SE532180C2 - Portabel borrmaskin med rotations- och matningsdrivning av borrverktyget - Google Patents

Description

532 'I 80 Flexibiliteten hos tidigare kända borranordningar har varit dålig.

En borrmaskin av ovannämnd typ är tidigare beskriven i US 3,797,583.

Ett annat problem behäftat med tidigare kända borrmaskiner är att det inte varit möjligt styra borrningsförloppet och att få indikationer huruvida genomförda borroperationer har gett ett acceptabelt resultat. Det har alltså inte varit möjligt att få information om det aktuella vridmomentet, matningskraften m.m. vilket indikerar huruvida borroperationen har genomförts såsom avsetts. Med andra ord, det har inte varit möjligt att fastställa kvaliteten på borroperationen.

Det är ett ändamål med uppfinningen att skapa en förbättrad portabel borrmaskin där borrspindelrotationen och matningsrörelsen åstadkommes separat och oberoende av varandra, så att borrspindelrotationen och matningsrörelsen kan styras och övervakas separat och att borrmaskinens flexibilitet därigenom kan ökas väsentligt.

Det är ett annat ändamål med uppfinningen att skapa en portabel borrmaskin med oberoende separat styrning av borrspindelrotationen och matningsförhàllandet, varigenom en operationsstyrnings~ och övervakningsenhet är anordnad att momentant styra och övervaka borrningsparametervärdena vad gäller borrspindelrotationen och matningsrörelsen under pågående borrning och att åstadkomma information avseende kvaliteten hos varje genomförd borroperation. 532 180 Ytterligare ändamål och fördelar med uppfinningen framgår av den följande beskrivningen och patentkraven.

En föredragen utföringsform av uppfinningen beskrivs nedan i detalj under hänvisning till bifogade ritning.

Ritningsförteckning.

Fi. l visar en delvis skuren sidovy av en borrmaskin enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar en schematisk perspektivvy av komponenterna i borrmaskinen i Fig. l.

Fig. 3 visar i en större skala ett tvärsnitt längs linjen II:-:II i Pig. 1.

Borrmaskinen som illustreras på ritningen innefattar ett hus 10 med ett bakre handtag ll, en borrspindel 15, och ett motorhus 13 inneslutande en rotationsmotor och en matningsmotor som beskrivs nedan. Handtaget ll uppbär en tangent l4 för manövrering av en till-från-funktion och innehåller en del icke visade elektroniska komponenter för behandling av signaler inhämtade från sensorer för matningskraft och motorrotationsvinkel såsom beskrivs utförligare nedan. De elektroniska komponenterna i handtaget ll är anslutna till en extern operationsstyrenhet 16 via en kabel l7.

Borrspindeln 15 är roterbar så väl som längsförskjutbar relativt huset lO och uppbär vid sin främre ände ett icke visat borrverktyg av någon vanligt förekommande typ. Huset 10 uppvisar en framåt sig sträckande anslutningshylsa 19 som är fast förbunden med huset 10 och vid sin främre ände utformad med låsflänsar 20 för anslutning till en matrisstruktur B. Den senare är fast fästad vid det för 532 'I 80 borrning tilltänkta objektet A och uppvisar öppningar C i ett förutbestämt mönster för noggrann lokalisering av borrmaskinen i korrekta positioner för de hål som skall borras. Varje öppning C uppvisar flänsar för làssamverkan med flänsarna 20 hos anslutningshylsan 19 därvid bildande en bajonettlàsning av den senare för överföring av matningsreaktionskrafter från borrmaskinen till det bearbetade objektet. Detta är konventionell teknik och beskrivs inte närmare. Vid sin bakre ände är huset 10 försett med en skyddande rörformig huv 22 av vilken borrspindeln 15 skyddas då den intar sitt bakre ändläge.

Borrspindeln 15 uppvisar ett gängat parti 18 som sträcker sig längs huvuddelen av borrspindelns längd och är avsett att samverka med ett mutterstycke 21. Det senare är utformat som ett invändigt gängat kronhjul som är roterbart men axiellt läst relativt huset 10 och kopplat till en matningsmotor 24 via ett pinjongdrev 25.

