NO20100670A1 - Stangformet verktoyholder for innfesting av skjaer i knutepunkt - Google Patents

Abstract

En stangformet verktøyholder (1) med en lengde ℓ for innfesting av minst ett skjær (2) for maskinering er tilpasset for innspenning i en første ende (4), og innehar en andre fri ende (3) og eventuelt en sekundæropplagring mellom innspenningen (4) og det minst ene skjæret (2). Under drift svinger verktøy holdere n med høyere ordens bøyesvingninger om minst ett knutepunkt (6) plassert på en rettlinjet akse x forløpende fra den første enden. Det minst ene skjæret (2) er plassert hovedsakelig i knutepunktet (6) i en avstand fra den frie enden (3), mot den første enden (4).

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en stangformet verktøyholder som brukes i verktøymaskiner, spesielt for sponfraskillende maskinering, og i denne forbindelse spesielt innvendig dreiing med store overheng. Overheng er i denne sammenheng typisk ment å beskrive avstanden mellom verktøyholderens innfesting og skjærets plassering. Store overheng er for eksempel nødvendig under innvendig maskinering i dype arbeidsstykker. Oppfinnelsen kan også benyttes i forbindelse med annen maskinering der det benyttes stangformet verktøyholder, og kan benyttes for verktøyholdere med flere skjær. Under slik maskinering gene-reres det svingninger i stangen, og dette er et problem ettersom svingningene resulterer i at skjæret beveger seg i forhold til arbeidsstykket som skal maskineres, u(i>(x,t). Dette reduserer dimensjonstoleransene og overflatekvaliteten det er mulig å oppnå, og kan til og med resultere i støy og havari. Typiske applikasjoner for slik maskinering er innenfor bilindustri, flyindustri, energisektoren og utstyr for å ut-vinne olje og gass.

For å redusere slike vibrasjoner, er det vanlig å benytte dempere i stangen, og ved å benytte slike dempere, kan overhengslengden økes, typisk i størrelses-orden opp til 12xD der D er stangdiameteren.

Ved spesielt store overheng, blir høyere ordens bøyesvingninger i stangen mer dominerende og disse er problematisk å dempe. Høyere ordens bøyesving-ninger i denne sammenheng innebærer at den stangformede verktøyholderen svinger om en senterlinje og krysser denne i flere punkter for hver svingebeveg-else. Disse punktene kalles knutepunkter eller noder. Verktøyholderen får fra disse vibrasjonene en forskyvning u<w>(x,t), avhengig av posisjon langs x-aksen, tiden og svingemode, som påvirker posisjonen til skjæret. Dette begrenser i praksis leng-den på overhenget det er mulig å benytte.

Ved å plassere skjæret som foreslått i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan overhengslengden økes vesentlig uten at dette forringer dimensjonstoleransene og overflatekvaliteten det er mulig å maskinere.

En demper kan være plassert foran skjæret, og demperen kan være innsatt i et tynnvegget tverrsnitt. Skjæret kan være plassert i eller i nærheten av et knutepunkt for andre egenfrekvens. Knutepunkt for andre egenfrekvens er i denne sammenheng ment å beskrive det første knutepunktet etter innfestingen der verktøy-holderens akse svinger om en rettlinjet senterakse gjennom verktøyholderen. Dette er punkt hvor u^x.t) er minimert. Dette har gitt gode resultater på lange overheng. Demperen vil fungere på første egenfrekvens og delvis på høyere ordens svingemodi. Beregning av skjærpunktsplassering kan gjøres analytisk, ved finite element analysis eller måles med modalanalyse. Modalanalysemålinger kan til slutt gjennomføres for å få plassert knutepunktet nøyaktig der skjæret skal være.

Den foreliggende oppfinnelsen definerer således en stangformet verktøy-holder med en lengde l for innfesting av minst ett skjær for maskinering. Verktøy-holderen er tilpasset for en hovedinnspenning i en første ende, og eventuelt en sekundæropplagring mot emnet som maskineres og innehar en fri ende. Under drift svinger verktøyholderen med høyere ordens bøyesvingninger om minst ett knutepunkt plassert på en rettlinjet akse (x) forløpende fra den første enden. Det minst ene skjæret er plassert hovedsakelig i knutepunktet i en avstand fra den frie enden, mot den første enden.

Avstanden mellom den første enden og det minst ene skjæret kan ha verdier i størrelsesorden 0,78 l-0,91 L Denne avstanden er typisk for homogene stenger. Et verktøy kan imidlertid omfatte ulike materialer og uthulinger, og det er mange variabler som vil kunne påvirke den reelle verdien. De reelle verdiene vil med andre ord kunne avvike fra verdiene over.

En svingedemper kan være plassert mellom den frie enden og det minst ene skjæret.

