CZ307560B6

CZ307560B6 - A method of manufacturing a screw by milling

Info

Publication number: CZ307560B6
Application number: CZ2017-475A
Authority: CZ
Inventors: Jiří Vyšata
Original assignee: Západočeská Univerzita V Plzni
Priority date: 2017-08-18
Filing date: 2017-08-18
Publication date: 2018-12-05
Also published as: CZ2017475A3

Abstract

A method of manufacturing a screw by milling when the workpiece is clamped in a rotating spindle and a pin milling tool is directed against the workpiece. The axes of rotation of the milling tool and the workpiece are nonparallel and nonintersecting during the entire milling process, wherein the axis of the milling tool is located behind the axis of the workpiece towards the sense of rotation of the workpiece. The axes of rotation of the milling tool and the workpiece may be mutually selectively displaceable. The angle of adjustment of the major edge of the milling tool is preferably less than 20°.

Description

Způsob výroby šneku frézovánímMethod of screw production by milling

Oblast technikyField of technology

Vynálezem je způsob výroby šneku frézováním, kdy obrobek je upnut v otáčejícím se vřetenu polohovacího zařízení, kde proti obrobku směřuje čepový frézovací nástroj.The invention is a method of manufacturing a screw by milling, wherein the workpiece is clamped in a rotating spindle of a positioning device, where a pin milling tool is directed against the workpiece.

Dosavadní stav technikyPrior art

Výrobu šneku lze realizovat mnoha způsoby. Tato součást má rotační základní tvar opatřený závitem, který na obou koncích vyžaduje frézování, jinak je ale průběžný. Proto je alespoň teoreticky možné vyrobit závit soustružením. Limitujícím faktorem je však značně vysoké stoupání, které pro řadu soustruhů může být nad rozsah jejich možností. Výkon obrábění by byl dán především výkonem stroje a tuhostí upnutí. Navíc by se konce žeber závitu musely frézovat dodatečně.The production of a screw can be realized in many ways. This part has a rotating basic shape provided with a thread, which requires milling at both ends, but is otherwise continuous. Therefore, it is at least theoretically possible to produce a thread by turning. However, the limiting factor is the considerably high pitch, which for many lathes may be beyond the range of their possibilities. Machining performance would be determined primarily by machine performance and clamping rigidity. In addition, the ends of the thread ribs would have to be additionally milled.

Za použití válcové nebo toroidní frézy lze šroubovici frézovat na frézce vybavené čtvrtou osou polohovacím zařízením. Polohovací zařízení se nastavuje do určité polohy a v té se zabrzdí. V této poloze se pak frézou obrobí veškerý dostupný povrch a případně se vymění fréza za menší průměr nebo za kulovou frézu, která bude mít v některých místech lepší přístup než válcová či toroidní fréza. Nevýhodou tohoto způsobu je přetržitost obrábění, nutnost měnit nástroje provázená spotřebou času, proměnlivost záběrových podmínek ve vztahu k tomu, v jaké relativní poloze vůči obrobku se nástroj nachází, z čehož plyne, že optimální mohou být jen v některých okamžicích. Produktivita takto postupně polohované výroby je obecně nižší a kvalita zpracování také. Podobně jako v předchozím případě lze na frézce vybavené čtvrtou osou vyrobit šroubovici rotačním frézováním, avšak toto vyžaduje, aby rotační osa měla souvislé řízení a aby nebyla polohována a brzděna, ale aby se průběžně otáčela. Proces frézování by tak mohl být kontinuální z hlediska polohy nástroje vůči povrchu, což umožňuje dosahovat optimálních záběrových podmínek. Nevýhodou tohoto způsobu je výsledný směr řezných sil, který přetěžuje polohovací zařízení. Kupříkladu už při hloubce řezu pouhých 0,1 mm může být zařízení tak přetíženo, že může dojít k prokluzu zubového řemenu a k přehřátí krokových motorů. Při frézování na válcovém plášti vzniká řezná síla s významnou tangenciální složkou vůči obrobku, ta na rameni poloměru od osy obrobku vyvolává odpovídající kroutící moment.Using a cylindrical or toroidal milling cutter, the helix can be milled on a milling machine equipped with a fourth axis positioning device. The positioning device is set to a certain position and brakes there. In this position, the cutter then machines all the available surface and, if necessary, replaces the cutter with a smaller diameter or a ball cutter, which will have better access in some places than a cylindrical or toroidal cutter. The disadvantages of this method are the continuity of machining, the need to change tools accompanied by time consumption, the variability of engagement conditions in relation to the relative position of the tool to the workpiece, which means that they can only be optimal at certain moments. The productivity of such gradually positioned production is generally lower and the quality of processing as well. As in the previous case, a helix can be produced on a milling machine equipped with a fourth axis by rotary milling, but this requires that the rotary axis has continuous control and that it not be positioned and braked, but rotated continuously. The milling process could thus be continuous in terms of the position of the tool relative to the surface, which makes it possible to achieve optimal engagement conditions. The disadvantage of this method is the resulting direction of the cutting forces, which overloads the positioning device. For example, even at a cutting depth of only 0.1 mm, the device can be so overloaded that the toothed belt can slip and the stepper motors can overheat. When milling on a cylindrical shell, a cutting force with a significant tangential component relative to the workpiece is generated, which generates a corresponding torque on the arm of the radius from the workpiece axis.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Vynálezem je způsob výroby šnekového kola frézováním. Tento způsob výroby spočívá v tom, že obrobek je upnut v otáčejícím se vřetenu, kde proti obrobku směřuje čepový frézovací nástroj. Osy otáčení frézovacího nástroje a obrobku jsou vzájemně mimoběžné, přičemž osa frézovacího nástroje je vůči smyslu osy otáčení obrobku situována za osou obrobku. Takovéto provedení má za následek odlehčení zatížení polohovacího zařízení. Přesměrování zatížení je tedy provedeno posunutím nástroje za osu obrobku.The invention is a method of manufacturing a worm wheel by milling. This method of production consists in that the workpiece is clamped in a rotating spindle, where a pin milling tool faces the workpiece. The axes of rotation of the milling tool and the workpiece are parallel to each other, the axis of the milling tool being situated behind the axis of the workpiece with respect to the direction of the axis of rotation of the workpiece. Such an embodiment has the effect of relieving the load on the positioning device. Thus, the load is redirected by moving the tool behind the workpiece axis.

