimento permette di basarsi sui dati della forma reale della matrice e non su dati teorici memorizzati oppure impostati, cui la matrice dovrebbe idealmente corrispondere. Una volta acquisiti i dati della forma della matrice (“matrice reale’’), la contromatrice si sposterà durante la lavorazione ad una distanza sempre costante dalla curva matematica (forma della matrice) acquisita, in base alle dimensioni del profilo o del tubo da lavorare. Sarà allora sufficiente impostare le dimensioni trasversali del tubo da lavorare, per procedere in modo automatico alla lavorazione. Con una stessa matrice si potranno allora (ovviamente entro certi limiti) curvare tubi (o profilati) di diametri (o lati) diversi, essendo sufficiente immettere i relativi dati geometrici del pezzo (tubo o profilato).

L’acquisizione preliminare dei dati ossia Γ autoapprendimento nel sistema CNC avviene secondo l’invenzione utilizzando gli assi interpolati seguenti: 1) l’asse di rotazione della matrice, cui è associato un encoder di rotazione e un relativo motoriduttore; 2) l’asse lineare di spostamento della contro matrice, cui è associato un encoder lineare e un relativo motoriduttore. I due assi interpolati (ora non piu indipendenti tra loro), ossia l’asse di rotazione e l’asse lineare (cioè i rispettivi encoder) dialogano tra loro durante la lavorazione in modo da soddisfare esattamente alle condizioni del precedente processo di autoapprendimento cui si sommano però i dati dimensionali del pezzo.

Sono quindi richiesti due motoriduttori che lavorano in modo interpolato, uno per la vite senza fine - ossia per l’avanzamento e l’arretramento della contromatrice -e uno per la matrice. Ciascun encoder metterà a disposizione le rispettive istruzioni di posizione della matrice e della contro matrice al sistema di controllo CNC.

Un modo per acquisire in autoapprendimento i dati della forma geometrica della matrice consiste nel prevedere un tastatore preferibilmente meccanico, che rimane costantemente a contatto con il bordo della matrice mentre questa ruota dell’angolo desiderato (corrispondente almeno all’angolo di rotazione della matrice durante la futura lavorazione). Come tastatore meccanico si potrebbe impiegare, preferibilmente, lo stesso organo che premerà il tubo/profilato contro la matrice durante la futura lavorazione, ossia la contro matrice, intendendo per contromatrice anche un rullo con un dato profilo, o qualsiasi altro elemento atto a svolgere tale funzione di premere il pezzo contro la matrice durante l’operazione di curvatura del pezzo.

Il tastatore meccanico potrebbe quindi essere, preferibilmente, la stessa contromatrice, la quale viene preferibilmente premuta da una molla contro il bordo della matrice per rimanere costantemente a contatto con quest’ ultima durante il processo di autoapprendimento.

Terminato il processo di autoapprendimento, la contromatrice che ha svolto la funzione di tastatore meccanico nel processo di autoapprendimento, verrà collegata al meccanismo di movimentazione (ad esempio una vite senza fine) utilizzato per la lavorazione. In ogni caso la contromatrice non sarà quindi più, piu o meno liberamente scorrevole e soggetta all’azione della sola molla, ma sarà collegata al meccanismo di movimentazione (ad esempio la vite senza fine) spostandosi durante la futura lavorazione in base ai movimenti della vite senza fine (o simili) che muove il cursore/supporto della contro matrice.

Si vede quindi che secondo la presente invenzione non è più possibile utilizzare un sistema di controllo pie, nel quale le due movimentazioni (della matrice e della contro matrice ossia della vite) potevano essere indipendenti. Tale sistema pie poteva essere utilizzato al massimo per eliminare le deformazioni a gradino ad imbuto che si formavano sul tubo all’inizio e alla fine della lavorazione in una macchina tradizionale, come descritto in una precedente domanda del Richiedente.

