SE514939C2 - Maskin för spånavskiljande bearbetning jämte skärverktyg för dylika maskiner - Google Patents

Description

15 20 25 35 514 939 2 Föreliggande uppfinning hänför sig i grunden till hög- trycksvätskekylningsteknik, närmare bestämt med användande av flera munstycken i det enskilda skärverktyget.

Ett skärverktyg för maskiner av ingressvis angivet slag är tidigare känt genom WO 99/39852. I detta fall inbegriper verktyget ett flertal munstycken av vilka ett utgörs av ett lågtrycksvätskemunstycke, medan en sats om två eller flera mun- stycken utgörs av högtrycksvätskemunstycken_ Lågtrycksvätske- munstycket försörjs med kylvätska från en separat vätskeför- sörjningskälla i maskinen, närmare bestämt via en kanal som sträcker sig dels genom själva verktyget, dels genom en med verktyget samverkande spännenhet, vilken är fast monterad i ma- skinen och vilken tjänar såsom en hållare i vilken verktyget kan lösgörbart monteras. Högtrycksvätskemunstyckena kommunice- rar med en annan vätskeförsörjningskälla via en annan, separat kanal som sträcker sig genom spännenheten och verktyget, när- mare bestämt fram till ett för samtliga högtrycksvätskemun- stycken gemensamt hålrum inuti verktyget. I praktiken är detta hålrum utformat på baksidan av en lösgörbar platta i vilken högtrycksvätskemunstyckena är monterade. Det faktum att kanalen för tillförsel av högtryckskylvätska till högtrycksvätskemun- styckena mynnar i ett för dessa munstycken gemensamt utrymme innebär i praktiken att samtliga högtrycksvätskemunstycken ak- tiveras dä kylvätskan tillförs till det gemensamma utrymmet.

Med andra ord kommer samtliga högtrycksvätskemunstycken att samtidigt spruta ut ett mot antalet munstycken svarande antal strålar mot skäret. Dessa strålar kan ges olika träffpunkter på skäret genom att munstyckena är ställbara i olika inställnings- lägen.

Nyligen genomfört utvecklingsarbete, grund för föreliggande uppfinning, har visat att den enskilda högtrycksvätskestrålens riktning relativt skärets egg har bety- delse icke blott för själva kylningseffekten, utan framförallt för möjligheterna att bryta sönder och/eller styra den lös- gjorda spånan på ett optimalt sätt. Närmare bestämt har konsta- terats att optimala resultat med avseende på kylning resp spån- styrning erhålls därest högtrycksvätskestrålen riktas vinkel- rätt mot eggen (vid fyrkantiga skär mot varje rak egg och vid runda skär 90° mot tangenten i godtyckliga punkter utmed den som ligger till N 15 20 25 b) Un 514 939 3 ändlösa eggen). Från den räta vinkeln avtar kylnings- resp spånstyrningseffekten alltmer ju spetsigare strålvinkeln blir fram till ett tillstånd då vinkeln närmar sig noll. Då denna insikt om strålvinkelns betydelse skall omsättas i praktiken inställer sig emellertid ett svårbemästrat fenomen, nämligen det faktum att den operativa delen av ett skär kan "vandra" un- der en bearbetningsoperation. Vid exempelvis kopiersvarvning kan sålunda först den ena och därefter den andra eggen på ett fyrkantigt skär vara verksamt då skäret följer en rörelsebana med varierande djup i arbetsstycket och därvid rör sig i olika riktningar. Vid runda skär med en ändlös egg förflyttas ett be- gränsat, verksamt parti av eggen fram och åter utmed eggen i beroende av skärets rörelsemönster under bearbetningsoperatio- nen. 4 Ehuru de högtrycksvätskemunstycken som ingår i det genom WO 99/39852 kända skärverktyget är ställbara i olika lägen för att rikta högtrycksvätskestràlarna mot olika träffpunkter på ett skär, lämpar sig detta verktyg ej för att bemästra ovan- nämnda vandringsfenomen. Under drift är munstyckena sålunda in- ställda i givna, fasta lägen, varvid strålar samtidigt sprutas ut från samtliga munstycken. Därest de enskilda munstyckena skulle inställas i syfte att ernà största möjliga vinkel mot eggen, dvs en vinkel så nära 90° som möjligt, föreligger en uppenbar risk att strålarna skulle korsa varandra; något som skulle innebära att sammanhållna, strama strålar icke skulle nå fram till skäreggen, utan fastmer dessförinnan kollidera i,en kaskad. Därest munstyckena å andra sidan skulle inställas på ett sådant sätt att kollisionsrisken undanröjs bleve vinkeln mellan den enskilda strålen och eggen tvängsvis medioker.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att lösa ovan an- givna problem och skapa såväl en förbättrad maskin som ett för- bättrat skärverktyg för maskiner av det aktuella slaget. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är därför att skapa ett skärverktyg med vars hjälp högtryckskylvätskestrålar kan riktas mot en eller flera eggar på ett och samma skär under åstadkom- mande av en strålvinkel, som för varje given geometri är opti- mal oberoende av vilket eggparti som är verksamt under en bear- UI W U 20 25 35 514 939 4 betningsoperation. Ett ytterligare syfte är att skapa ett skär- verktyg vid vilket bästa möjliga kylnings- resp spånbrytnings- effekt kan ernås under samtidig reduktion av kylvätskeförbruk- ningen till ett minimum. Det är även ett syfte att skapa ett konstruktivt enkelt skärverktyg som under arbete låter sig reg- leras på ett tillförlitligt sätt med avseende på kylvätske- strålningen.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet med själva skärverktyget medelst de särdrag som är an- givna i den kännetecknande delen av patentkravet 4. Ett fördel- aktigt utförande av det uppfinningsenliga skärverktyget är vi- dare angivet i det osjälvständiga kravet 5.

