ITVE20000020U1 - BIROTATIVE HEAD SPINDLE HOLDER FOR MACHINE TOOL - Google Patents
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Description
SANAO/FI' P P I Dqnr... SANAO / FI 'P P I Dqnr ...
DESCRIZIONE DESCRIPTION
a corredo della domanda di brevetto per modello di utilità avente per titolo: "Testa birotativa portamandrino per macchina utensile" accompanying the patent application for a utility model entitled: "Bi-rotary spindle head for machine tools"
della FPT INDUSTRIE S.p.A. a Camposampiero (Padova) of FPT INDUSTRIE S.p.A. in Camposampiero (Padua)
depositata il J25> settembre 2000 presso la Camera di Commercio dell'Industria, deH'Artigianato e deN'Agricoltura di Venezia al numero di filed on J25> September 2000 at the Chamber of Commerce of Industry, Crafts and Agriculture of Venice under the number of
domanda VE 20 Q 0 U 0 0 00 20 question VE 20 Q 0 U 0 0 00 20
La presente innovazione concerne una testa birotativa portamandrino per macchina utensile. The present innovation relates to a bi-rotating spindle-holder head for machine tools.
Sono note teste birotative per macchine utensili, utilizzate per la lavorazione di superfici tridimensionali, in particolare per ottenere stampi e modelli in lega leggera. Esse comprendono in genere due parti o semicorpi, uno dei quali (primo semicorpo) in grado di ruotare attorno ad un asse rispetto alla struttura della macchina, l’altro (secondo semicorpo) in grado di ruotare rispetto al primo attorno ad un secondo asse angolato rispetto al precedente. Le rotazioni coordinate dei due semicorpi, ottenute in genere con motori elettrici attraverso un sistema di trasmissione ad ingranaggi, consentono di orientare l’asse dell'utensile nella desiderata direzione dello spazio. Bi-rotary heads for machine tools are known, used for processing three-dimensional surfaces, in particular to obtain molds and models in light alloy. They generally comprise two parts or half-bodies, one of which (first half-body) able to rotate around an axis with respect to the structure of the machine, the other (second half-body) able to rotate with respect to the first around a second angled axis compared to the previous. The coordinated rotations of the two half-bodies, generally obtained with electric motors through a gear transmission system, allow you to orient the tool axis in the desired direction of space.
c r. c r.
u. Un noto tipo di testa birotativa prevede che il primo semicorpo abbia c u. A known type of bi-rotary head provides that the first half-body has c
a to
a.<' >conformazione a forcella ed il suo asse di rotazione (primo asse) sia cf> a. <'> fork conformation and its axis of rotation (first axis) is cf>
ortogonale al braccio trasversale di questa e che il secondo semicorpo, che c sostiene il mandrino portautensile, sia articolato ai due bracci paralleli del primo semicorpo attorno ad un asse (secondo asse) parallelo al braccio trasversale di questo. Questo noto tipo di testa birotativa, in cui le rotazioni del secondo semicorpo rispetto al primo semicorpo attorno al secondo asse comportano spostamenti dell'asse dell’utensile su un piano verticale, con un'escursione che può anche raggiungere 110°, e cioè idonea ad effettuare lavori in sottosquadro, presenta una grossa limitazione legata alla conformazione a forcella del primo semicorpo. orthogonal to the transverse arm of the latter and that the second half-body, which c supports the tool holder spindle, is articulated to the two parallel arms of the first half-body around an axis (second axis) parallel to the transverse arm of the latter. This known type of bi-rotary head, in which the rotations of the second half-body with respect to the first half-body around the second axis involve displacements of the tool axis on a vertical plane, with an excursion that can even reach 110 °, i.e. suitable for carrying out work in undercut, presents a major limitation linked to the fork shape of the first half-body.
In effetti tale conformazione comporta un sensibile ingombro ai lati del mandrino e quindi difficoltà di avvicinamento dell'utensile alla superficie del pezzo da lavorare, ed in particolare difficoltà di penetrazione dell'utensile e del suo mandrino in cavità presenti in detto pezzo. In fact, this conformation entails a considerable bulk on the sides of the spindle and therefore difficulties in approaching the tool to the surface of the piece to be machined, and in particular difficulty in penetrating the tool and its spindle into the cavities present in said piece.
