NO327968B1

NO327968B1 - Anordning for demping av vibrasjoner og utboyning av verktoy og/eller arbeidsstykker

Info

Publication number: NO327968B1
Application number: NO20034883A
Authority: NO
Inventors: Martin Saeterbo; Even Lund
Original assignee: Teeness Asa
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2009-11-02
Also published as: CN1874864A; ES2319432T3; WO2005042195A1; NO20034883L; EP1677932A1; NO20034883D0; US20070056414A1; EP1677932B1; US7908947B2; KR20060103436A; JP4653107B2; CA2540847A1; KR100868030B1; CN1874864B; IL174423A0; JP2007509765A; CA2540847C; DE602004018669D1; ATE418409T1

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for vibrasjonsdemping, samt demping av utbøyninger av verktøy og arbeidsstykker ved sponawirkende bearbeiding.

BAKGRUNN

Ved sponawirkende bearbeiding, slik som dreiing, boring eller fresing, oppstår ofte problemer med vibrasjoner og utbøyninger, spesielt når lengden på den ikke-innspente delen av verktøyet, det såkalte overhenget, overstiger 4-5 ganger diameteren.

Vibrasjoner og utbøyninger hører nøye sammen. Ved tilsetting av skjæret til arbeidsstykket får man først en midlere utbøyning som skyldes bearbeidingskraften som påføres skjæret. Når verktøyet vibrerer, vil man få en pendlende bevegelse over og under den midlere utbøyningen (se figur 1). Denne bevegelsen vil forster-kes dersom de påtrykte frekvenser fra bearbeidingskraften nærmer seg verktøyets resonansfrekvenser.

Vibrasjonsproblemer oppstår som regel ved innvendig bearbeiding, da man ønsker å bearbeide dypt og man har liten mulighet til å øke diameteren på verktøyhol-deren. To vibrasjonstyper er spesielt problematiske; bøyesvingninger som gjelder utbøyninger, og torsjonssvingninger som gjelder vridninger. Disse vibrasjonene medfører dårlig produktivitet, dårlig overflateruhet, minsket levetid på verktøy og gjør ofte bearbeiding umulig.

På grunn av utbøyninger av verktøy så vil man ikke oppnå det ønskede målet eller den ønskede formen etter et kutt. Ved å kunne justere den midlere utbøyningen vil man kunne komme nærmere ønsket mål eller form. Man kan også styre midlere utbøyning slik at man får en form på sluttproduktet som ellers ville kreve et spesi-alverktøy.

Arbeidsstykker, særlig arbeidsstykker med tynnvegget tverrsnitt, er også utsatt for de samme problemene med midlere utbøyning samt vibrasjoner. Det er da som regel arbeidsstykket som bøyes ut, mens verktøyet forholder seg mer i ro. Vibrasjonsdemping for sponawirkende bearbeiding har hittil vanligvis skjedd ved bruk av passive, mekaniske dempere der en masse av tyngre materiale er opplagret i fjær- og demper-elementer (tomasse system) som igjen er opplagret i verk-tøyet (se for eksempel US 5.413.318). Problemet med mekaniske dempere er blant annet at de tunge materialene koster mye, hvert verktøy er begrenset til spe-sifikke overhengslengder og at demperen opptar plass i verktøyholderen, noe som medfører en svekking av verktøyet. Materialene olje og gummi er mye brukt og de kan være vanskelige å få i stabil kvalitet og de endrer egenskaper med temperatur og levetid. Slike dempesystemer har i tillegg begrensninger i hvor lave frekvenser som kan oppnås. Tomasse-dempere bidrar i tillegg med en ekstra masse som gjør det vanskelig å balansere roterende verktøy ved høyere turtall.

Aktiv demping av verktøyholdere kan for eksempel oppnås ved bruk av piezoelek-triske kraftaktuatorer. Slike kraftaktuatorer er tidligere blitt brukt blant annet i passive elektriske dempere, for eksempel ved shuntkoblede kraftaktuatorer i ski, ten-nisracketer og golfkøller. I aktive systemer benyttes typisk en piezoelektrisk kraft-aktuator, som er limt eller festet på annen måte til eller i verktøyholderen. Aktuatoren vil da overføre kraften til verktøyet via skjærkrefter. Et styringssystem, typisk et adaptivt reguleringssystem, styrer aktuatorkraften ved hjelp av informasjon fra en sensor, typisk et akselerometer. For å best mulig kunne dempe vibrasjoner i et slikt verktøy er man avhengig av at aktuatoren ligger nærme innspenningen av verktøyholderen. Problemet med de angitte plasseringer av aktuatorer er at de ikke tilbyr fleksibilitet i overhengslengde. I tillegg vil overføringen av krefter til verk-tøyet være ueffektiv, da disse skjærkreftene må være svært store for å kunne motvirke bevegelser ytterst på skjærspissen.

