Szuperfiniselő készülék

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT Szuperfiniselő készülék Golyós anya belső meneteinek befejező megmunkálásához Hajner Ádám Bsc gépészmérnök hallgató Konzulensek: Szilágyi Attila egyetemi adjunktus Szerszámgépek Tanszéke Demeter Péter egyetemi adjunktus Szerszámgépek Tanszéke Miskolc, 2011

ÉRTÉKELŐ LAP A szekció neve: A dolgozat szerzője: Hajner Ádám A dolgozat címe: Szuperfiniselő készülék A dolgozat minősítése során kialakított pontszám: (max 80 pont) Az előadás alapján adott pontszámok: 1. Az előadás felépítése, tartalma, stílusa (max 10 pont) pontszám: 2. A vitakészség: (max 5 pont) pontszám: 3. Az előadás technikai előkészítése: (max 3 pont) pontszám: 4. Gazdálkodás az idővel: (max 2 pont) pontszám: Az előadásra adott összpontszám: (max 20 pont) A dolgozatra és az előadásra adott pontszámok összege: (max 100 pont) pontszám: A zsűri esetleges indoklásai, megjegyzései, véleményei: A dolgozat Országos Tudományos Diákköri Konferencián való részvételét a zsűri javasolja nem javasolja Dátum: Miskolc, 2011. november....... zsűri elnöke zsűri tagja zsűri tagja...... zsűri titkára zsűri tagja zsűri tagja 2

1. Tartalomjegyzék 1. TARTALOMJEGYZÉK... 3 2. BEVEZETŐ... 6 3. FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK... 7 3.1. FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK ALKALMAZÁSI TERÜLETEI... 7 3.2. A FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA... 8 3.3. ANYAGLEVÁLASZTÁS HATÁROZATLAN ÉLGEOMETRIÁJÚ HATÁROZOTT KINEMATIKÁVAL... 10 3.4. TÜKÖRSIMÍTÁS... 11 3.5. TÜKÖRSIMÍTÁS MOZGÁSVISZONYAI... 11 3.6. A TÜKÖRSIMÍTÁS MEGMUNKÁLÁSI FOLYAMATA... 12 3.7. A TÜKÖRSIMÍTÁS TECHNOLÓGIÁJA... 13 3.8. A TÜKÖRSIMÍTÓ SZERSZÁM TULAJDONSÁGAI... 16 3.9. A TÜKÖRSIMÍTÓ SZERSZÁMMAL SZEMBEN TÁMASZTOTT KÖVETELMÉNYEK... 16 3.10. A HŰTŐ KENŐ FOLYADÉK FELADATA... 17 3.11. A TÜKÖRSIMÍTÁS ALKALMAZÁSI TERÜLETEI... 18 3.12. A TÜKÖRSIMÍTÁS GÉPI BERENDEZÉSEI... 18 4. SZABADALOM KUTATÁS... 19 4.1. 1.SZABADALOM... 19 4.2. 2. SZABADALOM... 22 4.3. 3. SZABADALOM... 23 5. PIACKUTATÁS... 25 5.1. SUPFINA... 25 5.2. SUPFINA... 26 5.3. ANTIL... 27 5.4. ÖSSZEGZÉS... 28 6. LENGŐ MOZGÁSOKAT ELŐÁLLÍTÓ MECHANIZMUSOK... 30 6.1. KÖZVETLENÜL MOZGATÓ MECHANIZMUSOK... 31 6.1.1. Bütykös mechanizmus... 31 6.1.2. Kulisszás mechanizmus... 32 6.1.3. Forgattyús mechanizmus... 33 6.1.4. Excentert alkalmazó mechanizmus... 34 6.1.5. Rugós rezgető... 35 6.1.6. Gerjesztés tehetetlenségi erővel... 35 6.1.7. Centrifugális rezgető... 36 6.1.8. Hidraulikus mechanizmus... 37 6.1.9. Alternáló mozgás, pneumatikus mechanizmussal... 38 6.2. AZ OSZCILLÁLÓ MOZGÁSOK MEGVALÓSÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ VILLAMOS MECHANIZMUSOK... 39 3

6.2.1. Piezo elektromos jelenséget alkalmazó mechanizmus... 39 6.2.2. Elektrodinamikus rezgető... 39 6.2.3. Lineáris alternáló mozgás elektromágneses elv alkalmazásával... 40 6.3. MECHANIZMUSOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA... 42 7. AZ ALTERNÁLÓ MOZGÁST MEGVALÓSÍTÓ MECHANIZMUS RÖGZÍTÉSE... 43 8. AZ ÖSSZEKÖTŐ EGYSÉG... 45 9. MEGMUNKÁLÁST VÉGZŐ ELEM... 48 9.1. A KÖSZÖRŰT TARTÓ FEJ ÉS MOZGÁSAI... 52 9.2. A KÖVEK ÁLLAPOTAI... 54 9.3. EGYENES KAROS CSUKLÓ... 55 9.4. KÖZÉPEN KAROS CSUKLÓ... 56 9.5. FERDÉN ELHELYEZETT KAROS CSUKLÓ... 56 9.6. MENETES CSUKLÓ... 57 9.7. GÖMBCSUKLÓ... 57 9.8. KÉTKAROS CSUKLÓ... 58 9.9. BELÜL VEZETETT CSUKLÓ... 59 9.10. ÖSSZEGZÉS... 60 10. MÉRETEZÉS... 61 10.1. RUGÓ MÉRETEZÉSE... 61 10.2. MINIMÁLIS ERŐSZÜKSÉGLET ESETE... 62 10.3. MAXIMÁLIS ERŐSZÜKSÉGLET ESETE... 63 10.3.1. A felületen kialakuló nyomás... 64 10.3.2. Rugó méreteinek meghatározása:... 64 10.4. A RUGÓ ELLENŐRZÉSE... 66 10.4.1. H min meghatározása, működő menetek számának meghatározása... 66 10.4.2. Rugó állandó számítása... 66 10.4.3. Üzemi összenyomódás... 66 10.4.4. Terheletlen rugó hossza... 66 10.4.5. Maximális összenyomódás... 66 10.4.6. Maximális erő amit a rugót terhelheti:... 66 10.4.7. Tényleges rugó ábra:... 67 10.4.8. Menetemelkedés számítása... 67 10.4.9. Rugó kiterített hossza... 67 10.4.10. Rugó elhelyezése... 68 10.5. CSUKLÓT ÉS A KÖSZÖRŰKÖVEKET TARTÓ KAROK MÉRETEZÉSE... 68 10.6. SÚRLÓDÁSI ERŐ SZÁMÍTÁSA... 70 10.7. A KÖSZÖRŰKŐ MOZGÁSÁNAK ELEMZÉSE... 71 10.7.1. A kisebb körcikk adatainak számítása... 72 10.7.2. A nagyobb körcikk adatainak számítása... 73 10.7.3. A csukló mozgásának leképzése... 74 4

10.8. MOTOR MÉRETEZÉSE... 75 10.8.1. Tömeg számítás... 75 10.8.2. A Motor választása... 77 11. ÖSSZEFOGLALÁS, ÉRTÉKELÉS... 82 12. FELHASZNÁLT IRODALOM:... 83 5

2. Bevezető A XX. században egyre nagyobb hangsúlyt kapott a pontosságot növelő finomfelületi megmunkálások fejlesztése. Ezekkel a megmunkálásokkal lehet elérni a legnagyobb méretpontosságot, alakhűséget, a legjobb felületi érdességet valamint a legfinomabb felületi érdességet. A fejlesztések hatására külső és egyes belső felületek méretpontossága elérte a mikron alatti nagyságrendű értéket. Elterjedté vált a golyós anya-orsó kapcsolat, amelyet a precíziós gépeken mozgásátalakítóként alkalmaztak. A súrlódó elven működő mozgás átalakító elemekhez képest lényegesen nagyobb hatásfokkal bírnak. Ezen fejlődések hatására egyre pontosabb szerszámgépeket állítanak elő. A golyós orsó- anya kapcsolat rendkívül jól pozícionálható, mert a gördülő kapcsolat miatt nem jelentkezik a stick-slip jelenség és kisebb erővel működtethető. Az edzett alkatrészek alkalmazásával megnövekedet az anya-orsó teherbírása, ami biztosította a pozitív tulajdonságokat a szerkezetnek. A golyósanyákban gótikus profilú spirálmenetet alkalmaznak, mely megmunkálása rendkívül nehéz, különösen a nagy menetemelkedésű anyák esetében. Nagy menetemelkedésű anyák menet-felületeinek köszörülése során a köszörűkő olyan mértékben torzul, hogy a megmunkálás lehetetlenné válik a hagyományos technológiákkal. Egyik lehetséges megoldás a technológiai akadályok leküzdésére, a menetköszörülési technológia elhagyása és helyettesítése az edzet munkadarab ultraprecíziós menetesztergálásával kombinált utólagos szuperfiniseléssel. Mivel ezen technológia nem kiforrott, további kutatások, sok tesztelés és mérés kell ahhoz, hogy az ipari méretekben golyósanyák gyártása során a köszörülési technológiákat mellőzni lehessen. A szakdolgozat célja egy olyan szuperfiniselő készülék tervezése, amely menetköszörülés nélkül biztosítja a megfelelő felületi minőséget, lehetőleg termelékenyebb legyen az eddig alkalmazott eljárásoknál valamint NC esztergagépre szerelve képes legyen elvégezni a megmunkálást a menetesztergálással egy felfogásban, ezáltal jelentősen csökkenteni a munkadarab újbóli felfogásából adódó átfogási hibákat is. 6

