PL190714B1 - Sposób toczenia, zastosowanie sposobu toczenia dowytwarzania gwintów na wkręcanych panewkach stawubiodrowego oraz wkręcana panewka stawu biodrowego - Google Patents

Abstract

1 1 Sposób toczenia na programowanej tokarce do wió- rowego wytwarzania nie okraglych detali wzglednie detali o co najmniej czesciowych nie ciaglosciach zarysu, przy czym detal obraca sie w uchwycie wrzeciona obrabiarki, zas suport krzy- zowy przemieszcza sie wraz z narzedziem skrawajacym, przy czym wykonuje sie okreslone nie okragle zarysy, zlozone z geometrycznych elementów przejsciowych, znamienny tym. ze toczenie prowadzi sie w sposób „kulejacy” , przemieszczajac suport krzyzowy wraz z narzedziem skrawajacym przy wyko- rzystaniu programu gwintowania, w osi skoku, synchronicznie wzgledem kata wrzeciona, i wytwarzajac nie okragle zarysy przy uzyciu programu zlozonego z funkcji skokowych poprzez logiczne powiazanie rekordów rozkazowych z wartosciami dla parametrów adresowych w postaci srednicy X, dlugosci Z i skoku F, przy czym co najmniej dla jednego z tych parame- trów adresowych w ciagu rekordów programu stosuje sie „kule- jacy” , to znaczy majacy funkcje skokowa, ciag zlozony z warto- sci parametrów adresowych. 10 Wkrecana panewka stawu biodrowego, wykonana z tworzywa sztucznego, o dowolnym zewnetrznym zarysie powloki, na przyklad kulistym, zblizonym do kulistego, stoz- kowym, stozkowo-kulistym lub innym, ze zwezajacym sie w kierunku glowy profilem zeba gwintu, na przyklad w postaci gwintu trójkatnego, o dowolnym ustawieniu zeba, na przyklad neutralnym lub nachylonym w kierunku bieguna panewki, i dowolnym skoku, na przyklad stalym lub zmiennym, przy czym zebro gwintu zawiera pojedyncze, oddzielone od siebie rowkami wiórowymi, skrzydelka gwintu, znamienna tym, ze poszczególne skrzydelka (29, 40) gwintu sa utworzone z tak Fig.1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób toczenia, zastosowanie sposobu toczenia do wytwarzania gwintów na wkręcanych panewkach stawu biodrowego oraz wkręcana panewka stawu biodrowego.

W zasadzie tradycyjna technika toczenia jest znanym od bardzo dawna sposobem wiórowej obróbki detali, na przykład z drewna, metalu lub tworzywa sztucznego. W nowszych czasach wskutek wprowadzenia i udoskonalania metod sterowania numerycznego technologia toczenia doznała gwałtownego przyspieszenia rozwoju swych możliwości. Tak na przykład utrzymanie stałej prędkości skrawania wzdłuż zarysu powierzchni nie stanowi dzisiaj żadnego problemu. Nawet najbardziej skomplikowane kształty geometryczne są łatwe do realizacji przy użyciu odpowiedniego oprogramowania, zaś czasy ich wykonania są bardzo krótkie. Poza tym tego typu maszyny zyskują dalsząjakość w wyniku wyposażenia ich w napęd narzędzi, jako że tak skomplikowane detale można obrabiać w uchwycie metodą toczenia i frezowania. Mimo to istnieją tu pewne ograniczenia, związane albo z czasem, albo z określonymi kształtami geometrycznymi. Faktem jest przykładowo, że toczenie pozwala generalnie uzyskać znacznie krótsze czasy obróbki niż frezowanie. Poza tym przy toczeniu osiąga się lepszą jakość powierzchni. Jeżeli z uwagi na geometrię detalu w grę wchodzi jedynie frezowanie, wówczas trzeba uwzględnić wyraźnie dłuższe czasy obróbki względnie bardziej nierówną powierzchnię. Jednak również frezowanie dysponuje ograniczonymi możliwościami geometrycznymi. Tak na przykład żadne z naroży frezowanego zarysu w promieniowej płaszczyźnie osi frezu nie może mieć ostrzejszych krawędzi niż promień użytego frezu. Zarysy o ostrych krawędziach można wprawdzie wykonać w drodze przeciągania, dłutowania lub obróbki elektroiskrowej, jednak w tym celu detal trzeba przenieść na inną maszynę. W przypadku obróbki elektroiskrowej czasochłonność jest wyjątkowo wysoka. Wprawdzie znane są od kilku lat obrabiarki do tak zwanego wiercenia lub toczenia kształtowego, przeznaczone do obróbki skrawaniem zarysów nieokrągłych, jednak urządzenia tę mają swoją cenę i wymagają inwestycji kapitałowych w odpowiedniej wysokości.

Poza tym można je podłączać tylko do przewidzianego interfejsu, zaś wykonywane przy ich użyciu kształty ograniczają się do zarysów o dwuwymiarowej nieokrągłości.

Już wcześniej przeprowadzano próby dostosowania tokarek do obróbki nieokrągłych detali poprzez dobudowanie do nich specjalnych podzespołów mechanicznych. Odpowiednią maszynę zaproponowano w niemieckim opisie wyłożeniowym nr DE 25 15 106. Poza bardzo skomplikowaną i wrażliwą na awarie konstrukcją maszyna ta cechuje się wyjątkowym ograniczeniem możliwości, zawężonych jedynie do wykonywania dwuwymiarowych nieokrągłych kształtów geometrycznych.

Możliwości geometryczne obróbki nieokrągłych zarysów ulegają poszerzeniu przykładowo w stosunku do narzędzi, stanowiących wyposażenie tokarki, jeżeli napędem skrawania można sterować w sposób swobodnie programowany. Takie narzędzie jest znane na przykład z niemieckiego opisu wyłożeniowego nr DE 35 09 240 Al. Stosowane są tutaj piezoelektryczne lub magnetostrykcyjne człony nastawcze, aby osiągnąć dynamiczny przesuw skrawający względem detalu za pomocą odpowiedniego elektrycznego układu sterowania. W ten sposób można jednak zrealizować jedynie bardzo krótkie odcinki nastawcze. Wprawdzie z technicznego punktu widzenia możliwe jest, na przykład poprzez zastosowanie systemu magnetodynamicznego, zrealizowanie znacznie dłuzszych odcinków nastawczych, jednak byłyby one, podobnie jak dotychczas, ograniczone do pojedynczej osi mchu. Celem zrealizowania określonych trójwymiarowych obróbek zarysów nieokrągłych konieczne byłoby stworzenie, w drodze dołączenia drugiej, a nawet trzeciej, usytuowanej ortogonalnie, jednostki kinematycznej, narzędzia z kompletnym układem kierunków ruchu, jednak byłoby to skomplikowane pod względem konstrukcyjnym i wiązałoby się z wysokimi wymaganiami w zakresie techniki sterowania. Tego typu narzędzie dotychczas nie zostało opracowane.

Znane są również specjalne tokarki, opracowane z myślą o obróbce nieokrągłych zarysów, na przykład tłoków w silnikach spalinowych. Nowoczesne tłoki mają mianowicie lekko nieokrągły, z reguły eliptyczny przekrój, aby kompensować anizotropowe wydłużenie przy nagrzewaniu. Jednak w tym przypadku istnieje bardzo małe odchylenie od kształtu kołowego, ponadto cały zarys jest miękki i płynny. Nie występują tutaj uskoki lub znaczące nieciągłości.

W związku z tym również konstrukcja takiej obrabiarki nie cechuje się zbyt wysokim stopniem trudności. W zasadzie wystarcza, jeżeli nóż tokarski będzie drgał z niewielką amplitudą w pokrywającej się ze średnicą osi x, natomiast sanki będą przemieszczane wzdłuż detalu w osi z.

