IT202000031043A1

IT202000031043A1 - Utensile piezoelettrico attivo, dispositivo piezoelettrico attivo e metodo di funzionamento dell’utensile piezoelettrico attivo.

Info

Publication number: IT202000031043A1
Application number: IT102020000031043A
Authority: IT
Inventors: Marco Grilli; Morando Bessi; Niccolò Grossi; Antonio Scippa; Gianni Campatelli; Benjamin Barbieri
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-16
Also published as: CN116600921A; WO2022128150A1; AU2021403442A1; US20240024965A1; CA3202455A1; KR20230117434A; JP2024501483A; EP4263096A1

Description

Utensile piezoelettrico attivo, dispositivo piezoelettrico attivo e metodo di funzionamento dell?utensile piezoelettrico attivo

Descrizione

CAMPO TECNICO

[0001] La presente descrizione riguarda un utensile piezoelettrico attivo equipaggiato con un dispositivo piezoelettrico incorporato atto a smorzare le vibrazioni di lavorazione a macchina provocate da operazioni di lavorazione a macchina.

STATO DELL?ARTE

[0002] L?insorgenza di vibrazioni dannose ? una delle limitazioni principali alla prestazione di processi di tornitura o alesatura, in particolare in utensili di lavorazione a macchina che richiedono l?uso di utensili sottili (ad esempio, alesatura profonda). Questi effetti provocano altres? una riduzione delle prestazioni e della qualit? di operazioni di alesatura interna, che sono invece cruciali per una serie di componenti, ad esempio in una turbomacchina, come involucri, ammortizzatori, cilindri per compressori a stantuffo, e lavorazione a macchina di albero interno.

[0003] Attualmente, le vibrazioni su superfici di finitura ottenute, ad esempio, alesando una barra portautensili generano generalmente costi pi? elevati relativi a una rimozione di materiale inferiore e un tasso di scarti superiore.

[0004] Di conseguenza, sarebbe ben accetta nella tecnologia una barra portautensili migliorata in grado di compensare le vibrazioni generate da un utensile, come una barra portautensili di alesatura, durante le operazioni di lavorazione a macchina, la quale ? in grado di compensare rapidamente qualsiasi vibrazione e, dal punto di vista dell?elaborazione dei dati, in modo economico.

SOMMARIO

[0005] In un aspetto, l?oggetto descritto nella presente ? rivolto a sviluppare un utensile di lavorazione a macchina attivo in grado di attenuare gli effetti dannosi delle vibrazioni nella lavorazione a macchina, in particolare con utensili sottili.

[0006] In un altro aspetto, l?oggetto descritto nella presente riguarda una barra portautensili per effettuare un?operazione di lavorazione a macchina ad un pezzo da lavorare. La barra portautensili incorpora un dispositivo piezoelettrico avente due supporti rivolti uno verso l?altro e uno o preferibilmente due accelerometri, configurati per generare un segnale elettrico proporzionale alla velocit? della barra portautensili, lungo una direzione rilevante. Il dispositivo piezoelettrico comprende altres? attuatori piezoelettrici disposti tra i due supporti, in grado di allungarsi o ritrarsi durante un segnale di azionamento. Il dispositivo piezoelettrico comprende altres? un?unit? logica di controllo configurata per azionare gli attuatori piezoelettrici mediante un segnale di azionamento proporzionale alla velocit? rilevata dagli accelerometri atta a compensare la coppia e le vibrazioni sulla barra portautensili.

[0007] In un altro aspetto, nella presente ? descritto un dispositivo piezoelettrico comprendente un primo attuatore piezoelettrico allineato parallelo all?asse longitudinale della barra portautensili, e un secondo attuatore piezoelettrico allineato parallelo all?asse longitudinale della barra portautensili, in cui il primo attuatore piezoelettrico, il secondo attuatore piezoelettrico, e l?asse longitudinale giacciono sullo stesso piano.

[0008] Un ulteriore aspetto della presente descrizione ? il fatto che il primo supporto e il secondo hanno la superficie rivolta verso l?altro supporto avente alloggiamenti di forma arrotondata o semisferica, in cui le estremit? di ciascun attuatore piezoelettrico sono alloggiate in un rispettivo alloggiamento del primo supporto e del secondo supporto.

[0009] In un altro aspetto, descritto nella presente, gli attuatori piezoelettrici comprendono una prima testa e una seconda testa, di forma arrotondata o forma semisferica, alloggiate rispettivamente in un alloggiamento rilevante dei supporti.