La presente invenzione è quindi applicabile alla lavorazione di tubi o profilati anche con matrici realizzate artigianalmente, in cui le tolleranze della matrice stabilite dal tornitore potrebbero essere tali da condurre a lavorazioni inaccettabili se si adottasse un programma di computer adattato ad una forma geometrica teorica/nominale da copiare. In ciò sta un vero vantaggio della presente invenzione, la quale, prevedendo un CNC con autoapprendimento rende la macchina curvatubi flessibile ed adattabile a qualsiasi forma (non nota) e circostanza.

Se il pezzo (tubo, profilato) al termine dell’operazione di curvatura avvolge il contorno della matrice in modo completo, o comunque in misura tale da rendere impossibile la separazione del pezzo dalla matrice, allora secondo la presente invenzione in questi casi è possibile prevedere una matrice scomponibile, munita di “coperchio”, ossia di una parte superiore, e di una “base”, cioè di una parte inferiore, le quali sono collegate in modo rigido durante la lavorazione ma possono essere separate l’una dall’altra lungo l’asse della matrice al termine della lavorazione. Ciò permette al pezzo di essere facilmente separato dalla base della matrice, ad esempio, dopo aver tolto detto “coperchio” al termine della lavorazione. Le due parti componibili della matrice scomponibile possono eventualmente auto-centrarsi prevedendo un sistema con una sporgenza conica e rispettivamente una rientranza conica, sull’ una e rispettivamente sull’altra parte componibile.

I vantaggi della presente invenzione possono essere abbinati ad altri già ottenuti in altre domande precedenti dello stesso Richiedente (come già detto nella parte introduttiva della descrizione), in particolare prevedendo sulla macchina curvatubi dell’invenzione il sistema innovativo a “pivot” o doublé twist, oppure il sistema controllato di arretramento e avanzamento della contro matrice solo in una fase iniziale e rispettivamente finale della lavorazione, sebbene per il resto la contromatrice si mantenga esattamente alla distanza/quota prevista, ossia impostata, rispetto alla curva di autoapprendimento.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il sistema di controllo CNC può comprendere la possibilità di curvare il pezzo (tubo, profilato) più velocemente sui tratti quasi rettilinei della matrice rispetto ai tratti con raggio di curvatura minore. Ciò permette, ad esempio, di scomporre in vari tratti su un display la figura geometrica della matrice acquisita tramite autoapprendimento (ad esempio cliccando nei relativi punti del perimetro della matrice col mouse di un PC abbinato alla macchina). Per esempio, se la forma della matrice è un’ellisse, allora quando (durante la lavorazione) la contromatrice si trova in corrispondenza di un apice di un semiasse maggiore dell’ellisse è preferibile che la matrice ruoti più lentamente rispetto ad altri tratti, come nella zona dell’apice dell’asse minore dell’ ellisse. Il vantaggio di ciò risiede nella riduzione del tempo impiegato per ogni ciclo di lavorazione, nel caso si debba effettuare (come avviene quasi sempre) una stessa lavorazione su un determinato lotto di pezzi identici. Allo stesso tempo questo accorgimento tecnico permette di ridurre anche la possibilità di difetti di lavorazione, in quanto una velocità di rotazione uniforme della matrice non è vantaggiosa nei punti critici (raggio di curvatura relativamente piccolo). Il display della macchina che permette le funzioni appena descritte potrebbe anche essere previsto direttamente sul corpo macchina (quadro comandi), anziché su un PC.

Le matrici possono essere realizzate in particolari acciai con il miglior rapporto tenacità-elasticità, mentre per le contromatrici si utilizzano ad esempio i tecnopoli meri nel caso di tubi in alluminio o rame, e l’Ampco per i materiali acciaiosi, in quanto questo è il materiale più duro e con il più basso coefficiente di attrito ad oggi esistente sul mercato.

Il sistema di controllo CNC dovrà prevedere anche una memoria per memorizzare i dati di autoapprendimento di qualsiasi curva complessa. Il pannello di controllo della macchina è preferibilmente del tipo touch screen a colori, idealmente suddiviso in tre pagine: la prima per i dati dei progetti, la seconda per i progetti esecutivi delle figure realizzate o da realizzare, la terza pagina invece servirà da memoria di tutti i movimenti compiuti dalla matrice e dalla contromatrice, a garanzia della ripetibilità di ogni movimentazione della macchina.