3. Finomfelületi megmunkálások Finomfelületi megmunkálásoknak nevezzük az olyan forgácsoló eljárásokat, amelyek a legnagyobb méret pontosságot, alakhűséget, a legjobb felületi érdességet és a legfinomabb felületet érhetjük el. Pontosságnak nevezzük azt, hogy mennyire közelíti meg a mérhető érték a megadott értéket. Az előírt pontosság általában csak több megmunkálási fokozaton keresztül érhető el. Szükség van a ráhagyásokra, azok eltávolítására, vagyis nagyolásra és simításra, mert az eljárások csak nagy pontatlansággal tudják megközelíteni a kész méretet. Alakhűségnek nevezzük azt, hogy mennyire közelíti meg a mérhető alak az előírt alakot. A felületi minőség egy olyan komplex fogalom amely a megmunkált, forgácsolt, alakított felület mikrogeometriai jellemzőit (hullámosság, érdesség) valamint a felület alatti, meghatározott vastagságú réteg: - mikrokeménységének megváltozását (kilágyulás, felkeményedés), - szövetszerkezeti módosulásait (pl. köszörülés), - maradófeszültség kialakulását (amely lehet húzó vagy nyomó jellegű), -elektromos, mágneses, vegyi (korróziós) tulajdonságainak módosulását tartalmazza. A felület összes jellemzői együtt határozzák meg a felületi minőséget. A felületi érdesség olyan kis távközű kiemelkedések és mélyedések az észlelt felületen, melyeknek a hullámhossza kicsi a magasságához képest. [1] 3.1. Finomfelületi megmunkálások alkalmazási területei Az esetek többségében a simító megmunkálások természetéből fakadó felületi érdesség is megfelel az általános követelményeknek. Azonban, ha a darab felhasználása igényli az extrém nagy felületi finomság, felületi érdesség nyújtotta kedvező tulajdonságokat, vagy a rendkívül nagy pontosságot, a darabot finom megmunkálási eljárásnak kell alávetni. Az ipari termelés bizonyos részei igénylik a kis tűrésű alak-, helyzet- és méretpontosságot, valamint az alkatrész helyes működéséhez szükséges felületi érdességet. A csapágygyártásban, az autóiparban, idomszergyártásban és a szerszámgépgyártásban használják ezeket az eljárásokat. 7

3.2. A finomfelületi megmunkálások csoportosítása Finomfelületi és különleges megmunkálások osztályozása: [2] - mechanikus o Forgácsolás o Képlékeny alakítás - nem mechanikus o Kémiai anyagleválasztás o Elektrokémiai anyagleválasztás o Termikus anyagleválasztás A finomfelületi forgácsoló eljárások csoportjai: - Határozott élgeometria és határozott kinematika: o Finomesztergálás o Ultraprecíziós esztergálás o Finommarás o Stb. - Határozott és határozatlan élgeometria, határozatlan kinematika: o Koptató csiszolás o forgótartályos o centrifugál o vibrációs o Stb. - Határozatlan élgeometria és határozott kinematika: o Finomköszörülés o Dörzsköszörülés o Hosszúlöketű (hónolás) o Rövidlöketű (szuperfiniselés) o Tükrösítés (leppelés) o Fényesítés (polírozás) o Stb. - Különleges eljárások: o Mágneses abrazív o Ultrahangos o Folyadék és gázsugaras o Stb. 8

A finomfelületi képlékenyalakítást alkalmazó eljárások csoportjai: - Hagyományos o Felülethengerlés o Felületvasalás o Dinamikus szilárdítás o sörétezés o Stb. - Különleges o Menetmángorlás o Hántolás és hengerlés o Stb. Kémiai anyagleválasztás eljárásai: - Maratás - Fotokémiai - Stb. Elektrokémiai anyagleválasztás eljárásai - Elektrokémiai alaksüllyesztés - Elektrokémiai - Köszörülés (mechanikus is) - Dörzsköszörülés (mechanikus is) - Sorjázás - Stb. Termikus anyagleválasztás eljárásai: - Elektroeróziós megmunkálás - Huzalelektrodás megmunkálás - Elektronsugaras - Lézersugaras - Plazmasugaras megmunkálás 9

3.3. Anyagleválasztás határozatlan élgeometriájú határozott kinematikával A geometriailag határozatlan élgeometriájú szerszámmal való forgácsolás a szerszám behatása révén kialakuló anyagleválasztás. Az élt a kemény anyagú szemcse adja, a szemcsénél több aktív él is lehet. Az érintett elem átlagos felületi nagysága és a leválasztott forgács mennyisége nagyságrenddel, nagyságrendekkel kisebb mint a határozott élgeometriájú szerszámmal végzett megmunkálás esetén. A kötött szemcsével való forgácsolás erősen negatív homlokszögű szerszámmal valósul meg. Az él pályája epiciklois. Az elérhető méretpontosság és a felületi minőség függ: - a munkadarab anyagától - a szerszám anyagától - a technológiától - a technológia paramétereitől. [3] Esztergálás Megmunkálás A Minőság (átlagos) Pontosság R a µm Nagyoló IT11 >12.5 N (normál S (simító) (IT () IT 9 IT10 1.25 6.3 P precíziós IT5 IT 6 0.63 1.25 F (finom) IT 3 IT 4 0.2 0.63 UP <1 0.1 µm 0.08 (Ultraprecíziós) Köszörülés Nagyoló IT 10 08 3.2 S (IT 6) IT 7 IT 8 0.2 1.6 F (IT3) IT 4 IT 6 0.4 Dörzsköszörülés N (normál) IT 3 IT 6 0.01 0.05 UP < 1 µm 0.05 (ultraprecíziós) Tükrösítés IT 3 IT 5 0.01 0.02 (leppelés) Felületszilárdító eljárások < IT 7 Előző művelettől (forgácsolás) függ 0.1 1.25 felületi rétegtulajdonságok javulása 1. ábra A különböző megmunkálásokkal elérhető pontosságok és átlagos érdességek [4] 10

3.4. Tükörsimítás Határozatlan élgeometriájú szerszámmal végzett finomfelületi megmunkáló eljárás. Kis amplitúdójú, tengelyirányú rezgőmozgást végző köszörű rudakkal végrehajtott forgácsolás, miközben a munkadarab forgómozgást, hosszabb munkadaraboknál a szerszám tengelyirányú mozgást végez. Tükörsimításnak nevezzük a kis amplitúdójú rezgőmozgást végző köszörű rudakkal végzett forgácsolást, ahol a munkadarab forog, a szerszám axiálisan mozog. A keresztvibrációs eljárás olyan tükörsimító eljárás, ahol a szerszám és a munkadarab között a hosszirányú mozgásra merőleges, vibrációs mozgás is van. 2. ábra A tükörsimítás vázlata [5] Tükörsimítással a köszörült felületek érdességi csúcsait rövid idő alatt (10-15s) el lehet távolítani. Nagyon termelékenynek mondható, hiszen rövid idő alatt létrehoz olyan különlegesen finom felületet, amelyen nem, vagy csak alig ismerhetők fel a köszörűszemcsék jellegzetes karcolatai. Az eljárással megnő az egymáson elmozduló felületek terhelhetősége és élettartama, jelentős mértékben csökken a kopás, nő a felület korrózióállósága. 3.5. Tükörsimítás mozgásviszonyai Esztergagépre szerelt berendezés esetén a munkadarab be van fogva a tokmányba, így az végzi a forgó mozgást, a szerszám pedig a felülethez nyomva egyenes vonalú alternáló mozgást végez. Köszörűgépre szerelt berendezésnél pont fordítva vannak a mozgások. A szerszám végzi a forgómozgást, a munkadarab pedig az egyenes vonalú mozgást. Egyes esetben a szerszám is végezhet egyenes vonalú mozgást (pl. hosszú munkadarabok esetén). 11

