HU225272B1 - Hobble turning method and preferred applications of said method - Google Patents

Description

A találmány tárgya esztergálási eljárás idomesztergálásra, és az eljárás előnyös alkalmazásai. Az idomesztergálást programvezéreit esztergagépen hajtjuk végre, melynek során az esztergagép orsójának tokmányában munkadarabot forgatunk, a munkadarabon pedig forgácsolás útján, forgácsolószerszám segítségével előírt, legalább részben egyenetlen, például mértanilag átmeneti elemekből képzett vagy összeállított kontúrokat hozunk létre.

Munkadarabok, úgymint fa, fém vagy műanyag forgácsolásának régóta ismert módja a hagyományos esztergályozás. Az utóbbi időben a számjegyvezérlés bevezetése és továbbfejlesztése az esztergályozás lehetőségeinek rohamos kiszélesedéséhez vezetett. Ma már például egyáltalán nem jelent gondot az, hogy a felület mentén végig állandó vágási sebességet lehessen tartani. Megfelelő program segítségével még bonyolultabb geometriájú felületeket is viszonylag egyszerűen és igen rövid megmunkálási idő alatt elő lehet állítani.

Emellett a gépek még tökéletesebbé váltak, miután a munkadarabok továbbítására alkalmas hajtóművel lettek fölszerelve, és így ezáltal bonyolultabb munkadarabokat egyetlen fölfogással lehet esztergályozási és marástechnikai úton készre munkálni. Mégis léteznek bizonyos korlátok, amelyek egyrészt az időtényezőre, másrészt meghatározott geometriai alakokra vonatkoznak.

Tény például, hogy az esztergálásos gyártás általában határozottan rövidebb megmunkálási időt tesz lehetővé, mint a marás. Az esztergályozásnál ezenkívül jobb a felület minősége is. Ha a munkadarab geometriája miatt csupán marásos előállítás jöhet szóba, akkor emiatt szükségszerűen lényegesen hosszabb megmunkálási idővel és felületi egyenetlenségekkel kell számolni.

A geometriai lehetőségek azonban még a marástechnológiai előállításnál is korlátozottak. így például a marótengely sugársíkjában a mart kontúr egyik sarka soha sem lehet élesebb, mint az alkalmazott maró sugara. Húzómarás, vésés vagy kimarás útján el lehet ugyan érni éles szélű felületeket, de ehhez a munkadarabot másik gépre kell átvinni. Kimarás esetén az időigény túlságosan nagy.

Körtől eltérő kontúrok forgácsoló előállítására néhány éve léteznek ugyan a piacon úgynevezett idomfúrók és idomesztergák, ezek az eszközök azonban meglehetősen költségesek, és ennek megfelelő a beruházásuk nagyságrendje is. Kedvezőtlen továbbá, hogy csak a meghatározott keresztmetszethez csatlakoztathatók, és a körtől való eltérés a kétdimenziós kontúrra korlátozódik.

Már régebben is megkísérelték, hogy esztergagépeket különleges mechanikus részegységek hozzáépítésével tegyenek alkalmassá egyenetlen munkadarabok megmunkálására. Ilyen gépet javasol a DE 25 15 106 lajstromszámú német közrebocsátási irat. Az igen költséges ráfordítások mellett a gép lehetőségei itt is erősen korlátozottak, így minden további nélkül csupán két dimenzióban való nem kerek geometriájú idomok előállítására alkalmas.

A nem kör alakú megmunkálás geometriai lehetőségei kiszélesíthetők esztergagépre fölszerelhető szerszám segítségével, ha a vágószerszám hajtóműve önállóan programvezérelhető. Ilyen szerszámot ismertet például a DE 35 09 240 lajstromszámú német közrebocsátási irat. A dinamikus vágáseltolást a munkadarabhoz képest megfelelő elektromos irányítással, piezoelektromos vagy magnetostrikciós beállítótag segítségével valósítják meg. A beállítási út ezért itt igen kicsi.

Technikailag lehetséges volna ugyan, hogy például magnetodinamikus rendszerek fölhasználásával jóval nagyobb beállítási utakat érjenek el, ez azonban továbbra is csupán egyetlen mozgástengelyre korlátozódna. Meghatározott, háromdimenziós nem folytonos felület megmunkálásához az előzőre merőlegesen hozzáillesztett második, sőt harmadik mozgatóegységgel komplex mozgásirányú szerszám létrehozására lenne szükség, ami szerkezetét tekintve költséges, a szükséges vezérlőelektronikát tekintve pedig túlságosan igényes lenne. Mindenesetre ilyen szerszám egyelőre nem létezik.

Ismeretesek olyan különleges esztergagépek is, amelyeket az egyenetlen megmunkáláshoz, például belső égésű motorok dugattyúihoz fejlesztettek ki. A korszerű dugattyúknak ugyanis a fölmelegedés okozta anizotrop alakváltozás ellensúlyozására a körtől kissé eltérő, rendszerint elliptikus keresztmetszetük van. A kör alaktól mindenesetre nagyon kicsi az eltérés, a felület ettől eltekintve enyhén folyamatos lefutású. Ugrások vagy szélsőséges eltérések a folytonosságtól ott nem fordulnak elő. Ennek megfelelően az ilyesfajta gépek szerkezeti elrendezésére nézve különösebb nehézség nem áll fenn. Általában elég, ha az esztergakést az átmérőt befolyásoló X tengelyben csekély amplitúdóval lengeni engedik, mialatt a szán a munkadarab hosszában a Z tengely irányában mozog.

Az esztergakés csúcsának kitérési görbéje eközben többé-kevésbé szinusz alakot ír le, szélsőséges gyorsulások tehát nem szükségesek. A rendszer redukált tömege ellenére ezt amúgy is nehéz lenne megvalósítani. Érthető, hogy az ilyen gépeknél a munkadarab forgatását össze kell kapcsolni az X tengely mozgatásával, a Z tengely irányú előtolás azonban szabadon megválasztható. A körtől eltérő kontúr előállítása valójában a kétdimenziós átmérősíkra korlátozódik, a harmadik dimenzióra pedig a Z tengely útján csupán ki van terjesztve. A Z tengely viszont így valójában nem vesz részt a nem kerek kontúr előállításában. A szán ugrásszerű vagy többszörösen váltakozó mozgatását a Z tengely mentén nem tervezték.

A DE 40 31 079 A1 lajstromszámú német közzétételi irat ilyen gépet ír le, és azt javasolja, hogy az esztergakés váltakozó mozgását szolgáló hajtómű (például lineáris elektromotor vagy hidraulikus rendszer) vezérlésére a meglévő vezérlést egészítsék ki számítógép-vezérléssel, például személyi számítógép útján. Az alapvető kinematikai eljárás megváltoztatása nélkül azonban a gép fölhasználása az előirányzott és ahhoz hasonló fölhasználhatóságra fog korlátozódni. Emellett

HU 225 272 Β1 az ilyen különleges berendezés beszerzése aránylag költséges.

A találmány feladata tehát olyan eljárás kidolgozása szabálytalan vagy nem folytonos kontúrral bíró munkadarabok esztergálástechnikai megmunkálására, amely egyrészt a keresztszán és a számjegyvezérlés adottságait kiegészítő eszközök nélkül is kihasználja, mert így nem merülnek föl a tömegtehetetlenséggel járó problémák, másrészt pedig az előállítandó felület egyenetlenségének szabadságfoka növekszik, és így az legalább egy dimenzióval több lehessen. Törekvés továbbá az is, hogy az eljárás az eddigi marástechnikai műveleteket, amennyire csak lehet, helyettesítse.

A kitűzött célnak megfelelően a bejelentő által „bukdácsolóesztergálásnak” nevezett találmány szerinti eljárás idomesztergálásra programvezéreit esztergagépen - melynek során az esztergagép orsójának tokmányában munkadarabot előnyösen állandó fordulatszámmal forgatunk, a munkadarabon pedig forgácsolás útján, forgácsolószerszám segítségével előírt, legalább részben körtől eltérő, például mértani átmeneti idomokból képzett vagy összeállított kontúrt hozunk létre - azon alapul, hogy az esztergálást szakaszonként hajtjuk végre, melynek során a keresztszánt a forgácsolószerszámmal együtt az orsószöggel összhangba hozva mozdítjuk el, a kontúrt szakadásos függvényekből, parancsok összekapcsolásával létrehozott programmal vezérelve, előírt célparaméterekkel, például átmérő- (X), hossz- (Z), menetemelkedés- (F) vagy orsószög- (C) értékekkel állítjuk elő, a parancssorban pedig legalább egy célparaméterként célparaméter-értékek egyenetlen, vagyis szakadásos („bukdácsoló”) függvény alakú sorát használunk.

A legtöbb megmunkálási feladatnál a programsorláncban legalább egy célparaméterhez a két-két számérték között képzett növekményt értékcsoportonként legalább egy számértékből álló értékcsoport szabálytalan (bukdácsoló) sora képviseli, ahol például az egyik értékcsoporton belüli megfelelő számértékek nagyobbak, mint a másik értékcsoporton belüliek és/vagy az egyik értékcsoporton belül az előjel pozitív, míg a másik értékcsoporton belül negatív. A programsorláncban egy meghatározott célparaméterhez programozott értéket általában számértékek sora képezi, amelyben a parancsban szereplő szakadásos függvények úgynevezett bukdácsolólépésekként valósulnak meg.

