Låsning/Indexering av vändskär

Full text

(1)2002:40M. EXAMENSARBETE. Låsning/Indexering av vändskär Locking/Indexing Cutting Inserts Tommy Andersson Gustav Börjeson Niklas Nordén 2002-06-19. Högskolan Trollhättan/Uddevalla Institutionen för Teknik Box 957, 461 29 Trollhättan Tel: 0520-47 50 00 Fax: 0520-47 50 99 E-post: teknik@htu.se.

(2) EXAMENSARBETE Låsning/Indexering av vändskär Sammanfattning Manuellt byte och indexering av vändskär medför många olika problem. Målet med arbetet är därför att undersöka om ett alternativ till den manuella processen är möjligt att genomföra. Ett flertal principer för hur låsning och indexering av skär kan tänkas lösas är framtagna och utvärderade. Framtagning och utvärdering av de olika principerna är gjorda med produktutvecklingsverktyget TRIZ. Ett flertal av dessa principer beskrivs i rapporten. Beräkningar och logiska resonemang visar att låsning och positionering av skäret med nuvarande lösning är ett resultat av hållarens stödkrage. Dagens skruv är endast till för att hålla skäret på plats då det ej är i ingrepp, samt precis när skäret går in i arbetsstycket, då radiella krafter som vill skjuta det upp ovanför stödkragen uppkommer. Beräkningar av hur stor kraft som behövs för att hålla skäret på plats vid start av ingrepp är genomförda. En CAD modell av en skärhållare med inbyggd mekanism är framtagen. Låsningen bygger på att två kilar antingen pressar ned eller upp en hake. Genom hakens form genereras en tryckkraft som låser skäret. Mekanismen består av kugghjul, snäckväxlar och kuggstänger. Detta gör att prototypen är större än de hållare som används i dag. Prototypen är kraftigt överdimensionerad både då det gäller genererad låsningskraft och hållbarhet med avseende på de krafter som uppkommer vid bearbetning. Vid en eventuell vidareutveckling av konceptet finns en stor potential i att optimera både hållare och mekanism. FEM beräkningar är genomförda av denna modell. De visar att modellen uppfyller de krav och begränsningar på hållfasthet som till exempel materialval och utformning utgör. Nyckelord: Vändskär Indexering Automatisering Ställtid. Utgivare:. Högskolan Trollhättan/Uddevalla, Institutionen för Teknik Box 957, 461 29 Trollhättan Tel: 0520-47 50 00, Fax: 0520-47 50 99, E-post: teknik@htu.se. Författare:. Tommy Andersson, Gustav Börjeson, Niklas Nordén. Examinator:. Oscar Jellbo. Handledare:. Anders Wretland, Volvo Aero Corp., Mats Eriksson, HTU, Leif Olsson, HTU. Poäng:. 10. Nivå:. Huvudämne:. Maskinteknik. Inriktning:. Språk:. Svenska. Nummer:. C Konstruktion/Produktion 2002:40M -i-. Datum:. 2002-06-19.

(3) DISSERTATION Locking/Indexing of cutting inserts Summary The manual replacement and indexing of cutting inserts involve several problems. The object of this project is to find a possible alternative to the manual process, suitable for implementation. Several concepts for locking and unlocking the cutting insert to the toolholder are developed and evaluated. The evaluation of the different concepts is done with help of the product development tool TRIZ. The more important of the concepts studied are described in this report. Calculations and discussions show that, at the present the locking and positioning of the cutting insert is done by the bearing-collar. This leads to the conclusion that the present screw is only needed to keep the cutting insert in place when the tool is either not engaged or in the beginning of an engagement, when the resulting radial forces push the cutting insert up above the bearing-collar. Calculations are performed in order to estimate the force needed to keep the cutting insert in place at the beginning of an engagement. A CAD model of a cutting bracket with a built-in mechanism is developed. The locking mechanism is designed with two wedges which either pull or presses a hook. The shape of the hook generates a “pulling force” that keeps the cutting insert locked. The mechanism consist of cogwheels, worm gears and a gear rack from a commercial catalouge. This makes the prototype larger than todays bracket. The prototype is greatly overdimensioned with respect to power. Thus, a potential for further developments on the bracket and it’s mechanism. FEM calculations of the current prototype model is done. These calculations show that the proposed design meets the requirements and limitations on strenght as set by the choice of material and design. Keywords: Indexable Insert Indexing Automatization Set-up time. Publisher:. University of Trollhättan/Uddevalla, Department of Technology Box 957, S-461 29 Trollhättan, SWEDEN Phone: + 46 520 47 50 00, Fax: + 46 520 47 50 99, E-mail: teknik@htu.se. Author:. Tommy Andersson, Gustav Börjeson, Niklas Nordén. Examiner:. Oscar Jellbo. Advisor:. Anders Wretland, Volvo Aero Corp., Mats Eriksson, HTU. Subject:. Engineering. Language:. Swedish. Number:. 2002:40M - ii -. Date:. June 19, 2002.

(4) Låsning/Indexering av vändskär. Förord Utbildningen till Maskiningenjör på högskolan i Trollhättan\Uddevalla innefattar ett obligatoriskt examensarbete på 10 poäng. Resultatet av arbetet skall redovisas i en skriftlig och en muntlig del. Föreliggande rapport utgör den skriftliga delen av denna redovisning. Bakgrundsarbetet började redan under hösten 2001 med ett projektarbete i Automatiseringsteknik II (AUC020). Det fortsatte sedan i kursen Datorstödd produkt/processutveckling (DPC010) och har resulterat i ett fortsatt examensarbete på 10 poäng våren 2002.. Under examensarbetet har vi haft stor hjälp av personer både i och utanför skolan. Vi vill framföra ett speciellt tack till följande personer: Olov Andrén Högskolan Trollhättan/Uddevalla Mats Eriksson. Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Clas Fredriksson. Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Mats Hagström. Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Ulf Hulling. Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Sven-Erling Johansson. Volvo Aero Corporation. Tobias Netshagen. Student Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Kjell Niklasson. Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Carl-Göran Petersson. Coromant Norden AB. Christian Rothschedl. Student Högskolan Trollhättan/Uddevalla. Anders Wretland. Volvo Aero Corporation. Författare: Tommy Andersson _______________________ Gustav Börjeson _______________________ Niklas Nordén _______________________. - iii -.

(5) Låsning/Indexering av vändskär. Innehållsförteckning Sammanfattning .................................................................................................................i Summary............................................................................................................................ii Förord...............................................................................................................................iii Innehållsförteckning ........................................................................................................iv Förkortningar och begrepp............................................................................................viii 1 Inledning .......................................................................................................................1 1.1 Bakgrund................................................................................................................1 1.1.1 Volvo Aero Corporation..............................................................................1 1.1.2 Licenstillverkning av delar till civilt flyg...........................................................1 1.2 Uppgift ...................................................................................................................1 1.3 Syfte........................................................................................................................1 1.4 Mål .........................................................................................................................2 1.5 Avgränsningar........................................................................................................2 2 Utveckling av koncept .................................................................................................3 2.1 TRIZ – Teorin för Innovativ Problemlösning.........................................................3 2.2 Framtagning av lösningar på delproblem .............................................................3 2.2.1 Inspänning av skär........................................................................................3 2.2.2 Indexera skär...............................................................................................5 2.2.3 Dämpning ....................................................................................................5 2.2.4 Korrosionsbeständighet................................................................................5 2.3 Koncept, framtagning med Morfologisk analys.....................................................6 2.3.1 Projektets resultat efter Morfologisk analys och Pugh Selection Concept.......................................................................................................6 3 CAD-Modeller.............................................................................................................7 3.1 De olika modellerna ...............................................................................................7 3.1.1 Fixtur (endast fixtur, ej verktyg) ....................................................................7 3.1.2 Hydrauliskt reglerad hake.............................................................................7 3.1.3 Kassett med evolventkuggar.........................................................................8 3.2 Övriga modeller .....................................................................................................8 3.2.1 Genuakors ...................................................................................................8 4 Vidareutvecklad låsningsprincip .................................................................................9 4.1 Hake.......................................................................................................................9 4.2 Mekanism ...............................................................................................................9 4.2.1 Kugghjul och snäckväxel..............................................................................9 4.3 Hållare..................................................................................................................10 4.4 Elmotor/Drivsystem .............................................................................................10 5 Beräkningar................................................................................................................11 5.1 Skruvens funktion ................................................................................................11 5.2 Friläggning och beräkning...................................................................................13. - iv -.

