CH677633A5

CH677633A5 - High precision internal finishing apparatus - uses belt drive and friction wheel to rotate workpiece and hold it against oscillating tool carrier

Info

Publication number: CH677633A5
Application number: CH1124/90A
Authority: CH
Inventors: Elis Mantovani
Original assignee: Tdm S A
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1991-06-14

Abstract

A rotating tool is controlled to produce a high precision finish inside a workpiece (19) by operating an oscillating tool carrying mandrel drive through a connecting rod and crank mechanism by a variable frequency electric motor. The depth of travel of the tool is controlled by differential inductive sensors. The workpiece is rotated by a further motor with a driving belt (24) passing round two pulleys (23,33) with spindles passing through two pressure cylinders with their axes at an acute angle to the tool axis. At the end of one spindle (34) is a pressure wheel (26) so that the mandrel (17) is held against a reference shoulder (27) at the end face of the workpiece. ADVANTAGE - High precision finish.

Description

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CH677 633 A5 CH677 633 A5

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Descrizione Description

Nella moderna tecnica di rettifica di interni, dato l'elevato grado di progresso tecnologico oggi raggiunto, il traguardo che un costruttore di macchine utensili si ripropone è quello di affinare le prestazioni delle singole unità nel senso dell'aumento della precisione e della affidabilità dell'unità stessa nell'assicurare il più ristretto campo di tolleranze dimensionali dei pezzi lavorati. In modern interior grinding technology, given the high degree of technological progress achieved today, the goal that a machine tool manufacturer proposes is to refine the performance of the individual units in the sense of increasing the precision and reliability of the unit itself in ensuring the narrowest range of dimensional tolerances of the machined pieces.

Net campo specifico della microrettifica di interni, essenziale è il preciso controllo e l'immediata rilevazione in «continuo», della profondità di passata data l'esiguità dello spessore dello strato di materiale ad asportare (nell'ordine di pochi centesimi di millimetro). With the specific field of interior micro grinding, the precise control and immediate "continuous" detection of the depth of the pass is essential given the small thickness of the layer of material to be removed (in the order of a few hundredths of a millimeter).

Nelle caratteristiche proprie dell'unità oggetto della presente invenzione, questo aspetto specifico, come pure quello dell'estrema precisione, sono stati risolti con soluzioni innovative, e parimenti innovative e notevoli sono i diversi altri dispositivi che compongono l'unità stessa e che ne garantiscono una precisione di funzionamento ed una manovrabilità non ancora raggiunte dalle macchine analoghe attualmente esistenti sul mercato. In the characteristics of the unit object of the present invention, this specific aspect, as well as that of extreme precision, have been resolved with innovative solutions, and equally different and remarkable are the various other devices that make up the unit itself and that guarantee its operating precision and maneuverability not yet achieved by similar machines currently on the market.

Oggetto dell'invenzione è un'unità per la rettifica ad alta precisione di interni, caratterizzata dalla parte caratterizzante della rivendicazione 1. The object of the invention is a unit for high precision internal grinding, characterized by the characterizing part of claim 1.

Una preferita forma di realizzazione è caratterizzata dalla parte caratterizzante delle rivendicazioni 2,3,4,5. A preferred embodiment is characterized by the characterizing part of claims 2,3,4,5.

Nella fig. 1 è rappresentata la vista della sezione del mandrino porta-utensile e del braccio girevole porta-pezzo. In fig. 1 shows the view of the section of the tool-holder spindle and of the piece-holder rotating arm.

Nella fig. 2 è rappresentata la sezione assiale del dispositivo porta-pezzo e del braccio girevole porta-pezzo. In fig. 2 shows the axial section of the work-piece holder device and of the work-piece rotating arm.

Nella fig. 3 è rappresentata la sezione assiale dell'insieme utensile-pezzo da lavorare. In fig. 3 shows the axial section of the tool-workpiece assembly to be machined.