Különös jelentőséget nyer az eljárás azáltal, hogy mind a három dimenzióban alkalmazható még anélkül is, hogy az Y tengelyt fölhasználnánk. A megmunkálásnak ez a kötetlensége annak köszönhető, hogy az X átmérő, a Z hossz, az F menetemelkedés és a C orsószög útján végrehajtott bukdácsolólépéseket akár külön-külön, akár egymással kombinálva lehet programozni.

A találmány szerinti eljárást olyan ugrómódszer bővíti ki, amelynél az előállítandó egyenetlenségeket egymást követő szakaszokban, geometriailag egymással ellentétes forgásciklusokkal hozzuk létre.

A találmány szerinti eljáráshoz nincsen szükség sem különleges felszereltségre, sem további számjegyvezérlésre, az csupán a gépvezérlés és a megfelelő szoftver már meglévő lehetőségeinek fölhasználásán alapul, és az alkalmazásnak kizárólag a teljes rendszer dinamikája szab határt. Ehhez például az ismert G01, G31, G33, G34, G37 és G131 stb. parancssorok, valamint az átmérőméret (X), hosszméret (Z), menetemelkedés (F), felfutási hossz (B), túlfutási hossz (P), orsószög (C), az F-hez tartozó vonatkoztatási irány (H) és emelkedésváltoztatás (E) célparaméterei, vagy egyedi szoftverek hozzáilleszthető blokkjai alkalmazhatók. Az sincs kizárva, hogy a javasolt eljárás alapján a jövőben az ipar sorozatban fog további, kibővített programozási lehetőségeket nyújtani.

A teljes rendszer fent említett dinamikája a gép mechanikus és elektronikus dinamikájából tevődik össze. A mechanikus dinamika a keresztszán tömegétől és a hajtóművek, például a menetorsók, a motorok és áttételek reakciósebességétől függ. Ezzel szemben az elektronikus dinamikát a vezérlés számítási sebessége, valamint ennek az elektromotoros meghajtással való összekapcsoltsága szabja meg.

Ennek megfelelően a digitális meghajtással bíró és a leggyorsabb számítógépekkel ellátott, legújabb generációs esztergagépek alkalmasak a különlegesen szélsőséges egyenetlenségek megmunkálására is, míg a régebbi gépeken az eljárás természetesen csak korlátozottan alkalmazható. A korlátozás részben ellensúlyozható, ha forgácsolás közben a vágási sebességet csökkentjük, mert ezáltal alacsonyabb orsófordulatszám és ennek megfelelően csökkentett előtolási sebesség adódik.

A találmány igen egyszerű alkalmazása például excentrikus csapok esztergályozással történő előállítása. Például G 33 parancssorok összetűzésével a munkadarab forgásszögét 180°-os szakaszokra osztjuk, a mindenkori X és Z kiindulókoordinátákat és az F menetemelkedést pedig úgy programozzuk, hogy a mindig 180°-os szöglépéshez tartozó Z beprogramozott értékek közötti növekmények elvileg a beprogramozott emelkedési érték felének feleljenek meg.

Ezzel ellentétben az X értékek minden 180°-os féllépésnél oda-vissza ugranak egy nagyobb és egy kisebb beprogramozott átmérőérték között, miközben a középérték elméletileg az átmérőnek, a különbség fele pedig az előállítandó csap excentricitásának felel meg. A programfelépítés egyszerűsítése céljából a hosszés átmérőtengelyben az egyes vezérléseknél ismétlődő ugrásokat úgynevezett változóként adhatjuk meg.

Minthogy ennél a megmunkálási példánál az átmérő változása általában nagyobb, mint az emelkedés létrehozásához elérendő előtolás, a gépvezérlés a beprogramozott emelkedést általában ki fogja egyenlíteni az X tengely előtolásával. Ennélfogva az F menetemelkedéshez meg kell adni az átmérőre vonatkozó, elfordulásonként! programozott utat, tehát a kétszeres átmérőkülönbséget, ha az átugrás parancssorok útján, például a H iránnyal nincs megakadályozva. A leírt programból adódik a keresztszán folyamatos cikcakkvonal alakú elméleti pályagörbéje.

A valóságban a különböző gátlókörülmények miatt, mint amilyen például a keresztszán nagyobb tömege

HU 225 272 Β1 és a szabályozókörök elégtelen merevsége, a keresztszánt a munkadarab mentén előtolva ennek állandóan visszatérő szinusz jellegű mozgás lefutását érjük el úgy, hogy a lényegében egyszerű programozás ellenére az excentrikus csap meglepően lekerekített lesz. Másrészt az adódik ebből a torzulásból, hogy a munkadarabon utólag mért adatok nem pontosan felelnek meg a program szerinti értékeknek. Emiatt a beprogramozandó számértékeket próbadarabok segítségével kell megállapítani. Ezt követően az adott gépen már nagyobb pontosság érhető el.

A fent leírt mód elliptikus testek esztergályozással történő előállítására átalakítható úgy, hogy a programozott cikcakkvonalat kétszeres fölbontással, tehát 90°-os forgásszöglépésekben határozzuk meg. A két különböző módszerrel programozott átmérő megadja az ellipszis elméletileg legnagyobb és legkisebb átmérőit. A rendszerint az X tengely irányításából számított emelkedést ezután a négyszeres átmérőkülönbséggel kell programozni.

Ha poligont, úgynevezett sokszögidomot kell előállítani, hasonló módon járunk el, ekkor azonban a szöglépéseket 60°-ra kell fölbontani. Ilyen megmunkálással alakítunk ki például terv szerint bevésett hornyot, például csúsztatótárcsák kenőhornyát vagy féktárcsák tisztítóhornyát. Az említett példáknál a rendeltetésszerű működéshez nincs szükség pontosan meghatározott horonyvonalra, ezért az esetleges vonaleltéréseknek nincs jelentőségük.

A fenti példákban állandó programozott emelkedés mellett a hossztengely irányában állandó előtolású, viszonylag harmonikus egyenetlenségek megmunkálásáról volt szó. Minden további nélkül lehetőség van azonban arra is, hogy segédpontok beiktatása útján kibővítsük a programozást, és ezáltal tökéletesített kontúrt kapjunk. A találmány szerinti eljárás azonban még messzebb megy, amennyiben nagyobb egyenetlenségeket, azaz a kontúr sarkosságát vagy változó emelkedésértékek nagyobb pontosságú megvalósítását igénylő munkadarabok forgácsoló előállítását javasolja, például a kontúr finomabb fölbontásának útján.

A program ezután az előírt felület elérésére a keresztszántól kiinduló pályát összefűzött parancssorokból, például a G33 útján írja le, és minden programsorhoz más-más emelkedést rögzít, ahol szélső esetben például az első programsor nagyon kicsi, a következő programsor pedig nagyon nagy értéket ad F-nek, ami által a keresztszán mozgása hol lágy, hol lökésszerű lesz. Az eljárással egyenetlenségek igen sokféle esztergályozásos megmunkálása válik lehetővé, például görbült testek palástfelületén is.

Ugyanígy az eljárás segítségével a programsorokban rögzített mindenkori X és Z értékekből álló koordinátasor akár magában, akár az ugró F menetemelkedés-értékekkel együtt alkalmas ilyen egyenetlen lefutású kontúrok megvalósítására. Mód van például egyik vagy mindkét tengely eltolásával az úgynevezett zarándoklépés programozására, amelynél egy előírt előtolási szakasz után például lökésszerű, (rövidebb) visszaugrás következik, amelyhez például megint nagyobb előtolási szakasz kapcsolódik. Az efféle megmunkálás értelemszerűen fölfogható például mint balés jobbmenetek váltakozó vágása aszimmetrikus menetemelkedés mellett.

A találmány szerinti eljárás azt is megengedi, hogy dőlt vagy görbített palástfelületből kiálló, egyenetlen alakú kontúrelemeket állítsunk elő forgácsolással, melynek során az esztergakés oldalélével lényegében az egyenetlen kontúrelemek oldalát, míg az esztergakés csúcsával lényegében azok palástfelületét munkáljuk meg.

Ennek során a kezdő- és végpontoknak, valamint az esztergakés csúcsa dőlésének helyes beprogramozásával lényegében a palástfelületen haladó pályát határozunk meg, míg az esztergakés oldalélével a haladási sebesség és/vagy a haladási irány programozott megváltoztatása útján az egyenetlen oldalát alakítjuk ki.

A programozásnál különösen arra kell ügyelni, hogy F-nek az általában H célparaméterrel jelölt vonatkoztatási irányát helyesen használjuk. Mint ismeretes, H segítségével rögzítjük, hogy melyik előtolási tengellyel számolunk, amely a programban az F-nek nevezett menetemelkedésnek felel meg. Adatok hiányában vagy a H=0 esetben az előtolás a Z tengelyre vonatkozik, tehát elvben a hossztengelyre, a kúptengelyre vagy a hozzájuk tartozó, a Z tengellyel legfeljebb 45°-ot bezáró menetekre. Ha H-t 1-re választjuk, akkor az előtolás számítása az X tengelyre, tehát alapvetően olyan sík-, kúp- és megfelelően kapcsolt menetekre vonatkozik, amelyek az X tengellyel legfeljebb 45°-os szöget zárnak be.