(6) Låsning/Indexering av vändskär. 5.2.1 Friläggning .................................................................................................13 5.2.2 FEM beräkning..........................................................................................14 5.3 Beräkningar hållare .............................................................................................14 5.4 Beräkningar mekanism ........................................................................................14 6 Slutsatser....................................................................................................................16 6.1 Analys av resultat.................................................................................................16 6.2 Rekommendationer till fortsatt arbete.................................................................17 Referensförteckning .......................................................................................................18. - v-.

(7) Låsning/Indexering av vändskär. Bilagor 1 Introduktion 1.1 Licenstillverkade motordelar 2 Skisser 2.1 Kugghjul med skär 2.2 Kugghjul med fixtur 2.3 Magnetpoler 1 2.4 Magnetpoler 2 2.5 Motoriserad hake 2.6 Rörlig krage 2.7 Rörligt nackstöd med överhäng 3 Patent 3.1 US 4204777 4 CAD Koncept och dellösningar 4.1 ”Klädborte” indexering 4.2 Kulsprint 4.3 Expanderande sprint 4.4 Genua Kors 5 CAD De olika modellerna 5.1 Fixtur (endast fixtur ej verktyg) 5.2 Hydrauilskt reglerad hake 5.3 Kassett med evolvent kuggar 6 CAD Låsningsprincipen som vidareutvecklades 6.1 Översikt 6.2 Asembly 1 6.3 Mekanism 6.4 Sprint, medbringare, bricka, brickskruv och skär 6.5 Skär och sprint 7 FEA av verktygshållare 7.1 Vy av verktygshållare från insida i genomskärning belastning under fullt ingrepp 7.2 Närbild av verktygshållarens spets 7.3 Vy av verktygsållare från utsidan 7.4 Vy av mekanismhus från insida av hållare, belastning vid fullt ingrepp 7.5 Vy av verktygshållare från insida i genomskärning, belastning vid början av ingrepp 7.6 Närbild av verktygshållarens spets, belastning vid början av ingrepp 7.7 Haken under utvecklingsfasen, tidig version, sedd från sidan i genomskärning 7.8 Haken under utvecklingsfasen, sedd från sidan i genomskärning 7.9 Haken, slutgiltig modell, sedd från sidan i genomskärning. - vi -.

(8) Låsning/Indexering av vändskär. 8 Excel 8.1 Dimmensionering av kugghjul 8.2 Morfologisk Analys 8.2.1 Färgkodningsmall 8.2.2 Morfologisk analysmatris 8.3 Pugh Viktning 8.4 Pugh efter poängbedömning 9 Dagens hållare 9.1 Monterad 9.2 Demonterad. - vii -.

(9) Låsning/Indexering av vändskär. Förkortningar och begrepp Indexering. Framvridning, rotering. FEM, (FEA). Finita Element Metoden, (Finite Element Analysis), Datorstödd hållfasthetsberäkning. ANSYS. FEM program. CAD. Computer Aided Design, datorstödd konstruktion, Solidmodelering. UG. UniGraphics, solidmodelleringsprogram. TRIZ. Teorin för innovativ problemlösning. Morfologisk analys. Metod för konceptframtagning. Pugh Selection Concept. Metod för konceptutvärdering. - viii -.

(10) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 1 Inledning 1.1 Bakgrund 1.1.1. Volvo Aero Corporation. Volvo Aero Corporation utvecklar och tillverkar komponenter för kommersiella flygmotorer och raketmotorer med ett högteknologiskt innehåll. Volvo Aero utvecklar och tillverkar även militära flygmotorer. I sitt serviceprogram erbjuder företaget ett brett utbud av produkter, inklusive försäljning av reservdelar till flygmotorer, försäljning och leasing av flygmotorer/flygplan samt översyner och reparationer av dem. 1.1.2. Licenstillverkning av delar till civilt flyg. Volvo Aero licenstillverkar idag motordetaljer till bland annat CF6-80 som används i Boeing 747/767, Boeing MD11 och Airbus A300\A310\A330. Motordetaljerna är Low Pressure Compressor Spool, Intermediate Case, Shaft, Diffusor Case, Vanes, Low Pressure Turbine Case och Turbine Exhaust Case. Dessa delar görs i Volvo Aeros C-verkstad i Trollhättan (Bilaga 1.1).. 1.2 Uppgift På Volvo Aero Corporation sker idag indexering och byte av vändskär manuellt. Skäret fästs i hållaren med en torxskruv som dras åt med ett moment på 6 Nm. När skäret byts måste hela skruven lossas och skruvas ut. Det använda skäret skrotas och ett nytt sätts på plats. Vid indexering av skäret lossas skruven, skäret vrids mellan 90 till 180 grader och skruvas sedan fast. Detta medför problem genom långa ställtider på grund av att spindeln måste stängas av då operatören skall genomföra byte och indexering. Detta är ansträngande för operatören i och med att ingreppstiden är kort, 1 till 5 min. Därigenom upprepas samma rörelse för operationen ofta. Miljön i bearbetningsrummet är smutsig och fuktig av skärvätska. Man befarar även att rekrytering av kompetenta maskinoperatörer i framtiden kan bli svår. Därför vill man komma runt den manuella hanteringen av vändskär, genom en automatisering av låsning/lossning/indexering. Dagens hållare finns att betrakta i bilagorna (Bilaga 9.2).. 1.3 Syfte Syftet är att, genom förvärvade kunskaper från maskiningenjörsutbildningen på HTU, driva ett projektarbete i samarbete med Volvo Aero Corporation.. 1.

(11) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 1.4 Mål Målet med examensarbetet är undersöka och finna möjliga alternativ till manuell låsning/lossning/indexering av vändskär.. 1.5 Avgränsningar Begränsningen är att alternativ fastspänning och indexering skall utvecklas för runda skär med en diameter på 20 mm. Arbetet gäller en principlösning och inga mått och toleranssatta ritningar ska göras. Inga krav på konstruktion av ett fungerande koncept.. 2.

