SE517889C2 - Verktygsmaskin med vridbart anordnat verktyg samt förfarande vid bearbetning - Google Patents

Description

30 517 889 2 svarvverktyg. En gynnsam riktning på bearbetningskraftema och en ökad preci- sion kan dessutom uppnås med den uppfunna verktygsmaskinen. l det fortsatta används begreppen X-riktning, Y-riktning och Z-riktning. Z- riktningen är vertikalriktningen vid en svarv med ett arbetsbord med vertikal rota- tionsaxel, det vill säga rotationsaxelns riktning i normalläget. X-riktningen är svarv- verktygets matningsriktning vid normal svarvning, det vill säga vanligtvis i maski- nens sidled. Y-riktningen blir då i maskinens djupled.

Med bearbetningsplan avses det plan som definieras av arbetsstyckets ro- tationsaxel och svarvverktygets riktning, det vill säga i den riktning dess spets pe- kar. Det bearbetningsplan som är för handen vid normal svarvning enligt ovan de- finieras således som X-Z-planet.

Om arbetsstycket är uppsatt på ett arbetsbord som är vippbart kommer svarvningen ej längre att ske i X-Z-planet utan i stället i Y-Z-planet.

Vid svarvning i X-Z-planet anbringas verktyget traditionellt ”tvärs maski- nen", det vill säga med sin inriktning i X-led. Vid utvändig svarvning och med en viss rotationsrikting på arbetsstycket skall verktygsspetsen peka i en bestämd rikt- ning, antag +X, medan man vid invändig svarvning och samma rotationsriktning har behov av att rikta verktygsspetsen i -X-riktning.

Genom att svarvverktyget är vridbart blir det möjligt att svarva invändigt och utvändigt med samma verktyg. Dessutom behöver ej verktygets arbetsslid po- sitioneras på motsatta sidan av rotationsaxeln. X-sliden behöver därmed bara täcka halva diametern. Utan vridningsmöjligheten mäste man positionera verktyget pà andra sidan rotationsaxeln, vilket ger ogynnsam inriktning av skärkraften för ett av skären emedan skärkraftskomposanten byter riktning. Av stabilitetsskäl vill man ju generellt rikta alla krafter som uppstår i anslutning till skärande bearbetning i riktning in mot maskinkonstruktionen. Den oönskade effekt som uppstår då krafter- na riktas ut från maskinen undviks genom att man vrider verktyget.

Ytterligare fördelar som kan uppnås med ett vridbart svarvverktyg framgår nedan i anslutning till redogörelse för föredragna utföringsfonner av den uppfunna verktygsmaskinen.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är svarvverktyget vrid- bart i minst 180°. Därigenom utnyttjas de fördelar som uppnås med vridbarheten så långt som möjligt och man kan såsom ovan beskrivits på ett fördelaktigt sätt ut- föra svarvning in- och utvändigt utan verktygsbyte.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsforrn av uppfinningen är svarv- verktyget kontinuerligt vridbart då maskinen år i drift. Vid en svarvning skall ju verktyget alltid ansättas radiellt mot arbetsstycket och verktygets förlängning skall peka mot rotationsaxeln. I nonnalfallet uppnås detta genom att verktyget ges en 20 25 30 35 517 889 3 inriktning parallellt med X-axeln och att dess väg mot rotationscentrum följer X- axeln. Emellertid kan det i vissa fall föreligga intresse av att verktygets väg mot ro- tationsaxeln skall följa en annan bana än parallellt med X-axeln. Till exempel att verktygsvägen utgörs av en interpolerad sträcka med rörelse i såväl X- som Y-led. Även i detta fall föreligger behov av att kunna vrida verktyget så att dess förläng- ning pekar kontinuerligt mot rotationsaxeln. Med det under drift kontinuerligt vrid- bara svarvverktyget kan detta realiseras.

Enligt en fördelaktig variant av denna utföringsform är styrorgan anordnat att styra denna vridning. Genom detta kan man i det närmast ovan beskrivna driftsfallet tillförsäkra att svarvverktyget i varje ögonblick blir riktad mot rotations- axeln.