Förutom själva skärverktyget som sådant hänför sig upp- finningen även till en för spånavskiljande bearbetning avsedd maskin av det slag som kan inbegripa ett eller flera skärverk- tyg av det aktuella slaget. Särdragen hos den uppfinningsenliga maskinen framgår av patentkravets 1 kännetecknande del. Fördel- aktiga utföranden av den uppfinningsenliga maskinen år vidare definierade i de osjälvständiga kraven 2 och 3.

Vad gäller de båda kategorier av patentkrav som upp- ställts, skall påpekas att separata skärverktyg för maskiner för spänavskiljande bearbetning vanligen tillverkas och distri- dvs bueras av vissa tillverkare, medan maskinerna som sådana, exklusive skärverktygen, tillverkas och distribueras av andra tillverkare, vilka köper in verktygen från de förstnämnda till- verkarna och monterar verktygen i maskinerna i samband med slutleverans. I undantagsfall kan dock även förekomma att en och samma tillverkare tillverkar såväl maskinerna som de däri ingående skärverktygen.

Ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Det är i och för sig tidigare känt att utforma sådana verktyg som innefattar två eller flera åtskilda skär, med ett mot antalet skär svarande antal munstycken, vilka försörjs med kylvätska via separata kanaler och vilka kan aktiveras ett åt gången genom att alla kanaler utom en stängs av. I detta fall är emellertid det enskilda munstycket inställt för att rikta vätskestrålen mot en enda, given punkt på det samverkande skä- ret .

W H 20 25 514 939 Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig l en partiell, perspektivisk sprängvy visande delar av en maskin jämte ett däri ingående skärverktyg enligt upp- finningen, Fig 2 en partiellt skuren sidovy visande en i verktyget ingå- ende skärenhet, Fig 3 en tvärsektion A-A i fig 2, Fig 4 en schematisk, partiell längdsektion genom ett arbets- stycke under kopiersvarvning med hjälp av ett verktyg enligt uppfinningen, Fig 5 en schematisk illustration visande hurusom fyra i verk- tyget ingående munstycken försörjs med högtryckskyl- vätska från en i maskinen ingående vätskeförsörj- ningskälla, och Fig 6 en planvy ovanifrän visande ett verktyg enligt ett al- ternativt utförande.