Nella fig. 4 è rappresentata la sezione assiale del dettaglio del dispositivo per la trasmissione del moto rotatorio al pezzo. In fig. 4 shows the axial section of the detail of the device for transmitting the rotary motion to the piece.

Nella ftg. 5 è rappresentata la vista frontale schematica dello stesso dispositivo. In the ftg. 5 is a schematic front view of the same device.

Il pezzo da lavorare 19, fig. 3 viene fissato sull'estremo 17', fig. 2 del braccio girevole portapezzo 17, braccio che, infulcrato intorno al perno 18, è montato su cuscinetti a contatto obliquo 30, 30', 30", 30"', fig. 1. Solidale a detto braccio girevole 17 è un'asta 16 alla quale sono assicurati almeno due contrappesi 20, 21 di posizione variabile, variando la posizione dei quali si ottiene la desiderata forza dì accostamento fra utensile e pezzo nel corso della lavorazione, forza che, per l'equilibrio alla rotazione del braccio girevole 17 è appunto funzione della distribuzione geometrica delle sue masse. The workpiece 19, fig. 3 is fixed on the end 17 ', fig. 2 of the workpiece swivel arm 17, arm which, pivoted around the pin 18, is mounted on angular contact bearings 30, 30 ', 30 ", 30"', fig. 1. A rod 16 is integral with said revolving arm 17 to which at least two counterweights 20, 21 of variable position are secured, varying the position of which the desired approach force between tool and workpiece is obtained during processing, a force which , for the rotation equilibrium of the rotating arm 17, it is precisely a function of the geometric distribution of its masses.

Va detto che sia il braccio porta-pezzo che i contrappesi sono dimensionati in modo da offrire un momento di inerzia alla rotazione relativamente alto, al fine di ammortizzare senza rimbalzi gli urti fra utensile e pezzo dovuti all'esistenza di microasperità sulla superficie da lavorare. It must be said that both the work-piece arm and the counterweights are sized so as to offer a relatively high moment of inertia to rotation, in order to cushion without impact the impacts between tool and workpiece due to the existence of micro-roughness on the surface to be worked.

La rotazione del braccio girevole 17 viene ottenuta per mezzo dell'elettromotore 8 il quale, per opera di un sistema di ruotlsmi 9,10,11,12, con una voluta demoltiplicazione finale, causa con la sua rotazione la rotazione del perno filettato 13, il quale, con il suo spostamento assiale, provoca un pari spostamento assiale del riscontro 15 che, essendo a contatto con l'asta 16, ne permette una voluta rotazione relativa al perno 18, con conseguente rotazione del braccio girevole porta-pezzo 17 nel quale l'asta 16 è incastrata, nel senso dell'avanzamento del pezzo 19 nella direzione di accostamento radiale all'utensile 2. The rotation of the rotating arm 17 is obtained by means of the electric motor 8 which, by means of a system of wheels 9,10,11,12, with a desired final demolition, causes with its rotation the rotation of the threaded pin 13, which, with its axial displacement, causes an equal axial displacement of the striker 15 which, being in contact with the rod 16, allows a desired rotation relative to the pin 18, with consequent rotation of the piece-holder rotating arm 17 in which the rod 16 is embedded, in the direction of the advancement of the piece 19 in the direction of radial approach to the tool 2.

Il pezzo 19, fig. 4 da lavorare viene fatto ruotare durante la lavorazione per effetto dell'attrito su di esso esercitato dalla ruota 26, di trascinamento la quale è calettata sull'alberino 34 della puleggia 23 e che è posta in rotazione con la puleggia dal motore elettrico 25, fissato al dispositivo porta-pezzo, per opera del collegamento effettuato dalla cinghia elastica di trasmissione 24, la quale genera la voluta pressione di accostamento tra utensile e pezzo esercitando una trazione sulla puleggia (33) fissata sul braccio girevole porta-pezzo 17. Piece 19, fig. 4 to be machined is rotated during processing due to the friction exerted on it by the driving wheel 26, which is keyed onto the shaft 34 of the pulley 23 and which is set in rotation with the pulley by the electric motor 25, fixed to the workpiece holder device, by means of the connection made by the elastic transmission belt 24, which generates the desired approach pressure between tool and workpiece by exerting a traction on the pulley (33) fixed on the workpiece holder rotating arm 17.

