CH703834A1

CH703834A1 - Method for controlling feeding speed and feeding motion of drilling spindles at machine tool with pneumatic speed motion, involves adjusting feeding speed of vapor fluid

Info

Publication number: CH703834A1
Application number: CH01577/10A
Authority: CH
Inventors: Peter Stutz
Original assignee: Suhner Intertrade Ag
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-03-30

Abstract

The method involves adjusting a feeding speed of a vapor fluid. The feeding speed is adjusted by changing the viscosity of the vapor fluid. The electro rheological fluid is used as damping fluid and its viscosity is changed with electrical fluid. The breaking and damping of the fluid is changed. An independent claim is also included for a drive unit for machining tool.

Description

[0001] Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln und Antriebseinheit zur Durchführung des Verfahrens. Method for controlling the feed rate and the feed of drilling spindles and drive unit for performing the method.

[0002] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Antriebseinheit gemäss Patentanspruch 4. The invention relates to a method for controlling the feed rate and the feed of drill spindles according to the preamble of claim 1. The invention is further a drive unit according to claim. 4

[0003] Antriebseinheiten für Bearbeitungswerkzeuge sind bekannt. Bei der aus der EP 1 671 742 bekannten Antriebseinheit ist eine Bohrspindel von einem Elektromotor antreibbar und pneumatisch in axialer Richtung für den Vorschub und den Rückzug verschiebbar gelagert. Die Vorschubgeschwindigkeit wird dabei durch das Zusammenspiel des pneumatischen Drucks und die Bremskraft des Dämpferöls bestimmt. Die Endstellung ist mechanisch durch einen Anschlag vorgegeben. Solche Antriebseinheiten erfüllen ihren Zweck, solange das Bearbeitungswerkzeug, z.B. ein Bohrer, in einem homogenen Werkstück eine Bohrung erstellen muss. Müssen allerdings Bohrungen beispielsweise durch ein Rohr hindurch erstellt werden, so weist diese Antriebseinheit Nachteile auf, denn sobald die erste Rohrwandung durchbohrt ist und der Widerstand des Werkstücks entfällt, wird die Bohrspindel zu schnell durch das Rohrinnere hindurch geführt und kann an der gegenüber liegenden Rohrwand heftig anschlagen. Drive units for machining tools are known. In the drive unit known from EP 1 671 742, a drilling spindle can be driven by an electric motor and is mounted pneumatically in the axial direction for the feed and the retraction. The feed rate is determined by the interaction of the pneumatic pressure and the braking force of the damper oil. The end position is mechanically determined by a stop. Such drive units serve their purpose as long as the machining tool, e.g. a drill must create a hole in a homogeneous workpiece. However, if bores have to be created through a pipe, for example, then this drive unit has disadvantages, because as soon as the first pipe wall is pierced and the resistance of the workpiece is eliminated, the drill spindle is guided too fast through the pipe interior and can be violent on the opposite pipe wall attacks.

[0004] Es sind auch Antriebseinheiten bekannt, bei denen der Spindelvorschub mit Hilfe einer Kugelumlaufspindel oder anderer mechanischer Elemente erfolgt. Dabei wird die auf das Werkstück wirkende Kraft des Bohrers unabhängig vom Material des Werkstücks ausgeübt. Dies bedeutet, dass beim Bohren eines zähen Materials das Werkzeug, nämlich der Bohrer, stärker abgenützt wird als beim Bohren eines weniger zähen. Materials. Zudem sind mechanisch ein- und verstellbare Vorschubmechanismen steuerungstechnisch aufwendig und daher teuer. There are also drive units are known in which the spindle feed takes place by means of a ball screw or other mechanical elements. In this case, the force acting on the workpiece force of the drill is exerted independently of the material of the workpiece. This means that when drilling a tough material, the tool, namely the drill, will wear out more than when drilling a less tough one. Material. In addition, mechanically adjustable and adjustable feed mechanisms are technically complex and therefore expensive.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren für eine Antriebseinheit zu schaffen, mit welcher einerseits die Anpresskraft des Werkzeugs an das Werkstück einstellbar ist und mit denen die Vorschubgeschwindigkeit beim Durchbohren von Werkstücken auch mit mehreren hintereinander liegenden, von Lufträumen getrennten Abschnitten, möglich ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, beliebige Positionen auf dem Vor- und Rückweg anfahren zu können. An object of the present invention is to provide a method for a drive unit, with which on the one hand the contact pressure of the tool is adjustable to the workpiece and with which the feed rate when drilling through workpieces with several consecutive, separated from air spaces Sections, is possible. Another task is to be able to approach any position on the way back and forth.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Antriebseinheit gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 4. This object is achieved by a method according to the features of claim 1 and a drive unit according to the features of claim 4.

