SE519206C2 - Anordning vid verktygsspindel försedd med en rotor varvid anordningen innefattar medel för kylning av rotorn - Google Patents

Description

:also :ts-i 10 15 20 25 30 519 206 2 delade tillopp 7 i enheten 4, vilket ger till följd att även demia gas (luft) letar sig fram i spalten mot området med lägre tryck och därmed mot läckaget av vätska och mot utloppet 8, varvid gasen och vätskan, som når omrâdet vid utloppet 8, lämnar genom detta den sta- tionära enheten 4 via ett kanalsystem (ej visat). Det skall i detta sammanhang poängteras, att tilloppet 7, liksom de i den här beskrivna verktygsspindeln ingående övriga tilloppen, vart och ett är avgränsat axiellt på varje sida medelst spalttätningar.

En sådan spalttätning medför: 1. En tätningsfunktion som fungerar vid höga varvtal utan förslitning av ingående delar. 2. En dynamisk lagring av dragstàngen 3 åstadkommande en radiellt stabiliserande kraft. 3. En borttransport av friktionsvärrne, som bildas iden dynamiska lagringen. 4. Att förhindra att vätska av olika typ blandas med varandra. 5. Att läckageflödet från tärningen tas omhand och återleds till resp. pumpenhet.

Sensor för dragstångens axiella position Som tidigare antytts fastspänns ett verktyg vid en spindel med hjälp av en dragstång 3, vilken indragen i spindeln låser fast verktyget vid denna. För att lösgöra verktyget trycks dragstången 3 ut en viss sträcka, varvid verktyget kan lösgöras. Stora skador och olyckor kan ske om verktyget skulle lossna från spindelaxeln under dennas rotation. Det är därför ytterst viktigt att verktyget på riktigt sätt verkligen är fastspänt vid spindelaxeln, vilket hit- tills varit svårt att konstatera.

Vid föreliggande anordning, såsom demia visas i Fig. 2, är det möjligt att avgöra det axiella läget hos dragstången 3 och därmed även fastställa, om verktyget är korrekt fastspänt eller ej vid spindelaxeln 1. För detta ändamål är enheten 4 försedd med en spole 9, in i vars öppning dragstångens 3 i enheten 4 befmtliga ände 10 sträcker sig. Den i förhål- lande till dragstångens 3 axiella rörelse stationära spolen 9 kommer att i beroende på dragstångens axiella läge i spolen 9 alstra olika strömflöden. Detta beroende på dragstång- ens axiella läge i spolen 9 Sammanhörande och för läget specifika srömflöde gör det möjligt att med tillräcklig precision bestämma dragstångens axiella position och därmed sätta upp gränser för när verktyg får bytas respektive när ett verktyg är korrekt fastspänt i spindelax- eln och verktyget kan nyttjas. För att minska störkänsligheten på grund av inverkan från omgivningen leds de informationsbärande signalerna för dragstångens 3 position i optiska 0:\users\YA\DOK\word-dok\up\l>33713se.doc »nina 10 15 20 25 30 519,) 206 3 fibrer till en enhet utanför spindeln, exempelvis en dator eller annan styrutrustning, exem- pelvis i det fall själva datorenheten är förlagd i spindelaxeln, för omvandling till tillgänglig information med hjälp av i sig känd teknik. Det skall i detta sammanhang underförstás att spolen 9 i princip kan omge dragstángen 3 var som helst, förutsatt att dragstången på detta ställe har en signifikant materialförändring. Det är naturligtvis möjligt att använda mer än en spole 9.

Hydraulisk fastspänning och lösgöring av verktyget vid spindeln Fig. 1 visar verktygsspindeln varav framgår, att dragstángen 3 är försedd med en vid denna integrerad kolv ll. Dragstángen 3 uppvisar vidare utöver den centrala borrningen 6 även ett antal axiella, runt centrum fördelade borrningar l2a, b, c. Kolven 11 är förskjut- bar i en cylinderkammare 13 upptagen i spindelaxeln 1. I det i Fig. 3 visade läget är dragstången 3 indragen i spindelaxeln 1, därmed fastspämiande verktyget (ej visat). I detta läge, för att lösgöra verktyget, tillföres hydraulfluid under tryck genom ett tillopp 16 hos enheten 4 och leds in i minst en första borrning l2a hos dragstången 3, vilken mynnar i an- slutning till tilloppet 16. Gasen under tryck, tillförd genom tilloppet 7, som tidigare berörts, söker sig genom en spalttätning även åt vänster (sett i Figurerna) och ut genom ett utlopp 8'.

