MXPA02004140A

MXPA02004140A - Metodo para rectificar munones de ciguenal.

Info

Publication number: MXPA02004140A
Application number: MXPA02004140A
Authority: MX
Inventors: Roger Coverdale Stephen
Original assignee: Unova Uk Ltd
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-10-11
Also published as: WO2001030534A2; EP1224057B1; US7153194B2; US6811465B1; EP1224059B1; GB2357720B; EP1224059A1; GB2357722B; DE60007542T2; WO2001030537A1; DE60002497D1; MXPA02004139A; GB2357719A; EP1473113B1; DE60018778T2; ES2198356T3; WO2001030534A3; WO2001030535A1; CA2388426A1; GB2357720A

Abstract

Se describe un metodo para rectificar un munon de un cigüenal usando alimentacion de muela y accionadores de cabezal controlados por computadora. Durante una etapa de rectificado final que lleva al tamano de acabado, se mantiene la fuerza cortante sobre el cabezal portamuelas para mantener la muela y el munon bajo una carga constante moderada y la velocidad giratoria del impulsor del cabezal se reduce. Esto sirve para evitar que aparezcan marcas de salto y vibracion en la superficie del munon. La velocidad giratoria esta tipicamente en la escala de 1 a 5 rpm. Durante la etapa de rectificado final de cada munon, se ajusta la alimentacion de muela para remover de esta manera una profundidad de material suficiente durante un solo giro del cigüenal, para llevar al munon hasta un tamano final. Para poder determinar la profundidad de corte requerida, cada munon se calibra antes de que se lleve a cabo la etapa de rectificado final para determinar la profundidad de corte necesaria para lograr el tamano final.

Description

MÉTODO PARA RECTIFICAR MU ONES DE CIGÜEÑAL Campo de la invención Esta invención se refiere al rectificado de muñones de cigüeñal, especialmente a un proceso mejorado para el rectificado de acabado de estos componentes, particularmente muñones de cigüeñales de acero usando una máquina de rectificado controlada por computadora.

Antecedentes de la invención Para el rectificado de acabado la profundidad del material que será removido es normalmente menor que 0.5 mm de radio. Los muñones de cigüeñal se rectifican tradicionalmente usando un método de alimentación continua en el cual la muela abrasiva giratoria se alimenta a la pieza de trabajo al hacer avanzar el cabezal portamuelas, mientras la pieza de trabajo es girada. La velocidad de avance de la muela es normalmente disminuida al acercarse la pieza de trabajo al tamaño final. Una vez al tamaño, se lleva a cabo la pasada suave usando el reposo de la muela. Esto consiste REF 136880 fí~m-^aá'tfe¡^^ normalmente en pocas vueltas de la pieza de trabajo mientras el cabezal portamuelas (sobre el cual es portada la muela abrasiva giratoria) permanece fijo en posición en relación a la pieza de trabajo, con la muela sólo rozando el muñón. Durante el resto del proceso, el cabezal portamuelas es hecho avanzar y retraído bajo el control de una computadora para mantener asi el contacto entre la muela y el muñón mientras éste último es girado alrededor del eje del cigüeñal. El cigüeñal es impulsado por un accionador de cabezal. Un ejemplo tipico de un proceso en el cual se va a remover 0.3 mm de profundidad de material sobre el radio es el siguiente: Hacer avanzar rápidamente la muela hasta que la pieza de trabajo esté 0.4 mm por arriba del tamaño a una velocidad de 100 mm/s. Alimentación rápida de la muela a 0.07 mm sobre el tamaño final a una velocidad de 70 µm/s. Alimentación media de la muela a 0.015 mm sobre el tamaño final a una velocidad de 15 µm/s. Alimentación lenta de la muela para lograr el tamaño final a una velocidad de 3.5 µm/s.

Detener y reposar la muela para mantener un contacto leve y lograr la pasada suave durante dos o más rotaciones de la pieza de trabajo. En este proceso la velocidad de trabajo normal será de 20 rpm para las etapas iniciales, con una velocidad de trabajo de 10 rpm usada algunas veces durante la alimentación lenta y el reposo para lograr la pasada suave. El material de la muela es típicamente CBN, y una velocidad de superficie de muela típica será de 115 m/s. El ancho de la muela puede ser de hasta 42 mm. El refrigerante se suministra normalmente a alta presión y con una alta velocidad de flujo a la región de acoplamiento muela/pieza de trabajo.