Ett lämpligt utförande är därvid att styrorganet innefattar ett dataprogram som ser till att svarvverktygets riktning följer ett bestämt rörelsemönster. Maskinen kan därmed programmeras utifrån de bearbetningsdata och andra betingelser som är för handen så att svarvverktyget hela tiden automatiskt får den korrekta rikt- ningen. l fall då det ej är aktuellt med vridningsrörelse under drift är det viktigt att svarvverktygets position ivridningsled är fixerad. Enligt en föredragen utförings- form av uppfinningen är därför làsorgan anordnat i verktygshållaren, varvid lås- organet är så anordnat att det kan fixera svarvverktyget i ett godtyckligt valt vrid- ningsläge. Detta utförande medger största möjliga flexibilitet vad gäller hur svarv- verktyget riktas.

Enligt en alternativ föredragen utföringsforrn är làsorgan anordnat för fixe- ring av svarvverktyget i ett av ett antal förutbestämda distinkta lägen. Detta utför- ande begränsar visserligen riktningsmöjligheten hos svarvverktyget, men det har den fördelen att fastlàsningen kan bli mycket säker på ett enkelt sätt.

Vid denna alternativa föredragna utföringsform är låsorganet Iämpligtvis av mekaniskt slag.

Enligt en föredragen utföringsforrn innefattar det mekaniska làsorganet en tandkoppling med axiellt riktade tänder på svarvverktyget och axiellt motriktade tänder på verktygshållaren. Fixeringen blir med ett sådant arrangemang mycket stabil.

Enligt en föredragen utföringsfonn bringas tandkopplingen i respektive ur ingrepp genom in- och urkoppingsorgan som förskjuter svarvverktyget axiellt. Det- ta ger en enkel och lättstyrd manövrering vid inställning av vridningsläget hos svarvverktyget.

Lämpligtvis innefattar in- och urkopplingsorganet en fluidumpåverkad dub- belverkande kolv. De båda motriktade axiella rörelserna för in- respektive urkopp- 20 25 30 517 889 4 ling kan på detta sätt åstadkommas enkelt och med drivutrustning som vanligtvis är lätt tillgänglig i anslutning till verktygsmaskninen. Detta utgör således ytterligare en föredragen utföringsforrn av uppfinningen.

Enligt en föredragen utföringsform används en elmotor för att vrida svarv- verktyget. Detta ger en enkel och lättmanövrerad lösning för åstadkommande av svarvverktygets vridningsrörelse enligt ett visst mönster respektive för inställning av svarvverktyget i ett visst vridningsläge.

Ovan angivna fördelaktiga utföringsformer av den uppfunna verktygs- maskinen anges i de av kravet 1 beroende patentkraven.

Det uppställda ändamålet har enligt en andra aspekt av uppfinningen er- nåtts genom att ett förfarande av det i patentkravets 13 ingress angivna slaget in- nefattar de speciella åtgärder som anges i kravets kännetecknande del. Genom att utföra svarvningen på ett sådant sätt vinns fördelar av motsvarande slag som med den uppfunna verktygsmaskinen och som redogjorts för ovan.

Lämpligtvis utförs detta förfarande med hjälp av den uppfunna verktygs- maskinen, speciellt utförd i enlighet med någon av de föredragna utföringsforrner- na. Detta utgör därför en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet vrids svarvverktyget under svarvningsförloppet så att dess spets är kontinuerligt riktad mot arbetsstyckets rotationsaxel. Därmed uppnås att svarvning kan ske då verktygets väg awiker från X-axeln utan att verktyget blir snett riktat. Med svarv- verktygets riktning avses riktningen för bisektionen till svarvverktygets spets.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av det uppfunna förfarandet tillämpas det på ett arbetsstycke med in och utsida som båda skall svarvas. Därvid vrids verktyget 180° mellan svarvningen av insidan och svarvningen av utsidan.