Mindamellett H=3 értékkel az előtolás vonatkoztatható a menetpályára is. Összekapcsolt menetek és dőlt felületek esetében könnyen előfordulhat, hogy a 45°-os határértéket túllépjük, és a gépvezérlés önműködően átugrik a másik tengelyszámításra. Ezen vagy úgy segíthetünk, hogy a programnak szándékosan hamis, átszámított adatokat adunk, vagy meg kell akadályozni a szoftver útján az átugrást, ha a vezérlés az átugrásnak megfelelő parancssorra készül, például l-vel a síkbeli, K-val pedig a hosszirányú emelkedéshez.

Az X és Z célkoordináták F menetemelkedéssel összefüggő programozásánál a menetre vonatkozó parancssornál, például a G33-nál fennáll még emellett az a gond is, hogy az a vezérlés nulláról induló, a valóságban előforduló menetemelkedését nem veszi figyelembe. Ezt az akadályt úgy küzdhetjük le, ha ezt a paramétert a legkisebb programozható növekményre (például 0,001 mm-re) állítjuk be.

A találmány segítségével rendelkezésre áll azonban még egy ennél is elegánsabb módszer a probléma kiküszöbölésére, amikor is a 45°-nál lévő ugrást elkerüljük, ezzel egyidejűleg pedig a programozási ráfordítást csökkentjük. Ezután a bukdácsolóprogramot, például G01 parancssor néven az X és Z koordinátaláncokból képezzük, és a mindenkori orsószöget a C változóban megadjuk.

A mindenkori menetemelkedés számítása ezután kiesik, minthogy ez az adott esethez választott Z vagy X vonatkoztatási paraméterek különbségének a C or4

HU 225 272 Β1 sószöghöz való viszonyából adódik. Ha a parancssorban egymást követő orsószögek közötti szöglépések egyenlők, vagy meghatározott szabályszerűség szerint, például bukdácsolóritmusban ismétlődnek, akkor a C értéket változóként programozhatjuk.

Ez a paraméterérték a mindenkori parancssor feldolgozását követően az ugyancsak változóként vagy állandó értékként programozható mindenkori szöglépésértékkel azután növelhető vagy csökkenthető. Ha az adott esetben igen hosszú programot meg akarjuk változtatni, akkor rendszerint elegendő néhány állandót vagy változót felülírni.

Az orsószög-programozás fent javasolt módszere csak azon meghatározott gépek és számjegyvezérlés esetében lehetséges, amelyek a fejlődés legújabb állásának megfelelnek. A gép részéről ez azt jelenti, hogy az orsó a meghajtómotorral egybe van építve, a teljes egység pedig akár esztergatengelyként, akár C tengelyként vezérelhető.

Elegendően gyors számjegyvezérlés esetében a programozásra nézve fennáll bizonyos egyenértékűség az orsó forgási sebességére nézve, amely például abban nyilvánul meg, hogy a C tengely egészen a magas fordulatszámokig (adott esetben percenként több ezer fordulatig) használható. így tehát a C tengely programozása útján olyan vágási sebességeket érhetünk el, amelyek megfelelnek a szokásos esztergálási műveleteknek.

A találmány szerinti eljárást még azzal a javaslattal bővítjük ki, hogy a gép korlátozott dinamikája okozta alkalmazási határokat is leküzdhetjük, ha a szélsőséges megmunkálási geometriákhoz az egyes megmunkálási szakaszokat egymásba ágyazzuk. Ez esetben olyan ugrásos eljárásról van szó, amelyben az első megmunkálási ciklusban, például az első kontúrelemet munkáljuk meg, miközben a másodikat kihagyjuk, majd új pályájú harmadik kontúrelemet indítunk stb.

Az első megmunkálási szakaszban kihagyott kontúrelemeket a második megmunkálási szakaszban forgácsoljuk, amelynél viszont az első megmunkálási szakaszbeli kontúrelemeket hagyjuk ki. Ez az eljárás figyelembe veszi a teljes rendszernek a maximális mozgatási sebességgel programozott hirtelen mozgásokat eredményező túllengését, amely rövid távolságon belül egy következő kontúrelemet nem képes megfelelő módon elindítani.

Az eljárás kivitelezése céljából a például két vagy több megmunkálási szakasz miatt több idő szükséges ugyan, a marástechnikai gyártáshoz képest azonban ez még mindig sokkal rövidebb.

A találmánnyal egyidejűleg ajánljuk annak előnyös alkalmazási módjait is. Ezek az alkalmazási módok kiviteli példák kapcsán egyidejűleg az eljárás közelebbi magyarázatául is szolgálnak.

A javasolt alkalmazási módok egyike különböző, különösen nem merev anyagokba önmetszően becsavarható idomok - mint például fa-, műanyag vagy csontcsavarok, többek között például implantátumok, mint combnyakcsavarok, egyesítőidomok, az úgynevezett külső rögzítőcsapok csavarjai, menetes csapok fogbeültetésekhez vagy mesterséges csípőízületi perselyek - meneteinek előállítására vonatkozik.

A találmány továbbá alkalmazható lehet az úgynevezett ékes körszelvények gazdaságos előállítására gépészeti kapcsolóelemek belső vagy külső csatlakozási felületein is.

A javasolt alkalmazások egyike az úgynevezett cementmentes, emberi implantátum céljára tervezett, önmetsző, becsavarható, mesterséges csípőízületi perselyekre vonatkozik. Az ilyen csavarperselyeknek különféle kiviteli alakjai vannak forgalomban. A menet kialakítása a megbízható és tartós beépülés, továbbá a beültetés alatti kényelmes kezelhetőség érdekében döntő jelentőségű. Ismeretes az is, hogy a kilazulás elkerülésének előfeltétele, hogy az implantátum a csontos alappal nagy felületen, feszültségcsúcsok nélkül érintkezzék, és hogy a menetborda a pólus felé dőljön.

A csavarperselynek ezenkívül jól tapinthatónak kell lennie, ami által a csavarpersely becsavarása során a perselytest fölülése a csípőízületi vápa előkészített csontos fölvevőfelületére jól érzékelhető. A korábbi csavarperselytípusoknál utókezelési igény merül föl, mert azoknál vagy nemkívánatos üres tér keletkezik a beültetés után a csontos határfelület felőli oldalon, vagy csak nagy erőfeszítéssel csavarható be, illetve tapinthatósága nem kielégítő.

A csavarperselyek egy csoportja úgynevezett laposmenettel van ellátva, amelynél a menetborda oldalfelületei egymással párhuzamosak. A menetbordát vágóéi kialakítása céljából rendszerint forgácshornyok kiképzésével szakítják meg. Az ilyen meneteknél az önmetsző becsavarás során a vágóerőt teljes egészében a menetborda sugártól kifelé mutató fejfelületének, vagyis az ottani vágóélnek megfelelően kell kifejteni. Külön intézkedés nélkül azonban a fejfelületen át az egyes menetszakaszokat képviselő ívdarab a csavarpersely pólusa felőli tengelyirányú fölülnézetben spirálvonal, amelynek pontos pályája a csavarpersely köpenyének alakjától és a menetemelkedéstől függ.

Növekvő csavarodással tehát nő a görbe sugárirányú távolsága a tengelyvonaltól. A menetszakaszok vége ezért sugárirányban jobban kifelé áll, mint az eleje. Becsavaráskor emiatt a csavarperselynél szorítóhatás lép föl, amelyet csupán az implantátum érdesített felületének a csontanyagra gyakorolt reszelőereje csökkenthet. Az ilyen implantátumok becsavarási erőszükséglete ezért fölöslegesen nagy.

Ismeretesek továbbá olyan laposmenettel ellátott csavarperselyek is, amelyeknek menetszakaszai csoportos túlmarás útján hátszöggel vannak ellátva. A kiválasztott megmunkálási módnál adódnak természetesen egyenes fejfelületek is, amelyek a vágóéi által képzett fordulókörtől eltávolodva húrszerüen futnak le.

Azok a csavarperselyek, amelyek ilyen menettel rendelkeznek, viszonylag könnyebben becsavarhatok ugyan, a megrövidített menetfogmagasságból adódóan azonban az erők átvételére csak csökkentett felületük van. Különösen nagyon kedvezőtlen az implantátum és a csont közötti repedésképződés a menetfogfej környezetében, továbbá a csontos állományra a túlságosan

HU 225 272 Β1 mélyre bevágott foghorony okozta emelőhatás. Kritikus szemmel nézve tehát az ilyen csavarperselyek tisztán orvosi szempontból nem állják meg a helyüket.

Az ilyenfajta laposmenetű csavarperselyek ez idáig a piacnak csak bizonyos hányadát szerezhették meg. Ezzel szemben az úgynevezett élesmenetű csavarperselyek jobban el vannak terjedve. Elvileg fennáll mégis ennél a csoportnál is a becsavarás közbeni elfogadhatatlan viselkedés és az érintkezési területen előforduló repedésképződés fent ismertetett problémaköre. A becsavarási erőszükséglet csökkentésére irányuló különböző kísérletek ugyanis többek között oda vezettek, hogy a bemart forgácshornyokat a menetszakaszok terhére nagyon szélesre nyitották. Ezáltal értékes érintkező felületek vesztek el, ami kiterjedtebb üregekhez, továbbá az erőátadásból kizárt csontterületekhez vezetett.

