PL237160B1 - Zespół głowic trójstrefowego mikrowygładzania przedmiotów obrotowych foliami ściernymi - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół głowic do trójstrefowego mikrowygładzania przedmiotów obrotowych foliami ściernymi.

Mikrowygładzanie foliami ściernymi realizuje się, w dużej części, stosując głowice montowane na konwencjonalnych obrabiarkach, np. na tokarkach. Głowica montowana jest zazwyczaj na suporcie poprzecznym. Głowica zawiera rolkę podającą folię, rolkę dociskającą folię oraz napędzaną rolkę ciągnącą i odbierającą folię, co zapewnia transport folii ściernej do strefy mikrowygładzania, dociśnięcie jej do przedmiotu obrabianego i wyprowadzenie ze strefy wraz z produktami obróbki. Wykorzystując folie ścierne obrabia się głównie powierzchnie walcowe zewnętrzne i płaskie, rzadziej otwory. Parametrami obróbkowymi decydującymi o jakości obrabianej powierzchni są: prędkość obwodowa przedmiotu obrabianego, prędkość posuwu, prędkość przesuwu folii, siła docisku folii do przedmiotu obrabianego oraz twardość zastosowanej rolki dociskowej. Dodatkowo, aby zapewnić zagęszczenie śladów obróbkowych stosuje się ruch oscylacyjny folii ściernej z regulowaną częstotliwością, co zwiększa złożoność konstrukcji głowicy. Obróbkę można realizować współbieżnie, gdy zwroty wektorów prędkości - przedmiotu i przesuwu folii - są zgodne, jednak częściej stosuje się obróbkę przeciwbieżną, gdy zwroty wektorów tych prędkości są przeciwne, co zapewnia lepsze efekty obróbkowe.

Folie wykorzystywane w stanie techniki do procesu mikrowygładzania dzieli się na dwie grupy. Pierwsza z nich, to folie do wygładzania wstępnego, które cechują się większą efektywnością zmniejszania wysokości nierówności powierzchni, ze względu na osadzanie w polu elektrostatycznym ziaren na powierzchni spoiwa, zorientowanych tak, aby zmaksymalizować ilość aktywnych wierzchołków. Drugą grupę stanowią folie ścierne do mikrowygładzania, w których ziarna ścierne są umieszczane na poliestrowej folii ściernej metodą grawitacyjną oraz dodatkowo powlekane cienką warstwą spoiwa. W procesach docierania najczęściej stosuje się folie z ziarnami z elektrokorundu oraz z syntetycznego diamentu. Bardzo gładkie powierzchnie można uzyskać, stosując sekwencyjną obróbkę foliami ściernymi o malejących wymiarach ziaren. Do wygładzania wstępnego stosuje się folie z ziarnami osadzanymi w polu elektrostatycznym z nominalną wielkością ziaren 30 gm, stopniowo wymienia się folie, których używa się jednorazowo, na kolejne z coraz mniejszymi ziarnami ściernymi. W zależności od wymagań technologicznych obrabianej powierzchni, jeżeli chce się uzyskać najwyższe dokładności, obróbkę kończy się z zastosowaniem folii ściernej do mikrowygładzania o wielkości ziarna 0,5 gm.

Najczęściej stosowane dotychczas głowice do mikrowygładzania składają się, z rolki podającej folię, następnie folia przemieszczana jest po rolce kierującej, po czym trafia do strefy obróbki i jest dociskana do przedmiotu obrabianego rolką dociskową, dociskaną np. siłownikiem pneumatycznym oraz, wprawiana jest w oscylacje poprzez układ zapewniający ruch oscylacyjny narzędzia z regulowaną częstością. Następnie folia wyprowadzana jest ze strefy obróbki przechodząc przez rolkę prowadzącą i wraz z produktami mikrowygładzania zgromadzonymi na powierzchni folii, nawijana na zwijającą rolkę napędową, która jednocześnie jest magazynem użytej wcześniej folii ściernej. W takim rozwiązaniu przedmiot obrabiany montowany jest na wrzecionie tokarki, a głowica na jej suporcie lub stole.