Svarvning av ett sådant arbetsstycke på detta sätt medför att man ej behöver byta svarvverktyg eller positionera svarvverktyget på motsatta sidan av arbetsstycket, vilket medför avsevärda fördelar såsom beskrivits ovan i anslutning till en föredra- gen utföringsform av den uppfunna verktygsmaskinen.

Ovan angivna föredragna utföringsformer av det uppfunna förfarandet an- ges i de av kravet 13 beroende patentkraven.

Uppfinningen förklaras närmare genom efterföljande detaljerade beskriv- ning av fördelaktiga utföringsexempel av densamma under hänvisning till medföl- jande ritningar.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 är en perspektiwy av en första typ av verktygsmaskin.

Figur 2 är ett vertikalsnitt genom en andra typ av verktygsmaskin. 20 25 30 517 889 5 Figur 3 är en principskiss av ett svarvhuvud vid en maskin enligt en första ut- föringsform av uppfinningen.

Figur 4 är en principskiss av ett svarvhuvud vid en maskin enligt en andra ut- föringsforrn av uppfinningen.

Figur 5 är ett snitt längs linjen V - V i figur 4.

I figur 1 visas i en perspektiwy snett framifrån en verktygsmaskin av ett slag som kan vara lämplig att utforma i enlighet med uppfinningen. Maskinens bas utgörs av ett fundament 1 med en uppåtriktad sidovägg 2, 3 på vardera sida av maskinen. Sidoväggarna 2, 3 bär upp en portal i vilken svarvverktyget är uppburet.

På ovansidan av vardera sidovägg 2, 3 är en bana 4, 5 anordnad på vilken varde- ra en förskjutbar slid 6, 7 är rörlig. Slidema 6, 7 ingår i portalen och är förbundna med varandra med en tvärbalk 8. Genom förskjutning av dessa är tvärbalken rör- ligt i Y-led åt båda hàllen, det vill säga in och ut relativt maskinen, såsom marke- rats i figuren.

På tvärbalken 8 är en vertikalt riktad verktygsbärarenhet 9 anbragt. Denna är anordnad att kunna förskjutas i sidled på tvärbalken 8 åt båda hållen, vilken rö- relseriktning definieras som X-riktning. Vid verktygsbärarenheten 9 är verktygs- hållaren (ej visad i figuren) fäst. Denna är anordnad att kunna förskjutas vertikalt i verktygsbärarenheten 9 åt båda hàllen, det vill säga i Z-riktning.

Verktygshållaren är således rörligt i tre ortogonala riktningar i X-, Y- och Z- led. Verktygshållarens rörelse i de tre riktningama är vanligtvis förprogrammerad och drivningen av rörelsen kan ombesörjas av elmotorer.

Vid de båda sidoväggarna 2, 3 är en vagga 10 upphängd. Vaggan 10 är vridbart förbunden med sidoväggama 2, 3 och kan därmed vridas till godtyckligt läge kring en axel i X-riktningen. Vridmöjligheten åskådliggörs med pilen A i figu- ren. På vaggan 10 är det arbetsbord 11, vid vilket arbetsstycket fästes anordnat.

Arbetsbordet 11 är roterbart lagrad i vaggan 10 kring en rotationsaxel som är radi- ellt riktad i förhållande till vaggans vridningsriktning A. Rotationsaxeln är således vertikal, det vill säga i Z-riktningen då vaggan 10 äri sitt i figuren visade horisontel- la neutralläge. Arbetsbordets 11 rotationsrörelse åskådliggörs i figuren med pilen C.

Den i figur 1 visade maskinen är enbart avsedd för svarvning. Även en kombinationsmaskin kan dock vara utförd i enlighet med uppfinningen. En kom- binationsmaskin åskådliggörs i figur 2 som i ett vertikalsnitt genom en del av den- samma visar en frässpindel 12 med drivmotor 20 och en verktygshållare 13 för ett svarvverktyg. Av figuren framgår att såväl frässpindeln 12 som verktygshållaren 13 är förskjutbara vertikalt längs en respektive styrgejd 14, 15 med hjälp av en res- pektive motor 16, 17. l figuren är svarvverktyget 18 beläget i sitt högsta läge och 20 25 30 517 889 6 fräsen 19 i sitt lägsta. Med 18a respektive 19a visas verktygen i motsatta lägen.

