PL231958B1

PL231958B1 - Sposób ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem i narzędzie do ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem

Info

Publication number: PL231958B1
Application number: PL419278A
Authority: PL
Inventors: Wojciech GARUS; Wojciech Garus
Original assignee: Gg Tech W Garus I T Gromek Spolka Jawna
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2019-04-30
Also published as: WO2018078454A1; PL419278A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem i narzędzie do obróbki powierzchni skrawaniem, szczególnie powierzchni krzywokreślnych.

Obróbka powierzchni skrawaniem polega na zdejmowaniu (ścinaniu) małych fragmentów obrabianego materiału, czyli wiórów. Obróbkę skrawaniem dzieli się na obróbkę wiórową, gdzie zdefiniowana jest geometria i ilość ścinającego ostrza, drugą grupę stanowi obróbka ścierna, gdzie te parametry nie są określone.

Wiórową obróbkę powierzchni skrawaniem prowadzi się np. przez wiercenie, toczenie, frezowanie, przeciąganie, przepychanie, struganie czy dłutowanie. Ze względu na charakter obróbki zabiegi te można podzielić na ciągłe, takie jak np. struganie, dłutowanie, toczenie, wiercenie i nieciągłe, takie jak frezowanie.

Obróbka ciągła charakteryzuje się tym, że do wykonania żądanej powierzchni ostrze, raz zagłębione w materiał porusza się po trajektorii cięcia do samego końca, uzyskując w ten sposób kształt powierzchni. W obecnych obrabiarkach są to trajektorie proste, spiralne lub śrubowe. Ogranicza to uzyskanie powierzchni metodą ciągłą do powierzchni płaskich, cylindrycznych, śrubowych, lub o dowolnych kształtach profilowych (dowolny przekrój przeciągnięty najczęściej po linii prostej). Dowolne kształty jak np. powierzchnie krzywokreślne uzyskuje się obecnie w obróbce skrawaniem na frezarkach (najczęściej numerycznych). Metoda takiej obróbki również prowadzi narzędzie po zadanej trajektorii, ale jest to narzędzie obrotowe, frez umieszczony w obrotowym wrzecionie. Ostrza freza nieustannie zagłębiają się w materiał i z niego wychodzą kształtując powierzchnię w sposób nieciągły. Ta nieciągłość powoduje chropowatość powierzchni uzyskanej w procesie skrawania. Można ją poprawić tylko poprzez zmniejszanie posuwu narzędzia, co wydłuża czas obróbki, oraz zwiększanie prędkości obrotowej narzędzia, co ma ograniczenia w postaci maksymalnej prędkości obrotowej wrzeciona obrabiarki lub dopuszczalnej prędkości skrawania, po przekroczeniu której ostrze narzędzia ulega lawinowemu zużyciu.

Początkowo frezarki były obrabiarkami używającymi narzędzi obrotowych - czyli bazujących na obróbce nieciągłej. Z czasem powstawały konstrukcje i specjalne oprawki narzędziowe, które umożliwiły mocowanie na frezarkach narzędzi nieobrotowych, jak np. nóż tokarski lub dłuto, co umożliwiło wykonywanie na tych obrabiarkach zabiegów z obróbki ciągłej, takich jak toczenie, dłutowanie, struganie, z użyciem standardowych narzędzi jak dłuta, noże tokarskie, wytaczadła itp. Obrabiane w ten sposób powierzchnie mogły być tylko prostymi powierzchniami jak np. płaszczyzna, cylinder, bo ten sposób obróbki to niejako aplikowanie na frezarkę istniejących zabiegów obróbki skrawaniem jak toczenie czy dłutowanie. Głównym ograniczeniem wprowadzenia na frezarkę ciągłego cięcia dowolnych powierzchni, np. krzywokreślnych, jest geometria ostrza wraz z jego orientacją względem materiału obrabianego.