[0007] Die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit als Brems- und Dämpfungsflüssigkeit anstelle von Öl ermöglicht es, ohne mechanische Elemente und allein durch das Ein- und Verstellen des elektrischen Feldes, den Durchfluss der Dämpferflüssigkeit durch eine Blende oder ein anderes Reduzierventil zu steuern und damit die Vorschubgeschwindigkeit mit einem konstanten pneumatisch erzeugten Druck auf die Vorschubspindel auf einfachste Weise zu steuern und beliebig über die Länge des Vorschubweges zu verändern. Es wird damit möglich, die Bohrspindel langsam auf das Werkstück zuzufahren, dann den Druck durch Verminderung der Bremswirkung zu erhöhen und nach Durchgang durch das Werkstück bzw. kurz davor durch Erhöhen der Bremswirkung die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern, sodass das Werkzeug sehr langsam aus der Rückseite des Werkstücks herausfahren kann. Beim Bohren eines Rohres kann danach die Vorschubgeschwindigkeit wiederum durch Verringerung der Bremswirkung der Dämpferflüssigkeit verringert und damit die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs beim Durchfahren des Hohlraums erhöht und vor Eindringen in die nächste Wand des Rohres verringert werden. Es können beliebig oft und an beliebiger Stelle des Fahrwegs des Werkzeugs und damit der Spindel die Vorschubgeschwindigkeit und beim Bohren die Anpresskraft auf das Werkstück ein- und verstellt werden. The use of an electrorheological fluid as a brake and damping fluid instead of oil allows, without mechanical elements and solely by the input and adjustment of the electric field to control the flow of the damper fluid through a diaphragm or other reducing valve and thus the To control feed rate with a constant pneumatically generated pressure on the feed screw in the simplest way and to change arbitrarily over the length of the feed path. It is thus possible to drive the drill spindle slowly onto the workpiece, then to increase the pressure by reducing the braking effect and to reduce the feed speed after passing through the workpiece or shortly before by increasing the braking effect, so that the tool very slowly from the back of the Can move out workpiece. When drilling a tube, the feed rate can be reduced by reducing the braking effect of the damper fluid and thus increases the feed rate of the tool when passing through the cavity and reduced from entering the next wall of the tube. It can be as often and at any point of the travel of the tool and thus the spindle, the feed rate and when drilling the contact pressure on the workpiece and adjusted.

[0008] Anhand eines illustrierten Beispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Darstellung einer Antriebseinheit für ein Bearbeitungswerkzeug, <tb>Fig. 2<sep>eine Frontansicht der Antriebseinheit, <tb>Fig. 3<sep>eine Seitenansicht der Antriebseinheit mit axial aufgeschnittener Dämpf- und Bremsvorrichtung, <tb>Fig. 4<sep>eine Seitenansicht der Rückseite der Antriebseinheit gemäss Fig. 3, <tb>Fig. 5a-f<sep>verschiedene grafisch dargestellte Vorschub und Rücklaufzyklen mit der erfindungsgemässen Antriebseinheit.Reference to an illustrated example, the invention will be explained in more detail. Show it: <Tb> FIG. 1 <sep> is a perspective view of a drive unit for a machining tool, <Tb> FIG. 2 <sep> a front view of the drive unit, <Tb> FIG. 3 <sep> a side view of the drive unit with axially cut-off damping and braking device, <Tb> FIG. 4 <sep> is a side view of the rear side of the drive unit according to FIG. 3, <Tb> FIG. 5a-f <sep> various graphically illustrated feed and return cycles with the drive unit according to the invention.

[0009] In den Figuren ist mit Bezugszeichen 1 eine Antriebseinheit für ein Bearbeitungswerkzeug, kurz Werkzeug 3, mit einem Antriebsmotor 5, einem Getriebegehäuse 7 und einem Spindellager 9 dargestellt. Über dem Spindellagergehäuse 9 ist eine erfindungsgemässe Brems- und Dämpfervorrichtung 11 aufgesetzt. In the figures, reference numeral 1, a drive unit for a machining tool, short tool 3, with a drive motor 5, a transmission housing 7 and a spindle bearing 9 is shown. About the spindle bearing housing 9 an inventive brake and damper device 11 is attached.

