ITMI20081999A1

ITMI20081999A1 - TOOL UNLOCKING DEVICE WITH INTEGRATED COOLING, PARTICULARLY FOR SPINDLES.

Info

Publication number: ITMI20081999A1
Application number: IT001999A
Authority: IT
Inventors: Paolo Brega; Dario Capellini
Original assignee: Capellini S R L; Consorzio Musp
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-12

Description

Descrizione del Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo: Description of the Patent for Industrial Invention entitled:

"DISPOSITIVO DI SBLOCCAGGIO UTENSILE CON RAFFRED-DAMENTO INTEGRATO, PARTICOLARMENTE PER ELET-TROMANDRINI" "TOOL RELEASE DEVICE WITH INTEGRATED COOLING, ESPECIALLY FOR ELECTROMANDRELS"

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo di sbloccaggio dell’utensile con raffreddamento integrato, particolarmente per elettromandrini. The present invention relates to a tool release device with integrated cooling, particularly for electrospindles.

Come è noto, un elettromandrino è un componente montato sugli assi di una macchina utensile nella sua parte fissa ed al quale vengono connessi gli utensili alla parte rotante per mezzo di un sistema di bloccaggio dell’utensile. As is known, an electrospindle is a component mounted on the axes of a machine tool in its fixed part and to which the tools are connected to the rotating part by means of a tool locking system.

La parte rotante è connessa alla parte fissa per mezzo di sisterni che possono essere cuscinetti a sfere, boccole idrostatiche, cuscinetti elettromagnetici, cuscinetti a rulli. The rotating part is connected to the fixed part by means of systems which can be ball bearings, hydrostatic bushings, electromagnetic bearings, roller bearings.

La parte rotante è trascinata nella rotazione da un motore elettrico integrato direttamente all’interno del corpo mandrino con una parte rotorica integrata direttamente sull’albero mandrino. The rotating part is driven into rotation by an electric motor integrated directly inside the spindle body with a rotor part integrated directly on the spindle shaft.

Per connettere gli utensili alla parte rotante vengono utilizzate interfacce utensili unificate, ad esempio ISO-12 164, o proprietarie, quali ad esempio il prodotto noto con il nome commerciale "Coromant Capto". Unified tool interfaces, such as ISO-12 164, or proprietary tool interfaces, such as the product known under the trade name "Coromant Capto", are used to connect the tools to the rotating part.

Tali utensili vengono bloccati nelle sedi per utensili per mezzo di sistemi appositi che generano una forza assiale che mantiene nella sede l’utensile. These tools are blocked in the tool seats by means of special systems that generate an axial force that keeps the tool in the seat.

Per poter eseguire sostituzioni dell’utensile è necessario applicare una forza assiale di espulsione, opposta a quella di ritegno, che permetta di surclassare la forza assiale di ritegno applicata portando il meccanismo predisposto nella condizione di espulsione. In order to replace the tool, it is necessary to apply an axial force of expulsion, opposite to that of retention, which allows to outclass the axial retaining force applied by bringing the mechanism in the expulsion condition.

Compito del presente trovato è quello di realizzare un innovativo sistema di sbloccaggio del sistema di ritegno dell’utensile, tale da poter essere inserito all'interno del corpo del mandrino. The aim of the present invention is to provide an innovative unlocking system for the tool retaining system, such as to be able to be inserted inside the body of the spindle.

Nell’ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un sistema in grado di portare un fluido di raffreddamento sulla superficie interna dell’albero del mandrino andando a creare un raffreddamento di una delle maggiori fonti di calore del sistema intero. Within this aim, an object of the invention is to provide a system capable of bringing a cooling fluid to the internal surface of the spindle shaft, creating a cooling of one of the major heat sources of the entire system.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare una dispositivo che, per le sue peculiari caratteristiche realizzative, sia in grado di assicurare le più ampie garanzie di affidabilità e di sicurezza nell'uso. Another object of the present invention is to provide a device which, due to its particular constructive characteristics, is capable of ensuring the greatest guarantees of reliability and safety in use.

Questo ed altri scopi, che meglio appariranno evidenziati in seguito, sono raggiunti da un dispositivo di sbloccaggio dell’utensile con un raffreddamento integrato, particolarmente per elettromandrini caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di raffreddamento integrati nell'albero mandrino e senza occupare la parte posteriore. This and other purposes, which will be better highlighted later, are achieved by a tool release device with integrated cooling, particularly for electrospindles characterized by the fact that it includes cooling means integrated in the spindle shaft and without occupying the rear part.