Un altro noto tipo di testa birotativa prevede che il primo semicorpo abbia conformazione sostanzialmente cilindrica, con asse coincidente con il primo asse, e che il secondo semicorpo sia posto lateralmente al primo semicorpo, con il secondo asse che incide ortogonalmente il primo asse. In questo caso le rotazioni del secondo semicorpo rispetto al primo semicorpo attorno al secondo asse comportano spostamenti dell'asse dell'utensile sempre su un piano verticale ma praticamente senza alcuna limitazione. Another known type of bi-rotary head provides that the first half-body has a substantially cylindrical conformation, with an axis coinciding with the first axis, and that the second half-body is placed laterally to the first half-body, with the second axis orthogonally incising the first axis. In this case, the rotations of the second half-body with respect to the first half-body around the second axis involve displacements of the tool axis always on a vertical plane but practically without any limitation.
Grazie a questa disposizione laterale del secondo semicorpo rispetto al primo semicorpo si ottiene una riduzione della minima distanza tra il mandrino e la superficie del pezzo in lavorazione, e quindi una maggior c Thanks to this lateral arrangement of the second half-body with respect to the first half-body, a reduction of the minimum distance between the spindle and the surface of the workpiece is obtained, and therefore a greater c
<r avvicinabilità dell'utensile a detta superficie. Tuttavia la perdita dì simmetria ir. <r approachability of the tool to said surface. However, the loss of symmetry ir.
LL LL
c strutturale della testa comporta una diminuzione di precisione operativa CL structural c of the head results in a decrease in operating precision CL
rispetto al tipo precedente a forcella. compared to the previous fork type.
Un altro noto tipo di testa birotativa prevede che il secondo semicorpo sia accoppiato al primo semicorpo secondo una superficie piana inclinata di 45° rispetto al primo asse e che il secondo asse sia ortogonale a detta superficie piana. Another known type of bi-rotary head provides that the second half-body is coupled to the first half-body according to a flat surface inclined by 45 ° with respect to the first axis and that the second axis is orthogonal to said flat surface.
A seguito della rotazione del secondo semicorpo rispetto al primo semicorpo attorno ai secondo asse, l'asse dell'utensile descrive una superficie conica avente angolo al vertice di 90° e può passare in particolare dalla posizione verticale, parallela al primo asse, alla posizione orizzontale. Following the rotation of the second half-body with respect to the first half-body around the second axis, the axis of the tool describes a conical surface with a vertex angle of 90 ° and can pass in particular from the vertical position, parallel to the first axis, to the horizontal position .
Questa soluzione è risultata più valida delle precedenti sia per quanto concerne l'avvicinabiiità dell'utensile alla superficie del pezzo da lavorare e la sua penetrabilità, ove richiesto, in cavità presenti in questo sia per quanto riguarda un'accentuata riduzione dell'effetto Pivot, che può comportare una sensibile riduzione nella dimensione massima del pezzo lavorabile a parità di This solution was more valid than the previous ones both as regards the approach of the tool to the surface of the workpiece and its penetration, where required, in cavities present in this one and as regards an accentuated reduction of the Pivot effect, which can lead to a significant reduction in the maximum size of the workable piece with the same
D I P POIVESANArng... D I P POIVESANArng ...
dimensioni della macchina utensile. Tuttavia a causa della limitata escursione angolare dell'esse dell'utensile, essa non consente di effettuare lavorazioni in sottosquadro. dimensions of the machine tool. However, due to the limited angular excursion of the tool axis, it does not allow for undercut machining.
Scopo dell'innovazione è di eliminare tutti gli inconvenienti disgiuntamente o congiuntamente riscontrabili nelle note teste birotative per macchine utensili, ed in particolare di realizzare una testa birotativa che oltre a poter lavorare in stretta vicinanza con la superficie tridimensionale interessata alla lavorazione stessa, possa penetrare anche all'interno di cavità presenti nel pezzo da lavorare e possa anche effettuare lavorazioni in sottosquadro. The aim of the innovation is to eliminate all the disadvantages separately or jointly found in the known bi-rotary heads for machine tools, and in particular to create a bi-rotary head which, in addition to being able to work in close proximity to the three-dimensional surface involved in the processing itself, can also penetrate inside cavities present in the workpiece and can also perform undercut machining.
Altro scopo dell'innovazione è di realizzare una testa birotativa praticamente priva dei giochi e degli attriti, che generalmente esistono nelle teste tradizionali e che sono causa di imprecisioni di posizionamento e di frequenti interventi di registrazione per la loro riduzione. Another object of the innovation is to provide a bi-rotary head practically free of the play and friction, which generally exist in traditional heads and which cause positioning inaccuracies and frequent adjustment operations for their reduction.