[0010] In un altro aspetto, nella presente ? descritto un metodo per compensare la coppia e smorzare le vibrazioni sulla barra portautensili, in cui segnali proporzionali alla velocit? della barra portautensili sono ricevuti e amplificati, e un segnale di azionamento per azionare i dispositivi piezoelettrici viene generato proporzionale alla velocit? della barra portautensili, per compensare la coppia a cui ? sottoposta la barra portautensili durante le operazioni di lavorazione a macchina, e per smorzare le vibrazioni sulla barra portautensili.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0011] Una comprensione pi? completa delle forme di realizzazione descritte dell?invenzione e di molti dei suoi vantaggi correlati sar? facilmente ottenuta man mano che la stessa viene intesa meglio con riferimento alla seguente descrizione dettagliata quando considerata in combinazione agli uniti disegni, in cui:

la Fig.1 illustra una vista prospettica di una barra portautensili di alesatura dotata di un dispositivo piezoelettrico attivo, secondo una prima forma di realizzazione; la Fig. 2 illustra una vista esplosa della barra portautensili di alesatura della figura 1;

la Fig. 3 illustra una vista prospettica del dispositivo piezoelettrico attivo secondo la prima forma di realizzazione;

la Fig. 4 illustra un dettaglio del dispositivo piezoelettrico attivo della figura 3; la Fig. 5 illustra un attuatore piezoelettrico del dispositivo piezoelettrico attivo secondo la presente descrizione;

la Fig. 6 illustra uno schema di un?unit? logica di controllo del dispositivo piezoelettrico attivo secondo la presente descrizione;

la Fig. 7 illustra una prima vista laterale della barra portautensili di alesatura secondo la presente descrizione in funzionamento;

la Fig. 8 illustra una seconda vista laterale della barra portautensili di alesatura secondo la presente descrizione in funzionamento;

la Fig.9 illustra una diagramma a blocchi del sistema di trasferimento che mostra il parametro elaborato dall?unit? logica di controllo secondo la presente descrizione;

la Fig.10 illustra un primo grafico dell?accelerazione della barra portautensili di alesatura in funzione del tempo in caso di controllo della vibrazione e in caso di mancato controllo delle vibrazioni;

la Fig. 11 illustra un secondo grafico dell?accelerazione della barra portautensili di alesatura in funzione del tempo in caso di controllo della vibrazione e in caso di mancato controllo delle vibrazioni;

la Fig. 12 illustra un grafico dell?ampiezza della barra portautensili di alesatura in funzione della frequenza in caso di controllo della vibrazione e in caso di mancato controllo delle vibrazioni; e

la Fig. 13 illustra un diagramma di flusso del metodo per compensare la coppia e smorzare le vibrazioni secondo la presente descrizione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE

[0012] Macchine per lavorare metallo, legno, e/o altri materiali sono equipaggiate con utensili di lavorazione a macchina, come barre portautensili di alesatura. Durante le operazioni di lavorazione a macchina, a causa degli attriti meccanici, della temperatura e di altri possibili parametri fisici, vengono generate vibrazioni che si propagano attraverso gli utensili di lavorazione a macchina. Tali vibrazioni possono peggiorare la qualit? della lavorazione a macchina, in particolare in utensili sottili. Il presente oggetto ? rivolto a un sistema di smorzamento di vibrazioni attivo, incorporato nell?utensile di lavorazione a macchina, in grado di smorzare la vibrazione e compensare la coppia generata sull?utensile. Il dispositivo di compensazione di vibrazione ? in grado di controbilanciare le vibrazioni generate durante le operazioni di taglio azionando attuatori piezoelettrici e compensare la coppia a cui ? sottoposto l?utensile. La soluzione mira a ridurre al minimo le vibrazioni in tutti i casi di lavorazioni a macchina di alesatura di involucri grandi.

[0013] Facendo ora riferimento ai disegni, la figura 1 mostra un utensile di lavorazione a macchina, e in particolare, una barra portautensili di alesatura 1, che ? un utensile sottile, e ha un asse longitudinale A. La barra portautensili di alesatura 1 comprende un adattatore 2, collegabile alla presa di potenza della macchina in cui la barra portautensili di alesatura 1 ? installata, e in particolare e in generale, a un mandrino. La barra portautensili di alesatura 1 comprende un dispositivo piezoelettrico attivo 3, descritto in dettaglio nel seguito, e atto a compensare le vibrazioni generate attraverso la barra portautensili di alesatura 1 durante il funzionamento di quest?ultima, due estensioni 4, collegate consecutivamente, e un utensile di lavorazione a macchina 5, che nella presente forma di realizzazione ? una barra di alesatura per effettuare le operazioni di lavorazione a macchina su un pezzo da lavorare di metallo. In altre forme di realizzazione, l?utensile di lavorazione a macchina 5 pu? essere qualsiasi altro utensile di lavorazione a macchina, come un utensile di fresatura, una punta di trapano o simili.

[0014] Nella forma di realizzazione mostrata nella figura 1, il dispositivo piezoelettrico attivo 3 viene quindi incorporato in una barra portautensili di alesatura 1, tuttavia, ? possibile installare il dispositivo piezoelettrico attivo 3 in altro equipaggiamento di lavorazione a macchina.