3. ábra A rövidlöketű dörzsköszörülés és jellemző adatai (szuperfiniselés) [6] 3.6. A tükörsimítás megmunkálási folyamata A tükörsimításra kerülő simított (esztergált, köszörült) felület az elő megmunkálás körülményeitől függően jellegzetes mikrogeometriai profillal rendelkeznek. A csiszolórúd az első pillanatban a felületet takaró kenőanyagból a legjobban kiálló egyenetlenségeket forgácsolja le. Mivel a kiálló egyenetlenségek a kopott köszörűszemcsékre nagy fajlagos nyomást gyakorolnak, biztosítva van a csiszolórúd megfelelő önélezése. Az egyenetlenségi csúcsok magasságának csökkenésével nő a munkadarab hordfelülete, és megfelelően csökken a csiszolórúdnak a forgácsolt felületre ható fajlagos nyomása. A fajlagos nyomás ilyen változása az anyag leválasztás fokozatos csökkenésével jár, amit az is elősegít, hogy kisebb fajlagos nyomásnál a köszörűszemcsék eltompulnak és a csiszolórúd önélezése kisebb sebességgel megy végbe. A megmunkáló felület és a csiszolórúd között, adott viszkozitású hűtő-kenő anyag folyadékfilmet alkot, a hordfelület növekedésével és a köszörűszemcsék életlenedésével létrejön egy olyan állapot, amikor a csiszolórúd nyomását a folyadékfilm veszi fel és a forgácsolás megszűnik. A tükörsimítás műveletének ciklusa ezzel automatikusan befejeződik. A következő munkadarab tükörsimításának kezdetekor a kiálló anyagrészek elvégzik a csiszolórúd újraélezését, majd az előzőekben leírt ciklus megismétlődik. [5] 12

3.7. A tükörsimítás technológiája Tükörsimításnál igen fontos szerepe van a csiszolórúd helyes megválasztásának. Az önélezés fontossága miatt tükörsimításnál körültekintően, a megmunkált anyag keménységétől függően kell kiválasztani a csiszolórúd kötéskeménységét. A csiszolórúd megválasztása után a tükörsimítást befolyásoló tényezők: - a munkadarab kerületi sebessége; - a csiszolórúd rezgőmozgásának sebessége; - a csiszolórúd felületi nyomása Az első két tényező a forgácsolási folyamat kinematikáját határozza meg. Ezek értékétől függ az egyes szemcsék által leírt pálya, s ebből adódóan az anyagleválasztás és a megmunkált felület érdessége. [5] 4. ábra A munkadarab hordfelületének változása a tükörsimítás idejétől függően: Baloldali ábra: mikrogeometriai profil ; Jobboldali ábra: hordfelület maximális érdessége A tükörsimítás ideje: 1. 0s ; 2. 10s ; 3. 20s ; 4. 30s ; 5. 60s [5] 13

A forgácsoló szemcsék által a munkadarab felületére karcolt csavarvonal közepes emelkedési szöge a munkadarab átmérőjétől és a mozgásviszonyoktól függ: tg α = =K ahol: α a felületre karcolt csavarvonal emelkedési szöge; a a csiszolórúd rezgési amplitúdója [mm] n cs a csiszolórúd kettőslöketének a száma [l/min] D a munkadarab átmérője [mm] n md a munkadarab fordulatszáma [ford./min] K adott munkadarab és tükrösítő berendezés esetén állandó [5] Kísérletek szerint a csavarvonal emelkedési szögének nagysága szuperfiniseléskor befolyásolja az anyagleválasztás mértékét és a megmunkált felület érdességét. A csavarvonal emelkedési szögének növekedésével először intenzíven nő, majd fokozatosan csökken, majd közel állandó értékű marad a leválasztott anyag mennyisége. [5] 5. ábra A csavarvonal emelkedési szögének hatása a tükörsimításkor leválasztott anyag mennyiségére [5] A tükörsimítás során a felület érdessége a megmunkálási idő növelésével egy darabig fokozatosan csökken, majd az adott megmunkálási viszonyoktól (csiszolórúd adatai, fajlagos felületi nyomás, hűtő-kenő folyadék viszkozitása, emelkedési szög) függő érdesség elérése után lényegében- bármilyen hosszú ideig is folytatjuk a megmunkálást, nem változik. [5] 14

6. ábra A tükörsimítás idejének hatása a felület érdességére Munkadarab: Ø 32 m; δ b = 600MN/m 2 ; csiszolórúd: KA; szemcseméret F20(600); keramikus kötés [5] A csavarvonal emelkedési szögének változásával azonban kezdetben csökken, majd egy minimális értéken átjutva növekszik a felület érdessége. A tükörsimítás után a felületi réteg az eltompult köszörűszemcsék vasaló hatása miatt kissé felkeményedik. 7. ábra A csavarvonal emelkedési szögének hatása a tükörsimított felület érdességére [5] 15

3.8. A tükörsimító szerszám tulajdonságai A tükörsimító szerszám egy vagy több finomszemcséjű csiszoló rudat tartó fej. A csiszolótestek SiC vagy Al 2 O 3 hasáb alakú rudacskák, kerámia- vagy bakelitkötésben. A fejet mechanikus (excenteres, forgattyús, bütykös), pneumatikus vagy hidraulikus, esetleg elektronikus (lineáris motorok) rövid löketen (1,5-6 mm) nagy frekvenciával (350-1200 löket/perc), rezgő mozgásban tartja miközben a munkadarab lassan (6-40m/perc) forog. A szerszám lassú (0,1 mm/ ford.) előtolást kap. A menetmegmunkálás esetén az előtolás a menetemelkedéssel arányos. A hasábokat a fejbe épített rúgók nyomják a megmunkálandó felületre. A szerszám kis felületi nyomás (5-30 N/ cm 2 ) mellett dolgozik. [5] 3.9. A tükörsimító szerszámmal szemben támasztott követelmények A tükörsimító köszörű rúdnak egyenletes minőségűnek kell lennie. További követelmény még a szerszámmal szemben, hogy folyamatos önéleződés legyen, mert a szerszám szabályozása nem lehetséges, ugyanezen ok miatt csekély kopást szabad megengedni. A ráhagyást gyorsan kell tudnia eltávolítani, és kiváló felületi minőséget kell hagynia. [3] 8. ábra A csiszolórúd keménységének megváltozása tükörsimításkor a megmunkálandó anyag keménységének függvényében [5] 16

A tükörsimítás szerszámai felépítésüket tekintve köszörűszerszámok. Rideg anyagokhoz, például öntöttvasakhoz zöld vagy fekete szilícium-karbid, acélokhoz normál korund szemcse ajánlott. 3.10. A hűtő kenő folyadék feladata A hűtő-kenő folyadék legfontosabb feladata a leváló fém- és szerszámrészecskék kiöblítése a forgácsolási övezetből, és a szerszámműködő felületének tisztántartása. A hűtő-kenő folyadék ellátórendszerét szűrő-ülepítő egységekkel kell kiegészíteni, amelyek megakadályozzák, hogy a levált fém- vagy szerszámrészecskék visszajussanak a munkatérbe. Az olajhányad növelésével kisebb lesz a felület érdessége, de csökken az anyagleválasztás. A keletkezett hő nagy részét a munkadarab fémtömege vezeti el. A köszörűrúdba, rossz hővezetése miatt, a keletkező hőnek körülbelül 9-12%-a jut. A fentiek következtében kialakul a munkadarab ún. állandósult hőmérséklete. Az állandósult hőmérsékletet a munkadarab térfogata, anyagának hővezető képessége, a hűtés és a technológiai paraméterek határozzák meg. Az állandósult hőmérséklet növekszik a fogásmélység és a munkadarab kerületi sebességének növekedésével. Az állandósult hőmérséklet legjobban hűtéssel szabályozható. Értékét úgy kell beállítani, hogy az a megmunkálás során változatlan legyen. Ez az állapot akkor következik be, ha a munkadarabra jutó hő a hűtő-kenőfolyadék által elszállított, valamint a környezetbe távozó hőmennyiséggel azonos lesz. A köszörűrúd hőmérsékletének emelkedése a kötőanyag lágyulását, a szemcse idő előtti kiszakadását illetve a szemcse aktív vágó élének gyorsabb elhasználódását, tompulását jelenti. A fellépő, a gyártási folyamatra káros hatásokat minimalizálni kell. Ennek lehetséges eszközei: - ásványi vagy növény bázisú olajok használata - vízbázisú szintetikus vagy növényi olaj emulziók használatával -megmunkálás különleges összetételű vizes oldatokkal (víz és szerves vagy szintetikus adalékok keveréke) 17