Detalierad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen I fig 1 är en för spànavskiljande bearbetning avsedd ma- skin generellt antydd vid hänvisningsbeteckningen 1. Närmare bestämt illustreras maskinen i form av ett parti av en roterbar revolverskiva som i praktiken inbegriper ett flertal olika verktyg. Ett dylikt verktyg är generellt betecknat 2 och har formen av en sk skärenhet, som samverkar med en hållare i form av en spännenhet 3. Skärenheten 2 kan lösgörbart spännas fast i ett fixerat läge i spännenheten 3.

Skärenheten 2 inbegriper en främre del 5 med ett lösgör- som vid utförandet enligt fig 1-2 exemplifieras i En bakre del 7 av skärenheten 2 har for- bart skär 6, form av ett runt skär. men av ett hanelement, som är införbart i ett hålrum 8 i spän- nenheten 3. Kopplingen mellan skärenheten och spännenheten kan med fördel vara av typen COROMANT CAPTO®, varvid såväl hanele- mentet 7 som hålrummet 8 uppvisar polygonal, ehuru mjukt rundad tvärsnittsform samtidigt som desamma smalnar av i riktning bakåt. spännmekanism som kan bringas till ingrepp med kopplingsmedel inuti hanelementet 7 i syfte att dra in och fixera I området av hålrummets 8 inre finns en icke visad (ej visade) W U 20 25 514 939 6 hanelementet i hålrummet vid montering resp stöta ut detsamma vid demontering. Mantelytan på hanelementet 7 är betecknad 9, medan den invändiga yta som avgränsar hålrummet 8 är betecknad 10.

Dä verktyget på ovan angivet sätt har formen av en skär- enhet som är applicerbar i en spännenhet med en spännmekanism benämns systemet "modulärt verktygssystem" av fackmännen inom området. Såsom framgår nedan är uppfinningen dock även tillämp- bar för enklare skärverktyg.

Skärenhetens 2 främre och bakre delar 5 resp 7 är åt- skilda av en tvärställd, skivformig del 11 på vars frontsida är anbragt en sk munstycksplatta 12, dvs en lösgörbar platta i vilken är monterade ett flertal munstycken 13, som har till uppgift att spruta vätskestràlar 4 mot skäret 6. I just det vi- sade exemplet inbegriper plattan 12 fyra munstycken. Vid 14 an- tyds hål för skruvar (icke visade) med vars hjälp munstycks- plattan kan fixeras på skivdelens 11 frontsida.

Så långt det i fig 1 och 2 visade verktyget hittills be- skrivits är detsamma i allt väsentligt tidigare känt genom ovannämnda WO 99/39852.

Karaktäristiskt för uppfinningen är att det kanalsystem som erfordras för matning av kylvätska till munstyckena 13 in- begriper ett lika stort antal sinsemellan åtskilda kanaler som antalet munstycken, varvid de enskilda kanalerna är individu- ellt avstängbara för att möjliggöra sprutning av endast en stråle åt gängen. Av fig 2 och 3 framgår sålunda hurusom skär- enheten 2, vilken med undantag av skäret 6 och munstycksplattan 12 består av en sammanhängande, gedigen metallkropp, inbegriper fyra sinsemellan åtskilda kanaler 15. Den ena änden av varje dylik kanal mynnar i skivdelens ll frontyta, närmare bestämt i ett utrymme 16 bakom själva munstycket 13. Denna mynning är be- tecknad 17. En andra mynning 18 vid kanalens motsatta ände är lokaliserad i hanelementets 7 mantelyta 9. De fyra kanalernas mynningar 18 är lokaliserade till förutbestämda, sinsemellan åtskilda punkter utmed mantelytan 9. Med kanalerna i skären- heten 2 samverkar ett motsvarande antal andra kanaler inuti spännenheten 3. Dessa andra kanaler, som är schematiskt visade i fig 5 och betecknade 19, uppvisar främre mynningar 20, vilka öppnar sig i hålrummets 8 invändiga begränsningsyta 10. Place- W Ü 20 25 30 514 939 7 ringen av dessa mynningar 20 svarar mot placeringen av de första kanalernas 15 mynningar 18, närmare bestämt på sä sätt att mynningarna lokaliseras mittemot varandra då verktygets hanelement 19 är indraget till ett bakre, fixerat ändläge i spännenheten.