Kronhjulet/mutterstycket 21 och pinjongdrevet 25 bildar tillsammans med det gängade partiet 18 en matningsmekanism för åstadkommande av en längsförskjutning av borrspindeln 15. Matningsmotorn 24 som är anordnad i rät vinkel relativt borrspindeln 15 utgörs med fördel av en borstlös elektrisk motor försedd med en reduktionsväxel 26 och en inbyggd vinkelgivare för avgivande av elektriska signaler i motsvarighet till matningsmotorns 24 vinkelläge eller - rörelse. Matningsmotorn 24 förses med kraft från styr- och övervakningsenheten 16 och är anordnad att driva kronhjulet/mutterstycket 21 i endera riktningen och/eller med varierande hastigheter för åstadkommande av önskade matningsrörelser hos borrspindeln 15. Mellan kronhjulet/mutterstycket 21 och huset 10 är anordnad en kraftgivare i form av en belastningscell 23 i vilken en 532 'IBO signal genereras i motsvarighet till den axiella belastningen eller matningskraften på borrspindeln 15.

Vidare är borrspindeln 15 försedd med fyra längsgående kopplingsspår 30 placerade på 90 graders vinkelintervall relativt varandra och avsedda att samverka med motsvarande invändiga bommar 31 på ett kronhjul 32. Det senare är roterbart lagrat i huset 10 och samverkar med ett pinjongdrev 33 som drivs av rotationsmotorn 36. Genom arrangemanget med spåren 30 och bommarna 31 kan borrspindeln 15 förskjutas axiellt under det att den är rotationslàst relativt kronhjulet 32, vilket innebär att motorn 36 kan pàföra ett drivande moment på borrspindeln 15 via kronhjulet 32 oavsett borrspindelns 15 axialläge och/eller pågående förskjutningsrörelse. Rotationsmotorn 36, som företrädesvis utgörs av en borstlös elektrisk motor innefattar en reduktionsväxel 37 och en vinkelgivare och drivs av styrenheten 16 för åstadkommande av en avsedd rotationshastighet hos borrspindeln 15.

Den ovannämnda styrenheten 16 utgörs av en stationär enhet placerad vid arbetsplatsen och förbunden med borrmaskinen via kabeln 17. Styrenheten 16 innefattar en spänningsomvandlare av vilken matningsmotorn 24 och rotationsmotorn 36 förses med elektrisk energi av variabel spänning och frekvens. Styrenheten 16 inkluderar även en elektronisk programmerbar anordning för operationsstyrning och -övervakning och i vilken finns lagrad en eller fler uppsättningar borrparametervärden medelst vilka borroperationerna skall genomföras för uppnàende av acceptabla resultat vid borrning i olika material. Varje uppsättning parametervärden innehåller parametervärden för hastigheten på borrspindelrotationen och matningen lämpliga 533 180 för borrning i ett visst material eller en kombination av två eller fler material. Styrenheten är även programmerad med gränsvärden för borrparametrarna, samt organ för jämförelse av mottagna signaler avseende det aktuella vinkelläget och -hastigheten hos rotations- och matningsmotorerna, matningskraften m.m- med lagrade gränsvärden och för avgivande av indikationer i vad mån gränsvärdena har överskridits eller ej, dvs. huruvida borroperationen har genomförts på ett acceptabelt sätt.

I arbete är borrmaskinen ansluten till styrenheten 16 via kabeln 17 för mottagande av elkraft i enlighet med en vald uppsättning borrparametervärden och för àterföring av signaler relaterade till borroperationen. Borrspindeln 15 är försedd med ett lämpigt borrverktyg, och anslutningshylsan 19 är ihoplàst med en av borrmatrisens B öppningar C. När borrmaskinen är säkert fastlàst vid matrisen B trycks tangenten 14 in av operatören och borroperationen påbörjas. Funktionen hos matningsmekanismen baserar sig på samverkan mellan mutterstycket 21 och det gängade partiet 18 av borrspindeln 15.

I illustrationssyfte kan antagas att matningsmotorn 24 i ett visst fall hålls stilla, vilket betyder att kronhjulet/mutterstycket 21 inte roterar relativt huset 10.

I detta läge bestäms matningsrörelsen hos borrspindeln 15 endast av stigningen hos borrspindelns gänga 18, dvs. matningshastigheten hos borrspindeln 15 är helt beroende på rotationshastigheten hos borrspindeln 15 själv. Med andra ord, matningsförhållandet (förhållandet mellan rotationshastigheten och matningshastigheten hos borrspindeln 15) bestäms helt av stigningen på borrspindelgängan. 532 480 I ett annat illustrationsfall drivs matningsmotorn 24 för att rotera kronhjulet/mutterstycket 21 i samma riktning och med samma hastighet som borrspindeln 15. Eftersom det i detta fall inte sker någon relativ rotation mellan borrspindeln 15 och kronhjulet/mutterstycket 21 uppstår ingen längsförskjutning av borrspindeln 15 över huvud taget. Skulle istället kronhjulet/mutterstycket 21 roteras i samma riktning som borrspindeln 15 men med en lägre hastighet uppstår en matningsrörelse framåt i borriktningen hos borrspindeln 15 men med en reducerad hastighet. Om istället matningsmotorn 24 drivs att rotera kronhjulet/mutterstycket 21 med en högre hastighet än den hos borrspindeln 15 uppstår en bakàtriktad rörelse hos borrspindeln 15, dvs. en reverseringsrörelse hos borrspindeln 15 efter en fullbordad borroperation.

