SE507572C2 - Förfarande och anordning för hantering av ett ämne vid maskinbearbetning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 507 572 Turbinskovlar framställes i ett stort antal modeller, vari- anter och storlekar. Skoveln indelas funktionsmässigt i infästningsdel (fot), övergàngszon, kanaldel (profil) samt ev. en andra övergànszon och tak. Profilen är som känt formad enligt strömningsmässiga principer för styrning av mediaflöden och är ofta vridet som ett propellerblad. Foten är även den utformad i ett antal varianter för infästning i skovelbärare, så att turbinskivor eller ledskenekransar kan uppbyggas i en turbin. Foten kan härvid vara laxstjärtformad (s k laxfot), grantoppformad eller vara formad som en bulb.

Pá vissa skovlar förekommer även ett tak vid ett fràn sko- velns fot sett motsatta ände. Även detta tak utformas i olika varianter för tätning mellan skovel och stator (resp. rotor).

När en skovel skall framställas t ex ur ett stángmaterial kan detta enligt känd teknik tillgá sà att arbetsstycket först fräses till rombiskt eller kvadratiskt tvärsnitt.

Härpà monteras ämnet i ett verktyg som förankrar detta någonstans i dess centrala del, varvid ur ämnets frilagda ände turbinskovelns fot fräses ut och ett dubbhàl upptages i i förhållande till fotens, topp- änden. Eventuellt tak tillfräses också i detta skede. skovelns, motsatta ände, Härefter vidtar operationen att i en fixtur eller chuck fästa skovelns fot samt toppänden i en dubbdocka eller fixtur, så att bearbetningen av skovelprofilen kan inledas genom bortfräsning av överflödigt material. Vid sistnämnda operation utnyttjas gripbackar eller verktyg som är exakt tillpassade till formen hos den aktuella skovelns fot, för att denna skall kunna fästas i den aktuella maskinens fixtur eller chuck. Eftersom antalet varianter av skovelfötter, beroende pà olika utformningar och olika storlekar, uppgår till flera hundratal krävs ett stort antal typer av grip- backar eller verktyg i lager för att motsvara behovet av anpassning i form till den för tillfället för produktion aktuella skovelns fot. Det förekommer till och med att olika typer av gripbackar måste användas för samma typ av skovel- 10 15 20 25 30 35 3 507 572 fot beroende pà vilket arbetsmoment som ska genomföras. När nya, ej existerande, typer av skovlar ska tillverkas enligt beställning, màste vanligen nya typer av gripbackar förfärdigas, vilket innebär en ökning av ledtiderna i produktionen.

Vid den ovan skisserade bearbetningen krävs även noggranna inmätningar av ämnets läge i maskinen i förhållande till en pà ämnet utvald referensyta, som används i maskinen för att positioneringen av ämnet i maskinen ska vara fullständigt känd, sà att ämnets orientering i rummet, när avverkning eller annan behandling av ämnet sker, är exakt känd för att den framställda skovens dimensioner ska hamna inom givna toleranser. Vid vissa metoder för framställning av skovlar kan det till och med vara nödvändigt att byta referensyta under arbetets framàtskridande. Detta ger naturligtvis upphov till en felkälla och skapar förlängda ledtider i produktionen. Referensytans placering är dessutom olika för olika typer av skovelfötter. Vidare kan inställningstiden för att justera in referensytan i rätt läge vid övergáng till en annan maskin för andra bearbetningsmoment, t ex slipning av ämnet, vara relativt làng. Av vikt är också att den valda referensytan ej skadas under olika arbetsmoment.

Valet av referensyta är olika för olika typer av skovelfötter.

När en skovel ska framställas ur ett förformat ràämne krävs för varje sådant ràämne en omfattande inmätning av ràämnets yttre konturer, så att det kan injusteras i ett korrekt läge i en bearbetande maskin, t ex en fräsmaskin, för utfräsning av aktuell skovelfot. Om ràämnet ej är korrekt inplacerat kan i så fall hända att den färdiga skovelns ytterkonturer hamnar utanför det förformade ràämnets ytor, när skoveln sedan ska formas i maskinen, varvid ämnet måste kasseras.