Rozwiązanie firmy Supfina, polega na tym, że obrabiany wałek, oprócz ruchu obrotowego wprawiany jest w ruch oscylacyjny, natomiast folia ścierna wprowadzana jest w strefę obróbki i dociskana jest z obu stron do obracającego się wałka przez kształtowe dociskacze ślizgowe. Powyżej obrabianego przedmiotu znajduje rolka obrotowa, pełniąca rolę napinacza folii. Równoczesna obróbka w dwóch strefach zapewnia wyższą wydajność obróbki.

Innym rozwiązaniem firmy Supfina w zakresie obróbki foliami ściernymi, jest metoda bezkłowego wygładzania powierzchni zewnętrznych walcowych. Dwie rolki prowadzące umieszczone obok siebie, wprawione w ruch, zapewniają przedmiotowi obrabianemu ruch obrotowy, a przesuwająca się folia ścierna, wykonująca jednocześnie ruch oscylacyjny, dociskana jest trzecią rolką, co zapewnia niezbędne w procesie obróbki odebranie określonych stopni swobody przedmiotowi obrabianemu.

Również zgłaszający opracował wiele głowic do mikrowygładzania otworów przedmiotów obrotowych typu tuleja. Ich budowa znacznie różni się od standardowych głowic do wygładzania zewnętrznych powierzchni walcowych lub powierzchni płaskich, ze względu na konieczność wykonywania ruchu obiegowego. Głowice mocowane są w imaku nożowym tokarki, cechują się one oddzielnymi napędami zapewniającymi przesuw folii ściernej i ruch oscylacyjny. Długość wysięgnika decyduje o długości lub położeniu otworu obrabianego w tulei. Prędkość obrotową przedmiotu zapewnia wrzeciono tokarki, a przesuw głowicy zapewnia suport tokarki. Otwory w korpusach można z użyciem tych głowic obrabiać wy

PL 237 160 B1 korzystując centra obróbkowe. Wówczas głowica zamontowana jest w wrzecionie i wykonuje ruch obiegowy, w którym rolka dociskowa wraz z układem rolek podającej i odbierającej przemieszcza się po powierzchni obrabianego otworu.

Kolejną grupą urządzeń stosowanych do mikrowygładzania foliami ściernymi są obrabiarki stacjonarne, które są specjalizowanymi lub uniwersalnymi dogładzarkami z bezstopniowo regulowanymi prędkościami wszystkich ruchów, częstotliwościami oscylacji, naciskami obróbkowymi i programowanym czasem cyklu.

Do obrabiarek specjalizowanych, zalicza się urządzenia do mikrowygładzania wałów korbowych, w których stosuje się folie ścierne. Nie wykorzystuje się w tym przypadku ruchu posuwowego, a realizowana jest obróbka wgłębna. Przedmiot opasany jest folią ścierną, która dociskana jest na całym obwodzie do przedmiotu obrabianego, a obrabiany wał wykonuje ruch obrotowy.

W klasycznej wersji mikrowygładzania folie ścierne stosuje się tylko raz.

Celem wynalazku jest przeprowadzenie mikrowygładzania dwiema foliami ściernymi jednocześnie, dzięki zastosowaniu dwóch głowic.

Innym celem wynalazku jest zastosowanie trzech stref mikrowygładzania - strefy mikrowygładzania wstępnego, strefy mikrowygładzania zasadniczego oraz strefy mikrowygładzania końcowego - zapewniających zmniejszenie odkształceń układu technologicznego.

Kolejnym celem wynalazku jest zmniejszenie odkształceń mechanicznych w układzie obróbkowym w wyniku równoważenia się sił normalnych ze wszystkich trzech stref obróbki.