(12) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 2 Utveckling av koncept 2.1 TRIZ – Teorin för Innovativ Problemlösning I produktutvecklingsfasen har arbetsverktyget TRIZ använts. TRIZ står för teorin för innovativ problemlösning, acronymet på ryska blir TRIZ. TRIZ skapades av en rysk patentingenjör, Genrich S. Altshuller. Han och hans kollegor började att granska strukturer i patent för att kunna se gemensamma drag för de lösningar som lett fram till innovationer och mönster i teknologisk utveckling. Genom kartläggningen går det att förstå vad som ligger bakom utvecklingen av framgångsrika produkter och därmed snabbare och bättre kunna lösa svåra problem. Genrich S. Altshuller kom fram till att endast 1 procent av alla uppfinningar bygger på en ny upptäckt. Hela 45 procent av nya uppfinningar är mindre modifieringar av redan befintliga uppfinningar. Innovationer erhålls genom att tillämpa vetenskapliga effekter på andra områden än de där de först utvecklas. I huvudsak används TRIZ för att kunna omformulera ett befintligt problem till en ideal lösning. Sedan elimineras de tekniska och fysiska konflikterna genom att använda kunskapsbanken, en pekare, där man kan välja en önskad effekt, funktion eller standard.. 2.2 Framtagning av lösningar på delproblem Genom att bryta ner problemet i mindre delar görs det mindre komplext. En stor fördel är också att man inte låser upp en lösning, för att den sedan ska kunna kombineras med en annan. De olika delproblem som behandlas detta fall är inspänning av skär, indexering, korrosionsbeständighet och dämpning. Nedan följer idéer och lösningsförslag för de olika delproblemen. 2.2.1. Inspänning av skär. •. Motoriserad hake En hake pressar skäret mot nackstödet. Denna hake roteras kring en fixerad punkt med hjälp av en kraftig fjäder. Detta gör att haken i sitt obelastade läge låser skäret. För att öppna krävs att en kraft motsatt fjäderkraften anbringas (Bilaga 2.5).. •. Rörligt nackstöd Skäret ligger i hållaren som har en sprint som går upp i skäret. Skäret pressas emot sprinten med hjälp av ett nackstöd som är rörligt och kan pressa emot skäret (Bilaga 2.4).. 3.

(13) Automatisering av byte\indexering av vändskär. •. Rörligt nackstöd med överhäng Ett nackstöd, som kan pressas emot skäret, med ett överhäng trycker ned skäret samtidigt som den pressas emot sprinten (Bilaga 2.7).. •. Konisk polygonkoppling Skäret pressas med formen av en konisk polygon i botten och trycks på hållaren som är utformad som en captohållare.. •. Vakuum Hållaren är på den plats skäret skall sitta utrustad med luftkanaler. Skäret skall vara massivt och utrustat med ett mindre hålrum undertill där luftkanalerna skall verka och skapa ett vakuum som håller skäret på plats.. •. Kulsprint En sprint med inbyggd mekanism pressar med hjälp kulor fast emot en koning i hållaren (Bilaga 4.2).. •. Koning Skäret i sig självt skall vara konat och pressas fast i hållaren.. •. Expanderande sprint (stav inifrån) Sprinten är slitsad nertill och dessa slitsar pressas ut med hjälp av en stav som kommer inifrån sprinten och blir tjockare längs med axeln.. •. Expanderande sprint (stav ovanifrån) Som ovanstående fast staven kommer utifrån (Bilaga 4.3).. •. Expanderande sprint (utanpåliggande ring) Sprinten slitsas nertill och sprinten är expanderande. Vid lossning trycks sedan sprinten ihop av en utanpåliggande ring som går ner över den slitsade delen och därigenom trycker samman för lossning.. •. Kardborrband Hållare och skär utrustas med kardborrband som håller skäret på plats.. •. Bajonettfattning Skär och hållare utrustas med bajonettfattning som håller skäret på plats.. 4.

(14) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 2.2.2. Indexera skär. •. Kugghjul + skär Ett kugghjul vilar emot skäret som också är utrustat med kuggar. För att indexera skäret roteras kugghjulet med hjälp av en motor.. •. Gummihjul Ett gummihjul går emot skäret och roterar på samma sätt som kugghjulet med den skillnaden att inga kuggar behöver passas in.. •. Magnetpoler Sprinten är en elektromagnet som kan roteras med hjälp av magnetfält i hållaren.. •. Robot En robotarm går in utifrån och greppar skäret för att sedan vrida det.. •. Klädborsteprincipen Idén kommer från hur en viss typ av klädborste roteras. Sedan framkom det att en liknande idé finns beskriven i ett patent ifrån 1977 (Bilaga 3.1 och 4.1.).. 2.2.3. Dämpning. •. Material Materialet i hållaren är av ett sådant slag att det absorberar stötar, vibrationer och slag.. •. Design Designen på hållaren är gjord så att stötar, vibrationer och slag absorberas.. •. Dämpkuddar Inuti hållaren sätts ”kuddar” av annat material som absorberar stötar, vibrationer och slag.. 2.2.4. Korrosionsbeständighet. •. Material Det material som valts till hållaren är i sig självt korrosionsbeständigt.. •. Ytskikt Hållaren beläggs med ett korrosionsbeständigt ytskikt.. 5.

(15) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 2.3 Koncept, framtagning med Morfologisk analys Morfologisk analys är ett enkelt men kraftfullt hjälpmedel när det gäller att analysera ett problem för att få fram nya uppslag. Metoden bygger på tesen att allt nytt är en kombination av kända delar. Två huvuddimensioner ställs mot varandra i en matris, egenskaper eller funktioner respektive sätt att erhålla dessa egenskaper eller funktioner. Metoden är användbar individuellt eller i grupp och vid inte allt för komplicerade men väl definierade och kända problem. När matrisen är klar rensas den från koncept som är omöjliga att genomföra. För att sedan få ner antalet koncept ytterligare genomförs en Pugh Concept Selection. Detta innebär att koncepten var för sig jämförs med det existerande konceptet. Detta sker genom att ställa upp ett antal kriterier. Koncepten jämförs mot likaren med betygen bättre (+1), sämre (1) eller lika (0) för varje kriterium. Betygen summeras sedan. På detta sätt kan man urskilja de koncept som genererar högst summa (Bilaga 8.3). 2.3.1. Projektets resultat efter Morfologisk analys och Pugh Selection Concept. Efter utförd detektering av delproblemen genereras delösningarna som återfinns under rubriken, 2.2.1-2.2.4. Dessa kombineras i en morfologisk analysmatris (Bilaga 8.2), vilket ger 1639 olika koncept. Genom att utesluta de koncept som är tekniskt omöjliga att kombinera, blir 108 kvar. Efter beslut om att bortse ifrån problemen korrosionsbeständighet och dämpning, återstår endast 58 stycken koncept. Dessa viktades sedan med hjälp av följande kriterier: •. Teknisk genomförbarhet. •. Tillförlitlighet. •. Användarvänlighet. •. Livslängd/Hållbarhet. •. Servicebehov. •. Arbetsmiljöpåverkan. •. Skaderisk operatör. •. Skaderisk maskin/arbetstycke. •. Kvalitetsintryck. •. Automatiseringskompabilitet. •. Behov av extra utrustning. Efter viktning med hjälp av Pugh så väljs de koncept ut som har 2 poäng eller mer. I detta fall leder det till 16 stycken koncept (Bilaga 8.4).. 6.