La tensione di tale cinghia è predeterminata, e può variare a seconda del tipo di lavorazione e delle dimensioni del pezzo da lavorare. The tension of this belt is predetermined, and can vary according to the type of processing and the size of the workpiece.

Va notato che l'asse dell'alberino 34 è inclinato rispetto all'asse del pezzo 19 da lavorare, in modo tale che, la forza esercitata sul pezzo dalla ruota 26 di trascinamento per effetto della cinghia 24 generi anche una componente assiale nel senso di fare costantemente aderire il pezzo contro il piano dello spallamento 27 di riferimento durante tutta la lavorazione. It should be noted that the axis of the shaft 34 is inclined with respect to the axis of the piece 19 to be machined, so that the force exerted on the piece by the drive wheel 26 due to the effect of the belt 24 also generates an axial component in the direction of constantly adhere the piece against the plane of the reference shoulder 27 during the whole process.

Notevolmente innovativo, come già anticipato, è il sistema di rilevamento e controllo in continuo, durante la lavorazione, della forza esercitate ira utensile 2 fig. 3 e pezzo 19 facendo riferimento alla quale è possibile esercitare un preciso controllo dello spessore del materiale asportato, ovvero della profondità di passata. Tale sistema è ricavato per mezzo del sensore induttivo differenziale 28 fig. 2 applicato all'estremo del canotto 29, coassiale all'as- -ta 16 e come essa solidale al braccio girevole portapezzo 17. Remarkably innovative, as already anticipated, is the continuous detection and control system, during processing, of the force exerted on the tool 2 fig. 3 and piece 19 with reference to which it is possible to exercise a precise control of the thickness of the removed material, or of the depth of pass. This system is obtained by means of the differential inductive sensor 28 fig. 2 applied to the end of the sleeve 29, coaxial with the rod 16 and as it is integral with the revolving workpiece holder arm 17.

11 sensore 28 rileva la variazione delle distanze relative fra le pareti interne 29', 29" del canotto 29 e l'estremo 16' dell'asta 16. The sensor 28 detects the variation of the relative distances between the internal walls 29 ', 29 "of the sleeve 29 and the extreme 16' of the rod 16.

Praticamente, il sensore rileva la variazione della freccia di flessione all'estremo 16' dell'asta 16, che si verifica allorché il momento (relativo all'asse del perno) del peso del braccio girevole 17 porta-pezzo genera una forza di realizzazione operata dal riscontro 15, non venendo detto momento più controbilanciato dal momento causato dalla fotza di accostamento fra utensile e pezzo, per avere l'utensile ormai asportato il materiale relativo alla profondità di passata voluta. Practically, the sensor detects the variation of the deflection arrow at the extreme 16 'of the rod 16, which occurs when the moment (relative to the axis of the pin) of the weight of the workpiece rotating arm 17 generates an operating force from the striker 15, since it is not said that the moment is more counterbalanced by the moment caused by the approach between the tool and the piece, in order to have the tool now removed the material relating to the desired depth of cut.

Essendo tale profondità di passata proporzionale allo spostamento assiale del riscontro effettuato dal motore elettrico 8, essa sarà controllabile mediante l'azionamento e l'arresto del motore elettrico 8 stesso, operati per mezzo dell'intervento dell'anzidetto sensore 28 in funzione appunto della voluta profondità di passata. Since this depth of passage is proportional to the axial displacement of the striker carried out by the electric motor 8, it will be controllable by activating and stopping the electric motor 8 itself, operated by means of the intervention of the aforementioned sensor 28 as a function of the desired depth of pass.