Zespół głowic do jednoczesnego mikrowygładzania przedmiotów obrotowych foliami ściernymi, według wynalazku, obejmuje głowice do mikrowygładzania wstępnego, zasadniczego, końcowego zawierające: rolki prowadzące folię ścierną, rolki podające folię ścierną, rolki napędzające i zwijające folię ścierną oraz folię ścierną, w którym głowica zawiera ruchomą rolkę dociskową o nieciągłej powierzchni z regularnie rozmieszczonymi wgłębieniami i/lub rowkami dociskającą folię ścierną do obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego. Zespół głowic charakteryzuje się tym, że posiada głowicę do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego, która posiada ruchomą rolkę dociskową realizującą docisk folii ściernej do przedmiotu obrabianego, przesuwną rolkę napinającą oraz folię ścierną. Korzystnie głowica do mikrowygładzania wstępnego posiada jedną strefę mikrowygładzania wstępnego, natomiast głowica do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego posiada dwie strefy mikrowygładzania: strefę mikrowygładzania zasadniczego oraz strefę mikrowygładzania końcowego obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego.

Ponadto korzystnie ruchome rolki dociskowe zespołów głowic do mikrowygładzania są sprężyście dociskane w kierunku obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego, a rolka dociskowa głowicy do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego jest dodatkowo przemieszczana prostopadle do kierunku sprężystego docisku o odległość stanowiącą od 10% do 20% wartości średnicy przedmiotu obrabianego, względem pionowej osi przedmiotu obrabianego, w kierunku przeciwnym do położenia rolki napinającej zapewniającej tworzenie trzeciej strefy obróbki.

Również korzystnie przemieszczenie przesuwnej rolki napinającej w głowicy do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego zmienia odległości rolek - dociskowej oraz napinającej, a tym samym długość strefy mikrowygładzania końcowego, tak aby wypadkowa równoważących się sił docisku z wszystkich trzech stref mikrowygładzania w procesie obróbki powierzchni była jak najmniejsza

Folie ścierne głowicy do mikrowygładzania wstępnego oraz głowicy do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego są w procesie mikrowygładzania napędzane korzystnie odpowiednio - przeciwbieżnie i współbieżnie z ruchem obrotowym przedmiotu obrabianego.

Przedmiot wynalazku pokazany jest na rysunku, na którym przedstawiono zespół dwóch głowic do jednoczesnego mikrowygładzania wałków dwiema foliami ściernymi według wynalazku,

Przedmiotem wynalazku jest zespół głowic do jednoczesnego mikrowygładzania powierzchni obrabianych przedmiotów obrotowych 1 dwiema foliami ściernymi 2 w trzech strefach mikrowygładzania 9, 10, 11 w skład którego wchodzą dwie odmienne głowice 12, 13 położone po obu stronach przedmiotu obrabianego 1 poruszającego się z prędkością obwodową Vw Folie ścierne 2 rozwijane są z rolek podających 7 folię ścierną 2 będących jej magazynem i przemieszczają się z prędkością Vf, po rolkach prowadzących 4 folie ścierne 2, przymocowanych mechanizmem mocującym 5 do korpusów głowic do mikrowygładzania - głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego oraz głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego z przesuwną rolką napinającą 16 folię ścierną 2. Następnie folie ścierne 2 dociskane są do przedmiotu obrabianego 1 ruchomymi rolkami dociskowymi 3, 14 z siłami odpowiednio Fn1 i Fn2 poprzez mechanizmy docisku 6 rolek dociskowych 3, 14 (fig. 1), korzystnie wykorzystujące