Medelst detta utlopp 8' och spalttätningen till vänster om detta, avgränsas det via tilloppet 16 trycksatta området, genom att fluid tillsammans med gasen (spärrluften) lämnar enheten 4 via utloppet 8'. Hydraulfluidet leds via borrningen l2a in i cylinderkamrnaren 13 på kol- vens 11 högra sida (enligt Fig. 1) och pressar kolven át vänster. Dragstången 3 kommer därmed att fórskjutas åt vänster, möjliggörande verktygets lösgörande.

Minst en andra borrning 12b, vilken ej är desamma som tidigare nämnts i anslut- ning till tilloppet 16 och vilken är tillslutna i den tilloppet 16 närbelägna änden (Fig. 2), är försedd med i ett eller flera radialplan perifert fördelade öppningar 14' och befmner sig all- tid i kommunikation med ett i ett radiellt plan uppdelat tillopp 14 hos enheten 4, axiellt ât- skilt från tilloppet 16 medelst en spalttätning 14". Hydraulfluid under tryck tillföres tilloppet 14 (varvid naturligtvis tilloppet 16 ej är trycksatt) och leds via den andra borrningen 12b in i cylinderkammaren 13 pá kolvens 11 vänstra sida (enligt Fig. 2) och pressar därmed kolven 11 åt höger, därmed förskjutande dragstângen åt höger för fastspänning av verktyget.

Dragstången 3 hålls i detta läge genom att det trycksatta hydraulfluidet hela tiden kontinuer- ligt verkar på kolvens vänstra sida.Liksom tidigare nämnts i samband med kylvätskan kom- mer även hydraulfluid att läcka i spalttätningama mellan enheten 4 och dragstángen 3 både 0:\users\YA\DOK\v/ord-dok\up\P3371 3se .doc ;a|øv anus» 10 15 20 25 30 älg 4 åt höger och åt vänster i figuren sett. Det genom tilloppet 14 tillförda tryckfluidet avgränsas åt vänster (Fig. 2) av en spalttätning samt ett utlopp 18 eller en kanal med atmosfärstryck och åt höger av spalttätningen samt tilloppet 16, vilket som nämnts nu ej är trycksatt.

Tryckluft (spärrluft) tillföres även genom ett i ett radiellt plan uppdelat tillopp 17 hos enhe- ten 4, vilket även hindrar läckage av hydraulfluid ytterligare åt vänster (i figuren) och som tillsammans med det läckande hydraulfluidet lämnar enheten 4 via kanalen 18. För att mins- ka eller förhindra läckage av tryckluften från inloppet 17 in i själva spindeln är ett utlopp 19 med lägre tryck (atmosfärstryck) anordnat till vänster om tilloppet 17.

Borrningen l2a är öppen vid tilloppet 16 och mynnar till höger om kolven 11, me- dan den andra bormingen 12b är försedd med öppningarna 14' och tillsluten vid den vid tilloppet 16 belägna änden och mynnar i cylinderkammaren 13 på kolvens 11 vänstra sida.

I det fall vätskelager 24 kommer till användning, se Fig. 5, och spindelaxeln har den däri visade utformningen, inleds hydraulfluid under tryck genom tilloppet 16 och borr- ningen l2a, för att lösgöra verktyget. För att fastspänna verktyget trycksätts borrningen 12b via tilloppet 14 förskjutande kolven 11 åt höger i figuren. Därmed pressas till höger om kolven och i borrningen l2a sig befinnande hydraulfluid ut genom det nu tryckavlastade tilloppet 16. Vid lösgöring av verktyget sker det omvända och hydraulfluid pressas ut ge- nom det nu tryckavlastade tilloppet 14.