La macchina oggetto della presente invenzione è inoltre dotata preferibilmente di una porta USB per il salvataggio di dati e di una presa internet per facilitare l’assistenza a distanza. In questo modo è possibile anche trasferire su un’altra macchina i dati acquisiti per una certa forma di matrice e che permettono di effettuare una determinata lavorazione su un lotto di pezzi. Ciò permette di utilizzare una seconda macchina, identica, per continuare la lavorazione, nel caso la prima macchina dovesse subire un guasto. Oppure si può lavorare in parallelo su più macchine identiche dopo avere effettuato un autoapprendimento solo su una di esse. In tal caso si deve comunque essere sicuri che le matrici sono “identiche” nel senso di essere state prodotte con tolleranze molto strette/precise, 0 che altre variabili non possano compromettere una lavorazione precisa e identica su tutte le macchine.

Gli angoli di rotazione della matrice e i percorsi lineari della vite (ossia della contromatrice) durante la lavorazione del pezzo potranno essere disegnati automaticamente (su un display) ogni volta in funzione del tempo, e/o messi tra loro in correlazione grafica. Poiché anche durante Γ autoapprendimento -sebbene il motore della vite motrice non sia allora in funzione - analoghi grafici del percorso (x(t)) del tastatore/contro mairi ce e della rotazione (ψ(ΐ)) della matrice potranno essere disegnati sul display della macchina dal software del sistema di controllo CNC, il “percorso ottimale” di lavorazione potrà essere facilmente rapportato ai grafici relativi alla lavorazione reale momentanea, per verificare se la macchina lavora entro determinate fasce di tolleranza. In questo modo si potrà lavorare allo stesso modo, entro dette fasce di tolleranza, tutta una serie di tubi uguali. Se dai dati sul display risulta che le tolleranze di lavorazione fornite dal costruttore della macchina non sono rispettate, allora ciò significa che 1 pezzi non sono gli stessi (differenze nel materiale di fusione e/o dimensionali dovute a difetti). L’ utilizzatore avrà allora a disposizione la notevole possibilità di controllare la rispondenza dei vari pezzi che compongono il lotto ai parametri forniti dal produttore. Ciò significa che la macchina effettua anche un’ autodiagnosi sulla qualità dei pezzi.

Il software è preferibilmente tale da combinare i dati x(t) dell’encoder lineare e ψ(ΐ) dell’encoder di rotazione formando una sagoma (ossia una curva) bidimensionale che corrisponde:

a) nel caso dell’ autoapprendimento, al movimento in un piano bidimensionale del punto di contatto tra il tastatore/contro matrice e la matrice (sagoma bidimensionale della matrice);

b) nel caso della lavorazione di un pezzo, al movimento in un piano bidimensionale del punto di contatto tra la contro matrice e la superficie del pezzo. Nell’esempio della matrice di forma ellittica, l’ autoapprendimento (caso a) fornisce sul display della macchina curvatubi una forma ellittica che corrisponde (a parte la scala) alla forma reale della matrice reale (un’ellisse matematica, a parte le inevitabili minime imperfezioni dovute alle tolleranze di fabbricazione). Durante la lavorazione, (caso b) la sagoma disegnata dovrebbe seguire idealmente la curva attorno all’ellisse di autoapprendimento, spostata ortogonalmente rispetto all’ellisse di apprendimento di una distanza d costante. Le fasce di tolleranza ammissibili potrebbero corrispondere a curve scostate di d±s, solo a titolo esemplificativo, formando così una fascia sostanzialmente ellittica di tolleranza, stabilita dal produttore della macchina curvatubi.

La macchina curvatubi dell’invenzione dà anche la possibilità di verificare se la matrice o la contro matrice si sono usurate, oppure se la macchina non funziona correttamente a causa di un guasto. Ciò è visibile dal display in quanto le tolleranze stabilite dal produttore della macchina per la lavorazione di un determinato pezzo non vengono allora più rispettate. Le curve corrispondenti ai movimenti attuali della matrice e della contro matrice escono dalle fasce di tolleranza stabilite (d±s) rispetto alle curve di autoapprendimento iniziali.