Krzywa wychylenia ostrza noża tokarskiego wykazuje przy tym bardziej lub mniej sinusoidalny przebieg, w związku z czym nie są w ogóle potrzebne ekstremalne przyspieszenia. Pomimo zredukowanej masy systemu byłyby one trudne do realizacji. Rozumie się, że tego typu maszyny wymagają sprzężenia obrotu detalu z ruchem w osi x, jednak posuw w osi z można kształtować dowolnie. W istocie wytwarzanie nieokrągłych zarysów jest ograniczone do dwuwymiarowej płaszczyzny średnicy i jest jedynie rozciągnięte na trzeci wymiar za pomocą osi z. Oś z nie wchodzi przy tym w rzeczywistości w wytwarzanie nieokrągłych zarysów. Przemieszczanie sanek wzdłuż osi z skokowo lub z oscylacją interferencyjną nie jest tutaj przewidziane.

Tego typu obróbka specjalna jest znana przykładowo z niemieckiego opisu wyłożeniowego nr DE 40 31 079 Al, przy czym zaproponowano tu, aby do sterowania napędem, wytwarzającym ruch oscylacyjny noża tokarskiego (na przykład elektrycznym silnikiem liniowym lub systemem hydraulicznym) użyć, poza istniejącym układem sterowania obrabiarką, dodatkowe sterowanie numeryczne, na przykład w postaci komputera osobistego. Bez modyfikacji leżącej u podstaw metody kinematycznej możliwości obrabiarki ograniczają jej zastosowanie do przewidzianych względnie podobnych przypadków. Poza tym koszt takiej specjalnej obrabiarki jest stosunkowo wysoki.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu toczenia detali z nierównomiernościami lub nieciągłościami zarysu, który powinien z jednej strony wykorzystywać parametry maszyny w odniesieniu do suportu krzyżowego i sterowania numerycznego, bez konieczności stosowania dodatkowego oprzyrządowania, pokonywać problemy związane z bezwładnością, a jednocześnie zwiększać ilość stopni swobody w odniesieniu do nieciągłości wykonywanego zarysu co najmniej o jeden dodatkowy wymiar. Nowy sposób powinien przy tym również umożliwiać realizację dotychczasowych operacji frezowania.

Sposób toczenia na programowanej tokarce do wiórowego wytwarzania nieokrągłych detali względnie detali o co najmniej częściowych nieciągłościach zaiysu, przy czym detal obraca się w uchwycie wrzeciona obrabiarki, zaś suport krzyżowy przemieszcza się wraz z narzędziem skrawającym, przy czym wykonuje się określone nieokrągłe zarysy, złożone z geometrycznych elementów przejściowych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że toczenie prowadzi się w sposób „kulejący”, przemieszczając suport krzyżowy wraz z narzędziem skrawającym przy wykorzystaniu programu gwintowania, w osi skoku, synchronicznie względem kąta wrzeciona, i wytwarzając nieokrągłe zarysy przy użyciu programu złożonego z funkcji skokowych poprzez logiczne powiązanie rekordów rozkazowych z wartościami dla parametrów adresowych w postaci średnicy X, długości Z i skoku F, przy czym co najmniej dla jednego z tych parametrów adresowych w ciągu rekordów programu stosuje się „kulejący”, to znaczy mający funkcję skokową, ciąg złożony z wartości parametrów adresowych.

190 714

Korzystnie w rekordach rozkazów zawarte są dodatkowo wartości parametru adresowego wysokości Y.

Korzystnie dla co najmniej dwóch z wymienionych parametrów adresowych w ciągu rekordów programu stosuje się „kulejący” ciąg złożony z wartości parametrów adresowych.

Korzystnie ciąg rekordów programu opisuje zarys kołowo-symetryczny z interferowanym niemonotonicznym periodycznym ciągiem przyrostów.

Korzystnie dla co najmniej jednego z parametrów adresowych przyrosty, utworzone pomiędzy wartościami parametrów adresowych ciągu rekordów programu, programuje się w postaci ciągu „kulejącego”.

Korzystnie nieciągły zarys uzyskuje się poprzez zaprogramowanie metody kroku pielgrzymującego, w którym narzędzie przemieszcza się ciągiem ruchów do przodu i do tylu. przy czym jeden z ruchów jest większy niż drugi.

Korzystnie nieokrągły względnie nieciągły zarys detalu uzyskuje się poprzez złożenie co najmniej dwóch sekwencji roboczych, przy czym na przykład za pomocą pierwszej sekwencji wytwarza się pierwszy, trzeci, piąty i odpowiednio następny element zarysu i przeskakuje się drugi, czwarty, szósty i odpowiednio następny element zarysu, a następnie obrabia się pominięte elementy zaiysu, przy czym przeskakuje się już obrobione elementy zarysu.

Korzystnie dla wiórowego wytwarzania przebiegających w sposób nieciągły, wychodzących z nachylonej lub zakrzywionej powierzchni płaszcza, elementów zarysu, przy czym bokiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu, zaś wierzchołkiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie powierzchnię płaszcza, przy czym wierzchołek noża tokarskiego prowadzi się po torze, przebiegającym w zasadzie stycznie do powierzchni płaszcza, zaś bok noża tokarskiego wytwarza zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu za pomocą zaprogramowanej zmiany stycznej prędkości posuwu i/lub kierunku posuwu.

Sposób toczenia według wynalazku stosuje się korzystnie do wytwarzania gwintów na wkręcanych panewkach stawu biodrowego, wykonanych z tworzywa sztucznego, zwłaszcza do wytwarzania dowolnych kątów zacisku, kątów neutralnych lub kątów przyłożenia na skrzydełkach gwintu.

Wkręcana panewka stawu biodrowego, wykonana z tworzywa sztucznego, o dowolnym zewnętrznym zarysie powłoki, na przykład kulistym, zbliżonym do kulistego, stożkowym, stożkowo-kulistym lub innym, ze zwężającym się w kierunku głowy profilem zęba gwintu, na przykład w postaci gwintu trójkątnego, o dowolnym ustawieniu zęba, na przykład neutralnym lub nachylonym w kierunku bieguna panewki, i dowolnym skoku, na przykład stałym lub zmiennym, przy czym żebro gwintu zawiera pojedyncze, oddzielone od siebie rowkami wiórowymi, skrzydełka gwintu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że poszczególne skrzydełka gwintu są utworzone z tak zwanych powierzchni śrubowych, powstałych w wyniku obrotu określonego profilu zęba ze skokiem wokół osi panewki przy stałym odstępie promieniowym, przy czym skrzydełka kolejne w kierunku wkręcania mają większe odstępy promieniowe niż skrzydełka poprzedzające.

Korzystnie skrzydełka gwintu są w swym wymiarze przechylone względem siebie pod małym kątem w kierunku kąta skrętu rowków wiórowych.

Sposób toczenia według wynalazku, zwany przez Zgłaszającego „kulejącym”, polega zatem na tym, że detal obraca się w uchwycie wrzeciona obrabiarki z - korzystnie stałą - liczbą obrotów, zaś suport krzyżowy przemieszcza się wraz z narzędziem skruszającym, przy wykorzystaniu programu gwintowania, w osi skoku, synchronicznie względem kąta wrzeciona, przy czym wykonuje się określone nieokrągłe zaiysy, złożone z geometrycznych elementów przejściowych, przy użyciu programu złożonego z funkcji skokowych poprzez logiczne powiązanie rekordów rozkazowych z wartościami dla parametrów adresowych w postaci średnicy X, długości Z i skoku F, przy czym co najmniej dla jednego z tych parametrów w ciągu rekordów programu stosuje się ciąg „kulejących” grup wartości z co najmniej jedną wartością liczbową w każdej grupie. W odpowiednio wyposażonych obrabiarkach sposób można rozszerzać poprzez dołączenie parametru wysokości Y.

Przyrosty pomiędzy wartościami liczbowymi, tworzone w większości operacji w ciągu rekordów programu dla co najmniej jednego parametru adresowego, stanowią „kulejący” ciąg

190 714 grup wartości z co najmniej jedną wartością liczbową w każdej z grup, przy czym na przykład odpowiednie wartości liczbowe wewnątrz jednej grupy są większe niż wewnątrz innej i/lub znak wewnątrz jednej grupy jest dodatni, zaś wewnątrz drugiej grupy jest ujemny. W zasadzie wartości zaprogramowane dla określonego parametru adresowego tworzą w ciągu rekordów ciąg wartości liczbowych, w którym zadane funkcje skokowe są wyrażone w postaci tak zwanych kroków „kulejących”.

