CZ284554B6 - Způsob opracování kulové plochy a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Řešení se týká způsobu opracování povrchu kulové plochy /41/ koule /4/ na dříku /5/ s možností volného otáčení kolem osy tohoto dříku /5/ a/nebo spolu s tímto dříkem /5/, při kterém se tato koule /4/ přitlačuje k rotačně symetrické vnitřní pracovní ploše /3/ otáčejícího se nástroje /1/ a mění se vzájemný úhel os dříku /5/ a nástroje /1/. Nástroj /1/ se udržuje v axiálním směru v neměnné poloze a kulová plocha /41/ se přítlakem k vnitřní pracovní ploše /3/ rotujícího nástroje /1/ opracovává za volného vedení této kulové plochy /41/ v nejméně jednom směru kolmém k ose dříku této kulové plochy /41/. Příslušné zařízení k provádění tohoto způsobu sestává z rotujícího nástroje /1/ s rotačně symetrickou vnitřní pracovní plochou /3/, na kterou s možností měnění vzájemného úhlu os dosedá kulová plocha /41/ koule /4/ uložené volně otočně na dříku /5/ a/nebo volně otočně spolu s tímto dříkem /5/. Poměr poloměru /r.sub.B.n./ této kulové plochy /41/ k poloměru zakřivení vnitřní pracovní plochy /3/ ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu opracování povrchu kulové plochy koule na dříku s možností volného otáčení kolem osy tohoto dříku a/nebo spolu s tímto dříkem, při kterém se tato koule přitlačuje k rotačně symetrické vnitřní pracovní ploše otáčejícího se nástroje a mění se vzájemný úhel os dříku a nástroje. Vynález se dále týká zařízení k provádění tohoto způsobu, které sestává z rotujícího nástroje s rotačně symetrickou vnitřní pracovní plochou, na kterou s možností měnění vzájemného úhlu os dosedá kulová plocha koule uložené volně otočně na dříku a/nebo volně otočně spolu s tímto dříkem.

Dosavadní stav techniky

Dosavadní technologie používají pro opracování kulového povrchu broušení či honování vnitřní hranou hrncového nástroje. Nástroj je upnut ve vřetenu jednoúčelového brusného či honovacího stroje a je posuvný podél osy vřetene. Koule je proti němu pevně vedena buď upnutím za dřík, pokud je jim opatřena, nebo vedením za kulovou plochu ve dvojitém vedení kuželovými prizmatickými válečky. Nevýhodou prvního způsobu je složité a časově náročné upnutí dříku vzhledem k často malému upínacímu prostoru mezi koulí a místem upnutí a vzhledem k často malému upínacímu prostoru mezi koulí a místem upnutí a vzhledem k velkému rozdílu průměru koule a menšího dříku, jehož upínací plocha je často kuželová. Nevýhodou druhého způsobuje vzhledem k potřebné velké přesnosti obtížné a časově náročné seřízení středu koule od osy vřetene. U obou způsobů pak je nevýhodou složité seřizování přísuvu nástroje do záběru po orovnání pomocí orovnávacích kotoučů.

Z dokumentu US 5,319,891 je znám způsob a nástroj pro jemné obrábění alespoň části kulové plochy, která se obrábí nástrojem s pracovní plochou, která má výslovně shodný poloměr zakřivení jako obráběná kulová plocha. Je zde popsána rotace obrobku kolem jeho osy, přitlačování obrobku k nástroji a broušení obrobku při polohování jejich os tak, že tyto svírají tupý úhel menší než 180 stupňů. V jednom ze znázorněných provedení má pracovní plocha tvar kulového vrchlíku a je zřejmě ve všech případech opatřena brusivém. Nevýhodou tohoto řešení je skutečnost, že pro daný poloměr broušené kulové plochy se vždy musí použít nástroj s pracovní plochou se shodným poloměrem zakřivení. Nelze zde hovořit o samočinném vystřeďování a optimální není ani vlastní proces broušení, protože řešení má nevyhnutelný sklon k zadírání na sebe dosedajících ploch. Účinnost broušení je dále snižována nevyřešeným odstraňováním obroušeného materiálu a částic uvolněného, popřípadě spotřebovaného brusivá.