Kjent teknikk omfatter plassering av aktuatorer direkte på eller innfelt i lommer på verktøyholder, og kreftene blir da overførte fra aktuatoren til verktøyholder via skjærkrefter. Med en slik innfesting av aktuatorer vil man være låst med tanke på overhengslengder og kraftretning.

Fra EP 1140421 fremgår det en anordning og fremgangsmåte for styring av vibrasjoner i et skjæreverktøy. Løsningen viser kraftpåføringanordninger i form av aktuatorer, en styreenhet for styring av vibrasjoner fra en verktøyholder, samt en styreenhet for styring av vibrasjoner fra en verktøyholder under en sponawiklings-prosess. US 6.694.213 viser også en anordning for demping av vibrasjoner integrert i et innvendig dreieverktøy.

SE 0201682 viser et dreieverktøy fastspent i en innspenning, en sensor og en aktuator. Fra US 5.810.528 fremgår et automatisk avstembart antivibrasjons boringssystem, og US 5.170.103 beskriver en aktiv vibrasjonstyringsanordning.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen løser eller i det minste letter problemene med kjent teknikk som an-gitt over.

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en anordning for vibrasjonsdemping og/eller styring av utbøyning av et objekt ved sponawirkende bearbeiding. Objektet er et verktøy, en verktøyholder eller et arbeidsstykke. Anordningen omfatter minst én kraftpåføringsanordning eller dempeanordning. Kraftpåføringsanordningen eller dempeanordningen er festet til en posisjoneringsanordning som omslutter objektet og er i stand til å enten påføre en kraft med en kraftkomponent rettet vinkelrett på objektets overflate eller påføre et moment på objektet.

Anordningen for vibrasjonsdemping og/eller styring av utbøyning av et objekt ved sponawirkende bearbeiding, kan være kjennetegnet ved at den omfatter minst én kraftpåføringsanordning for påføring av en kraft med en kraftkomponent rettet vinkelrett på objektets overflate og/eller for påføring av et moment på objektet.

I en utførelsesform kan anordningen omfatte en momentoverføringsanordning for overføring av momentet fra den minst ene kraftpåføringsanordning til objektet. Momentoverføringsanordningen kan omfatte en kraftoverføringsanordning som omslutter objektet. I enda en utførelsesform kan kraftpåføringsanordningen være anordnet mellom en innspenning for objektet og kraftoverføringsanordningen, og være festet til eller innfelt i innspenningen. Momentoverføringsanordningen kan videre omfatte en posisjoneringsanordning for kraftpåføringsanordningen, der posisjoneringsanordningen omslutter objektet, og at kraftpåføringsanordningen er anordnet mellom kraftoverføringshylsen og posisjoneringshylsen. Et elastisk materiale kan være anordnet mellom kraftoverføringsanordningen og posisjoneringshylsen. Det elastiske materiale kan være anordnet mellom den minst ene kraftpåfør-ingsanordning og objektet eller mellom den minst ene kraftpåføringsanordning og posisjoneringsanordning. Det elastiske materiale kan være av gummi. Kraftpåfør-ingsanordningen kan være innrettet slik at det utøves en kraft med en kraftkomponent vinkelrett på kraftoverføringsanordningen og samtidig parallelt med objektets overflate.

I en alternativ utførelsesform kan anordningen være utstyrt med en posisjoneringsanordning for den minst ene kraftpåføringsanordning for innfesting og posisjonering av nevnte kraftpåføringsanordning i forhold til objektet. Kraftoverførings-anordning kan da være omsluttet objektet og være anordnet mellom nevnte kraftpåføringsanordning og objektet. Kraftoverføringsanordningen og nevnte kraftpåføringsanordning kan være anbrakt i posisjoneringsanordningen.

I enda en alternativ utførelsesform kan anordningen omfatte en momentoverfør-ingsanordning for overføring av momentet fra den minst ene kraftpåføringsanord-ning til objektet, der momentoverføringsanordningen utgjøres av en koplingsdel for objektet for innfesting av objektet til en innspenning for objektet. Kraftpåføringsan-ordningen kan da være anordnet i innspenningen for objektet.