Szczególne znaczenie sposobu wyraża się w możliwości zastosowania go we wszystkich trzech wymiarach, nawet bez uwzględniania osi y. Ta swoboda obróbki wynika stąd, że kroki „kulejące” są programowane za pomocą X, Z i F oddzielnie lub we wzajemnej kombinacji.

Sposób został według wynalazku uzupełniony systemem skokowym, przy czym wykonywane nieciągłości wytwarza się w następujących po sobie sekwencjach przesuniętych geometrycznie względem siebie cykli toczenia.

Sposób według wynalazku nie wymaga ani specjalnego oprzyrządowania, ani dodatkowych układów sterowania numerycznego i polega wyłącznie na zastosowaniu możliwości, zawartych w sterowaniu maszyny i odpowiednim oprogramowaniu, zaś jego jedyne ograniczenie wynika z dynamiki całego systemu. W tym celu przykładowo można zastosować znane rozkazy G31, G33, G34, G37 względnie G131 i inne oraz przykładowo parametry adresowe X (wymiar średnicy), Z (wymiar długości), F (skok gwintu), B (długość dobiegu), P (długość wybiegu, C (kąt początkowy wrzeciona), H (kierunek odniesienia dla F) oraz E (zmiana skoku), lub wstawiane bloki o indywidualnym oprogramowaniu. Nie jest również wykluczone, że zaproponowany tutaj sposób będzie w przyszłości stanowić podstawę dla przemysłu w zakresie poszerzenia możliwości oprogramowania produkcji seryjnej.

Omówiona powyżej dynamika całego systemu składa się z mechanicznej i elektronicznej dynamiki maszyny. Dynamika mechaniczna jest przy tym niezależna od masy suportu krzyżowego i szybkości reakcji napędu, przykładowo w postaci wrzecion, silników i przekładni. Dynamika elektroniczna jest natomiast wyznaczona przez szybkość przeliczania układu sterowania oraz jego powiązanie z napędami elektrycznymi. W związku z tym tokarki najnowszej generacji z napędami cyfrowymi i najszybszymi komputerami nadają się do obróbki ekstremalnych nieciągłości, natomiast zastosowanie sposobu do starszych maszyn jest odpowiednio ograniczone. Ograniczenie to można częściowo znieść poprzez wykorzystanie zredukowanych prędkości skrawania podczas obróbki, ponieważ powodują one zmniejszenie liczb obrotów wrzeciona i odpowiednią redukcję prędkości posuwu.

Bardzo proste zastosowanie sposobu polega przykładowo na toczeniu czopów mimośrodowych. W tym celu za pomocą ciągu rekordów rozkazowych, na przykład G33, realizuje się obrót detalu o 180°, programując współrzędne rozruchowe w X i Z oraz skok w F, przy czym przyrosty, leżące pomiędzy wartościami zaprogramowanymi w Z dla wspomnianego obrotu o 180°, muszą w zasadzie odpowiadać połowie zaprogramowanej wartości skoku. Wartości dla X zmieniają się natomiast skokowo przy każdej, wynoszącej 180°, połowie kroku pomiędzy większą i mniejszą zaprogramowaną wartością średnicy, przy czym teoretycznie wartość średnia odpowiada średnicy, zaś połowa różnicy odpowiada mimośrodowości wytwarzanego czopu. W celu uproszczenia oprogramowania skoki, powtarzające się w Z lub w osi średnicy, można w niektórych układach sterowania wprowadzić jako tak zwaną zmienną. Ponieważ dla opisanego przykładu obróbki zmiana średnicy jest z reguły większa niż zamierzony posuw w postaci skoku, układ sterowania maszyną przelicza w zwykłym przypadku zaprogramowany skok z posuwem osi X. Dlatego też dla skoku pod F trzeba wprowadzić drogę, zaprogramowaną w odniesieniu do średnicy na obrót, czyli podwojoną różnicę średnic, jeżeli przeskok nie zostanie wstrzymany rozkazami, na przykład H. Z opisanego oprogramowania wynika teoretyczny krzywoliniowy tor suportu krzyżowego w kształcie linii zygzakowatej. W rzeczywistości z uwagi na czynniki o różnym działaniu tłumiącym, jak na przykład duża masa suportu i niedostateczna sztywność obwodu regulacyjnego, uzyskuje się stale powtarzalny, zbliżony do sinusoidalnego przebieg ruchu suportu krzyżowego podczas posuwu wzdłuż detalu, w związku z czym mimo w zasadzie prymitywnego oprogramowania powstaje czop mimośrodowy o zaskakującej okrągłości. Z drugiej strony zniekształcenie to sprawia, że końcowe wymiary detalu nie odpowiadają dokładnie wartościom zaprogramowanym. Dlatego

190 714 też programowane wartości liczbowe należy wyznaczać w oparciu o detale próbne. Są one wówczas z dużą dokładnością odtwarzalne na danej maszynie.

Opisany powyżej sposób postępowania można zmienić przy toczeniu detali eliptycznych w ten sposób, że zaprogramowana krzywa o kształcie zygzakowatym ma podwójne rozwiązanie, czyli składa się z obrotowych kroków równych 90°. Obie, zaprogramowane naprzemiennie, średnice wyznaczają teoretyczną największą i najmniejszą średnicę elipsy. Skok, obliczany zwykle przez układ sterowania w osi X, należy wówczas zaprogramować z uwzględnieniem czterokrotnej różnicy średnic.

W odpowiedni sposób postępuje się podczas wykonywania wieloboku (sześciokąta foremnego), przy czym potrzebny jest krok kątowy równy 60°. Tego typu obróbka jest interesująca na przykład przy wykonywaniu rowków w planowanych powierzchniach, między innymi rowków smarujących dla tarcz rozruchowych lub rowków czyszczących dla tarcz hamulcowych. W wymienionych przykładach prawidłowe działanie rowka nie wymaga dokładnego zachowania zadanego kształtu, w związku z czym ewentualne odchyłki są bez znaczenia.

W opisanych powyżej przykładach chodzi o, mające przebieg zbliżony do harmonicznego, obróbki nieokrągłych zarysów ze stałym posuwem w kierunku osi wzdłużnej przy zaprogramowanym na stałe skoku. Opisane oprogramowanie można bez problemów rozszerzyć poprzez wstawienie punktów pomocniczych i uzyskać w ten sposób precyzyjny zarys. Sposób według wynalazku idzie jednak jeszcze dalej, ponieważ do obróbki wiórowej detali o znacznej nieciągłości względnie kanciastości zarysu, względnie do osiągnięcia wyższej dokładności kształtu toru zaproponowane zostało uwzględnienie zmiennych wartości skoku - na przykład również w połączeniu z drobniejszym podziałem zarysu. W programie tor, jaki ma pokonać suport krzyżowy celem osiągnięcia określonego zaiysu, jest opisywany za pomocą połączonych w ciąg rekordów, na przykład G33, i dla każdego rekordu programu ustalony jest inny skok, przy czym w ekstremalnym przypadku na przykład pierwszy rekord programu ma bardzo małą, względnie następny rekord programu ma bardzo dużą wartość F, wskutek czego powstaje przykładowo ciąg łagodnych i gwałtownych mchów suportu krzyżowego. Sposób ten pozwala na toczenie bardzo zróżnicowanych nieciągłych zarysów, na przykład elementów o zakrzywionych powierzchniach bocznych.

Analogicznie, za pomocą sposobu opisany w rekordach programu ciąg współrzędnych złożony z wartości X i Z, ewentualnie w połączeniu ze skokowymi wartościami F, można wykorzystać samodzielnie do realizacji tego typu nieciągłych zarysów. Tak na przykład posuw wzdłuż jednej lub obu osi można zaprogramować jako tak zwany krok pielgrzymujący, przy czym po określonym odcinku następuje każdorazowo gwałtowny (krótszy) skok do tyłu, po którym znowu następuje dłuższy odcinek posuwu. Tego typu obróbkę można przykładowo zastosować do naprzemiennego nacinania sprzężonych gwintów lewych i prawych, ewentualnie z niesymetrycznym skokiem.