Slaglängden mellan ändlägena kan vara i storleksordningen 500 mm.

Vad som beskrivits ovan i anslutning till figur 1 och 2 är välkänd teknik. I figur 3 visas nu ett svarvhuvud av det speciella slag som uppfinningen relaterar till.

Svarvverktyget 18 är försett med en kuggkrans 21 och är lagrat i verktygs- hållaren 26 i figuren symboliserat med lagret 27. Svarvverktyget 18 är naturligtvis även axiallagrat i verktygshàllaren på lämpligt sätt så att verktyget är fixerat i axial- led relativt verktygshàllaren. Kuggkransen 21 står i ingrepp med ett kugghjul 22 drivet av en elmotor 23. Elmotorn styrs av ett styrorgan 24 som styr i enlighet med ett förutbestämt program från en programenhet 25. Medelst den styrda motom 23 kan således svarvverktyget 18 via kuggväxeln 21, 22 bringas till en vridrörelse kring axeln 0 under svarvningsförloppet i enlighet med ett förutbestämt rörelse- mönster.

Den ifigur 3 visade anordningen kan även användas vid svarvning i så- dana fall där svarvverktyget ej vrids under själva svarningsförloppet men där man önskar vrida verktyget till ett bestämt vridningsläge inför svarvningsoperationen.

Motom aktiveras då att vrida runt svarvverktyget till önskat vridningsläge, varefter det låses fast i detta och svarvningen kan påbörjas. Låsning kan åstadkommas genom kuggväxeln 21, 22 som således fungerar som låsorgan. Eventuellt kan yt- terligare externt låsorgan anordnas för ökad säkerhet. l figur 4 visas en altemativ utföringsform vid vilken svarvverktygets vrid- ningsläge är inställbart före svarvningen, medan vridning ej kan utföras under själ- va svarvningen. Liksom vid utförandet enligt figur 3 är svarvverktyget 18 försett med en kuggkrans 21 som står i ingrepp med ett kugghjul 22 som kan vridas av en elmotor 23. Svarvverktyget 18 har en infästningsdel 36 försedd med uppåtriktade axiella tänder 29. Tändema 28 och 29 är anordnade i varsin krans belägna mitt för varandra. Svarvverktyget är via en kolvstång 30 förbunden med en kolv 32 anord- nad att tätande kunna förskjutas i en cylinder 31. Cylindern 31 är på vardera sida om kolven försedd med en respektive hydraulledning 33, 34 kopplad till en två- vägsventil 35. inställning av svarvverktygets 18 vridningsläge genomförs genom att tand- kransarna 28, 29 bringas ur ingrepp med varandra genom att cylindern 31 tryck- sätts på ovansidan av kolven 32. Därigenom pressas kolven 32 nedåt och trycker svarvverktyget 18 nedåt så att svarvverktygets tänder 28 lösgörs från ingrepp med verktygshàllarens 26 tänder 29. Svarvverktyget 18 kan nu vridas kring axeln 0, vil- ket sker genom att elmotorn 23 startas och via kuggväxeln 22, 21 vrider svarv- verktyget 18 till avsett vridningsläge. När detta uppnåtts stoppas motorn 23 var- efter ventilen 35 kastar om hydraulikförbindelserna så att cylindern 31 trycksätts 517 889 7 pà undersidan av kolven 32. Kolven 32 pressas dä uppåt och drar genom kolv- stången 30 med sig svarvverktyget 18 uppåt sä att dess tänder 28 går i ingrepp med verktygshàllarens tänder 29. Tandkopplingens 28, 29 ingrepp medför att svarvverktyget 18 låses fast i det inställda vridningsläget och svarvningen kan starta. l figur 5 som är ett snitt längs linjen V - V i figur 4 illustreras hur svarv- verktyget fràn ett första vridningsläge 18 markerat med heldragna linjer kan vridas runt vridningsaxeln O till ett andra vridningsläge 18' markerat med streckade linjer.