PL 237 160 B1 docisk sprężysty. Proces mikrowygładzania odbywa się jednocześnie w trzech strefach mikrowygładzania 9, 10, 11, przy czym obróbka określonego fragmentu powierzchni przedmiotu obrabianego 1 następuje sekwencyjnie, kolejno w strefach: pierwszej - strefie 9 mikrowygładzania wstępnego do wstępnego usuwania nierówności powierzchni, drugiej - strefie 10 mikrowygładzania zasadniczego do zmniejszania wysokości nierówności powierzchni obrabianej i trzeciej - strefie 11 mikrowygładzania końcowego, w której usuwane są wierzchołki nierówności powierzchni obrabianej. Możliwy jest dobór cech tych stref tak, aby uzyskiwać korzystne równoważenie sił pionowych Fn2 i Fn3 oraz siły docisku Fn1, c zyli: Fn2+Fn3=Fn1. Folie ścierne 2 wraz z produktami obróbki wyprowadzane są ze stref mikrowygładzania z zastosowaniem rolek napędowych 8 zwijających folie ścierne 2, dzięki którym folie ścierne są napędzane i jednocześnie folie ścierne 2 są nawijane na te rolki napędowe 8. W głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego, w której występuje pierwsza strefa 9 mikrowygładzania wstępnego, folia ścierna 2 jest podawana z rolki podającej 7 folię ścierną 2 i dociskana przez rolkę dociskową 14. Następnie folia ścierna 2 jest nawijana na rolkę napędową 8 zwijająca folię ścierną 2. W głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego, posiadającej rolkę podającą 7 folię ścierną 2, rolkę dociskową 3 oraz przesuwną rolkę napinającą 16 folię ścierną 2, rolka napinająca 16 jest przemieszczana tak, aby zapewnić powstanie dwóch stref mikrowygładzania: pierwszej - strefy 10 mikrowygładzania zasadniczego, w której następuje zmniejszanie wysokości nierówności zależne od siły docisku Fn2 i drugiej strefy 11 mikrowygładzania końcowego, w której następuje mikrowygładzanie wierzchołków nierówności zależne od szerokości tej strefy, przy czym w celu równoważenia sił działających na przedmiot obrabiany 1 z wszystkich trzech stref mikrowygładzania 9, 10, 11, korzystne jest gdy rolka dociskowa 3 w głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego jest przesunięta o odległość 15 stanowiącą od 10% do 30% średnicy przedmiotu obrabianego, względem pionowej osi przedmiotu obrabianego 1, w kierunku przeciwnym do położenia rolki napinającej zapewniającej tworzenie trzeciej strefy obróbki. Przesuwna rolka napinająca 16 jest przemieszczana przed rozpoczęciem obróbki do pozycji zapewniającej odpowiednią długość strefy 11 mikrowygładzania końcowego.

Rolki 4, 7, 8, 16 przymocowane są zespołami mocującymi 5 do odpowiednich korpusów głowic do mikrowygładzania - głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego oraz głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego z przesuwną rolką napinającą 16, przy czym przesuwna rolka napinająca 16 ma możliwość przemieszczania względem przedmiotu obrabianego 1.

Korzystną cechą wynalazku jest zapewnienie mikrowygładzania jednocześnie dwiema foliami ściernymi 2 jednocześnie, dzięki zastosowaniu dwóch głowic 12, 13 do mikrowygładzania, które zwykle mocuje się na obrabiarkach konwencjonalnych, np. tokarkach. Głowice montowane są na suportach poprzecznych. Mikrowygładzanie można realizować z zastosowaniem folii ściernych 2 o tej samej lub różnej nominalnej, wielkości ziaren ściernych, przy użyciu folii ściernych 2 tego samego lub różnego rodzaju, umożliwiając szybsze usuwanie nierówności obrabianych powierzchni.

Inną korzystną cechą wynalazku jest zastosowanie trzech stref 9, 10, 11 mikrowygładzania, co umożliwia stosowanie mniejszych sił docisku w procesie mikrowygładzania powierzchni foliami ściernymi 2 a w konsekwencji zmniejszenie odkształceń układu technologicznego i ponowne zastosowanie folii ściernej 2, po jej oczyszczeniu z produktów obróbki oraz z wykruszonych ziaren ściernych.

