FI69262B - Metod foer bearbetande av haol med ett sfaeriskt verktyg - Google Patents

Description

roi «« KUULUTUSJULKAISU ,λλ,λ $ST$ 6 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 6 9262 • C (45) Patentti myönnetty

Patent meldclnt 10 01 1086 N ' (51) Kv.lk.4/lnt.CI.* B 23 D 77/1 ^ S UO M I—FI N L A N D (21) Patenttihakemus— Patentansfikning 772330 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 01 . 08.77 (FI) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 01.08.77 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentllg 02.02.79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväkslpanon ja kuul.julkaisun pvm.— 30.09.85

Patent- och registerstyrelsen ' 1 Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet (71) Kaiiningradsky Tekhnichesky Institut Rybnoi Promychlennosti i Khozyaistva, Sovetsky Prospekt, 1, Kaliningrad, USSR(SU) (72) Lev Aronovich Gik, Kaliningrad, USSR(SU) (7*0 Oy Kolster Ab (5**) Menetelmä reikien koneistamiseksi pallomaisella työkalulla -Metod för bearbetande av hai med ett sfäriskt verktyg Tämä keksintö liittyy menetelmiin reikien koneistamiseksi leikkaamalla ja pinnan plastisella deformaatiolla ja erityisesti menetelmiin reikien koneistamiseksi pallomaisilla työkaluilla, joiden pallomaisilla pinnoilla on työn suorittavia osia.

Keksintöä voi käyttää tehokkaimmin hyväksi verraten syvien reikien (1/d !>10) koneistamiseksi ja reikien koneistamiseksi 2:een tai 3:een tarkkuusluokkaan. Lisäksi po. keksintöä voi käyttää kaikenlaisten, myöskin viistettyjen, läpi ulottuvien reikien koneistamiseksi.

Aikaisemmin tunnetaan menetelmiä reikien koneistamiseksi pallomaisilla työkaluilla, joiden pallomaisella pinnalla on työn suorittavia osia ja joihin sisältyy työkalun ja työkappaleen vieminen pääkoneistusliikkeen ja aksiaalisen syöttöliikkeen läpi. Esim. sellainen menetelmä reikien koneistamiseksi plastisella deformaatiolla on laajalti tunnettu, jossa työkalu viedään sileän pallon muodossa pääkoneistusliikkeen läpi, joka osuu yhteen aksiaalisen syöttöliik- 2 69262 keen kanssa. Lisäksi tunnetaan reikien koneistusmenetelmä, jossa suoritetaan kalvaminen pallomaisella työkalulla, jonka pallomaisella pinnalla on leikkuuteriä. Tässä menetelmässä suoritetään pää-koneistusliike pyörittämällä tylkalua sen geometrisen akselin ympäri, joka osuu yhteen reiän akselin kanssa, ja syottöliike suoritetaan viimeksi mainittua akselia pitkin.

Edellä mainittuja, tunnettuja menetelmiä toteutettaessa suorittavat reiän varsinaisen koneistamisen työkalun työosien samat, pienet osat näitä vaihtamatta, koska prosessin kinematiikka ei sallisi työosien osien siirtämistä suhteessa reiänmuotoilualueeseen. Tämän seurauksena on vain osa pallomaisen työkalun työosien pinnasta käytössä varsinaisessa koneistustyössä, puhumattakaan siitä, että nämä varsinaisesti koneistavat osat kuumenevat liikaa, jolloin ne kuluvat ennenaikaisesti. Lopulta koko työkalu on käyttökelvoton vain lyhyen käyttöajan jälkeen, koska koneistustyön tehokkuus huononee ja koneistettavien reikien laatu kärsii.

Po. keksinnön eräänä tavoitteena on mainittujen haittojen poistaminen.

Po. keksinnön päätavoitteena on kehittää menetelmä reikien koneistamiseksi pallomaisella työkalulla, jonka tulisi parantaa leikkausolosuhteita, pidentää työkalun kestoikää ja laajentaa sen sovellutusalaa sen ansiosta, että pallomaiselle työkalulle annetaan ylimääräinen liike.

Keksinnön kohteena on siis menetelmä reikien koneistamiseksi pallomaisella työkalulla, jonka pullomaisessa pinnassa on työstävät elementit, jossa menetelmässä työkalu ja työkappale saatetaan keskinäiseen liikkeeseen, ts. pääasialliseen koneistusliikkeeseen ja aksiaaliseen syöttöliikkeeseen. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että pääasiallinen koneistusliike aikaansaadaan samanaikaisesti kun pallomainen työkalu tekee heiluvaa liikettä suhteessa työkappaleeseen koneistettavaan reikään.