Problemas encontrados con el método tradicional El método tradicional ha funcionado bien cuando se rectifican muñones de cigüeñales de hierro fundido, pero han ocurrido problemas cuando se intenta rectificar componentes de acero similares, especialmente grandes cigüeñales de acero tales como para motores a diesel de 6 cilindros, usando muelas abrasivas de CBN. Entre más grande sea la carrera del cig eñal, más problemas se encontrarán. En particular, se han notado dos efectos. ^^ l^i^^^^f-í^nfí^^á 1. Efecto hidrodinámico del refrigerante. Debido a la alta presión del refrigerante aplicado a la región de contacto entre la pieza de trabajo y la muela, puede ocurrir un efecto hidrodinámico. Esto tiende a forzar aparte la muela y la pieza de trabajo. 2. Desviaciones de la pieza de trabajo bajo las fuerzas de rectificado. Cuando se rectifica con muelas de CBN en particular, la energía se queda almacenada en la muela y la pieza de trabajo, debido a la fuerza de corte en particular, aplicada a través del cabezal portamuelas y la muela al cigüeñal, y debido a la dureza de éste último. El resultado es la desviación de la muela y del cigüeñal que se está rectificando, por varias mieras. Durante la pasada suave, las desviaciones producidas en la parte de la muela y la pieza de trabajo cuando están bajo carga, disminuyen, mientras la muela está todavía en una posición para remover cualquier punto alto que aparezca al relajarse ia pieza de trabajo. El procedimiento ha asegurado normalmente un tamaño final relativamente bueno a la región rectificada o amolada. Sin embargo, inter aJia un desgaste no uniforme de la muela significa que la pasada suave no necesariamente dará como resultado un componente cilindricamente verdadero, y se Í- * i f í t han encontrado regularmente marcas de salto y vibración después de que la pasada suave se ha completado. La redondez y errores de superficie parecen ser agravados cuando se usan muelas de CBN y cuando las fuerzas de separación son mucho más altas que por ejemplo cuando se usan muelas abrasivas AlOx. La dureza de una muela de CBN es más alta que la de una muela AlOx de tamaño similar, y la cantidad de desviación producida cuando se usa una muela de CBN tiende a ser mayor que cuando se usa una muela AlOx. Estas desviaciones, junto con el efecto hidrodinámico del refrigerante a lata presión, han significado que durante la pasada suave la muela abrasiva ha tendido a rebotar dentro y fuera de contacto con la superficie que se está rectificando. Las marcas de vibración inducidas por este rebote parecen ser peores cuando la superficie que se está rectificando gira fuera de la muela abrasiva (es decir, cuando la parte no se está forzando/rotando sobre la muela) .

Sumario de la invención De acuerdo con un primer aspecto de la invención en un método para rectificar un muñón de un cigüeñal usando alimentación de muela y accionadores de cabezal controlados por computadora, éstos últimos sirviendo para hacer girar el cigüeñal y por lo tanto hacer girar al muñón alrededor del mismo durante la etapa de rectificado final, que corresponde a la etapa de pasada suave de métodos previos, se hacen dos cambios al método conocido, a saber: i) se mantiene una fuerza cortante durante la etapa de rectificado final para que una fuerza constante se mantenga sobre el cabezal portamuelas para mantener la muela y el muñón bajo una carga moderada durante lo que habria sido la etapa de pasada suave del proceso, y ii) durante la etapa de rectificado final la velocidad giratoria del impulsor del cabezal (y por lo tanto del cigüeñal) se reduce; para evitar que aparezcan marcas de salto y vibración en la superficie del muñón.

