IT201800007230A1 - Macchina utensile a controllo numerico - Google Patents

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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 ponte a controllo numerico, a cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.
Come è noto, le fresatrici a ponte a controllo numerico solitamente comprendono: un pianale porta-pezzo su cui è destinato ad essere appoggiato e fissato il pezzo da lavorare; una traversa portante orizzontale, rettilinea e con struttura ad elevata rigidità, che si estende orizzontalmente al disopra del pianale porta-pezzo, con le due estremità assiali in appoggio scorrevole su due spalle laterali rialzate che si innalzano dal basamento, da bande opposte del pianale porta-pezzo, in modo tale da consentire alla traversa portante di traslare orizzontalmente al disopra del pianale porta-pezzo in una direzione orizzontale perpendicolare all’ asse longitudinale della trave; un carro mobile che è fissato in modo assialmente scorrevole su di un fianco laterale della traversa portante, in modo tale da potersi spostare lungo la traversa parallelamente all’asse longitudinale della traversa; una trave porta-mandrino, che è fissata sul carro mobile in posizione verticale, con la possibilità di scorrere sul carro mobile parallelamente al suo asse longitudinale, ossia in direzione verticale, in modo tale da poter variare la distanza dal pianale porta-pezzo sottostante; ed un mandrino ad azionamento elettrico, che è fissato sulla estremità inferiore della trave porta-mandrino, in modo tale che la sua testa porta-utensile possa raggiungere il pezzo da lavorare fermo in appoggio sul pianale porta-pezzo sottostante.
Più in dettaglio, la testa porta-utensile del mandrino è solitamente in grado di ruotare attorno a due ulteriori assi di riferimento ortogonali tra loro, uno dei quali usualmente coincide con, o è parallelo al, l’asse longitudinale/ verticale della trave porta-mandrino.
Le fresatrici a ponte sopra descritte sono infine dotate di una apparecchiatura elettronica di controllo che è atta a pilotare i dispositivi di movimentazione della traversa, del carro mobile e della trave porta-mandrino, in funzione dei segnali provenienti da un primo sistema di sensori che rileva la posizione della traversa sulle spalle laterali rialzate del basamento, da un secondo sistema di sensori che rileva la posizione del carro mobile sulla traversa, ed infine da un terzo sistema di sensori che rileva la posizione della trave porta-mandrino sul carro porta-mandrino.
Purtroppo, la precisione con cui il sistema elettronico di controllo della macchina riesce a determinare la posizione assoluta dell’utensile montato sulla testa porta-utensile è limitata dalle dilatazioni termiche a cui sono normalmente soggetti i componenti metallici principali della macchina.
Per questa ragione oggigiorno le fresatrici a ponte di grandi dimensioni non consentono di raggiungere precisioni di lavorazione superiori al centesimo di millimetro.
Quando la lunghezza della traversa portante supera i 3-4 metri, infatti, gli errori dovuti alle dilatazioni termiche della traversa e di altri pezzi di grandi dimensioni incidono in modo significativo sulla precisione con cui il sistema di controllo della macchina può determinare la posizione assoluta dell’utensile in uso.
Scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai limiti operativi delle odierne fresatrici a ponte a controllo numerico.
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 è una vista assonometrica di una macchina utensile a controllo numerico realizzata secondo i dettami della presente invenzione, con parti asportate per chiarezza;
- la figura 2 è una vista in scala ingrandita di una porzione della macchina utensile illustrata in figura 1, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza;
- la figura 3 è una vista prospettica parzialmente esplosa della porzione della macchina utensile illustrata in figura 2, con parti asportate per chiarezza; mentre
- la figura 4 è una vista prospettica di una diversa forma di realizzazione della macchina utensile illustrata in figura 1, con parti asportate per chiarezza.
Con riferimento alla figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una macchina utensile a controllo numerico che trova utilizzo particolarmente vantaggioso nella fresatura o alesatura di pezzi in metallo di grandi dimensioni.
La macchina utensile 1 essenzialmente comprende: un mandrino porta-utensile, che è in grado di accogliere un generico utensile; una struttura portante mobile che supporta stabilmente il mandrino, ed è in grado di muovere, a comando, il mandrino nello spazio circostante il pezzo da lavorare; ed una apparecchiatura elettronica di controllo che pilota i vari organi di movimentazione della struttura portante mobile, in modo tale da spostare il mandrino nello spazio attorno al pezzo da lavorare, per eseguire in modo automatico la o le lavorazioni prefissate.
Preferibilmente il mandrino porta-utensile è inoltre un mandrino motorizzato o moto-mandrino, ossia un mandrino in grado di portare in rotazione l’utensile attorno al suo asse longitudinale.