(16) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 3 CAD-Modeller Modellerna är genererade med 3D-solidmodelleringssprogrmmet UniGraphics (UG). Programmet är en produkt från Unigraphics Solutions och används idag i stor utsträckning av bland annat bilindustrin, till exempel av General Motors koncernen. Under projektets gång är ett flertal CAD-modeller framtagna för att beskriva olika principer för lossning och indexering av skäret. De flesta av dessa modeller är inte helt genomarbetade med avseende på mått, toleranser och monteringskompabilitet. De utgör istället ett underlag för exemplifiering av låsnings- lossnings- indexeringsfunktionen vid diskussioner med inblandade parter. CAD-modellerna är även beräknade med hjälp av FEM-program för att ge en uppfattning om huruvida konstruktionen klarar de krafter som uppkommer då skäret går in i arbetstycket vid bearbetning. Detta är till stor hjälp då det på ett ganska tidigt stadium går att sålla bort idéer som inte uppfyller de krav på hållfasthet som ställts, redan innan ett allt för stort arbete är nedlagt på den princip som modellen exemplifierar.. 3.1 De olika modellerna I samråd med handledare beslutades det om att tre olika koncept skulle vidareutvecklas. Ett koncept genererades av den morfologiska analysen. De två andra koncepten var resultatet av nya funderingar som uppkommit efter den morfologiska analysen. 3.1.1. Fixtur (endast fixtur, ej verktyg) En fixtur som sitter ihop med ett verktyg som kan liknas vid en skruvmejsel med en utomliggande roterbar platta. Operatören fäster fixturen vid hållaren och kan sedan lossa skäret (som är fäst med en centrerad skruv) med en skruvmejsel och indexera skäret med den roterbara plattan som pressas mot skärets ovansida. Infästningen av fixturen och indexeringen sker genom en liten lucka så att operatören slipper gå in i bearbetningsrummet. Vridningen av skruvmejseln och den roterande plattan kan tänkas ske manuellt men även med hjälp av en motor (Bilaga 5.1).. 3.1.2. Hydrauliskt reglerad hake En vidareutveckling av den i dag redan existerande hållaren som med hjälp av en hake klämmer fast skäret mot nackstödet och på så sätt låser fast skäret. Låsningen av haken regleras av en skruv. Skruven ersätts med ett elastiskt medium (tex. en fjäder, elastisk plast eller metall) som pressar ned haken i sitt låsta läge. Lossningen regleras med hydralik som trycker mot haken och på så sätt pressar upp den i sitt lossade läge. Denna ide väljs bort då låsningen inte kan garanteras vid belastningstoppar eftersom ett fjädrande medium inte är statiskt utan dynamiskt (Bilaga 5.2).. 7.

(17) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 3.1.3. Kassett med evolventkuggar Skäret monteras i en kassett som sedan skruvas fast i hållaren. Det hålls på plats av en överliggande klammer. Skäret är konstruerat med ett invändigt kugghjul i botten. I kassetten sitter en axel som i ena änden har ett kugghjul som, när skäret är monterat, hindrar det från att vrida sig. När det behöver indexeras vrids axeln exemplevis med hjälp av en elmotor (Bilaga 5.3).. 3.2 Övriga modeller 3.2.1. Genuakors Tanken med denna konstruktion är att skäret ska förses med ett så kallat ”Genuakors”. När den överliggande haken roteras 360 grader, roteras skäret 90 grader. Genuakorset är en indexeringsmekanism och löser inte låsnings- lossningsproblemet (Bilaga 4.4).. 8.

(18) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 4 Vidareutvecklad låsningsprincip (Bilaga 6.1) och (Bilaga 6.2). 4.1 Hake Den princip som är vald att vidareutvecklas är en variant på den så kallade ”Hydrauliskt reglerad hake”, som beskrivits ovan. I stället för att åstadkomma en vridning runt en punkt för att pressa skäret mot kragen, används en axel, som är rörlig i vertikalled. Axelns ände är formad på ett sådant sätt så att när axeln trycks ned pressas skäret mot nackstödet och på så sätt låser skäret (Bilaga 6.5). Låsning och lossning sker med hjälp av två kilar (Bilaga 6.3). Kilarna pressar på en medbringare som är fastmonterad med axeln (Bilaga 6.4). Om den övre kilen pressar på medbringaren rör sig axeln nedåt och låser skäret. Om den undre kilen pressar på medbringaren rör sig axeln uppåt och lossar skäret (Figur 1).. 4.2 Mekanism Sprinten låser skäret genom att den dras neråt med erfordrad kraft. Denna kraft åstadkoms genom ett system. Ett kugghjul drivs av en elmotor via en snäckskruv. Detta kugghjul ligger an mot två kuggstänger. Kuggstängernas ändar är utförda med plan slipade med 45 graders lutning. Dessa plan pressar ned respektive trycker upp en så kallad medbringare, som är sammanfogad med axeln, vilken också har 45 graders plan integrerade med axeln. Figur 1: Schematisk skiss av låsnings/lossnings mekanismen Schematisk skiss av låsning/lossnings mekanismen.. Medbringare med kilplan. Kuggstång. Kuggstång. 4.2.1. Kugghjul och snäckväxel. I den mekanism som driver kilarna till sitt låsnings, samt lossningsläge, ingår ett flertal vanliga standard komponenter som finns på marknaden i dag. Med utgångspunkt ifrån företaget MEKANEX sortiment valdes:. 9.

(19) Automatisering av byte\indexering av vändskär. •. Ett kugghjul med kuggbredd 15 mm och ytterdiameter 42 mm (+ nav med bredd 10 mm och diameter 25 mm) (artikelnummer: 10040 MEKANEX konstruktörskatalogen-99). •. Två kuggstänger med längd 250 mm, bredd 15 mm och höjd 15 mm (artikelnummer: K100250-S15 MEKANEX konstruktörskatalogen-99). •. Ett snäckhjul med kuggbredd 12 mm och diameter 34.4 mm (+ ett dubbelsidigt nav med bredd 8 mm och diameter 24 på båda sidor) (artikelnummer: 3815020 MEKANEX konstruktörskatalogen-99). •. En snäckskruv med längd 50 mm och diameter 28 mm (artikelnummer: 381500 MEKANEX konstruktörskatalogen-99). Dessa komponenter är valda att avbildas endast med sina yttermått, då det ansågs att deras placering i assemblymodellen var viktigare än hur utformningen av deras kuggar ser ut (Bilaga 6.2).. 4.3 Hållare Huset, eller den egentliga skärhållaren, är konstruerad med avseende på att den ska rymma de komponenter som ska ingå i låsningsmekanismen. Detta leder till att skärhållaren eventuellt blir för stor för att kunna användas vid invändig bearbetning.. 4.4 Elmotor/Drivsystem Själva drivenheten som sätter kilarna i rörelse och på så sätt låser fast skäret kan vara av varierande slag. En elmotor är en relativt billig och enkel lösning, men det går även att lösa med någon typ av hydraulisk eller pneumatisk utrustning.. 10.

(20) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 5 Beräkningar De ingående komponenter, som anses vara kritiska ur hållfasthetssynpunkt i konceptet, är beräknade för hand. Vissa delar av principlösningen som modelleras i UG, FEM-analyseras med programet ANSYS 5.7. Programmet tillverkas av ANSYS Incorporated. Detta program väljs framför allt på grund av möjligheten till mer avancerade beräkningar. ANSYS 5.7 är även godkänt för att beräkna komponenter som skall användas inom flygindustrin. En del av koncepten, som inte är utvecklade till en slutgiltig lösning, är inte FEM beräknade i ANSYS 5.7. I alla beräkningar som utförs i rapporten är friktionskoefficienten satt till 0.1. Vilket är friktionskoefficienten för välsmord kontakt stål mot stål. Dimensionering av kugghjul och kuggstänger utgår ifrån MEKANEX konstruktörskatalogen99. Med utgångspunkt att kuggstången skall ge en vertikal kraft med storlek 800 N kan man med formler ur katalogen räkna ut det vridmoment som kugghjulet måste överföra. Enligt denna formel är kugghjulets vridmomentet för ett antal olika kuggstänger (med olika delningsdiametrar) uträknade. Dessa resultat har jämförts med tabell (MEKANEX sid 1:7), som anger vilket vridmoment olika kugghjul är dimensionerade för. Ett lämpligt kugghjul har valts.. 5.1 Skruvens funktion För att ta reda på den kraft som haken skall dras nedåt med måste man ta reda på vilken funktion den egentligen har. Gruppen har resonerat kring problemet och kommit fram till att: •. Skruven klarar inte av att själv hålla skäret, då den skulle böjas av. Detta leder till slutsatsen att nackstödet låser skäret (Figur 2).. •. Skäret är konstruerat så att det ej kan tippa. Skärkraftsresultanten verkar innanför skärets kant annars skulle skäret skjuvas av (Figur 2).. Dessa två resonemang leder till att skruvens funktion är att hindra skäret att glida över nackstödet vid början av ingrepp då krafterna verkar radiellt.. 11.