[0015] L?adattatore 2 dipende in genere dalla macchina su cui deve essere installata la barra portautensili di alesatura 1. Questo consente alla barra portautensili di alesatura 1 di essere collegata a un mandrino, di prendere la potenza richiesta per azionare l?utensile di lavorazione a macchina 5, di effettuare le operazioni di lavorazione a macchina richieste.

[0016] Con riferimento alle figure 2, 3, 4 e 5, e sempre con riferimento alla figura 1, il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende un telaio 31, avente in questa forma di realizzazione una forma sostanzialmente cilindrica. Il telaio 31 ? altres? cavo e ha una porzione superiore 311 e una porzione inferiore 312, che ? filettata.

[0017] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende altres? un primo supporto o anello 32, accoppiato alla porzione superiore 311 del telaio 31, e un secondo supporto o anello 33, accoppiato alla porzione inferiore 312 del telaio 31.

[0018] Il primo anello 32 ha una prima superficie 321, che ? piatta e disposta rivolta verso il secondo anello 33. La prima superficie 321 ha una pluralit? di alloggiamenti perimetrali 324. In questa forma di realizzazione, il numero degli alloggiamenti perimetrali 324 ? otto, ma pu? essere previsto un numero diverso di alloggiamenti 324. Gli alloggiamenti 324 sono semisferici, come sar? spiegato meglio nel seguito. Il primo anello 32 ha altres? una seconda superficie 322, opposta alla prima superficie 321. Il primo anello 32 ha altres? una superficie esterna 323, avente a sua volta, nella presente forma di realizzazione, una forma cilindrica, su cui ? ottenuta una pluralit? di fori filettati 325. I fori filettati 325 sono intesi essere impegnati ciascuno con un grano rilevante 326, per fissare il primo anello 32 alla porzione superiore 311 del telaio 31. Sulla superficie esterna del primo anello 32 sono ottenute due scanalature perimetrali 327.

[0019] Sulla superficie 331 rivolta verso il primo anello 32, il secondo anello 33 ha alloggiamenti perimetrali 332 (visibili in trasparenza nella figura 3), in modo analogo agli alloggiamenti perimetrali del primo anello 32, aventi una forma semisferica. Il secondo supporto o anello 33 ha altres? una superficie esterna 333, avente nella presente forma di realizzazione una forma cilindrica, su cui sono ottenute due scanalature perimetrali 334.

[0020] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende inoltre una coppia di attuatori piezoelettrici, pi? in particolare un primo attuatore piezoelettrico 34, avente una prima testa 341 e una seconda testa 342, con una forma arrotondata o una forma semisferica, e un secondo attuatore piezoelettrico 35, avente, a sua volta, una prima testa 351 e una seconda testa 352, ancora con una forma arrotondata o una forma semisferica. Entrambi gli attuatori piezoelettrici 34 e 35 hanno una forma allungata.

[0021] Gli attuatori piezoelettrici 34 e 35 sono entrambi disposti tra il primo 32 e il secondo 33 anello. Pi? in particolare, ciascun attuatore piezoelettrico 34 e 35 ha la prima testa, rispettivamente indicata con i numeri di riferimento 341 e 351, accoppiata a detto primo anello 32, alloggiata in un rispettivo alloggiamento perimetrale 324; e la seconda testa, rispettivamente indicata con i numeri di riferimento 342 e 352, accoppiata a detto secondo anello 33, alloggiata in un rispettivo alloggiamento perimetrale 332.

[0022] Gli attuatori piezoelettrici 34 e 35 sono disposti lungo la linea di diametro di detto anello 32 o di detto anello 33, in modo che siano entrambi paralleli al telaio 31 e il telaio 31 sia interposto tra di loro. Pi? in particolare, viene considerato il sistema di riferimento cartesiano mostrato nella figura 1, in cui l?asse Z ? allineato all?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1 e all?asse del telaio 31, l?asse X ? perpendicolare all?asse Z, e l?asse Y ? perpendicolare all?asse Z e all?asse X. Nella barra portautensili di alesatura 1, i due attuatori piezoelettrici 34 e 35 sono disposti paralleli tra loro e paralleli all?asse Z (e pertanto paralleli al telaio 31), ed entrambi giacciono nel piano X-Z.

[0023] Ciascun attuatore piezoelettrico 34 e 35 comprende una pila di cellule singole incollate insieme, il che lo rende fragile a forze di taglio trasversali. La forma semisferica degli alloggiamenti perimetrali 342 e 333, rispettivamente del primo anello 32 e del secondo anello 33, consente l?alloggiamento di attuatori equipaggiati con punte sferiche che mantengono le forze di flessione e di taglio lontano dalle piezoceramiche. Le teste 341 e 342 del primo attuatore piezoelettrico 34, e le teste 351 e 352 del secondo attuatore piezoelettrico 35, che sono arrotondate o semisferiche, come summenzionato, sono inserite negli alloggiamenti perimetrali 342 e 333, in modo che il contatto avvenga in un?area ridotta (rispetto alla superficie dell?alloggiamento), non trasferendo pertanto forze di taglio significative agli attuatori 34 o 35.

