PL233117B1

PL233117B1 - Method and the device for single-operation turning or burnishing of shafts with high slenderness on the numerically controlled machine tool

Info

Publication number: PL233117B1
Application number: PL416267A
Authority: PL
Inventors: Stefan Dzionk; Włodzimierz Przybylski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2019-09-30
Also published as: PL416267A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do jednooperacyjnego toczenia lub nagniatania wałów o dużej smukłości na obrabiarce sterowanej numerycznie, przeznaczone w szczególności do wykonywania stopniowanych wałów.The subject of the invention is a method and a device for single-operation turning or burnishing shafts of high slenderness on a numerically controlled machine tool, intended in particular for the production of stepped shafts.

Znane są sposoby i urządzenia do obróbki wałów z wykorzystaniem przyrządu do toczenia i nagniatania na obrabiarkach konwencjonalnych.There are known methods and devices for machining shafts with the use of a turning and burnishing device on conventional machine tools.

Znana jest także zintegrowana obróbka wałów poprzez toczenie i nagniatanie hydrauliczne na obrabiarkach CNC.It is also known to integrate the machining of shafts by hydraulic turning and burnishing on CNC machine tools.

Z opisu patentowego PL 161449 znane jest urządzenie do nagniatania wałów z jednoczesnym toczeniem, zawierające trzy krążki nagniatające, których osie połączone są sztywno z tłoczyskami siłowników hydraulicznych.The patent description PL 161449 discloses a device for burnishing shafts with simultaneous rolling, comprising three burnishing discs, the axes of which are rigidly connected with the piston rods of hydraulic cylinders.

Niedogodnością znanych urządzeń jest to, że dostosowane są tylko do obróbki wałów bezstopniowych typu tłoczyska i nie nadają się do wykonywania wałów stopniowanych, które są niezbędne do budowy wielu różnych maszyn. Ponadto rozkład sił występujący w znanych urządzeniach nie stanowi układu zamkniętego, co negatywnie wpływa na dokładność wymiarową i kształtową wytwarzanych wałów.The disadvantage of the known devices is that they are only suitable for machining continuously variable shafts of the piston rod type and are not suitable for producing the stepped shafts which are necessary for the construction of many different machines. Moreover, the distribution of forces occurring in known devices is not a closed system, which negatively affects the dimensional and shape accuracy of the shafts produced.

Sposób jednooperacyjnego toczenia lub nagniatania wałów o dużej smukłości na obrabiarce sterowanej numerycznie, polegający na tym, że mocuje się i obrabia się wał na obrabiarce charakteryzuje się według wynalazku tym, że wał, przed zamocowaniem na obrabiarce, umieszcza się wewnątrz pierścieniowego korpusu, na obwodzie którego rozmieszcza się co 120 deg trzy uchwyty mocujące, przy czym w pierścieniowym korpusie osadza się przekładnię ślimakowo-spiralną, którą łączy się ze silnikiem krokowym, zaś pierścieniowy korpus osadza się na suporcie za pośrednictwem wspornika, a w uchwytach mocujących mocuje się narzędzie nagniatające lub narzędzie skrawające zaopatrzone w siłowniki hydrauliczne podłączone do zewnętrznego układu hydraulicznego, po czym po wprowadzeniu wału w ruch obrotowy i pierścieniowego korpusu w ruch posuwowy, przy pomocy silnika krokowego wprowadza się przekładnię ślimakowo-spiralną umieszczoną w pierścieniowym korpusie w ruch krokowy, a za pomocą siłowników hydraulicznych reguluje się położenie i docisk do wału narzędzia nagniatającego lub narzędzia skrawającego, przy czym regulację prowadzi się za pomocą elementów sterujących zgodnie z algorytmem, który przed obróbką implementuje się w pamięci obrabiarki.The method of single-operation turning or burnishing of shafts with a high slenderness on a numerically controlled machine tool, which consists in mounting and machining the shaft on a machine tool, is according to the invention characterized in that the shaft, before mounting on the machine tool, is placed inside an annular body on the circumference of three clamping holders are placed every 120 deg, where the worm-helical gear is mounted in the annular body, which is connected to the stepper motor, and the ring body is mounted on the support via a bracket, and a burnishing tool or a cutting tool provided with into the hydraulic cylinders connected to the external hydraulic system, and then, after the shaft is rotated and the ring body into a feed motion, a stepper motor is used to set a worm-helical gear located in the ring body into a step motion, and by means of hydraulic cylinders re the position and pressure on the shaft of the burnishing tool or the cutting tool are controlled, the adjustment being carried out by means of control elements according to an algorithm that is implemented in the memory of the machine tool before machining.