Je výhodné, pokud jsou osy otáčení frézovacího nástroje a obrobku vzájemně volitelně mimoběžné posunutelné, čímž je možno regulovat vzájemnou polohu frézovacího nástroje a obrobku.It is advantageous if the axes of rotation of the milling tool and the workpiece are optionally displaceably displaceable relative to one another, so that the relative position of the milling tool and the workpiece can be regulated.

Je rovněž výhodné, pokud je vhodně nastaven úhel nastavení hlavního ostří. Úhel nastavení hlavního ostří frézovacího nástroje v takovém případě nepřesahuje 20°, a to z toho důvodu, aby řezná síla nesměřovala tečně s povrchem obrobku, ale co nejblíže do jeho osy.It is also advantageous if the setting angle of the main blade is set appropriately. In this case, the setting angle of the main cutting edge of the milling tool does not exceed 20 °, so that the cutting force is not directed tangentially to the workpiece surface, but as close as possible to its axis.

- 1 CZ 307560 B6- 1 CZ 307560 B6

Podstata této metody spočívá ve snaze dosáhnout stability řezného procesu při použití štíhlého nástroje, který by se při standardních řezných podmínkách pro hrubování rozechvěl vlivem radiální složky řezných sil vzhledem k ose nástroje. Potlačení této složky se realizuje právě prostřednictvím razantního snížení úhlu nastavení hlavního ostří, takže výsledná síla se převede téměř do axiálního směru nástroje. V podmínkách obrábění šneků však není zapotřebí mít štíhlý nebo příliš vyložený nástroj a ztráta stability řezu tedy nehrozí. Při obrábění šneků se pouze využívá přesměrování vektoru řezných sil do axiálního směru nástroje. Ten je při radiální orientaci osy nástroje vůči obrobku a polohovacímu zařízení právě vhodný pro minimalizaci kroutícího momentu na polohovacím zařízení. Obrys žebra v rozvinutém tvaru tvoří dvě šikmé čáry vzdálené od sebe podle toho, v jaké výšce lichoběžníkového profilu se aktuálně frézuje. Konturu je obecně vhodné objíždět sousledně. Úhel stoupání šroubovice ale způsobí, že při tečném dotyku nad osou obrobku dojde k vysunutí osy nástroje mimo osu obrobku. Ortogonální rotační frézování pak je navíc excentrické. Při kombinaci pravé šroubovice žebra a sousledného obrábění pravořezné frézy je toto vysunutí před osu nástroje na stranu, kde směr řezných sil způsobí zvýšení kroutícího momentu na polohovací zařízení. Při nesousledném obrábění je ale realizováno vysunutí frézovacího nástroje za osu obrobku.The essence of this method lies in the effort to achieve stability of the cutting process using a slender tool, which would vibrate under standard cutting conditions for roughing due to the radial component of the cutting forces with respect to the tool axis. The suppression of this component is realized precisely by a sharp reduction of the setting angle of the main blade, so that the resulting force is transferred almost to the axial direction of the tool. However, under screw machining conditions, it is not necessary to have a slim or over-unloaded tool, so there is no risk of cutting stability. When machining screws, only the redirection of the cutting force vector to the axial direction of the tool is used. With a radial orientation of the tool axis relative to the workpiece and the positioning device, it is just suitable for minimizing the torque on the positioning device. The contour of the rib in the developed shape is formed by two oblique lines spaced apart from each other, depending on the height of the trapezoidal profile that is currently being milled. It is generally advisable to traverse the contour sequentially. However, the helix pitch angle causes the tool axis to extend out of the workpiece axis when tangentially touched over the workpiece axis. In addition, orthogonal rotary milling is eccentric. When combining the right helix of a rib and the subsequent machining of a right-hand milling cutter, this extension is in front of the tool axis to the side where the direction of the cutting forces causes an increase in the torque on the positioning device. However, in the case of non-consecutive machining, the milling tool is extended beyond the workpiece axis.