[0024] In altre forme di realizzazione, gli attuatori piezoelettrici 34 e 35 possono essere disposti in una posizione diversa rispetto al telaio 31 e al piano X-Z. I vantaggi di questa disposizione specifica verranno spiegati meglio nel seguito.

[0025] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende altres? quattro rondelle 36. Due delle quattro rondelle sono disposte sulle scanalature perimetrali 327 della superficie esterna 323 del primo anello 32. Le altre due rondelle sono disposte sulle scanalature perimetrali 334 della superficie esterna 333 del secondo anello 33.

[0026] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende altres? un anello di bloccaggio 37, avente una filettatura 371, impegnata con la filettatura della porzione inferiore 312 del telaio 31. L?anello di bloccaggio 37 ha altres? tre fori filettati 372 (ma un numero diverso pu? essere previsto) intesi per essere impegnati con un grano idoneo 373, per fissare l?anello di bloccaggio 37 con la porzione inferiore 312 del telaio 31. I fori filettati 372 possono essere inclinati, e quindi non perpendicolari, rispetto all?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1 per fissare meglio l?anello di bloccaggio 37 al telaio 31.

[0027] L?anello di bloccaggio 37 ha altres? una serie di fori ciechi 374, per consentire la rotazione dello stesso con un utensile esterno, come una chiavetta o simili. L?anello di bloccaggio 37 effettua un pre-carico del primo attuatore piezoelettrico 34 e del secondo attuatore piezoelettrico 35, comprimendo entrambi tra il primo 32 e il secondo 33 anello, e in modo tale che il pre-carico possa essere regolato agendo sui fori ciechi 374.

[0028] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 include inoltre una coppia di accelerometri 38a e 38b, accoppiati sulla superficie esterna del telaio 31. Ciascun accelerometro 38a e 38b ? disposto in prossimit? o in corrispondenza di un rispettivo attuatore piezoelettrico 34 o 35. Inoltre, un primo accelerometro 38a ? allineato lungo l?asse Z, in modo da rilevare la velocit? della barra portautensili di alesatura 1 lungo questa direzione, mentre un secondo accelerometro 38b ? allineato lungo l?asse X, in modo tale da rilevare la velocit? della barra portautensili di alesatura 1 lungo quest?altra direzione.

[0029] Il gruppo del dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende una coppia di chiavette 39, alloggiate in guide idonee ottenute sul secondo anello 33, per guidare il secondo anello 33 insieme al telaio 31.

[0030] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 comprende altres? un?unit? logica di controllo 6, alloggiata all?interno del telaio 31, e collegata in modo operativo con gli accelerometri 38a e 38b, e con gli attuatori piezoelettrici 34 e 35.

[0031] L?unit? logica di controllo 6 ? dotata di circuiteria, configurata per elaborare i segnali elettrici generati dagli attuatori piezoelettrici 34 e 35 e dagli accelerometri 38a e 38b.

[0032] Il dispositivo piezoelettrico attivo 3 ? protetto da una copertura in plexiglas C, che consente a un operatore di vedervi attraverso, in modo da verificare il sistema contenuto al suo interno, sebbene in altre forme di realizzazione la copertura C possa essere altres? realizzata in materiali diversi, a seconda delle condizioni di lavoro.

[0033] In alcune forme di realizzazione, e in particolare facendo riferimento alla figura 6, l'unit? di controllo centrale 6 pu? comprendere un processore 61, un bus 62, al quale ? collegato il processore 61, una base di dati 63, collegata al bus 62, in modo da essere accessibile e controllata dal processore 61, una memoria leggibile da computer 64, anch'essa collegata al bus 62, in modo da essere accessibile e controllata dal processore 61, un modulo di ricezione-trasmissione 65, collegato al bus 62, configurato per ricevere il segnale dagli acceleratori 38a e 38b, e per trasmettere il segnale di controllo e azionamento al primo 34 e al secondo 35 attuatore piezoelettrico. Il processore 61 pu? essere realizzato da un PLC, un microprocessore, o qualsiasi altro dispositivo microelettronico programmabile.

[0034] Il funzionamento della barra portautensili di alesatura 1 delle figure 1, 2, 3, 4, 5 e 6 ? il seguente.

[0035] Quando la barra portautensili di alesatura 1 ? in funzionamento, l?utensile di lavorazione a macchina, ossia la barra di alesatura 5 (non mostrata nelle figure) ? accoppiato alla testa del supporto 5, e riceve la forza motrice dalla testa 2 della macchina.