Sposób według wynalazku umożliwia również obróbkę wiórową nieciągłych elementów zaiysu, złożonych z nachylonych lub zakrzywionych powierzchni bocznych, przy czym bokiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu, zaś wierzchołkiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie powierzchnię płaszcza. Za pomocą odpowiedniego zaprogramowania punktów początkowych i końcowych oraz skoku wierzchołek noża tokarskiego prowadzi się przy tym po torze, przebiegającym w zasadzie stycznie do powierzchni płaszcza, zaś bok noża tokarskiego wytwarza zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu za pomocą zaprogramowanej zmiany stycznej prędkości posuwu i/lub kierunku posuwu.

W opisanym programie należy zwłaszcza zwrócić uwagę na to, że oznaczony zazwyczaj parametrem adresowym H kierunek odniesienia używa się prawidłowo dla F. Za pomocą H określa się, na jakiej osi naliczany jest posuw, odpowiadający skokowi gwintu, zaprogramowanemu pod F. Bez podania danych lub dla H=0 posuw odnosi się do osi z, czyli w zasadzie do gwintów wzdłużnych, stożkowych i odpowiednich gwintów sprzężonych do maksymanie 45° względem osi Z. Jeżeli H jest równe 1, wówczas posuw naliczany jest dla osi x, czyli w zasadzie dotyczy gwintów płaskich, stożkowych i odpowiednich gwintów sprzężonych do maksymalnie 45° względem osi X. Dla H=3 posuw odnosi się do toru gwintu. Przy gwintach sprzężonych na zakrzywionych powierzchniach może łatwo dojść do sytuacji, w której prze8

190 714 kroczona zostanie wartość graniczna równa 45°, zaś układ sterowania maszyną przeskakuje wówczas automatycznie na inne naliczanie osi. Należy wówczas ją wyznaczyć, na przykład poprzez przeliczenie, i podać w programie ze świadomym zafałszowaniem, albo należy przeskok zatrzymać poprzez oprogramowanie, jeżeli układ sterowania ma w gotowości odpowiedni rozkaz.

Sposób według wynalazku ma rozszerzenie, polegające na pokonaniu granic zastosowania wynalazku, określonych ograniczoną dynamiką maszyny, za pomocą rozwiązania, w którym do ekstremalnych geometrii obrabianych zarysów wykorzystuje się składanie sekwencji roboczych. Chodzi tutaj o swego rodzaju sposób skokowy, który w pierwszym cyklu obrabia przykładowo pierwszy element zarysu, pomijając drugi, aby spokojnym torem objechać z kolei trzeci element zarysu, i tak dalej. Pozostawione w pierwszym cyklu elementy zarysu skrawa się w drugim cyklu roboczym, pozostawiając tym razem elementy zarysu obrobione w pierwszym cyklu. Sposób ten uwzględnia wynikający z zaprogramowanego z maksymalną prędkością, przerwanego ruchu, przeskok całego systemu, który nie jest w stanie w żądany sposób objechać elementu zarysu, znajdującego się w niewielkim oddaleniu. Do realizacji sposobu, z uwagi na dwie lub więcej sekwencji roboczych, potrzebny jest zatem dłuższy czas, jednak nadal czas ten jest zdecydowanie krótszy w porównaniu do techniki frezowania.

Według wynalazku zaproponowano również korzystne zastosowanie sposobu. Zastosowanie to w odniesieniu do przykładów wykonania ma jednocześnie służyć do bliższego objaśnienia sposobu.

Zaproponowane zastosowanie dotyczy wytwarzania gwintów samogwintujących, wkręcanych panewek stawów biodrowych, przeznaczonych do tak zwanych bezcementowych wszczepień u ludzi. Tego typu panewki śrubowe są dostępne na rynku w różnych wykonaniach. Dla niezawodnej i trwałej integracji, a także łatwości manipulacji podczas wszczepiania panewki decydujące znaczenie ma kształt gwintu. Wiadomo jest, że duża powierzchnia styku implantu z podporą kostną, bez pików obciążeń, a także nachylony do bieguna panewki profil gwintu stanowią korzystne przesłanki dla zapobieżenia poluzowaniu implantu. Poza tym taka panewka śrubowa musi wykazywać się dobrym przyleganiem, aby podczas wkręcania wyczuwało się nasadzanie korpusu panewki na przygotowaną powierzchnie kości. Znane dotychczas typy panewek śrubowych wymagały dodatkowych manipulacji, ponieważ po wszczepieniu albo pozostawały niepożądane puste przestrzenie względem granicznej powierzchni kości, albo ich wkręcanie wymagało użycia dużej siły, względnie ich przyleganie było niewystarczające.

Jedna grupa panewek śrubowych jest zaopatrzona w tak zwany gwint płaski, w którym boczne powierzchnie żebra gwintu są wzajemnie równoległe. Znane jest rozwiązanie, w którym żebra gwintu celem utworzenia krawędzi skrawających przerywa się w określonych odstępach, umieszczając w tych miejscach rowki wiórowe. W tym typie gwintu siła tnąca przy samogwintującym wkręcaniu jest w całości wytwarzana przez skierowaną promieniowo na zewnątrz, górną powierzchnię żebra gwintu względnie znajdujące się tam krawędzie skrawające. Ciąg krzywych, reprezentowany przez powierzchnie głów poszczególnych skrzydełek gwintu, opisuje tu jednak w osiowym widoku od strony bieguna panewki śrubowej spiralę, której dokładny przebieg zależy od kształtu czaszy panewki i skoku gwintu. Wraz ze wzrostem skrętu zwiększa się zatem promieniowy odstęp krzywej od środka biegunowego. Koniec jednego skrzydełka gwintu jest zatem w kierunku promieniowym położony bardziej na zewnątrz niż jego początek. W ten sposób przy wkręcaniu tego typu panewki śrubowej powstaje efekt zaciskowy, który mogą złagodzić jedynie siły tarcia, jakimi szorstka powierzchnia implantu oddziałuje na materiał kostny. Dlatego też implanty tego rodzaju wymagają nadmiernie dużej siły wkręcania.

Z drugiej strony znane są panewki śrubowe z gwintem płaskim, którego skrzydełka w wyniku grupowego przefrezowania są zaopatrzone w kąt przyłożenia. Ten sposób obróbki daje jednak w rezultacie od strony głów proste powierzchnie, biegnące w postaci cięciw kół, zataczanych przez odpowiednie krawędzie skrawające. Wskutek tego panewki śrubowe z takim gwintem są wprawdzie łatwe do wkręcania, z uwagi jednak na skróconą wysokość zębów gwintu dysponują zredukowaną powierzchnią do przenoszenia sił. Bardzo niekorzystne jest zwłaszcza powstawanie szczelin w obszarze głowy zęba gwintu pomiędzy implantem i ko190 714 ścią, oraz oddziałujące na podłoże kostne obciążenia dźwigniowe, spowodowane zbyt głęboko naciętymi rowkami międzyzębnymi. Dlatego też również tego rodzaju panewki śrubowe nie spełniają wymagań stawianych z medycznego punktu widzenia..

W patencie amerykańskim nr 4,997,447 zaproponowano panewkę śrubową, której powierzchnie głów poszczególnych skrzydełek mają kształt łukowy, przy czym kąt przyłożenia jest uzyskiwany tak, że wychodzący z bieguna panewki promień tego łuku zmniejsza się wraz ze wzrostem oddalenia od krawędzi skrawającej. W tej panewce śrubowej opisane powyżej niebezpieczeństwo powstawania szczelin można znacznie zmniejszyć, bez pogarszania własności tej panewki przy wkręcaniu. Jednak wykonanie takiej panewki jest bardzo czasochłonne, ponieważ zaproponowany kształt wymaga objechania frezem całego wymiaru głowy zęba.

Panewki śrubowe opisanego powyżej rodzaju, zaopatrzone w gwint płaski, mogły dotychczas opanować jedynie pewną część rynku. Obecnie panewki śrubowe z tak zwanym gwintem ostrym wydają się być bardziej rozpowszechnione. Jednak także w tej grupie istnieje zasadniczo problem związany z niekorzystnymi parametrami wkręcania oraz tworzeniem szczelin w strefie styku. Różne próby redukcji siły potrzebnej do wkręcania doprowadziły między innymi do bardzo szerokiego otwarcia wyfrezowanych rowków wiórowych kosztem skrzydełek gwintu. Pociągnęło to za sobą utratę cennej powierzchni styku, połączoną z utworzeniem większych pustych przestrzeni względnie obszarów kostnych, wyłączonych z przenoszenia sił.