En sekundæropplagring kan være plassert mellom det minst ene skjæret og hovedinnspenningen.

Det minst ene skjæret kan være plassert i knutepunktet for andreordens svingninger.

Det minst ene skjæret kan være plassert i knutepunktet for tredjeordens svingninger.

Det minst ene skjæret kan være plassert i knutepunktet for fjerdeordens svingninger.

Verktøyholderen kan inneha en diameter D, og det minst ene skjæret kan være plassert i en avstand på minst 10xD fra den første enden, eller sekundæropplagringen.

Verktøyholderen kan videre omfattende en sekundæropplagring mellom det minst ene skjæret og den første enden. Det minst ene skjæret kan være plassert i en avstand på minst 10xD fra sekundæropplagringen.

Verktøyholderen kan videre omfatte at et eller flere skjær er plassert i hvert knutepunkt. Disse kan være plassert i ulike posisjon rundt verktøyets omkrets i knutepunktene.

Verktøyholderen kan opereres under høyere ordens svingemodi, slik at det dannes minst to knutepunkter. Skjær kan være plassert hovedsakelig ved minst to av disse knutepunktene. Hvis det for eksempel er tre knutepunkter, kan det plasseres skjær i ett, to eller tre av disse knutepunktene. Normalt vil skjær være plassert i knutepunktet nærmest den frie enden for å gi mulighet for maskinering med størst mulig overheng. Det kan også være to, tre eller flere skjær i hvert knutepunkt. Hvis det for eksempel er tre knutepunkter og tre skjær i hvert knutepunkt blir det i alt ni skjær. Det er imidlertid ikke noe krav at det skal være samme antall skjær i hvert knutepunkt.

Kort beskrivelse av de vedlagte figurer:

Fra figur 1 fremgår det en verktøyholder med et skjær i henhold til oppfinnelsen;

fra figur 2 fremgår det en verktøyholder rent skjematisk, i en første laterale svingemodus;

fra figur 3 fremgår det en verktøyholder i en andre laterale svingemodus;

fra figur 4 fremgår det en verktøyholder i en tredje laterale svingemodus;

fra figur 5 fremgår det en verktøyholder i en fjerde laterale svingemodus; og

fra figur 6 fremgår det en verktøyholder i en andre lateral svingemodus, med en sekundæropplagring i henhold til oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse av den foreliggende oppfinnelsen med henvisning til de vedlagte figurer: Fra figur 1 fremgår det en stangformet verktøyholder 1 som strekker seg mellom en første ende 4 der verktøyholderen 1 er innspent i en verktøymaskin, en opplagring 5 mot emnet (ikke vist) og en andre, fri ende 3 der verktøyholderen ikke er innfestet. Figur 1 viser hvordan verktøyholderen 1 er når den ikke er i drift, med aksial senteraksen. Et skjær 2 er innfestet i verktøyholderen 1 et stykke inn fra den frie enden 3. Den frie enden 3 kan omfatte en svingedemper, og kan være utformet som en hylse. Skjæret vil da være innfestet mellom den første enden 4 og demperen. Svingedemperen kan for eksempel være en demper med en elastisk innfestet dempemasse, eller kan være en aktiv demper for eksempel med piezo-elektriske eller elektrodynamisk elementer. Imidlertid kan også enden bare omfatte en masse. Denne massen kan være fast eller kan omfatter utskiftbare vekter for justering eller "tuning" av enheten. Avstanden mellom den frie enden 3 og skjæret kan også justeres enten ved å flytte skjæret eller ved å lage en enhet med juster-bar lengde mellom skjæret og den frie enden 3. Enheten kan også omfatte midler for justering under drift og kan omfatte aktuatorer for forflytning av masse langs en akse mellom den frie enden 3 og skjæret. Alternativt kan avstanden mellom skjæret 2 og den frie enden justeres med en eller flere aktuatorer. Sensorer, for eksempel akselerometere, lastceller eller strekklapper kan benyttes for bestem-melse av knute punktene og derved skjærets plassering. Den stangformete verk-tøyholderen 1 kan også omfatte flere skjær. Hvis for eksempel verktøyholderen svinger med tredje ordens egensvingninger slik at det dannes to knutepunkter, kan skjærene plasseres i disse.

Fra figur 2 fremgår det en verktøyholder 1 rent skjematisk og er vist som en uniform bjelke innspent i en første ende 4. Verktøyholderen 1 har en lengde l og er vist i en første svingemodus dj1. I denne første svingemodus, kan ikke oppfinnelsen benyttes ettersom denne svingemodus ikke innehar et knutepunkt. En rettlinjet akse x strekker seg fra innfestingspunktet ved den første enden 4.