Kylning av spindelaxeln i anslutning till rotorn Verktyget (ej visat) fastpänns, som nämnts, genom dragstångens 3 förskjutning in i verktygsspindeln, vilket sker genom att hydraulfluidum under tryck tillföres via tilloppet 14 hos enheten 4, genom den andra kanalen 12b till cylinderkarnmaren 13 på kolvens mot verktyget vända sida, såsom visas i Fig. 2. Spindelaxeln 1 är i enlighet med uppfinningen, som visas, försedd med ett antal axiella perifert fördelade kanaler 20a, b, exempelvis tolv stycken (se Fig. 6), vilka mynnar i cylinderkammaren 13. Sex kanaler 20b av dessa tolv kanaler uppvisar i anslutning till cylinderkammaren 13 strypningar 21, för upprätthållande av trycket i cylinderkammaren och för kontroll av önskad flödesmängd in i kanalerna 20b och är vid sina strypningarna motsatta ändar förbundna med de sex övriga kanalerna 20a, vilka vid cylinderkammaren 13 är igenpluggade 21'. Dessa senare sex kanaler 20a öppnar istället till den Första under detta tillstånd inaktiva borrningen l2a hos dragstången 3 för bortledande av hydraulfluidet via det vid verktygets fastspänning inaktiva tilloppet 16. Sâ länge som verktyget är fastspänt och därmed tryckfluid verkar mot kolvens 11 vänstra sida 0: \users\YA\DOK\word-dok\up\l>337 I 3se.doc styrs .,,-| 10 15 20 25 30 - n u . . | I ¥ ' ' W 519 2 06 .z -; 5 n | o o u nu kommer en del av fluidet att via strypningarna 21 strömma genom kanalerna 20b i spinde- laxeln 1 och vidare tillbaka genom kanalerna 20a, den första borrningen 12a och ut via det inaktiva tilloppet 16 därmed kylande spindelaxeln och den utanför spindeln 1 belägna rotorn 22, vilken ingår i elmotom för spindelns drivning. Vid lösgöring av verktyget och dragstångens 3 förflyttning åt vänster i figuren kommer hydraulfluídet att vända strömnings- riktning och likaså kyla spindeln l.

Spolluft för renblåsning av verktyg Det i Fig. 3 visade i ett radiellt plan uppdelade trycklufttilloppet 17 hos enheten 4 med under användning ständigt påslagen tryckluft står i förbindelse med minst en tredje borrning 12c hos dragstángen 3, vilken är igenpluggad vid sin i Figuren högra ände. Vid dragstångens 3 förskjutning åt vänster för lösgöring av verktyget kommer tryckluften, här benämnd spolluften, att automatiskt via en eller flera tredje kanaler i spindelaxeln 1 ledas ut, antydda vid 23, mot spindelns verktygsände för att renblåsa pâ gängse sätt en verktygskonas anliggningsytor. Vid fastspänning av ett verktyg genom dragstángens 3 áterdragande kom- mer tryckluftflödet att automatiskt brytas genom att verktyget med kona och fläns tillsluter kanalerna 23.

Kylning av spindelaxel och därmed rotor vid vätskelagrad verktygsspindel Fig. 5 visar uppfmningen tillämpad vid en verktygsspindel l uppburen av vätskela- ger schematiskt visade och antydda med 24. I princip kan demia utföringsform sägas över- ensstämma med den tidigare beskrivna i samband med kullager med den skillnaden, att ka- nalerna 20b ej mynnar i cylinderkammaren 13 utan är exempelvis igenpluggade vid denna.

Via enheten 4 inleds kylvatten genom ett i ett radiellt plan fördelat tillopp 25 och in i borr- ningar 12d hos dragstángen 3, vilka är igenpluggade i sina i figuren högra ändar, och leds via dessa borrningar 12d in i kylkanaler 26, jämt fördelade omkring spindelaxelns 1 cent- rumaxel. Kylkanalemas utloppsändar är försedda med strypningar 27 för erhållande av öns- kad flödesmängd i kanalerna och vid kanalernas 26 dränering av kylvattnet från spindelax- eln. I detta fall med användande av vätskelager är spindelaxeln omgiven av en atmosfär un- der tryck, t.ex. kontinuerligt tillförd tryckluft, innesluten i ett hus 33 dvs. luft under tryck införes därmed kontinuerligt i spalttätriingen 29' mellan dragstángen 3 och enheten 4, vilket innebär, att i spalten läckande kylvatten hindras att tränga ut i nänmda spalt utan uppsamlas istället i ett utlopp 28 för vidaretransport ur enheten 4.