(21) Automatisering av byte\indexering av vändskär. Figur 2: Böjmoment på skruven och skärets tippning. 12.

(22) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 5.2 Friläggning och beräkning 5.2.1. Friläggning. Skärkraften (F1) generar dels skjuvkraften (F3), normalkraften (F2) samt friktionskraften (F2 friktion). Detta ger att (F2) vill trycka upp skäret med 217.28 N längst med nackstödets yta. Alltså måste det till en kraft nedåt för att motverka detta. Denna kraft måste enligt uträkning vara 218.52 N i y-led. För att åstadkomma detta måste sprinten dras nedåt med 225.42 N. Beräkningarna finns att följa med bilder och förklaringar (Figur 3).. Figur 3: Friläggning och beräkning av fastlåsning. 13.

(23) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 5.2.2. FEM beräkning. Hakens form kring skaftet, som ligger mot skäret, är först ritad väldigt enkel. Efter analyser i ANSYS är formen förändrad för att få ned spänningskoncentrationer som uppstår precis vid början av ett ingrepp. Dessa ligger främst i avböjningen där haken börjar att luta de 10 graderna för att ligga mot skärets innerkant. För att minimera spänningar är kanterna avrundade (Bilaga 6.5) (Bilaga 7.7) (Bilaga 7.8) (Bilaga 7.9). Haken har även fått midjan som finns på dagens skruv vilket gör att skjuvspänningar i kanten mellan underläggsbricka och undre skärkant minskas (Bilaga 6.5).. 5.3 Beräkningar hållare För att se att hållaren klarar kraftsituationer, som kan uppstå under bearbetning, är den beräknad i de fall då krafterna är störst. Första fallet simulerar krafterna som uppstår vid fullt ingrepp, då kraften på 20 kN ligger vinkelrät mot underläggsbrickan. Vid denna beräkning ser man, trots de nya håligheterna som finns under skäret, att spänningen ej blir så stor att det inverkar på hållfastheten (Bilaga 7.1) (Bilaga 7.2) (Bilaga 7.3) (Bilaga 7.4). Hållfasthetskraven gäller även för det andra fallet där kraften är riktad rakt mot nackstöden (Bilaga 7.5) (Bilaga 7.6). De små spänningskoncentrationerna, vid kanten mellan nackstöden och ytan vid underläggsbrickan är singulariteter som är svåra att bli av med vid FEM beräkningar. Programmet räknar exakt och kraften är teoretiskt oändlig i en rät vinkel, till exempel ett hörn (Bilaga 7.2) (Bilaga 7.6).. 5.4 Beräkningar mekanism Kraften nedåt i sprinten skall åstadkommas genom att en kil trycker mot en så kallad medbringare, som sitter monterad med sprinten. När kilen trycker mot medbringaren pressas denna ner och följaktligen även sprinten (Figur 4). För att hålla skäret på plats är det känt att en kraft (F7) 225.41 N måste trycka sprinten rakt nedåt. För att ta reda på vilken kraft (F8) som behövs (Figur 4) för att åstadkomma (F7) börjar uträkningen baklänges med kil 2. Kil 2 När man löst ut normalkraften (N3) som en funktion av N kan man enkelt summera i Y-led och lösa ut N som en funktion av (F7). Kil 1 När man löst ut (N2) som en funktion av (N) kan man summera krafter i X-led och lösa ut (F8) som en funktion av (N).. 14.

(24) Automatisering av byte\indexering av vändskär. Härigenom kan man sedan få ut (F8) som en funktion av (F7). De variabler som påverkar ekvationen är vinkeln X och friktionskoefficienten η. Vinkeln X är satt till 45º och η är satt till 0.1.. Figur 4: Beräkning av mekanism. 15.

(25) Automatisering av byte\indexering av vändskär. 6 Slutsatser Produktutvecklings hjälpmedlen TRIZ, morfologisk analys samt Pughschema är kraftfulla hjälpmedel vid framtagning av nya koncept. Framförallt TRIZ-modellen gör att nya tankebanor kring problem utreds vilket skapar nya delkoncept som senare används i den morfologiska analysen och Pughschemat. Att modellera fram koncept tar mycket tid men ger en tydlig överblick av vilka detaljer som är möjliga förbättra. De ger en bra möjlighet för övriga inblandade i projektet att sätta sig in i problematiken och lösningsförslagen och på så sätt kunna ge sina åsikter som leder fram till bättre konceptlösningar. Den viktigaste slutsats, som påverkar arbetet som helhet, är skruvens funktion i dagens hållare. Under projektets gång har gruppen flera gånger stött på uppfattningen att skruven hindrar skäret från att tippa. Gruppen har under projektets gång kunnat dra slutsatsen att så inte är fallet. Skruvens primära funktion är att hindra skäret att skjuvas upp på hållaren vid början av ingrepp samt att hålla skäret på plats då det inte är i ingrepp. För vidare resonemang se kapitel 5.1. Gruppen har vid flertalet tillfällen även stött på uppfattningen att en mekanism är omöjligt att införliva i hållaren på grund av de kaviteter som uppstår. Den gängse uppfattningen är att kaviteterna försämrar hållfastheten till den grad att detta skulle vara omöjligt. Så är uppenbarligen inte alltid fallet. Projektet har genererat ett förslag som skulle uppfylla krav på hållfasthet.. 6.1 Analys av resultat Gruppen har haft stor nytta av de produktutvecklingsverktyg som har använts. Dessa har bidragit till en mer omfattande kunskap om det komplexa problemet. Det har också stimulerat den kreativa processen och på detta sätt bidragit med ett flertal olika idéer och koncept. Det har varit bra att utgå från ett standardiserat arbetssätt och på så sätt kunna styra arbetet. Gruppen har använt sig av CAD-modeller för att beskriva olika idéer och koncept för exempelvis handledare. Det har varit ett bra sätt att exemplifiera idéer, men med en viss reservation för att utomstående tenderar att se ”skissen” som ett genomarbetat koncept och på grund av detta fokuserat på de brister som modellen uppvisat. FEM-beräkningar har varit till stor nytta då de ger en bra fingervisning om koncepten klarar av de hållfasthetskrav som ställts.. 16.