Anche lavorando con la stessa matrice, il processo di autoapprendimento dev’essere ripetuto periodicamente dall’ utilizzatore.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora illustrata a titolo puramente esemplificativo e non limitativo anche sulla base di un suo esempio di esecuzione, mostrato nelle figure, in cui:

Fig. la mostra una forma ellittica del pezzo (tubo o profilato) ottenuto dalla macchina curvatubi secondo la presente invenzione;

Fig. lb mostra un profilo ad arco ribassato, utilizzabile per realizzare cornici/profili per passaggi di persone, muniti di porte o portoni;

Figg. 2a-2o mostrano una serie di esempi non limitativi di pezzi, in sezione trasversale, realizzabili tramite la macchina della presente invenzione;

Figg. 3a-3d mostrano (in una vista in pianta) la macchina della presente invenzione, in particolare limitatamente alla sua porzione utilizzata (ossia ai mezzi utilizzati) nel processo di autoapprendimento, nell’esempio di una matrice impiegata per la realizzazione dell’arco ribassato di Fig. lb; queste figure mostrano le varie posizioni di matrice e tastatore nel processo di autoapprendimento;

Figg. 4a-4d mostrano fasi analoghe a quelle delle figure 3a-3d, ma nel processo di lavorazione reale di un pezzo la cui forma definitiva al termine della lavorazione è quella di un arco ribassato (cfr. le Figg. 4d e lb);

Fig. 5 è una vista laterale della Fig. 4d.

Descrizione particolareggiata della forma di esecuzione preferita dell’ invenzione La Fig. la mostra un esempio di pezzo lavorato, a forma di ellisse, con raggi di curvatura R1-R4, in cui R1=R3 > R2=R4. In questo caso è preferibile che la curvatura del tubo, inizialmente lineare, proceda più velocemente lungo il tratto con raggio di curvatura RI ed R3 rispetto al tratto con raggio di curvatura R2 ed R4. Il software del sistema di controllo CNC può essere adattato per risolvere questo problema. Ciò permette di ridurre il tempo dei cicli di lavorazione di tubi identici per l’ottenimento di forme identiche, ad esempio la forma mostrata in Fig. la oppure in Fig. lb. In quest’ ultima figura il pezzo lavorato assume la forma di un arco ribassato; anche in questo caso la lavorazione può procedere più speditamente lungo il tratto con raggio di curvatura maggiore, R2, rispetto ad un tratto con raggio di curvatura minore R1=R3. Nel caso di Fig. la l’operatore potrà programmare la lavorazione suddividendo sul display della macchina la forma dell’ellisse finale in quattro tratti, oppure nel caso della figura lb egli potrà programmare la lavorazione suddividendo in tre tratti la curva a forma di arco ribassato che apparirà sul display dopo l’apprendimento e Γ inserimento dei dati geometrici del pezzo, ad esempio. L’operatore potrà allora assegnare ai vari tratti differenti velocità di rotazione della matrice e di movimento lineare della contromatrice. Ovviamente le zone di transizione da un tratto selezionato al tratto selezionato contiguo prevedono il passaggio con continuità da una velocità all’altra, tramite un’operazione di “smoothing”.

La Fig. 2 mostra solo alcuni esempi di diversi profili a-o ecc., delle sezioni trasversali di un pezzo lavorabile. Si può notare che il materiale può anche essere un materiale pieno. La possibilità di lavorare anche un materiale pieno è data da un’opportuna scelta della potenza e della coppia esercitabile dal motoriduttore associato all’asse di rotazione della matrice.

Volgendo ora l’attenzione alle Figg. 3a-3d, esse illustrano quattro “istantanee” nel processo di autoapprendimento della sagoma/profilo esterno della matrice, nell’esempio specifico (ma per nulla limitativo) di una matrice a forma di arco ribassato.

Le figure 3-4-5 nella presente domanda di brevetto si limitano alla rappresentazione di quella parte meccanica della macchina curvatubi che riguarda l’oggetto specifico della presente invenzione.