Urządzenie do jednooperacyjnego toczenia lub nagniatania wałów o dużej smukłości, na obrabiarkach sterowanych numerycznie charakteryzuje się według wynalazku tym, że składa się pierścieniowego korpusu, na obwodzie którego co 120° rozmieszczone są trzy uchwyty mocujące, zaś w pierścieniowym korpusie osadzona jest przekładnia ślimakowo-spiralna, która połączona jest z silnikiem krokowym, zaś w uchwytach mocujących, osadzone jest narzędzie skrawające lub narzędzie nagniatające, które zaopatrzone jest w siłowniki hydrauliczne wyposażone w szybkozłącza do podłączenia z układem hydraulicznym.The device for single-operation turning or burnishing shafts of high slenderness, on numerically controlled machine tools, is characterized according to the invention by the fact that it consists of an annular body, on the circumference of which there are three clamping brackets every 120 °, and a helical-helical gear is mounted in the annular body, which is connected to the stepper motor, and in the mounting brackets there is a cutting tool or a burnishing tool, which is equipped with hydraulic cylinders equipped with quick couplings for connection to the hydraulic system.

Korzystnie na pierścieniowym korpusie osadzona jest sonda pomiarowa.The measuring probe is preferably mounted on the annular body.

Urządzenie według wynalazku mocuje się na suporcie obrabiarki za pośrednictwem wspornika. Wewnątrz pierścieniowego korpusu umieszcza się wał obrabiany, który po uruchomieniu obrabiarki wykonuje ruch obrotowy, a pierścieniowy korpus ruch posuwowy. Zastosowanie silnika krokowego do napędu przekładni wewnątrz pierścieniowego korpusu umożliwia precyzyjne sterowanie położeniem imaków względem osi wału wraz z narzędziem skrawającym i nagniatającym, zaś siłowniki hydrauliczne zapewniają odpowiedni docisk elementów roboczych narzędzia nagniatającego do wału.The device according to the invention is mounted on the machine tool carrier via a bracket. Inside the ring body there is a machined shaft which, after starting the machine tool, performs a rotary motion, and the ring body performs a feed motion. The use of a stepper motor to drive the gear inside the ring body enables precise control of the position of the grippers in relation to the shaft axis together with the cutting and burnishing tool, and the hydraulic cylinders ensure adequate pressure of the working elements of the burnishing tool against the shaft.

Program sterujący obrabiarki ustala prędkość obrotową wału, posuw suportu i odpowiednie ustawienie imaków i siły docisku narzędzi nagniatających do wału.The machine control program determines the shaft's rotational speed, carriage feed and the appropriate setting of the clamps and the pressure force of the burnishing tools to the shaft.

Urządzenie umożliwia obróbkę toczeniem lub nagniataniem w układzie zamkniętych sił skrawania i sił odporowych, co umożliwia obróbkę bez stosowania dodatkowych podtrzymek zabezpieczających obrabiany przedmiot przed odkształceniami sprężystymi, powodującymi powstawanie błędów kształtu i wymiaru obrabianego wału.The device enables processing by turning or burnishing in a system of closed cutting forces and resistance forces, which enables machining without the use of additional supports securing the workpiece against elastic deformations, causing errors in the shape and size of the processed shaft.

Do imaków można przymocować narzędzia nagniatające o kształcie kulek lub rolek.Ball-shaped or roller-shaped burnishing tools can be attached to the post.

Przyrząd według wynalazku może realizować obróbkę toczeniem albo obróbkę nagniataniem oraz zintegrowaną obróbkę toczenia i nagniatania.The device according to the invention can perform a rolling or burnishing treatment and an integrated rolling and burnishing treatment.

Zintegrowana obróbka umożliwia w jednej operacji całkowite wykonanie wału, eliminując operację obróbki wykończeniowej na przykład przez szlifowanie.Integrated machining allows the complete shaft to be produced in one operation, eliminating finishing operations such as grinding.

PL 233 117 B1PL 233 117 B1

Zastosowanie sondy pomiarowej zintegrowanej z układem sterowania obrabiarki pozwala na bieżącą kontrolę wymiarową obrabianych powierzchni, a w przypadku pojawienia się odchyleń automatyczną korektę ustawień narzędzi poprzez algorytm zaimplementowany w pamięci obrabiarki sterowanej numerycznie.The use of a measuring probe integrated with the machine control system allows for ongoing dimensional control of the machined surfaces, and in the event of deviations, automatic tool settings correction through an algorithm implemented in the memory of the numerically controlled machine tool.

Wynalazek objaśniony jest bliżej w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat sposobu, a fig. 2 urządzenie w widoku aksonometrycznym.The invention is explained in more detail in an exemplary embodiment and in the drawing, in which Fig. 1 shows a diagram of the method, and Fig. 2 shows an axonometric view of the device.

Jak pokazano na fig. 2 urządzenie składa się pierścieniowego korpusu 4, na obwodzie którego co 120° rozmieszczone są trzy uchwyty mocujące 16. Wewnątrz pierścieniowego korpusu 4 osadzona jest przekładnia ślimakowo-spiralna, która połączona jest z silnikiem krokowym 3. W imakach 16 osadzone jest narzędzie skrawające 13 i narzędzie nagniatające 14, które zaopatrzone jest w siłowniki hydrauliczne. Siłowniki hydrauliczne narzędzi nagniatających 14 zaopatrzone są w szybkozłącza układu hydraulicznego. Na pierścieniowym korpusie 4 osadzona jest sonda pomiarowa 15.As shown in Fig. 2, the device consists of an annular body 4, on the circumference of which three fixing lugs 16 are arranged every 120 °. Inside the annular body 4 there is a worm-helical gear, which is connected to the stepper motor 3. The clamps 16 are mounted a cutting tool 13 and a burnishing tool 14, which is provided with hydraulic actuators. The hydraulic cylinders of the kneading tools 14 are provided with quick couplings of the hydraulic system. The measuring probe 15 is mounted on the annular body 4.