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Questo sistema innovativo praticamente permette, note le caratteristiche geometriche del braccio girevole porta-pezzo e delle masse ad esso applicate, di programmare ia forza di accostamento fra utensile e pezzo nonché l'avanzamento voluto del riscontro 15 corrispondente al desiderato accostamento radiale fra utensile e pezzo, ovvero dello spessore del materiale da asportare. Indipendentemente dal tempo di lavorazione, quindi, l'unità si arresterà automaticamente e precisamente nel momento in cui la profondità di passata voluta verrà raggiunta. L'asta 16, è dimensionata in modo da ottenere, in corrispondenza di un previsto momento flettente, una freccia al suo estremo sufficiente a provocare l'eccitazione del sensore 28. This innovative system practically allows, given the geometric characteristics of the piece-holder rotating arm and the masses applied to it, to program the approach force between tool and piece as well as the desired advancement of the striker 15 corresponding to the desired radial approach between tool and piece , or the thickness of the material to be removed. Regardless of the processing time, therefore, the unit will stop automatically and precisely when the desired depth of cut is reached. The rod 16 is sized so as to obtain, at a predicted bending moment, an arrow at its extreme sufficient to cause the sensor 28 to energize.

Un'ultima considerazione la merita il moviménto del mandrino 1, fig. 1 porta-utensile. Tale mandrino che, azionato da un motore elettrico 3, assicura il moto rotatorio di lavoro dell'utensile 2, è a sua volta animato da un moto rettilineo alternato di corsa fissa e di frequenza variabile fino a 140 periodi al minuto. Tale moto alternato gli è trasmesso dal motore elettrico 6 asincrono a frequenza variabile collegato al mandrino tramite un sistema a biella 4 e manovella 5. Il moto suddetto, data la peculiarità della cinematica del sistema biella-manovella presenta, nella direzione dell'asse dell'utensile, un'accelerazione che varia con continuità per tutta la lunghezza della corsa, e ciò evita che l'utensile 2, a causa delle sue inevitabili microirregolarità dimensionali, ripeta traiettorie di lavoro preferenziali sui pezzo, causando la formazione di microrigature o di crateri sulla superficie finita. A last consideration deserves the movement of the spindle 1, fig. 1 tool holder. This spindle which, driven by an electric motor 3, ensures the rotary motion of the tool 2, is in turn animated by an alternating rectilinear motion of fixed stroke and of variable frequency up to 140 periods per minute. This alternate motion is transmitted to it by the variable frequency asynchronous electric motor 6 connected to the spindle by means of a connecting rod system 4 and crank 5. The aforementioned motion, given the peculiarity of the kinematics of the connecting rod-crank system, presents, in the direction of the axis of the tool, an acceleration that varies continuously for the entire length of the stroke, and this prevents tool 2, due to its inevitable dimensional micro-irregularities, from repeating preferential work paths on the piece, causing the formation of micro-grooves or craters on the finished surface.

li moto alternato dell'utensile è infine utile a favorire, mediante un effetto «di raschiatura» la rimozione per forza centrifuga dei trucioli che rimangono incastrati fra i grani riportati della punta dell'utensile. Finally, the reciprocating motion of the tool is useful for promoting, by means of a "scraping" effect, the removal by centrifugal force of the shavings that get stuck between the grains shown at the tip of the tool.

Le figure allegate e descritte rappresentano solo una preferita forma di realizzazione dell'unità oggetto dell'invenzione, forma che non è limitativa nè vincolativa per quanto riguarda le possibili variazioni dimensionali e di disposizione delle parti eventualmente richieste dai diversi tipi di lavorazione effettuabili dall'unità stessa. The attached and described figures represent only a preferred embodiment of the unit object of the invention, a form that is not limiting nor binding as regards the possible dimensional variations and arrangement of the parts possibly required by the different types of processing that can be carried out by the unit. same.