Az alkalmazott hűtési-kenési móddal szemben támasztott műszaki követelmények: - kenés - hűtés - tisztítás és forgácsszállítás - nyomásállóság EP adalékkal (kén és klór tartalommal) - jó szűrés - jó nedvesítés - jó védelem a korrózióval szemben - vegyi stabilitás,ph érték8.5-9.2 között - alacsony habzás - összeférhetőség a fémekkel és festékekkel, tömítőanyagokkal - könnyű lemoshatóság - bőr-és környezetbarátság, könnyű lebomlás - biológiai stabilitás,a gombaképződést gátolja meg A hűtő-kenő folyadéknak az érintkezési zónákba való jutását különböző formájú flexibilis hűtőcsatornákon keresztül történik. A csővégeken található lapítások kalibráltak, s a nyílásokon kiáramló hűtő- kenő folyadék sebessége ezáltal megnő, nyomása pedig lecsökken. [7] 3.11. A tükörsimítás alkalmazási területei Az eljárásváltozatok száma a felhasználási területtől függően igen magas. A legnagyobb részarányt a csapágyipar képviseli, a golyó kivételével valamennyi gördülőpályáját (külső, belső gyűrű), ill. gördülőelemet tükörsimítással munkálnak készre. A gépjárműiparban forgattyús és vezértengelyek, szelepemelő tőkék, az általános gépgyártásban dugattyúrudak, hidraulikai elemek, tengelycsapok, gömbcsapok gyártása során alkalmazzák. Csúcs nélküli tükörsimítással készülhet például a dugattyúcsapszeg, és a hengergörgő. 3.12. A tükörsimítás gépi berendezései A szuperfiniselés elvégezhető külön berendezéssel, célgéppel, azonban újabban esztergapadra szerelhető kivitelben is készül. 18

4. Szabadalom kutatás 4.1. 1.Szabadalom Kúpgörgős csapágy külső gyűrűjének belső, kúpos felületének megmunkálását tartalmazza ez a szabadalom. A kérelmet Tai Ozaki, Fukano Tomeo Fukano és Tooru Sugiyama japán mérnökök nyújtották be 2001 februárjában. A csapágyakat a befogó szerkezet egy támasztógörgőhöz nyomja, meghatározva a szerszám és a csapágy helyzetét. A köszörűkövet tartó kar végzi az alternáló mozgást és ez a kar végzi a kőnek a kúpos felülethez való nyomását is. A munkadarab lassú forgást végez, így a teljes belső felület megmunkálható Fontos hogy a köszörű rúd kicsi legyen, ne zavarja a megmunkálást azzal, hogy megmunkálandó felületen kívül más felületen is érintkezik a belső kúpos felülettel. 9. ábra A mozgások egyszerűsített rajza [8] 19

10. ábra A köszörűrúd elhelyezkedése a kúpos felületen [8] α: a kúpos felület és a tengelyvonal által bezárt szög (általában 5-25 között változik) : a köszörűrúd elhajlási szöge B: érintkező felület hossza [mm] A köszörűkövet egy rugós mechanizmus szorítja a befogó szerkezet falához. A házban (73) egy finommenetes csavar (77) állítja be a rugó (83) erősségét. A rugó (83) egy gömbfejjel (81) kapcsolódik a köszörűkőhöz (67). 11. ábra A befogó szerkezet rajza [8] 20

12. ábra A tárcsa befogó szerkezete [8] A köszörűkő a 69-es betűkóddal ellátott szerkezettel rögzül a házhoz (63). Az előtolást az 57-es jelzésű szerkezet végzi egy közvetítő elemen (72) keresztül. A közvetítő elem kicsúszását és pozícionálását egy csap (59) és egy görgős elem (61) végzi. A csapágy (45) a befogó elemen (5) keresztülvégzi a forgó mozgást. Az eljárás előnyének mondható a különleges alakzat megmunkálása, a köszörűkő könynyű cserélhetősége. Az alternáló mozgás sokféle mechanizmussal megvalósítható. A különleges előtoló egység alkalmazásával a felületi nyomás szabályozása egyszerű. Elég bonyolult eljárás, nagyon sok elemet tartalmaz, amelyek gyártása és üzemben tartása bonyolult. A kúposság 5-25 között változtatható ennél kisebb vagy nagyobb szöget nem lehet beállítani. A nem megfelelő beállítás mellett a köszörűkő nem csak a kívánt felület mentén, hanem egyéb helyeken is a felülethez érhet. 21

4.2. 2. szabadalom Gisaboro Gundo excenter hajtású szuperfiniselő berendezése, amit 1969-ben szabadalmaztatott. 13. ábra Exctenteres megoldás rajza [8] Ez a megoldás tulajdonképpen kettő karral rendelkezik, az ábrán azonban csak egy kar lett feltüntetve. Csapágyak belső és külső felületeinek megmunkálására, párhuzamos felületek, síkok megmunkálására használják. A 11-es számmal jelzett házhoz rögzülnek a 13-as számmal jelzett vibrációs részegységek. Ezek tartalmazzák a csapágyakat (14) valamint a két főtengelyt (12). A meghajtó tengely (15) egy excenteren keresztül (16) érintkezik a vibrációs egységekhez. A vibrációs egységeket az excenterhez rugók(17) egy csavarral (18) szorítják. Egy-egy vibrációs egységen található a köszörűkövet tartó kar (22) a köszörűkővel (21). A kart egy házban található (23) amelyet az egyes tengelyekhez külön-külön rögzítünk (19,20). Az excenter tárcsákat tartó tengelyen excentrikusan csapágyazott, az erők helyes kiegyensúlyozása miatt. A mozgás lényeges eleme a rugós mechanizmus, ami állítható nagyságú, a rugók cserélhetőek. A szerkezet előnyének mondható, hogy viszonylag nagy kiterjedésű felületet meg lehet munkálni, az elemek többsége könnyen cserélhető. Hátránya azonban az excenter bonyolult megmunkálása, az amplitúdó szabályozása. Az excenternek viszonylag nagy tömeget kell mozgatnia, ezáltal fokozottan ki van téve a súrlódás okozta kopásnak, ami a pontosságot befolyásolja. Nagyobb teljesítményű villamosmotort igényel a szerkezet. Az excenter, vagy az egyik kart tartó szerkezet esetleges meghibásodása mindkét kart befolyásolja. 22

4.3. 3. Szabadalom Szuperfiniselő eljárás belső menetek megmunkálásához. Chuichi Sato és Yoshimitsu Suganuma kérelmezte ezt a szabadalmat 1990-ben. 14. ábra A szuperfiniselő kar és a leválasztás folyamata [8] Az eljárást tipikusan golyósanyák meneteinek megmunkálására fejlesztették ki. A benyúló karon (9) található a köszörűkő (10) ami megmunkálja a golyósanya (6) boltíves menetét (7). Jellemzően három mozgás van jelen. A tokmányba fogott golyós anya végzi a forgó mozgást (B), a benyúló kar pedig végzi az előtoló (C) és az alternáló mozgást (A). A köszörűkő megmunkáló felülete gömb felület, amely kisebb mint a menet sugara. Az eltérés kihasználva lesz képes a szerkezet a felület megmunkálására. A köszörűkő a menetemelkedéshez képest β szögben helyezkedik el. A menetemelkedés normálsíkja és a köszörűkő elhelyezése közti szög γ. A szögeknek megfelelően koordináta rendszereket vehetünk fel a mozgások jobb leképzésére (x`,y`, x``,y``). 23

15. ábra A megmunkálások az egyes síkokban [8] A köszörűszög bedöntési síkjában a köszörűkő alakjának megfelelően r sugarú profilt hoz létre az eljárás. A normál síkban az alternáló mozgás miatt két szélső helyzet lép fel, R sugarú két félkört létrehozva. 16. ábra A köszörűrúd megmunkáló felületei [8] 24

Az eljárás hatásosan kiküszöböli a profiltorzulásból fakadó hibákat. Megnöveli a golyósanya és a golyók érintkező felületét. Bármilyen menetemelkedésű golyósanya megmunkálható, rendkívül megbízható eljárás. Hátránynak mondható a benyúló kar pontos megmunkálásának igénye és a köszörűkő elhelyezésének bonyolult megvalósítása. A kar benyúlásának hossza nem állítható, korlátozott megmunkálási hossz van, a munkadarabot meg kell fordítani ahhoz, hogy a menet teljes hossza meg legyen munkálva. 5. Piackutatás A piackutatás során igyekeztem megismerni és összehasonlítani a piacon kapható termékek, felkutatni a legfontosabb funkciókat az egyes gépeken. 5.1. Supfina A Supfina cég széles választékban kínálja a szuperfiniselő készülékeket az ipar mindegyik területére. A 17. ábrán látható gép belső felületek megmunkálására szolgál. Függőleges tengelyére rögzül a köszörű rúd, amely függőleges irányú alternáló mozgást végez, miközben az asztalra rögzített tárgy lassú forgást végez. Az előtoló mozgást a köszörű rudat tartalmazó kar végzi. A gép NC vezérléssel rendkívül rövid megmunkálási idővel rendelkezik. 17. ábra Belső felületek megmunkálására használt eljárás a Supfina cégtől [11] 25