Według wynalazku sposób ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem polega na tym, że w osi wrzeciona frezarki, szczególnie sześcioosiowej o płynnie sterowanym położeniu osi wrzeciona, programowanej w systemie CAM, umieszcza się narzędzie skrawające, którego krawędź tnąca jest umieszczona w wirtualnej osi wrzeciona, a następnie na frezarce uruchamia się ścieżkę narzędziową z płynnym utrzymaniem korzystnie stałego kąta przyłożenia oraz odpowiedniego dla konstrukcji danego ostrza kierunku płaszczyzny natarcia do ścieżki narzędzia.

Korzystne jest, gdy krawędź tnąca narzędzia jest umieszczona w osi wrzeciona.

Narzędzie do ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem charakteryzuje się tym, że krawędź tnąca ostrza skrawającego jest ustawiona w trzonku narzędziowym, którym narzędzie mocuje się we wrzecionie, współosiowo z wirtualną osią wrzeciona.

Korzystne jest, gdy krawędź tnąca ostrza skrawającego jest ustawiona w trzonku narzędziowym w osi wrzeciona.

Jako ostrze skrawające stosuje się płytkę tokarską lub frezarską osadzoną w trzonku narzędziowym, którym narzędzie jest mocowane we wrzecionie, tak, że krawędź tnąca znajduje się na wirtualnej osi wrzeciona.

Korzystne jest, gdy jako ostrze skrawające stosuje się płytkę tokarską lub frezarską, osadzoną w trzonku narzędziowym, którym narzędzie jest mocowane we wrzecionie, tak, że krawędź tnąca jest umieszczona w osi wrzeciona.

Sposób obróbki według wynalazku i narzędzie do skrawania tym sposobem pozwala na uzyskanie bardzo dobrej chropowatości, gdyż w trakcie obróbki nie ma składowej od obracającego się narzędzia. Ze względu na zastosowanie dużych posuwów wielokrotnie skraca się czas obróbki powierzchni.

PL 231 958 B1

Możliwe jest stosowanie narzędzi z narożami o małych promieniach, rzędu kilku setnych części milimetra, przy jednoczesnym zachowaniu bardzo dużej sztywności narzędzia. Zwiększa się trwałość wrzeciona z uwagi na zerową prędkość obrotową podczas obróbki. Do skrawania stosuje się gotowe płytki tokarskie lub frezarskie, dużo tańsze od obrotowych frezów. Znacznie zwiększa się trwałość ostrzy z tytułu skrawania z niską prędkością skrawania, która jest równa posuwowi. W niektórych przypadkach uzyskuje się kilkukrotnie razy większy posuw przy jednoczesnym kilkukrotnym zmniejszeniu prędkości skrawania w stosunku do klasycznego frezowania.

Sposób i narzędzie do obróbki ciągłej według wynalazku pokazano schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 obrabiany przedmiot ustawiony na stole frezarskim, na fig. 2 przedstawiono narzędzie według wynalazku w przykładzie wykonania, umieszczone we wrzecionie frezarki, na fig. 3 przedstawiono kształtowanie powierzchni z użyciem standardowego wytaczadła tokarskiego, fig. 4 przedstawia przykład strategii obróbki powierzchni krzywokreślnej z wykorzystaniem obrabiarki sześcioosiowej, zaś fig. 5 objaśnia zasadę programowania ruchu wrzeciona frezarki wzdłuż konkretnej ścieżki narzędzia.

Jak pokazano na fig. 1, najszersze zastosowanie sposobu skrawania ciągłego według wynalazku uzyskuje się na maszynach sześcioosiowych o kinematyce trzech osi liniowych XYZ, osi uchylnej np. A, osi obrotowej np. C oraz płynnie sterowanej osi wrzeciona S, programowanych w systemie CAM, przy czym możliwe są oczywiście wszystkie dowolne konfiguracje np. XYZ, AB, S. Umożliwia to uruchamianie na frezarce dowolnych ścieżek narzędziowych z płynnym utrzymaniem stałego kąta przyłożenia a (sterowanego osiami np. A i C) oraz prostopadłego kierunku płaszczyzny natarcia do kierunku i zwrotu wektora prędkości w ścieżce narzędzia.