Dessutom, en mycket snabb matningsrörelse hos borrspindeln 15 kan fàs genom reversering av matningsmotorn 24 och därmed en bakåtrotation av kronhjulet/mutterstycket 21.

Beroende pà strukturen och materialet hos arbetsstycket A väljs en lämplig uppsättning parametervärden bland de uppsättningar som initialt lagrats i styrenheten 16.

Materialet i arbetsstycket A kan vara homogent, dvs. innehålla endast ett material med oförändrade egenskaper helt igenom, vilket innebär att en parametervärdesuppsättning med en viss borrspindelhastighet och en viss matningshastighet väljs för att vara lämplig för àstadkommande av en optimal arbetsoperation, båda vad avser effektivitet och acceptabelt resultat.

Parameteruppsättning väljs också med hänsyn till storleken på det hålet som ska borras och typen av borrverktyg som används. 532 180 Både matningsmotorn 24 och rotationsmotorn 36 är försedda med vinkelgivare för noggrann mätning av vinkelrörelserna hos motorerna. Hastigheten hos motorerna 24,36 bestäms noggrant av styrenheten 16 genom styrning av spännings- och frekvensvärdena hos den tillförda elkraften. Detta gör det möjligt att få styrenheten 16 att mycket noga styra förloppet genom hela borroperationen. Genom att använda signalerna från vinkelgivarna hos rotations~ och matningsmotorerna är det möjligt att kontinuerligt beräkna borrspindelns position och att göra momentana förändringar i parametervärdena hos den tillförda elkraften. Det gör det även möjligt att fastställa huruvida en borroperation har utförts såsom förväntats genom kontinuerlig analys av det moment som momentant appliceras under borrningen i relation till den momentana rörelsen/positionen hos borrspindeln liksom den axiella matningskraften som påläggs borrspindeln. Den aktuella matningskraften indikeras av belastningscellen 23. Detta ger i sin tur möjligheten att inhämta och lagra borrningsdata för varje borrat hål för senare analys av resultat och kvalitet hos den utförda borroperationen.

Ett avgörande särdrag hos uppfinningen är att använda elektriska motorer för såväl borrspindelns rotation som för dess matningsrörelse, med fördel borstlösa motorer som matas med elektrisk kraft av variabel frekvens och spänning enligt programmerade parameteruppsättningar, ty denna typ av motor gör det möjligt att styra processen momentant och med mycket stor noggrannhet för att kompensera för momentana variationer i matnings* och rotationsmotstànd som uppstår under varje borroperation. Exempelvis kan momentspikar vid initialkontakt mellan borrverktyget och 532 'ISO arbetsstycket liksom plötsliga fall i rotationsmotståndet vid genomborrning av ett arbetsstycke lätt kompenseras genom momentan anpassning av värdena hos elkraftparametrarna. Möjligheten att åstadkomma en mycket snabb förändring av elkraftparametervärdena till programmerade parameteruppsättningar eller till förändringar i en pågående borroperation gör det också möjligt att momentant anpassa borrparametervärdena till arbetsstycken innehållande två eller fler material i s.k. sandwich-typ kompositioner för att uppnå korrekta borrdata hela vägen genom arbetsstycket. Styrenheten 16 är programmerad att hålla hastigheten hos rotationsmotorn 36 konstant genom att hålla matningsfrekvensen konstant och att momentant anpassa spänningen för kompensering av uppstàende förändringar i momentmotståndet på borrverktyget.

Genom kontinuerlig övervakning av momentmotstàndet och axialkraften på borrspindeln 15 kan styrenheten 16 detektera den initiala kontakten mellan borrverktyget och arbetsstycket liksom det ögonblick då borrverktyget genomborrar arbetsstycket vid fullbordad borroperation.

Detta innebär att en reverseringsrörelse hos borrspindeln 15 automatiskt kan initieras, och eftersom styrenheten 16 även kontinuerligt beräknar borrspindelns 15 axiella läge är det också möjligt att åstadkomma ett automatiskt stopp av rotations- och matningsmotorerna då borrspindeln 15 når sitt bakre andläge vid reversering.

