ITMI961973A1

ITMI961973A1 - Macchina utensile a controllo numerico per l'esecuzione di lavorazioni di tornitura e di dentatura di pezzi meccanici

Info

Publication number: ITMI961973A1
Application number: IT96MI001973A
Authority: IT
Inventors: Stefano Ongaro
Original assignee: Nuova Trasmisssione S R L
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-03-26
Also published as: DE69714929D1; ATE222833T1; EP0832716A2; EP0832716B1; IT1284594B1; US6079090A; EP0832716A3; DE69714929T2; JPH10128626A

Description

D E S C R IZ IO N E

Il presente trovato ha come oggetto una macchina utensile a controllo numerico per l'esecuzione di lavorazioni di tornitura e di dentatura di pezzi meccanici.

Attualmente, per produrre pezzi meccanici che richiedono sia lavorazioni di tornitura che lavorazioni di dentatura, si rende necessario utilizzare due macchine distinte e cioè un tornio, mediante il quale è possibile eseguire lavorazioni di tornitura, lavorazioni di fresatura e lavorazioni di foratura sul pezzo, e una macchina dentatrice per l'esecuzione della sola dentatura.

In pratica, il pezzo meccanico viene generalmente sottoposto primariamente all'operazione di tornitura, in preparazione dell'operazione di dentatura, sul tornio, e viene quindi asportato dal tornio e posizionato sul mandrino principale della macchina dentatrice.

In molti casi, successivamente all'operazione di dentatura, vengono richieste altre lavorazioni con macchine utensili, ad esempio per eseguire sbavature e/o smussature della dentatura, cave esterne assiali e/o radiali, filettature radiali, esecuzioni di camme, eccetera. In tal caso, si rende necessario eseguire un ulteriore trasferimento del pezzo meccanico dalla macchina dentatrice ad altra macchina utensile.

L'operazione di trasferimento dei pezzi meccanici da una macchina all'altra incide in modo sensibile sui tempi e quindi sui costi complessivi della lavorazione.

Inoltre, è necessario che il posizionamento del pezzo su ciascuna macchina venga eseguito con un'ottima precisione per rispettare le tolleranze previste in sede di progettazione.

L'operazione di trasferimento del pezzo meccanico da una macchina all'altra, inoltre, risulta ancora più complessa da eseguire quando la lavorazione successiva deve essere attuata in rapporto ad un posizionamento angolare ben preciso del pezzo attorno al suo asse, fasatura.

Nelle moderne linee di lavorazione, sono previsti appositi manipolatori robotizzati, anche a controllo numerico, che provvedono al trasferimento dei pezzi da una macchina all'altra.

Tali apparecchiature risultano però estremamente complesse ed incidono in modo sensibile sui costi di investimento per l'impianto.

Un altro problema derivante dalla necessità di utilizzare un tornio ed una dentatrice è indubbiamente costituito dal costo complessivo di acquisto di queste macchine, nonché degli ingombri richiesti nel luogo di lavoro che costituiscono un ulteriore onere sia come costi di investimento che come costi di esercizio.

Un ulteriore problema derivante dall'impiego combinato di un tornio e di una dentatrice è rappresentato dalla necessità di prevedere un'area di stoccaggio dei pezzi da dentare tra il tornio e la dentatrice.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti realizzando una macchina utensile a controllo numerico in grado di eseguire, senza richiedere il trasferimento del pezzo meccanico in lavorazione, lavorazioni di tornitura e lavorazioni di dentatura.

Nell':ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di . rea -lizzare una macchina utensile che, evitando il trasferimento del pezzo in fasi intermedie delle lavorazione, consenta di eseguire lavorazioni notevolmente più precise rispetto alle lavorazioni ottenibili con l'impiego di un tornio e di una dentatrice di tipo tradizionale.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare una macchina utensile che, a parità di produzione, richieda uno spazio per la sua ubicazione notevolmente più ridotto rispetto all'ingombro necessario per l’ubicazione di un tornio e di una dentatrice.

Un altro scopo ancora del trovato è quello di realizzare una macchina utensile che, potendo finire i pezzi in lavorazione, consenta una riduzione del ciclo completo di lavorazione per ogni singolo pezzo, permettendo una maggiore contemporaneità nell'ambito del ciclo globale di lavorazione.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da una macchina utensile a controllo numerico per l'esecuzione di lavorazioni di tornitura e di dentatura di pezzi meccanici, caratterizzata dal fatto di comprendere: un mandrino principale provvisto di mezzi di presa per un pezzo meccanico ed azionabile con moto rotatorio attorno al suo asse, un primo carro supportante una torretta porta utensili per lavorazioni di tornitura e/o fresature e/o foratura ed un secondo carro supportante una testa porta utensili creatori per lavorazioni di dentatura; detto primo carro e detto secondo carro essendo mobili a comando, in modo controllato, relativamente a detto mandrino principale per portare selettivamente gli utensili, montati su detta torretta porta utensili e gli utensili creatori, in lavoro sul pezzo portato da detto mandrino principale.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva,,della macchina utensile secondo il trovato, illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustrata schematicamente la macchina utensile secondo il trovato;

le figure da 2 a 4 illustrano schematicamente un ciclo di lavorazione di un pezzo sottoposto a tornitura e dentatura con la macchina secondo il trovato.