I et andre aspekt beskrives en anordning for vibrasjonsdemping av et objekt ved sponawirkende bearbeiding, der anordningen er kjennetegnet ved at den omfatter minst én dempeanordning for opptak av vibrasjoner fra objektet, der dempeanordningen er anordnet for å oppta en kraftkomponent rettet vinkelrett på objektets overflate eller for å oppta et moment fra objektet. En momentover-føringsanordning vil i dette andre aspektet overføre momentet fra objektet til den minst ene dempeanordning. Momentoverføringsanordningen kan omfatte en kraftoverføringsanordning som omslutter objektet. Dempeanordningen kan være anordnet mellom en innspenning for objektet og kraftoverføringsanordningen og være festet til eller innfelt i innspenningen. Momentoverføringsanordningen kan videre omfatte en posisjoneringsanordning for dempeanordningen der posisjoneringsanordningen omslutter objektet, og dempeanordningen kan være anordnet mellom kraftoverføringshylsen og posisjoneringshylsen. Et elastisk materiale kan være anordnet mellom kraftoverføringsanordningen og posisjoneringshylsen. Det elastiske materialet kan være av gummi og være anordnet mellom den minst ene dempeanordning og objektet eller mellom den minst ene dempeanordning og posisjoneringsanordningen. Dempeanordningen kan være innrettet slik at det opptas en kraft med en kraftkomponent vinkelrett på kraftoverføringsanordningen og samtidig parallelt med objektets overflate.

I en alternativ utførelsesform kan anordningen omfatte en posisjoneringsanordning for den minst ene dempeanordning, for innfesting og posisjonering av nevnte dempeanordning i forhold til objektet. En kraftoverføringsanordning kan da omslutte objektet og være anordnet mellom nevnte dempeanordning og objektet. Kraftoverføringsanordningen og nevnte dempeanordning kan være anbrakt i posisjoneringsanordningen.

I enda en alternativ utførelsesform kan anordningen omfatte en momentoverfør-ingsanordning for overføring av momentet fra objektet til den minst ene dempeanordning, der momentoverføringsanordningen utgjøres av en koplingsdel for objektet for innfesting av objektet til en innspenning for objektet. Dempeanordning kan være anordnet i innspenningen for objektet.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen i henhold til de to aspektene kan anordningen være forskyvbart anordnet i forhold til objektet. Den minst ene kraft-påføringsanordning eller dempeanordning kan videre utgjøres av minst en aktuator. Den minst ene kraftpåføringsanordning kan utgjøres av minst en aktuator der anordningen omfatter en styreenhet for regulering av pådrag på den minst ene aktuator. En sensor kan være anordnet på eller i objektet for registrering av vibrasjoner i og/eller utbøyning av objektet, og en styreenhet kan være anordnet for mottak av signaler fra sensoren for regulering av pådrag på nevnte aktuator basert på de nevnte signaler. Sensoren kan være et akselerometer.

Aktuatoren kan være en shaker, en pneumatisk og hydraulisk aktuator, en piezoelektrisk kraft-aktuator eller en annen kraft-, trykk- eller torsjonsaktuator. Aktuatorene kan videre styres passivt for eksempel ved bruk av pneumatiske dempere eller shuntkoblede aktuatorer, og/eller aktivt ved for eksempel bruk av en dempealgoritme. Et passivt dempesystem kan i tillegg være anordnet i objektet.

Anordningen kan videre være modulær og tillate bruk av ulike dimensjoner og geometriske utforminger av objektet. Objektet kan være en verktøyholder eller et arbeidsstykke. Videre kan objektet være roterende eller ikke-roterende. Anordningen kan videre omfatte minst én dempeanordning for opptak av vibrasjoner fra objektet, der dempeanordningen er anordnet for å oppta en kraftkomponent rettet vinkelrett på objektets overflate eller for å oppta et moment fra objektet.

Det kan benyttes aktuatorer med en fleksibel innfestningsanordning (opplagring) slik at aktuatorene kan flyttes og kreftene påføres direkte på verktøyholder eller via hylse(r). Fordelen er at overhenget til verktøyet, samt kraftretningen kan endres i forhold til de skjærekreftene som oppstår ved skjærprosessen, eller det ønskes påført en kraft i en bestemt ønsket retning. Oppfinnelsen gjør det også mulig å benytte verktøyholdere med forskjellig form og dimensjoner i samme holder. Med den foreliggende oppfinnelse kan energien (kraft og bevegelse) som påføres verktøyet økes betraktelig sammenlignet med den kjente teknologien på dette feltet, der kraften påføres via skjærkrefter av aktuatorer plassert direkte på eller innfelt i lommer på verktøyholderen som beskrevet tidligere.