Vid infästning av skovlar i bearbetningsmaskiner förekommer också metoder, där någon del av skoveln placeras i en form, varefter en lättsmält legering tillföres formen, varpå, när 10 15 20 25 30 35 507 572 4 legeringen stelnat, skoveln kan infästas pà ett stadigt och önskat sätt i en maskinfixtur.

Vid samtliga de ovan nämnda produktionsmetoderna enligt känd teknik förekommer följaktligen, att tidsödande operationer förekommer bland annat på grund av exempelvis de nämnda infästningsbackarnas variationsrikedom samt inmätningar och kontroller som erfordras för exakt positionering av arbetstyckena i maskinen. Detta skapar långa ledtider i tillverkningen och därmed högre kostnader.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser ett förfarande och en anord- ning för att förenkla hantering och produktion av ett före- mål med komplicerad form, företrädesvis en turbinskovel, vid maskinell bearbetning. Enligt uppfinningen inledes bearbet- ningen av ett ämne, ur vilket det färdiga föremålet ska förfärdigas, genom att ett fixtur- och referenspålägg (förkortat fixturpálägq) formas vid ämnets ena ände. Detta fixturpàlägg ges formen av en laxstjärt och uppvisar vid dennas ändplan en längdreferensyta och vid minst en sida en vridningsreferensyta. Vidare är fixturpàlägget försett med en rotationsreferenslinje genom dubbhàl upptagna vid mot- satta ändar av ämnet. Fixturpàlägget med det laxstjärt- formade tvärsnittet utföres i ett mycket begränsat antal dimensioner, vilka täcker i det närmaste hela dimensions- intervallet av förekommande ämnen. Genom att endast välja infästningsbackar, ur det fàtal varianter som motsvarar de i egen produktion valda laxstjärtsvarianterna, till den som är anpassad till det aktuella ämnets fixturpàlägg kan därefter ämnet infästas i en bearbetningsmaskin eller robot i en chuck eller fixtur, varefter bearbetning eller kontroller av ämnet kan utföras, där ämnets positionering i rymden är fullt kordinerad med hanterande maskin, eftersom maskinen under arbetets gång har ständig tillgång till längd- och vridningsreferenser, vilka är desamma under hela 10 15 20 25 30 35 507 572 5 tillverkningsprocessen, dvs under exempelvis fräsning, slipning, polering och kontrollmätningar. När föremålet sedan är färdigställt avlägsnas det nämnda fixturpàlägget genom t ex fräsning eller tràdgnistning.

Med laxstjärtformad avses här samma typ av utseende som uppvisas av exempelvis timmer med laxstjärt, som förekommer i laxknutade timmerhus, dvs en avslutande parallellepipedisk kropp med ett trapetsformat tvärsnitt, där den kortare av de parallella sidorna i trapetsen ansluter till timret, eller i föreliggande beskrivning mot det ämne som hanteras. Genom att begreppet laxstjärtformad enligt denna definition ej täcker in den form som uppkommer om de två icke-parallella sidorna i nyss nämnda trapets är krökta sidor används härvid termen väsentligen laxstjärtformad för att även innefatta denna form i patentkraven.

Avsikten med uppfinningen är att utnyttja en enda tillverk- ningsmetod och att endast pàtvingas ett fåtal fixtureringar, dels vid arbete med ett och samma föremål under olika arbetsmoment, dels vid övergång till produktion av en annan variant av föremål.

Ett andra fixturpálägg med godtyckligt vald form, t o m sfäriska former eller liknande, kan utformas i föremálets andra ände utanför de konturer som kommer att avgränsa det färdiga föremålet, när så är önskvärt, exempelvis när ämnet har sådan längd att det för en stadig uppriggning i en maskin måste monteras i en chuck i den andra änden. Även detta andra fixturpálägg avlägsnas vid färdigställande av föremålet, men i detta fall före borttagning av det ordinarie fixturpàlägget.