Vinkeln mellan vridningslägena är här 180°. Detta är en tillämpning där man i ena läget svarvar utsidan pà ett arbetsstycke och i andra läget svarvar insidan pà sam- ma arbetsstycke.

Claims (16)

20 25 30 o :oo oo 517 889 z PATENTKRAV

1. Verktygsmaskin innefattande ett svarvhuvud med svarvverktyg (18) och verktygshållare (26) vilket svarvverktyg (18) är vridbart anordnat i verktygshållaren _ (26), kännetecknad av att svarvverktyget (18) är anordnat att kunna utföra svarv- ning i ett första vridningsläge och i ett flertal ytterligare vridningslägen.

2. Verktygsmaskin enligt patentkravet 1 kännetecknad av att svarvverktyget (18) är vridbart i minst 180°.

3. Verktygsmaskin enligt patentkravet 1 eller 2 kännetecknad av att svarv- verktyget (18) är anordnat att kunna vridas kontinuerligt under drift.

4. Verktygsmaskin enligt patentkravet 3 kännetecknad av att verktygs- maskinen är försedd med styrorgan (24) anordnat att styra svarvverktygets vridning.

5. Verktygsmaskin enligt patentkravet 4 kännetecknad av att styrorganet (24) innefattar ett datorprogram (25) anordnat för att styra svarvverktygets (18) vridning enligt ett förutbestämt rörelsemönster.

6. Verktygsmaskin enligt patentkravet 1 eller 2 kännetecknad av att verk- tygshållaren (26) innefattar låsorgan (21, 22) anordnat att fastlåsa svarvverktyget (18) i ett godtyckligt valt vridningsläge.

7. Verktygsmaskin enligt patentkravet 1 eller 2 kännetecknad av att verk- tygshållaren (26) innefattar låsorgan (28, 29) anordnat att fastlåsa svarvverktyget i (18) i ett av ett flertal förutbestämda distinkta vridningslägen.

8. Verktygsmaskin enligt patentkravet 7 kännetecknad av att låsorganet (28, 29) är mekaniskt.

9. Verktygsmaskin enligt patentkravet 8 kännetecknad av att låsorganet innefattar en tandkoppling (28, 29) med axiellt riktade tänder (29) på verktygs- hållaren (26) för samverkan med axiellt motriktade tänder (28) på svarvverktyget (18). 20 25 517 889 9

10. Verktygsmaskin enligt patentkravet 9 kännetecknad av att Iåsorganet innefattar in- och urkopplingsorgan (32) för att bringa svarvverktygets (18) tänder (28) i respektive ur ingrepp med verktygshållarens (26) tänder (29) genom att in- och urkopplingsorganet (32) är anordnat att kunna förskjuta svarvverktyget (18) axiellt relativt verktygshållaren(26).

11. Verktygsmaskin enligt patentkravet 10 kännetecknad av att in och urkopplingsorganet innefattar en fluidummanövrerad dubbelverkande kolv (32).

12. Verktygsmaskin enligt något av patentkraven 1 - 11 kännetecknad av att maskinen innefattar en elmotor (23) anordnad att kunna vrida svarvverktyget (18).

13. Verktygsmaskin enligt något av patentkraven 1 - 12 kännetecknad av att maskinen innefattar ett vippbart arbetsbord (11).

14. Förfarande vid bearbetning av ett arbetsstycke medelst ett svarvverktyg vid vilket svarvverktyget vrids under svarvningsförloppet och/eller mellan olika svarvningsförlopp, kännetecknat av att svarvning sker i ett första vridningsläge och i ett flertal ytterligare vridningslägen.

15. Förfarande enligt patentkravet 14 kännetecknat av att svarvningen utförs med en verktygsmaskin av det slag som anges i något av patentkraven 1 - 13.

16. Förfarande enligt något av patentkraven 14 eller 15 kännetecknat av att svarvverktyget vrids under svarvningsförloppet så att dess spets âr kontinuerligt riktad mot arbetsstyckets rotationsaxel.