La Fig. 3a mostra la partenza, nel punto di “0”. Il motoriduttore (non mostrato) associato alla matrice 2 deve ancora iniziare a ruotare l’asse di rotazione 1. Si nota che l’asse di rotazione 1 non è più coincidente col centro di simmetria, come per le matrici tradizionali, le quali hanno sempre una forma circolare (almeno nella parte di lavorazione del pezzo). Ovviamente per poter trasmettere il moto alla matrice 2 l’asse di rotazione 1 deve possedere un tratto non circolare diversamente dall’ illustrazione nelle figure (queste cose, come altre, sono ovvie per il tecnico del settore e non verranno trattate in dettaglio).

Per poter lavorare un pezzo tramite una matrice 2 di forma così complessa, è necessario secondo l’invenzione effettuare prima un processo di autoapprendimento. Ciò avviene mediante un tastatore meccanico 3 che “legge” elettronicamente il profilo esterno perimetrale (ad arco ribassato nel presente caso) della matrice 2. Specificatamente, la macchina dell’invenzione prevede un cursore 4 solidale ad un encoder lineare 5, nel presente caso non limitativo costituito da un lettore magnetico 5, interagente con una sottostante banda magnetica 6 (misura materializzata; “material measure”). Il cursore 4 è liberamente scorrevole lungo una guida 7 (solo schematizzata) e supporta anteriormente detto tastatore meccanico 3, nel presente caso formato da un rullo di appoggio 3, il quale nel processo di autoapprendimento rimane costantemente in appoggio contro il profilo esterno 8 della matrice, grazie all’azione esercitata da un mezzo elastico 9 che preme costantemente contro il lato posteriore del cursore 4.

Nella Fig. 3b si nota che la molla di spinta 9 (mezzo elastico) si è espansa per permettere al rullo di appoggio 3 di restare a contatto contro il profilo esterno 8 da acquisire. La matrice 2 ha ruotato nel verso orario (freccia arcuata) per mezzo del motoriduttore che agisce sull’asse di rotazione 1. La Fig. 3c mostra la fase successiva, in cui la molla di spinta 9 ha raggiunto il massimo della sua espansione, il rullo di appoggio 3 (montato girevole sul cursore 4) continuando a restare a contatto col profilo 8 della matrice 2. La fase finale del processo di autoapprendimento è mostrata in Fig. 3d (massima compressione della molla 9 come in Fig. 3a).

L’encoder lineare 5 e l’encoder di rotazione (non mostrato ma associato all’asse di rotazione 1 della matrice 2) hanno nel frattempo trasmesso al sistema di controllo CNC tutti i dati relativi alla sagoma della matrice 2. In altre parole, è stata acquisita una correlazione precisa F(x, ψ) = 0, tra lo spostamento lineare x(t) e l’angolo di rotazione ψ(ΐ) del rullo di appoggio 3 e rispettivamente della matrice 2. Si potrebbero ad esempio scegliere χ=ψ=0 per la situazione di partenza mostrata in Fig. 3a.

Inoltre, nelle figure 3-4-5 viene anche mostrato un blocco stazionario rispetto al piano macchina, indicato con 10. Il numero 11 indica schematicamente il blocco del motoriduttore che aziona la vite senza fine (cfr. seguente descrizione e figure 4, 5) non utilizzata durante l’ autoapprendimento (Figg. 3a-3d).

Nelle seguenti figure, 4a sino a 4d, viene invece mostrato il processo di lavorazione reale sulla matrice 2 ad arco ribassato (esempio non vincolante), utilizzando ad esempio un pezzo formato da un tubo metallico di sezione circolare e inizialmente di forma lineare. In questo caso la molla 9 viene smontata e la vite senza fine 12 del motoriduttore 11 viene montata per azionare il cursore 4 in modo motorizzato. I dettagli realizzativi possono a tale riguardo variare: ad esempio si potrebbe anche lasciare la molla 9 al proprio posto, se si prevede quest’ ultima al di sotto della posizione occupata successivamente dalla vite senza fine. Tali soluzioni alternative sono semplici per un tecnico del settore e non verranno trattate dettagliatamente.