Vid förfärdigande av ett ämne upptas även ett första dubbhàl i fixturpáläggets ändplan och ett andra dubbhàl i ämnets andra ände (toppänden), vilket andra dubbhàl då är beläget i änden av själva det material som kommer att utgöra det färdiga föremålet eller vid ett andra fixturpàlägg, när lO 15 20 25 30 35 507 572 6 sådant utnyttjas hos ämnet. De båda dubbhàlens centrum är belägna pà en längsgående linje genom föremålet som benämnes referenslinje och som användes bland annat som rotations- referens. Dubbhál som är upptagna i fixturpåläggen för- svinner automatiskt vid borttagande av fixturpàläggen. Ett dubbhàl som är upptaget vid föremàlets andra ände utplånas genom nedfräsning och ev. slipning eller kvarlämnas om detta kan tillåtas.

Den redovisade uppfinningen är företrädesvis avsedd att användas vid turbinskoveltillverkning, där variantrikedomen hos skovlar är enorm, vilket medför att metoder för till- verkning och fixtureringar varierar i alltför hög grad.

Enligt uppfinningen kan man oavsett detaljutformning av den färdiga skoveln (föremålet) använda sig av en enda tillverkningsmetod med ett fåtal fixtureringar, som täcker huvudmomenten i tillverkningskedjan.

En annan fördel med metoden är att så lite som tre omgångar inspänningsbackar till respektive fixtur eller chuck täcker ihela dimensionsintervallet för möjliga skovelstorlekar. Vi- dare kan samma referenselement (ytor, linjer) användas vid kontrollmätningar genom hela tillverkningskedjan fram till sista momentet där pàlägget avlägsnas. De tillverkade detaljerna blir enklare att kontrollera, såväl med manuella metoder som med moderna datoriserade mätmaskiner på grund av de väldefinierade referensytorna och referenslinjen. Vid hantering av föremål under tillverkning eller kontroll behöver gripdonet hos exempelvis en hanteringsrobot endast förekomma i maximalt tre dimensioner. Nya utföranden av produkten, exempelvis en ny skoveltyp, kan med minimala förberedelser produceras i befintlig utrustning. Härvid kortas ledtiderna, samtidigt som kostnaderna även minskar på grundval av lägre kostnader för mjukvara och hårdvara.

Uppfinningen möjliggör robothantering eller annan hantering av ämnen genom att det är tillräckligt att med en tillhör- ande fixtur enbart gripa om det laxstjärtformade fixturpà- 10 15 20 25 30 35 507 572 7 lägget och omedelbart ha ämnets alla referenser definierade, dvs att ämnet eller det föremål som ska formas ur ämnet är exakt positionerat.

Minskat behov av fixturvarianter innebär även reducerad administration och förenklad hantering i verkstaden.

FIGURBESKRIVNING Fig. 1 återger i schematiserat utförande ett ämne, varur ett föremål skall tillverkas och redovisar den eller de fixturpàlägg som utformas i en eller båda ändar av ett ämne.

Fig. 2 visar sidovy/tvärsnitt genom samma ämne med den eller de båda fixturpàläggen i en längsvy vinkelrätt mot den förra.

Fig 3. illustrerar hur infästningsbackar med en tillhörig referensyta på en fixtur är utformade för att möjliggöra en exakt infästning av föremålet med dess fixturpàlägg.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMR Ett utföringsexempel av föreliggande uppfinning redovisas med stöd av åtföljande figurer.

Ett ämne 1, vilket genom maskinell bearbetning och kontroll- er skall förfärdigas till en slutprodukt, àskådliggöres i Ämnet 1 förses med ett första dubbhål 2 och ett andra dubbhål 3. Genom de båda dubbhàlen 2, renslinje 4, vilken används som rotationsaxel vid rotation figur 1. 3 löper en refe- av ämnet 1. Vid ämnets ena ände utformas ett första fixtur- pàlägg 5 med ett ändplan, ett referensplan 6 för längder, vilket referensplan 6 utföres vinkelrätt mot referenslinjen 4. Vid behov utformas även ett andra fixturpàlägg 8 vid 10 15 20 25 30 35 507 572 8 ämnets andra ände. Mellan de bada visade fixturpäläggen 5, 8 anges inom vilket omräde 9, som den färdiga detaljen, i värt beskrivna utföringsexempel en turbinskovel, skall ligga. När det andra fixturpälägget 8 ej erfordras upptages det andra dubbhälet 3 i direkt anslutning till omradet 9 för den färdiga detaljen.