5.2. Supfina A 18. ábra golyós csapágyak belső felületeinek megmunkálására használatos eljárás. Benyúló karon helyezkedik el a köszörű rúd, a benyúló kar dőlés szögét lehet változtatni, így akár kúpos felületeket is meg lehet munkálni. A főmozgást a kar végzi, az előtoló mozgást a köszörű rudat tartó kar, a mellék, forgó mozgást az asztalra fogott munkadarab, illetve az azt hajtó kerekek végzik. Az eljárás közepes és nagy csapágyak felületeinek megmunkálására szolgál, a készülék NC vezérléssel működik. Széles körben használják a gyors megmunkálási késsége miatt. 18. ábra Golyós csapágyak belső felöleteinek megunkálására használt eszköz a Supfina cégtől [12] 26

5.3. Antil Az Antil cég kínálatában egy 6 tengelyes megmunkáló cella használatos felületek szuperfiniselésére. A 19. ábrán feltűntetve megtalálhatók a gépre jellemző mozgások. Jellemzően külső felületek megmunkálására használatos a szerkezet, azonban nagyobb átmérőjű belső felületeket is képes megmunkálni. Az ipar előszeretettel alkalmazza, hiszen 6 tengely körüli mozgásokat képes megvalósítani, koncentrált, viszonylag kis térben. 19. ábra Szuperfiniselő cella az Antil cég kínálatából 27

5.4. Összegzés A szabadalmak és a piackutatás elvégzésével megismerkedtem a szerkezet legfontosabb építőegységekkel és azok legfontosabb funkcióival. A szerkezet alapvető egységei: - motor - motort és a dolgozó részt összekötő egység - dolgozó rész A motor legfontosabb funkciója, hogy alternáló mozgást végezzen. A motort rögzíteni kell valamilyen módon az esztergához. Ennek a rögzítésnek oldhatónak kell lennie. Biztosítani kell a szerkezet merevségét, ugyanakkor az esztergáról érkező gerjesztett rezgéseket hatástalanítani kell. A rögzítés történjen a szegnyereg helyén, vagy a keresztszánhoz valamilyen módon, szabványos elemek használatával. Az összekötő egységnek kapcsolatot kell teremtenie a motor mozgását végző tengelyével. Az esetleges használhatatlan gerjesztett rezgéseket semlegesíteni-e kell. Az előállított mozgást a lehető legnagyobb hatásfokkal kell továbbadnia a munkát végző elemnek, elemeknek. A hűtő-kenő folyadék az összekötő elemhez való szállításáról és elvezetéséről gondoskodni kell. A munkát végző elem legfontosabb funkciói a köszörű rúd rögzítése, a megfelelő felületi nyomás előállítása. A köszörű rúdnak a lehető legtöbb érdességi csúccsal kell kapcsolatba lépnie a legjobb felületi minőség elérése végett. A tájolás, központosítás meghatározó része a munkavégző egységnek. A szerszám pozícionálásához szükséges valamilyen állítható távolságmérő berendezésre. A leválasztott anyagmennyiséget el kell távolítani az érintkezési pontokból. Ehhez kenésre van szükség, valamilyen fluidum használatára. A fluidom megfelelő elvezetéseiről gondoskodni kell. 28

Jelölések: rö há re f szo sz h-k hű rögzítés a szerszámgéphez ház rezgetés, alternáló mozgás végzés fej szorítás szerszám hűtő-kenő folyadék vezetés hűtés 20. ábra Funkció Struktúra 29

6. Lengő mozgásokat előállító mechanizmusok A mechanikai rezgés vagy lengés oszcilláló mozgást jelent egy egyensúlyi állapot körül. Szuperfiniselésnél alkalmazható mechanizmusok lényege a forgó mozgás lineáris mozgássá történő átalakítása, a lehető legjobb hatásfokkal. Az oszcillálás lehet periodikus (pl. inga) vagy rendezetlen, véletlenszerű. A rezgéseknek alapvetően két fajtája van. Szabad rezgéskor a mechanika rendszert kimozdítjuk az egyensúlyi állapotból majd magára hagyjuk, engedjük hogy szabadon, minden más hatás nélkül rezegjen. A rendszer ekkor egy vagy több sajátfrekvenciának megfelelően fog rezegni és folyamatosan csillapodik, majd megáll. Gerjesztett rezgéskor a mechanikai rendszerre alternáló erő vagy mozgás hat. A gerjesztett rezgés során a rezgés frekvenciája a gerjesztés frekvenciájától függ, erőssége szoros összefüggésben van a mechanikai rendszer jellemzőivel. A lengéskeltő berendezésekben fontos, hogy a gerjesztő erő nagysága és a frekvenciája változtatható legyen. A mechanizmusokat működés szerint két csoportra lehet osztani: - mechanikus - villamos Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló mechanikus mechanizmusok: - Közvetlenül mozgató mechanizmusok: o bütykös mechanizmusok o kulisszás mechanizmusok o forgattyús mechanizmus o excenteres megoldás - Rugós gerjesztés - Gerjesztés tehetetlenségi erővel - Centrifugál rezgető - Hidraulikus és pneumatikus lengéskeltő Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló villamos mechanizmusok: - piezo elektromos mechanizmussal - elektrodinamikus rezgető - elektromágneses 30

6.1. Közvetlenül mozgató mechanizmusok Ha a lengőrendszert útgerjesztéssel kívánjuk mozgatni, motorral hajtott karos vagy bütykös mechanizmust építünk. Az ilyen gerjesztők frekvenciája a motor fordulatszámával változtatható. Készíthető olyan mechanizmus is, ahol menet közben változtatni tudjuk a löket nagyságát. A mozgó alkatrészekre ható tömegerő és a csapágyazások miatt a szerkezetek általában csak 100 Hz-ig használhatók. Az egymással kapcsolódó alkatrészek közt levő hézagok nem kívánatos felharmonikusokat okozhatnak a gerjesztett rezgésben. [10] 6.1.1. Bütykös mechanizmus A bütykös mechanizmusok általában két tagból állnak. A bütyök egy olyan általában nem hengeres tárcsa mely a tengellyel együtt forog, egy darabból készül vele vagy a tengelyre van felékelve. A tengelyt hajtják meg és a bütyökhöz simuló lengőkar a bütyök palástjának görbe felületének megfelelően tér ki. A lengőkart általában rúgó alkalmazásával szorítják rá a bütyökre. A vezetett tag a kialakítástól függően végezhet sugár- és tengelyirányú mozgást. Ezzel a mechanizmussal elviekben tetszőleges periodikus mozgás megvalósítható. A mechanizmus feladata, hogy állandó szögsebességű tengelymozgása egy másik elem megszabott alternáló mozgását eredményezze. [9] 21. ábra Bütykös mechanizmus vázlata 31

A mechanizmus fajtái: - Rugó és támasztórúd alkalmazása nélkül o a csuszka egyenes vezetékben mozog, pontszerű csúcsával támaszkodik a bütyöknek o a csuszka egyenes vezetékben mozog,görgős csuszka alkalmazása - Rúddal megtámasztott o görgős - Rúddal és rugóval megtámasztott o görgős 6.1.2. Kulisszás mechanizmus A kulisszás mechanizmus folytonos forgó mozgást alternáló egyenesvonalú mozgássá alakító mechanizmus. Többféle kivitele ismert, az egykulisszás hajtómű az egyenletes körmozgást az időben szinuszos lefutású lengőmozgássá alakítja, így harmonikus lengőmozgást valósít meg, harmonikus útgerjesztésként is használható. Másik ismert változata a gyalugépekben és vésőgépekben alkalmazott kétkulisszás hajtómű, melynek előnye, hogy a munkaütemben (amikor a gyalukés forgácsol) lassabban mozog a szerkezet, viszont a terhelés nélküli üresjárati viszszautat (holtlöket) a kos gyorsabban teszi meg. [9] A kulisszás mechanizmus elviekben harmonikus gerjesztést ad. 22. ábra Egykulisszás hajtómű vázlata 32

A forgattyús tengely forgattyúja egy csúszkában, az úgynevezett kulisszakőben van csapágyazva. A forgattyú körbefordulásakor a kulisszakő a kulissza vezetékéhez képest függőleges irányban mozog. A kulissza nem rögzített, hanem vízszintes vezetékben alternáló mozgást végezhet. Ha a forgattyúkar sugara r, a kulisszakő függőleges irányban 2r és a kulissza vízszintes irányban ugyancsak 2r hosszú pályát jár be. Az ω szögsebességű forgattyús tengely esetén a kulissza x elmozdulása, v sebessége és a gyorsulása az alábbiak szerint írható: x = r (1-cos(ωt)), v = rω (1-sin(ωt)), a = rω 2 (1-cos(ωt)), 6.1.3. Forgattyús mechanizmus A forgattyús mechanizmus folyamatos körmozgást folyamatos egyenesvonalú lengőmozgássá illetve egyenesvonalú lengőmozgást körmozgássá átalakító mechanizmus. A forgattyús mechanizmus négy tagból álló síkbeli karos kinematikai lánc, melyből az egyik tag a merevnek tekintett talaj. [9] 23. ábra A forgattyús mechanizmus elvi rajza A forgattyús mechanizmus fő részei: - Forgattyú. Egy tengelyre szerelt vagy vele egy darabból készített kar - A hajtórúd egyenes rúd, mindkét végén csapágyazva, egyik csapágya a forgattyú csapjához, a másik a keresztfej csapjához illeszkedik. - Keresztfej egyenes vezetékben csúszó gépelem (kinematikai fogalommal csúszka), melynek csapjára a hajtórúd másik csapágya csatlakozik. - A negyedik tag a talaj, vagyis a szilárdnak tekintett alap vagy gépkeret, melyhez rögzített a forgattyústengely csapágya illetve a keresztfej 33