Nell’esempio illustrato, in particolare, la macchina utensile 1 preferibilmente comprende: un basamento 2 sostanzialmente orizzontale, che è stabilmente ancorato al suolo, ed è preferibilmente realizzato in materiale metallico; due spalle laterali 3 sostanzialmente rettilinee e preferibilmente realizzate in materiale metallico, che si elevano/ innalzano verticalmente dal basamento 2 e si estendono orizzontalmente sul basamento 2 una di fianco all’altra, in modo tale da formare/delimitare un corridoio longitudinale 4 sostanzialmente rettilineo, che preferibilmente si estende a cavallo del piano verticale di mezzeria della macchina; ed un pianale porta-pezzo 5 preferibilmente realizzato in materiale metallico, che è atto a ricevere in appoggio il pezzo da lavorare ed è posizionato all’interno del corridoio longitudinale 4 lateralmente delimitato dalle due spalle laterali 3.
Più in dettaglio, le due spalle laterali 3 sono sostanzialmente parallele tra loro, e si estendono sul basamento 2 senza soluzione di continuità, da bande opposte del piano verticale di mezzeria della macchina preferibilmente rimanendo parallele al medesimo piano verticale di mezzeria. Preferibilmente, ciascuna spalla laterale 3 ha inoltre una forma sostanzialmente parallelepipeda.
Nell’esempio illustrato, in aggiunta, le due spalle laterali 3 sono preferibilmente realizzate in pezzo unico con il basamento 2, in modo tale da formare un corpo rigido a forma sostanzialmente di U.
Il pianale porta-pezzo 5, inoltre, è preferibilmente realizzato in pezzo unico con il basamento 2, ed è preferibilmente dimensionato in modo tale da occupare l’intera lunghezza del corridoio longitudinale 4.
Con riferimento alla figura 1, la macchina utensile 1 in aggiunta comprende anche: una grande traversa portante orizzontale 6, sostanzialmente rettilinea e preferibilmente realizzata in materiale metallico, che si estende a cavallo delle spalle laterali 3 sostanzialmente orizzontalmente e perpendicolarmente al piano verticale di mezzeria della macchina, ed ha le due estremità assiali accoppiate in modo assialmente scorrevole alle due spalle laterali 3, in modo tale da potersi muovere lungo le due spalle laterali 3, ad un’altezza prefissata dal pianale porta-pezzo 5 sottostante, in una prima direzione orizzontale d1 sostanzialmente parallela all’asse longitudinale del corridoio e perpendicolare all’asse longitudinale A della medesima traversa portante 6; ed un primo dispositivo di movimentazione 7 a controllo elettronico, preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è in grado di spostare, a comando, la traversa portante 6 avanti ed indietro lungo le spalle laterali 3, nella direzione d1.
Convenzionalmente l’asse longitudinale A della traversa portante 6 è inoltre sostanzialmente parallelo all’asse cartesiano X, per cui la direzione d1 risulta essere sostanzialmente parallela all’asse cartesiano Y.
Preferibilmente il corridoio longitudinale 4 ha inoltre una larghezza superiore a 3 metri, per cui la traversa portante 6 ha una lunghezza superiore a 3 metri.
Con riferimento alla figura 1, nell’esempio illustrato, in particolare, la macchina utensile 1 preferibilmente presenta, sulla sommità di ciascuna spalla laterale 3, almeno una e preferibilmente una coppia di guide rettilinee 8 che si estendono orizzontalmente e parallelamente all’asse longitudinale del corridoio 4, ossia parallelamente all’asse cartesiano Y ed al piano verticale di mezzeria della macchina, preferibilmente sostanzialmente per la intera lunghezza della spalla laterale 3.
Preferibilmente ciascuna estremità assiale della traversa portante 6 è invece dotata di un pattino di appoggio 9, che è calzato/appoggiato in modo assialmente scorrevole direttamente sulla/e guide rettilinee 8 poste sulla sommità della spalla laterale 3, in modo tale da consentire alla traversa portante 6 di spostarsi avanti ed indietro lungo le spalle laterali 3 nella direzione d1.
Il dispositivo di movimentazione 7, invece, è preferibilmente strutturato in modo tale da poter muovere in modo sincronizzato i due pattini di appoggio 9 lungo le corrispondenti guide rettilinee 8, in modo tale da poter spostare a comando l’intera traversa portante 6 nella direzione d1, mantenendola sempre parallela a se stessa ed ortogonale al piano verticale di mezzeria della macchina.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il dispositivo di movimentazione 7 preferibilmente include una coppia di motori elettrici lineari, ciascuno dei quali è collocato sulla sommità di una rispettiva spalla laterale 3, ed è in grado di spostare il corrispondente pattino di appoggio 9 avanti ed indietro lungo le guide rettilinee 8.
Più in dettaglio, ciascun motore elettrico lineare preferibilmente comprende una pista statorica fissa, ed una slitta traslante che è mobile rasente alla pista statorica. La pista statorica si estende sulla sommità della spalla laterale 3, tra le guide rettilinee 8. La slitta traslante è invece fissata in modo rigido sul pattino di appoggio 9, in modo tale da essere localmente affacciata e rasente ad una porzione della pista statorica.