Jak pokazano na fig. 1 w uchwycie 2 obrabiarki współpracującym z wrzeciennikiem 1 mocuje się obrabiany wał 5. Na obrabiany wał 5 nasuwa się pierścieniowy korpus 4 zaopatrzony w trzy uchwyty mocujące 16, który mocuje się za pośrednictwem wspornika 8 do suportu obrabiarki 9. Obrabiany wał 5 podpiera się kłem 6 osadzonym w koniku obrabiarki. W uchwytach mocujących 16 zaciska się narzędzie nagniatające 14 i narzędzie skrawające 13.As shown in Fig. 1, in the holder 2 of the machine tool cooperating with the headstock 1, the machined shaft 5 is mounted. The machined shaft 5 is covered with an annular body 4 provided with three clamping holders 16, which is fastened via the bracket 8 to the machine tool support 9. Machined shaft 5 is supported by a claw 6 embedded in a machine tool tailstock. A burnishing tool 14 and a cutting tool 13 are clamped in the clamping holders 16.

W pamięci obrabiarki implementuje się algorytm sterowniczy.The control algorithm is implemented in the memory of the machine tool.

Po uruchomieniu obrabiarki wałowi 4 nadaje się prędkość obrotową ω przy posuwie f obrabiarki. Jednocześnie poprzez przekładnię ślimakowo-spiralnej umieszczoną w pierścieniowym korpusie 4, który porusza się ruchem posuwowym f nadaje się dodatkowo ruch krokowy d imaków w kierunku osi obrotu wału 5 przy pomocy silnika krokowego. Narzędzie skrawające 13 lub narzędzie nagniatające 14 zostaje tym ruchem ustawione na pozycję roboczą względem wału 5 natomiast docisk elementów nagniatających do wału 5 realizuje się za pomocą siłowników hydraulicznych zamontowanych w narzędziach nagniatających 14.After the machine tool is started, the shaft 4 is set to a rotational speed ω at the machine tool feed f. At the same time, a stepwise motion d of the grippers is provided in the direction of the axis of rotation of the shaft 5 by means of a stepper motor by means of a worm-helical gear located in the annular body 4, which moves with a feed movement f. The cutting tool 13 or the burnishing tool 14 is thus set to the working position in relation to the shaft 5, while the pressure of the burnishing elements against the shaft 5 is carried out by means of hydraulic cylinders installed in the burnishing tools 14.

Zgodnie z zaimplementowanym algorytmem dokonuje się wyboru narzędzia nagniatającego 14 lub narzędzia skrawającego 13, a także ustala się wielkość siły docisku tych narzędzi do wału 5 oraz ustala się prędkość obrotowa wału 5 i szybkość posuwu suportu 9.According to the implemented algorithm, the burnishing tool 14 or the cutting tool 13 are selected, and the pressure force of these tools on the shaft 5 is determined, and the rotational speed of the shaft 5 and the speed of the slide 9 are determined.

Claims

Patent claims

1. The method of single-operation turning or burnishing of shafts with high slenderness on a numerically controlled machine tool, consisting in mounting and machining the shaft on a machine tool, characterized in that the shaft (5), before mounting on the machine tool, is placed inside the ring body ( 4), on the circumference of which three clamping holders (16) are arranged every 120 °, the ring body (4) has a worm-helical gear (11), which is connected to the stepper motor (3), and the ring body ( 4) it sits on the carriage (9) via the bracket (8), and a burnishing tool (14) or a cutting tool (13) equipped with hydraulic cylinders connected to the external hydraulic system is mounted in the mounting brackets (16), and then, after inserting the shaft (5) rotate (ω) and the ring body (4) feed (f), with the help of a stepper motor (3) a worm-helical gear (11) is inserted in the ring body (4) into step motion (d), and the position and pressure on the shaft (5) of the burnishing tool (14) or the cutting tool (13) are adjusted by means of hydraulic cylinders, with the adjustment being carried out by means of control elements in accordance with the algorithm that before machining is implemented in the machine's memory.

2. A device for single-operation turning or burnishing of shafts with high slenderness, on numerically controlled machine tools, characterized by the fact that it consists of an annular body (4), on the circumference of which, every 120 °, there are three clamping holders (16), and in the annular body ( 4) a worm-helical gear (11) is mounted, which is connected to the stepper motor (3), and in the mounting brackets (16) there is a cutting tool (13) or a burnishing tool (14) equipped with hydraulic actuators equipped with quick couplings for connection to the hydraulic system.

3. The device according to claim Device according to claim 2, characterized in that the measuring probe (15) is mounted on the annular body (4).