Típicamente la reducción de velocidad del impulsor del cabezal está en la escala de 1 a 5 rpm. Típicamente la alimentación de la muela se ajusta para remover asi una profundidad suficiente de material durante una sola rotación del cigüeñal para llevar al muñón del cigüeñal al tamaño final. De preferencia el muñón es calibrado antes de que se lleve a cabo la etapa de rectificado final, para determinar de esta manera la profundidad de corte que es necesaria para lograr el tamaño final y el cabezal portamuelas se controla para remover asi la profundidad de metal que es necesaria para lograr el tamaño final. En forma preferible, se reduce la presión de suministro de refrigerante durante la revolución individual final del cigüeñal, para que el flujo de refrigerante se reduzca en forma significativa durante esa revolución final de manera tal que mientras se mantiene una fuerza cortante a lo largo de la revolución rectificadora final, se reduzcan las fuerzas hidrodinámicas. Si se encuentra que aún existen errores de redondez sobre el muñón, puede emplearse un procedimiento de edición de perfil de componentes a base de computadora para remover cualquiera de estos errores, ya que en general estos errores residuales tenderán a ser los mismos y aparecerán sobre cada muñón de cada cigüeñal rectificado. De esta manera, en un ejemplo de este primer aspecto de la invención, la mayoría del metal que será removido para rectificar un cigüeñal de acero a tamaño final usando una muela de CBN, se remueve de la manera tradicional, y al acercarse el muñón al tamaño final y cuando sólo quedan aproximadamente 50 µm en el radio por remover, el muñón se calibra y el exceso de tamaño preciso se determina, la velocidad de trabajo se disminuye a 3 rpm, el suministro de refrigerante se reduce y el cabezal portamuelas se controla para remover así un incremento de profundidad final, cuyo tamaño se determina por el calibrado, de alrededor del muñón, durante una sola revolución del cigüeñal, después de lo cual el cabezal portamuelas es retraído para que la muela se desacople completamente del muñón, sin una etapa de pasada suave, dejando al muñón rectificado al tamaño final. De acuerdo con una refinación final, en un método para rectificar muñones de un cigüeñal usando una muela de CBN, la velocidad de giro de la muela es variada a intervalos durante el rectificado de los muñones para reducir así el patrón de desgaste disparejo que de otra manera podría ocurrir alrededor de la superficie de rectificado de la muela. Se ha encontrado que una muela podría desgastarse en algunos lugares más que en otros alrededor de su circunferencia. Esto parece originarse debido a cualquier falta de balance de la'lfeuela. Se cree que esta falta de balance establece una vibración a una frecuencia particular, ocasionando que regiones separadas aparte alrededor de la muela se desgasten más que otras, para producir de esta manera lo que se describe como un efecto de lóbulo sobre la muela abrasiva. Se ha encontrado que esto a su vez es una de las causas de la vibración regenerativa. De acuerdo con este aspecto de la invención, la velocidad de la muela podría ser cambiada después de cada n muñón haya sido rectificado. Típicamente, n es igual a 3, pero puede ser cualquier valor de 1 hacia arriba. Típicamente, el cambio de la velocidad giratoria es del orden de ±2-5° de la velocidad nominal de la muela. Al cambiar la velocidad de la muela, para que las posiciones de puntos en los cuales puede ocurrir el desgaste como se mencionó arriba se alteren para que cualquier desgaste adicional sobre la muela abrasiva ocurra en diferentes lugares alrededor de la circunferencia de la muela, en lugar de siempre en los mismos lugares, durante cada revolución de la muela. En un método que incorpora uno u otro o todos los aspectos de la invención descrita en la presente, puede usarse un calibrador para medir el muñón cuando se espere que éste último esté 100 m por arriba del tamaño final; y se programa una computadora para ajustar por lo menos la alimentación de la muela con base en el tamaño calibrado del muñón, para asegurar la profundidad de corte correcta durante el rectificado final antes de que se vuelva a iniciar el rectificado. La invención se basa también en un método como el mencionado arriba cuando se usa para rectificar el muñón de un cigüeñal de acero de un motor a diesel grande (es decir, de 6 cilindros) . La invención se basa también en aparatos para llevar a cabo los métodos de rectificado de muñones descritos arriba. La invención se describirá ahora a manera de ejemplo con referencia a los dibujos anexos: En la Figura 1 se muestra el armazón principal de una máquina rectificadora con el número 10. Una primera guia 12 portada por el armazón soporta una mesa de trabajo 14 que puede deslizarse a lo largo de la misma, y que puede ajustarse de una posición a otra hasta el grado permitido por la longitud de la guía, por un motor de impulso de mesa de trabajo 16.