In una forma di realizzazione meno sofisticata, tuttavia, i pattini di appoggio 9 potrebbero essere spostati avanti ed indietro lungo le guide rettilinee 8 mediante un meccanismo di movimentazione a cremagliere oppure mediante un meccanismo di movimentazione con vite a ricircolo di sfere, in entrambi i casi azionato da un motore elettrico od idraulico.
Con riferimento alla figura 1, la macchina utensile 1 inoltre comprende: un carro mobile 10, che è fissato su un fianco laterale della traversa portante 6, con la possibilità di muoversi liberamente lungo la traversa portante 6 parallelamente all’asse longitudinale A della traversa, ossia in una seconda direzione orizzontale d2 sostanzialmente perpendicolare alla direzione d1 ed al piano verticale di mezzeria della macchina; ed un secondo dispositivo di movimentazione 11 a controllo elettronico, preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è in grado di spostare, a comando, il carro mobile 10 avanti ed indietro lungo la traversa portante 6 nella direzione orizzontale d2.
Convenzionalmente l’asse longitudinale A della traversa portante 6 è inoltre sostanzialmente parallelo all’asse cartesiano X, per cui la direzione d2 risulta essere sostanzialmente parallela allo stesso asse cartesiano.
Più in dettaglio, nell’esempio illustrato la macchina utensile 1 preferibilmente presenta, sul fianco laterale della traversa portante 6, almeno una e preferibilmente una coppia di guide rettilinee 12 che si estendono orizzontalmente e parallelamente all’asse longitudinale A della traversa, preferibilmente sostanzialmente per la intera lunghezza della traversa portante 6. Il carro mobile 10, a sua volta, è preferibilmente accoppiato in modo assialmente scorrevole alla o alle guide rettilinee 12.
Il dispositivo di movimentazione 11, invece, preferibilmente include un motore elettrico lineare, che è posizionato sul fianco laterale della traversa portante 6, ed è in grado di spostare il carro mobile 10 avanti ed indietro lungo le guide rettilinee 12, nella direzione d2.
Più in dettaglio, il motore elettrico lineare del dispositivo di movimentazione 11 preferibilmente comprende una pista statorica fissa, ed una slitta traslante che è mobile rasente alla pista statorica. La pista statorica si estende sul fianco laterale della traversa portante 6, tra le guide rettilinee 12. La slitta traslante è invece fissata in modo rigido sul carro mobile 10, in modo tale da essere localmente affacciata e rasente ad una porzione della pista statorica.
In una forma di realizzazione meno sofisticata, anche il carro mobile 10 potrebbe essere spostato avanti ed indietro lungo le guide rettilinee 12 mediante un meccanismo di movimentazione a cremagliere oppure mediante un meccanismo di movimentazione con vite a ricircolo di sfere, in entrambi i casi azionato da un motore elettrico od idraulico.
Con particolare riferimento alle figure 1 e 2, la macchina utensile 1 inoltre comprende: una trave porta-mandrino 14 sostanzialmente rettilinea, che è preferibilmente realizzata in materiale metallico, ed è fissata sul carro mobile 10 con il suo asse longitudinale B sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale A della traversa e con la possibilità di scorrere sul carro mobile 10 parallelamente al suo asse longitudinale B; ed un terzo dispositivo di movimentazione 15 a controllo elettronico, preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è in grado di muovere, a comando, la trave porta-mandrino 14 rispetto al carro mobile 10 parallelamente all’asse longitudinale B della stessa trave porta-mandrino 14, in modo tale da poter, a comando, variare la altezza dell’estremità inferiore della trave porta-mandrino 14 dal basamento 2 sottostante.
Più in dettaglio, la trave porta-mandrino 14 è preferibilmente fissata sul carro mobile 10 in posizione sostanzialmente verticale, con la possibilità di muoversi assialmente sul carro mobile 10 in una direzione d3 sostanzialmente verticale e sostanzialmente perpendicolare alle direzioni d1 e d2.
Convenzionalmente pertanto l’asse longitudinale B della trave porta-mandrino 14 è sostanzialmente parallelo all’asse cartesiano Z, per cui la direzione d3 risulta essere sostanzialmente parallela allo stesso asse cartesiano.
Nell’esempio illustrato, in particolare, la trave porta -mandrino 14 preferibilmente consiste essenzialmente in un grande elemento tubolare rettilineo a sezione rettangolare o quadrata, che è preferibilmente realizzato in materiale metallico ed è accoppiato in modo assialmente scorrevole al carro mobile 10.
Il dispositivo di movimentazione 15, invece, preferibilmente comprende: una vite a ricircolo di sfere (non visibile nelle figure) ad asse verticale, che è interposta tra il carro mobile 10 e la trave porta-mandrino 14; ed un motore elettrico (non visibile nelle figure) che è alloggiato all’interno del carro mobile 10, ed è atto a trascinare in rotazione la vite a ricircolo di sfere in modo tale da poter, a comando, spostare assialmente la trave porta-mandrino 14 per avvicinare o allontanare l’estremità inferiore della trave dal basamento 2 sottostante, ossia muovere la trave porta-mandrino 14 nella direzione d3.