O:\uscrs\YA\DOK\word :tili 10 15 20 25 30 w 6 Likaså tillföres luft under tryck till en spalttätning 29 på grund av det trycksatta utrymmet 33 runt spindelaxeln, för att hindra vätska, som lämnat det vänstra lagret 24 eller kylrnedium som passerat strypningarna 27 i spindelaxeln, att tränga in via denna spalt.

Vätskan uppsamlas i utrymmet 30 för att tillsammans med spärrluften via ett flertal kanaler 31, som även kyler statom i spindeln, ledas ut från spindelenheten. Vätskeläckage från det högra vätskelagret uppsamlas i kanaler pä vardera sidan av lagret och dräneras, på grund av trycket i huset 33, via ledningar (ej visat) till utsidan av huset, t.ex. genom anslutning till kanalerna 31.

Försörjningssystem Ett problem med en spindel enligt vad som här beskrivits och som använder fluidum (vätska, gas) som väsentliga medel för sin funktion är att uppnå stor driftssäkerhet med säkerställande av att fluidum med önskad volym och önskat tryck uppfyller avsedd funktion.

Vid störningar i övervaknings- och styrsystemet eller felfunktion av fluidförsörj- ningen till spindeln är det nödvändigt att spindelaxeln kan stoppas innnan störningen eller felftmktionen förorsakar skador eller utgör en risk vid spindelns drift.

Säker funktion hos den beskrivna spindeln kan åstadkommas, genom att försörj- ningen av fluid för respektive funktion sker genom av varandra oberoende försörjningska- naler, särskilt genom de mest känsliga partierna, exempelvis där flexibel förbindning er- fordras.

Med hjälp av tryckvakter och flödesvakter är det möjligt att kontinuerligt övervaka de olika funktionerna, dvs. tryck och flöden i respektive kanal, att värdena ligger inom öns- kade gränser. Det är därmed möjligt att när spindeln ej roterar och indikationen på att öns- kade värden ej ligger inom sina gränser eller att indikation pâ att övervakningsenheterna ej fungerar, kan verktygsspindeln ej startas. Om signaler avges att berörda värden ej ligger inom sina gränser under spindelns rotation eller att övervakningsenheterna ej fungerar stängs spindeln av. Det är i detta fall viktigt att ett nödsystem finns vid handen möjliggöran- de att spindeln får avstanna av sig själv innan fluidförsörjningen upphör.

Vid störningar i systemet är det mycket viktigt att spindeln kan stoppas och att det därvid skall vara möjligt att avlägsna fluid från ställen där fluid kan sprida sig okontrollerat och orsaka skador i och med att den aktiva kontrollen av var fluidet befinner sig upphör. 0:\users\YA\DOK\word-dok\up\l>337l3se.doc 10 15 20 25 30 i.. ._ ,¿ s. an.. H HH 519 206 ß - 7 Fíg. 8 visar schematiskt försörjningsenheten enligt uppfinningen, betecknad med F, för att funktionellt försörja verktygsspindeln, som enligt vad som tidigare beskrivits inne- fattar spindelaxeln 1 och dess rullningslager 2 respektive vätskelager 24 samt ingående spalttämingar.

Till höger i Fig. 8 visas schematiskt mottagar- och bearbetningssystemet 9F för strömflöden eller optiska signaler från spolen 9 hos verktygsspindeln, med vars hjälp dragstángens 3 axiella position kan bestämmas.

För kylning av verktyget tillföres kylfluid med ett tryck av 10-140 bar till verktyg- skylsystemet SF, vilket består av i strömningsriktningen sett en avstängningsventil 501, en backventil 502 samt en tryckvakt 503, vilken avkänner att nämnda tryck ligger inom på för- hand bestämda gränser. Till verktygsspindeln tillfórt kylfluid som passerat spalttätningen avleds och anges symboliskt med pilen 504.