BESKRIVELSE AV FIGURER

Utførelsesformer av oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med utgangspunkt i de med-følgende tegningene der: Figur 1 viser en grafisk fremstilling av flere ulike midlere bearbeidingskrefter under bearbeiding, samt variasjoner rundt disse; Figur 2a viser utbøyning av verktøy ved momentoverføring; Figur 2b viser utbøyning av verktøy ved direkte kraftpåføring; Figur 3a viser eksempler på aktuatorplassering med kraftretning og angrepspunkt i forhold til et objekt i henhold til forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen; Figur 4 er en prinsippskisse av verktøy med momentoverføring i henhold til en ut-førelsesform av oppfinnelsen; Figur 5 er en prinsippskisse av verktøy med direkte kraftoverføring i henhold til en

utførelsesform av oppfinnelsen;

Figur 6 er en prinsippskisse av arbeidsstykkedemping med momentoverføring i

henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; og

Figur 7 er et utførelseseksempel av den foreliggende oppfinnelse som viser hvordan aktuatorer kan presse direkte på en koblingsdel eller flens.

DETALJERT BESKRIVELSE

Noen begreper i den følgende beskrivelse er gitt en nærmere forklaring, som følger: Verktøyholder: Er i denne sammenheng ment som det elementet som holder skjæret. Dette kan for eksempel være skjærhode, fres, borstang med integrert skjær eller en kombinasjon med skjærhode/fresehode og adapter.

Skjær: Fastspent bit av hardt materiale med skjærende egger som avvirker materiale.

Verktøy: Sammenstillingen av verktøyholder(e) og skjær.

Holder/verktøyinnspenning: Det elementet i verktøymaskinen som holder verk-tøyet. Kan for eksempel være splittholder, captoholder, HSK-holder, Steilkon. Aktiv demping: Demping som styres og tilføres energi fra en ekstern kilde. Kan for eksempel være aktuatorer som styres med en ekstern mikrokontroller og som tilføres energi ved en ekstern kraftforsterker. Fordelene med bruk av aktiv demping er blant annet at du i utgangspunktet kan tilføre så mye energi som du ønsker til systemet og at du har mulighet for å styre pådraget ved hjelp av adaptive algoritmer.

Passiv demping: Demping som ikke styres eller tilføres energi fra en ekstern kilde. Kan for eksempel være aktuatorer som demper ved elektrisk tap i en shunt-kobling innebygd i systemet eller en mekanisk tomassedemper, som beskrevet i patent US 5.413.318.

Modulær: En fleksibel anordning der innsatser tilpasset utformingen av verktøy-holderen inngår som moduler. En modul bestående av en hylse med sirkulært hulrom kan holde et sirkulært verktøy med en gitt diameter mens en modul med et rektangulært hulrom kan holde et rektangulært verktøy. En modul kan også være tilpasset verktøyets koblingsdel.

Et gammelt prinsipp for kraftforsterkning er momentprinsippet (vektarm). Ved bruk av en lang arm behøves ikke like store krefter som ved bruk av en kort arm for å få et like stort moment. Utbøyning som følge av bøyekrefter for en homogen krag-bjelke er gitt ved u=SL<3>/3EI, mens utbøyning som følge av et bøyemoment er gitt ved u=ML<2>/2EI, der S er utbøyingskraft, L er avstand fra senter, M er moment, E er elastisitetsmodulen og I er annet arealmoment. Ved superposisjon av disse lik-ningene, får en at momentet må økes dersom en gitt økning av bearbeidingskraft oppstår for å holde enden av bjelken i ro. Dette momentet kan økes ved å øke kraften eller armen i bøyemomentet. For torsjon må tilsvarende kraften eller armen i torsjonsmomentet økes for å motvirke torsjonsmomentet som skyldes bearbeidingskraften.

Ved direkte påtrykking av krefter radielt får en tilsvarende utbøyning gitt ved u=FL<3>/3EI, der F er aktuatorkraften.

Sammenligning av de ulike prinsippene for kraftoverføring viser at både direkte kraftpåtrykking og energioverføring ved momentprinsippet gir bedre energioverfør-ing (større kraft og bevegelse) til verktøyet enn overføring via skjærkrefter.