Una segunda guía 18 paralela a la primera, porta una cabeza de trabajo (cabezal portamuelas) 20 y un contracabezal o contrapunta 22 que tiene un sostenedor de pieza de trabajo 23. La rotación de una pieza de trabajo (tal como un cigüeñal o árbol de levas - no mostrado) montada entre el cabezal 20 y el contracabezal o contra punta 22 se lleva a cabo por un impulsor (motor) de cabezal 24, cuya rotación es transmitida a la pieza de trabajo por medio de un manguito portaherramientas u otro dispositivo de sujeción e impulso de piezas de trabajo 26. La posición angular y velocidad de rotación del motor de impulso (y por lo tanto de la pieza de trabajo) se mide por señales que provienen de un tacogenerador 28. En forma conveniente el motor de impulso 24 es un motor de avance gradual para permitir que la pieza de trabajo sea colocada angularmente en forma muy precisa. El movimiento del cabezal 20 y eí contracabezal 22 a lo largo de la guía 18 se lleva a cabo por motores 30, 32 respectivamente. Cuando como es usual el cabezal 20 está fijo a la mesa de trabajo 14, el motor de impulso 30 puede ser omitido. Una muela abrasiva 34 está montada sobre la flecha impulsora de un motor 36 asegurada a su vez a un cabezal portamuelas 38 que puede deslizarse a lo largo de una tercera guía 40, la cual se extiende perpendicularmente a las guías 12 y 18, y por lo tanto también al eje de la pieza de trabajo - indicado por el número de referencia 42. El movimiento del cabezal portamuelas 38 a lo largo de 40 es controlado por un motor electromagnético lineal que se muestra punteado en 44 y cojinetes hidrostáticos se emplean típicamente entre la guía 40 y el cabezal portamuelas 38. La potencia a los motores 16, 24, 30, 32, 36 y 44 es provista desde una fuente de energía y unidad de control a base de computadora combinadas 46, y las alimentaciones de energía y enlaces comunes de señales de control se muestran diagramática ente en 48 (para el impulsor de muela 36) , 50 (para el accionador de cabezal portamuelas 32), 56 (para el impulsor de posición de cabezal 30) y 58 (para el motor de impulso de pieza de trabajo 24) . Las señales que indican la velocidad de la pieza de trabajo para el tacogenerador 28 se suministran a 46 por medio de 60 y señales hacia y desde un calibrador 62, son transportadas por medio del enlace común 64. El calibrador 62 consiste en un pórtico de soporte 66, cabeza 68 y calibre de calibrado 70, el pórtico estando montado al cabezal y n^fagi^ MiMttMÉtt ^MiM'jiw portamuelas para moverse con el mismo. Aunque no se muestra, el pórtico incluye medios impulsores adicionales para extender y contraer la cabeza 68 en relación a la pieza de trabajo y la cabeza puede incluir medios impulsores para mover al calibrador en relación a la cabeza y la pieza de trabajo. Señales para controlar el movimiento y colocación del pórtico, cabeza y calibrador, y señales que indican el diámetro de una parte calibrada, son transportadas hacia y desde 46 según sea adecuado a lo largo del enlace común designado 64. Al ingresar un conjunto de instrucciones/programa adecuado en la computadora en 46, para que la máquina pueda ser ajustada para rectificar una pieza de trabajo montada entre 26 y 28 y para calibrar el diámetro de la región rectificada de la pieza de trabajo justo antes de que se obtenga el tamaño final . Posteriormente la computadora controla al motor de alimentación de muela 38 para mantener una fuerza cortante adecuada (para lograr una profundidad de corte deseada) y para reducir la velocidad del motor de impulso de pieza de trabajo 24. En general se ha encontrado deseable y posible controlar el motor para que haga girar la pieza de trabajo sólo una vez después del calibrado, al controlar la profundidad de corte deseada para que sea tal que remueva en una sola revolución justo la profundidad de metal requerida para dejar la región al tamaño final deseado. La muela puede ser retirada después de su acoplamiento completamente, a diferencia de dejarla en contacto de rozamiento para llevar a cabo una etapa de pasada suave, la cual ya no se requiere más. Se suministra fluido refrigerante por medio de la boquilla 72 desde una bomba (no mostrada) , y una válvula 74 controla el flujo de refrigerante a la boquilla y puede restringir simplemente el flujo o dirigir más o menos del flujo de regreso a un depósito desde el cual sea extraído por la bomba. La operación de la válvula 74 está también bajo control de señales generadas por computadora desde 46 y se suministran señales de energía y control a la válvula 74 a lo largo del enlace común 76. De acuerdo con el método descrito en la presente, el flujo de refrigerante se reduce al menos durante una revolución final de la pieza de trabajo en una operación de rectificado llevada a cabo sobre una región de la misma, para reducir así las fuerzas hidrodinámicas sobre la pieza de trabajo durante esa revolución final.