(26) Automatisering av byte\indexering av vändskär. Projektet har visat att: • det är möjligt att utforma en hållare med kaviteter för att rymma till exempel mekanismer. •. den kraft som behövs för att låsa skäret är de nivåer storlekarna att den relativt lätt kan skapas.. Detta innebär att det är möjligt att konstruera en skärhållare som kan rymma mekanism för låsning/lossning/indexering av skär. Då det finns en stor möjlighet att minska ställtiden rekommenderas en fortsatt utveckling av projektet. Det slutgiltiga konstruktionsförlaget blir större än dagens hållare. Detta innebär att det kan bli problem vid invändig bearbetning då arbetstyckets minsta radie inte tillåter så stora hållare. Då det finns stora optimeringsmöjligheter vid en fortsatt utredning så finns stora möjligheter att konstruera hållaren mindre. De delar som inverkar på hållarens storlek är mekanismens komponenter. Då dessa är dimensionerade för att överföra en kraft större än den som krävs för att låsa skäret, kan mindre komponenter användas.. 6.2 Rekommendationer till fortsatt arbete Huset, eller den egentliga skärhållaren, är konstruerad med avseende på att den ska rymma de komponenter som skall ingå i låsningsmekanismen. Detta leder till att skärhållaren eventuellt blir för stor för att kunna användas vid invändig bearbetning. För att lösa detta problem bör man utreda: •. huruvida man kan använda mindre komponenter då det är dessa som sätter begränsningen för hur liten hållaren kan göras. Eftersom valen av komponenter har gjorts med utgång från ett standardsortiment så kan det visa sig att komponenter tillverkade i andra material kan göras mindre. Vad man bör tänka på är att komponenternas diameter inverkar mer dess bredd på husets slutgiltiga storlek.. •. val av andra komponenter. När lösningen med snäckhjul/snäckskruv valdes var det med avseende på dess självlåsande egenskaper. En vidareutredning kan visa att andra mekanismer än den gruppen valt kan vara mer lämpliga för detta ändamål.. 17.

(27) Automatisering av byte\indexering av vändskär. Referensförteckning 1. Munkenberg E-L, 1998, Rapportskrivning, Institutionen för Tekniks standard, HTU Teknik. 2. http://se.espacenet.com/. 3. http://www.mekanex.se/. 4. Mekanex A (kataloger). 5. http://www.coromant.sandvik.com/. 6. http://www.bulten.se/. 7. http://www.prv.se/. 8. Eriksson Mats, TRIZ – kompendium, Institutionen för Teknik, HTU. 9. Dahlberg T, 1997, Formelsamling i hållfasthetslära, Studentlitteratur. 10 Bodelind B, Persson A, 1989, Hållfasthets- och materialtabeller, Akademiförlaget 11 Beitz W, Küttner K H, 1989, Dubbel- Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer Verlag, Berlin 12 Eriksson L, Folkeson A, Hagman L, Söderberg L, Tisell C, Wallentin L, m.fl, 1998, Maskinelement Handbok, Instutitionen för maskinkonstruktion, Kungl. Tekniska Högskolan. 18.

(28) BILAGOR 1. INTRODUKTION. Licenstillverkade motordelar. 2. SKISSER. 2.1. Kugghjul med skär. 2.2. Kugghjul med fixtur. 2.3. magnetpoler 1. 2.4. magnetpoler 2. 2.5. motoriserad hake. 2.6. Rörlig krage. 2.7. Rörligt nackstöd med överhäng. 3 3.1. 4. PATENT US 4,024,777. CAD KONCEPT OCH DELLÖSNINGAR. 4.1. ”Klädborste” indexering. 4.2. Kulsprint. 4.3. Expanderande sprint. 4.4. Genua Kors. 5. CAD DE OLIKA MODELLERNA. 5.1. Fixtur (endast fixtur ej verktyg). 5.2. Hydrauliskt reglerad hake. 5.3. Kassett med evolvent kuggar. 6. CAD LÅSNINGSPRINCIPEN SOM VIDAREUTVECKLADES. 6.1. Översikt. 6.2. Assembly 1.

(29) 6.3. Mekanism. 6.4. Sprint, medbringare, bricka, brickskruv och skär. 6.5. Skär och sprint. 7. FEA AV VERKTYGSHÅLLARE. 7.1. Vy av verktygshållare från insida i genomskärning belastning under fullt ingrepp. 7.2. Närbild av verktygshållarens spets. 7.3. Vy av verktygshållare från utsidan. 7.4. Vy av mekanismhus från insida av hållare, belastning vid fullt ingrepp. 7.5. Vy av verktygshållare från insida i genomskärning, belastning vid början av ingrepp. 7.6. Närbild av verktygshållarens spets, belastning vid början av ingrepp. 7.7. Haken under utvecklingsfasen, tidig version, sedd från sidan i genomskärning. 7.8. Haken under utvecklingsfasen, sedd från sidan i genomskärning. 7.9. Haken, slutgiltig modell, sedd från sidan i genomskärning. 8 8.1. EXCEL Dimensionering av kugghjul. 8.2 Morfologisk Analys 8.2.1 Färgkodningsmall 8.2.2 Morfologisk analysmatris 8.3. Pugh Viktning. 8.4. Pugh efter poängbedömning. 9. DAGENS HÅLLARE. 9.1. Monterad. 9.2. Demonterad.

(30) Bilagor 1 Introduktion 1.1 Licenstillverkade motordelar.

(31) 2 Skisser 2.1 Kugghjul med skär.

(32) 2.2 Kugghjul med fixtur.

(33) 2.3 magnetpoler 1.

(34) 2.4 magnetpoler 2.

(35) 2.5 motoriserad hake.

(36) 2.6 Rörlig krage.

(37) 2.7 Rörligt nackstöd med överhäng.

(38) 3 Patent 3.1 US 4,024,777 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to cutting tools, such as are used to machine a workpiece being turned on a lathe, in which one or more cutting surfaces of a cutting implement must be rotationally indexed. The invention is particularly well adapted to the indexing of cutting bits having a number of cutting surfaces which are to be successively brought into a cutting position with respect to a holder or housing which mounts the bit. Such indexing may be necessary, for example, to present a new cutting surface to the work when one has become worn. In the past, such indexing has been performed manually. In particular, when one cutting surface of a bit has been used as desired, the machining operation is temporarily suspended while the bit is loosened on the holder, turned to present a new cutting surface to the work, and then retightened on the holder. This requires expensive loss of operating time. Additionally, it is inconvenient and even dangerous for the personnel who handle the bit since the latter becomes quite hot during use. Accordingly, there has been a need for a mechanism for automatically rotationally indexing a cutting implement, especially for indexing a cutting bit having a plurality of cutting surfaces so as to successively bring these surfaces into cutting position. 2. Description of the Prior Art U.S. Pat. No. 3,838,500 to Wirfelt discloses a bit holder in which a new cutting surface is provided by completely ejecting the used bit and bringing a new one into place from a storage magazine. U.S. Pat. No. 3,182,534 to Hoffman discloses a manually indexable bit in which a disc-like cutter is clamped in place between two plates. To change the cutting surface, a screw is loosened, one of the clamping plates is retracted slightly, and the cutter is manually rotated and then re-clamped. U.S. Pat. Nos. 3,449,990 to Harman and 3,461,525 to Courley both disclose turret assemblies for indexing a tool holder so as to bring different bits into cutting position or to change the orientation of a bit. Each of these devices is quite complicated and involves a number of relatively moving parts. To effect the indexing, in either of the two devices, an actuating handle must be moved arcuately..