Il dispositivo di sbloccaggio dell’utensile è inoltre caratterizzato dal fatto che i mezzi di raffreddamento integrati sono disposti all’interno dell’albero mandrino in maniera da portare il fluido refrigerante al di sotto della parte rotorica del motore elettrico integrato. The tool release device is also characterized by the fact that the integrated cooling means are arranged inside the spindle shaft in such a way as to bring the coolant below the rotor part of the integrated electric motor.

I mezzi di raffreddamento integrati, secondo il presente trovato, sono applicabili a tutti i tipi di sistema di ritegno dell’utensile, cono utensile, e elementi di connessione tra parte fissa e parte rotante. The integrated cooling means, according to the present invention, are applicable to all types of tool retention system, tool cone, and connection elements between the fixed and rotating parts.

I mezzi di raffreddamento integrati, secondo il presente trovato, sono atti a veicolare qualunque tipo di fluido refrigerante all’interno dell’albero mandrino. The integrated cooling means, according to the present invention, are suitable for conveying any type of cooling fluid inside the spindle shaft.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'oggetto del presente trovato risulteranno maggiormente evidenziati attraverso un esame della descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nei disegni allegati, in cui: Further characteristics and advantages of the object of the present invention will become more evident through an examination of the description of a preferred, but not exclusive, embodiment of the invention, illustrated by way of non-limiting example in the attached drawings, in which:

la figura 1 è una vista in sezione longitudinale di un elettromandrino munito del dispositivo di sbloccaggio secondo il presente trovato; Figure 1 is a longitudinal section view of an electrospindle equipped with the release device according to the present invention;

la figura 2 è una vista in sezione longitudinale, ingrandita rispetto alla precedente, del dispositivo secondo il trovato; Figure 2 is a longitudinal sectional view, enlarged with respect to the previous one, of the device according to the invention;

la figura 3 è un'altra vista in sezione del dispositivo. Figure 3 is another sectional view of the device.

Con particolare riferimento ai simboli numerici delle suddette figure, il dispositivo, secondo il trovato, è utilizzato in un elettromandrino a sua volta montato sugli assi di una macchina utensile nella sua parte fissa, indicata con il numero di riferimento 1 , ed al quale vengono connessi gli utensili alla parte rotante 2. With particular reference to the numerical symbols of the aforementioned figures, the device, according to the invention, is used in an electrospindle in turn mounted on the axes of a machine tool in its fixed part, indicated with the reference number 1, and to which they are connected the tools to the rotating part 2.

Gli utensili sono fissati nella parte rotante per mezzo di un sistema di bloccaggio dell’utensile 85. The tools are fixed in the rotating part by means of a tool locking system 85.

La parte rotante è connessa alla parte fissa per mezzo di sistemi 10, 11 che possono essere cuscinetti a sfere, boccole idrostatiche, cuscinetti elettromagnetici, cuscinetti a rulli. The rotating part is connected to the fixed part by means of systems 10, 11 which can be ball bearings, hydrostatic bushings, electromagnetic bearings, roller bearings.

La parte rotante è trascinata nella rotazione da un motore elettrico 25 integrato direttamente all’interno del corpo del mandrino con una parte rotorica 4 integrata direttamente sull’albero del mandrino. The rotating part is driven into rotation by an electric motor 25 integrated directly inside the spindle body with a rotor part 4 integrated directly on the spindle shaft.

Tali utensili vengono bloccati nelle sedi degli utensili per mezzo di sistemi appositi che generano una forza assiale che trattiene nella sede l’utensile 85. These tools are blocked in the tool seats by means of special systems that generate an axial force that holds the tool 85 in the seat.

Secondo il presente trovato, il sistema di attuatore dell’utensile è composto un doppio corpo, 44 e 27, connesso alla parte fissa 16 del gruppo mandrino. According to the present invention, the tool actuator system is composed of a double body, 44 and 27, connected to the fixed part 16 of the spindle assembly.

In questa parte vengono inseriti due pistoni solidali tra loro, con due camere anulari A di attuazione, una per ciascun pistone. In this part two pistons integral with each other are inserted, with two annular actuation chambers A, one for each piston.