Az US 4,997,447 lajstromszámú szabadalmi leírás olyan lekerekített menetbordával ellátott csavarperselyt javasol, amelynél az egyes menetszakaszok fejfelületei ív alakúak, a hátszög pedig úgy jön létre, hogy ennek az ívnek a pólustól kiinduló sugara a vágóéltől növekvő távolsággal egyre csökken. A repedésképződési veszély ennél a csavarperselynél erősen csökken, anélkül, hogy a jó becsavarhatóság elveszne. Elkészítése azonban túl sok időt emészt föl, minthogy a fogfej teljes hosszában marás útján készül.

Az élesmenetű csavarperselyek egyes menetszakaszai eddig nem voltak ellátva hátszöggel. Föltételezhető, hogy ez az igen nehéz kivitelezhetőségnek tudható be, és hogy a rendelkezésre álló marásos kivitelezési mód nemcsak igen költséges programozást, hanem a megmunkáláshoz túl nagy időráfordítást kíván. A nehézségek oka az, hogy az élesmenetnél a forgácshornyok mentén legalább egy oldalfelületre szükség van a vágóéi kialakításához.

Ha most már a vágóéi mögött semleges szöget vagy hátszöget kell képezni, akkor a mindenkori menetszakasz megfelelő oldalfelületét egészen a következő forgácshoronyig megfelelő oldalszöggel hátra kell marni. Eközben viszont az a gond merül föl, hogy a görbült palástfelületnél a menetborda alapját nem lehet egyidejűleg kontúrhűen megmunkálni. Aközött kell tehát választani, hogy a menetoldal hossza mentén egyre növekvő horonyszerű mélyüléssel vagy pedig ennek megfelelően növekedő lépcsős maradvánnyal alkudjunk-e meg. A maradványt ugyanis - ha az elfogadhatatlan - akkor végül legalább egy marási művelettel el kell távolítani.

A találmány szerinti eljárás segítségével lehetővé válik, hogy csípőízületi perselyek ilyenfajta meneteit esztergályozással a legrövidebb idő alatt, tökéletesen állítsunk elő. Teljesen mindegy, hogy az egyenetlen megmunkálás az egyes menetszakaszoknak pólus-, egyenlítő- vagy fejoldali felülete mentén - vagy esetleg ezek közül többnek a mentén - történő előírt kialakítására vonatkozik.

A megmunkálási pálya szabad programozhatóságának következtében nemcsak a menetfog keresztmetszete választható meg szabadon, hanem a menetbordaszakaszok mindenkori szög szerinti lefutása is szinte tetszés szerint határozható meg. Ugyanakkor a teljes menetkialakítás a perselytest köpenypalástjához tökéletesen hozzáigazítható. A találmány ezért valamennyi ismert köpenyalak, például gömbi, aszferikus, paraszferikus, kúpos-gömbi, kúpos, hengeres, parabolikus, tóruszos stb. esetén egyaránt alkalmazható.

A találmány szerinti eljárást minden további nélkül ötvözni lehet csípőízületi perselyek meneteinek előállítására vonatkozó más ismert eljárásokkal, például Az EP 0 480 551 szabadalmi leírásból megismerhető eljárással, vagy a DE 44 00 001 számú német közrebocsátási iratban módosítható menetfog-keresztmetszet előállítására javasolt eljárással. A WO 97/39702 számú nemzetközi szabadalmi bejelentés szerinti pólus felé döntött menetfog-keresztmetszettel és folytonosan változó menetemelkedéssel történő kombináció különösen előnyösnek tűnik.

Javasoljuk a találmánnyal azt is, hogy a fogfej felé keskenyedő fogkeresztmetszettel rendelkező mesterséges csípőízületi perselyeknél a forgácshornyok között képezett menetszakaszokat úgynevezett csavarfelületekből (más néven csavaros felületekből) állítsuk elő, és azok kiterjedésük irányában a forgácshorony csavarodási szögétől függően kanyarodjanak. Csavarfelületek alatt itt olyan felületeket értünk, amelyek meghatározott fogkeresztmetszet forgatása útján a perselytengelytől azonos sugárirányú távolságra és a perselytengely körüli emelkedéssel vannak előállítva.

Trapéz alakú fogkeresztmetszet esetében például következésképpen három csavarfelület képződik, egy a fejfelületen és kettő az oldalfelületen. A csavarfelületek alapja hosszuk mentén megrövidülhet, ha a fogkeresztmetszet a csavarpersely bizonyos köpenygeometriáinál a köpenyfelületen befelé halad. A mindenkori menetszakasz kezdetének vágóélét követő felületeknek ennélfogva semleges szögük van, amely tehát sem nem ékszög, sem nem hátszög.

így elkerülhetők a nemkívánatos befeszülések, a menetszakaszok minden oldalán a csonttal való érintkezés pedig ennek ellenére biztos. Azért, hogy a minden menetszakasz elején az ott lévő vágóéi optimális hatást tudjon kifejteni, az előtte lévő menetszakasszal szemben kell lennie.

Az első lépésben ez úgy érhető el, hogy a következő menetszakasz csavarfelületének nagyobb sugarat választunk, mint amekkora az előtte lévő menetszakasz csavarfelületéé. Az egyes menetszakaszoknak ezenkívül a forgácshornyok csavarodási szögével összhangban hosszuk mentén egymáshoz képest el kell kanyarodniuk, ahol előnyös a csavarodási vonalhoz közeledő kanyarodási irány, mert így pozitív irányú vágóéltúlnyúlást valósíthatunk meg.

A találmány egy további gyakorlati alkalmazása abban áll, hogy az ilyen menetek gyártása során a menetemelkedések előírt helyzeteiben bukdácsolóugrások programozása útján a vágópálya túllengő átmeneti függvényeit állítjuk elő, ezeket pedig a forgácshornyokkal úgy hozzuk összhangba, hogy a forgácshornyot becsavarási irányban mindenkor követő vágóéi a fogkereszt6

HU 225 272 Β1 metszettel szemben legyen. A fogszakasz fennmaradó része eszerint a vágóéllel szemben visszahajlik úgy, hogy a vágóéi mögött hátszög jellegű terület képződik.

A találmány további alkalmazási módja az általános gépiparban ismeretes úgynevezett ékes körszelvényű vagy 3K csatlakozásokra vonatkozik. Itt olyan, például tengely és kerékagy közötti súrlódással záródó tágulásos kapcsolatról van szó, amely önzáró és mégis újraoldható összekapcsolást tesz lehetővé.

Az ékes körszelvényű kapcsolatnál a hengeres sajtolt kötéssel ellentétben a tengely és a kerékagy illeszkedő felületei nincsenek lekerekítve, hanem a kerület mentén úgynevezett ékes felületük van. Ez legtöbbször három darab ékből álló felület, amelyek spirálisok, például logaritmikus spirálisok egyforma, egymás felé fordított szakaszait tartalmazzák.

Viszonylag kicsi szögértékkel (például 15°-kal) való elfordítással megfeszítve létrejön a szükséges homogén felületi érintkezés és ezzel a tengely és a kerékagy közötti lehető legnagyobb erőzárás. Az ékes körszelvényű kapcsolatok az erőátvitelhez kedvező átmenetet nyújtanak, és amellett alaktartóságuk is kedvező. A három ékes körszelvény alkotta kerület menti kapcsolat önmagát központosítja. Ha az ékfelületek sugárirányú emelkedését az 1:50 és 1:200 közötti tartományban határozzuk meg, akkor az ékes körszelvényű kapcsolat rendszerint önzáró lesz.

Amikor nagyon nagy darabszámról van szó, és a technikai követelmények nem túl magasak, az ékes körszelvény forgácsmentes, és ezért viszonylag kedvező költséggel állítható elő. Másrészt viszont ha kicsi a darabszám, és magasak a minőségi igények, akkor ma marásos vagy csiszolásos gyártási módra van szükség, a velük járó megfelelő költségekkel. A maró- vagy csiszolótárcsa átmérőjéből adódóan az egyes ékes körszelvényfelületek átmeneteinél azonban használhatatlan tartományok alakulnak ki. Ezek az illesztéshez szükséges relatív elfordulási szöggel együtt a kapcsolatnak csak részleges erőkihasználását teszik lehetővé.

A találmány szerinti eljárás segítségével ezeknek az ékes körszelvényű kapcsolatoknak a megmunkálási műveletei egymásba ágyazva nagy pontossággal és csekély költséggel állíthatók elő esztergálás útján még a legkisebb darabszám esetén is. Mód nyílik ezenkívül arra is, hogy a kapcsolatokat szükség esetén kúposán alakítsuk ki.