Dotychczas w odniesieniu do panewek śrubowych z gwintem ostrym na rynku nie były znane konstrukcje z kątem przyłożenia poszczególnych segmentów gwintu. Prawdopodobnie wiąże się to z dużym stopniem trudności ich wykonania, zaś znana technika frezowania poza kosztownym oprogramowaniem wymaga znacznych nakładów czasowych. Trudności te wynikają stąd, że w gwintach ostrych zależnie od przebiegu rowków wiórowych co najmniej jedna z bocznych powierzchni zęba gwintu musi być wykorzystana do utworzenia krawędzi skrawającej. Jeżeli za krawędzią skrawającą ma być utworzony kąt przyłożenia, wówczas odpowiednią boczną powierzchnię danego skrzydełka gwintu podfrezowuje się aż do następnego rowka wiórowego, zachowując zgodny kąt boczny. Wówczas pojawia się problem, polegający na tym, że frez przy zakrzywionych powierzchniach bocznych nie może jednocześnie obrabiać podstawy rowka gwintu, zachowując wiernie jej zarys. Można by było wówczas wybierać pomiędzy wykonywaniem rowkowego wgłębienia, którego głębokość zwiększa się coraz bardziej, wzdłuż zbocza zęba oraz zwiększającej się odpowiednio, schodkowej pozostałości. Tę pozostałość należałoby później usunąć w ramach co najmniej jednej, następnej operacji.

Sposób według wynalazku umożliwia wykonywanie tego typu gwintów panewek stawów biodrowych za pomocą toczenia w jak najkrótszym czasie i z bardzo dużą dokładnością. Nie ma przy tym znaczenia, czy obróbka nieciągłości ma na celu uzyskanie określonego przebiegu poszczególnych skrzydełek gwintu na ich powierzchni biegunowej, równikowej, na powierzchni głowy zęba, czy też na kilku z tych powierzchni. Z uwagi na swobodę programowania toru obróbki można nie tylko kształtować dowolny profil zęba gwintu, lecz także w przybliżeniu dowolnie określać nachylenie kątowe wytwarzanych odcinków żebra gwintu. Jednocześnie cały profil gwintu można dokładnie dopasować do płaszcza korpusu panewki. Dlatego też wynalazek można stosować do wszystkich znanych kształtów panewek, na przykład sferycznego, asferycznego, parasferycznego, stożkowo-sferycznego, stożkowego, cylindrycznego, parabolicznego, toroidalnego i innych.

Sposób według wynalazku można bez problemów łączyć z innymi znanymi sposobami wytwarzania gwintów panewek stawów biodrowych, na przykład ze sposobem znanym z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 480 551 względnie sposobem wytwarzania gwintu o zmiennym modyfikowanym profilu, znanym z niemieckiego opisu wyloz.eniowego nr DE 44 00 001. Szczególnie korzystna wydaje się kombinacja profilu zęba gwintu, przechylonego w kierunku bieguna panewki, ze zmieniającym się w sposób płynny skokiem gwintu, znanym z międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 97/39702.

W związku z powyższym zaproponowano według wynalazku, aby w wykonanych z tworzywa sztucznego panewkach stawów biodrowych z profilem zęba, zwężającym się

190 714 w kierunku głowy zęba gwintu, utworzone pomiędzy rowkami wiórowymi skrzydełka gwintu miały tak zwane powierzchnie śrubowe, zaś kierunek ich przebiegu był przechylony w zależności od kąta skrętu rowków wiórowych. Pod pojęciem powierzchni śrubowych należy przy tym rozumieć powierzchnie, uzyskiwane w wyniku obrotu określonego profilu zęba o stałym promieniowym odstępie od osi panewki i skoku wokół tej osi. W przypadku trapezowego profilu zęba powstają zatem trzy powierzchnie śrubowe, jedna od strony głowy zęba oraz dwie powierzchnie boczne. Powierzchnie te mogą być w obszarze stopy skrócone w swym głównym wymiarze, jeżeli profil zęba przy określonej geometrii czaszy panewki wchodzi w powierzchnię tej czaszy. Powierzchnie, następujące za ostrzem na początku każdego ze skrzydełek gwintu, mają wówczas kąt neutralny, czyli nie wykazują ani kąta zacisku, ani kąta przyłożenia. Eliminuje to niepożądane efekty zaciskowe, zapewniając mimo to ze wszystkich stron styk skrzydełka gwintu z kością. Aby ostrze, znajdujące się na początku danego skrzydełka, mogło działać w sposób optymalny, musi ono wystawać w stosunku do poprzedzającego je skrzydełka. Osiąga się to po pierwsze tak, że powierzchnie śrubowe kolejnego skrzydełka mają większy promień niż powierzchnie śrubowe skrzydełka poprzedzającego. Dodatkowo poszczególne skrzydełka są w swym wymiarze przechylone względem siebie pod małym kątem w kierunku kąta skrętu rowków wiórowych, przy czym korzystny jest kierunek przechylenia zbliżający się do kąta skrętu, aby osiągnąć wystawanie dodatniej krawędzi skrawającej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w korzystnych przykładach zastosowania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia półkulistą panewkę śrubową z gwintem płaskim, działającym zaciskowe po stronie głowy, według stanu techniki, fig. 2 - półkulistą panewkę śrubową z gwintem płaskim, zaopatrzonym w kąt przyłożenia, według stanu techniki, fig. 3 - półkulistą panewkę śrubową według wynalazku z gwintem płaskim, złożonym ze skrzydełek, mających po stronie głowy powierzchnie śrubowe, fig. 4 - półkulistą panewkę śrubową według wynalazku z gwintem ostrym, złożonym ze skrzydełek, mających powierzchnie śrubowe ze wszystkich stron, fig. 5 - dwa skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 1, fig. 6 - dwa skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 2, fig. 7 - dwa skrzydełka gwintu z kątem przyłożenia i łukową powierzchnią głowy, fig. 8 - dwa skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 3, fig. 9 - dwa skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 4, fig. 10 - trzy skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 3 i tor narzędzia o dużej dynamice, fig. 11 - trzy skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 3 i tor narzędzia o średniej dynamice z metodą skokową, oraz fig. 12 - trzy skrzydełka gwintu panewki śrubowej z fig. 3 i przeskakujący tor narzędzia z metodą skokową.

Na figurze 1 ukazana jest w widoku od strony bieguna i około 1,3-krotnym powiększeniu półkulistą panewka śrubowa z gwintem płaskim według stanu techniki. Dla przedstawionego przykładu przyjęto średnicę nominalną 54 mm, średnią wysokość zębów 2,6 mm, skok 5 mm, zaś średnicę otworu 22 mm. Aby możliwe było porównanie, na fig. 2 do 4 zachowane zostały wymiary główne.

Wokół otworu 9 w dnie panewki śrubowej 1 rozciąga się wysklepiony, pozbawiony gwintu obszar 6 korpusu. Średnica korpusu jest na rysunku reprezentowana jedynie przez zewnętrzny obszar brzegowy 10. Gwint rozpoczyna się od strony bieguna na pierwszym skrzydełku 7 i wznosi się przed skrzydełkiem 2 na całą swoją wysokość. Dwa skrzydełka 2, 3, są opatrzone odnośnikami, jako że mają posłużyć do szczegółowego opisu w odniesieniu - do fig. 5. Zarówno usytuowane po stronie głowy powierzchnie - 4, jak też utworzone na stopie zęba krawędzie 5 poszczególnych skrzydełek gwintu leżą w dwuwymiarowym ujęciu - z wyjątkiem początkowego względnie końcowego obszaru gwintu - na krzywej spiralnej. Cały gwint obejmuje przy tym około czterech okrążeń. Biegnąca pomiędzy skrzydełkami gwintu podstawa 8 tworzy półkulisty płaszcz korpusu. Celem wytworzenia rowków wiórowych 11 względnie krawędzi skrawających obwodowe żebro gwintu jest 12-krotnie podzielone szczelinami bez kąta skrętu. Podział na szczeliny przebiega pod kątem około 10°, aby na głowie zęba uzyskać dodatni kąt natarcia.