[0036] Durante le operazioni di lavorazione a macchina, gli accelerometri 38 rilevano le vibrazioni provocate dalle operazioni di lavorazione a macchina, che sono trasmesse meccanicamente attraverso e sull?intera barra portautensili di alesatura 1. Inoltre, facendo riferimento alle figure 7 e 8, si pu? osservare che la barra portautensili di alesatura 1 ? sottoposta alla coppia rispetto all?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1.

[0037] Ciascun accelerometro 38a e 38b genera un segnale elettrico, proporzionale all?accelerazione e alla velocit? trasmesse all?unit? logica di controllo 6, in modo da essere amplificato adeguatamente ed elaborato dal processore 61, per cui un segnale di azionamento viene trasmesso sia al primo attuatore piezoelettrico 34 sia al secondo attuatore piezoelettrico 35. Il primo 34 e il secondo 35 attuatore piezoelettrico sono azionati da un controsegnale per smorzare le vibrazioni generate dal processo di lavorazione a macchina.

[0038] L?accelerometro 38a e 38b della dinamica della barra portautensili di alesatura 1, ossia che l?accelerazione e quindi la velocit?, lungo l?asse Z e l?asse X, quindi, i segnali generati dagli accelerometri siano amplificati adeguatamente (il guadagno pu? essere costante o dipendente dal tempo) ed elaborati dal processore 61 dell?unit? logica di controllo 1, in modo da generare un segnale di controllo per ciascun attuatore piezoelettrico 34 e 35, proporzionale, come summenzionato, alla velocit? lungo i summenzionati asse Z e asse X della barra portautensili di alesatura 1. I segnali sono generati al fine di compensare la coppia generata lungo l?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1, che, come summenzionato, ? parallela all?asse Z del sistema cartesiano altres? disegnato nelle figure 7 e 8.

[0039] Nella presente forma di realizzazione, il segnale per azionare il primo 34 e il secondo 35 attuatore piezoelettrico smorza altres? le vibrazioni della barra portautensili di alesatura 1, e pertanto del dispositivo piezoelettrico attivo 3. Dunque, si presume una forza di smorzamento proporzionale alla velocit? dell?oggetto da smorzare. L?unit? logica di controllo 6 genera pertanto un segnale di controllo per ottenere uno smorzamento attivo.

[0040] In altri termini, i due attuatori piezoelettrici 34 e 35 sono stimolati elettricamente da segnali di azionamento per allungarsi o ritrarsi in base alla risposta di processo. Il cambio di lunghezza del primo 34 e del secondo 35 attuatore piezoelettrico lungo l?asse longitudinale A della barra portautensili, provoca una distorsione o flessione della barra portautensili di alesatura 1 sul piano X-Z. Queste regolazioni hanno lo scopo di controbilanciare la coppia generata sulla barra portautensili di alesatura 1 dalle forze di taglio durante la lavorazione a macchina, pertanto smorzando altres? le vibrazioni. Gli accelerometri 38a e 38b collegati all?unit? logica di controllo 6, raccolgono un feedback di velocit? diretto, consentendo un monitoraggio di processo e regolazioni continui. Quando richiesto, segnali dall?unit? logica di controllo 6 sono inviati a un amplificatore che allunga o ritrae gli attuatori 34 e 35 per controbilanciare le forze di taglio.

[0041] Nella forma di realizzazione descritta, viene fornita una forza proporzionale alla velocit?. Pertanto, viene sostanzialmente introdotto uno smorzamento aggiuntivo nel sistema dinamico, che ? effettivamente proporzionale alla velocit?, come mostrato nell?equazione di seguito:

in cui ? ? l?accelerazione, ? la velocit?, lo spostamento, ? la massa, la rigidit? di smorzamento, e ? la rigidit?. Lo smorzamento aggiuntivo rende possibile ridurre le vibrazioni a frequenze prossime alla risonanza, come dimostrato dalle prove al banco effettuate.

[0042] Il segnale di controllo di feedback ? quindi proporzionale alla velocit? dell?utensile di lavorazione a macchina o, in modo equivalente, del dispositivo piezoelettrico attivo 3.

[0043] Nel caso in cui il dispositivo piezoelettrico 3 sia mantenuto con un solo attuatore piezoelettrico, quest?ultimo deve essere posizionato in modo eccentrico rispetto all?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1, ossia non giacendo lungo l?asse longitudinale A, in modo che, quando viene allungato o ritratto dal segnale di azionamento dell?unit? logica di controllo 6, pu? compensare la coppia ???? a cui ? sottoposta la barra portautensili di alesatura 1 durante le operazioni di lavorazione a macchina.