Úkolem vynálezu je proto nalezení způsobu a jemu odpovídajícího zařízení, které umožní podstatné zjednodušení stávajících technologií a tím i snížení nákladů jak na strojní vybavení, tak i na vlastní opracování.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých způsobů a zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje způsob opracování povrchu kulové plochy koule na dříku s možností volného otáčení kolem osy tohoto dříku a/nebo spolu s tímto dříkem, při kterém se tato koule přitlačuje k rotačně symetrické vnitřní pracovní ploše otáčejícího se nástroje a mění se vzájemný úhel os dříku a nástroje, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že nástroj se udržuje v axiálním směru v neměnné poloze a klová plocha se přítlakem k vnitřní pracovní ploše rotujícího nástroje

-1 CZ 284554 B6 opracovává za volného vedení této kulové plochy v nejméně jednom směru kolmém k ose dříku této kulové plochy.

Podstata zařízení k provádění tohoto způsobu, které sestává z rotujícího nástroje s rotačně symetrickou vnitřní pracovní plochou, na kterou s možností měnění vzájemného úhlu os dosedá kulová plocha koule uložené volně otočně na dříku a/nebo volně otočně spolu s tímto dříkem, spočívá podle vynálezu v tom, že poměr poloměru této kulové plochy k poloměru zakřivení vnitřní pracovní plochy nástroje v rovině, ve které leží osa tohoto nástroje, je v rozsahu 0 až 0,8.

Uvedené prakticky znamená, že poloměr zakřivení vnitřní pracovní plochy nástroje je znatelně větší než poloměr broušené kulové plochy, což zahrnuje i případ, že poloměr zakřivení vnitřní pracovní plochy nástroje je nekonečný, což je případ kuželové vnitřní pracovní plochy. Je možný dokonce i případ, kdy střed zakřivení vnitřní plochy nástroje leží na opačné straně broušené kulové plochy, což je případ hyperboloidního pásu nebo vrchlíku.

Průběh zakřivení vnitřní pracovní plochy nástroje tedy může být při dodržování výše uvedené podmínky v zásadě libovolný, z praktických, zejména výrobních důvodů je však výhodné, jestliže vnitřní pracovní plocha nástroje má tvar komolého kužele, popřípadě kulového pásu, paraboloidního pásu, paraboloidního vrchlíku, hyperboloidního pásu či hyperboloidního vrchlíku.

Zmíněná vnitřní pracovní plocha nástroje je nejméně na své části opatřena brusivém. Zvláště praktické je pak provedení, ve kterém je vnitřní pracovní plocha nástroje nejméně na své části opatřena brusivém naneseným na brusném pásku, který je uspořádán na této vnitřní pracovní ploše. Toto řešení umožňuje snadnou obnovu brusivá při jeho opotřebení, popřípadě záměnu stávajícího brusivá za jiné brusivo.

Z hlediska dalšího zjednodušení náhrady nebo výměny brusivá je pak dále mimořádně výhodné řešení spočívající vtom, že vnitřní pracovní plocha nástroje je nejméně na své části opatřena brusivém naneseným na brusném pásku, který je na této vnitřní pracovní ploše uchycen vložením do zářezů, které jsou vytvořeny v axiálně vnějším okraji nástroje.

Koule se tedy opracovává nástrojem, upnutým v pevném, to jest v axiálním směru nepohyblivém vřetenu a opatřeným vnitřní pracovní plochou obvykle kuželového tvaru, do které je koule vedena tak, aby osy vřetene a dříku koule byly různoběžné. V praktickém případě se může jednat o technologii opracování vnějších koulí ojnic u pístů ojničkové konstrukce pro hydrostatické převodníky, zejména po vytvrzení povrchů kompletního pístu nitridací či cementací. Podstata řešení spočívá v tom, že kompletní píst, ručně vedený za vnější povrch vlastního pístu, se vnější koulí ojnice zasune do vnitřního kuželového otvoru brusného nástroje, jehož brusná plocha, to jest vnitřní pracovní plocha, je opatřena vhodným brusivém, tak, že osa pístu a osa nástroje jsou různoběžné. Otáčením brusného nástroje je ojnice unášena a rotuje spolu s nástrojem, přičemž vzhledem k různoběžnosti obou os jsou unášecí rychlosti v dotyku koule ojnice a kuželu nástroje rozdílné, takže dochází k relativnímu pohybu vnějších ploch koule i nástroje a tím k brusnému efektu. Opakovanou změnou úhlu mezi osou nástroje a osou pístu dochází k relativnímu pohybu zmíněných ploch po celém povrchu koule a tím k jejímu celkovému obroušení.