I enlighet med ett föredraget utförande av uppfinningen sträcker sig var och en av kanalmynningarna 18, 20 väsentligen radiellt i relation till verktygets längdaxel. På så sätt sä- kerställs att kylvätska med mycket högt tryck kan överföras i radiell riktning från varje kanal 19 i spännenheten 3 till en motsvarande kanal 15 i skärenheten 2 utan att skärenheten på- förs axialkrafter som skulle tendera att stöta ut skärenheten ur spännenheten.

Varje enskild, sammanhängande kanal bestående av en ka- nal 19 i spännenheten 3 och en kanal 15 i skärenheten, är indi- viduellt avstängbar med hjälp av en avstängningsventil 21.

Ehuru det i och för sig är tänkbart att placera dessa ventiler inuti spännenheten 3 (eller till och med inuti skärenheten 2), föredras att placera dessa ventiler på lämpligt sätt inuti el- ler i anslutning till själva maskinen 1. Av fig 5 framgår så- lunda hurusom ventilerna 21 är fjärmade från spännenheten 3.

Nämnda ventiler 21, som med fördel utgörs av magnetventiler, är anordnade i grenledningar 22 till en huvudledning 23, som är ansluten till en pump 24 och en vätsketank 25. Ventilerna är vidare på elektrisk väg kopplade till en gemensam styrenhet 26, t ex en med ett lämpligt program arbetande datorenhet, av det slag som på konventionellt sätt utnyttjas för att styra maski- nens verktygsoperationer. Varje enskild, godtycklig ventil kan hålla tillhörande grenledning 22 öppen samtidigt som övriga ventiler stänger av resterande grenledningar. Stundom kan sat- sen av avstängningsventiler 21 vara placerad på betydande av- stånd från tillhörande verktyg, dvs den del av varje grenled- ning (t ex i form av en slang) som sträcker sig mellan den en- skilda ventilen och spännenheten 3 kan vara jämförelsevis lång.

För att denna grenledning ej skall tömmas då en ventil avstängs är i varje grenledning anordnad en fjäderbelastad ventil 27 som öppnas vid ett förutbestämt, jämförelsevis lågt vätsketryck.

Såsom antyds i fig 5 är dessa ventiler 27 placerade i nära an- slutning till spännenheten för att säkerställa kortast möjliga 10 U 20 25 h.) UI 514 939 8 väg mellan desamma och munstyckena 13. Detta i sin tur säkerställer att kylvätska kommer att matas till munstycket snabbast möjligt då den enskilda magnetventilen 21 öppnas.

Beträffande själva munstyckena 13 kan dessa i och för sig vara utformade på det sätt som beskrivs i WO 99/39852, dvs vara omställbara för att möjliggöra finjustering av träffpunk- ten för den aktuella vätskestràlen. Av fig 2 framgår hurusom denna stràle åstadkoms genom att vätska från utrymmet 16 passe- rar genom ett fint lopp 28 i munstycket. Det är emellertid även tänkbart att använda fasta munstycken av enklare beskaffenhet, dvs munstycken vilkas strålningsriktning fastställs en gäng för alla i samband med munstycksplattans framställning. I detta sammanhang skall påpekas att munstyckena 13 ej nödvändigtvis måste vara placerade i ett gemensamt horisontalplan såsom visas i fig l. Sålunda kan vissa munstycken, t ex de centralt beläg- na, vara belägna på högre nivå än de yttre munstyckena. Med andra ord är den exakta placeringen av munstyckena utmed mun- stycksplattans yta ej kritisk. Det väsentliga är att munstycke- nas lopp 28 år så inställda i relation till munstyckenas belä- genhet i munstycksplattan att de olika strålarna kommer att riktas mot olika tråffpunkter i området av skärets egg.