For å utnytte prinsippene med moment eller direkte kraftoverføring kan en benytte en eller flere kraftaktuatorer, for eksempel piezokeramiske kraftaktuatorer, kraftaktuatorer som er stablet - stackaktuatorer, hydrauliske eller pneumatiske aktuatorer. Disse bør plasseres slik at det blir overført nok krefter til at den ønskede bevegelsen oppnås. Ved momentoverføring så vil bevegelsen av verktøyholderen øke jo nærmere bevegelsen som skyldes aktuatoren er i forhold til verktøyholde-ren, men samtidig så øker den nødvendige kraften (se figur 2a). For direkte kraft-overføring så vil bevegelsen av verktøyholderen øke jo nærmere angrepspunktet til aktuatoren er selve innspenningen av verktøyholderen, men for å få den bevegelsen av verktøyet som er ønskelig vil den nødvendige kraften fra aktuatoren øke jo nærmere aktuatoren er innspenningen (se figur 2b). For begge prinsippene er plasseringen avhengig av størrelsen på verktøyholderen, aktuatorbevegelsen, aktuatorstivheten og aktuatorkraften.

Bevegelsen påført fra aktuatorene kan motvirke eller forsterke vibrasjoner/vridninger/utbøyninger ved å orientere aktuatorene i aktuell retning. To eller flere aktuatorer kan utgjøre kraftpar.

Aktuatorene kan være innfestet i en hylse påmontert verktøyholderen, i verktøy-holderens koblingsdel (for eksempel i flens for griper), i innspenningen for verktøy-holderen eller integrert i maskinkopling (for eksempel revolver eller spindel/chuck).

Ved momentoverføringsprinsippet er en hylse for overføring av krefter fra aktuatorene fastspent til verktøyholderen foran aktuatorene. Denne hylsen bør være stiv

for å best mulig overføre moment fra aktuatorene og være lett for å bidra med minst mulig masse til verktøyets egensvingninger. I tillegg bør hylsen ha en viss bredde for å unngå for store punktspenninger. I en alternativ utførelsesform kan verktøyholderens koblingsdel (se figur 7) brukes til å overføre momentet til verk-tøyet istedenfor momentoverføringshylsen.

Både momentoverføringshylsen og en eventuell festehylse for aktuatoren(e) kan flyttes langs verktøyholderen til ønsket posisjon. Med verktøy som ikke har fast overheng (ikke modulære verktøy) kan verktøyet i tillegg flyttes inn og ut av holder. Dette medfører til sammen en veldig stor fleksibilitet med hensyn til overhengslengde. Med eller uten bruk av innleggshylser kan systemet omfatte mange ulike verktøy, med mange ulike utførelser.

Ved bruk av prinsippet med direkte kraftoverføring vil aktuatoren tilføre krefter ved påtrykning direkte på verktøyholderen eller på en hylse fastspent til verktøy-holderen.

I stedet for en hylse kan en annen kraftoverføringsanordning benyttes, som klave, brakett, gaffel eller liknende.

Aktuatorene kan kontrolleres aktivt ved for eksempel bruk av en dempealgoritme

og/eller passivt (shunt), og med eller uten sensorer, for eksempel i form av et akselerometer. Systemet kan også benyttes i kombinasjon med andre aktive, for eksempel adaptiv mekanisk, eller passive systemer som for eksempel mekanisk dem-

per. I stedet for eller i tillegg til aktuatorer kan oppfinnelsen benytte passive dempere, for eksempel gummi eller hydrauliske/pneumatiske støtdempere, til å dempe vibrasjoner.

Eksempler på utførelsesformer

Kraftoverføring ved momentprinsippet.

Figur 4 viser en utførelsesform av dempeanordningen ifølge oppfinnelsen. En verktøyholder 2 er anbrakt i en verktøyinnspenning 5. Et skjær 1 til sponawirkende bearbeiding av et arbeidsstykke 10, er fastspent til verktøyholderen 2. Verk-tøyinnspenningen 5 kan være modulær og tilpasses forskjellige diametere og geometriske utforminger (for eksempel trekantet, oval, firkantet) av verktøyholderen. Aktuatorer 7 er festet mellom verktøyinnspenningen 5 eller en egen hylse for å

holde aktuatoren 4 og en momentoverføringshylse 3 i en avstand ut fra overflaten til verktøyholderen 2. Aktuatorene 7 er festet til eller innfelt i verktøyinnspenningen 5 på den siden som vender mot skjæret 1. Alternativt kan aktuatorene 7 være festet til en egen posisjoneringshylse 4 for aktuatorene. Posisjoneringshylsen 4 kan være atskilt fra verktøyholderen 5 slik at dempeanordningen kan forskyves langs stangkroppen. Kraften fra aktuatorene 7 kan virke slik at de deformerer verktøyhol-der 2 direkte eller at verktøyholder 2 og eller verktøyinnspenning 5 er opplagret slik at de tillater bevegelsen fra aktuatorene 7 uten at de (2,5) blir deformert.