Výhodou řešení podle vynálezu je samočinné nastavení středu koule do osy vřetene, jednoduché vedení obrobku do záběru s nástrojem, snadná změna přítlaku mezi nástrojem a obrobkem, uvedení obrobku do rotace unášením a snadná případná výměna brusného povrchu nástroje. Další významnou výhodou je skutečnost, nástroj je do značné míry univerzální, to jest jeden nástroj je možno použít pro broušení kulových ploch různých poloměrů. Nezanedbatelnou výhodou je i podstatně lepší odstraňování obroušeného materiálu a zbytků brusivá, což přináší zvýšení účinnosti a rychlosti broušení.

-2CZ 284554 B6

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na neomezujících příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 vzájemnou polohu nástroje a koule na dříku při opracování kulové plochy,

- na obr. 2 tvar nástroje při použití brusivá naneseného přímo na vnitřní pracovní plochu tohoto nástroje, která má tvar komolého kužele,

- na obr. 2a alternativní provedení nástroje s vnitřní pracovní plochou ve tvaru kulového pásu,

- na obr. 2b alternativní provedení nástroje s vnitřní pracovní plochou ve tvaru paraboloidního pásu,

- na obr. 2c alternativní provedení nástroje s vnitřní pracovní plochou ve tvaru hyperboloidního pásu,

- na obr. 3 v osovém řezu a čelním pohledu tvaru nástroje při použití brusivá, naneseného na brusném pásku a vkládaného do nástroje.

Příklady provedení vynálezu

V nástroji 1, upnutém ve vřetenu 2 a rotujícím spolu s tímto vřetenem 2 kolem společné osy, je vytvořena vnitřní pracovní plocha 3. Její rozměry jsou vhodně voleny tak, aby koule 4 na dříku

5, který je například tvořen ojnicí spojenou s pístem 6 spojem, dovolujícím rotaci ojnice uvnitř tohoto pístu 6, se při zasunutí do pracovní plochy 3 opírala o tuto pracovní plochu 3 nedaleko od jejího axiálně vnějšího okraje 11. Takto vzniklý komplet, to jest ojnice představující dřík 5 a píst

6, je za vnější plochu 7 pístu 6 manuálně veden tak, aby koule 4 na dříku 5 se svou plochou opírala o vnitřní pracovní plochu 3 nástroje 1, přičemž nastavení středu 8 koule 4 do osy vřetene 2 se provádí samočinně stykem vnitřní pracovní plochy 3 nástroje 1 a povrchu koule 4 na dříku 5. Píst 6 je veden tak, aby osa pístu 6 a tedy i dříku 5 a osa vřetene 2 a tím i nástroje 1 byly různoběžné, takže ve stykové kružnici pracovní plochy 3 a koule 4 jsou vzdálenosti jednotlivých styčných bodů od osy pístu 6 různé, jak je znázorněno na obr. 1 jsou styčné body A a B, jejichž vzdálenosti od osy pístu 6 jsou popsány poloměry r_A, a r_B. Dřík 5 tvořený ve znázorněném příkladu provedení ojnicí, která může v pístu 6 volně rotovat kolem své osy, je stykem koule 4 s vnitřní pracovní plochou 3 nástroje 1 unášen, takže rotuje spolu s nástrojem 1. Vzhledem k různým vzdálenostem styčných bodů A, B od osy rotace dochází k relativnímu pohybu mezi koulí 4 a vnitřní pracovní plochou 3, opatřenou brusivém 9, takže dochází k broušení vnějšího povrchu koule 4. Úhle sklonu mezi oběma osami, to jest vřetene 2 a dříku 5, se při pracovním procesu plynule mění, takže postupně všechny body povrchu koule 4 se stávají styčnými body A, B s pracovní plochou 3 a tím dojde k obroušení celého povrchu koule 4.

Vnitřní pracovní plocha 3 nástroje 1, s tvarem nakresleným na obr. 2, je v praktickém provedení poblíž svého axiálně vnějšího okraje 11 opatřena brusným páskem 91, na kterém je naneseno vhodné brusivo 9 s velkou odolností proti opotřebení, například diamantový prach nebo kubický nitrid bodu. Tvar nástroje 1, nakreslený na obr. 3, je vhodný pro použití brusivá, naneseného na pružném podkladu, například smirkového plátna. Nástroj i je u axiálně vnějšího okraje 11 své vnitřní pracovní plochy 3 opatřen zářezy 10, do kterých se založí brusný pásek 91, který se opírá o vnitřní pracovní plochu 3, zářezy 10 je držen proti pohybu a brusnou plochou směřuje k opracovávané kouli 4.