Con riferimento alle figure 2 e 3, la macchina utensile 1 è inoltre provvista anche di una piastra porta-mandrino 16 preferibilmente di forma sostanzialmente discoidale, che è fissata sulla estremità inferiore della trave porta-mandrino 14 in modo tale da essere coassiale ad un asse di riferimento C preferibilmente sostanzialmente parallelo ed opzionalmente anche coincidente con l’asse longitudinale B della trave porta-mandrino 14.
In aggiunta, la piastra porta-mandrino 16 è preferibilmente fissata sulla estremità inferiore della trave portamandrino 14 con la possibilità di ruotare rispetto alla trave porta-mandrino 14 attorno all’asse di riferimento C.
La macchina utensile 1, a sua volta, è preferibilmente provvista anche di un quarto dispositivo di movimentazione 17 a controllo elettronico, preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è in grado, a comando, di ruotare la piastra porta-mandrino 16 attorno all’asse C, in modo tale da poter variare la posizione angolare della piastra porta-mandrino 16 rispetto ad un riferimento angolare prefissato.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il dispositivo di movimentazione 17 è preferibilmente alloggiato all’interno della trave porta-mandrino 14, alle spalle della piastra porta-mandrino 16.
Con riferimento alle figure 1, 2 e 3, il mandrino portautensile 18 della macchina utensile 1 è fissato in modo rigido sulla piastra porta-mandrino 16, in modo tale da sporgere a sbalzo al disotto della trave porta-mandrino 14 e poter raggiungere il pezzo da lavorare fermo sul pianale porta-pezzo 5.
In altre parole, la piastra porta-mandrino 16 è collocata sulla estremità distale della struttura portante mobile della macchina, ed il mandrino 18 è fissato in modo rigido sulla piastra porta-mandrino 16.
Preferibilmente il mandrino 18 è inoltre fissato sulla piastra porta-mandrino 16 in modo rigido e stabile, ma facilmente disaccoppiabile.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il mandrino 18 della macchina utensile 1 è preferibilmente un moto-mandrino ad azionamento elettrico o similare.
Preferibilmente il moto-mandrino 18 è inoltre suddiviso in un fusto o corpo principale 19 ed in una testa portautensile brandeggiante 20.
Il fusto o corpo principale 19 è rigidamente accoppiato /accoppiabile alla piastra porta-mandrino 16, preferibilmente in modo tale da poter selettivamente ruotare attorno all’asse C unitamente alla stessa piastra.
La testa porta-utensile 20, invece, è montata sul corpo principale 19 con la possibilità di ruotare/brandeggiare attorno ad un secondo asse di riferimento D inclinato di un angolo prefissato rispetto all’asse longitudinale B della trave porta-mandrino 14.
Più in dettaglio, nell’esempio illustrato l’asse D è preferibilmente sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale B della trave porta-mandrino 14.
La apparecchiatura elettronica di controllo 21 della macchina utensile 1, a sua volta, è preferibilmente atta a pilotare il dispositivo di movimentazione 7, il dispositivo di movimentazione 11, il dispositivo di movimentazione 15, il dispositivo di movimentazione 17 ed opzionalmente il mandrino porta-utensile 18 (o meglio i servomotori del motomandrino 18 che controllano la posizione/inclinazione della testa porta-utensile 20), in modo tale da poter spostare ed orientare il mandrino 18 nello spazio soprastante il pianale porta-pezzo 5.
Più in dettaglio, la apparecchiatura elettronica di controllo 21 è preferibilmente atta a calcolare/determinare la posizione spaziale corrente del mandrino 18 (e quindi la posizione spaziale dell’utensile momentaneamente montato sulla testa porta-utensile 20 del moto-mandrino 18), sulla base dei segnali provenienti da una serie di sensori di posizione (non visibili nelle figure) che sono opportunamente posizionati/distribuiti sulla struttura portante mobile della macchina utensile 1.
La stessa apparecchiatura elettronica di controllo 21, in aggiunta, è atta ad azionare i vari dispositivi di movimentazione della macchina sulla base dei segnali provenienti da questi sensori di posizione (non visibili nelle figure), in modo tale da poter muovere ed orientare il mandrino 18 nello spazio soprastante il pianale porta-pezzo 5, così da eseguire in modo automatico la o le lavorazioni del pezzo precedentemente programmate.