(39) SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a cutting tool in which the bit or other cutting implement may be rotationally indexed automatically. Additionally, the present invention provides for such indexing by translation of a longitudinal force partially into a rotational force. The tool of the invention is relatively simple and may comprise as few as two parts which move relatively during the indexing operation. In particular, the cutting tool of the invention comprises a cutter assembly comprising a cutting implement, such as a bit, having a cutting surface, and a shank extending longitudinally from the cutting implement. A holder or housing assembly has a bore therein for receipt of the shank. Drive means are provided for longitudinally extending and retracting the shank in the bore of the housing. Guide surfaces interengageable between the cutter assembly and the housing assembly automatically rotate the cutter assembly upon extension and retraction of the shank in the housing bore by translating a portion of the longitudinal force involved into a rotative force. In a preferred embodiment of the invention, the guide surfaces are provided by a pin carried by the housing and extending into the bore and by radially offset areas on the exterior of the cutter shank which form shoulders therebetween for abutment with the sides of the pin. The shoulders may define two opposed sets of longitudinally opening notches, the number of notches in each set corresponding to the number of cutting surfaces on the bit. Then, as the shank is extended, the pin may move out of one notch and strike an opposed longitudinally and circumferentially inclined surface partially defining one of the notches of the other set. Upon continued extension of the shank, this surface translates a portion of the longitudinal force into rotational force thus causing the cutter assembly to rotate about its own axis until the pin strikes a longitudinal stop surface also partially defining the latter notch. The shank is now retracted, whereupon the pin strikes an oppositely inclined connecting surface between the open end of the first notch and the open end of an adjacent notch of the first set. Thus the connecting surface effects further rotation of the cutter assembly in the same direction while guiding the pin into the second notch of the first set. The cutter assembly will then be fixed against further rotation until the shank is once again extended and retracted in the housing bore. The preferred embodiment also includes a seating surface, which may be in the form of an angular shoulder, on the housing for abutment with a generally radially directed surface of the bit. Fixing means, such as wedge means, cooperative between the cutter assembly and the housing assembly, are provided for automatically urging the bit toward the seating surface during retraction of the shank. The drive means is preferably hydraulic or pneumatic, with a piston being formed on the cutter shank, and the bore of the housing being adapted to serve as a corresponding cylinder. Thus there are only two relatively moving parts in operation of the device, the cutter assembly and.

(40) the housing assembly. The hydraulic or pneumatic drive means may be quickly and automatically operated by a programming unit and, in any event, requires little or no loss in machining time. It is thus a principal object of the invention to provide an automatically indexable cutting tool. Another object of the invention is to provide a cutting tool in which a cutting implement is automatically indexed by translation of longitudinal force into rotational force. A further object of the present invention is to provide automatic fixing means in an automatically indexable cutting tool. Still another object of the invention is to reduce or eliminate losses in machining time during changing of the cutting surface of a cutting tool. Yet a further object of the present invention is to provide a relatively simple automatic indexing mechanism having a minimum number of relatively moving parts. Still other objects, features, and advantages of the present invention will be made apparent by the following description of a preferred embodiment, the drawings, and the claims.. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a tool holder, and drive means, in accord with the present invention, with activating means shown diagrammatically. FIG. 2 is a cross-sectional view on lines 2--2 of FIG. 1 showing the cutter assembly and a portion of the tool holder prior to indexing. FIGS. 3 and 4 are views similar to that of FIG. 2 showing the apparatus in successive steps of the indexing process.. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to FIG. 1, there is shown a tool holder 10 which serves as a housing for a cutter assembly including a bit 12. The bit 12 has four symmetrically arranged cutting surfaces or edges 14a-14d, surface 14a being shown in cutting position. Drive means comprising a power supply assembly 16 including a source of hydraulic or pneumatic fluid, a pump, etc., is connected to the tool holder 10 by conduits 17 to effect automatic indexing of the bit 12 in a manner to be more fully described below. A programming unit 18 is in turn connected to the.

(41) power supply assembly 16 so that the operation may be programmed, e.g. so that the bit 12 will be automatically indexed at given intervals. A switch 19 is also connected to the power supply assembly 16 to serve as a manual override to the unit 18. In some embodiments, switch 19 alone might be used. Referring now to FIG. 2 it can be seen that, in addition to the bit 12, the cutter assembly includes a shank extending longitudinally from the bit 12 into a bore in the tool holder 10. The shank includes a collet assembly 20 which extends through a central aperture 22 in the bit 12. Just below the collet assembly 20, the shank includes a short cylindrical section 24 which forms an upwardly directed shoulder 26. The bit 12 is seated on the shoulder 26 and the collet assembly 22 expanded by a screw 28 to securely fasten the bit to the shank. Below the short cylindrical section 24, the shank comprises a generally conical section 30, a reduced diameter elongate cylindrical stem section 32, and a large diameter cylindrical piston section 34. The bore in the tool holder 10 includes an upper conical section 36 adapted to seat the conical section 30 of the shank, a short reduced diameter cylindrical section 38 which slidably receives the stem section 32, and a large diameter elongate cylindrical section 40 which serves as a cylinder for the piston 34. As used herein, terms such as "radial, " "longitudinal," "circumferential," etc. will be generally construed with respect to the shank 24, 30, 32, 34 and the bore 36, 38, 40. Just above the conical section 36 of the bore, the tool holder 10 is cut away to form an upwardly axially directed face 42 and a generally radially directed L-shaped seating shoulder 44. A heat shield 46 is interposed between the bit 12 and the face 42 and is secured to the face 42 by a set screw 48. The piston section 34 is manufactured separately from the remainder of the shank and is emplaced in the large cylindrical section 40 of the bore from the lower end. The remainder of the shank is emplaced in the bore from the upper end so that the end of stem section 32 extends into the piston section 34 as shown in dotted lines. The stem section 32 may then be secured to the piston section by a pin 41 inserted through an opening 43 in the tool holder. Opening 43 is later plugged as shown. Stem section 32 may alternatively be affixed to piston section 34 in other ways such as by a threaded connection therebetween. The end of cylindrical section 40 of the bore is closed by a plug 45. The piston section 34 has O-rings 47 disposed in annular grooves adjacent its opposite ends to seal against the cylinder 40. An Oring 50 is disposed in an internal annular groove in cylindrical section 38 of the bore to seal against stem section 32. A pin member 52 is threaded into an opening in the tool holder so that its reduced diameter end portion 52a extends into the cylindrical section 40 of the bore. The piston section 34 of the shank has external radially offset areas, i.e. a radially upset area generally adjacent each end of the piston section 34 and a radially inset area therebetween. The end 52a of pin 52 is.

(42) received in the radially inset area so that it may abut the shoulders which are formed between the upset and inset areas. A pair of fluid passageways 54 and 56 extend through the tool holder to respective opposite ends of the cylinder 40. Each of the lines 17 from the power supply assembly 16 is communicatively connected to a respective one of the passageways 54 or 56. Fluid may be injected through passageway 56 and vented through passageway 54 to extend the shank of the cutter assembly in the bore of the tool holder, and the procedure may be reversed to retract the shank. The pin end 52a and the shoulders formed between the radially offset areas of the piston section 34 act as guide surfaces to translate a portion of the longitudinal force exerted by the fluid into rotational force so that, upon each extension and retraction of the shank, the bit 12 is indexed to move one of the cutting surfaces 14a-14d out of cutting position and bring the next cutting surface into cutting position. In particular, the shoulders formed between the radially offset areas of the piston section define a set of four parallel downwardly opening notches 58a-58d (three of which are shown) symmetrically circumferentially spaced around the piston section. Each of these notches has longitudinally extending side edges and is slightly wider than the pin end 52a so that end 52a may be received in the notch whereupon longitudinal movement of the shank, but not rotational movement, will be permitted. Adjacent ones of the notches 58a-58d are connected by respective longitudinally and circumferentially inclined connecting surfaces 60a-60d (three of which are shown). The shoulders between the radially offset areas of piston section 34 also define four surfaces 62a-62d (three of which are shown) longitudinally and circumferentially inclined in the opposite direction as surfaces 60a-60d. Each of the surfaces 62a-62d is generally opposed to a respective one of the notches 58a-58d, and extends circumferentially and longitudinally away from that notch so that it also generally opposes an adjacent one of the connecting surfaces 60a-60d. Each surface 62a-62d is connected to a respective longitudinally extending stop surface 64a-64d (three of which are shown) distal the opposed one of notches 58a-58d so that each pair of surfaces 62a and 64a, through 62d and 64d comprise one of a set of four generally upwardly opening notches each of which generally opposes a respective notch 58a58d and an adjacent connecting surface 60a-60d. FIG. 2 shows the apparatus with the shank of the cutter assembly fully retracted in the bore of the tool holder, the cutting surface 14a in cutting position, and the pin end 52a engaged in notch 58a at the closed end of said notch. To index the bit 12, fluid is injected through passageway 56 into the cylinder 40 and vented through passageway 54. Since the notch 58a permits longitudinal movement of the piston section 34, the shank will begin to be extended in the bore of the tool holder. As this extension continues, the pin end 52a will move out of notch 58a and strike the opposed inclined surface 62a. Since surface 62a is inclined downwardly and to the left, as viewed in the drawings, the cutter assembly will be forced to rotate in the.