Proto je zejména při prvním profrézování prostoru mezi závity žebra potřeba ovládat nástroje tak, že vůči kontuře vykonává nesousledné frézování, které má jinak několik nepříznivých aspektů. Kontury se však v této fázi nástroj nedotýká, a tak jsou významné jen ty aspekty, které mají vliv na stabilitu procesu obrábění a zejména silové účinky. Boční přísuv frézy je však v této situaci téměř roven průměru nástroje a proto je otázka sousledného či nesousledného frézování téměř bezvýznamná. Naopak je zde velmi významný kladný vliv vysunutí frézy za osu obrobku směru ose otáčení obrobku, přičemž se ještě významně sníží sledovaný kroutící moment, jak je vidět z porovnání Obr. 1 a Obr. 2. Pro frézování načisto je poté použita plunžrovací fréza, jejíž přínos spočívá ve zvýšení produktivity využitím jejího velkého mezikruží pro boční přísuv.Therefore, especially during the first milling of the space between the rib threads, it is necessary to control the tools in such a way that it performs non-consecutive milling relative to the contour, which otherwise has several unfavorable aspects. However, the contour is not touched by the tool at this stage, so only those aspects that affect the stability of the machining process and especially the force effects are significant. However, the lateral feed of the cutter in this situation is almost equal to the diameter of the tool and therefore the issue of consecutive or non-consecutive milling is almost irrelevant. On the contrary, there is a very significant positive effect of extending the cutter beyond the workpiece axis in the direction of the workpiece rotation axis, while the monitored torque is further significantly reduced, as can be seen from the comparison of FIG. 1 and FIG. 2. A plunger is then used for finishing milling, the benefit of which is to increase productivity by using its large intermediate ring for side feed.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Na Obr. 1 a Obr. 2 je schematicky znázorněn způsob výroby šneku, kdy osa frézovacího nástroje je vůči smyslu osy otáčení obrobku situována za osou obrobku a před osou obrobku vůči smyslu osy otáčení obrobku.In FIG. 1 and FIG. 2 schematically shows a method of manufacturing a screw, in which the axis of the milling tool is situated behind the workpiece axis relative to the workpiece axis and in front of the workpiece axis relative to the workpiece axis of rotation.

Příklad uskutečnění vynálezuExample of an embodiment of the invention

Tlačný šnek je rotační součást, na jejímž válcovém plášti vystupuje žebro s lichoběžníkovým profilem vinoucím se podél šroubovice. Série mírně odlišných šneků se nasadí na společný tm a vytvoří tak šnekovnici pro odlučování vody z gumové hmoty při výrobě gumy.The pressure screw is a rotating part, on the cylindrical shell of which a rib with a trapezoidal profile winding along a helix protrudes. A series of slightly different screws are mounted on a common dark, thus creating a screw box for separating water from the rubber mass during rubber production.

Způsob výroby tlačného šneku je realizován frézováním, kdy obrobek je upnut v otáčejícím se vřetenu polohovacího zařízení. Proti obrobku směřuje čepová fréza, přičemž frézovací nástroj a obrobek jsou vzájemně volitelně mimoběžné posunutéIné. Osa čepové frézy je vůči smyslu ose otáčení obrobku situována za osou obrobku ve smyslu pracovního posuvu frézovacího nástroje. Osy otáčení frézovacího nástroje a obrobku jsou vzájemně volitelně mimoběžné posunutelné. Úhel nastavení hlavního ostří frézovacího nástroje K_r je 15°. Dokončovací operace prostoru válcového dna šneku je realizováno frézováním za použití plunžrovacího nástroje.The method of manufacturing the pressure screw is realized by milling, when the workpiece is clamped in the rotating spindle of the positioning device. The end mill faces the workpiece, the milling tool and the workpiece being optionally offset from one another. The axis of the end mill is situated behind the axis of the workpiece relative to the direction of the axis of rotation of the workpiece in the direction of the working feed of the milling tool. The axes of rotation of the milling tool and the workpiece can optionally be displaced relative to one another. The setting angle of the main blade of the milling tool K _r is 15 °. The finishing operation of the cylindrical bottom space of the auger is realized by milling using a plunger.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze uplatnit zejména ve strojírenství při výrobě tvarově složitějších rotačních výrobků konvenčními metodami obrábění.The invention can be applied in particular in mechanical engineering in the production of more complex rotary products by conventional machining methods.

Claims

A method of manufacturing a screw by milling, wherein the workpiece is clamped in a rotating spindle, where a pin milling tool faces 5 workpieces, characterized in that the axes of rotation of the milling tool and the workpiece are parallel to each other, the axis of the milling tool in the sense of the axis of rotation of the workpiece situated behind the axis of the workpiece.

A method of manufacturing a screw by milling according to claim 1, characterized in that the axes of rotation ίο of the milling tool and the workpiece are optionally displaceably displaceable relative to one another.

A method of manufacturing a screw by milling according to claim 1 or 2, characterized in that the setting angle of the main edge of the milling tool is less than 20 °.