A forgattyús mechanizmusnál fontos dolog a kiegyensúlyozás kérdése. Azon esetben, ha a tervező nem gondoskodik megfelelően a kiegyensúlyozásról, olyan mechanikai rezgések léphetnek fel, amelyek működésképtelenné teszik a mechanizmust. [9] A forgattyús mechanizmusok keresztfejének mozgása a forgattyú sugár és a hajtórúd hosszának viszonyától függően felharmonikusokat tartalmaz. [10] 6.1.4. Excentert alkalmazó mechanizmus A mechanizmus lényegében két egymáshoz illesztett tárcsán alapul. A tengelyhez közvetlenül kapcsolódó tárcsára, annak tengelyközéppontjától eltérő helyre rögzítjük egy másik tárcsát. (Ennek a tárcsának az átmérője kisebb vagy azonos az eredeti tárcsáéval.) A rögzített tárcsához egy rudat erősítünk oly módon, hogy a tárcsa körül szabadon tudjon forogni. A tárcsák forgatásakor belendül a hajtórúd is, amelynek szabadon nem futó része egy alternáló mozgást fog végezni, hasonlóan a forgattyús tengelyhez. 24. ábra Excentert alkalmazó mechanizmus elvi rajza 34

6.1.5. Rugós rezgető Ez a mechanizmus erőgerjesztést ad a vizsgálandó lengőrendszer tömegére. A periódikusan változó rugóerő visszahat a hajtószerkezetre. A fordulatszám ingadozás csökkentése érdekében célszerű a hajtó tengelyre nagy tehetetlenségi nyomatékú lendítőkereket ékelni. 25. ábra Rugós rezgető elvi rajza 6.1.6. Gerjesztés tehetetlenségi erővel Az m` tömeget a lengőrendszer m tömegéhez képest a motorral hajtott forgattyús mechanizmus elmozdítja. Ha a hajtórudat végtelen hosszúnak vesszük, feltételezzük hogy az m tömeg elmozdulása a forgattyús mechanizmus sugarához képest kicsi, akkor m` tömegre ható tehetetlenségi erő a 0 csapágyon keresztül valódi erőként gerjeszti az m tömeget. [10] 26. ábra A tehetetlenségi gerjesztő elvi rajza 35

6.1.7. Centrifugális rezgető Az álló tengely körül körülforgó kar végére szerelt m` tömegre tehetetlenségi erő hat. Ez terheli a 0 csapágyat. Az erő nagysága állandó, iránya pedig változik. 27. ábra A centrifugális rezgető elvi rajza Ha a kart a lengőrendszer tömegében csapágyazzuk, és ez a rendszer csak egy irányban mozdulhat el, a rendszer gerjesztett rezgéseket fog végezni. A centrifugális rezgetőket jellemzően fárasztó vizsgálatokra használják. Általában egyenáramú motorral forgatják a fő tengelyt, aminek a fordulatszáma jól szabályozható. Az erőhatás erősségének a változása az m` tömeg és az r sugár szorzatától függ. A gerjesztő tömeg kiegyensúlyozott tárcsa, amely megfelelő furataiban alumínium rudak kerülnek elhelyezésre. A gerjesztő tömeg lehet valamilyen folyadék is, ilyenkor a gerjesztő tömeg nagysága és az excentricitása csak álló helyzetben változtatható. 36

6.1.8. Hidraulikus mechanizmus Az alternáló mozgást egy dugattyús munkahenger végzi. A dugattyú egyik oldalára folyadékot engedünk, a dugattyú falán nyomás alakul ki, kimozdul. A visszavezető mozgás, a dugatytyú másik falára engedett folyadék nyomásából származik. A megnövekedett nyomás miatt a dugattyú visszatér eredeti helyzetébe. A hidraulikus alternáló mozgáshoz nagyon sok, viszonylag bonyolult, hely igényes szerkezetek sora szükséges (vezérlő főszelep, szelepek, szivattyú). A mozgás viszont könnyedén szabályozható a folyadék mennyiségével, nyomásával. A mozgás előállításához alkalmazhatunk egyoldali vagy kétoldali működtetésű hengereket is. 28. ábra Egyoldali mködtetésű munkahenger 29. ábra Kétoldali működtetésű munkahenger 37

Az alternáló mozgást létrehozhatjuk különféle membránok segítségével is. A membrán egy vékony rugalmas lemez vagy hártya. A gerjesztett rezgés lehet mechanikus, pneumatikus, hidraulikus esetleg elektromos. 30. ábra Membránt alkalmazó mechanizmus 6.1.9. Alternáló mozgás, pneumatikus mechanizmussal A mozgás előállítása azonos a hidraulikus mechanizmussal, a lényegi különbség az, hogy pneumatikus mechanizmusnál sűrített levegőt használunk folyadék helyett. A szabályozás hasonló paraméterekkel történik, mint a hidraulikus rendszernél. 38

6.2. Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló villamos mechanizmusok 6.2.1. Piezo elektromos jelenséget alkalmazó mechanizmus A piezoelektromosság olyan elektromos jelenség, melynek során bizonyos anyagokon (kristály, kerámia) összenyomás hatására elektromos feszültség keletkezik, illetve elektromos feszültség hatására alakváltozás jön létre. A mechanizmus alapja az elektrostrikció. Lényege, hogy villamos térbe helyezve egy kvarckristályt felülete deformálódik, egyik irányba megnyúlik, a másikba összenyomódik. A rákapcsolt feszültségnek köszönhetően e megnyúlás és összenyomódás többször előfordul, mely hatására rezgőmozgást végez a kristály. 31. ábra A piezo elektromos mechanizmus elvi vázlata egy kvarckristályban [6] 6.2.2. Elektrodinamikus rezgető Az 1 és 2 jelzésű alkatrészek ferromágneses anyagból készültek és a gyűrű alakú légréssel együtt mágneskört alkotnak. Ezt a tekercsbe (3) vezetett egyenáram gerjeszti. A légrés mágneses indukciója a gerjesztő árammal arányos és sugár irányú. A mágneses tér jó közelítéssel homogénnek tekinthető. A légrésbe elhelyezett tekercsben (L) rezgető áramot vezetünk, ami a mágneses térből kifelé fog mutatni. A létrehozott erő függ a menetszámtól, a menethossztól, az áramerősségtől és a mágneses indukciótól. A létrehozott erő átadódik a mozgató rúdnak (m), amit egy visszatérítő rugó szabályoz. (4) 39

32. ábra Elektrodinamikus gerjesztővel rezgetett lengőrendszer 6.2.3. Lineáris alternáló mozgás elektromágneses elv alkalmazásával Lineáris motorokat előszeretettel alkalmaznak alternáló mozgás megvalósítására. A lineáris indukciós motor primer része legtöbbször téglatest alakú lemezelt vasmagból áll, amelynek hornyaiba helyezik el a többfázisú elosztott tekercselést. A hornyokba elosztott és általában háromfázisú árammal táplált tekercselés (a sík lineáris felépítés miatt) haladó mágneses teret hoz létre. A szekunder rész ebben az esetben szintén téglatest alakú, amelynek ha vannak hornyai, akkor ennek tekercselése a forgó motor kalicka rúdjaihoz hasonlóan, létra-szerűen kialakított. A haladó mágneses tér a szekunder rész kalickájában feszültséget indukál, ez a feszültség a zárt kalickarendszer esetén áramot hoz létre. A szekunder kalicka rúdjaiban folyó áram és a haladó mágneses tér kölcsönhatásaként olyan erő keletkezik, amely a mozgórész egyenes vonalú mozgását eredményezi. A mozgórész akár a primer, akár a szekunder rész is lehet, ezért a lineáris motorokat - ebből a szempontból - két csoportba sorolhatjuk. Megkülönböztetünk mozgó primer részű, ill. mozgó szekunder részű lineáris motorokat. A lineáris motorok másik csoportosítási lehetősége abból következik, hogy a gyakorlatban kivitelezhető motorok véges hosszúsággal rendelkeznek. Ily módon a lineáris további két fajtáját szokás megkülönböztetni, mégpedig a rövid primer részű (ebben az esetben a szekunder rész az adott pálya hosszúságú), ill. a rövid szekunder részű motorokat, (természetesen ebben az esetben az adott pályahosszt kell tekercseléssel ellátni). 40