P r z y k ł a d 1

Do obróbki stosuje się dwie, jednakowe folie ścierne 2 przeznaczone do wygładzania zgrubnego, z ziarnami, z elektrokorundu szlachetnego osadzanymi w polu elektrostatycznym na powierzchni nośnika, jednocześnie rozwijane z rolek w dwóch głowicach 12, 13 do mikrowygładzania, umieszczonych z dwóch stron obrabianego wałka 1. Rolka dociskowa 3 w głowicy 13 do mikrowygładzania przemieszczona jest względem pionowej osi przedmiotu obrabianego 1 o odległość 15 wynoszącą 3 mm, przy czym korzystnie trzecia strefa 11 wygładzania końcowego ma długość około 12 mm. Wielkość nominalna ziaren ściernych wynosi 30 gm. Folie ścierne 2, rozwijane z rolek 7 przemieszczają się z prędkością Vf wynoszącą 160 mm/min po rolkach prowadzących 4, następnie rolki dociskowe 14, 3 dociskają folie ścierne 2 do przedmiotu obrabianego 1 o średnicy 30 mm. Przedmiot obrabiany 1 przemieszcza się z prędkością 35 m/min. Rolki dociskowe o ściernicy 30 mm, wykonane są z elastomeru o twardości 50 ShA oraz dociskane odpowiednio: siłą 50 N - rolka dociskowa 14 oraz siłą 45N - rolka dociskowa 3. Obróbkę realizuje się przeciwbieżnie w głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego i współbieżnie w głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego, a następnie folie ścierne 2 wyprowadzane są, wraz z produktami obróbki w przestrzeniach między ziarnami, z trzech stref 9, 10, 11 mikrowygładzania dzięki rolkom napędowym 8 zwijającym folie ścierne 2, które magazynują folie ścierne 2, prowadzone po stałych rolkach prowadzących 4 - w głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego oraz

PL 237 160 B1 po stałej rolce prowadzącej 4 i przesuwnej rolce napinającej 16 ustawianej przed procesem mikrowygładzania - w głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego.

P r z y k ł a d 2

Zastosowano dwie jednakowe, folie ścierne 2 przeznaczone do wygładzania, z ziarnami z diamentu syntetycznego osadzanymi w polu grawitacyjnym na powierzchni nośnika, a następnie pokrywane są cienką warstwą spoiwa, które jednocześnie rozwijane z rolek 7 podających folię ścierną 2 w dwóch głowicach 12, 13 do mikrowygładzania, umieszczonych z dwóch stron obrabianego wałka. Rolka dociskowa 3 w głowicy 13 przemieszczona jest względem pionowej osi przedmiotu obrabianego 1 o odległość 15 wynoszącą 3 mm. Wielkość nominalna ziaren ściernych to 0,5 μm. Folie ścierne 2 przemieszczają się z prędkością Vf wynoszącą 110 mm/min po rolkach prowadzących 4, a następnie rolki dociskowe (4, 3 dociskają folie ścierne 2 do przedmiotu obrabianego 1 - wałka o średnicy 50 mm. Przedmiot obrabiany 1 przemieszcza się z prędkością 40 m/min. Rolki dociskowe 14, o ściernicy 30 mm, wykonane są z elastomeru o twardości 30 ShA oraz dociskane odpowiednio siłą 40 N - rolka dociskowa 14 oraz z siłą 36 N - rolka dociskowa 3. Obróbkę realizuje się przeciwbieżnie w głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego i współbieżnie w głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego, a następnie folie ścierne 2 wyprowadzane są, wraz z produktami obróbki w przestrzeniach między ziarnami, z trzech stref 9, 10, 11 mikrowygładzania dzięki rolkom napędowym 8 zwijającym folie ścierne 2, które magazynują folie ścierne 2, prowadzone po stałych rolkach prowadzących 4 - w głowicy 12 do mikrowygładzania wstępnego oraz po stałej rolce prowadzącej 4 i przesuwnej rolce napinającej 16 ustawianej przed procesem mikrowygładzania - w głowicy 13 do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego.