Kierunek ten sterowany jest np. osią wrzeciona S w obróbce 6-cio osiowej lub np. osią obrotową C w obróbce 5-cio osiowej lub 4-ro osiowej. Kąty te nie są konieczne do precyzyjnego utrzymania, ale są najbardziej optymalne ze względu na sam proces skrawania dla konkretnego ostrza. Obrabiany materiał 1 jest ustawiany na stole, a narzędzie 2, w tym przykładzie jest to nóż tokarski, w którego trzonku 3 jest zamocowana płytka 4 z węglika spiekanego, jest zamocowane we wrzecionie 5 frezarki. Oś wrzeciona jest tak sterowana, że obróbka jest prowadzona bez jałowych ruchów powrotnych, co pokazano na fig. 4. Jak pokazano na fig. 2, płytka 4 jest zamocowana w trzonku 3 noża tokarskiego tak, że krawędź skrawająca znajduje się w osi wrzeciona 5 - w tym przypadku krawędź tnąca jest umieszczona w osi wrzeciona. W przedstawionym na fig. 3 przykładzie strategii obróbki narzędziem jest standardowe wytaczadło tokarskie - tutaj krawędź tnąca narzędzia nie znajduje się w osi wrzeciona, jest w stosunku do niej przesunięta, jest umieszczona w osi wirtualnej wrzeciona, oznaczonej linią przerywaną. Przesunięcie to uwzględnia się programując ruch wrzeciona. Jak pokazano na fig. 5, aby zapewnić najlepsze warunki skrawania dla dowolnie zaprojektowanego ostrza należy je utrzymywać jak najbliżej nominalnej wielkości kąta przyłożenia. Dlatego do ciągłej obróbki dowolnej powierzchni, w tym powierzchni krzywokreślnych, ustawienie wrzeciona musi zmieniać się płynnie w czasie obróbki - na frezarce uruchamia się ścieżkę narzędziową z płynnym utrzymaniem najbardziej optymalnego, stałego kąta przyłożenia oraz prostopadłego kierunku płaszczyzny natarcia do ścieżki narzędzia.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem, z użyciem frezarek programowanych w systemie CAM (komputerowo wspomagane wytwarzanie - Computer Aided Manufacturing), znamienny tym, że w osi wrzeciona frezarki, szczególnie sześcioosiowej o płynnie sterowanym położeniu osi wrzeciona, programowanej w systemie CAM, umieszcza się narzędzie skrawające, którego krawędź tnąca jest umieszczona w wirtualnej osi wrzeciona, a następnie na frezarce uruchamia się ścieżkę narzędziową z płynnym utrzymaniem korzystnie stałego kąta przyłożenia oraz odpowiedniego dla konstrukcji danego ostrza kierunku płaszczyzny natarcia do ścieżki narzędzia.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędź tnąca narzędzia jest umieszczona w osi wrzeciona.
3. Narzędzie do ciągłej obróbki powierzchni skrawaniem, z ostrzem skrawającym zamocowanym w trzonku narzędziowym, znamienne tym, że krawędź tnąca ostrza skrawającego jest ustawiona w trzonku narzędziowym (3), którym narzędzie jest mocowane we wrzecionie (5), tak, że jest współosiowa z wirtualną osią wrzeciona (5).

PL 231 958 Β1
4. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że krawędź tnąca ostrza skrawającego jest ustawiona w trzonku narzędziowym (3) w osi wrzeciona (5).
5. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że jako ostrze skrawające stosuje się płytkę tokarską lub frezarską (4) osadzoną w trzonku narzędziowym (3), którym narzędzie jest mocowane we wrzecionie (5), tak, że krawędź tnąca znajduje się na wirtualnej osi wrzeciona (5).
6. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że jako ostrze skrawające stosuje się płytkę tokarską lub frezarską (4) osadzoną w trzonku narzędziowym (3), którym narzędzie jest mocowane we wrzecionie (5), tak, że krawędź tnąca jest umieszczona w osi wrzeciona (5).