Nell’esempio illustrato, in particolare, la macchina utensile 1 preferibilmente include: un primo trasduttore di posizione lineare (non illustrato), che è in grado di rilevare/determinare, in tempo reale, la posizione della traversa portante 6 sulle spalle laterali 3; e/o un secondo trasduttore di posizione lineare (non illustrato), che è in grado di rilevare/determinare, in tempo reale, la posizione del carro mobile 10 sulla traversa portante 6; e/o un terzo trasduttore di posizione lineare (non illustrato), che è in grado di rilevare/determinare, in tempo reale, la posizione della trave porta-mandrino 14 sul carro mobile 10; e/o un encoder o altro trasduttore di posizione angolare (non illustrato), che è in grado di rilevare/determinare, in tempo reale, la posizione angolare della piastra porta-mandrino 16 sulla estremità inferiore della trave porta-mandrino 14.
I trasduttori di posizione lineare ed angolare sono dei componenti già ampiamente utilizzati nel settore delle macchine utensili a controllo numerico, e non verranno quindi ulteriormente descritti.
La apparecchiatura elettronica di controllo 21, a sua volta, è preferibilmente elettronicamente collegata ai vari trasduttori di posizione lineare/angolare sopra elencati, ed è atta a calcolare/determinare la posizione spaziale e l’orientamento del mandrino 18, sulla base dei segnali provenienti da detti trasduttori di posizione.
Con riferimento alle figure 2 e 3, la macchina utensile 1 in aggiunta comprende anche uno o più microsensori inclinometrici 22, che sono stabilmente posizionati sulla struttura portante mobile della macchina, e sono atti a misurare/ determinare, preferibilmente in modo continuativo, l’inclinazione del pezzo su cui sono montati rispetto ad un piano inerziale di riferimento (non illustrato), che è immobile/ fisso nello spazio, ossia ha un assetto costante, ed è preferibilmente anche orizzontale.
In altre parole, il o i microsensori inclinometrici 22 sono preferibilmente strutturati in modo tale da misurare/ determinare, preferibilmente in modo continuativo, l’angolo di beccheggio e/o l’angolo di rollio del pezzo su cui sono montati.
Più in dettaglio, il mandrino 18 è fissato sulla estremità distale della struttura portante mobile della macchina utensile 1, ed il o i microsensori inclinometrici 22 sono preferibilmente posizionati sulla estremità distale della struttura portante mobile della macchina, a ridosso del mandrino 18.
Preferibilmente il o i microsensori inclinometrici 22 sono dei sensori inclinometrici MEMS (acronimo di Micro Electro-Mechanical Systems).
Ancora più in dettaglio, con riferimento alla figure 2 e 3, il o i microsensori inclinometrici 22, o meglio il o i sensori inclinometrici MEMS, sono preferibilmente posizionati sulla estremità inferiore della trave porta-mandrino 14, a ridosso della piastra porta-mandrino 16, in modo tale che il piano inerziale di riferimento dei sensori sia parallelo e sostanzialmente coincidente con il piano di giacitura e rotazione della piastra porta-mandrino 16.
In altre parole, il piano inerziale di riferimento dei sensori è localmente sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale B della trave porta-mandrino 14 e/o all’asse di rotazione C della piastra porta-mandrino 16.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il o i microsensori inclinometrici 22, o meglio il o i sensori inclinometrici MEMS, sono preferibilmente posizionati sulla ralla 23 o altro organo meccanico di supporto volvente, che supporta in modo assialmente girevole la piastra portamandrino 16.
In altre parole, il o i microsensori inclinometrici 22 sono preferibilmente posizionati sull’organo meccanico di supporto, che collega la piastra porta-mandrino 16 in modo liberamente girevole alla estremità distale della struttura portante mobile della macchina.
Più in dettaglio, nell’esempio illustrato la macchina utensile 1 è preferibilmente dotata di due sensori inclinometrici MEMS 22, che sono preferibilmente posizionati sulla ralla 23 o altro organo meccanico di supporto, uno ortogonale all’altro in modo tale da poter rilevare le inclinazioni rispetto a due assi orizzontali di riferimento tra loro ortogonali.
La apparecchiatura elettronica di controllo 21, a sua volta, è elettronicamente collegata a detto o detti microsensori inclinometrici 22, o meglio a detto o detti sensori inclinometrici MEMS, ed è atta a pilotare, durante la lavorazione del pezzo, gli organi di movimentazione della struttura portante mobile della macchina utensile 1 sulla base anche dei segnali provenienti dal o dai medesimi microsensori inclinometrici 22.
Più in dettaglio, la apparecchiatura elettronica di controllo 21 è preferibilmente programmata/configurata in modo tale da determinare, durante la lavorazione del pezzo e sulla base dei segnali provenienti dal o dai microsensori inclinometrici 22, gli eventuali errori nell’orientamento spaziale del mandrino porta-utensile 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16, rispetto a quello calcolato e, quindi, gli eventuali errori nell’orientamento spaziale dell’utensile montato sul mandrino 18.
Preferibilmente l’apparecchiatura elettronica di controllo 21 è inoltre programmata/configurata in modo tale da azionare i dispositivi di movimentazione 7, 11, 15 e 17 e/o i servomotori del moto-mandrino 18, sulla base dei segnali provenienti dal o dai microsensori inclinometrici 22, in modo tale da poter compensare/correggere, se possibile, un eventuale errore nell’orientamento spaziale del mandrino 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16.