[0044] Facendo riferimento alla figura 7, lo schema di feedback viene implementato dall?unit? di controllo centrale 6, che mostra schematicamente che data la forza a cui ? sottoposta la barra portautensili di alesatura 1 a causa delle operazioni di lavorazione a macchina, che crea una coppia la velocit? (ossia rilevata da uno degli accelerometri 38a e 38b lungo il rilevante asse di rilevazione (Z o X) viene elaborata dall?unit? di controllo centrale 6, per generare una forza di attivazione di smorzamento

corrispondente principalmente al termine dell?equazione di cui sopra.

[0045] Nella presente forma di realizzazione, il controllo ? sempre attivo e l?attuazione ? rilevabile solamente in caso di vibrazioni elevate (velocit? elevate). In altre forme di realizzazione, ? possibile fornire un innesco, in modo che il dispositivo piezoelettrico attivo 3 funzioni solamente dopo che la velocit? della barra portautensili di alesatura 1 ha oltrepassato una determinata soglia.

[0046] Con riferimento alle figure 10, 11 e 12, sono mostrati i risultati delle misurazioni su un banco di prova per testare il comportamento del sistema: i risultati sia della prova d?impatto (figura 12) sia della prova di eccitazione sinusoidale (figure 10 e 11) mostrano l?effetto di smorzamento significativo conseguibile dal sistema. ? chiaro che nel caso in cui non ci fosse alcuno smorzamento della barra portautensili di alesatura 1, vi sarebbe un aumento notevole dell?ampiezza del segnale di accelerazione rispetto a particolari frequenze di lavoro (vale a dire, la frequenza naturale del sistema), e in particolare, nel caso mostrato, su frequenze attorno a 320 Hertz.

[0047] La figura 12 mostra un diagramma di flusso che riassume le fasi effettuate dal processore 61 dell?unit? di controllo centrale 6, per azionare gli attuatori piezoelettrici 34 e 35. Il metodo eseguito comprende le fasi di ricevere 71 i segnali di velocit? dagli accelerometri 38a e 38b. Detti segnali sono generati direttamente dagli accelerometri 38a e 38b e presi lungo le direzioni dell?asse X e dell?asse Z. I segnali vengono quindi amplificati nella fase 72, di un aumento idoneo. Segnali di azionamento vengono quindi generati nella fase 73, proporzionali alla velocit? della barra portautensili 1, in grado di compensare la coppia rispetto all?asse longitudinale A della barra portautensili di alesatura 1 e alle vibrazioni sulla barra portautensili 1.

[0048] Un vantaggio del dispositivo piezoelettrico attivo della soluzione 3 ? che il controllo del dispositivo piezoelettrico attivo ha il vantaggio di non necessitare che si implementi alcun tipo di modello o misura di risposta in frequenza (frequency response measurement, FRF).

[0049] Un altro vantaggio dell?utensile piezoelettrico attivo ? che esso ? in grado di ridurre il tempo di lavorazione a macchina aumentando la velocit? di rimozione del materiale (material removal rate, MRR) e migliorare la qualit? di superficie. Questo produce un beneficio in termini di costi di lavorazione a macchina ridotti per singolo componente e qualit? aumentata del pezzo.

[0050] Un altro vantaggio dell?oggetto descritto nella presente ? la riduzione fino all?80% sul picco di frequenza naturale quando si esegue una prova di percussione. Inoltre, capacit? di smorzamento aumentate rispetto alle soluzioni di mercato attuali consentono una velocit? di rimozione di materiale superiore.

[0051] Sebbene aspetti dell'invenzione siano stati descritti in termini di varie forme di realizzazione specifiche, risulter? evidente ai tecnici del ramo che numerose modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza discostarsi dallo spirito e dall?ambito delle rivendicazioni. In aggiunta, salvo diversamente specificato nella presente, l'ordine o la sequenza di una qualsiasi fase di processo o metodo pu? essere variato/a o risequenziato/a secondo forme di realizzazione alternative.

[0052] ? stato fatto riferimento in dettaglio alle forme di realizzazione della descrizione, di cui uno o pi? esempi sono illustrati nei disegni. Ciascun esempio ? fornito a titolo esplicativo della descrizione, non limitativo della descrizione. Di fatto, risulter? evidente ai tecnici del ramo che varie modifiche e variazioni possono essere apportate alla presente descrizione senza discostarsi dall?ambito o dallo spirito della descrizione. Il riferimento in tutta la specifica a ?una forma di realizzazione? o ?alcune forme di realizzazione? indica che il particolare aspetto, struttura o caratteristica descritto/a in relazione a una forma di realizzazione ? incluso/a in almeno una forma di realizzazione dell?oggetto descritto. Quindi, l?occorrenza dell'espressione ?in una forma di realizzazione? o ?in alcune forme di realizzazione? in vari punti nella specifica non fa necessariamente riferimento alla/e stessa/e forma/e di realizzazione. Inoltre, i particolari aspetti, strutture o caratteristiche possono essere combinati in qualsiasi modalit? idonea in una o pi? forme di realizzazione.