La Fig. 4a mostra la posizione iniziale (posizione di “0”) del processo di lavorazione, la staffa di ancoraggio 13 bloccando, come noto, il tubo 14 alla matrice 2. La staffa di ancoraggio 13 è montata in modo amovibile alla matrice 2 e potrebbe essere realizzata in qualsiasi modo, ad esempio in due parti componibili, ecc. La staffa di ancoraggio 13 funge nel modo solito, già noto dalla curvatura circolare tradizionale di tubi e profilati, come organo di trascinamento del tubo/pezzo 14 da lavorare. Il cursore 4, spinto dalla vite senza fine 12, mantiene il pezzo 14 strettamente a contatto con la gola (di forma complementare al pezzo) ricavata nella parte periferica 8, denominata anche profilo o sagoma, della matrice 2. Questo tipo di lavorazione (curvatura) del pezzo 14, senza anima interna, cui si riferisce esclusivamente la presente invenzione, funziona ovviamente per un certo tipo di pezzi 14 che hanno uno spessore e una resistenza sufficiente del materiale da lavorare.

Secondo la presente invenzione è fondamentale che il controllo della macchina sia un controllo CNC ad assi interpolati, ossia che l’encoder rotativo associato all’asse di rotazione 1 della matrice 2 dialoghi costantemente durante la lavorazione con l’encoder lineare 5 associato al cursore 4. 1 dati geometrici della matrice 2 acquisiti durante Γ autoapprendimento (Figg. 3a sino a 3d) vengono utilizzati nel processo di lavorazione effettivo (Fig. 4a sino a 4d) assieme ai dati geometrici (ad es. il diametro) della sezione trasversale del pezzo 14, per ruotare la vite senza fine 12 in ambo i versi e con velocità impostabili dall’operatore, mentre la matrice 2 ruota sempre nel verso orario (ma an eh’ essa con velocità impostabili dall’operatore nei diversi tratti suddetti).

Per una forma della matrice 2 come quella mostrata in Fig. 3 e 4 non è difficile separare il tubo (o in genere il pezzo) 14 al termine della lavorazione, dopo aver tolto la staffa di trascinamento 13, in quanto le due estremità libere del tubo 14 in Fig. 4d sono lineari. Normalmente, per ridurre i tempi di ciclo si fa ruotare la matrice 2 nel verso opposto (verso antiorario) per riportarla nella posizione di inizio ciclo di Fig. 4a, mentre contemporaneamente si fa arretrare leggermente il cursore 4 affinché esso non sia di intralcio quando il tubo 14 già lavorato viene sfilato dalla matrice 2 dopo aver rimosso (o altrimenti azionato in apertura) la staffa di ancoraggio 13).

Tuttavia, in molti casi sarebbe impossibile separare il pezzo 14 già lavorato, dalla matrice 2; ciò vale ad esempio per un pezzo lavorato 14 a forma di curva chiusa (l’ellisse di Fig. la). Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, quindi, la matrice 2 viene realizzata nella forma di matrice componibile, costituita da un coperchio (parte superiore) e da una base (parte inferiore). In questo modo sarà sufficiente sfilare la parte superiore della matrice 2 dal proprio asse di rotazione 1, per togliere il pezzo lavorato 14 dalla macchina. È possibile anche dotare le due parti componibili della matrice di mezzi autocentranti, ad esempio una sporgenza conica su un primo componente e un incavo conico sull’ altro componente.

La Fig. 5 mostra una vista laterale nella posizione di Fig. 4d relativa al termine della lavorazione. Questa figura non necessita di ulteriori spiegazioni.