Si evidenzia anche una camera di ritorno B nella quale è presente un foro chiuso mediante una sfera 43 spinta da una molla 28 a sua volta bloccata da un tappo 42 forato appositamente per permettere un determinato flusso di fluido refrigerante. There is also a return chamber B in which there is a hole closed by a ball 43 pushed by a spring 28 which is in turn blocked by a plug 42 specially drilled to allow a certain flow of refrigerant fluid.

La molla 28 è scelta in funzione della pressione che si definisce necessaria all’apertura del condotto. Spring 28 is chosen according to the pressure that is defined as necessary to open the duct.

È inoltre previsto un trasduttore di posizione assiale 37 con funzionamento senza contatto. An axial position transducer 37 with contactless operation is also provided.

La parte rotante è composta dall’albero mandrino 3, da un sistema di ritegno utensile 85, da una flangia di reazione sulla quale va a spingere il pistone attuatore 26, da un tubo 66 per connettere l’apposito foro di adduzione del lubrorefrigerante del sistema di ritegno utensile 85 con un giunto rotante 86. The rotating part is made up of the spindle shaft 3, a tool retaining system 85, a reaction flange on which the actuator piston 26 pushes, a tube 66 to connect the appropriate coolant supply hole of the system tool holder 85 with a rotating joint 86.

Il giunto rotante 86 ha lo scopo di veicolare il lubrorefrigerante tra la parte fissa e la parte rotante. The rotating joint 86 has the purpose of conveying the coolant between the fixed part and the rotating part.

Il funzionamento del dispositivo secondo il presente trovato è il seguente. The operation of the device according to the present invention is as follows.

Consideriamo lo stato iniziale del sistema per la configurazione “utensile bloccato”. Let's consider the initial state of the system for the “locked tool” configuration.

In questo stato il sistema di ritegno dell’utensile è in posizione di utensile bloccato ed esercita quindi la forza di bloccaggio assiale sull’utensile. In this state, the tool retaining system is in the locked tool position and therefore exerts the axial locking force on the tool.

In questo stato la parte rotante del sistema 3,4,26,66,85 può | essere in rotazione. In this state the rotating part of the system 3,4,26,66,85 can | be in rotation.

I due pistoni 29 e 30 solidali tra loro sono in posizione di riposo. The two pistons 29 and 30 integral with each other are in the rest position.

Ciò significa che sono posizionati completamente verso la parte posteriore del sistema, ovvero le camere idrauliche A hanno il volume minore, mentre la camera di ritorno B ha il volume massimo possibile. This means that they are positioned completely towards the rear of the system, i.e. the hydraulic chambers A have the smallest volume, while the return chamber B has the maximum possible volume.

Tale configurazione è prodotta da un flusso di aria compressa o di altro fluido specifico che viene immesso nella camera di ritorno B; questa pressione spinge il pistone nella posizione sicura di “utensile bloccato”. This configuration is produced by a flow of compressed air or other specific fluid which is introduced into the return chamber B; this pressure pushes the piston into the safe “locked tool” position.

Quando la pressione in questa camera supera la pressione di apertura, definita dalla molla 28, si apre la sfera 43 facendo fuo- | riuscire il flusso di aria o di un fluido specifico, verso l'interno dell’albero mandrino, nell’intercapedine formata dal corpo | dell’attuatore 27, 28 e l’albero mandrino 3. When the pressure in this chamber exceeds the opening pressure, defined by the spring 28, the ball 43 opens and blows out succeed in the flow of air or a specific fluid, towards the inside of the spindle shaft, in the interspace formed by the body | of the actuator 27, 28 and the spindle shaft 3.

Questo fluido asporta quindi il calore della superficie interna dell’albero mandrino 3 per convezione e lo evacua dal mandrino passando dalla corona di fori di scarico C. This fluid then removes the heat from the internal surface of the spindle shaft 3 by convection and evacuates it from the spindle passing through the crown of discharge holes C.

La posizione del pistone è controllata da un sensore di posizione che porta un apposito segnale digitale ad un connettore posizionato sulla superficie posteriore D. The piston position is controlled by a position sensor which carries a specific digital signal to a connector positioned on the rear surface D.

Il passaggio alla posizione di “utensile espulso” avviene nel modo seguente. The passage to the “expelled tool” position occurs as follows.