[0010] Das Werkzeug 3, im vorliegenden Beispiel ein Spiral-Bohrer, sitzt am vorderen Ende einer Vorschubspindel 13, welche im Spindellagergehäuse 9 dreh- und axial in einer Pinole durch pneumatische Vorschubmittel (nicht dargestellt) axial verschiebbar gelagert ist. Mit Ausnahme der Brems- und Dämpfervorrichtung 11 sind die übrigen Elemente der Antriebseinheit aus dem Stand der Technik bekannt. Aus diesem Grund wird auch die Ausbildung der Konstruktion des pneumatischen Vorschubs der Vorschubspindel nicht näher erläutert. The tool 3, in this example, a spiral drill, sitting at the front end of a feed screw 13, which is rotatably mounted axially in the spindle bearing housing 9 and axially in a sleeve by pneumatic feed means (not shown). With the exception of the brake and damper device 11, the other elements of the drive unit are known from the prior art. For this reason, the design of the construction of the pneumatic feed of the feed screw is not explained in detail.

[0011] Über dem Spindellagergehäuse 9 sitzt beispielsweise in einem separaten Gehäuse die Brems- und Dämpfervorrichtung 11. Diese umfasst ein Wegmesssystem 15 zum Feststellen der Position der Vorschubspindel 13 und damit auch des Werkzeugs 3. Weiter umfasst die Brems- und Dämpfervorrichtung 11 einen Zylinder 17 für die elektrorheologische Flüssigkeit sowie im Einzelnen nicht dargestellte Mittel zum Anlegen eines elektrischen Feldes. Der Aufbau der elektrorheologischen Brems- und Dämpfervorrichtung 11 ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Entsprechende Geräte werden beispielsweise von der Firma Fludicon GmbH, Darmstadt, Deutschland, hergestellt und insbesondere für variable Dämpfersysteme z.B. in Fahrzeugen eingesetzt. About the spindle bearing housing 9 sits for example in a separate housing, the brake and damper device 11. This includes a displacement measuring system 15 for detecting the position of the feed screw 13 and thus also the tool 3. Further, the brake and damper device 11 comprises a cylinder 17th for the electrorheological fluid and not shown in detail means for applying an electric field. The construction of the electrorheological brake and damper device 11 is also known from the prior art. Corresponding devices are manufactured, for example, by the company Fludicon GmbH, Darmstadt, Germany, and in particular for variable damper systems, e.g. used in vehicles.