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método para rectificar un muñón de un cigüeñal, caracterizado porque es mediante el uso de una máquina rectificadora que tiene alimentación de muela y accionadores de cabezal controlados por computadora, éstos últimos sirviendo para hacer girar el cigüeñal y por lo tanto hacer girar el muñón, en donde se suministra refrigerante a la muela y el muñón durante el rectificado; y en donde durante una etapa de rectificado final que lleva a un tamaño final: i) se mantiene la fuerza cortante sobre el cabezal portamuelas para mantener la muela y el muñón bajo una carga constante moderada hasta el final del rectificado; ii) se reduce la velocidad giratoria del impulsor del cabezal (y por lo tanto del cigüeñal) ; y m) durante la etapa de rectificado final se reduce la velocidad de flujo de refrigerante debajo de aquella a la cual es suministrado durante la parte inicial del proceso de rectificado; para evitar de esta manera que aparezcan marcas de salto y vibración en la superficie del muñón.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad giratoria del impulsor del cabezal durante la etapa final está en la escala de 1 a 5 rpm.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque durante la etapa final de rectificado de cada muñón, se ajusta la alimentación de la muela para remover de esta manera una profundidad de material suficiente durante un solo giro del cigüeñal, para llevar al muñón hasta un tamaño final.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el muñón es calibrado antes de que se lleve a cabo la etapa de rectificado final, para determinar así la profundidad de corte que es necesaria para lograr el tamaño final, y el cabezal portamuelas se controla para remover la profundidad de metal que es necesaria para lograr ese tamaño final.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela abrasiva es una muela de CBN y la máquina rectificadora tiene alimentación de muela y accionadores de cabezal controlados por computadora, éstos últimos haciendo girar la pieza de trabajo durante el rectificado, en donde la mayoría del metal que será removido para rectificar un muñón hasta el tamaño adecuado se remueve de una manera conocida, y al acercarse el muñón al tamaño final y sólo quedan por remover aproximadamente 50 µm sobre el radio, el muñón es calibrado y el tamaño excesivo preciso es determinado, y la velocidad de trabajo es disminuida hasta una velocidad en la escala de 1-5 rpm, típicamente 3 rpm, y la alimentación de la muela se controla para remover de esta manera de alrededor del muñón durante una sola revolución del cigüeñal un incremento de profundidad final, cuyo tamaño se determina a partir del calibrado, después del cual el cabezal portamuelas es retraído para que la muela se desacople completamente del muñón, sin una etapa de pasada suave, dejando al muñón rectificado al tamaño adecuado.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque después del rectificado de cada muñón el cigüeñal se mueve axialmente para alinear así el siguiente muñón que será rectificado con la muela.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6 que usa una muela de CBN, caracterizado porque la velocidad de rotación de la muela se varía a intervalos durante el rectificado de los muñones.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la velocidad de la muela se cambia después de que cada n muñón ha sido rectificado.

9. El método de conformidad con la reivindicación !, caracterizado porque n-ésimo es igual a 3.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque el cambio en la velocidad rotacional es del orden de ±2-5% de la velocidad nominal de la muela.

11. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se usa para rectificar el muñón de un cigüeñal de acero tal como el que. se emplea en un motor diesel grande.

12. Una máquina rectificadora que tiene una sola muela abrasiva, caracterizada porque se programa para llevar a cabo el método de rectificado de muñón de cigüeñal de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.