Kun pääkoneistusliike suoritetaan siten, että pallomaista työkalua heilutetaan suhteessa koneistettavaan reikään, on po. menetelmässä saatu aikaan työkalun työosien niiden osien jatkuva vaihto, jotka ovat käytössä varsinaisessa koneistuksessa, pallomaisen kaistan sisällä, joka ts. muodostaa osan pallomaisesta pinnasta ja jonka määrittää työkalun keskeinen heilumis- tai keinumiskulma 2 OC .

Näin ollen työkalun kestoikä tai kulumisenkestävyys verrattuna aikaisemmissa menetelmissä tunnettuun työkaluun paranee ainakin yhtä 69262 paljon kuin on tietyllä hetkellä varsinaisesti koneistavia kappaleita kussakin työosakappaleessa mainitun pallomaisen kaistan puitteissa. Lisäksi työkalun työosien jokainen mainittu osa tulee käytetyksi vain lyhyen hetken koneistustyössä (jopa vain sekunnin murto-osien aikana), kun tapahtuu näiden osien jatkuva vaihto, jolloin osa ei ehdi ylikuumentua, mikä parantaa koneistusolosuhteita, pidentää entisestään työkalun kestoikää ja parantaa pinnan laatua. Tämä työkalun kulumisenkestävyydessä saavutettu moninkertainen hyöty parantaa vuorostaan koneistustarkkuutta johtuen työkalun paremmasta mitanpitävyydestä ja parantaa lisäksi koneistustyön tehokkuutta.

Eräs tärkeä ja hieman yllättävä tulos toteutettaessa tässä esiteltävä menetelmä reikien koneistamiseksi leikkaamalla terälli-sellä, pallomaisella työkalulla on lastujen kinemaattinen rikkoutuminen tai silputus leikkaustyön aikana, mikä johtuu terän kaltevuuskulman arvon ja suunnan säännöllisestä muuttumisesta suhteessa koneistusnopeuden vektoriin työkalun jokaisen heilahdusjak-son aikana. Tämä ilmiö on erityisen tärkeä kun koneistetaan verraten syviä reikiä, jolloin lastut ja silppu on poistettava tehokkaasti koneistusalueelta.

*

On todettu sopivaksi toteuttaa työkalun heilahtelu pyörittämällä työkalua ja työkappaletta suhteellisesti niiden vastaavien geometristen akseleiden ympäri, jotka ulottuvat terävässä kulmassa Cxsuhteessa toisiinsa.

Edellä kuvattu periaate tarjoaa menetelmän toteutukselle yksinkertaisimman kinematiikan ilman että aikaisempien menetelmien liikkeisiin tarvitsee lisätä mitään absoluuttisia liikkeitä; lisäksi, mikä ei ole vähemmän tärkeää, po. menetelmä voidaan tällä tavoin toteuttaa olemassa olevilla yleiskoneilla.

Vaihtoehtoisesti voi riippumaton käyttömekanismi heiluttaa työkalua. Tämä on osoittautunut erityisen sopivaksi tapauksissa, joissa käytetään terällisiä, pallomaisia työkaluja, joita pyöritetään kulmanopeudella * joka valitaan seuraavalta alueelta:

OcosoC < Wt < jossa on työkappaleen pyörimisen kulmanopeus; o£on kulma työkalun kiertoakselin ja reiän geometrisen akselin välillä; on työkalun pyörimisen kulmanopeus.

-__ - Il 69262 Tässä tapauksessa terällisen työkalun kaikki terät osallistuvat koneistuksen leikkaustyöhön työkalun jokaisen kierroksen aikana, jolloin leikkaussyvyyttä ja koneistusnopeutta voidaan lisätä.

On täysin mahdollista antaa työkalulle pyörimisliike sen ja työkappaleen välisen vuorovaikutuksen avulla. Tällöin ei tarvita eri käyttömekanismia työkalun heiluttamiseksi ja menetelmän toteutus on helpompi; jos käytetään terällistä, pallomaista työkalua, niin tämän jokainen terä suorittaa tällöin leikkauksen työkalun ensimmäisen puolikierroksen aikana ja silottelee työkappaleen reiän pintaa toisen puolikierroksen aikana, mikä parantaa tarkkuutta ja pinnan laatua.

Mahdollisimman tehokkaan koneistuksen saamiseksi olisi pallomainen työkalu asennettava siten suhteessa työkappaleeseen, että sen kiertoakseli leikkaa koneistettavan reiän geometrisen akselin pallon keskipisteessä. Näin saavutetaan työkalun kaikkien työosien samanaikainen osanotto koneistustyöhön ja kuormitus jakaantuu tasaisesti reiän koko kehälle, mikä parantaa koneistustarkkuutta.