Momentoverføringshylsen 3 omslutter verktøyholderen 2 og overfører moment fra aktuatorene 7 og til verktøyholderen 2. For ytterligere demping kan et elastisk materiale 11, for eksempel av gummi, anbringes som utfyllende materiale mellom verktøyholderen og momentoverføringshylsen 3.1 utførelsesformen som inklude-rer en posisjoneringshylse 4 for aktuatorene 7 kan det elastiske materialet anbringes mellom kraftoverføringshylsen 3 og posisjoneringshylsen 4. Det elastiske materialet kan anbringes mellom aktuator 7 og verktøyholder 2 eller anbringes på utsiden av aktuatorene 7.

Aktuatorene 7 kan styres aktivt ved hjelp av en styringsenhet 8. En sensor 6 for måling av utbøyning og eller vibrasjon, for eksempel et akselerometer, kan anbringes på eller i verktøyholderen 2 i nærheten av skjæret 1. Signaler fra akseleromet-eret 6 overføres til styringsenheten 8 på prinsippfiguren gjennom ledninger 9 og styringsenheten 8 kan da regulere pådrag på aktuatorene 7 basert på signalene fra sensoren. Signalene fra sensoren 6 kan også overføres trådløst til styringsenheten.

Aktuatorene kan kontrolleres aktivt ved for eksempel bruk av en dempealgoritme eller passivt for eksempel ved bruk av pneumatiske dempere eller shuntkoblede aktuatorer, og med eller uten sensorer for eksempel i form av et akseierometer. Systemet kan også benyttes i kombinasjon med andre aktive, for eksempel adaptiv mekanisk, eller passive systemer som for eksempel mekanisk demper. Aktuatorene kan være en shaker, en pneumatisk eller hydraulisk aktuator, en piezoelektrisk kraft-aktuator eller en annen kraft-, trykk- eller torsjonsaktuator.

Ved bruk av passive aktuatorer 7 vil anordningen fungere som en dempeanordning der vibrasjoner opptas fra objektet istedenfor å aktivt påtrykke krefter på objektet. De forskjellige konstruktive delene av dempesystemet vil være de samme, men krefter vil da overføres direkte eller ved momentprinsippet fra objektet 2 til aktuatorene 7.

Direkte kraftoverføring.

Figur 5 viser en utførelsesform av dempeanordningen ifølge oppfinnelsen. Utførel-sesformen har mange likhetstrekk med utførelsesformen med momentoverføring. I motsetning til kraftoverføring ved momentprinsippet påtrykkes kreftene vanligvis direkte på verktøyet og vanligvis i radiell retning. Dersom kreftene påtrykkes en hylse festet til verktøyet og retningen på påført kraft orienteres mer langs verktøy-ets lengderetning vil prinsippet bli mer likt utførelsesform med momentoverføring.

Aktuatorer 7 er festet mellom verktøyinnspenningen 5 eller en egen hylse for å holde aktuatoren 4 og overflaten på verktøyholderen 2. Aktuatorene 7 kan også

overføre krefter til verktøyholderen 2 via en hylse 3 som omslutter verktøyholderen 2. Aktuatorene 7 er festet til hylsen for å holde aktuatoren 4 på den siden av verk-tøyinnspenningen 5 som vender mot skjæret 1 i en avstand fra verktøyinnspennin-gen 5. Alternativt kan aktuatorene 7 være festet til en egen hylse 4. Kraften fra

aktuatorene 7 kan virke slik at de deformerer verktøyholder 2 direkte eller at verk-

tøyholder 2 og eller verktøyinnspenning 5 er opplagret slik at de tillater bevegelsen fra aktuatorene 7 uten at de (2,5) blir deformert.

Aktuatorene 7 påtrykker krefter direkte på verktøyet 2 eller en hylse 3. For ytterligere demping kan et elastisk materiale 11, for eksempel av gummi anbringes som utfyllende materiale mellom aktuatorene 7 og hylsen for å holde aktuatorene 4.