Przykład wykonania panewki śrubowej 12 na fig. 2 z gwintem płaskim według stanu techniki został uzyskany techniką frezowania z panewki śrubowej 1. Dlatego też 20 otwór 20 w dnie, wysklepiony obszar 17, podstawa 19 gwintu, średnica nominalna 21 i szczeliny 22 odpowiadają w pełni, podobnie jak krawędzie 16 pomiędzy skrzydełkami gwintu i korpusem, przykładowi wykonania z fig. 1. Z uwagi na półkulisty kształt korpusu, w celu zachowania

190 714 stałej średniej wysokości zębów skrzydełka gwintu frezowano oddzielnie. Położony po stronie bieguna początek gwintu przesunął się przy tym na skrzydełko 18. Proste powierzchnie zewnętrzne 15 poszczególnych skrzydełek gwintu biegną teraz w postaci cięciw okręgu, zataczanego przez leżące w kierunku wkręcania z przodu po stronie głowy, krawędzie skrawające, i synchronicznie względem szczelin gwintu w ten sposób, że w odniesieniu do każdego z okręgów powstają kąty przyłożenia. Działanie krawędzi skrawających na obniżenie siły potrzebnej do wkręcania jest związane z tym, że promieniowy odstęp krawędzi skrawających od osi panewki jest stale większy niż odpowiedni promieniowy odstęp przechodzącego wcześniej końca skrzydełka. Dwa, opatrzone odnośnikami 13 i 14, skrzydełka gwintu zostaną objaśnione później, w odniesieniu do fig. 6.

Ukazany na fig. 3 przykład wykonania panewki śrubowej 23 według wynalazku odpowiada w zasadzie swym półkulistym kształtem i wymiarami głównymi, a także otworem 31 w dnie, rozciągającym się wokół niego wysklepionym obszarem 28, krawędzią 27 pomiędzy skrzydełkami gwintu i płaszczem, podstawą 30 gwintu, średnicą 32 i podziałem na szczeliny 33, przykładowi wykonania z fig. 1. Gwint płaski rozpoczyna się pierwszym skrzydełkiem 29 o niewielkiej wysokości, za którym następuje ciąg czterech następnych skrzydełek o skokowo zwiększającej się wysokości zęba, dopóki żebro gwintu nie osiągnie na skrzydełku 24 swej pełnej wysokości. Równoległe boczne powierzchnie pojedynczych skrzydełek gwintu graniczą odpowiednio z zewnętrznym wycinkiem współosiowej względem osi panewki śrubowej, cylindrycznej powierzchni 26, przy czym leżąc u podstaw średnica cylindra zwiększa się stopniowo od jednego skrzydełka do drugiego. Tę zasadę kształtowania można zrealizować również za pomocą wycinka innej, odpowiednio współosiowej, powierzchni śrubowej. Opisany kształt nie powoduje utworzenia na skrzydełkach gwintu ani kątów natarcia, ani kątów przyłożenia. Kąt przyłożenia nie jest tu w ogóle wymagany, ponieważ siły tarcia, powodowane nierównościami powierzchni (na przykład w wyniku piaskowania powierzchni panewki śrubowej), przy neutralnym ruchu względnym zapobiegają zakleszczaniu podczas procesu wkręcania. Unika się w ten sposób przede wszystkim powstawania szczeliny pomiędzy implantem i łożyskiem kostnym. Mimo to zewnętrzna krawędź skrawająca skrzydełka gwintu ma znaczenie, ponieważ ma większy odstęp promieniowy od osi panewki niz poprzednia krawędź skrawająca. W rezultacie uzyskuje się bardzo małą siłę, potrzebną do wkręcania, dobre przyleganie oraz znakomite pierwotne i wtórne nieruchomienie implantu.

Kolejny przykład wykonania półkulistej panewki śrubowej 34 według wynalazku jest przedstawiony na fig. 4. Także tutaj różne detale, jak otwór 42 w dnie, wysklepiony obszar 39, podstawa 41 gwintu, średnica 43 i szczeliny 44 gwintu, zostały bez zmian przeniesione z uprzednio opisanych przykładów wykonania. W przeciwieństwie do tego w przedstawionym gwincie chodzi o gwint ostry, mający w zasadzie trójkątny profil zębów. Tej cechy nie można odczytać na dwuwymiarowym rysunku. Podobnie jak poprzednio, gwint rozpoczyna się pierwszym małym skrzydełkiem 40, zaś jego zęby mają zwiększającą się w wielu stopniach wysokość, osiągając przed skrzydełkiem 35 swoją wysokość ostateczną (średnią). Utworzona z głowy zęba krawędź 37, która w przypadku rzeczywiście ostrego trójkątnego przekroju zęba gwintu egzystuje praktycznie jedynie w postaci linii, stanowi dla pojedynczych skrzydełek gwintu linię śrubową o stałym odstępie od osi panewki śrubowej, widoczną na rysunku w postaci łuku o stałym promieniu, wychodzącym ze środka panewki. W wybranym gwincie ostrym, z uwagi na brak skrętu rowka wiórowego 44, krawędź skrawająca jest utworzona na obu bocznych powierzchniach zęba gwintu. Krawędź skrawająca przenosi się na jedną z bocznych powierzchni zęba, jeżeli rowek wiórowy ma odpowiedni kąt skrętu. Obustronne powierzchnie pojedynczego śkrzydełka gwintu stanowią w ukazanym przykładzie powierzchnie śrubowe, przy czym skok powierzchni biegunowej odpowiada skokowi powierzchni równikowej, nawet wówczas, gdy średnica panewki, zwiększająca się w kierunku równika, sprawia inne wrażenie optyczne. Wskutek tego krawędź 38, utworzona na stopie zęba pomiędzy skrzydełkiem gwintu i płaszczem panewki śrubowej, wydaje się przebiegać w płaszczu panewki ku tyłowi. Ponieważ powierzchnie śrubowe kolejnego podczas wkręcania skrzydełka gwintu mają coraz większe promieniowe odstępy od osi panewki, obustronne krawędzie tnące wystają względem poprzedniego skrzydełka gwintu na boki w kierunku profilu gwintu względnie promieniowo na zewnątrz, zapewniając tym samym łatwe nacinanie przy wkręca12

190 714 niu. Również w tym przypadku, z uwagi na kat obojętny, utworzony przez skrzydełka gwintu w ich wymiarze, wyeliminowane jest powstawanie szczelin w obszarze styku z kością.

Rozważania przeprowadzone w odniesieniu do stanu techniki i przykładów wykonania według wynalazku są poniżej objaśnione w oparciu o przedstawione w powiększeniu detale, ponieważ w całości szczegóły te są słabo widoczne.

Na figurze 5 ukazane są w powiększeniu dwa skrzydełka 2, 3 gwintu z fig. 1. Skrzydełko 2 ma leżącą na czole jej powierzchni 46 od strony głowy, krawędź skrawającą 45, zaś skrzydełko 3 ma taką samą krawędź skrawającą 47 na odpowiedniej powierzchni 48. Okrąg 49 o stałym promieniu wokół osi symetrii panewki, opisywany przez krawędź skrawającą 45 podczas wkręcania panewki śrubowej, jest zaznaczony linią punktową. Widać tutaj wyraźnie, że część każdego ze skrzydełek wystaje poza opisywany okrąg, co generalnie musi powodować zakleszczanie.