[0012] Nachfolgend wird die Funktionsweise des neuen Vorschubsystems mit einem sogenannten Rhedamp-Dämpfungszylinder näher erläutert. Die darin befindliche elektrorheologische Flüssigkeit besteht aus einer Trägerflüssigkeit und polarisierenden Partikeln, z.B. aus Polyurethan. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wird die Trägerflüssigkeit innerhalb weniger Millisekunden dickflüssig bis nahezu fest. Je höher die Spannung gewählt wird, desto fester, d.h. dickflüssiger wird die Flüssigkeit. Die Variation der Viskosität reicht von einer minimalen «Festigkeit» wie bei Milch bis zu höheren Festigkeiten wie bei einem Radiergummi. Die Flüssigkeit kann stufenlos innerhalb von wenigen Millisekunden zwischen diesen Viskositäten beliebig oft und verschleissfrei hin- und hergeschalten bzw. -gesteuert werden. Durch diese Möglichkeit, durch das elektrisch anzulegendes Feld und dessen Stärke müssen nicht mehr wie bisher bei herkömmlichen Vorschubsystemen mit einem Ölbremszylinder die Wege und Bremskräfte für den Eil- und Arbeitsgang und die Arbeitsgeschwindigkeit feinfühlig eingestellt werden. Es kann über den gesamten Hub nun eine Eilgang- und Arbeitsgeschwindigkeit allein über das elektrische Feld eingestellt werden. Die Bewegung des Werkzeugs 3 kann über den gesamten Hub des Zylinders im Vor- und Rücklauf an jeder beliebigen Stelle unterbrochen oder dessen Geschwindigkeitsverlauf gesteuert werden. So lässt sich beispielsweise wie in den Fig. 5a-f dargestellt der Bohrzyklus bzw. der Geschwindigkeitsverlauf beim Bohren an das Werkstück anpassen. In Fig. 5aist beispielsweise in der linken oberen Hälfte der rasche Vorschub bis ans Werkstück und anschliessend der langsamere Vorschub durch das Werkstück hindurch ersichtlich. Unten ist der Rücklauf im Eilgang möglich. Beim Tieflochbohren kann gemäss den Figuren 5b und 5c der Vorschub in drei, vier oder mehr Schritte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterteilt werden und der Rücklauf im Eilgang erfolgen. Gemäss dem Diagramm in Figur 5d kann nach einer vorgebbaren Bohrtiefe das Entspänen durch einen Rückzug des Werkzeugs 3 im Eilgang erfolgen. Der erneute Vorschub bis zur vorhandenen Bohrtiefe kann wiederum im Eilgang erfolgen. Zum Senken oder Rückwärtsbohren kann gemäss Fig. 5eder Bohrer im Eilgang über eine vorgebbare Strecke zurückgezogen und dann beispielsweise das Senken mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit erfolgen. Fig. 5fzeigt schematisch das sogenannte Spandruck-Bohren. The operation of the new feed system with a so-called Rhedamp damping cylinder will be explained in more detail. The electrorheological fluid therein consists of a carrier fluid and polarizing particles, e.g. made of polyurethane. By applying an electric field, the carrier liquid becomes thick to almost solid within a few milliseconds. The higher the voltage chosen, the firmer, i. the liquid becomes thicker. The variation of the viscosity ranges from a minimum of "strength" as in milk to higher strengths like an eraser. The liquid can be infinitely and freely switched back and forth between these viscosities and within a few milliseconds between these viscosities. By this way, by the field to be applied electrically and its strength no longer as in conventional feed systems with an oil brake cylinder paths and braking forces for the rush and operation and the working speed must be adjusted sensitively. It can now be set over the entire stroke now a rapid traverse and working speed solely via the electric field. The movement of the tool 3 can be interrupted over the entire stroke of the cylinder in the forward and reverse at any point or its speed profile can be controlled. Thus, for example, as shown in FIGS. 5a-f, the drilling cycle or the speed profile during drilling can be adapted to the workpiece. In Fig. 5aist example, in the left upper half of the rapid feed to the workpiece and then the slower feed through the workpiece can be seen. Down the return is possible in rapid traverse. In deep hole drilling, according to FIGS. 5b and 5c, the feed can be subdivided into three, four or more steps at different speeds, and the return can take place in rapid traverse. According to the diagram in FIG. 5d, after a predefinable drilling depth, the chip removal can take place by rapid retraction of the tool 3 in rapid traverse. The new feed up to the existing drilling depth can again be done in rapid traverse. For sinking or reverse drilling, according to FIG. 5, the drill can be retracted at rapid traverse over a predeterminable distance and then, for example, the lowering can take place at a lower feed rate. Fig. 5f shows schematically the so-called spandruck drilling.

[0013] Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es folglich auf kostengünstige Weise, die pneumatischen Vorschubwege und Vorschubgeschwindigkeiten elektronisch zu kontrollieren und damit auch zu steuern. Sie bietet eine äusserst preisgünstige Alternative zur kostenintensiven CNC-Technik an. The inventive method thus makes it possible in a cost effective manner to electronically control the pneumatic feed paths and feed rates and thus also to control. It offers an extremely inexpensive alternative to cost-intensive CNC technology.

Claims

1. A method for controlling the feed rate and the feed of drilling spindles on machining tools with pneumatic feed, wherein the feed rate is adjustable with a damper fluid, characterized in that by adjusting the viscosity of the damper fluid, the feed speed along the Spindelvorschubweges and adjustable.

2. The method according to claim 1, characterized in that as the damper fluid an electrorheological fluid is used and changed with an electric field whose viscosity and thereby the braking and damping of the spindle is changed.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that by increasing the viscosity of the liquid, the feed at any point of the forward and backward travel is interrupted.

4. Drive unit (1) for processing tools (3) for carrying out the method according to claim 1, comprising a gear housing (7) mounted therein, by a motor (5) drivable main shaft, a main shaft axially displaceable and drivable with the main shaft spindle at the end of the machining tool (3) can be placed, a sleeve, in the front portion of the spindle (13) is rotatably mounted and the rear portion of the spindle (13) is traversed with clearance and a means for rotationally fixed and axially displaceable guiding the sleeve in the housing (7) and compressed air operated means for advancing the spindle (13) and fluid-operated damper and brake means, characterized in / that in the brake and damper device an electrorheological fluid is contained as a fluid whose viscosity can be adjusted by an electric field - and is changeable.