Con riferimento alle figure citate, la macchina utensile secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un mandrino principale 2 che è provvisto, in modo di per sè noto, di mezzi di presa per un pezzo meccanico 30 da sottoporre a lavorazione e che è azionabile con moto rotatorio, in modo controllato (indexato) da un'unità di comando 3 a controllo numerico, attorno al suo asse 2a.

La macchina comprende anche un primo carro 4 che supporta una torretta porta utensili 5, a più stazioni (generalmente dodici) con utensili per lavorazioni di tornitura ed altri motorizzati indipendentemente per l'esecuzione di lavorazioni di foratura e/o fresatura e/o filettatura assiale e radiale, in modo analogo alle torrette porta utensili dei torni di tipo tradizionale a controllo numerico (CNC).

La macchina utensile secondo il trovato comprende inoltre un secondo carro 6 che supporta una testa 7 porta utensili creatori.

Il primo carro 4 e il secondo carro 6 sono mobili a comando, in modo controllato dall'unità di comanda 3 a controllo numerico, relativamente al mandrino principale 2, per portare selettivamente gli utensili 8, 9, 10, montati sulla torretta porta utensili 5, e l'utensile creatore 11 montato sulla testa 7, in lavoro sul pezzo 30 portato dal mandrino principale 2.

Più particolarmente, il primo carro 4 è mobile a comando lungo due assi a controllo numerico 12 e 13, con interpolazione continua: un primo asse 12 che è parallelo all'asse 2a del mandrino principale 2 e un secondo asse 13 che è perpendicolare al primo asse 12.

Il secondo carro 6 è anch'esso mobile a comando, relativamente al mandrino principale 2, lungo due assi 14 e 15 a controllo numerico, con interpolazione continua: un terzo asse 14 che è parallelo all'asse 2a del mandrino principale 2 e un quarto asse 15 che è perpendicolare al terzo asse 14.

L'utensile creatore 11 è azionabile, con moto rotatorio controllato dall'unità1 di comando 3, attorno al suo asse 16 che costituisce un quinto asse a controllo numerico.

La testa 7, che porta gli utensili creatori 11, è girevole a comando, sempre in modo controllato dall'unità di comando 3, attorno ad un sesto asse a controllo numerico 17 che è perpendicolare all'asse 2a del mandrino principale 2 per consentire di variare l'inclinazione dell'utensile creatore 11 rispetto all'asse 2a del mandrino principale 2, a seconda delle esigenze d:i dentatura, ovvero per variare/regolare l'inclinazione dell'elica del creatore con quella dei denti degli ingranaggi da dentare rispetto all'asse del pezzo 30.

Inoltre, la testa 7 è mobile a comando, relativamente al secondo carro 6, in modo controllato dall'unità di comando 3, lungo un settimo asse 18 a controllo numerico che è parallelo al quarto asse 15.

Opportunamente, può essere previsto un terzo carro 19 che supporta una controtesta 20 affacciata al mandrino principale 2.

Il terzo carro 19 è mobile a comando, in modo controllato dall'unità di comando 3, lungo due assi a controllo numerico con interpolazione continua: un nono asse 21 che è parallelo all'asse 2a del mandrino principale 2 e un decimo asse 22 che è perpendicolare al nono asse 21.

La controtesta 20 potrà essere costituita, a seconda delle esigenze, da un mandrino ausiliario provvisto di mezzi di presa del pezzo 30 da lavorare ed azionabile con moto rotatorio attorno al suo asse 20a, qualora si renda necessario sostituire o coadiuvare la presa del pezzo 30 da parte del mandrino principale 2, oppure potrà essere costituito da una contropunta.

Le movimentazioni degli organi che costituiscono la macchina utensile secondo il trovato lungo i vari assi a controllo numerico, a seguito dell'interconnessione operativa assicurata dall'unità di comando 3, potranno essere sincronizzate tra loro, nel desiderato rapporto, per eseguire, come da programma preimpostato nell'unità di comando 3 a controllo numerico, le lavorazioni necessarie per l'esecuzione del pezzo 30.