Questi scopi ed altri che risulteranno dalla descrizione che segue sono raggiunti, secondo l'innovazione, con una testa birotativa per macchine utensili ad assi non ortogonali, con un primo semicorpo, articolato alla struttura della macchina attorno ad un primo asse, ed un secondo semicorpo sostenente il mandrino portautensile, accoppiato al primo semicorpo secondo una superficie piana ed articolato ad esso attorno ad un secondo asse ortogonale a detta superficie piana, caratterizzata dal fatto che detta superficie piana forma con detto primo asse un angolo minore di 45°, e preferibilmente compreso tra 35° e 40°. These objects and others that will result from the following description are achieved, according to the innovation, with a bi-rotary head for machine tools with non-orthogonal axes, with a first half-body, articulated to the structure of the machine around a first axis, and a second half-body supporting the tool-holder spindle, coupled to the first half-body according to a flat surface and articulated thereto around a second axis orthogonal to said flat surface, characterized in that said flat surface forms an angle of less than 45 ° with said first axis, and preferably includes between 35 ° and 40 °.
La presente innovazione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in una sua preferita forma di pratica realizzazione riportata a scopo puramente esemplificativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegni, in cui: The present invention is further clarified hereinafter in a preferred embodiment thereof reported for purely illustrative and non-limiting purposes with reference to the attached drawings, in which:
la figura 1 mostra in vista laterale una testa birotativa secondo l'innovazione nella configurazione con asse dell'utensile parallelo al primo asse, Figure 1 shows a side view of a bi-rotary head according to the innovation in the configuration with the tool axis parallel to the first axis,
la figura 2 la mostra in sezione verticale nella stessa configurazione di figura 2, Figure 2 shows it in vertical section in the same configuration as Figure 2,
la figura 3 la mostra in vista laterale nella configurazione con l'asse dell'utensile angolato di 110° rispetto al primo asse, e Figure 3 shows it in side view in the configuration with the tool axis angled by 110 ° with respect to the first axis, and
la figura 4 la mostra in sezione verticale nella stessa configurazione di < Figure 4 shows it in vertical section in the same configuration as <
<t figura 3. <t figure 3.
tn tn
Come si vede dalle figure, la testa birotativa secondo l'innovazione As can be seen from the figures, the bi-rotary head according to the innovation
Q~ Q ~
o_‘ comprende, in maniera tradizionale, un primo semicorpo 2, applicato, cr attraverso un elemento di collegamento 4, alla struttura della macchina a utensile (non rappresentata) ed un secondo semicorpo 6 sostenente il mandrino portautensile 8. Il primo semicorpo 2 può ruotare rispetto alla struttura della macchina, e quindi rispetto all'elemento di collegamento 4, attorno ad un primo asse 10, grazie alla presenza di cuscinetti di guida 12 applicati a detto elemento di collegamento 4 ed impegnanti una scanalatura circonferenziale 14, ricavata nella carcassa del primo semicorpo 2. o_ 'comprises, in a traditional manner, a first half-body 2, applied, cr through a connecting element 4, to the structure of the tool machine (not shown) and a second half-body 6 supporting the tool-holder spindle 8. The first half-body 2 can rotate with respect to the structure of the machine, and therefore with respect to the connecting element 4, around a first axis 10, thanks to the presence of guide bearings 12 applied to said connecting element 4 and engaging a circumferential groove 14, obtained in the casing of the first half body 2.
Le rotazioni del primo semicorpo 2 rispetto all'elemento di collegamento 4 sono ottenute con un motore diretto, il cui statore 16 è solidale a detto elemento di collegamento 4 e il cui rotore 18 è solidale a detto primo semicorpo 2. The rotations of the first half-body 2 with respect to the connection element 4 are obtained with a direct motor, whose stator 16 is integral with said connection element 4 and whose rotor 18 is integral with said first half-body 2.
Il secondo semicorpo 6 ed il primo semicorpo 2 sono accoppiati tra loro in corrispondenza di una superficie piana, la cui traccia nel piano del The second half-body 6 and the first half-body 2 are coupled together at a flat surface, the trace of which in the plane of the
SANOVE PIA P I Danr.-. - 7 - SANOVE PIA P I Danr.-. - 7 -
disegno è rappresentata dalla linea 20. Questa superficie forma con il primo asse 10 un angolo di 35°. drawing is represented by line 20. This surface forms an angle of 35 ° with the first axis 10.
Il secondo semicorpo 6 può ruotare rispetto al primo semicorpo 2 attorno ad un secondo asse 22, grazie alla presenza di cuscinetti di guida 24, applicati a detto primo semicorpo 2 ed impegnanti una scanalatura circonferenziale 26 ricavata nella carcassa del secondo semicorpo 6. The second half-body 6 can rotate with respect to the first half-body 2 around a second axis 22, thanks to the presence of guide bearings 24, applied to said first half-body 2 and engaging a circumferential groove 26 obtained in the casing of the second half-body 6.