La parte rotante deve avere velocità angolare nulla, ed essere orientata correttamente per l’esecuzione dell’operazione. Se questo stato, unitamente alla richiesta di espulsione dell’utensile, è verificato dalla logica di gestione della macchina, si procede alimentando le camere di spinta A dei pistoni; queste ultime fanno avanzare i pistoni stessi fino ad eliminare il gioco assiale presente tra il pistone 29 ed la flangia 26; esaurito questo gioco i pistoni trasferiscono la forza assiale al sistema. The rotating part must have zero angular velocity, and be oriented correctly for the execution of the operation. If this state, together with the tool ejection request, is verified by the machine management logic, it proceeds by feeding the thrust chambers A of the pistons; the latter cause the pistons themselves to advance until the axial play present between the piston 29 and the flange 26 is eliminated; once this clearance is over, the pistons transfer the axial force to the system.

Ciò provoca un avanzamento dell’albero mandrino intero fino all’annullamento del gioco compreso tra l’elemento 2 e l’elemento 13, che in questo caso funge da flangia di reazione. This causes the entire spindle shaft to advance until the clearance between element 2 and element 13 is canceled, which in this case acts as a reaction flange.

Raggiunta tale posizione, la pressione nelle camere A sale aumentando la forza, fino a surclassare la forza assiale di ritenzione dell’utensile; questo fa avanzare tutto il sistema di ritenzione dell’utensile 85 fino al raggiungimento della posizione di finecorsa e contemporaneamente all’espulsione dell’utensile dal cono mandrino E. Once this position has been reached, the pressure in chambers A rises, increasing the force, up to exceeding the axial retention force of the tool; this advances the entire tool retention system 85 until the limit switch position is reached and simultaneously with the expulsion of the tool from the spindle cone E.

La pressione presente nella camera di ritorno B viene costantemente controllata e mantenuta stabile dalla valvola costituita dal gruppo molla 28 e sfera 43. The pressure present in the return chamber B is constantly controlled and kept stable by the valve consisting of the spring 28 and ball 43 assembly.

Raggiunta la posizione di sbloccato, ed eseguita la procedura prevista dalla macchina sull’utensile, il sistema rientra in posizione di “utensile bloccato” cessando la pressione nelle camere A. Once the unlocked position has been reached, and the procedure provided by the machine on the tool has been carried out, the system returns to the "locked tool" position, ceasing the pressure in chambers A.

La forza assiale sviluppata dalla pressione delle camere A scende fino ad essere vinta dalla forza assiale del sistema di ritegno dell’utensile 85, che torna nella sua posizione di utensile bloccato. The axial force developed by the pressure of the chambers A falls until it is overcome by the axial force of the tool retaining system 85, which returns to its locked tool position.

La restante corsa dei pistoni 29,30 viene eseguita grazie alla pressione nella camera di ritorno B che porta i pistoni nella loro posizione di “utensile bloccato”, creando il gioco tra il pistone 29 e la flangia di spinta 26. The remaining stroke of the pistons 29,30 is carried out thanks to the pressure in the return chamber B which brings the pistons to their "locked tool" position, creating the clearance between the piston 29 and the thrust flange 26.

Questa corsa viene controllata da un sensore di posizione che verifica la posizione dei pistone 29. This stroke is controlled by a position sensor which checks the position of the piston 29.

Si è in pratica constatato che il trovato raggiunge il compito e gli scopi prefissati. In practice it has been found that the invention achieves the intended aim and objects.

Si è infatti realizzato un dispositivo di bloccaggio dell’utensile con raffreddamento integrato, che risulta integrabile nell’albero mandrino riducendo gli ingombri nella parte posteriore, dove invece vengono per lo più installate le soluzioni attualmente in commercio. In fact, a tool locking device with integrated cooling has been created, which can be integrated into the spindle shaft reducing the overall dimensions at the rear, where the solutions currently on the market are mostly installed.

Il sistema di raffreddamento integrato permette di raffreddare direttamente l'interno dell’albero mandrino portando il fluido refrigerante al di sotto della principale fonte di calore del sistema, costituito dal rotore integrato. The integrated cooling system allows you to directly cool the inside of the spindle shaft by bringing the coolant below the main heat source of the system, consisting of the integrated rotor.

Il sistema può essere accoppiato a tutti i tipi di sistema di ritegno dell’utensile, cono utensile, e elementi di connessione tra parte fissa e parte rotante. The system can be coupled to all types of tool retention system, tool cone, and connection elements between the fixed and rotating parts.