In particolare, la movimentazione del primo carro 4 e/o del secondo carro 6 è sincronizzata con la rotazione del mandrino principale 2 e/o del mandrino ausiliario che costituisce la controtesta 20.

Anche la rotazione del mandrino ausiliario attorno al suo asse è opportunamente sincronizzata con la rotazione del mandrino principale 2.

La macchina potrà essere equipaggiata con dispositivi di scarico del pezzo lavorato oppure con altri accessori di tipo noto.

Il funzionamento della macchina utensile secondo il trovato nell'esecuzione di un pezzo 30 che richiede, ad esempio, una prima fase di lavorazioni di tornitura, una seconda fase di lavorazione di dentatura e una terza fase ancora di lavorazione di tornitura, con riferimento alle figure da 2 a 4, è il seguente.

Il pezzo 30 da sottoporre a lavorazione, preventivamente sgrossato, viene posizionato sul mandrino principale 2 utilizzando i relativi mezzi di presa.

Successivamente, l'unità di comando 3 aziona il mandrino principale 2 con moto rotatorio attorno al suo asse 2a ed esegue la movimentazione del carro 4 lungo gli assi 12 e 13 eseguendo la tornitura, oppure la fresatura, oppure*la foratura, a seconda dell'utensile utilizzato, del pezzo 30 (figura 2).

Una volta completate le operazioni di tornitura, senza che il pezzo venga asportato dal mandrino principale 2, l'unità di comando 3 provvede a movimentare il primo carro 4, in modo da allontanare gli utensili della torretta 4 dal pezzo 30, e a movimentare il secondo carro 6 lungo gli assi 14, 15, la testa 7, attorno all'asse 17 e lungo l'asse 18, nonché ad azionare l'utensile creatore 11 con moto rotatorio attorno al suo asse 16 per eseguire la dentatura del pezzo (figura 3).

E' da notare che tra le operazioni di dentatura possibili, la macchina secondo il trovato è in grado di eseguire, mediante lo spostamento assiale dell'utensile creatore (shifting), dentature diverse tra loro non solo nel rapporto (due o più dentature diverse nel numero di denti) ma anche nella forma del dente e nel modulo montando contemporaneamente due o più utensili creatori sull'asse della testa 7.

Infine, qualora richiesto, l'unità di comando 3 può movimentare il secondo carro 6 in modo da allontanare l'utensile creatore 11 dal pezzo e comandare nuovamente la movimentazione del primo carro 4 per un eventuale ulteriore esecuzione di operazioni di tornitura (figura 4).

Qualora richiesto, nelle varie fasi di lavorazione, il pezzo può essere supportato o lavorato dalla controtesta 20 mediante la movimentazione del terzo carro 19, ancora comandata dall'unità di comando 3, lungo gli assi 21 e 22, nonché attorno all'asse 20a della controtesta 20.

Inoltre, i carri 4 e 6 possono lavorare simultaneamente utilizzando il creatore con un altro utensile del carro 4, per esempio per eseguire la sbavatura sfiorando il pezzo in corrispondenza della zona dove "scarica" il creatore.

La macchina è in grado di eseguire anche la spuntatura/smussatura della dentatura durante l'esecuzione della dentatura stessa.

La màcchina può lavorare "da barra" continua tramite spingibarra esterno che alimenta in continuo barre commerciali (di lunghezza 3000 mm). In tal caso, al termine dell'esecuzione del pezzo, vi è un'operazione di troncatura mediante utensile, lo scarico del pezzo e la successiva fuoriuscita della barra dal mandrino principale che predispone la macchina a lavorare il pezzo successivo.

Si è in pratica constatato come la macchina utensile secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto è in grado di eseguire lavorazioni di tornitura, fresatura, foratura e dentatura evitando l'asportazione e il riposizionamento del pezzo su varie unità di lavoro in fasi intermedie della lavorazione.

A seguito di questo fatto, si riscontra una notevole riduzione dei tempi complessivi di lavorazione, riduzione che è ancora più marcata qualora venga richiesto, nella lavorazione di uno stesso pezzo meccanico, il mantenimento di una prefissata posizione angolare attorno all'asse del pezzo, nel passaggio da una lavorazione alla lavorazione successiva, come ad esempio nel caso di smussature della dentatura e/o nell'esecuzione di cave esterne assiali o radiali, di filettature radiali, di fori radiali, di camme o di altre lavorazioni di elevata precisione.

La lavorazione integrata ottenibile con la macchina utensile secondo il trovato consente di ottenere pezzi completamente finiti con la riduzione del ciclo completo riguardante il singolo pezzo, accorciando notevolmente il ciclo produttivo e permettendo quindi una maggiore contemporaneità nell'ambito del ciclo globale.