-3 CZ 284554 B6

Podstata vynálezu byla v příkladu provedení popsána na konkrétním příkladu jeho použití k broušení koule 4 spojené pevně s koncem dříku 5, který je v tomto případě tvořen ojnicí uloženou otočně v pístu 6. Je však zřejmé, že řešení podle vynálezu lze obecně použít k opracování kulových ploch 41 u všech částí, které umožňují rotaci obráběné koule 4 kolem osy různoběžné s osou nástroje 1, to jest jeho vřetene 2, přičemž možnosti rotace koule 4 může být dosaženo i vedením součástí s opracovávanou kulovou plochou 41 ve vhodném držáku.

Konkrétně toto může být provedeno tak, že dřík 5, na jehož jednom konci je pevně uspořádána koule 4, je svým druhým koncem upnut ve volně otočném sklíčidle, které takto nahradí píst 6 popsaný v souvislosti s konkrétním příkladem použití řešení. Musí být přitom zajištěna možnost měnění velikosti úhlu, který osa tohoto sklíčidla svírá s osou vřetene 2.

Jinou praktickou možností je případ, že koule 4 sama je na konci dříku 5 již uložena otočně kolem jeho osy. Zmíněné sklíčidlo, popřípadě píst 6 popsaný v souvislosti s konkrétním použitím, pak může být nahrazen neotočným držákem dříku 5, přičemž analogicky jako v předchozím případě musí být zajištěna možnost měnění velikosti úhlu, který svírá osa dříku 5 s osou vřetene 2.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (2)

1. Způsob opracování povrchu kulové plochy koule na dříku s možností volného otáčení kolem osy tohoto dříku a/nebo spolu s tímto dříkem, při kterém se tato koule přitlačuje k rotačně symetrické vnitřní pracovní ploše otáčejícího se nástroje a mění se vzájemný úhel os dříku a nástroje, vyznačující se tím, že nástroj (1) se udržuje v axiálním směru v neměnné poloze a kulová plocha (41) se přítlakem k vnitřní pracovní ploše (3) rotujícího nástroje (1) opracovává za volného vedení této kulové plochy (41) v nejméně jednom směru kolmém k ose dříku této kulové plochy (41).

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, které sestává z rotujícího nástroje s rotačně symetrickou vnitřní pracovní plochou, na kterou s možností měnění vzájemného úhlu os dosedá kulová plocha koule uložené volně otočně na dříku a/nebo volně otočné spolu s tímto dříkem, vyznačující se tím, že poměr poloměru (r_B) této kulové plochy (41) kpoloměru zakřivení vnitřní pracovní plochy (3) nástroje (1) v rovině, ve které leží osa tohoto nástroje (1), je v rozsahu 0 až 0,8.

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující nástroje (1) má tvar komolého kužele. s e tím, že vnitřní pracovní plocha (3) 4. Zařízení podle nároku 2, vyznačující nástroje (1) má tvar kulového pásu. s e tím, že vnitřní pracovní plocha (3) 5. Zařízení podle nároku 2, vyznačující nástroje (1) má tvar paraboloidního pásu. s e tím, že vnitřní pracovní plocha (3) 6. Zařízení podle nároku 2, vyznačující nástroje (1) má tvar paraboloidního vrchlíku. s e tím, že vnitřní pracovní plocha (3) 7. Zařízení podle nároku 2, vyznačující nástroje (1) má tvar hyperboloidního pásu. s e tím, že vnitřní pracovní plocha (3)

-4CZ 284554 B6

8. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnitřní pracovní plocha (3) nástroje (1) má tvar hyperboloidního vrchlíku.

9. Zařízení podle nejméně některého z nároků 2 až 8, vyznačující se tím, že 5 vnitřní pracovní plocha (3) nástroje (1) je nejméně na své části opatřena brusivém (9) naneseným na brusném pásku (91), který je uspořádán na této vnitřní pracovní ploše (3).

10. Zařízení podle nejméně některého z nároků 2 až 9, vyznačující se tím, že vnitřní pracovní plocha (3) nástroje (1) je nejméně ve své části opatřena brusivém (9) naneseným

10 na brusném pásku (91), který je na této vnitřní pracovní ploše (3) uchycen vložením do zářezů (10), které jsou vytvořeny v axiálně vnějším okraji (11) nástroje (1).