Det första fixturpälägget 5 ges laxstjärtform. I denna lax- stjärt förekommer tvä flanker L och R, vilka utgörs av tvä sidoytor hos laxstjärten, som uppvisar spetsig vinkel mot varandra. Ett tvärsnitt i en tvärriktning 15 genom laxstjär- ten har formen av ett parallelltrapets, där de tvä icke- parallella sidorna i snittet tillhör flankerna L resp R och där dessa icke-parallella sidor i parallelltrapetset upp- visar en lämplig vinkel v mot varandra. Med lämplig vinkel avses i detta fall att fixturpälägget 5, när detta inspännes i infästningsbackar med mot fixturpälägget 5 motsvarande form, av de uppkomna anliggningskrafterna frän infästnings- backarna kommer att pressa fixturpàläggets 5 referensplan 6 mot ett i den maskinen tillhörande fixtur, vartill ämnet 1 angöres, motsvarande längdreferensplan 10. Denna vinkel v är inte kritisk pä nagot sätt, utan väljes sä att den kraft som pressar ämnets referensplan 6 och fixturens motsvarande längdreferensplan 10 mot varandra blir tillräcklig för ändamälet.

Fixturpäläggets flanker L och R utgör motstäende sidoytor i en kropp, fixturpäläggets 5, med parallellepipedisk form.

Vid den spetsvinkliga kant som utbildas mellan ätminstone den ena av de tvà flankerna L och R hos fixturpälägget 5 och dess referensplan 6 avfasas en andra referensyta, ett vrid- ningsreferensplan 11. Detta vridningsreferensplan ll utnytt- jas i maskiner för orientering om ämnets vridningsvinkel i förhällande till exempelvis horisontalplanet, som exempel dä ämnet l inspännes med referenslinjen 4 horisontellt. Vrid- ningsreferensplanet ll utföres företrädesvis parallellt med referenslinjen 4 och vinkelrätt mot referensplanet 6, varvid vridningsreferensplanet ll har en gemensam kant med flanken L och/eller flanken R hos fixturpälägget 5. Härvid kommer l0 15 20 25 30 35 9 sov 572 vridningsreferensplanet ll att innefattas som en sidoyta i den parallelepiped som utbildas av fixturpälägget 5.

Flankerna L och R kan även utföras, vilket tidigare nämnts, som sidoytor med konvext eller konkavt tvärsnitt, varvid fixturpälägget 5 uttryckt med matematiska termer har erhällit en cylindrisk form.

En fördel som omedelbart kan konstateras med ett förfarande som det beskrivna är att alla inspänningskrafter frän grip- backar för fixering ej utsätter nagon del av den färdiga detaljen för deformationsrisk, vilket ofta är fallet vid inspänning av detaljer, fötter, innefattande exempelvis skovel- i fixturer enligt känd teknik.

En fjädrande dubb 12 i den bearbetande maskinens fixtur 13 är anordnad att införas i det första dubbhälet 2, sä att en noggrann passning mellan dubb 12 och dubbhäl 2 föreligger, varvid maskinen automatiskt avkänner läget för ämnets refe- renslinje 4. Den fjädrande dubben sticker ut genom fixturens längdreferensplan 10.