Aktuatorene kan kontrolleres aktivt ved for eksempel bruk av en dempealgoritme eller passivt (for eksempel ved bruk av pneumatiske dempere eller shuntkoblede aktuatorer), og med eller uten sensorer for eksempel i form av et akselerometer. Systemet kan også benyttes i kombinasjon med andre aktive (for eksempel adaptiv mekanisk) eller passive systemer (for eksempel mekanisk demper). Aktuatorene kan være en shaker, en pneumatisk eller hydraulisk aktuator, en piezoelektrisk kraft-aktuator eller en annen kraft-, trykk- eller torsjonsaktuator.

Kraften og bevegelsen som vi får fra en aktuator kan ha forskjellige orienteringer

og angrepspunkt som vist i figur 3. Pilene angir eksempler på hvordan aktuatorene kan orienteres og hvordan kraftvektorene kan angripe verktøyet eller arbeidsstykket ved momentoverføring og direkte kraftoverføring. Flere aktuatorer kan benyttes og større krefter samt ulik orientering av disse i flere ønskede retninger kan da oppnås.

Som for dempesystemet vist i figur 4 vil også bruk av passive aktuatorer 7 som forklart over resultere i at anordningen fungerer som en dempeanordning der vibrasjoner opptas fra objektet istedenfor å aktivt påtrykke krefter på objektet. De forskjellige konstruktive delene av dempesystemet vil være de samme, men krefter vil da overføres direkte eller ved momentprinsippet fra objektet 2 til aktuatorene 7.

Roterende og ikke-roterende verktøy.

Prinsippene med bruk av direkte kraftpåføring og moment kan benyttes på roterende (fres, bor) så vel som ikke-roterende (drei) verktøy. I tilfeller med ikke-roterende verktøy holdes verktøy 2, aktuatorer 7, hylser 3,4 og holder 5 i ro mens arbeidsstykket 10 roterer. Ved roterende verktøy holdes arbeidsstykke 10 i ro mens verktøy 2 og holder 5 roterer. Aktuatorer 7, og hylser 3,4 kan rotere med verktøyet, men kan også holdes i ro. Dersom aktuatorene roterer med verktøyet kan signal og energi overføres enten trådløst eller ved for eksempel slepekabler.

Vibrasjonsdemping og utbøyning av arbeidsstykker.

Figur 6 viser en utførelsesform av en dempeanordning for arbeidsstykker ifølge oppfinnelsen. Ved demping av arbeidsstykker kan både prinsippet for moment-overføring og direkte kraftoverføring benyttes. Figur 6 illustrerer en utførelsesform der momentoverføring benyttes.

Arbeidsstykket 10 kan være innspent i for eksempel en chuck 13 og en brille 12. En dempeanordning i henhold til oppfinnelsen basert på momentprinsippet eller direkte kraftpåføring omslutter arbeidsstykket 10. En sensor 6 kan være festet på eller innbygd i arbeidsstykket 10 for registrering av vibrasjoner. Denne utførelses-formen av dempeanordningen har samme konstruksjon som utførelsesformen vist i figur 4 når det gjelder plassering av elastisk materiale 11, kraftaktuatorer 7, samt kraftoverføringshylsen 3. Hele dempeanordningen vist i figur 6 er imidlertid for-skyvbar på arbeidsstykket, og posisjoneringshylsen for aktuatoren 4 er derfor festet til det elastiske materialet samt aktuatorene 7. Aktuatorene kan styres aktivt ved hjelp av en styringsenhet 8 koplet til dempeanordningen via ledninger 9.

Også i denne utførelsesformen kan passive aktuatorer benyttes. Disse vil da ta opp vibrasjoner fra arbeidsstykket for demping av dette, istedenfor å aktivt påtrykke krefter på dette.

Ofte ved tynnveggede arbeidsstykker eller ved langt overheng på arbeidsstykke så vil det ved bearbeiding oppstå problemer med vibrasjoner på arbeidsstykke. Problemet oppstår både ved innvendig og utvendig bearbeiding slik at prinsippet til dempeanordningen er slik at den kan monteres både innvendig og utvendig på arbeidsstykket.

Figur 7 viser en utførelsesform av dempeanordningen der momentoverføringen skjer via en koplingsdel for verktøyholderen 2. Koplingsdelen fester verktøyholde-ren 2 til en innspenning 5 for verktøyholderen. Koplingsdelen overfører krefter til verktøyholderen via momentoverføringsprinsippet ved påtrykking av krefter fra

aktuatorene 7 på koplingsdelen helt i ytterkanten av denne. Det oppnås et moment ved at angrepspunktet for kraften plasseres utenfor overflaten til verktøyet. Ved at man forflytter aktuatorene ut fra selve verktøyet oppnås et verktøy med større mulighet til å variere overhenget.