Per poter completare la lavorazione nel modo migliore, nel caso di una curva chiusa formata dal pezzo 14 - come ad es. per l’ellisse mostrata in Fig. la -, è possibile prevedere due staffe 13 identiche sulla matrice 2, tra loro leggermente distanziate lungo il perimetro 8 della matrice 2 e formate ciascuna da due ganasce apribili e chiudibili verticalmente, in cui la prima staffa 13 funge da staffa di trascinamento e la seconda da staffa di ritenuta per completare la lavorazione. Specificatamente, quando la curvatura del pezzo è quasi completata, a matrice 2 ferma, la staffa di ritenuta (preferibilmente situata in prossimità della staffa di trascinamento) blocca il pezzo 14 sulla matrice 2 chiudendosi, e immediatamente dopo la staffa di trascinamento 13 si apre per consentire il passaggio della contro matrice sulla parte residua ancora non lavorata del pezzo 14 che poco prima era ancora coperta/bloccata dalla staffa di trascinamento. Ovviamente, per ultimare la lavorazione, la matrice 2 dovrà essere ruotata ancora di poco, per un angolo sostanzialmente corrispondente all’angolo che sottende (dal centro dell’asse 1) il tratto di perimetro 8 della matrice 2 precedentemente bloccato dalla staffa di trascinamento 13.

La presente invenzione è stata descritta senza scendere in particolari tecnici di esecuzione che sarebbero ovvi per un tecnico del ramo. Inoltre, Γ esempio di esecuzione, mostrato e descritto, costituisce soltanto uno dei vari modi di attuazione del presente concetto inventivo.

Specificatamente, solo per citare alcuni esempi il processo di autoapprendimento potrebbe avvenire anche mediante un sensore ottico o un sensore ad ultrasuoni che misuri la distanza (variabile nel tempo) tra un punto fisso (ad esempio lungo l’asse longitudinale X-X di Fig. 3a) e il bordo periferico 8 della matrice 2 mentre questa ruota nel modo descritto relativamente alle Figg. 3 a sino a 3d. Inoltre, il sensore o tastatore potrebbe eventualmente essere previsto in un altro punto, ad es. sempre lungo l’asse X-X ma sul lato opposto della matrice 2 rispetto all’asse di rotazione 1 di quest’ ultima.

Nelle figure il tastatore meccanico coincide con l’organo (contromatrice) 3 che viene utilizzato anche durante la curvatura del pezzo 14. Ciò non deve necessariamente essere. Il tastatore potrebbe costituire un elemento distinto dalla contromatrice. Queste e altre modifiche sono alla portata del tecnico medio del ramo che volesse applicare il concetto inventivo alla base della presente innovazione per realizzare una macchina di curvatura di tubi o di profilati che utilizza una matrice di forma complessa qualsiasi.

Per ultimo, si osservi che evidentemente la forma iniziale del pezzo (14) non deve necessariamente essere lineare, poiché la macchina dell’invenzione potrebbe essere utilizzata per curvare successivamente vari tratti di un unico pezzo (14) ottenendo curve successive di forma uguale o diversa (cambiando in quest’ultimo caso la matrice tra una lavorazione e l’altra). La lavorazione successiva di vari tratti di uno stesso tubo è ad esempio già nota dalle macchine convenzionali che utilizzano matrici 2 ad arco 8 perfettamente circolare.