Skyddsluft eller spärrluft med ett tryck av minimum av 6 bar tillföres tilloppet 7 via en avstängningsventil 701 i spärrluftkretsen 7F samt en tryckvakt 702, en backventil 703, en ackumulator 704 samt en regulator 705, vilken senare reglerar det utgående trycket till öns- kat tryck. Ledningen från regulatorn 705 ansluter till åtminstone två varandra oberoende försörjningskanaler 706, vardera uppvisande en tryckvakt och ansluten till tilloppet 7 hos verktygsspindeln. Tryckvakten 702 övervakar att rätt tryck råder i kretsen 7F. I ackumula- torn 704 fmns en viss mängd luft ackumulerad med ett tryck av 6-7 bar. Vid bortfall av spärrluften avkäxms tryckfallet av tryckvakten 702 och inkopplas automatiskt ackumulatorn 704 i kretsen 7F, samtidigt som signal avges att energitillförseln för verktygsspindelns drift bryts. Ackumulatom töms successivt och har en kapacitet vilken möjliggör avlägsnandet av fluid från ej önskade platser hela tiden fram tills och efter det att spindeln stannat.

För kylning av spindeln - rotorn 22 - tillföres kylvätska via kretsen l6F med ett tryck av exempelvis 6 bar. Demta krets innehåller i strömningsriktningen en flödesvakt 161, vilken avkänner att tillräcklig flödesmängd föreligger i kretsen, en tryckvakt 162 enligt tidi- gare, en backventil 163, en ackumulator 164, en regulator 165 samt en backventil 166, in- nan demia krets ansluter till eller matar på varandra oberoende försörjningskanaler 167, vardera uppvisande en tryckvakt och ansluten till tilloppen 14, 16 hos verktygsspindeln.

Ackumulatorn 164 innehåller en viss mängd fluid och med ett tryck av 6-7 bar. Denna ac- kumulator 164 verkar på i princip samma sätt som ackumulatorn 704 i kretsen 7F och om- besörjer sålunda, att spindeln - rotorn 22 - förses med kylvätska så länge som spindeln ro- O:\users\YA\DOK\word-dok\up\P337l3se.doc m-un m-:fi 10 15 20 25 30 . - . . | a n : a : f: 519 206 i = - p ~ o n u nn 8 terar. Regulatorn 165 reglerar det utgående trycket till önskat tryck, exempelvis 6 bar. Kyl- vätskan lämnar spindeln via kanalen 31 (se även Fig. 5).

Längst till vänster i Fig. 8 visas matningssystemet 24F för vätsketillförsel till vätskelagren 24 hos verktygsspindeln. Vätskan tillföres systemet med ett tryck av exempel- vis 100 bar och genomströmmar en tryckvakt 241, en backventil 242, en ackumulator 243, lämpligen en flödesvakt 244, en backventil 245 för att sedan inledas till spindeln via åt- minstone två varandra oberoende försörjningskanaler 246 innehållande respektive en tryck- vakt 247. De olika komponenterna har en funktion som i princip svarar mot vad som tidiga- re beskrivits i anslutning till systemen 7F och 16F. Flödesvakten 244 har till uppgift att re- gistrera att rätt mängd vätska - flöde - passerar.

För reglering av hydraulsystemet, trycksättande kolvens 11 olika sidor för fast- spänning respektive lösgöring av verktyget, är anordnad hydraulkretsen 14F. Efter acku- mulatorn 243 i kretsen 24F och före dess flödesvakt 244 är anordnad en grenledning, i vil- ken är inkopplad en regulator 141 samt en backventil 142, varefter grenledningen ansluter till en flervägsventil, en s.k. fyr-tvåventil eller kryss-parallellventil 143. Regulatom är in- ställd på ett tryck av t.ex. 60 bar. Via ventilen 143 leds trycksatt hydraulvätska ut genom åtminstone två varandra oberoende försörjningskanaler 144, utrustade med tryckvakter, och in via verktygsspindelns tillopp 14 fór förskjutning av kolven 11 åt höger (se Fig.) och fast- spänning av verktyget. Under detta förlopp är den från ventilen 143 till spindelns tillopp 16 anslutna ledningen 145 tryckavlastad för avledning av hydraulfluidet. För lösgörande av verktyget omställs ventilen 143 på så sätt, att förbindelsen 144 tryckavlastas och ledningen 145 trycksätts. För att avkänna att ledningen 145 har önskat tryck, är en tryckvakt 146 an- ordnad i ledningen. Retur av berörda fluid avleds via ledningen 147.