Ulteriori vantaggi, non meno importanti di quelli sopra elencati, sono costituiti dalla ridotta area richiesta dalla macchina secondo il trovato, con conseguenti risparmi sia in termini di investimento che di esercizio, la non necessità di avere un'area di stoccaggio per i pezzi in condizioni intermedie di lavorazione, nonché un risparmio nei costi richiesti dalle attrezzature di manipolazione del pezzo nelle fasi intermedie di lavorazione.

Inoltre, nel caso di pezzi particolarmente lunghi che necessitano di un supporto ulteriore, oltre a quello assicurato dal mandrino principale, in fase di dentatura, la macchina secondo il trovato non necessita di ulteriori attrezzature di presa e di bloccaggio in dentatura necessarie invece nelle macchine di tipo tradizionale con inconvenienti legati al costo e alla manutenzione di tali attrezzature.

Un ulteriore vantaggio è rappresentato dalla maggiore precisione di lavorazione che si ottiene con la macchina utensile secondo il trovato in quanto il pezzo è esente da errori di lavorazione derivanti da un non perfetto posizionamento del pezzo nel trasferimento da una macchina all'altra.

Un altro vantaggio ancora è quello di poter utilizzare come fluido lubroref rigerante olio in emulsione acquosa, come un normale tornio, anziché olio minerale integrale usato nelle dentatrici, con ulteriore risparmio dei costi di esercizio.

Non ultimo vantaggio è quello di consentire una notevole economia in termini di manodopera e di costì di energia.

La macchina utensile cosi concepita è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti ì dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Macchina utensile a controllo numerico per l'esecuzione di lavorazioni di tornitura e di dentatura di pezzi meccanici, caratterizzata dal fatto di comprendere: un mandrino principale provvisto di mezzi di presa per un pezzo meccanico ed azionabile con moto rotatorio attorno al suo asse, un primo carro supportante una torretta porta utensili per lavorazioni di tornitura e/o fresature e/o foratura ed un secondo carro supportante una testa porta utensili creatori per lavorazioni di dentatura; detto primo carro e detto secondo carro essendo mobili a comando, in modo controllato, relativamente a detto mandrino principale per portare selettivamente gli utensili, montati su detta torretta porta utensili e gli utensili creatori, in lavoro sul pezzo portato da detto mandrino principale.
2. Macchina utensile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto carro è mobile a comando, relativamente a detto mandrino principale, lungo due assi a controllo numerico, con interpolazione continua: un primo asse parallelo all'asse di detto mandrino principale e un secondo asse perpendicolare a detto primo asse.
3. Macchina utensile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto secondo carro è mobile a comando, relativamente a detto mandrino principale, lungo due assi a controllo numerico, con interpolazione contìnua: un terzo asse, parallelo all'asse di detto mandrino principale, e un quarto asse perpendicolare a detto terzo asse.
4. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che l'utensile creatore, montato su detta testa porta utensili creatori, è girevole a comando attorno ad un quinto asse a controllo numerico coincidente con l'asse dell'utensile creatore.
5. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta testa porta utensili creatori è girevole a comando attorno ad un sesto asse a controllo numerico perpendicolare all'asse di detto mandrino principale per variare l'inclinazione dell'utensile creatore rispetto all'asse di detto mandrino principale.
6. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta testa porta utensili creatori è mobile a comando, relativamente a detto secondo carro, lungo un settimo asse a controllo numerico parallelo a detto quarto asse.
7. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto di comprendere un terzo carro supportante una controtesta affacciata a detto mandrino principale ed azionabile con moto rotatorio attorno al suo asse, costituente un ottavo asse a controllo numerico, parallelo all'asse di detto mandrino principale.
8. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto terzo carro è mobile a comando lungo due assi a controllo numerico con interpolazione continua: un nono asse parallelo all'asse di detto mandrino principale e un decimo asse perpendicolare a detto nono asse.
9. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che detta controtesta è costituita da un mandrino ausiliario provvisto di mezzi di presa del pezzo da lavorare.
10. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta controtesta è costituita da una contropunta.
11. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la rotazione di detto mandrino principale e/o di detto mandrino ausiliario attorno al proprio asse è controllata (indexata) in continuo.
12. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la movimentazione di detto primo carro e/o di detto secondo carro è sincronizzata con la rotazione di detto mandrino principale e/o di detto mandrino ausiliario.
13. Macchina utensile, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la rotazione di detto mandrino ausiliario attorno al suo asse è sincronizzata con la rotazione di detto mandrino principale.
14. Macchina utensile a controllo numerico per l'esecuzione di lavorazioni di tornitura e di dentatura di pezzi meccanici, caratterizzata dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.