Mikäli suoritetaan puoliviimeistelykoneistus leikkaamalla, voidaan pallomainen, terällinen työkalu asentaa niin, että sen kiertoakseli ei leikkaa koneistettavan reiän geometristä akselia, vaan ulottuu vain tämän poikki. Tällöin on mahdollista suorittaa leikkaus verraten suurella leikkaussyvyydellä olosuhteissa, joissa työkalu saa pyörimisliikkeen toimimalla yhdessä koneistettavan reiän kanssa, mikä helpottaa koneistamista.

Po. keksintöä kuvataan seuraavassa lähemmin sen toteutusmuotojen avulla ja viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviomaista poikkileikkauskuvantoa pallomaisesta työkalusta, joka keksinnön mukaisesti heiluu suhteessa koneistettavan työkappaleen reikään; kuvio 2 esittää samanlaista poikkileikkauskuvantoa työkalusta, jota käytetään pyörittämällä; ja kuvio 3 esittää kaaviomaista poikkileikkauskuvantoa työkappaleen ja työkalun suhteellisista asennoista, kun po. keksinnön erään aspektin mukaisesti pallomaisen työkalun akseli ulottuu koneistettavan reiän akselin poikki tätä leikkaamatta.

Oheisissa piirustuksissa näytetään menetelmä reiän koneistamiseksi leikkaamalla ja pinnan plastillisella deformaatiolla käyttäen pallomaista työkalua (kuvio 1), joka kantaa pallomaisella pin- 5 69262 nallaan työn suorittavat osat 2, jotka on tehty joko leikkuuterien 3 muodossa tai muotoa muuttavien osien, esim. pyöristettyjen ulkoilemien 4, muodossa. Työkalu 1 on kiinnitetty jollakin sopivalla, alan asiantuntijoiden tuntemalla tavalla joko työkalun otsalevylle tai karalle tai koneistustyökalun takatukeen, luistiin tai etutukeen (mitään näistä ei ole näytetty), jolloin työkappale 5 on asennettu joko koneistustyökalun karalle, tukeen tai työtasolle (ei myöskään näytetty). Koneistustyökalun käytintä (ei-näytetty) käytetään työ-kappaleen 5 ja/tai työkalun 1 siirtämiseksi suurimman työliikkeen V ja syöttöliikkeen S läpi. Esim. voi pääkoneistusliike olla pyöritys työkappaleen 5 koneistettavan reiän 6 akselin L-L ympäri. Syöttöliike S suoritetaan pitkin akselia L-L. Työkalu 1 viedään kosketukseen reiän 6 sisäpinnan kanssa ja koneistus suoritetaan samalla kun työkalua 1 heilutetaan suhteessa koneistettavan reiän 6 tähän pintaan, esim. pallomaisen pinnan 2 keskipisteen P ympäri keskikulman 2 läpi nuolien A osoittamassa suunnassa.

Koska työkalu 1 heiluu tai keinuu näin keskikulman 2 o^· sisällä , tulevat työosien osat, joiden pituus on "1" ja jotka varsinaisesti millä tahansa määrätyllä hetkellä koskevat työkappaleen 5 koneistettavaan reikään 6, jatkuvasti vaihdetuiksi ajatellun, pallomaisen kaistan BCDE asettamissa rajoissa, joka kaista ts. muodostaa osan pallomaisesta pinnasta. Tämä merkitsee, että työkalun 1 kulu-misenkestävyys verrattuna aikaisempien menetelmien käyttämiin työkaluihin kasvaa ainakin yhtä paljon kuin on ”1"-pituisia osia kussakin työosassa (joko terässä 3 tai muodon muuttavassa osassa 4) tämän pallomaisen kaistan BCD sisällä. Työkalun 1 työosien varsinaisen koneistamisen suorittavien osien jatkuva vaihtuminen johtaa lisäksi paljon alhaisempaan lämpötilaan koneistusalueella; joten, jos leikataan, niin lämpötila alenee noin 200-300°C verran, koska nämä osat koskevat vain lyhyesti koneistettavaan reikään ja jäähtyvät tämän jälkeen. On todettu,että tämä parantaa koneistuksen tehokkuutta, tarkkuutta ja laatua. Työkalun 1 heilahdusliikettä voidaan käyttää sekä koneistettaessa reiän 6 koko kehää että tämän osaa, riippuen pääkoneistusliikkeen V ja heilahduksen eri valituista nopeuksista sekä työosien järjestelystä pallomaisella työkalulla 1, mikä laajentaa po. menetelmän sovellutusalaa. Kun koneistus tehdään leikkaamalla, niin työkalun 1 heiluminen lisäksi rikkoo kinemaatti-sesti lastut tuloksena terien 3 kaltevuuskulman arvon ja suunnan

--- - F

6 69262 säännöllisestä muuttumisesta suhteessa koneistusnopeuden vektoriin.