(43) counterclockwise direction by the engagement of pin end 52a and surface 62a, a portion of the longitudinal force being translated into rotational force. The length of notch 58a is sufficient that the bit 12 will be clear of the seating shoulder 44 when this rotation begins. Surface 62a slides along pin end 52a until the latter strikes the stop surface 64a and the closed end of the notch formed by surfaces 62a and 64a as shown in FIG. 3. This prevents further extension of the shank of the cutter assembly. Fluid pressure is now applied to the cylinder 40 through passageway 54 and vented through passageway 56 to retract the shank. As the piston section 34 retracts, the pin end 52a will strike the connecting surface 60a so that further retraction will cause additional rotation in the counterclockwise direction, the interengaged pin end 52a and surface 60a translating a portion of the longitudinal retraction force into rotational force, as shown in FIG. 4. As the surface 60a slides along the pin end 52a, the latter is guided into notch 58b. When the pin end 52a enters the notch 58b, the cutting surface 14b will have rotated into alignment with the cutting position and additional rotation is prevented as the retraction continues and the bit 12 is seated on the tool holder. Subsequent extensions and retractions of the cutter assembly, will bring successive ones of the cutting surfaces 14a-14d into the cutting position. While the indexing operation has been described in a step-by-step manner, it should be understood that, with proper timing of the power supply means, the indexing occurs almost instantaneously so that interruption of the machining operation being performed by the bit 12 is interrupted insignificantly, if at all. The procedure is further streamlined by the use of the programming unit 18 which automatically actuates the power supply means 16 at predetermined intervals. Referring again to FIG. 3, it can be seen that the centerline of the conical section 36 of the bore in the tool holder is offset with respect to the remainder of the bore in the direction toward the seating shoulder 44. When the cutter assembly is in its fully extended position as shown, the entire shank, including conical section 30 is coaxial with the remainder of the bore. Stem section 32 is formed of spring metal so that, as the cutter assembly is retracted, the conical section 30 of the shank will be permitted to be wedged into seating engagement with conical section 36 of the bore so that the generally radially directed surfaces of bit 12 generally opposite the surface in cutting position will be firmly urged against shoulder 44 and held in place there while the cutter assembly remains retracted. Thus section 36 of the bore cooperates with section 30 of the cutter shank to serve as a fixing means for the assembly. Many modifications of the preferred embodiment of the invention shown above may be made without departing from the spirit of the invention. For example, the number of sets of guide surfaces on the piston section 34 could be changed to correspond to bits having more or less than four cutting surfaces. A projection such as pin end 52a might be provided on the piston section 34, rather than on the tool holder, with the radially offset areas being formed on the interior of the cylinder 40. Other modifications might involve changes in the configuration of the.

(44) guide surfaces, the use of other means for longitudinally extending and retracting the shank of the cutter assembly, etc. Accordingly it is intended that the scope of the invention be limited only by the claims which follow..

(45) 4 CAD Koncept och dellösningar 4.1 ”Klädborste” indexering.

(46) 4.2 Kulsprint.

(47) 4.3 Expanderande sprint.

(48) 4.4 Genua Kors.

(49) 5 CAD De olika modellerna 5.1 Fixtur (endast fixtur ej verktyg).

(50) 5.2 Hydrauliskt reglerad hake.

(51) 5.3 Kassett med evolvent kuggar.

(52) 6 CAD Låsningsprincipen som vidareutvecklades 6.1 Översikt.

(53) 6.2 Assembly 1.

(54) 6.3 Mekanism.

(55) 6.4 Sprint, medbringare, bricka, brickskruv och skär.

(56) 6.5 Skär och sprint.

(57) 7 FEA av verktygshållare 7.1 Vy av verktygshållare från insida i genomskärning belastning under fullt ingrepp. Verktygshållaren belastad men ett yttryck på 20000 N vinkelrät fördelad över ytan där underläggsbricka ligger..

(58) 7.2 Närbild av verktygshållarens spets. De blå områdena är spänningskoncentrationer. Dessa beror på att FEA programmet räknar med ett rätvinkligt hörn där kraften går mot oändligheten..

(59) 7.3 Vy av verktygshållare från utsidan.

(60) 7.4 Vy av mekanismhus från insida av hållare, belastning vid fullt ingrepp.

(61) 7.5 Vy av verktygshållare från insida i genomskärning, belastning vid början av ingrepp.

(62) 7.6 Närbild av verktygshållarens spets, belastning vid början av ingrepp. De blå områdena i kanten mot underläggsbrickan är spänningskoncentrationer. Dessa beror på att FEA programmet räknar med ett rätvinkligt hörn där kraften går mot oändligheten..

(63) 7.7 Haken under utvecklingsfasen, tidig version, sedd från sidan i genomskärning.

(64) 7.8 Haken under utvecklingsfasen, sedd från sidan i genomskärning.

(65) 7.9 Haken, slutgiltig modell, sedd från sidan i genomskärning.

(66) 8 Excel 8.1 Dimensionering av kugghjul Dim. kuggstång/kugghjul sid1:18 mekanex konstruktörskatalog. Mv. Do 1,4 1,4 2,8 2,8 2,8 2,8 3,6 3,6 5,6 5,6 5,6 5,6 6,2 6,2 6,2 6,2 7,2 7,2 7,2 7 7 9 10,8 10,8 10,8. F 3,5 3,5 7 7 7 7 9 9 14 14 14 14 15,5 15,5 15,5 15,5 18 18 18 17,5 17,5 22,5 27 27 27. 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800 800.

(67) 8.2 Morfologisk Analys 8.2.1. Färgkodningsmall. Inspänning av skär 1 Kulsprint 2 Magnetism 3 Vakuum 4 Koning 5 Expanderande sprint (stav inifrån) 6 Expanderande sprint ( stav utifrån) 7 Expanderande sprint (utanpåliggande ring) 8 Kardborrband 9 Rörligt nackstöd + pigg 10 Rörligt nackstöd + överhäng 11 Hake motoriserad 12 Liktjocking 13 Bajonettfattning. Indexering 1 Robot 2 Klädborsteprincipen 3 Kugghjul + skär 4 Kugghjul + fixtur 5 Magnetpoler 6 Gummihjul. Dämpning 1 Material 2 Design 3 Dämpkuddar 4 Design + Dämpkuddar 5 Material + Design 6 Material + Dämpkuddar 7 Material + Dämpkuddar + Design. Korrosionsbeständighet 1 Ytskikt 2 Material 3 Ytskikt + Material.

(68) 8.2.2. Morfologisk analysmatris. Hålla skär. Indexering. Dämpning. 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13. 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6. 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6. Tåla korrosion Kommentar. 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3. Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul.

(69) 13 13 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7. 3 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6. 7 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7. 3 3 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3. Bajonett ej förenlig med Kugghjul +skär Bajonett ej förenlig med Gummihjul (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot) (kräver yttre påverkan tex. Robot).

No results found