Uppfinninqens funktion och fördelar I fig 4 åskådliggörs schematiskt rörelsemönstret hos skäret 6 under kopiersvarvning av ett roterande arbetsstycke 29, t ex en axel eller liknande. Till höger i fig 4 visas skä- ret under axialmatning, närmare bestämt i riktning åt vänster utmed arbetsstycket. I beroende av skärdjupet kan härvid ett jämförelsevis långt parti av skärets egg vara i kontakt med och bearbeta arbetsstycket. Under dessa omständigheter kan med för- del två högtrycksvätskestrålar 4 riktas mot det verksamma egg- partiet; något som sker genom att verktygets båda (uppifrån och bakifrån betraktade) högra munstycken försörjs med kylvätska genom att tillhörande ventiler hålls öppna, samtidigt som det båda andra ventilerna hålls stängda. I ett annat steg kan skä- ret radialmatas allt under det att endast ett kortare parti av skäreggen år verksamt, varvid detta eggparti har "vandrat" ut- med eggen, såsom visas i mitten av fig 4. I denna situation år det tillräckligt att kyla skäret med endast en vätskestråle.

W U 20 25 35 514 939 9 För att denna stràle skall erhålla optimal vinkel relativt eg- gen, dvs en vinkel möjligast nära 90° relativt eggens tangent i bearbetningspunkten, aktiveras ett annat av verktygets fyra i sidled åtskilda munstycken, t ex det längst till vänster (be- traktat uppifrån/bakifrån) befintliga munstycket. I detta fall träffar strålen 4 ungefär "klockan två". Till vänster i fig 4 visas en annan situation under vilken en enda stràle från ett högermunstycke träffar ett begränsat eggparti ungefär "klockan tio".

En väsentlig fördel med uppfinningen är att högtrycks- kylvätskestrålar kan individuellt riktas mot olika träffpunkter på ett och samma skär utan att interferera med varandra samti- digt som strålvinkeln relativt det verksamma, fram och åter_ vandrande eggparti som bearbetar ett arbetsstycke blir optimal.

Genom att strålarna kan aktiveras en åt gången reduceras vidare kylvätskeförbrukningen till ett minimum i och med att samtliga munstycken utom ett eller flera effektivt verkande munstycken kan inaktiveras.

I fig 6 illustreras schematiskt ett alternativt utfö- rande vid vilket skäret 6 har polygonal, enkannerligen rom- boidisk form med två exponerade eggar som sträcker sig i spet- sig vinkel mot varandra. I detta fall visas verktyget med en- dast två munstycken 13. Dessa är monterade i en munstycksplatta 12' vilken är partiellt kilformig och uppvisar en frontsida med tvä delytor 30 som sträcker sig i trubbig vinkel mot varandra, varvid de båda munstyckena är monterade i varsin delyta. På så sätt kommer munstyckena att spruta kylvätskestrålar riktade i spetsig vinkel mot varandra, närmare bestämt för att det vänstra munstycket skall spruta en stråle mot skärets högra egg och vice versa. Ehuru endast två munstycken visas i detta ut- förande kan givetvis fler munstycken ingå.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandeexemplen. Sålunda är uppfin- ningen tillämpbar på varjehanda skärverktyg oavsett om dessa ingår i ett modulärt verktygssystem och samverkar med en sär- Sålunda kan skild spännenhet, eller har enklare beskaffenhet. verktyget ha ett enkelt, bakre skaft som appliceras i en enkel, 514 939 10 traditionell hållare i tillhörande verktygsmaskin. Vidare kan antalet munstycken och dessas placering varieras på många olika sätt inom ramen för efterföljande patentkrav. Det skall även påpekas att skärens form och antal är av underordnad betydelse.