Utførelsesformer av oppfinnelsen er beskrevet i det ovenstående. Det vil imidlertid være klart for en fagmann på området at oppfinnelsen kan omfatte andre utførel-sesformer, som definert i de etterfølgende patentkravene.

Claims

1. Anordning for vibrasjonsdemping og/eller styring av utbøyning av et objekt (2,10) ved sponawirkende bearbeiding, der objektet er et verktøy (2), en verktøy-holder (2) eller et arbeidsstykke (10), karakterisert ved at anordningen omfatter minst én kraftpåførings-anordning (7) eller dempeanordning (7), der nevnte kraftpåføringsanordning (7) eller dempeanordning (7) er festet til en posisjoneringsanordning (4, 5) som omslutter objektet (2,10) og er i stand til å enten påføre en kraft med en kraftkomponent rettet vinkelrett på objektets (2,10) overflate eller påføre et moment på objektet (2,10).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at momentoverføringsanordningen omfatter en kraftoverføringsanordning (3) som omslutter objektet (2,10).

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kraftpåføringsanordningen (7) eller dempeanordningen (7) er anordnet mellom en innspenning (5) for objektet (2) og kraftoverfør-ingsanordningen (3), og er festet til eller innfelt i innspenningen (5).

4. Anordning ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at kraftpåføringsanordningen (7) eller dempeanordningen (7) er anordnet mellom kraftoverføringsanordningen (3) og posisjoneringsanordningen (4).

5. Anordning ifølge et av kravene 1 -4, karakterisert ved at et elastisk materiale (11) er anordnet mellom kraftoverføringsanordningen (3) og posisjoneringsanordningen (4).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at det elastiske materiale (11) er anordnet mellom den minst ene kraftpåføringsanordning (7) eller dempeanordning (7) og objektet (2,10) eller mellom den minst ene kraftpåføringsanordning (7) eller dempeanordning (7) og posisjoneringsanordning (4).

7. Anordning ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at det elastiske materiale (11) er av gummi.

8. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at kraftpåføringsanordningen (7) eller dempeanordningen (7) er innrettet slik at det utøves en kraft med en kraftkomponent vinkelrett på kraftoverføringsanordningen (3) og samtidig parallelt med objektets overflate.

9. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved en kraftoverføringsanordning (3) er anordnet mellom nevnte kraftpåføringsanordning (7) eller dempeanordning (7) og objektet (2,10).

10. Anordning ifølge krav 9, karakterisert ved at kraftoverføringsanordningen (3) og nevnte kraftpå-føringsanordning (7) eller dempeanordning (7) er anbrakt i posisjoneringsanordningen (4).

11. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at momentoverføringsanordningen utgjøres av en koplingsdel for objektet (2) for innfesting av objektet (2) til en innspenning (5) for objektet.

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved at nevnte kraftpåføringsanordning (7) eller dempeanordning (7) er anordnet i innspenningen (5) for objektet (2).

13. Anordning ifølge et av kravene 1 -12, karakterisert ved at anordningen er forskyvbart anordnet i forhold til objektet (2,10).

14. Anordning ifølge ett av kravene 1 -13, karakterisert ved at den minst ene kraftpåføringsanordning eller dempeanordning utgjøres av minst en aktuator (7).

15. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved at den omfatter en styreenhet (8) for regulering av pådrag på den minst ene aktuator (7).

16. Anordning ifølge krav 15, karakterisert ved en sensor (6) som kan anordnes på eller i objektet (2,10) for registrering av vibrasjoner i og/eller utbøyning av objektet (2,10), og at styreenheten (8) mottar signaler fra sensoren (6) for regulering av pådraget basert på de nevnte signaler.

17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at sensoren er et akselerometer.

18. Anordning ifølge et av kravene 14-16, karakterisert ved at nevnte aktuator er en shaker, en pneumatisk og hydraulisk aktuator, en piezoelektrisk kraft-aktuator eller en annen kraft-, trykk-eller torsjonsaktuator.

19. Anordning ifølge et av kravene 14-18, karakterisert ved at aktuatorene er innrettet for å styres passivt, idet de for eksempel utgjøres av pneumatiske dempere eller shuntkoblede aktuatorer, og/eller aktivt for eksempel ved bruk av en dempealgoritme.

20. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den er modulær og tillater bruk av ulike dimensjoner og geometriske utforminger av objektet (2,10).