Claims (8)

532 180 10 Patentkrav.

1. Portabel borrmaskin med organ för rotation och matning av ett borrverktyg, innefattande ett hus (10), en rotationsmotor (36), en roterande borrspindel (15) axiellt förskjutbar relativt huset (10) för matningsrörelser, ett borrverktyg anbragt på den främre änden av borrspindeln (15), en kopplingsanordning (30-33) för överföring av rotationsrörelser från rotationsmotorn (36) till borrspindeln (15) oberoende av axiella rörelser hos borrspindeln (15), och en matningsmekanism (18,2l,25) för axiell förskjutning av borrspindeln (15), k ä 11 n e t: e c }< n a ci av att matningsmekanismen (18,21,25) innefattar 0 ett gängat parti (18) på borrspindeln (15), 0 ett mutterstycke (21) roterbart men axiellt låst relativt huset (10) och anordnat att samverka med nämnda gängade parti (18), och 0 en matningsmotor (24) drivkopplad till nämnda mutterstycke (21) och anordnad att selektivt rotera nämnda mutterstycke (21) i olika hastigheter och/eller riktningar för variation av matningsförhållandet hos borrspindeln (15) under borrning.

2. Borrmaskin enligt kravet 1, k ä Ii n e 1: e c 1< n a. d av att drivningen av rotationsmotorn (36) liksom drivningen av matningsmotorn (24) kontinuerligt styrs av en programmerbar styrenhet (16) för anpassning av rotationsriktningen och/eller - hastigheten hos matningsmotorn (24) i och för anpassning av matningsförhàllandet till de operationsparametrar som momentant krävs för den aktuella borroperationen. 532 QBÛ 11

3. Borrmaskin enligt kravet 2, k ä ri n e 't e c k r1 a d av att rotationsmotorn (36) liksom matningsmotorn (24) är individuellt drivna via nämnda styrenhet (16) i enlighet med lagrade operationsparametervärden.

4. Borrmaskin enligt något av kraven 1-3, k ä r1 n e "t e <2 k r1 a d av att rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) är anordnade i räta vinklar relativt borrspindeln (15), och att nämnda kopplingsanordning (30-33) och nämnda matningsmekanism (18,2l,25) innefattar vinkelväxlar (32,33 resp. 21,25), varvid nämnda mutterstycke (21) innefattar ett kronhjul.

5. Borrmaskin enligt något av kraven 1-4, k ä ru n e 't e c k r1 a d av att en belastningssensor (23) är placerad mellan mutterstycket (21) och huset (10) och anordnad att avge signaler motsvarande den aktuella matningskraften som verkar på borrspindeln (15).

6. Portabel borrmaskin med organ för rotation och matning av ett borrverktyg, innefattande ett hus (10), en roterbar borrspindel (15) axiellt förskjutbar relativt huset (10) för matningsrörelser och anordnad att uppbära ett borrverktyg vid sin främre ände, en rotationsmotor (36) anordnad att rotera borrspindeln (15), samt en matningsmotor (24) anordnad att genomföra de axiella rörelserna hos borrspindeln (15), k ä ru n e 1: e c l< n a cí av att rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) utgörs av elektriska motorer, samt en programmerbar styrenhet (16) kommunicerande med rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) och anordnad 532 180 17 ._ att kontinuerligt styra det individuella arbetet hos rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) under borrning.

7. Borrmaskin enligt kravet 6, k ä ri n e 1: e c }< n a ci av att i styrenheten (16) är lagrad en eller fler uppsättningar borrningsparametervärden valda att på ett optimalt sätt styra arbetet hos rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) under olika borrningsförhållanden.

8. Borrmaskin enligt kravet 6 eller 7, k ä 11 n e 1: e c )< n a ci av att rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) utgörs av borstlösa motorer, och nämnda styrenhet är anordnad att förse rotationsmotorn (36) och matningsmotorn (24) med elkraft av variabel spänning och frekvens. Borrmaskin enligt något av kraven 6-7, k ä ri n e 't e c: k I1 a d av att styrenheten (16) är 0 programmerad med gränsvärden för acceptabla driftsparametervärden, och anordnad att 0 detektera aktuella driftsparametervärden, 0 jämföra de aktuella driftsparametervärdena med nämnda programmerade gränsvärden, och att 0 generera indikationer huruvida de aktuella driftsparametervärdena befinner sig inom nämnda gränsvärden eller inte.