Spis oznaczeń

- przedmiot obrabiany (wałek),

- folia ścierna,

- ruchoma rolka dociskowa realizująca docisk folii ściernej do przedmiotu obrabianego,

- stała rolka prowadząca folię ścierną,

- mechanizm mocowania rolek do korpusu głowicy,

- mechanizm docisku rolki dociskowej,

- rolka podająca folię ścierną,

- rolka napędowa zwijająca folię ścierną,

- strefa mikrowygładzania wstępnego do wstępnego usuwania nierówności powierzchni,

- strefa mikrowygładzania zasadniczego do zmniejszania wysokości nierówności powierzchni obrabianej,

- strefa mikrowygładzania końcowego do usuwania wierzchołków nierówności powierzchni obrabianej,

- głowica do mikrowygładzania wstępnego,

- głowica do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego,

- ruchoma rolka dociskowa z nieciągłą powierzchnią,

- przemieszczenie rolki dociskowej względem pionowej osi przedmiotu obrabianego,

- przesuwna rolka napinająca folię ścierną.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół głowic do jednoczesnego mikrowygładzania przedmiotów obrotowych foliami ściernymi, obejmujący głowice do mikrowygładzania wstępnego, zasadniczego, końcowego zawierające: rolki prowadzące folię ścierną, rolki podające folię ścierną, rolki napędzające i zwijające folię ścierną oraz folię ścierną, w którym głowica zawiera ruchomą rolkę dociskową o nieciągłej powierzchni z regularnie rozmieszczonymi wgłębieniami i/lub rowkami dociskającą folię ścierną do obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego, znamienny tym, że posiada głowicę (13) do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego z ruchomą rolką dociskową (3), przesuwną rolką napinającą (16) oraz folią ścierną (2), przy czym rolka dociskowa (3) realizuje docisk folii ściernej (2) do przedmiotu obrabianego (1).

   PL 237 160 B1
2. 2. Zespół głowic według zastrz. 1 znamienny tym, że głowica (12) do mikrowygładzania wstępnego posiada jedną strefę (9) mikrowygładzania wstępnego, natomiast głowica (13) do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego posiada dwie strefy (10, 11) mikrowygładzania obejmujące strefę (10) mikrowygładzania zasadniczego oraz strefę (11) mikrowygładzania końcowego obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego (1).
3. 3. Zespół głowic według zastrz. 1 znamienny tym, że ruchome rolki dociskowe (3) zespołów głowic (12, 13) do mikrowygładzania są sprężyście dociskane w kierunku obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego (1) oraz rolka dociskowa (3) głowicy (13) do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego jest dodatkowo przemieszczana prostopadle do kierunku sprężystego docisku o odległość stanowiącą od 10% do 20% wartości średnicy przedmiotu obrabianego (15) względem pionowej osi przedmiotu obrabianego (1) w kierunku przeciwnym do położenia rolki napinającej zapewniającej tworzenie trzeciej strefy obróbki.
4. 4. Zespół głowic według zastrz. 1 znamienny tym, że przemieszczenie przesuwnej rolki napinającej (16) w głowicy (13) do mikrowygładzania zmienia odległość rolek - dociskowej (3) oraz napinającej (16), a tym samym długość strefy (11) mikrowygładzania końcowego, tak aby wypadkowa równoważących się sił docisku z wszystkich stref (9, 10, 11) mikrowygładzania w procesie obróbki powierzchni była jak najmniejsza.
5. 5. Zespół głowic według zastrz. 1 znamienny tym, że folie ścierne (2) głowicy (12) do mikrowygładzania wstępnego oraz głowicy (13) do mikrowygładzania zasadniczego i końcowego są w procesie mikrowygładzania napędzane odpowiednio - przeciwbieżnie i współbieżnie z ruchem obrotowym przedmiotu obrabianego (1).