Vid ett exempel pä framställning av en turbinskovel ur ett ämne 1, tillkapas detta ur ett stängmaterial. Om det förutsättes att en mindre turbinskovel med grantoppsfot skall tillverkas av ämnet 1 och att samtidigt ett andra fixturpälägg 8 ej anses erforderligt mäste ämnets längd vara minst den slutliga turbinskovelns längd plus det av tre möjliga valda och lämpade fixturpàläggets 5 längd (plus djupet av dubbhäl 3 om dubbhäl ej tilläts i den färdiga detaljen). Ämnet 1 placeras i en fleroperationsfräsmaskin_ Dubbhälen 2, ovan beskrivna fixturpäläggets 5 referensplan 6 och övriga 3 anbringas. I samma uppsättning tillfräses det ytor hos fixturpälägget 5. Den önskade grantoppsfoten (eller annan fotform) tillfräsas i omedelbar närhet av fixturpälägget 5 enligt i fräsmaskinen lagrade data. I detta skede utväljes till fixturpälägget 5 anpassade infäst- ningsbackar, varefter ämnet 1 kan infästas i en fixtur i aktuella maskiner vid efterföljande operationer, där ovan 10 15 20 25 30 35 507 572 lO redovisade referensytor 6, ll och referenslinjen 4 utgör indata till lagrade fräsprogram i maskinen eller till maskinoperatören. Själva profilen utformas genom avverkning av överflödigt material genom utnyttjande av lagrade data eller rundkopiering i en maskin där ämnets 1 orientering i rummet är känd genom referensytor 6, 11 och referenslinjen 4. Vid byte mellan bearbetande maskin för fräsning i olika moment eller vid övergång till slipning eller polering eller kontrollmätning utgör detta inget problem, eftersom den valda maskinen omedelbart avläser position i rummet hos det inspända ämnet 1 genom referensytor 6, 11 och referenslinjen 4, utan någon tidkrävande omfixturering och inmätning.

Om så erfordras, t ex pá grund av att den detalj som skall förfärdigas är läng och har stor massa, kan ämnet 1 utföras med ett andra fixturpàlägg 8, som användes då inspänning i toppänden p g a erforderlig stabilitet kräver inspännings- backar förutom dubb.

När utformningen av i vàrt exempel en turbinskovel är färdig monteras denna i en maskin för slipning. Detta kan nu göras maskinellt eller helautomatiskt i robot, vilket enligt känd teknik varit svárbemästrat, eftersom màttreferenserna varierat från skovelmodell till skovelmodell. Härvid har i allmänhet manuell slipning av färdiga detaljer tilllämpats.

Efter slipning bortfräses fixturpàlägget 8 och/eller eventuella rester av det andra dubbhàlet 3 eller kapas hela toppänden till avsedd längd Med endast tre dimensioner pà fixturpàlägget 5 täcks hela dimensionsomràdet av, i exemplet turbinskovelframställning, ämnesvikter från i storleksordningen 0,4 till 80 kg.

I figur 3 har visats hur infästningsbackar 14, vilka före- kommer endast i tre typer för varje motsvarande fixturpàlägg 5 hos ämnet 1, anbringats till fixturpàlägget 5 för infäst- ning av ämnet 1 till en fixtur 13. Om rörelselängden för infästningsbackar 14 kan göras tillräckligt làng kan vissa 10 15 ll sov 572 fixturer klara sig med endast en typ av infästningsbackar, vilket ytterligare minskar behovet av lagrade varianter av infästningsbackar 14. Infästningsbackarnas 14 greppytor 17 bildar en greppvinkel v mot varandra, en vinkel som alltså motsvarar vinkeln v mellan flankerna L och R hos fixturpàlägget 5. Greppytorna 17 kan ha plan form även om flankerna L och R utförs som buktiga ytor.