33. ábra Lineáris motor tekercseiben ébredő fluxus [10] A lineáris motorok direkt elektromágneses motorok, amelyek mechanikus sebességváltó nélkül képesek különböző sebességeket megvalósítani. A világon viszonylag kevés cég foglalkozik lineáris motor gyártásával és üzemeltetésével. Legismertebb cégek Linmot, Simel, Moticont, Technotion. A lineáris motorok széles változatai léteznek, de néhány közös elemük megegyezik. Alapvetően két részből áll a lineáris motor. - Csúszka - Állórész A csúszka neodímium mágnest tartalmaz, amely egy nagyon precízen megmunkált rozsdamentes acélcsőben van elhelyezve. Az állórész tartalmazza a motor tekercseit, a csúszka csapágyazását, a pozícionáló egységet a mikroprocesszorokat és a felügyeleti egységeket. A fő részeken kívül további szabványos egységeket is megtalálunk. - Lineáris motor egység: a mozgást megvalósító egység, előállítja a szükséges erőt és teljesítményt - Szervo egység: pozícionálásért felelős, digitális és analóg fajtái is forgalomban vannak - Ellátó egység: vezérlés a fő feladata, minden folyamatot ez az egység felügyel - Kábel: kapcsolatot teremt a csúszka és az állórész között, áramellátás a feladata - Lineáris útmutatók, vezetők: a megvezetés módjairól, a szabványos felfogásról gondoskodnak - Rögzítő egység: szabványos rögzítő elemek, amelyekre a munkavégző egységeket, további részegységeket szerelhetünk 41

6.3. Mechanizmusok összehasonlítása Mechanizmusok Tulajdonság Előállítható erő Előállítható sebesség Legnagyobb gyorsulás Előállítható frekvencia Szabályozhatóság Beszerelési bonyolultság pontosság ár összesített pont Bütykös 12 12 10 11 12 4 11 1 Kulisszás 9 9 11 10 8 5 10 2 Forgattyús 11 10 9 9 11 3 12 3 Excenter 10 11 12 12 9 2 9 4 Rúgós gerjesztésű 6 6 4 5 10 6 8 7 Tehetetlenségi erőn 5 4 5 6 4 7 5 8 alapuló Centrifugál gerjesztéses 4 5 8 4 5 8 4 9 Hidraulikus 8 8 6 8 9 11 7 6 Pneumatikus 7 7 7 7 7 10 6 5 Piezo elektromos 2 2 3 2 3 12 2 11 Elektrodinamikus 3 3 2 3 2 9 3 10 Elektromégneses (lineáris motorok) Legjobb:1 Legrosszabb: 12 1 1 1 1 1 1 1 12 34. ábra Összehasonlító táblázat Választott alternáló mozgást megvalósító mechanizmusom a lineáris motoros mechanizmus. 42

7. Az alternáló mozgást megvalósító mechanizmus rögzítése Az alternáló mozgást megvalósító motort rögzíteni kell az esztergához. A rögzítés történhet a szegnyereghez, a keresztszánhoz és a késtartóhoz. A rögzítésnek szabványos elemekből kell felépülnie, a motort mereven kell tartania, az eszterga rezgéseit fel kell fognia valamint a motor által gerjesztett rezgéseket fel kell emésztenie. 35. ábra Szegnyereg helyére fogott készülék elvi rajza Az eszterga keresztszánjához való rögzítés megoldható lemezekkel valamint rugókkal, esetleg rugalmas lemezzel. A lemezek és a rugók a keresztszánhoz való rögzítését csavarokkal oldjuk meg. 36. ábra Két lemez és gumilap felfogási megoldás 37. ábra A két lemez között apró rugókat helyezünk el 43

38. ábra A két lemez közé gumi gyűrűket teszünk 39. ábra Két lemez közé gumicsíkokat rögzítünk A készüléket felfoghatjuk a késtartóba is. A felfogó lapot egy T alakú lemez segítségével tudjuk rögzíteni a késtartóhoz. 40. ábra Késtartóhoz fogott eszköz elvi rajza 44

A szegnyereghez való rögzítésnél a kihajlás pontatlanságot okozhat, a késtartóhoz való fogásnál a rezgések csillapítása nehéz. A keresztszánhoz való rögzítésnél a legnagyobb a hely a csillapítások megvalósítására. A választott rögzítési módom a keresztszánhoz való rögzítés lesz. 8. Az összekötő egység Az összekötő egység a motort és a munkavégző elemet köti össze. Semlegesíteni-e kell az esztergáról érkező zavaró gerjesztéseket. A lehető legnagyobb hatásfokkal kell bírnia. Biztosítani kell a munkavégző elem mozgásához szükséges merevséget, szabványos elemekből kell felépülnie. Az esetleges kenésről biztosítani kell az egységet. A motorból kilépő tengely és a megmunkáló tengely lehet azonos, vagy különböző. Ha a két tengely egy és ugyanaz, a szerkezet merevsége biztosított, megvalósítása egyszerű, hiszen esztergálással létrehozható a megfelelő átmérő. A rezgéscsillapítása anyagon belül történik meg, tehát nem rezgéscsillapítás szempontjából nem a legoptimálisabb megoldás. Ha a két tengely nem azonos, köztük kapcsolatot kell létrehozni. A két tengely összekötheti: - Rugalmas elem - Rugó - Merev elem Rugalmas elem lehet valamilyen tárcsa vagy lap. Merev elem nem valósítja meg a kellő rezgéscsillapítást. 45

41. ábra Két tengelyt összekötő elem A lineáris motor tengelye (1) és a munkavégző elem tengelye(7) egy rugalmas tárcsa (5) teremt kapcsolatot. Ez a tárcsa egy retesszel (2) rögzített fém tárcsához (3) csavarokkal (4) (6) rögzül a lineáris motorhoz és a munkavégző elem tengelyéhez. A két tengely között rugók segítségével is teremhetünk kapcsolatot. A rugókat reteszelt fémtárcsákhoz rögzítjük. A mozgás energiáját a rugók viszik át egyik tengelyről a másikra. A kihajlás veszélye fennáll, valamint a rugók hatásfoka nem optimális, gyengítik a szerkezet merevségét. 42. ábra Két tengely között rugókkal megvalósított kapcsolat 46

43. ábra Egy rugót alkalmazó szerkezet A rugóakkor tompítja a gerjesztett rezgéseket, ha a gerjezstett rezgéssel ellentétes fázisban van. A rugós átvivő eszközök alkalmatlanok a megvalósításra. Az összekötő egységnek az energia átadáson kívül feladata még a pozícionálás is. A mozgó tengely megvezetése történhet valamilyen görgős-, vagy súrlódó felületes megvezetéssel. Egyes kialakításoknál az összekötő elemen alakíthatjuk ki a kellő nagyságú felületi nyomást. 44. ábra Görgős megvezetés, felületi nyomást biztosító rugókkal A mozgó tengely egy hüvelyben mozog. A hüvelyt rugók állítják megfelelő nyomásra. A rugók helyett, gumigyűrűket is alkalmazhatunk, amik a gördülést és a megfelelő nyomást is előállítják. 47

45. ábra Súrlódó felületet alkalmazó egység A súrlódó felületet alkalmazó szerkezeti egység rendkívül merev, azonban szabályozása, beállítása rendkívül pontos megmunkálást igényel. Az összekötő egységnek két különböző tengelyt választok. A lineáris motor kiegészítője egy gördülő vezetékes rendszer, ami a szabványos felfogást biztosítja. Ehhez rögzítem a megmunkáló rész tengelyét. Nem alkalmazok sem gördülő vezetékes, sem súrlódó felületes megvezetést, hiszen az esztergán nem lépnek fel akkora rezgések, hogy indokolttá tegyék bármelyik vezetékezést, illetve akármilyen rezgéscsillapító alkalmazását. 9. Megmunkálást végző elem A munkát végző elem legfontosabb feladata a felületi nyomás biztosítása, a megfelelő pozícionálás. A legjobb felületi minőség akkor jön létre, ha a köszörű rúd a lehető legtöbb érdességi csúccsal lép kapcsolatba. A köszörű rudat a megmunkálás alatt rögzíteni kell, valamint biztosítani kell a köszörű rúd cserélhetőségét. A leválasztott anyagot el kell távolítani a megmunkálás helyéről hűtő-kenő folyadék alkalmazásával. A golyósanyának gótikus belső menete van. A hasznos és megmunkálandó részt a 46.ábra tünteti fel. 46. ábra Gótikus menet hasznos menethossza 48