Från systemet 7F och efter dess regulator 705 sträcker sig via en backventil 708 en del av en grenledníng 707 anslutande till systemet SF mellan dettas backventil 502 och tryekvakt 503. En annan del av grenledningen 707 ansluter via en backventil 708a till sys- temet 24F uppströms dettas försörjningskanaler 247. Grenledningen 707 ansluter vidare via en backventil 709 till systemets 14F ventil 143 liksom via en backventil 710 till systemet 16F nedströms dess backventil 166.

Om exempelvis en felfunktion uppträder i systemet SF och trycket i detta sjunker under i exemplet 4 bar, vilket är trycket som råder i grenledningen 707 och spindelaxeln stannar, kommer luft från systemet 7F att med initialt 4 bars tryck strömma in i spindelax- O:\users\YA\DOK\wold-dok\up\P3 37 l3se.doc øusn» unna» 10 15 20 25 ' v 5 19 206;::= . ~^ - 9 elns borrning 6 för avlägsnande av kylfluidet ur berörda delar av spindelaxeln och för bi- dragande i viss mån till verktygets kylning. Backventilen 708 hindrar naturligtvis att kyl- vätskan i systemet SF intränger i grenledningen 707.

På motsvarande sätt, sjunker trycket i systemet 16F under 4 bar eller amiat fel upp- står och spindeln stannar, kommer luften från systemet 7F att öppna backventilen 710 och tränga undan det berörda i spindeln befintliga fluidet och i viss mån bidra till kylning av spindeln - rotorn.

Motsvarande gäller för att vid otillâtet tryckfall eller annan felfunktion mata sys- temet l4F via backventilen 709 och ventilen 143 och eller mata systemet 24F, vid felfunk- tion, via backventilen 708a med tryckluft från systemet 7F, för avlägsnande av otillbörligt fluid.

Nämnda tryck- och flödesvakter signalerar när berörda värden ligger utanför av- sedda gränser och bryter energitillförseln till spindelaxeln.

Alternativ utfonnning Den här beskrivna uppfmningen är ej begränsad till exakt den redovisade utform- ningen, utan naturligtvis kan verktygsspindeln ges annan uppbyggnad. Exempelvis kan spindelaxeln 1 sträcka sig in i och upptas av den stationära delen 4, varvid spalttätningarna kommer att befinna sig mellan demia och spindelaxeln 1. I detta fall är det möjligt att för- lägga de axiella borrningarna 12a, 12b för hydraulfluidet i spindelaxeln 1 istället för i dragstángen 3.

De i anslutning till det beskrivna försörjningssystemet angivna trycken är lämpliga men dock angivna endast såsom exempel och kan naturligtvis variera beroende på olika pa- rarnetrar. Vid rullningslager utgår delarna 244-247 och i stället kan systemet kompletteras med smörjmedelsövervakning för rullningslagren.

Likaså skall understrykas, att de schematiskt antydda rullnings- och vätskelagren 2 resp. 24 uppvisar på känt sätt även axiallagerfunktion, vilken för att ej i onödan göra be- skrivningen och ritningen mera komplicerad än nödvändigt är utlämnade.

O:\users\YA\DOK\word-dok\up\P337l3se.doc

Claims (2)

nian; »user 10 a: s:.-a o 511-9 206 ~ n « . q - nu 10 Patentkrav

1. Anordning vid verktygsspindel försedd med rotor (22) hos en elektrisk drivmotor, k ä n n e t e c k n a d av att verktygsspindelns roterande del (1, 3) är upptagen i en i förhål- lande till den roterande delen stationär enhet (4), att den roterande delen (1, 3) uppvisar minst en axiell kanal (l2a, 12b eller l2d) sträckande sig till området för rotom (22) för ledande av kylfluid till nämnda område (20a, 26), att den stationära enheten (4) är försedd med ett tillopp (16, 14 eller 25) för inledande av kylfluidet till kanalen (l2a, 12b eller l2d), att en spalttätning är anordnad på vardera sidan av tilloppet (16, 14 eller 25) mellan den stationära enheten (4) och den roterande delen (1, 3) och bildar ett dynamiskt lager vid dennas rotation, och att en kylfluidet avledande kanal är anordnad.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att i den axiella kanalen (l2a, 12b, l2d) eller i den avledande kanalen (l2a, 12b, 26, 30, 31) är anordnad en strypning (21, 27). O:\users\YA\D0l(\worü-dok\up\P337l3se.doc