Preferibilmente il o i microsensori inclinometrici 22, o meglio il o i sensori inclinometrici MEMS, inoltre comunicano con l’apparecchiatura elettronica di controllo 21 mediante segnali wireless.
Preferibilmente il o i microsensori inclinometrici 22, o meglio il o i sensori inclinometrici MEMS, hanno infine una precisione superiore al decimillesimo di grado.
Nell’esempio illustrato, in particolare, il o i microsensori inclinometrici 22 sono preferibilmente dei sensori inclinometrici MEMS prodotti dalla società
oppure dalla
Essendo componenti elettronici facilmente reperibili sul mercato, i sensori inclinometrici MEMS non verranno ulteriormente descritti.
Il funzionamento della macchina utensile 1 è facilmente desumibile da quanto sopra scritto, e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni.
I vantaggi associati alla presenza del o dei microsensori inclinometrici 22 sulla trave porta-mandrino 14, a ridosso della piastra porta-mandrino 16, sono notevoli.
In primo luogo, il posizionamento del o dei microsensori inclinometrici 22 immediatamente alle spalle della piastra porta-mandrino 16, e quindi del mandrino porta-utensile 18, consente all’apparecchiatura elettronica di controllo 21 di eliminare o comunque minimizzare gli errori dovuti alle deformazioni termiche della struttura portante della macchina.
I microsensori inclinometrici 22, infatti, misurano delle grandezze fisiche già influenzate/alterate dalle dilatazioni termiche a cui è normalmente soggetta la struttura portante della macchina.
Di conseguenza, l’apparecchiatura elettronica di controllo 21 riesce a riconoscere gli eventuali errori nell’ orientamento spaziale del mandrino 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16, e ad operare le opportune correzioni quando aziona i vari organi di movimentazione della struttura portante mobile.
L’utilizzo di sensori inclinometrici MEMS 22, inoltre, consente di posizionare gli stessi sensori a ridosso del mandrino 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16, dove lo spazio a disposizione è ridottissimo, consentendo di ridurre ulteriormente gli errori dovuti alle dilatazioni termiche dei componenti in metallo.
In aggiunta, la presenza dei microsensori inclinometrici 22 consente alla apparecchiatura elettronica di controllo 21 di monitorare l’orientamento spaziale del mandrino portautensile 18 durante la lavorazione del pezzo, e di arrestare/ interrompere immediatamente la lavorazione in corso qualora, durante la lavorazione, la deviazione del mandrino 18 rispetto la posizione spaziale calcolata superi una soglia massima prefissata. Opzionalmente l’apparecchiatura elettronica di controllo 21 potrebbe contestualmente allontanare il mandrino porta-utensile 18 dal pezzo in lavorazione per preservare l’integrità strutturale di quest’ultimo, ed eventualmente avviare una procedura di ricalibrazione della macchina.
Ultimo ma non meno importante, la presenza dei microsensori inclinometrici 22 a ridosso della piastra portamandrino 16 consente di semplificare alcune parti della macchina.
Le fresatrici a ponte a controllo numerico attualmente sul mercato, infatti, sono dotate di una serie di sistemi di raffreddamento che sono posizionati sulla traversa portante, sulla trave porta-mandrino e sugli altri pezzi metallici di grandi dimensioni della struttura portante della macchina, ed hanno la funzione di contenere, durante il funzionamento della macchina, le deformazioni termiche a cui gli stessi pezzi sono soggetti.
I microsensori inclinometrici 22 consentono di rilevare e correggere in tempo reale eventuali alterazioni/deviazioni della posizione spaziale del mandrino 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16, a prescindere dalle condizioni ambientali in cui la macchina utensile si trova ad operare.
Di conseguenza, nella macchina utensile 1 è possibile ridurre o comunque semplificare i sistemi di raffreddamento della struttura portante della macchina, con la drastica riduzione dei costi che ne consegue.
Risulta infine chiaro che alla macchina utensile 1 a controllo numerico sopra descritta possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione.
Per esempio la macchina utensile 1 potrebbe essere priva del pianale porta-pezzo 5.
Con riferimento alla figura 4, in una diversa forma di realizzazione della macchina utensile 1, inoltre, la struttura portante della macchina preferibilmente comprende: una grande colonna portante mobile 101 preferibilmente di forma sostanzialmente parallelepipeda, che si erge a sbalzo dal basamento 2 in direzione sostanzialmente verticale, ossia parallelamente all’asse cartesiano Z, ed è in grado di spostarsi su apposite guide rettilinee 102 presenti sul basamento 2 in una direzione d4 orizzontale che risulta essere sostanzialmente parallela all’asse cartesiano X e localmente perpendicolare all’asse longitudinale F della medesima colonna portante 101; ed un dispositivo di movimentazione 103 preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è atto a spostare, a comando, la colonna portante 101 avanti ed indietro lungo il basamento 2 nella direzione d4.