Il sistema può inoltre veicolare un fluido qualunque all’interno dell’albero mandrino, con lo scopo di raffreddamento. Naturalmente i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze. The system can also convey any fluid inside the spindle shaft, with the purpose of cooling. The materials used, as well as the dimensions, may of course be any according to requirements.

Claims

R I V E N D I CA Z I O N I 1. Tool release device with integrated cooling, particularly for electrospindles characterized by the fact that it includes cooling means integrated in the spindle shaft and without occupying the rear part.

2. Tool release device, according to claim 1, characterized by the fact that the integrated cooling means are arranged inside the spindle shaft so as to bring the coolant fluid under the rotor part of the integrated electric motor.

3. Tool release device, according to claim 1, characterized by the fact that the integrated cooling means are applicable to all types of tool retention system, tool cone, and connection elements between the fixed part and the rotating part.

4. Tool release device, according to claim 1, characterized by the fact that the integrated cooling means are suitable for conveying any type of coolant fluid inside the spindle shaft.

5. Tool release device, according to claim 1, characterized in that it comprises an electrospindle mounted on the axes of a machine tool in its fixed part and to which the tools are connected to the rotating part by means of a locking system of the 'tool; the rotating part is driven into rotation by an electric motor integrated inside the spindle body with a rotor part integrated on the spindle shaft; the tool actuator system consists of a double body connected to the fixed part of the spindle assembly; two pistons integral with each other are inserted in this part, with two annular actuation chambers, one for each piston; a return chamber has a hole closed by means of a ball pushed by a spring, in turn blocked by a perforated cap to allow the passage of a flow of refrigerant flow; there is also an axial position transducer with contactless operation; the rotating part includes the spindle shaft, the tool retaining system, a reaction flange on which the actuator piston pushes, a tube to connect the coolant supply hole of the tool retaining system with a rotating joint 86; the rotating joint is capable of conveying the coolant between the fixed part and the rotating part.

6. Tool release device, according to claim 1, characterized in that, in an initial state in the locked tool configuration, the tool retaining system is in the locked tool position and exerts the axial locking force on 'tool; in this state the rotating part of the system can be rotating; the two pistons integral with each other are in rest position and are positioned completely towards the rear of the system, i.e. the hydraulic chambers have the smallest volume, while the return chamber has the maximum possible volume; this configuration is produced by a flow of compressed air which is introduced into the return chamber; this pressure pushes the piston into the stable position with the tool locked; when the pressure in the return chamber exceeds the opening pressure, defined by the spring, the ball opens causing the flow of air or other fluid to escape, towards the inside of the spindle shaft, into the gap formed by the actuator body and from the spindle shaft; this fluid then removes the heat from the internal surface of the spindle shaft by convection and evacuates it from the spindle passing through the crown of drain holes; the piston position is controlled by a position sensor which carries a signal to a connector positioned on the rear surface.

7. Tool release device, according to claim 1, characterized in that the passage to the expelled tool position occurs in the following way: the rotating part must have zero angular speed, and must be oriented correctly for the execution of the operation ; if this state, together with the tool ejection request, is verified by the machine management logic, proceed by feeding the thrust chambers of the pistons; the latter make the pistons advance until the axial clearance between the piston and the flange is eliminated; once this clearance is over, the pistons transfer the axial force to the system and this causes the entire spindle shaft to advance until the clearance between the rotating part and the reaction flange is canceled; once this position has been reached, the pressure in the thrust chambers rises, increasing the force, up to exceeding the axial retention force of the tool; this advances the entire tool retention system until the limit switch position is reached and simultaneously with the expulsion of the tool from the spindle cone; the pressure present in the shell is constantly controlled and kept stable by the valve constituted by the spring and ball group; once the unlocked position has been reached, and the procedure provided by the machine on the tool has been performed, the system returns to the locked tool position, ceasing the pressure in the thrust chambers; the axial force developed by the pressure of the thrust chambers goes down until it is overcome by the axial force of the tool retention system which returns to its locked tool position; the remaining stroke of the pistons is performed thanks to the pressure in the return chamber which brings the pistons into their position as a locked tool, creating the clearance between the piston and the thrust flange; this stroke is controlled by a position sensor which checks the position of the piston.