Genom att centrumdubben 12 i fixturen 13 är fjädrande behöver ej dubbhál borras till ett djupmàtt med orimliga toleranser för att säkerställa exakt funktion. Ej heller behöver flankerna, (sidoytorna L och R) hos fixturpàlägget 5 hàlla exakt läge i förhållande till referenslinjen 4, emedan infästningsbackarna 14 göres "flytande" i fixturpàläggets 5 tvärriktning 15, vilket innebär att infästningsbackarna 14 intar spännläge efter flankernas L och R verkliga position i förhållande till referenslinje 4.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 507 572 PATENTKRAV 12 Förfarande vid verkstadsteknisk framställning av en färdig detalj ur ett ämne (l) genom maskinell bearbetning och hantering av ämnet (1), där ämnet (1) är försett med ätminstone ett fixturpälägg (5) i form av en förlängning av ämnet (1), kânnetecknat därav att fixturpälägget (5) ges formen av en laxstjärt eller att detta (5) göres väsentligen laxstjärtformat, att infästningsbackar (14) utförda med en form som motsvarar fixturpäläggets (5) användes för att fixera ämnet vid en maskins fixtur (13) under bearbetning eller annan hantering, att fixturpälägget (5) innefattar referenselement i form av ett längdreferens- plan (6), minst ett vridningsreferensplan (ll) och en rotationsreferenslinje (4) varigenom fullständig information om ämnets (1) position i rymden överföres till en hanterande maskin via motsvarande och samverkande ytor (10, 17) hos hanterande maskins fixturs (13) infästningsbackar (14) vid infästning av ämnet (1) i den hanterande maskinen och att fixturpälägget (5) efter den maskinella hanteringen avlägsnas. Förfarande enligt patentkrav l, kånnetecknat av att ämnet (1) förses med en referenslinje (4), vilken används som ämnets (1) rotationsaxel, definierad av en linje som genomlöper dubbhäl (2, 3) som upptages i ämnets (1) bäda ändar. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att referensplanet (6) för längd vid fixturpäläggets (5) ände utföres i rät vinkel mot referenslinjen (4). Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att minst en av det laxstjärtformade fixturpäläggets (5) tvä spetsvinkliga kanter avfasas till ett vridnings- referensplan (11), vilket företrädesvis utföres vinkelrätt mot referensplanet (6) och parallellt med 10 15 20 25 30 35 B 507 572 referenslinjen (4), varvid vridningsreferensplanet (11) har en gemensam kant med flanken L och/eller flanken R. Forfarande enligt patentkrav 3 eller 4, kännetecknat av att de tvä flankerna (L och R) hos det laxstjärt- formade fixturpälägget (5) ges en sädan vinkel (V) i förhållande till varandra, att fixturpäläggets (5) referensplan (6) av de med motsvarande vinkel (v) utformade infästningsbackarna (14) pressas mot ett vid maskinens fixtur (13) motsvarande utfört längdreferens- plan (10) vid inspänning av fixturpálägget (5) tillhörigt ämne (1) mellan infästningsbackarna (14) i fixturen (13). Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att ämnet (1) vid behov utföres med ett andra fixturpälägg (8) med godtycklig form. Anordning för genomförande av förfarandet enligt patentkrav 1 med infästningsbackar (14) anordnade vid en fixtur (13) i en maskin for inspänning av ett ämne (1) kånneteckad av att infästningsbackarna (14) för mottagande av ämnet (1) uppvisar en utformning som säkerställer fix inspänning av ämnet (1) och anliggning mellan samverkande referensytor hos ämne (6, L, R) resp fixtur (10, 17), genom att infästningsbackarna (14) sinsemellan uppvisar en greppvinkel (v) som är densamma som den vinkel (V) som uppvisas av en vinkel (V) mellan tvä motstäende icke-parallella sidoytor (L, R) hos ett väsentligen laxstjärtformat fixturpälägg (5) pä ämnet (1). Anordning enligt patentkrav 7 känneteckad av att fixturen (13) uppvisar ett längdreferensplan (10). varemot ett referensplan (6) vid fixturpälägget (5) pä ämnets (1) ände pressas vid inspänning av ämnet (1) i infästningsbackarna (14). 10 15 507 572 9. 10. 14 Anordning enligt patentkrav 7 känneteckad av att en fjädrande dubb (12) (10) upptaget i fixturpälägget som fritt löper genom längdre- (2). vilket är (5) vid inspänning av ämnet ferensplanet ingriper i ett dubbhäl (1) i infästningsbackarna (14), vilket medför att längdreferenser och rotationsreferenser för ämnet (1) (13) medelst infästningsbackar automatiskt överförs till fixturen enbart genom en inspänning av ämnet (1) (14). Anordning enligt patentkrav 8, (14) förskjutbara i fixturpäläggets (5) känneteckad av att (13) är flexibelt tvärriktning (15), genom dubbhälet (2) centrering i fixturen (13) oberoende av infästningsbackarna i fixturen sä att endast referenslinjen (4) styr ämnets (1) onoggrannheter i fixturpäläggets (15) (5) utformning i tvärriktningen