A találmány szerinti eljárást kiviteli példák kapcsán, a mellékelt tizenhét darab ábra alapján ismertetjük részletesebben. Az

1. ábra félgömb alakú csavarpersely a fejoldalon ékelt laposmenettel a technika állása szerint, a

2. ábra félgömb alakú csavarpersely hátszöggel ellátott laposmenettel a technika állása szerint, a

3. ábra a találmány szerinti félgömb alakú csavarpersely fejoldali csavarfelülettel ellátott menetszakaszokból álló laposmenettel, a

4. ábra a találmány szerinti félgömb alakú csavarpersely minden oldali csavarfelülettel ellátott menetszakaszokból álló élesmenettel, az

5. ábra az 1. ábra szerinti csavarpersely két menetszakasza, a

6. ábra a 2. ábra szerinti csavarpersely két menetszakasza, a

7. ábra hátszöggel és ív alakú fejfelülettel rendelkező két menetszakasz, a

8. ábra a 3. ábra szerinti csavarpersely két menetszakasza, a

9. ábra a 4. ábra szerinti csavarpersely két menetszakasza, a

10. ábra a 3. ábra szerinti csavarpersely három menetszakasza és erős dinamikájú szerszámpálya, a

11. ábra a 3. ábra szerinti csavarpersely három menetszakasza és közepes dinamikájú szerszámpálya ugrással, a

12. ábra a 3. ábra szerinti csavarpersely három menetszakasza és túllengő szerszámpálya ugrással, a

13. ábra ugróparancsnak megfelelő elméleti szerszámpálya, a

14. ábra átmeneti függvény szerint gyártott munkadarab-felület, a

15. ábra végleges munkadarab-geometria további feldolgozás után, a

16. ábra hüvely ékes körszelvényű kapcsolathoz, a

17. ábra csap ékes körszelvényű kapcsolathoz.

Az 1. ábra a technika állásának egy példája szerinti laposmenettel ellátott 1 csavarpersely pólus felőli nézetét tünteti föl kb. 1,3-szeres nagyításban. A példához a névleges átmérőt 54 mm-re, a közepes fogmagasságot 2,6 mm-re, a menetemelkedést 5 mm-re, a lyukátmérőt pedig 22 mm-re választottuk meg. Ezeket a méretarányokat rajztechnikai okokból választottuk, de megtartottuk őket a jobb összehasonlíthatóság érdekében a 2-4. ábrákon is.

A forgácshorony csavarodási szögét is egységesen, 0°-ra vettük föl, hogy az ábrázolást egyszerűsítsük. Ismert, hogy a csavarodott forgácshorony előnyös, mert a homlokszög kedvezőbb, az erőátadás pedig egyenletesebben oszlik el.

Az 1 csavarpersely 9 lyukához a köpenytest kupola alakú, menetmentes 6 kupolafelülete csatlakozik. A köpenytest átmérőjét az 1. ábrán csak az egyenlítő menti 10 perem jelzi. A menetemelkedés a pólus felől a 7 első menetszakasszal kezdődik, és növekszik egészen a 2 menetszakaszig, ahol is a teljes magasságot eléri. A 2, 3 menetszakaszok azért vannak tételszámmal ellátva, mert ezekre az 5. ábra szerinti részleteknél majd szükség lesz.

Az egyes 2, 3 menetszakaszoknak mind a fejoldali 4 felületei, mind pedig a fogtővel a köpenytesthez csatlakozó 5 élei - a menetemelkedés kezdetének és végének kivételével - a kétdimenziós ábrázolásban mindig spirál alakú görbén fekszenek. A teljes menetemelkedés így kb. négy körülfordulási foglal magában.

A 2, 3 menetszakaszok közötti 8 menettő képezi a köpenytest félgömb alakú palástját. A 11 forgácshor7

HU 225 272 Β1 nyok és a vágóélek előállítása céljából a körbefutó menetborda csavarodás! szög nélkül tizenkétszer meg van szakítva. A lesüllyesztett kivágás oldalai a menetfogfej pozitív hátszöge érdekében 10°-kal hajlanak.

A 2. ábra szerinti kiviteli példán a laposmenettel ellátott 12 csavarperselyt az 1 csavarperselyből a technika állása szerint marástechnikai utómegmunkálással állították elő. A 20 lyuk, a 17 kupolafelület, a 19 menettő, a 21 perem és a 22 rés, csakúgy, mint a 13, 14 menetszakaszok és a köpenytest közötti 16 élek teljes egészükben megfelelnek az 1. ábra szerintieknek.

Az állandó, átlagos menetfogmagasság megtartása érdekében a félgömb alakú köpenykontúr miatt a 13, 14 menetszakaszokat egyenként utána kellett marni. Ennek során a pólus felőli menetkezdet a 18 első menetszakaszra tolódott át. Az egyes 13, 14 menetszakaszok egyenes 15 külső felületei tehát húrszerűen helyezkednek el a becsavarási irányt tekintve elöl lévő fejoldali vágóélek alkotta fordulókörön, a menetréssel pedig összhangban vannak úgy, hogy a mindenkori fordulókörhöz képest hátszögük van.

A vágóéleknek a becsavarási erőszükséglet csökkentését eredményező hatása abból a körülményből adódik, hogy a vágóélek sugárirányú távolsága a perselytengelytől mindig nagyobb, mint az előtte lévő szakaszvég hasonló sugárirányú távolsága. A 13, 14 menetszakaszokat később a 6. ábra kapcsán majd még részletesebben ismertetni fogjuk.

A találmány szerinti 23 csavarperselynek a 3. ábrán bemutatott kiviteli példában félgömb alakú köpenyalakját, alapvető méreteit, továbbá a 31 lyukat, a hozzákapcsolódó 28 kupolafelületet, a 24, 25 menetszakaszok és a köpenypalást közötti 27 élet, a 30 menettőt, a 32 átmérőt és a 33 menetrést tekintve ugyancsak az

1. ábrabeli kiviteli példának felel meg.

A laposmenet menetemelkedése a csekély fogmagasságú 29 első menetszakasszal kezdődik, amelyet négy további, ugrásszerűen növekvő fogmagasságú menetszakasz sora követ egészen a 24 menetszakaszig, ahol is eléri a teljes magasságát. Minden egyes 24, 25 menetszakasz mindegyik párhuzamosan futó oldala a csavarpersellyel közös tengelyű 26 hengerfelület egy-egy külső metszetét határolja, miközben az alapul szolgáló hengerátmérő menetszakaszról menetszakaszra lépcsősen növekszik.

A fölépítésnek ez az elve tetszés szerint megvalósítható akár egy koaxiális csavarfelület mindenkori metszeteként is. A leírt megvalósítási mód segítségével a 24, 25 menetszakaszokon sem ékszög, sem hátszög nem képződik. Hátszögre viszont egyáltalán nincs is szükség, mivel a felületnek például homokfúvással létrehozott érdességéből adódó reszelőerők semleges viszonylagos mozgás mellett a becsavarási művelet során a beszorulást amúgy is megakadályozzák.

Ezzel az implantátum és a csontos alap közötti hátrányos résképződést megakadályozzuk. Ennek ellenére a 24, 25 menetszakasznak mindig kívül lévő vágóéle jut érvényre, mert sugárirányú távolsága a perselytengelytől nagyobb, mint az előtte lévő vágóélé. Az eredmény kisebb becsavarási erőszükséglet és közepes tapinthatóság, valamint az implantátum kiváló elsődleges és másodlagos rögzítése.

A 4. ábrán a találmány szerinti félgömb alakú 34 csavarperselynek egy további kiviteli példáját mutatjuk be. Ennél is találhatók olyan részletek, nevezetesen a 42 lyuk, a 39 kupolafelület, a 41 menettő, a 43 átmérő és a 44 forgácshorony, amelyeket az előző kiviteli példából változtatás nélkül átvettünk. Ezzel ellentétben azonban a 4. ábra szerinti menet élesmenet, amelynek elvben háromszög alakú menetfog-keresztmetszete van.

Ez a tény a kétdimenziós ábrázolásból nem tűnik ki. Az előzőhöz hasonlóan a menetemelkedés a kicsi 40 első menetszakasszal kezdődik, és fogmagassága több lépcsőn keresztül növekedik egészen a 35 menetszakaszig, ahol a végső (közepes) magasságát eléri. A fogfej által képzett 37 él, amely a menetfog valóban csúcsos háromszög-keresztmetszeténél gyakorlatilag csak mint vonal létezik, minden egyes 35, 36 menetszakasznál a csavarperselytengelytől állandó távolságra lévő csavarvonal, amely a 4. ábrán a perselyközépponttól kiinduló állandó sugarú ívként jelenik meg.

A kiválasztott élesmenetnél a 44 forgácshorony hiányzó csavarodása miatt a menetfogoldalak mindkét oldalán képződik vágóéi. A vágóéi áttolódik a menetfogoldalak egyikére, ha a forgácshoronynak megfelelő csavarodás! szöge van. A bemutatott kiviteli példa szerinti egyedi 35, 36 menetszakaszok kétoldali felülete csavarfelület, ahol a pólusoldali emelkedés az egyenlítőoldali felület emelkedésének felel meg, még ha az egyenlítő felé növekvő perselyátmérö miatt az optikai benyomás más helyzetet sugall is.