La struttura portante mobile della macchina utensile 1 inoltre comprende: una slitta mobile 104, che è montata scorrevole su di una serie di guide rettilinee 105 che si estendono su di un fianco laterale della colonna portante 101 parallelamente all’asse longitudinale F della colonna, ossia verticalmente, in modo tale da potersi spostare liberamente lungo il corpo della colonna portante 101 in una direzione d5 parallela all’asse longitudinale F della colonna, ossia in una direzione sostanzialmente verticale e parallela all’asse cartesiano Z; ed un secondo dispositivo di movimentazione (non illustrato), preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è atto a spostare a comando la slitta mobile 104 verso l’alto e verso il basso lungo la colonna portante 101, nella direzione d5, in modo tale da variare l’altezza della slitta mobile 104 dal suolo.
Sempre con riferimento alla figura 4, in questa forma di realizzazione la struttura portante mobile della macchina utensile 1 in aggiunta comprende anche: una lunga trave porta-mandrino 107, rettilinea e preferibilmente di forma sostanzialmente prismatica, che si estende a sbalzo ed orizzontalmente dalla slitta 104 ortogonalmente all’asse longitudinale F della colonna ed alla direzione d5, ossia rimanendo sostanzialmente parallela all’asse cartesiano Y, ed è accoppiata in modo scorrevole alla slitta 104 in modo tale da potersi muovere in una direzione d6 che risulta essere localmente parallela all’asse longitudinale L della trave porta-mandrino 107, ossia parallela all’asse cartesiano Y; ed un terzo dispositivo di movimentazione (non illustrato), preferibilmente ad azionamento elettrico od idraulico, che è atto a spostare a comando la trave portamandrino 107 avanti ed indietro sulla slitta 104, nella direzione d6, in modo tale da poter variare a comando la lunghezza del tratto della trave porta-mandrino 107 che sporge a sbalzo dalla colonna portante 101 parallelamente al suolo.
In questa forma di realizzazione, la piastra portamandrino 16 è fissata in modo assialmente girevole sulla estremità distale della trave porta-mandrino 107, con l’asse di riferimento C preferibilmente sostanzialmente parallelo ed opzionalmente anche coincidente con l’asse longitudinale L della trave. Anche in questo caso la trave porta-mandrino 107 è cava ed il dispositivo di movimentazione della piastra 16 è preferibilmente alloggiato all’interno della trave porta-mandrino 107.
Ovviamente il moto-mandrino 18 è fissato sulla piastra porta-mandrino 16 in modo tale da sporgere a sbalzo dalla trave porta-mandrino 107.
Con riferimento alla figura 4, in questa forma di realizzazione, inoltre, la testa porta-utensile mobile 20 è preferibilmente montata sul corpo principale 19 con la possibilità di ruotare/brandeggiare attorno ad un secondo asse di riferimento D che è preferibilmente, ma non necessariamente, inclinato di circa 45° rispetto all’asse longitudinale L della trave porta-mandrino 107.
In questa forma di realizzazione, infine, la macchina utensile 1 è preferibilmente priva del pianale porta-pezzo 5 ed invece comprende una tavola porta-pezzo mobile (non illustrata), che è posizionata di fianco alla colonna portante 101, ed è strutturata in modo tale da poter trattenere saldamente il pezzo di metallo da lavorare, solitamente anche con la possibilità di ruotare a comando il pezzo di metallo attorno ad uno o più assi di riferimento ortogonali tra loro.
Anche in questa forma di realizzazione, la macchina utensile 1 è dotata di uno o più microsensori inclinometrici 22, o meglio di uno o più sensori inclinometrici MEMS, che sono posizionati/fissati sulla estremità distale della trave porta-mandrino 107, preferibilmente a ridosso della piastra porta-mandrino 16, e sono atti a misurare/determinare, preferibilmente in modo continuativo, la inclinazione della piastra porta-mandrino 16 rispetto ad un piano inerziale di riferimento fisso (non illustrato) che, in questo caso, è preferibilmente verticale.
Analogamente alla forma di realizzazione precedente, l’apparecchiatura elettronica di controllo 21 comunica con il o i microsensori inclinometrici 22, o meglio di uno o più sensori inclinometrici MEMS, collocati sulla estremità distale della trave porta-mandrino 107, in modo tale da poter rilevare eventuali errori/deviazioni rispetto alla posizione spaziale teorica del mandrino 18, o meglio della piastra porta-mandrino 16 presente sulla estremità distale della trave porta-mandrino 107.