Eräs parhaana pidetty tapa heilumisliikkeen antamiseksi työkalulle 1 suhteessa työkappaleen 5 reiän 6 pintaan on antamalla suhteellinen pyörimisliike työkalulle 1 ja työkappaleelle 5 niiden vastaavien akseleiden 0-0 ja L-L ympäri, jotka ulottuvat terävässä kulmassa suhteessa toisiinsa. Tällöin kuvion 2 näyttämässä tilanteessa ovat työssä mukana työkalun 1 työosien "l"-pituiset osat, jotka liittyvät pisteisiin B ja E, kun taas pallomaisen työkalun 1 pyörittyä akselin 0-0 ympäri 180° verran työskentelevät pisteisiin C ja D liittyvät osat, jne. Joten työkalua 1 pyöritettäessä tapahtuu työosien niiden osien jatkuva vaihto, jotka varsinaisesti suorittavat koneistamisen, ajatellun, pallomaisen kaistan BCDE rajojen sisällä, koska osat heiluvat suhteessa reiän 6 pintaan kulmassa, joka on 2 . Tapaus on aivan sama, kun pallomainen työkalu 1 vie dään kosketukseen koneistettavan reiän 6 pinnan kanssa ja sen akselille 0-0 annetaan pyörivä tai kiertoliike työkappaleen reiän 6 akselin L-L ympäri, jolloin työkalun 1 akseli 0-0 ympäröi kartio-maista pintaa.

Tämä tapa tarjoaa yksinkertaisimman kinematiikan menetelmän toteuttamiselle ilman absoluuttisia lisäliikkeitä. On varsin tärkeää, että menetelmä voidaan toteuttaa tällä tavoin olemassa olevissa yleiskoneissa. Joissakin tapauksissa, esim. kun koneistetaan verraten matalia reikiä leikkaamalla, on sopivaa antaa työkalulle 1 heiluva liike eri käyttimellä. Tällaisessa sovellutuksessa pallomaisen työkalun 1 kaikki leikkuuterät 3 toimivat leikaten työkalun kunkin kierroksen aikana, jolloin leikkaussyvyyttä voidaan suurentaa ja koneistusta nopeuttaa. Työkalun pyörimisen kulmanopeus O valitaan niin, että estetään työkalun terien 3 ns. "hankaaminen" reiässä, tämän lausekkeen mukaan: U.COSOC < <ot < jjiU· jossa cj t on työkappaleen 5 pyörimisen kulmanopeus; <X.on kulma työkalun 1 kiertoakselin 0-0 ja työkappaleen 5 reiän 6 geometrisen akselin L-L välissä; on työkalun 1 pyörimisen kulmanopeus.

Po. menetelmän viimeksi mainitun muunnoksen yksinkertaisimman muodon mukaisesti työkappale 5 asennetaan kiintokoneeseen, niin että 7 69262 koneistettavan reiän 6 akseli L-L muodostaa koneen työkalun karan kanssa terävän kulman OC . Pallomainen työkalu 1 kiinnitetään karaan , jota sitten pyöritetään koneen käyttimellä. Työkalu 1 viedään reikään 6, sen syöttöliike S aloitetaan ja koneistus suoritetaan työkalun terien 3 heiluessa suhteessa koneistettavan reiän 6 sisäpintaan.

Po. menetelmän erityisen lukuisissa sovellutuksissa on sopivaa antaa työkalulle 1 kiertoliike akselin 0-0 ympäri työkalun ja työkappaleessa 5 koneistettavan reiän 6 pinnan välisen vuorovaikutuksen avulla. Tällöin työkalu 1 asennetaan joko koneistustyökalun otsapinnalle, karaan, takatukeen tai luistiin pyörimään vapaasti tukilaakereissaan. Käyttö aloitetaan viemällä työkalu 1 kosketukseen työkappaleen 5 reiän 6 pinnan kanssa ja työkappaletta pyöritetään reiän 6 geometrisen akselin L-L ympäri koneistustyökalun käyttimellä ja itse koneistustyön aikaansaamat voimat menevät työkaluun 1 tämän pyörittämiseksi geometrisen akselinsa 0-0 ympäri kaltevasti terävässä kulmassa suhteessa akseliin L-L. Työkalua pyöritettäisiin samalla tavalla akselin 0-0 ympäri, jos työkappale 5 on kiinteä, ja itse työkalua käyttää koneistustyökalun käytin kiertoliikkeellä akselin L-L ympäri.