LISTA DEI SIMBOLI DI RIFERIMENTO

1 asse di rotazione

2 matrice

3 contromatrice

4 cursore

5 lettore magnetico

6 banda magnetica

7 guida di scorrimento cursore

8 bordo periferico della matrice

9 mezzo elastico, molla

10 corpo della macchina

1 1 blocco del motori duttore

12 vite senza fine di spinta

13 staffa di ancoraggio/trascinamento

14 pezzo (da lavorare e risp. già lavorato) X-X asse longitudinale

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina per curvare pezzi (14) di forma allungata in particolare metallici e a sezione trasversale costante senza Γ utilizzo di un’anima interna, in particolare tubi e profilati, comprendente una matrice (2) e una contromatrice (3), in cui la matrice (2) e la contromatrice (3) sono montate su un piano di lavoro di un corpo macchina (10), la matrice (2) essendo collegata ad un proprio asse di rotazione verticale (1) azionabile da primi mezzi di azionamento, e la contromatrice (3) essendo a sua volta azionabile da secondi mezzi di azionamento in modo poter traslare in ambo le direzioni lungo un asse di traslazione (X-X) su detto piano di lavoro sì da premere il pezzo (14) durante la lavorazione contro un bordo periferico (8) della matrice (2) mentre questa ruota attorno al proprio asse di rotazione verticale (1), detta matrice (2) essendo inoltre dotata di un organo di trascinamento (13) per permettere il trascinamento del pezzo metallico (14) e il suo avvolgimento attorno ad una porzione di detto bordo periferico (8) per poter formare una curva conforme alla forma del bordo periferico (8) stesso, la matrice (2) presentando in corrispondenza di quest’ultimo una gola di forma complementare a quella di una parte della sezione del pezzo metallico (14) da curvare, in cui inoltre la macchina prevede un encoder rotativo associato a detto asse di rotazione (1) della matrice (2) e un encoder lineare (5, 6) associato al moto di traslazione della contromatrice (3), caratterizzata dal fatto che - la matrice (2) ha una forma complessa, diversa da un arco di cerchio, su detta porzione del bordo periferico (8), - è previsto un sistema di controllo CNC atto a governare, durante la curvatura del pezzo (14), sia detti mezzi di azionamento della matrice (2) che detti mezzi di azionamento della contromatrice (3), tramite un sistema a due assi interpolati in base al quale detto encoder lineare (5, 6) può dialogare costantemente con detto encoder rotativo, - è previsto un tastatore atto ad acquisire mediante autoapprendimento, prima della lavorazione del pezzo (14), la forma non nota al sistema CNC della macchina, del bordo periferico (8).
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto tastatore è un tastatore meccanico, ottico o ad ultrasuoni.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto tastatore meccanico comprende un cursore (4) scorrevole lungo una guida lineare (7) ed atto a rimanere costantemente in appoggio tramite un rullo contro detto bordo periferico (8) sotto l’azione di mezzi di pressione (9); detto cursore (4) supportando un lettore interagente con una misura materializzata (6) prevista in modo stazionario sul blocco (10) della macchina per determinare la posizione momentanea del cursore (4).
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che i mezzi di pressione (9) sono mezzi elastici (9), il lettore (5) essendo un lettore magnetico (5) interagente con una banda magnetica (6) prevista in modo stazionario sul blocco (10) della macchina.
5. 5. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che la contro matrice (3) è compresa nel tastatore e corrisponde ad un rullo (3) del tastatore in appoggio contro la matrice (2) durante Γ autoapprendimento.
6. 6. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che la matrice (2) comprende un coperchio, o parte superiore, e una base, o parte inferiore, tra loro componibili, e il cui piano di separazione interseca detta gola della matrice (2).
7. 7. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che essa è atta ad effettuare un’ autodiagnosi della qualità del pezzo (14) tramite la comparazione della traiettoria piana di un punto di contatto tra contromatrice (3) e pezzo (14), disegnata dal sistema di controllo CNC su un display della macchina durante la lavorazione, da una parte, e d’altra parte, la sagoma della stessa matrice (2) ottenuta nel processo di autoapprendimento che corrisponde al profilo del bordo periferico (8) a parte un eventuale fattore di scala.
8. 8. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che i mezzi di azionamento della matrice (2) e/o i mezzi di azionamento della contromatrice (3) sono dei motori dutt ori.
9. 9. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere una staffa di ritenuta montata sulla matrice (2) in posizione vicina alla staffa di trascinamento (13).
10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che la staffa di ritenuta e la staffa di trascinamento (13) del pezzo (14) formano ciascuna due ganasce apribili e chiudibili in verticale, per stringere o rilasciare il pezzo metallico (14).
11. 11. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere dei mezzi per memorizzare per un lungo periodo predeterminato, oppure illimitato, i dati ottenuti dal processo di autoapprendimento, e per trasferire i dati memorizzati ad un’altra macchina per curvare pezzi (14), ad esempio tramite una porta USB.
12. 12. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di controllo CNC con touch screen industriale per un utilizzo di un collegamento ad internet, utilizzabile per l’assistenza a distanza.
13. 13. Macchina secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che il processo di autoapprendimento è eseguibile su una stessa matrice (2) periodicamente anche sulla base di un indicatore o segnalatore del numero di pezzi lavorati.