Claims (15)

1. Macchina utensile a controllo numerico (1) del tipo comprendente: un mandrino porta-utensile (18); una struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107) che supporta il mandrino (18) ed è in grado di muovere a comando il mandrino (18) attorno al pezzo da lavorare; ed una apparecchiatura elettronica di controllo (21) che è atta a pilotare i vari organi di movimentazione (7, 11, 15, 17) della struttura portante mobile, in modo tale da spostare il mandrino (18) nello spazio attorno al pezzo da lavorare; la macchina utensile essendo caratterizzata dal fatto di comprendere anche uno o più microsensori inclinometrici (22) che sono posizionati sulla struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107) della macchina, e sono atti a misurare/determinare l’inclinazione dell’elemento su cui i medesimi sensori sono montati, rispetto ad un piano inerziale di riferimento immobile nello spazio; la apparecchiatura elettronica di controllo (21) essendo elettronicamente collegata a detti uno o più microsensori inclinometrici (22), ed essendo atta a pilotare gli organi di movimentazione della struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107) sulla base dei segnali provenienti da detto o detti microsensori inclinometrici (22).
2. Macchina utensile secondo la rivendicazione 1, in cui il mandrino (18) è fissato sulla estremità distale di detta struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107), e detti uno o più microsensori inclinometrici (22) sono posizionati sulla medesima estremità distale della struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107).
3. Macchina utensile secondo la rivendicazione 2, in cui il mandrino (18) è fissato su una piastra porta-mandrino (16) che è posizionata sulla estremità distale di detta struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107); detti uno o più microsensori inclinometrici (22) essendo posizionati a ridosso di detta piastra porta-mandrino (16).
4. Macchina utensile secondo la rivendicazione 3, in cui la piastra porta-mandrino (16) è fissata in modo assialmente girevole su detta estremità distale della struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107).
5. Macchina utensile secondo la rivendicazione 4, in cui la macchina utensile comprende anche primi mezzi di movimentazione (17) i quali sono atti a ruotare, a comando, detta piastra porta-mandrino (16), in modo tale da poter variare la posizione angolare della piastra porta-mandrino (16) rispetto ad un riferimento angolare prefissato.
6. Macchina utensile secondo la rivendicazione 3, 4 o 5, in cui detti uno o più microsensori inclinometrici (22) sono posizionati sull’organo meccanico di supporto (23) che collega la piastra porta-mandrino (16) in modo liberamente girevole alla struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107), preferibilmente in modo tale che il piano inerziale di riferimento sia sostanzialmente coincidente con il piano di giacitura e rotazione di detta piastra portamandrino (16).
7. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti uno o più microsensori inclinometrici (22) comunicano con la apparecchiatura elettronica di controllo (21) mediante segnali wireless.
8. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto o detti microsensori inclinometrici (22) sono dei sensori inclinometrici MEMS.
9. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107) comprende: una traversa portante (6), che si estende sostanzialmente orizzontalmente ed è in grado di muoversi orizzontalmente in una prima direzione orizzontale (d1) sostanzialmente perpendicolare al proprio longitudinale (A); un carro mobile (10), che è in grado di spostarsi sulla traversa portante (6) parallelamente all’asse longitudinale (A) della traversa; ed una trave porta-mandrino (14), che è fissata sul carro mobile (10) con il suo asse longitudinale (B) sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale (A) della traversa, ed è in grado di scorrere sul carro mobile (10) parallelamente al suo asse longitudinale (B).
10. Macchina utensile secondo la rivendicazione 9, in cui la trave porta-mandrino (14) è fissata sul carro mobile (10) in posizione sostanzialmente verticale.
11. Macchina utensile secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui le due estremità della traversa portante (6) sono appoggiate in modo scorrevole su una coppia di spalle laterali (3) sostanzialmente rettilinee, che si elevano/innalzano verticalmente da un basamento (2) e si estendono orizzontalmente sul basamento (2) una di fianco all’altra, in modo tale da formare/delimitare un corridoio longitudinale (4).
12. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui la struttura portante mobile (2, 3, 6, 10, 14; 101, 104, 107) comprende: una colonna portante verticale (101), che è in grado di muoversi orizzontalmente in una seconda direzione orizzontale (d4) sostanzialmente perpendicolare al proprio asse longitudinale (F); una slitta mobile (104), che è in grado di spostarsi sulla colonna portante (101) parallelamente all’asse longitudinale (F) della colonna; ed una trave porta-mandrino (107), che è fissata sulla slitta mobile (104) con il suo asse longitudinale (L) sostanzialmente perpendicolare all’asse longitudinale (F) della colonna, ed è in grado di scorrere sulla slitta mobile (104) parallelamente al suo asse longitudinale (B).
13. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 12, in cui la piastra porta-mandrino (16) è fissata su una estremità di detta trave porta-mandrino (14, 107).
14. Macchina utensile secondo la rivendicazione 13, in cui detti uno o più microsensori inclinometrici (22) sono posizionati sulla estremità di detta trave porta-mandrino (14, 107), a ridosso di detta piastra porta-mandrino (16).
15. Macchina utensile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il piano inerziale di riferimento di detti uno o più microsensori inclinometrici (22) è sostanzialmente orizzontale o sostanzialmente verticale.
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