Úgy tűnik ezáltal, hogy a fogtőnél a 35, 36 menetszakasz és a 34 csavarpersely köpenypalástja között képzett 38 él hátrafelé belefut a köpenypalástba. Miután a becsavaráskor mindegyik következő 35, 36 menetszakasz csavarfelületei a perselytengelytől nagyobb sugárirányú távolságra lesznek, a mindkét oldali vágóélek szembenállnak a mindenkori előrefutó 35, 36 menetszakasszal a menetkeresztmetszet oldalán, azaz sugárirányban kifelé, és így teszik lehetővé becsavaráskor a könnyű vágást. A csonttal érintkező felületeken a rések kialakulását ebben az esetben is a 35, 36 menetszakaszok hossza mentén kialakuló semleges szögek akadályozzák meg.

A fentiekben a technika állásához és a találmány szerinti eljárás megvalósítási példáihoz tartozó állításokat az alábbiakban nagyítva ábrázolt részletek segítségével tesszük érthetővé, minthogy bizonyos részletek az átnézetes képen nehezebben ismerhetők föl.

Az 5. ábrán az 1. ábra két 2, 3 menetszakaszát tüntettük föl kinagyítva. A 2 menetszakasz fejoldali 46 felületének homlokzata a 45 vágóéllel rendelkezik, míg a 3 menetszakasz megfelelő 48 felületén az ugyanolyan 47 vágóéi van. A 49 fordulókört, amelyet állandó sugárral a 45 vágóéi ír le a csavarpersely becsavarása során a persely középtengelye körül, az 5. ábrán pontvonallal jelöltük. Jól megfigyelhető, hogy a mindenkori 2, 3 menetszakasz egy része kiemelkedik a fordulókor fölé, aminek általában beékelődéshez kell vezetnie.

HU 225 272 Β1

A 6. ábra szerinti kiviteli alaknál a 2. ábra szerinti példa 13, 14 menetszakaszai hasonló beékelődést nem okoznak, mivel a fejoldali 51, 53 felületek az 50, 52 vágóéi után hátszöggel hátra vannak marva. így tehát az 50 vágóéi pontvonallal jelölt 54 fordulókörét a 13, 14 menetszakaszok fejoldali felülete semmilyen állásban nem érinti. Ezen a területen viszont mindig marad egy nemkívánatos üres hely. Ez a hely annál nagyobb, minél kevesebb forgácshorony van. Különösen hátrányos, ha a csavarpersely például szélső esetben csupán hat darab forgácshornyot tartalmaz. A bemutatott fölépítést szívesen alkalmazzák különösen kúpos csavarperselyek esetében, mert ilyenkor a 13, 14 menetszakaszok igen gazdaságosan, egy fogással átmarhatók. Orvosi szempontból ez az érv azonban elvetendő.

Bizonyos körülmények között enyhíthető a fent vázolt problémakör a 60, 61 menetszakaszok 7. ábrán szemléltetett kialakítása útján. A 60, 61 menetszakaszok fejoldali 56, 58 felületei a homlokoldali 55, 57 vágóélek mögötti, az 59 fordulókörhöz képest itt is hátszöggel vannak ellátva, ami a becsavarodás közbeni beszorulást megakadályozza.

Az 56, 58 felületek íveinek alakjából adódóan azonban a rést képző üres hely viszonylag kicsi, tehát inkább elfogadható. Ez az ív alak korábban igen nagy marástechnikai ráfordítást igényelt, mert az egyes 60, 61 menetszakaszokat a gyártás során általában egyenként, érintőlegesen kellett eltávolítani. A találmány szerinti eljárás segítségével az egyes 60, 61 menetszakaszok bemutatott geometriai alakját nagyon ésszerűen, a számjegyvezérlésű esztergagépen csupán egyetlen fölfogással elő lehet állítani.

A 8. ábra összehasonlításképpen az egyes 24, 25 menetszakaszoknak a 3. ábrán már bemutatott mindenkori külső felületeit, az úgynevezett csavarfelületeket tünteti föl a találmány által különösen javasolt kiviteli alakban, a két fölnagyítva ábrázolt 24, 25 menetszakasz kapcsán. A 24, 25 menetszakaszoknak mindig a 62, 64 vágóélektől kiinduló 63, 65 fejfelületei állandó 66 sugarúak, amelyet a vágóélnek a 67 csavarperselytengelytől való távolsága határoz meg.

A 8. ábrán ebből adódóan a 62 vágóélen át futó, pontvonallal ábrázolt fordulókor az állandó sugár következtében a 63 fejfelülettel végig fedésben van. Minthogy a 25 menetszakasz megfelelő sugara nagyobb, annak 64 vágóéle a becsavaráskor elöl haladó 24 menetszakasz 62 vágóélhez képest előreugrik. A mindenkori vágóéi és a hozzácsatlakozó, pozitív homlokszögű homlokfelület a szétforgácsolandó csontanyagba így be tud hatolni, és a forgácsot a forgácsolóhoronyba viszonylag könnyű vágással be tudja vezetni.

A 9. ábrán szemléltetett helyzet, amelyet a 4. ábrából nagyítva vettünk át, abban különbözik a 8. ábrán bemutatott kiviteli alaktól, hogy a menetfog keresztmetszete most nem lapos, hanem éles. Az egyes 35, 36 menetszakaszok 69, 71 külső élei azonban itt is csavarfelületként vannak kialakítva. A ferde oldalszög és a menetemelkedés, vagyis a 35, 36 menetszakaszok állása, továbbá a félgömb alakú köpenyfelület miatt úgy tűnik, hogy a mindig a menettőtől a köpenypalástig terjedő vágóéi hátulsó 73, 74 végei a köpenytestbe belefutnak.

A csavarpersely forgatása során azonban a fogkeresztmetszet vetületének semmiféle sugárirányú eltolódása nem lép föl, mivel a mindenkori 69, 71 külső élek 72 sugara a 75 csavarperselytengelytől változatlan. Ha az ábrázolt példában háromszögletű fogkeresztmetszetet használunk, akkor a mindenkori vágóéi eltolódik a 35, 36 menetszakasznak legalább egyik, de csavarodásmentes forgácshorony esetében mindkét oldalfelületére.

A 9. ábrán csak a mindenkori pólus felőli 68, 70 vágóélek láthatók. A mindenkori hátulsó vágóélek fedésben vannak. A fejoldali menetfog 69 külső élének fordulóköre a 75 csavarperselytengely körüli állandó 72 sugárral szintén föl van tüntetve. Ennél a kiviteli alaknál az erősen csökkentett becsavarási erőszükséglet az egyes 35, 36 menetszakaszok ellentétes oldali sugárirányú elhelyezéséből adódik, miáltal az egyes vágóélek a mindig elöl lévőkkel szemben mind oldalirányban, mind pedig kifelé kinyúlnak.

A találmányban javasolt előnyös fölhasználási mód szerint előállított csavarperselymenet készítési eljárás kivitelezésének folyamatát jobban megérthetjük a 3. ábrából és a 8. ábrából már ismert adottságok segítségével, amelyeket a 10-12. ábrákon újból megmagyarázunk. Mindegyik ábrán a laposmenetű 24, 25, 76 menetszakaszok szerepelnek, valamint a 62 vágóéi a 63 fejfelületen és annak pontvonallal jelölt 77 fordulóköre a 75 csavarperselytengelytől kiinduló 66 sugárral. Az előző ábrákhoz képest a 10-12. ábrák méretarányát kismértékben lekicsinyítettük.

A 10. ábrán a megmunkálószerszámok egyike, például a forgó vágólap által leírt 78 pályát szemléltettük, amely az egyes 24, 25, 76 menetszakaszok fejoldali felületétől azonos távolságra van, és amelynek ábrázolt alakja megfelelő programozással különösen dinamikus esztergagép segítségével érhető el. A pálya távolságát a hozzá tartozó, forgácsolandó felülettől úgy állapítottuk meg, hogy a pálya vonala teljes kiterjedésében látható legyen.

A 78 pályában két darab 79, 80 egyenetlenség fordul elő, amelyeket a programozás során tudatosan úgy helyezünk el, hogy azokat a forgácshorony rákövetkező marásos megmunkálása során el lehessen távolítani. Jóllehet a 78 pálya 79, 80 egyenetlenségeit átmeneti függvények képezik, az egymást követő 24, 25, 76 menetszakaszok között sugárirányban ugrás áll elő.

A sugárirányú ugrás minden esetben a javasolt programozáson alapul, ahol is meg kell adni legalább két egymást követő, azonos átmérőjű Z koordinátát a megmunkálási feladathoz illesztett mozgási útvonallal, valamint a megfelelő menetemelkedést és ezzel kapcsolatban az átmérőugrást a legnagyobb előtolással (például 100 mm/U). Ha elfogadható megmunkálást akarunk elérni, az is szükséges, hogy a munkadarab átmeneti területe ne legyen szélesebb, mint a forgácshorony tervezett szélessége.

A jelenleg rendelkezésre álló számjegyvezérlésű esztergagépek többsége nem alkalmas a 10. ábrán szereplő vágópálya előállítására, mert teljes dinamikájuk

HU 225 272 Β1 nem elegendő ahhoz, hogy a keresztszánt a megadott szakaszon belül másik esztergálási átmérőre állítsa át, és így egyidejűleg kielégítse a pálya előírt pontosságát.