Kun työkalua 1 pyörittää sen vuorovaikutus koneistettavan työ-kappaleen kanssa, ei tarvita erillistä lisäkäytintä heilahdusliik-keen antamiseksi työkalulle, mikä tekee prosessin yksinkertaisemmaksi. Tässä toimintatavassa työkalu löytää itse automaattisesti sen työosien ja koneistettavan reiän 6 pinnan välisen vähimmäiskit-kan antaman hyötytehon; kun terällistä, pallomaista työkalua 1 käytetään tällä tavoin, syntyvät sellaiset olosuhteet, joissa jokainen terä 3 suorittaa leikkauksen jokaisen kierroksen ensimmäisen puoliskon aikana reiässä 6 ja suorittaa työkappaleen 5 reiän 6 pinnan silotuksen kierroksen toisen puoliskon aikana, mikä parantaa koneistuksen laatua.

Suurin tehokkuus saavutetaan silloin, kun työkalu 1 asennetaan suhteessa työkappaleeseen 5 niin, että sen kiertoakseli 0-0 leikkaa koneistettavan reiän 6 geometrisen akselin L-L pallomaisen pinnan 2 keskipisteessä. Tällä tavoin reikää 6 koneistetaan yhtä aikaa sen koko sisäkehällä, jolloin työkalun 1 jokainen työosa osallistuu koneistamiseen millä tahansa määrätyllä hetkellä ja 8 69262 kuormitus jakaantuu tasaisesti näiden osien kesken, mikä parantaa koneistustarkkuutta.

Kun on suoritettava puoliviimeistelykoneistus, asennetaan pallomainen työkalu 1 mieluiten siten suhteessa työkappaleeseen 5, että työkalun 1 kiertoakseli 0-0 ei leikkaa koneistettavan reiän 6 geometristä akselia L-L, vaan ainoastaan ulottuu tämän poikki, niin että näiden poikittain ulottuvien akseleiden välille jää välys "e". Tällöin voidaan suurentaa leikkaussyvyyttä sellaisissa sovellutuksissa, joissa työkalua 1 pyörittää sen akselin 0-0 ympäri sen vuorovaikutus työkappaleessa 5 koneistettavan reiän 6 pinnan kanssa, mikä tekee koneistustyön yksinkertaisemmaksi. Tällöin saavutetaan suurin tehokkuus valitsemalla sellainen välys "e" poikittain ulottuvien akseleiden 0-0 ja L-L välille, joka on oikeassa suhteessa koneistusvaraan, kun työkalun 1 terien 3 enimmäismäärä on mukana koneistustyössä.

Il

Claims (6)

69262 9

1. Menetelmä reikien (6) koneistamiseksi pallomaisella työkalulla (1), jonka pullomaisessa pinnassa on työstävät elementit (3, 4), jossa menetelmässä työkalu (1) ja työkappale (5) saatetaan keskinäiseen liikkeeseen, ts. pääasialliseen koneistusliikkeeseen (V) ja aksiaaliseen syöttöliikkeeseen (S), tunnettu siitä, että pääasiallinen koneistusliike (V) aikaansaadaan samanaikaisesti kun pallomainen työkalu (1) tekee heiluvaa liikettä suhteessa työ-kappaleeseen (5) koneistettavaan reikään (6).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pallomaisen työkalun (1) heilahdusliike saadaan aikaan saattamalla työkalu (1) ja työkappale (5) tekemään suhteellisia liikkeitä niiden geometristen akseleidensa (0-0 ja L-L) ympäri, jotka ovat terävässä kulmassa toisiinsa nähden.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pallomaisen työkalun (1) heilahdusliike aikaansaadaan erillisen käyttölaitteen avulla.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pallomaisen työkalun (1) kiertoliike aikaansaadaan saattamalla työkalu vuorovaikutukseen työkappaleeseen (5) koneistettavan reiän (6) kanssa.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pallomainen työkalu (1) on sovitettu siten suhteessa työ-kappaleeseen (5), että sen kiertoakseli (0-0) leikkaa työkappaleessa (5) olevan reiän (6) geometrisen akselin (L-L) pallon keskipisteessä.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pallomainen työkalu (1) on sovitettu siten suhteessa työ-kappaleeseen (5), että sen kiertoakseli (0-0) leikkaa reiän (6) geometrisen akselin (L-L).