W ukazanym na fig. 6 przykładzie wykonania skrzydełek 13, 14 gwintu z fig. 2 nie należy się obawiać takiego zakleszczania, ponieważ położone od strony głowy powierzchnie 51 względnie 53 są frezowane po krawędziach skrawających 50 względnie 52 z kątem przyłożenia. Zaznaczony linią punktową okrąg 54, zataczany przez krawędź skrawającą 50, nie styka się przy tym w żadnym miejscu z położoną po stronie głowy powierzchnią skrzydełka gwintu. W obszarze tym pozostaje jednak niepożądana wolna przestrzeń. Jest ona tym większa, im mniejsza jest liczba rowków wiórowych. Zwłaszcza panewki śrubowe, mające przykładowo tylko sześć rowków wiórowych, są pod tym względem wyjątkowo upośledzone. Ukazana postać jest wykorzystywana chętnie w stożkowych panewkach śrubowych, ponieważ wówczas skrzydełka gwintu można bardzo korzystnie frezować w całości, jako pakiet. Z medycznego punktu widzenia argument ten należy jednak odrzucić.

Ukazany powyżej problem można w pewnym zakresie rozwiązać przy użyciu kształtu skrzydełek 60, 61 z fig. 7. Również tutaj położone od strony głowy powierzchnie 56, 58 skrzydełek gwintu mają za czołowymi krawędziami skrawającymi 55 i 57 kąt przyłożenia względem okręgu 59, co wyklucza zakleszczanie przy wkręcaniu. Z uwagi na łukowy kształt powierzchni 55, 56 wolna przestrzeń, powodująca powstawanie szczelin, jest jednak stosunkowo mała, a zatem można ją zaakceptować. Ten łukowy kształt wymagał jednak dotychczas wysokich nakładów związanych z frezowaniem, ponieważ każde ze skrzydełek gwintu należało podczas wytwarzania objechać oddzielnie w kierunku stycznym. Sposób według wynalazku pozwala uzyskać ukazany kształt geometryczny poszczególnych skrzydełek bardzo racjonalnie, w ramach jednego zamocowania w tokarce ze sterowaniem numerycznym.

Dla porównania, zaproponowane w szczególności według wynalazku wykonanie zewnętrznych powierzchni poszczególnych skrzydełek gwintu jako tak zwanych powierzchni śrubowych, ukazanych już na fig. 3, przedstawiono na fig. 8 w powiększeniu, na podstawie dwóch skrzydełek 24, 25 gwintu. Wychodzące z krawędzi skrawających 62 względnie 64, położone od strony głowy, powierzchnie 63 względnie 65 skrzydełek mają stały promień, wyznaczony przez odstęp krawędzi skrawającej od osi 67 panewki śrubowej. Na rysunku zatem biegnący przez krawędź skrawającą 62, zaznaczony linią punktową okrąg o stałym promieniu 66 pokrywa się z położoną po stronie głowy powierzchnią 63. Ponieważ odpowiedni promień skrzydełka 25 gwintu jest większy, jego krawędź skrawająca 64 wystaje poza poprzedzającąją, podczas wkręcania, krawędź skrawającą 62 skrzydełka 24. Dzięki temu odpowiednia krawędź skrawająca i następująca za nią, przystawiona pod dodatnim kątem natarcia, powierzchnia czołowa mogą wnikać w skrawany materiał kości i przy stosunkowo łatwym cięciu odprowadzać wióry do rowka wiórowego.

Sytuacja z fig. 4, ukazana w powiększeniu na fig. 9, różni się w stosunku do przykładu wykonania z fig. 8 tym, że gwint nie ma profilu płaskiego, lecz ostry. Również tutaj jednak zewnętrzne powierzchnie poszczególnych skrzydełek 35, 36 gwintu mają postać powierzchni śrubowych. Z uwagi na ukośne nachylenie boków i skok względnie dosuw skrzydełek gwintu, a także półkulisty zaiys, krawędź utworzona przy stopie zęba w kierunku płaszcza korpusu wydaje się wchodzić swym tylnym końcem 73, 74 w materiał korpusu. W rzeczywistości jednak przy obrocie panewki śrubowej nie występuje promieniowe przesunięcie rzutu przekroju zęba, ponieważ odpowiednie krawędzie zewnętrzne 69, 71 mają promień niezmienny w stosunku do osi panewki śrubowej. Z zastosowania trójkątnego przekroju zęba w ukazanym

190 714 przykładzie wynika przemieszczenie odpowiedniej krawędzi skrawającej na co najmniej jedną, zaś dla rowków wiórowych bez skrętu na obie powierzchnie boczne danego skrzydełka gwintu. ,

Na rysunku widoczna jest tylko biegunowa krawędź skrawająca 68, 70. Tylna krawędź skrawająca jest zasłonięta. Okrąg zataczany przez położoną po stronie głowy, krawędź 69 zęba gwintu, ma stały promień 72 wokół osi 75 panewki śrubowej. Zmniejszenie siły potrzebnej do wkręcania wynika w tym przykładzie wykonania z wzajemnego promieniowego przesunięcia poszczególnych skrzydełek gwintu, wskutek czego poszczególne krawędzie skrawające wystają w stosunku do poprzedzających je krawędzi zarówno na boki, jak też na zewnątrz.

Dla lepszego zrozumienia przebiegu realizacji sposobu przy zaproponowanym korzystnym jego zastosowaniu do wytwarzania gwintu panewki śrubowej, sytuacje ukazane na fig. 318 powtórzono na fig. 10 do 12. Na każdej z figur odtworzono tutaj trzy skrzydełka 24, 25, 76 gwintu płaskiego, a także krawędź skrawającą 62 na położonej po stronie głowy powierzchni 63 i zataczany przez nią okrąg 77 o promieniu 66, wychodzącym z osi panewki śrubowej. W porównaniu do poprzednich figur zastosowano tutaj nieco zmniejszona skalę.

Na figurze 10 przedstawiony jest, opisywany przez narzędzie (na przykład płytkę wieloostrzową przestawną), przesunięty o jednakową odległość względem położonych po stronie głowy powierzchni poszczególnych skrzydełek gwintu, tor 78, który w ukazanym kształcie jest realizowany za pomocą odpowiedniego oprogramowania i bardzo dynamicznej tokarki. Odstęp toru od skrawanego zarysu, widoczny na rysunku, ma na celu ukazanie w całości przebiegu toru. Tor 78 zawiera dwie nieciągłości 79 i 80, które za pomocą oprogramowania umieszcza się celowo w pozycji, w której są one podczas następnej obróbki usuwane w drodze frezowania. Chociaż nieciągłości 79, 80 toru 78 stanowią funkcje przejściowe, pomiędzy następującymi kolejno po sobie skrzydełkami powstaje promieniowa funkcja skokowa. Ta promieniowa funkcja skokowa jest w każdym przypadku zależna od zaproponowanego oprogramowania, przy czym należy wprowadzić co najmniej dwie kolejne współrzędne tej samej średnicy z dopasowaną do celu obróbki drogą przesuwu w osi z oraz odpowiedni skok gwintu, a także skok średnicy dla maksymalnego posuwu (na przykład 100 mm/obrót). Aby rezultat obróbki był do przyjęcia, obszar przejściowy na detalu nie może być większy niż przewidziana szerokość rowka wiórowego.

Większość znanych obecnie tokarek ze sterowaniem numerycznym nie dysponuje możliwością wykonania toru skrawania, uwidocznionego na fig. 10, ponieważ ich całkowita dynamika nie wystarcza do przemieszczenia suportu krzyżowego w obrębie wymaganego odcinka na inną średnicę przy jednoczesnym zachowaniu dostatecznej dokładności ruchu. Według wynalazku zaproponowano dla takich przypadków sposób skokowy, pozwalający w zasadzie pokonać ten problem. Odpowiednia podstawa teoretyczna jest objaśniona w odniesieniu do fig. 11. Przebieg operacji, zobrazowany torem krzywoliniowym 81, polega na tym, że w pierwszej sekwencji kroków obrabia się jedynie przykładowo pierwsze, trzecie, piąte, siódme i odpowiednio następne skrzydełka gwintu, opuszczając przy tym drugie, czwarte, szóste i odpowiednio następne. Funkcja przejściowa toru 81, wynikającą z oprogramowania na bazie funkcji skokowych w wyniku tłumienia maszyny, musi przy tym wystarczyć jedynie do tego, aby za punktem 82 pierwszej reakcji unieść narzędzie nad następną krawędź skrawającą na tyle, aby nie została ona zaokrąglona lub uszkodzona. Do zawrócenia narzędzia na wymagany tor służy przykładowo do punktu 83 odcinek, który nie jest ograniczony szerokością rowka wiórowego. Można wówczas, w drugiej sekwencji roboczej, przejść do opuszczonych elementów zaiysu, przeskakując odpowiednio elementy już obrobione.