A találmány segítségével ezekre az esetekre ugrómozgatást javasolunk, amellyel ez a probléma elvileg kiküszöbölhető. A megfelelő elméleti hátteret a 11. ábra alapján világítjuk meg. A 81 pályagörbével rögzített munkamódszer azt tételezi föl, hogy az első megmunkálási szakaszban például csak az első, harmadik, ötödik, hetedik stb. menetszakaszt munkáljuk meg, a másodikat, negyediket, hatodikat stb. pedig kihagyjuk.

Az ugrásos függvényt tartalmazó program alapján a gép csillapítása miatt a 81 pályagörbében mindig átmeneti függvény lép föl, amit csak úgy igazíthatunk ki, ha az első reakcióhoz tartozó 82 pont után a szerszámot a következő vágóéi fölé emeljük úgy, hogy a vágóéi se lekerekítve, se károsítva ne legyen. Ahhoz, hogy a szerszámot a kitűzött pályára visszatérítsük, például a 83 pontig tartó szakasz áll rendelkezésünkre, amelyet a forgácshorony szélessége nem korlátoz. Ezek után a második megmunkálási szakaszban minden további nélkül bepótolhatjuk a kihagyott kontúrelemeket, melynek során a már elkészülteket természetesen átugorjuk.

Régebbi, ennek megfelelő tehetetlenségű szabályozókörrel rendelkező forgácsológépeknél azzal kell számolni, hogy a túllengés a pályagörbét is eltorzítja. A 12. ábrabeli 84 pálya segítségével ez a hatás érthetővé válik. A szerszám mozgás hirtelen reakciója következtében, amelyet a programozott utasítás a 85 pontban idéz elő, a pálya túllendülése következik be, amely a 86 pontban éri el maximumát.

Ez azután lassan kifutva leépül, amíg a pálya körülbelül a 87 pontnál ismét meg nem felel a programozott utasításnak. A példában a leírt hatást a javasolt ugrásos mozgatás segítségével két megmunkálási szakaszban még éppen kezelni lehetne. Adott esetben az ugrómozgatást három, vagy akár több szakaszra is szét lehet nyújtani.

Az előbbiekben különböző változatok kapcsán ismertetett eljárás ferde fogfejfelületeknél éppen úgy alkalmazható, mint például a 9. ábra szerinti menetszakaszok oldalfelületeinél. A leírt ugrófüggvényeket ilyenkor részben vagy egészben az X vagy a Z tengelyre kell áttenni. A szerszám által leírt bukdácsolópályák ezekre az esetekre nincsenek ugyan az ábrákon föltüntetve, ám a fogfej megmunkálása kapcsán bemutatott ugrómozgatásának elvben teljesen megfelelnek.

Mint már fentebb ismertettük, a találmány arra is módot nyújt, hogy a gép túllengését a menetszakaszok hátszögének előállítására közvetlenül hasznosítsuk. Ennek pontos menetét a 13-15. ábrák segítségével magyarázzuk meg közelebbről. A 13-15. ábrákon a fogfelületre vonatkozó vázlatosan föltüntetett példa kapcsán három torzítottan ábrázolt görbét tüntettünk föl, amelyeknél a térbeli összetevőket elhagytuk, hogy a szerszámpálya mozgásának részleteit jobban megmagyarázhassuk. A gyakorlatban a mozgásnak ezek a részletei egy vagy több síkban lépnek föl.

A 13. ábrán a programozás útján kijelölt 88 szerszámpályát egyetlen ugróparanccsal tüntettük föl.

A 89, 90, 91 és 92 koordinátapontokat a megfelelő X és Z értékek segítségével adtuk meg. Ezek közül az ábrákon csupán a Z érték változása, úgymint függőleges összetevő látható, míg az X érték mindenkori nagysága az ábrákból nem vehető ki.

A koordinátapontok közötti vízszintes távolságok a mindenkori orsószöggel arányosak, amely akár közvetlenül a C paraméterérték (orsószög), akár közvetve az F paraméterérték (menetemelkedés) útján programozható. Figyelembe kell venni azt is, hogy ha az F paraméterértéket használjuk, akkor a mindenkori számjegyvezérléshez megengedett legnagyobb értéket nem léphetjük túl, míg az orsószög-programozásnál a szögugrás minden további nélkül lehet 0° is. Elvileg több ugróparancs is összekapcsolható.

A 14. ábra a munkadarab fogfelületének alakját mutatja be a forgácshorony kimarása előtt, amely a 13. ábra szerinti parancssor eredménye. A föltüntetett 93 görbe átmeneti függvényekből áll, amelyeket a gép és a vezérlés tehetetlensége és szabályozási merevsége határoz meg.

A 94 egyenessel kezdődik, a 95 pontnál pedig az ugróparanccsal összhangban hirtelen kitér. Ezután eléri a legnagyobb túllengés- 96 pontját, amelyhez a 97 visszaugrás csatlakozik. Ezután következik a kisebb amplitúdójú 98 utólengés, mielőtt a görbe újból elérné a folytonos 99 alakot.

A 15. ábrán a munkadarab oldalfelülete látható a forgácshorony elkészülte után. A forgácshorony oldalait a 102, 103 eredményvonallal jelöltük. A 100, 101 menetoldalak két különböző menetszakaszhoz tartoznak. A forgácshorony helyzete a menetfogoldal felületéhez oly módon igazodik, hogy az előtte lévő menetszakasz 104 vége a 95 pontnál lévő kitérés előtt, a 105 vágóélnek a hátszöget tartalmazó kiállása pedig a következő menetszakasznál van.

A 98 utólengés által okozott kis huppanó amplitúdója függ mind a fölhasznált géptől és vezérléstől, mind pedig például az alkalmazotti vágási sebességtől. A nagyjából előállított vágóéi és annak hátszöge szempontjából ennek gyakorlatilag nincs semmi jelentősége.

Az egymást követő két menetfogfelületnek az ábrákon példaként szemléltetett alakján az egyes menetszakaszoknak kiterjedésük irányában ellentétes dőlésük van. A dőlés mértékét a szerkezeti előírások határozzák meg. Ennek során a dőlést minimalizálni vagy teljesen megszüntetni is lehet, csupán a 96 túllengés maradványa nyúlik túl a 105 vágóélen vagy annak egy részén az előremenő menetszakasz 104 vége fölé.

A 13-15. ábrák segítségével megmagyarázott eljárás megfelelő módon, például laposmeneteknél sugárirányban kifelé mutató fogfejeknél alkalmazható, továbbá más meneteknél a menetfogszelvény két vagy több felületén.

A találmány szerinti eljárás további alkalmazási módját a 16-17. ábrák kapcsán mutatjuk be. Itt úgynevezett kör alakú ékes kapcsolatról van szó, amely általában a gépiparban használatos. A 16. ábra a 106 tengelykapcsoló-hüvelyt és annak 107 középpontját tünteti föl. A belső falon a három 108, 109, 110 ékes körfelü10

HU 225 272 Β1 let van, amelyek egymáshoz a 111, 112, 113 ugrásokkal csatlakoznak.

A 106 tengelykapcsoló-hüvely belsejéhez illesztett

114 csapot a 17. ábrán tüntettük föl. Ennek három, a

115 középtengelyhez képest központosán elhelyezett külső 116, 117, 118 ékes körfelülete van, amelyek egymásba a 119, 120, 121 ugrásokkal mennek át. A mind a 106 tengelykapcsoló-hüvelyen, mind a 114 csapon meglévő ékes körfelületek spirálmetszetek, amelyek a mindenkori ütközési helyeken hirtelen kezdődnek és végződnek.

Ezeknek az ékes körfelületeknek az előállításához a találmány szerinti eljárással elvileg mindegy, hogy archimedesi, logaritmikus, hiperbolikus vagy Fermat-féle spirálisról van-e szó. A lényeg az, hogy a logaritmikus spirális alakú ékes körfelület az egyenletes emelkedési szög miatt a befeszülés során a legkedvezőbb anyag-igénybevételt eredményezi.

A belső és külső ékes körfelületek gyártása során az előírásoknak a legmesszebbmenőkig megfelelő görbületi alakot kell létrehozni, ugyanakkor az ugrásoknál a későbbi érintkezőfelületekből a lehető legkevesebbet szabad elveszíteni. Ez a feladat a találmány szerinti eljárás segítségével, a fent részletezett ugrómódszer alkalmazásával minden további nélkül megoldható.

Például a 106 tengelykapcsoló-hüvely forgácsolt előállításához számjegyvezérelt esztergagépen először is elő kell fúrni a megfelelő nyersdarabot, majd nagyolóeszterga segítségével adott esetben előméretre munkálni. A készre munkálás például forgó vágólappal ellátott fúrórudazat segítségével elvileg úgy megy végbe, hogy a munkadarab forgatása közben a szerszám kis előtolással kívülről sugárirányban egészen az ékes körfelület végéig halad, majd befelé irányuló ugrással az ékes körfelülettől elemelkedik.

A programnak ebből az ugróparancsából átmeneti idomokból álló szerszámpálya keletkezik, amelynek a 107 középpont felé irányuló túllengése van. Ennek mérete a program útján úgy van meghatározva, hogy a szerszám a következő ékes körfelület elejétől határozottan eltávolodjék. A programban ezután következő parancsok úgy vannak megállapítva, hogy a következő ékes körfelületet átugorjék, majd a szerszám a lecsillapodott pályán a rákövetkező ékes körfelületre léphessen.