Le rotazioni del secondo semicorpo 6 rispetto al perno semicorpo 2 sono ottenute con un motore diretto, il cui statore 28 è solidale a detto primo semicorpo 2 ed il cui rotore 30 è solidale a detto secondo semicorpo 6. The rotations of the second half-body 6 with respect to the half-body pin 2 are obtained with a direct motor, whose stator 28 is integral with said first half-body 2 and whose rotor 30 is integral with said second half-body 6.
Entrambi i motori diretti, e cioè quello interposto tra l'elemento di collegamento 4 e il primo semicorpo 2 nonché quello interposto tra il primo semicorpo 2 ed il secondo semicorpo 6, possono essere sia motori sincroni a magnete permanente, sia motori asincroni. Both direct motors, ie the one interposed between the connecting element 4 and the first half-body 2 as well as the one interposed between the first half-body 2 and the second half-body 6, can be both permanent magnet synchronous motors and asynchronous motors.
La posizione angolare del primo semicorpo 2 rispetto all'elemento di collegamento 4 e la posizione angolare del secondo semicorpo 6 rispetto al primo semicorpo 2 sono controllate da rispettivi trasduttori di posizione 32,34. The angular position of the first half-body 2 with respect to the connecting element 4 and the angular position of the second half-body 6 with respect to the first half-body 2 are controlled by respective position transducers 32,34.
In funzionamento, mentre la rotazione del motore diretto interposto tra l'elemento di collegamento 4 ed il primo semicorpo 2 provoca la rotazione di entrambi i semicorpi 6 e 2 attorno al primo asse 10 e quindi fa descrivere all'asse dell'utensile una superficie conica, che può divenire cilindrica nel caso di parallelismo tra i due assi, la rotazione del motore diretto interposto tra il primo semicorpo 2 ed il secondo semicorpo 6 provoca la rotazione di quest'ultimo attorno al secondo asse 22 e quindi la variazione dell'angolo formato dal primo asse 10 con l'asse de! mandrino. In operation, while the rotation of the direct motor interposed between the connecting element 4 and the first half-body 2 causes the rotation of both half-bodies 6 and 2 around the first axis 10 and therefore causes the tool axis to describe a conical surface , which can become cylindrical in the case of parallelism between the two axes, the rotation of the direct motor interposed between the first half-body 2 and the second half-body 6 causes the rotation of the latter around the second axis 22 and therefore the variation of the angle formed from the first axis 10 with the axis de! spindle.
Più particolarmente quest'angolo può variare da 0° a 110° ed assumere ovviamente tutti i valori intermedi compresi tra questi due valori estremi. Pertanto, con una opportuna regolazione dei due motori diretti è possibile far assumere all'asse del mandrino una qualsiasi direzione nello spazio all'interno di un cono avente angolo al vertice pari a 220°. More particularly, this angle can vary from 0 ° to 110 ° and obviously assume all the intermediate values included between these two extreme values. Therefore, with an appropriate adjustment of the two direct motors it is possible to make the spindle axis assume any direction in space within a cone having a vertex angle equal to 220 °.
Da quanto detto risulta chiaramente che la testa birotativa secondo l'innovazione si presenta particolarmente vantaggiosa rispetto alle teste c From what has been said it is clear that the bi-rotary head according to the invention is particularly advantageous with respect to the heads c
birotative tradizionali, ed in particolare: traditional birotatives, and in particular:
< <
c n c n
LU - consente all’utensile di essere posizionato in stretta vicinanza alla o LU - allows the tool to be positioned in close proximity to the o
Q_ superficie del pezzo da lavorare, Q_ surface of the workpiece,
Q_ Q_
CT. - assicura una buona penetrabilità dell'utensile e del suo mandrino entro le CT. - ensures good penetrability of the tool and its spindle within
Q eventuali cavità del pezzo da lavorare, Q any cavities in the workpiece,
- consente di effettuare lavorazioni in sottosquadro, - allows you to perform undercut work,
- praticamente elimina giochi ed attriti tra le parti in reciproco movimento, ottenendo una elevata precisione di posizionamento dell'utensile rispetto al pezzo, pur senza la necessità di frequenti interventi di registrazione. - practically eliminates play and friction between the parts in reciprocal movement, obtaining a high precision of positioning of the tool with respect to the piece, even without the need for frequent adjustment interventions.
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