[0053] Quando elementi di varie forme di realizzazione vengono introdotti, gli articoli "un", "uno", "una", "il", "lo", "la", "i", "gli", "le" e "detto/a/i/e" intendono indicare che vi sono uno o pi? di tali elementi. I termini "comprendente/i", "includente/i" e "avente/i" intendono essere inclusivi e indicano che vi possono essere elementi aggiuntivi diversi dagli elementi elencati.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Barra portautensili (1) per effettuare un?operazione di lavorazione a macchina ad un pezzo da lavorare, in cui la barra portautensili (1) ha un asse longitudinale (A) e comprende

un utensile di lavorazione a macchina (5), per lavorare a macchina un pezzo da lavorare,

caratterizzata dal fatto che la barra portautensili (1) comprende un dispositivo piezoelettrico (3) associato all?utensile di lavorazione a macchina (5), comprendente:

un primo supporto (32);

un secondo supporto (33);

almeno un accelerometro (38a, 38b) associato all?utensile di lavorazione a macchina (5) configurato per generare un segnale elettrico proporzionale alla velocit? della barra portautensili (1), lungo una direzione (X, Z); almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) disposto tra il primo supporto (32) e il secondo supporto (33); e

un?unit? logica di controllo (3), collegata in modo operativo all?almeno un accelerometro (38a, 38b) e all?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35), in cui l?unit? logica di controllo (3) ? configurata per azionare l?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) mediante un segnale di azionamento proporzionale alla velocit? rilevata dall?almeno un accelerometro (38a, 38b) atto a compensare la coppia e le vibrazioni sulla barra portautensili (1).

2. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui l?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) ? disposto in modo eccentrico rispetto all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1).

3. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente,

in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende un telaio (31), avente una porzione superiore (311) e una porzione inferiore (312), in cui la porzione inferiore (312) ? filettata e collegata in modo rigido all?utensile di lavorazione a macchina (5), in cui il primo supporto (32) ? accoppiato alla porzione superiore (311) del telaio (31), e il secondo supporto (33) ? impegnato con la filettatura della porzione inferiore (312) del telaio (31), in cui il secondo supporto (33) ? disposto rivolto verso il primo supporto (32).

4. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende un anello di bloccaggio (37), avente una filettatura (371), impegnata con la filettatura della porzione inferiore (312) del telaio (31), per effettuare un pre-carico dell?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35), comprimendolo tra il primo (32) e il secondo (33) supporto.

5. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui l?anello di bloccaggio (37) ha uno o pi? fori filettati (372) e un grano (373) da filettare nei fori filettati (372) per fissare l?anello di bloccaggio (37) alla porzione inferiore (312) del telaio (31).

6. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui l?anello di bloccaggio (37) ha almeno un foro (374), per consentire la sua rotazione.

7. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende:

un primo attuatore piezoelettrico (34), disposto tra il primo supporto (32) e il secondo supporto (33), e allineato parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1); e

un secondo attuatore piezoelettrico (35) disposto tra il primo supporto (32) e il secondo supporto (33), e allineato parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1).

8. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui il primo attuatore piezoelettrico (34), il secondo attuatore piezoelettrico (35), e l?asse longitudinale (A) giacciono sullo stesso piano (X-Z).

9. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?attuatore piezoelettrico (34) comprende:

un primo accelerometro (38a) disposto per misurare l?accelerazione e la velocit? della barra portautensili (1) lungo un primo asse (Z); e

un secondo accelerometro (38b) disposto per misurare l?accelerazione e la velocit? della barra portautensili (1) lungo un secondo asse (X).

10. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente, quando dipendente dalla rivendicazione 8, in cui il primo asse (Z) ? parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1) e il secondo asse ? perpendicolare al primo asse (Z) e giace sullo stesso piano in cui giacciono gli attuatori piezoelettrici (34, 35).

11. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9 o 10, in cui il primo (38a) e il secondo (38b) acceleratore sono ciascuno disposti in prossimit? o in corrispondenza di un rispettivo attuatore piezoelettrico (34, 35).

12. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti,

in cui il primo supporto (32) ha una superficie (321), rivolta verso il secondo supporto (33), avente almeno due alloggiamenti (324),

in cui il secondo supporto (33) ha una superficie rivolta verso il primo supporto (32), avente almeno due alloggiamenti (332), e

in cui le estremit? di ciascun attuatore piezoelettrico (34, 35) sono alloggiate in un rispettivo alloggiamento del primo supporto (32) e del secondo supporto (33).