Fra figur 3 fremgår det en verktøyholder 1 som i likhet med figur 2 er vist som en uniform bjelke med lengde (, innspent i en første ende 4 og med en fri

ende 3. Verktøyholderen er vist i en andre svingemodus dj2 der et knutepunkt 6 er plassert ved 0,78 1, og dette knutepunktet 6 vil egne seg for plassering av et skjær for dette tilfellet. (Avstanden 0,78 l regnes fra den første enden 4 der verktøyhold-eren er innfestet og til skjæret 2.) Er verktøyholderen 1 utformet med ulike materialer og/eller en innhomogen struktur eller en sekundæropplagring, vil dette knutepunktet avvike noe i posisjon fra de rent skjematiske verdiene 0,78 (.

Fra figur 4 fremgår det en verktøyholder 1 rent skjematisk vist på figurene 2 og 3 med lengde (, innspent i en første ende 4 og med en fri ende 3, i en tredje ordens svingemodus uj3 der det er to knutepunkter 6 på verktøyholder 1. Disse knutepunktene 6 egner seg for innfesting av et skjær. Det første knutepunktet er plassert ved 0,50 1, og det andre knutepunktet er plassert ved 0,87 l. Skjæret ville typisk plasseres ved det ytterste knutepunktet.

Fra figur 5, fremgår det en verktøyholder 1 rent skjematisk vist på figurene 2, 3 og 4 med lengde l, innspent i en første ende 4 og med en fri ende 3. Verktøyholderen 1 er vist i fjærordens svingmodus dj4, der det er tre knutepunkter 6, henholdsvis ved 0,36 l, 0,64 log 0,91 l. Skjæret vil typisk plasseres ved det ytterste knutepunktet ved 0,91 l.

Fra figur 6 fremgår det en verktøyholder 1 i henhold til oppfinnelsen i en andre lateral svingemodus. Verktøyholderen 1 er vist med en første innfestet ende 4 og omfatter en sekundæropplagring 5, en andre fri ende 3, og et skjær 2 i et knutepunkt 6. Figuren viser noe overdrevet hvordan verktøyholderen 1 endrer fasong under drift. Opplagringen 5 mot emnet forflytter knutepunktet 6 mot den frie enden 3. Dette fremgår ved at verktøyholderen 1 sin andre laterale svingemodus gir et parti mellom den første enden 4 og opplagringen 5 som er mindre berørt av svingeformen (hovedsakelig rett). Mellom opplagringen 5 og den frie enden 3, vil så senteraksen avvike fra en rettlinjet fasong. Opplagringen 5 mot emnet kan omfatte lagerflater mellom emnet og opplagringen, eller mellom verktøyholderen 1 og opplagringen 5. Opplagringen 5 er selvsagt ikke nødvendig i alle sammenhenger.

Claims (12)

1. Stangformet verktøyholder (1) med en lengde (for innfesting av minst ett skjær (2) for maskinering, der verktøyholderen (1) er tilpasset for innspenning i en første ende (4) og for å være fri i en andre ende (3), og for, under drift, å svinge med høyere ordens bøyesvingninger om minst ett knutepunkt (6) plassert på en rettlinjet akse (x) forløpende fra den første enden (4) karakterisert vedat: det minst ene skjæret (2) er plassert hovedsakelig i knutepunktet (6) i en avstand fra den andre enden (3), mot den første enden (4).

2. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvori avstanden mellom den første enden (4) og det minst ene skjæret er i størrelsesorden 0,78 l -0,91 t.

3. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvori en svingedemper er plassert mellom den andre enden (3) og det minst ene skjæret (2).

4. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvori det minst ene skjæret (2) er plassert i knutepunktet (6) for andreordens svingninger.

5. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvori det minst ene skjæret (2) er plassert i knutepunktet (6) for tredjeordens svingninger.

6. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvori det minst ene skjæret er plassert i knutepunktet (6) for fjerdeordens svingninger.

7. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, verktøyholderen (1) innehar en diameter D, og hvor det minst ene skjæret (2) er plassert i en avstand på minst 10xD fra den første enden (4).

8. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, videre omfattende en sekundæropplagring (5) mellom det minst ene skjæret (2) og den første enden (4).

9. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 8, hvor det minst ene skjæret (2) er plassert i en avstand på minst 10xD fra sekundæropplagringen (5).

10. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, hvor ett eller flere skjær er plassert i samme knutepunkt (6).

11. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 1, for drift under høyere ordens svingemodi, slik at det dannes minst to knutepunkter (6), og hvor minst ett skjær (2) er plassert hovedsakelig ved minst hvert av minst to av disse knutepunktene (6).

12. Stangformet verktøyholder (1) i henhold til krav 11, hvor minst to skjær (2) er plassert hovedsakelig ved minst hvert av minst to av disse knutepunktene (6).