Claims

claims

1. Unit for high precision internal grinding, characterized;

- by members (6,4,5) able to control the tool holder spindle so that it can rotate and translate at the same time with alternating rectilinear motion and variable frequency;

- by a sensor for the continuous detection and control of the depth of the passage during the processing as a function of changes in the intensity of the tool / piece approach force;

- by what the workpiece (19, fig. 4) is rotated by the friction exerted on it by a drive wheel (26) connected to or to a motor (25), the axis of said drive wheel (26), being inclined with respect to the axis of the piece (19), so as to also communicate to it an axial component in the sense of keeping it constantly supported during processing against a reference shoulder (27).

Unit according to claim 1, characterized by: a tool-holder spindle (1, fig. 1) which ensures, by means of an electric motor (3), the rotary motion of the tool (2) and is in turn animated by an alternating rectilinear motion of fixed stroke and of variable frequency up to 140 periods per minute, motion which is transmitted to it, preferably through a connecting rod (4) and crank system (5), by an asynchronous variable frequency electric motor (6) .

3. Unit according to claims 1 and 2, characterized in that it includes a workpiece holder device which also acts as a support for an electric motor (8), which, acting on a system of mechanisms (9, 10, 11, 12) of desired final duplication, rotates a threaded pin (13) which, with its axial displacement, causes an equal displacement of a striker (15) which, being in contact with a rod (16), with said displacement it allows a desired rotation relative to a pin (18) with consequent rotation of a rotating work-holding arm (17) integral with it, in the sense of approaching the piece (19, fig. 3) to the tool (2, fig. 3) ), having this approach with a desired force, depending on the arrangement of at least two counterweights (20, 21, fig. 2) of variable position secured to the workpiece holding arm (17).

Unit according to claims 1,2,3 with device for the transmission of a rotary motion to the piece (19, fig. 4) to be machined, characterized by: a square (22, fig. 2) pivoted on the revolving arm -piece (17, fig. 2) at one end (22 ') of which is fixed a pulley (23) connected by means of an elastic transmission belt (24) to an electric motor (25, fig. 5), belt elastic (24) which, with a desired tension, causes the pulley to rotate around a shaft (34, fig. 4) on which a drive wheel (26) is coaxially keyed which adheres, with a force also dependent on traction that the belt (24) exerts on a 2nd pulley (33) fixed on the piece-holder swivel arm (17) against the piece (19) and causes it to rotate by friction during processing and being the shaft axis ( 34) inclined with respect to the axis of the piece (19) to be machined, so that the force exerted by the driving wheel (26) on the piece (19) also generates an axial component in the sense of making the piece adhere against the plane of a reference shoulder (27) during the whole process.

Unit according to claims 1, 2, 3, 4, characterized by a continuous detection and control system of the force exerted between tool (2, fig. 3) and workpiece (19, fig. 3) during machining, referring to which it is possible to exercise control of the desired depth of passage, system obtained by means of a differential inductive sensor (28, fig. 2) applied to the end of a quill (29) coaxial to the rod (16) and as integral with it to the piece-holder rotating arm (17), this sensor (28) detecting the variations of the relative distances between the internal walls of the quill (29 ', 29 ") and the end (16') of the rod (16), or in practice, the variation in bending of the rod (16) with the consequent variation

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nor of an elastic arrow at its ends (16 '), which occurs when the moment relative to the axis of the pin (18) of the weight of the rotating work-holding arm (17) generates a reaction force from the striker (15), no longer being counterbalanced by the moment caused by the juxtaposition force between tool and workpiece to have the tool (2, fig. 3) now removed from the workpiece (19), the material relating to the desired depth of cut, being this depth of cut proportional to the axial movement of the striker (15, fig. 2) operated by the electric motor (8), and therefore controllable by activating and stopping the electric motor (8) operated by the intervention of the aforesaid differential inductive sensor (28), in {anointing of the desired passage depth.

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