13. Barra portautensili (1) secondo la rivendicazione precedente,

in cui gli alloggiamenti (324) del primo supporto (32) e gli alloggiamenti (332) del secondo supporto (33) hanno una forma arrotondata o semisferica,

in cui il primo attuatore piezoelettrico (34) comprende una prima testa (341) e una seconda testa (342), di forma arrotondata o forma semisferica, alloggiate rispettivamente in un alloggiamento rilevante (324, 332) del primo supporto (32) e del secondo supporto (33),

in cui il secondo attuatore piezoelettrico (35) comprende una prima testa (351) e una seconda testa (352), di forma arrotondata o forma semisferica, alloggiate rispettivamente in un alloggiamento rilevante (324, 332) del primo supporto (32) e del secondo supporto (33).

14. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno un?estensione (4), accoppiata al telaio (31) in corrispondenza di un?estremit? e ad un?altra estensione (4) o all?utensile di lavorazione a macchina (5) all?altra estremit?.

15. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente un adattatore (2), inteso per essere collegato a un mandrino di una macchina di lavoro, in cui il dispositivo piezoelettrico (3) ? disposto tra l?adattatore (2) e l?utensile di lavorazione a macchina (5).

16. Barra portautensili (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la barra portautensili ? una barra portautensili di alesatura (1).

17. Dispositivo piezoelettrico (3) che pu? essere installato sulla barra portautensili (1) comprendente:

un primo supporto (32);

un secondo supporto (33);

almeno un accelerometro (38a, 38b) configurato per generare un segnale elettrico proporzionale alla velocit? del dispositivo piezoelettrico (3), lungo una direzione (X, Z);

almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) disposto tra il primo supporto (32) e il secondo supporto (33); e

un?unit? logica di controllo (3), collegata in modo operativo all?almeno un accelerometro (38a, 38b) e all?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35), in cui l?unit? logica di controllo (3) ? configurata per azionare l?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) mediante un segnale di azionamento proporzionale alla velocit? rilevata dall?almeno un accelerometro (38a, 38b) per compensare la coppia e le vibrazioni sulla barra portautensili (1).

18. Dispositivo piezoelettrico (3) secondo la rivendicazione precedente, comprendente

un telaio (31), avente una porzione superiore (311) e una porzione inferiore (312), in cui la porzione inferiore (312) ? filettata e collegata in modo rigido all?utensile di lavorazione a macchina (5),

in cui il primo supporto (32) ? accoppiato alla porzione superiore (311) del telaio (31), e il secondo supporto (33) ? impegnato con la filettatura della porzione inferiore (312) del telaio (31), in cui il secondo supporto (33) ? disposto rivolto verso il primo supporto (32).

19. Dispositivo piezoelettrico (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17 o 18, in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende un anello di bloccaggio (37), avente una filettatura (371), impegnata con la filettatura della porzione inferiore (312) del telaio (31), per effettuare un pre-carico dell?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35), comprimendolo tra il primo (32) e il secondo (33) supporto.

20. Dispositivo piezoelettrico (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti,

in cui la barra portautensili (1) ha un asse longitudinale (A) e

in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende:

un secondo attuatore piezoelettrico (35) disposto tra il primo supporto (32) e il secondo supporto (33), e allineato parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1);

in cui il primo attuatore piezoelettrico (34), il secondo attuatore piezoelettrico (35), e l?asse longitudinale (A) giacciono sullo stesso piano (X-Z).

21. Dispositivo piezoelettrico (3) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 17-20, in cui l?attuatore piezoelettrico (34) comprende:

un secondo accelerometro (38b) disposto per misurare l?accelerazione e la velocit? della barra portautensili (1) lungo un secondo asse (X);

in cui il primo asse (Z) ? parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1) e il secondo asse ? perpendicolare al primo asse (Z) e giace sullo stesso piano in cui giacciono gli attuatori piezoelettrici (34, 35).

22. Metodo (7) per compensare la coppia e smorzare le vibrazioni su una barra portautensili (1), in cui la barra portautensili (1) ha un asse longitudinale (A), e comprende un dispositivo piezoelettrico (3), in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35), in cui il metodo (7) comprende le fasi di:

ricevere (71) i segnali di velocit? della barra portautensili (1) insieme alle direzioni (X, Z);

amplificare (72) i segnali;

generare (73) segnali di azionamento, proporzionali alla velocit? della barra portautensili (1), per azionare l?almeno un attuatore piezoelettrico (34, 35) per compensare la coppia (????) rispetto all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1) e le vibrazioni sulla barra portautensili (1).

23. Metodo (7) secondo la rivendicazione precedente,

in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende due attuatori piezoelettrici (34, 35), disposti paralleli tra loro e paralleli all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1), e

in cui il dispositivo piezoelettrico (3) comprende due accelerometri (38a, 38b), configurati per rilevare la velocit? della barra portautensili (1) lungo un primo asse (Z) e un secondo asse (X), in cui il primo asse (Z) ? parallelo all?asse longitudinale (A) della barra portautensili (1) e il secondo asse ? perpendicolare al primo asse (Z) e giace sullo stesso piano in cui giacciono gli attuatori piezoelettrici (34, 35).