W starszych tokarkach o odpowiedniej bezwładności obwodu regulacyjnego trzeba liczyć się z tym, że przeskok powoduje dodatkowe zniekształcenie toru krzywoliniowego. Efekt ten uwidacznia tor 84 na fig. 12. Po przerwanej reakcji ruchu narzędzia na zaprogramowane polecenie w punkcie 85 następuje przeskok toru krzywoliniowego, który w punkcie 86 osiąga swoje maksimum. Opada on następnie łagodnie, osiągając w przybliżeniu w punkcie 87 ponownie wartość zaprogramowaną. W przykładzie opisany efekt można by było jeszcze opanować za pomocą zaproponowanego sposobu skokowego w dwóch sekwencjach roboczych.

190 714

W danym przypadku jednak sposób skokowy mógłby zostać bez problemu rozszerzony na trzy lub więcej sekwencji.

Sposób, opisany powyżej w różnych wariantach, można stosować dla zukosowanych powierzchni głów zębów analogicznie do zastosowania dla bocznych powierzchni skrzydełek gwintu, na przykład z fig. 9. Opisane funkcje skokowe przemieszczają się przy tym, całkowicie lub częściowo, z osi x na oś z. Dla tych przypadków tory „kulejące”, opisywane przez narzędzie, nie są wprawdzie przedstawione na rysunku, jednak odpowiadają w zasadzie torom występującym w sposobie skokowym dla obróbki głów zębów.

W praktyce możliwości zawarte w sposobie są właściwie nieograniczone. Wynikają one z zastosowania programów nacinania gwintów i uwzględnienia lub kombinacji „kulejących” wartości parametrów adresowych dla średnicy, długości względnie skoku, oraz opcjonalnie z wykorzystania techniki krokowej lub opisanych składanych sekwencji roboczych. Umożliwia to racjonalne prowadzenie na tokarkach ze sterowaniem numerycznym operacji, do których uprzednio trzeba było stosować frezowanie, co wiązało się ze znaczną czasochłonnością, a częściowo również z gorszą jakością powierzchni.

Zaproponowane do zastosowania sposobu, wykonane z tworzywa sztucznego, panewki stawów biodrowych o specjalnym gwincie i skrzydełkach gwintu złożonych z powierzchni śrubowych o neutralnym kącie za krawędziami skrawającymi, charakteryzują się również takimi zaletami, jak bardzo małe siły wkręcania, znakomite przyleganie, a także praktycznie pozbawione szczelin przejścia do powierzchni podpory kostnej. Szczególnie korzystny jest wariant z gwintem trójkątnym, skręconymi rowkami wiórowymi i przechylonymi względem siebie w kierunku kąta skrętu, skrzydełkami gwintu. Taka konstrukcja nie tylko znacznie ułatwia manipulacje podczas osadzania implantu, lecz również istotnie zwiększa siłę pierwotnego lub wtórnego zamocowania, praktycznie wykluczając możliwość przedwczesnego poluzowania implantu.

190 714

190 714

190 714

Fig.5

Fig.6

Fig.7

190 714

Fig.9

190 714

Fig.10

190 714

3

7

Fig.1

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób toczenia na programowanej tokarce do wiórowego wytwarzania nieokrągłych detali względnie detali o co najmniej częściowych nieciągłościach zarysu, przy czym detal obraca się w uchwycie wrzeciona obrabiarki, zaś suport krzyżowy przemieszcza się wraz z narzędziem skrawającym, przy czym wykonuje się określone nieokrągłe zarysy, złożone z geometrycznych elementów przejściowych, znamienny tym, że toczenie prowadzi się w sposób „kulejący”, przemieszczając suport krzyżowy wraz z narzędziem skrawającym przy wykorzystaniu programu gwintowania, w osi skoku, synchronicznie względem kąta wrzeciona, i wytwarzając nieokrągłe zarysy przy użyciu programu złożonego z funkcji skokowych poprzez logiczne powiązanie rekordów rozkazowych z wartościami dla parametrów adresowych w postaci średnicy X, długości Z i skoku F, przy czym co najmniej dla jednego z tych parametrów adresowych w ciągu rekordów programu stosuje się „kulejący”, to znaczy mający funkcję skokową, ciąg złożony z wartości parametrów adresowych.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w rekordach rozkazów zawarte są dodatkowo wartości parametru adresowego wysokości Y,
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla co najmniej dwóch z wymienionych parametrów adresowych w ciągu rekordów programu stosuje się „kulejący” ciąg złożony z wartości parametrów adresowych.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ciąg rekordów programu opisuje zarys kołowo-symetryczny z interferowanym niemonotonicznym periodycznym ciągiem przyrostów.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że dla co najmniej jednego z parametrów adresowych przyrosty, utworzone pomiędzy wartościami parametrów adresowych ciągu rekordów programu, programuje się w postaci ciągu „kulejącego”.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że nieciągły zarys uzyskuje się poprzez zaprogramowanie metody kroku pielgrzymującego, w którym narzędzie przemieszcza się ciągiem ruchów do przodu i do tyłu, przy czym jeden z ruchów jest większy niż drugi.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nieokrągły względnie nieciągły zarys detalu uzyskuje się poprzez złożenie co najmniej dwóch sekwencji roboczych, przy czym na przykład za pomocą pierwszej sekwencji wytwarza się pierwszy, trzeci, piąty i odpowiednio następny element zarysu i przeskakuje się drugi, czwarty, szósty i odpowiednio następny element zarysu, a następnie obrabia się pominięte elementy zarysu, przy czym przeskakuje się już obrobione elementy zarysu.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dla wiórowego wytwarzania przebiegających w sposób nieciągły, wychodzących z nachylonej lub zakrzywionej powierzchni płaszcza, elementów zarysu, przy czym bokiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu, zaś wierzchołkiem noża tokarskiego obrabia się w zasadzie powierzchnię płaszcza, przy czym wierzchołek noża tokarskiego prowadzi się po torze, przebiegającym w zasadzie stycznie do powierzchni płaszcza, zaś bok noża tokarskiego wytwarza zbocze przebiegającego w sposób nieciągły elementu zarysu za pomocą zaprogramowanej zmiany stycznej prędkości posuwu i/lub kierunku posuwu.
9. 9. Zastosowanie sposobu toczenia według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5 albo 6 albo 7 albo 8 do wytwarzania gwintów na wkręcanych panewkach stawu biodrowego, wykonanych z tworzywa sztucznego, zwłaszcza do wytwarzania dowolnych kątów zacisku, kątów neutralnych lub kątów przyłożenia na skrzydełkach gwintu.
10. 10. Wkręcana panewka stawu biodrowego, wykonana z tworzywa sztucznego, o dowolnym zewnętrznym zarysie powłoki, na przykład kulistym, zbliżonym do kulistego, stożko190 714 wym, stożkowo-kulistym lub innym, ze zwężającym się w kierunku głowy profilem zęba gwintu, na przykład w postaci gwintu trójkątnego, o dowolnym ustawieniu zęba, na przykład neutralnym lub nachylonym w kierunku bieguna panewki, i dowolnym skoku, na przykład stałym lub zmiennym, przy czym żebro gwintu zawiera pojedyncze, oddzielone od siebie rowkami wiórowymi, skrzydełka gwintu, znamienna tym, że poszczególne skrzydełka (29, 40) gwintu są utworzone z tak zwanych powierzchni śrubowych, powstałych w wyniku obrotu określonego profilu zęba ze skokiem wokół osi panewki przy stałym odstępie promieniowym, przy czym skrzydełka (24, 25, 35, 36) kolejne w kierunku wkręcania mają większe odstępy promieniowe niż skrzydełka poprzedzające.
11. 11. Wkręcana panewka stawu biodrowego według zastrz. 10, znamienna tym, że skrzydełka (24, 25, 29, 35, 36, 40) gwintu są w swym wymiarze przechylone względem siebie pod małym kątem w kierunku kąta skrętu rowków wiórowych (11).