A 16. ábra szerinti megvalósítási módnál, amelynél a munkadarabnak felülnézetben a késhez viszonyított jobbsodratú relatív elmozdulására van szükség, a három 108, 109, 110 ékes körfelület megmunkálásának sorrendje például a 108 ékes körfelülettel kezdve a következő:

108-megmunkálás 112-től 111-ig

110 - átugrás

109 - megmunkálás 113-tól 112-ig

108 - átugrás

110 - megmunkálás 111 -tői 113-ig

109 - átugrás

108 - megmunkálás 112-től 111-ig és így tovább.

A számjegyvezérlésű programok találmány szerinti értelmezésére egész sor lehetőség létezik. A sugárirányú előtolás mint menetemelkedés például akár hozzáadott változófüggvény, (például az E paraméter útján), akár állandó koordinátákkal programozható ahhoz, hogy az előírt felületi görbületet létrehozzuk.

A tengelyirányú szerszámmozgásnál aközött kell választani, hogy a megfelelő szerszám-előtolást megtartjuk, és kisebb mértékű előtolással dolgozunk, vagy az előtolást csak az egyes ékes körfelületek forgácsolása során vagy a forgácsolás szüneteiben az átugrásoknál alkalmazzuk.

A továbbiakban a hozzáillő csap ékes körfelületének előállítása elvileg a tengelykapcsoló-hüvelynél ismertetett módon megy végbe. A méretek megfelelő tűrését figyelembe kell venni, hogy a két rész összeilleszthető legyen. A találmány szerinti megmunkálásból adódó ugrófelületek a kerületnek oly kicsi részét teszik ki, hogy az összeillesztett darabok között az erőátvitelből kizárt hézagok elenyészőek.

Az eljárás kínálta lehetőségek tulajdonképpen szinte korlátlanok. Ez a keresztszánmozgás a gép orsóforgásával ötvöző számjegyvezérlésű program alkalmazásából, továbbá a célparaméterek, vagyis az átmérő, hossz és emelkedés bukdácsolóértékeinek kombinációjából, továbbá a zarándoklépés-technika és az ismertetett, egymásba ágyazható megmunkálási szakaszok tetszés szerinti használatából adódik. A számjegyvezérlésű esztergagépeken ezáltal nagyon gazdaságossá válik a megmunkálás, amelyet régebben időigényesen és a marás miatt rosszabb felületminőséggel kellett előállítani.

Az eljárás alkalmazásaként javasolt mesterséges csípőízületi perselynek, amely különleges csavarfelületű menettel és menetszakaszokkal, valamint a vágóélek mögött semleges szögekkel rendelkezik, nagyon kicsi becsavarási erőszükséglete és túlfordulás ellen szélsőséges biztonsága van, tapinthatósága kiváló, a csontos fölfekvő felülethez pedig tökéletesen résmentesen csatlakozik.

Különösen előnyös az élesmenetet, csavarodott forgácshornyot és egymáshoz képest a csavarodás! szög irányába elmozdított menetszakaszokat tartalmazó kiviteli alak. Ezáltal ugyanis nemcsak az implantálás közbeni kezelhetőség javul meg lényegesen, hanem jelentősen növekszik az elsődleges és másodlagos rögzíthetőség, ezzel pedig az idő előtti kilazulás veszélyét szinte teljesen ki lehet küszöbölni.

Claims (18)

1. Esztergálási eljárás idomesztergálásra programvezérelt esztergagépen, melynek során az esztergagép orsójának tokmányában munkadarabot forgatunk, a munkadarabon pedig forgácsolás útján, forgácsolószerszám segítségével előírt, legalább részben egyenetlen, például mértanilag átmeneti elemekből képzett vagy összeállított kontúrokat hozunk létre, azzal jellemezve, hogy az esztergálást úgynevezett bukdácsoló11

HU 225 272 Β1 szakaszokban hajtjuk végre, melynek során a keresztszánt a forgácsolószerszámmal szinkronizáltan az orsószög felé mozgatjuk, a körtől eltérő kontúrokat ugrásos függvényekből, parancsok összekapcsolásával létrehozott programmal vezérelve, előírt célparaméterekre vonatkozó, például átmérő- (X), hossz- (Z), menetemelkedés- (F) vagy orsószög- (C) értékekkel állítjuk elő, a programsorláncban pedig legalább az egyik célparaméter számára bukdácsoló-, vagyis a célparaméter-értékek közül egy ugrásos függvénnyel rendelkező sorozatot használunk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a parancssorba kiegészítőleg magasság- (Y) értéket is bevonunk.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy menetprogramozást használunk.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a programsorláncban legalább két célparaméter számára a célparaméter-értékek közül egy bukdácsolósorozatot használunk.

5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a programsorlánc útján növekmények egymásra halmozott, monotontól eltérő, periodikus sorozatával módosított forgásszimmetrikus kontúrt írunk le.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy legalább az egyik célparaméter számára a programsorlánc célparaméter-értékei között képzett növekményeket bukdácsolósorozatként programozzuk be.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a folytonostól eltérő kontúrt zarándoklépések programozásával hozzuk létre, melynek során a szerszámot váltakozva előre-hátra mozgatjuk, az egyik mozgatást pedig a másiknál nagyobbra állítjuk be.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a munkadarab körtől eltérő vagy egyenetlen kontúrját legalább két egymást követő megmunkálássorozattal hozzuk létre, melynek során az első sorozat útján első kontúrelemet állítunk elő, a következő felületidomot átugorjuk, majd a rákövetkező kontúrelemet megint megmunkáljuk, a második sorozat útján pedig az átugrott kontúrelemeket vagy felületidomokat munkáljuk meg, és a már megmunkált kontúrelemeket ugorjuk át.

9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás egyenetlen, dőlt vagy görbült palástfelületből kinyúló kontúrelemek forgácsolására, melynek során az egyenetlen kontúrelemek oldalát lényegében az esztergakés oldalélével, az egyenetlen kontúrelemek palástfelületét pedig lényegében az esztergakés csúcsával munkáljuk meg, azzal jellemezve, hogy az esztergakés csúcsát a palástfelülethez képest lényegében érintőirányú pályán vezetjük, az esztergakés oldalélével, az érintőirányú haladási sebesség és/vagy haladási irány programvezéreit megváltoztatása útján pedig az egyenetlen kontúrelem oldalát állítjuk elő.

10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyenetlen, körtől eltérő vagy görbült kontúrokat közvetlenül az esztergagépnek a programozás ugróparancsából eredő túllengésével hozzuk létre.

11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az esztergagép túllengését vágóél-menetszakaszok, illetve menetbordák hátszögeinek közvetlen előállítására használjuk föl.

12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az esztergagép túllengési tartományának egy részén a menetbordák vágóéleit a forgácshornyok legalább részleges kimarása útján, a hátszöget pedig a túllengési maradványként állítjuk elő.

13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás alkalmazása, azzal jellemezve, hogy az eljárást különleges menetek forgácsolására, például rugalmas anyagokba becsavarható idomokhoz, úgymint csontcsavarokhoz, combnyakcsavarokhoz, egyesített idomokhoz, úgynevezett külső rögzítőcsapok csavarjaihoz, fogbeültetések menetes csapjaihoz vagy mesterséges, becsavarható csípőízületi perselyekhez, különösen pedig menetszakaszok semleges vagy tetszőleges ékszögeinek vagy hátszögeinek előállításához használjuk.

14. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás alkalmazása, azzal jellemezve, hogy az eljárást tetszőleges, például gömb alakú, paraszferikus, kúpos, kúpos-gömb alakú, parabolikus stb. külső felületű köpenypalásttal rendelkező mesterséges, becsavarható csípőízületi persely, továbbá legalább egy menetfogfelületen úgynevezett semleges szög vagy hátszög előállítása céljából a köpenypaláston lévő tetszőleges, például semleges vagy a pólus felé billentett fogállású, valamint tetszőleges, például állandó vagy változó menetemelkedésű, egymástól forgácshornyokkal elválasztott menetszakaszokat tartalmazó, különálló menet forgácsolására használjuk.

15. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás alkalmazása, azzal jellemezve, hogy az eljárást tetszőleges, például gömb alakú, paraszferikus, kúpos, kúpos-gömb alakú, parabolikus stb. külső felületű köpenypalásttal rendelkező mesterséges, becsavarható csípőízületi persely, továbbá legalább egy menetfogfelületen úgynevezett csavaros vagy csavarfelület előállítása céljából a köpenypaláston lévő tetszőleges, például semleges vagy a pólus felé billentett fogállású, valamint tetszőleges, például állandó vagy változó menetemelkedésű, egymástól forgácshornyokkal elválasztott menetszakaszokat tartalmazó, különálló menet forgácsolására használjuk.

16. Az 1-15. igénypontok bármelyike szerinti eljárás alkalmazása, azzal jellemezve, hogy az eljárást ellentétes dőlésű menetszakaszokkal bíró tetszőleges becsavarható idomok forgácsoló előállítására használjuk.

17. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyenetlen felületet zárt felületként, ismétlődő kontúrelemekből alakítjuk ki.

18. A 17. igénypont szerinti eljárás alkalmazása, azzal jellemezve, hogy az eljárást ékes körszelvény vagy kör alakú ékes kapcsolatok előállítására használjuk.