Det är även tänkbart att tillämpa uppfinningen på verktyg med två eller flera skär. Härvid utformas verktygen med ett mot antalet skär svarande antal munstyckssatser som var för sig inbegriper två eller flera individuellt aktiverbara munstycken.

Claims (5)

20 25 30 35 514 939 H Patentkrav innefattande ett el- (5). (7), i maskinen,

1. Maskin för spànavskiljande bearbetning, ler flera skärverktyg (2) med dels en främre del vilken uppvisar åtminstone ett skär (6), dels en bakre del vilken är lösgörbart fixerad i en fast hållare (3) varvid verktyget (2) inbegriper ett flertal munstycken (13), vilka har till uppgift att spruta strålar (4) av högtryckskylvätska mot skäret (6) och vilka försörjs med trycksatt kylvätska från àt- minstone en vätskeförsörjningskälla (24), k ä n n e t e c k n a d därav, närmare bestämt via ett kanalsystem inuti verktyget, att sagda kanalsystem inbegriper ett lika stort antal sinsemel- lan åtskilda kanaler (15) (13), munstyckena - åtminstone i verktygets operativa tillstånd - är inställda för att rikta sina strålar (4) mot olika träffpunkter på ett och samma skär (6), och att de enskilda kanalerna (15) som antalet munstycken varvid är individuellt avstängbara för att möjliggöra sprutning av en- dast en stråle åt gången mot tillhörande träffpunkt.

2. Maskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att för stängande och öppnande av sagda vätskekanaler (15) i skärverk- är i eller i anslutning till maskinen (1) anordnade (21) mellan tyget (2) ett mot antalet kanaler svarande antal ventiler verktyget och en såsom vätskeförsörjningskälla tjänande pump (24).

3. Maskin enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a'd därav, att ventilerna utgörs av magnetventiler (21), vilka styrs av en och samma styrenhet (26) som styr det enskilda verktygets (2) ar- betsoperationer.

4. Skärverktyg för maskiner för spànavskiljande bearbetning, (5), som uppvisar åtminstone (7), i en samverkande maskin (1), innefattande dels en främre del (6), dels en bakre del i en fast hållare (3) tyget inbegriper dels ett flertal munstycken (13), vilka har till uppgift att spruta strålar (4) av högtryckskylvätska mot skäret (6), dels ett kanalsystem för att befordra trycksatt kylvätska från en vätskeförsörjningskälla till sagda mun- ett skär som är lösgörbart fixerbar varvid verk- W U 20 514 939 12 stycken, k ä n n e t e c k n a t därav, att sagda kanalsystem inbegriper ett lika stort antal sinsemellan åtskilda kanaler (15) tone under verktygets operativa tillstånd - är inställda för att rikta sina strålar mot olika träffpunkter på ett och samma skär (6), (15) är individuellt avstängbara för att möjliggöra sprutning av endast en stråle åt som antalet munstycken (13), varvid munstyckena - åtmins- och att de enskilda kanalerna gängen mot tillhörande träffpunkt.

5. Skärverktyg enligt krav 4, vilket samverkar med en såsom hållare tjänande spännenhet (3) med ett hàlrum (8) för motta- gande av ett hanelement (7), som bildar sagda bakre del av (2), k ä n n e t e c k n a t därav, finns ett mot antalet första kanaler verktyget att i spännen- heten (3) (15) svarande antal andra kanaler (19), varvid sagda första och andra kanaler samverkar parvis, närmare bestämt på så sätt att varje enskild första kanal (15) i verktyget ändar i en väsent- ligen radiellt sig öppnande mynning (18) punkt utmed en utvändig mantelyta (9) på hanelementet (19) i spännenheten (3) som öppnar sig väsentligen radiellt i i verktyget lokaliserad i en given (7) sam- tidigt som en samverkande andra kanal ändar i en mynning (20), en sagda hålrum avgränsande invändig yta (10) och är lokalise- rad i en analog punkt utmed denna yta.