Az anyagleválasztás történhet: - csak köszörű rúddal - köszörű rúd és emulzió együttes alkalmazásával A köszörű rúd nagysága: - megegyezik a menetprofillal - kisebb mint a menetprofil A köszörű rúd alakja lehet: - hasáb - gömb A megmunkáló fej tarthat: - egy köszörű rudat - több köszörű rudat Az anyagleválasztás alapvetően a köszörű rúd minőségétől és alakjától függ. Köszörű rudat valamint hűtő-kenő folyadékot alkalmazva, a köszörűrúd egyenetlenül fog kopni az eltérő kerületi sebességek miatt, és az elérhető pontosság romlani fog. 47. ábra Köszörűrúddal végzett megmunkálás Az 1. és a 2. pont kerületi sebessége azonos, azonban a terhelő erő az egyes pontokban különbözik. Az 1. pontban nagyobb a terhelő erő, hiszen a terhelés középvonalának távolsága és az 1. pont távolsága (p) kisebb mint a 2. pont és terhelés középvonalának távolsága (s). 49

Ennél az eljárásnál nagyon kemény anyagot kell választani a köszörű rúd anyagának.(pl. Titán, Köbös bór-nitrid). Ezek a kemény anyagok rendkívül megdrágítják az eljárást. Emulzió alkalmazásával nem közvetlenül a köszörűrúd végzi a megmunkálást, hanem az emulzióban lévő kemény részecskék választják le az anyagot. Ebből kifolyólag a köszörűrúdnak nem kell rendkívül keménynek lennie, olcsóbb köszörűrúd alkalmazásával is el lehet végezni a feladatot. 48. ábra Emulziót alkalmazó megoldás A megmunkálás történhet a menetprofilba beillő köszörűkővel, vagy a menetprofilnál kisebb köszörűkővel. 49. ábra A köszürűrúd mérete azonos a menetprofillal 50. ábra A köszürűrúd mérete kisebb a menetprofil méreténél 50

A köszörű rúd alakja a befogási módtól jelentősen függ. Alapvetően a hasáb és a gömb alakú megoldás valósulhat meg. 51. ábra Hasáb alakú köszörű kő 52. ábra Gömb alakú körszörű kő A hasáb alakú megoldást lényegesen egyszerűbb megmunkálni illetve a felfogás és és rögzítés is egyszerőbb. A köszörőrudakat valamilyen lézeres technikával kell a megfelelő alakúra kivágni, a megfelelő megmunkálás végett. A megmunkáló fej tarthat egy vagy több fejet. 53. ábra Három köszörű rudat tartó fej Bloldali a csillag, jobboldali a delta alakzatú megoldás A több fejet tartalmazó megoldáshoz a golyósanya belső méretei nem minden esetben kellően nagyok, a kisebb átmérőjő golyósanyákhoz egyetlen karos megoldás, a nagyobb átmérőjű anyákhoz több karos megoldás is elképzelhető. 51

9.1. A köszörűt tartó fej és mozgásai A köszörűkőnek a lehető legtöbb érdességi csúccsal kell kapcsolatba lépnie a legjobb felületi minőség elérése miatt. 54. ábra A köszörűkőtől elvárt mozgások Az ábrán látható, hogy a kar alternáló mozgását célszerű a köszörűkőnek egy ívesmozgásává tenni. Ehhez valamilyen csuklós mechanizmus szükséges. A köszörőkűnek egy további, forgómozgást adva újabb felületi csúcsok leválaszhatók. 55. ábra Forgómozgást tartalmazó fejelvi rajza A kellő felületi nyomást előállíthatjuk közvetlenül a köszörűkőre nyomást gyakorolva illetve a köszörűkövet tartó kar egészére. 52

56. ábra Közvetlenül a kőre fejtünk ki nyomást 57. ábra A követ tartó karra fejtjük ki a nyomást A kő alakja független attól, hogy a nyomást milyen módon érjük el. A hasáb alakú köszörűrúd esetében valamivel könnyebb a nyomást előállító mechanizmus megvalósítása. Választásom egy több köszörűkőből álló megoldás, amely több karból áll. A három köszörűkövet három rúd tartja, amelyek úgy vannak ki alakítva, hogy a köszörűkövön keresztül menjenek. A három nyomorúgó delta elhelyezésben van. A kövek felületére a menetemelkedésnek megfelelően van a profil kialakítva, ezért eltérő az egyes kövek vastagsága. A köveket formábaöntjük, igy biztosítva a tökéletes profil kialakulását. A kemény titán, titáncarbid részecskék puhább kőzetbe, kerámiába vagy bakelitbe vannak beleszórva.. 58. ábra A megvalósítandó köszörűkő alakja 53

9.2. A kövek állapotai 59. ábra A köszörűkövek a legjobban összenyomott állapotban, behelyezéskor 60. ábra A köszörűkövek üzemi állapotban 61. ábra A köszörűkövek kinyitott, megmunkálás nélküli állapotban 54

Az ábrákon narancssárgával tűntettem fel a golyósanya legkisebb átmérőjét, míg rózsaszínnel jelöltem a legkisebb átmérőt, amire a köveket össze lehet húzni. A 61. ábrán zöld színnel jelöltem a legszélesebb körívet, amit a kövek érintenek kinyitott állapotban Az alternáló mozgást íves mozgássá átalakító egységek a csuklók. A kőnek az íves mozgást kell lekövetni, többféle csuklós mechanizmust is feltártam tanulmányozásom során. 9.3. Egyenes karos csukló 62. ábra Egyenes karos csukló Az ábrán három elem található: a köszörűkő, a csuklókar és a csuklógyűrű. A csuklógyűrűn valamint a köszörűkövön keresztül vezetjük a tengelyt, amire a csuklógyűrű rögzítve van. A csuklógyűrű lineáris, alternáló mozgást fog végezni. A csuklókart laza kapcsolat köti a kőhöz illetve a csuklógyűrűhöz is. Ebből kifolyólag képes elfordulni a kar, létrehozva egy íves mozgást. A megoldásnak több hibája is akad. A kar nem fér el, kilóg a köszörűkő kontúrjából, valamint rendkívül kis átmérőjű furatokat kell alkalmazni a kövön. A furatokat pedig a közelében lévő anyag nem képes megtartani, könnyen összeroppanhat. 55

9.4. Középen karos csukló 63. ábra Középen karos csukló Az előzőhöz hasonló a mechanizmus felépítése. A különbség a kő és a csuklókar rögzítésének másmilyen megoldása. A kar a kő szimmetria tengelyével esik egybe. A megoldás több hibát is magában hordoz. A köszörűkő kiálló anyagrésze rendkívül vékony, ehhez bármit rögzíteni lehetetlen. A kar belelóg a köszörűkőből kimart részbe, az összezárást veszélyeztetve. 9.5. Ferdén elhelyezett karos csukló 64. ábra Ferdén elhelyezett karos megoldás A mechanizmus az előző megoldásokhoz hasonló elemekből épül fel. A csuklógyűrűn és a köszörűkövön vezetem át a tengelyt, amire rögzítem a gyűrűt. A különbség azonban az, hogy itt a csuklókart szög alatt csatlakoztatom a felületekhez. A megoldás legfőbb hibája, hogy a kar a kőnél nem fér el, zavarja az összezárását a köveknek. 56

9.6. Menetes csukló 65. ábra Menetes karos megoldás A csuklókart az eddigiektől eltérően, tengelyirányban rögzítem a kőhöz menet segítségével. A menet miatt állítható a kar hossza. Az alternáló mozgás illetve a kar és a kő íves mozgása a menetet sérti így ez a megoldás sem alkalmazható sikeresen. 9.7. Gömbcsukló 66. ábra Gömbcsuklót alkalmazó mechanizmus A csuklókar egyik vége villás míg a másik vége gömb alakú. A gömb alakú véget egy műanyaglapkába bele lehetne pattintani, mint a személygépjárműveknél alkalmazott műanyag vezeték tartóknál. Ezután a lapkát könnyedén fel lehetne fúrni a köszörűkőre. 57

A megoldás hátránya, hogy a gömbcsukló nem csak lineárisan fog ívet adni, hanem térben is adhat előnytelen mozgásokat, pillangócsapásokhoz hasonló mozgásra kényszerítheti a követ. 9.8. Kétkaros csukló 67. ábra Kétkaros megoldás A köszörűkövet és a csuklógyűrűt két menetes tengely köti össze amelyek egy harmadik tengely mentén eltudnak fordulni. A kiálló karok menetesek, állítható a hosszuk. A köztes tengelyt két oldalról csavarokkal kell védeni, nehogy kiforduljon, vagy befeszüljön és széttörjön bármelyik csuklókar A megoldás teljes mértékben kivitelezhető, egyetlen hátránya, hogy a menetes karok miatt rendkívül nagy lesz a készülék hossza. 58

9.9. Belül vezetett csukló 68. ábra A csuklós mechanizmus 69. ábra Csuklógyűrű A mechanizmus az előző mechanizmusok kombinációjából alakult ki. A csuklókar hajlított és menetes. Tengelyirányban kapcsolódik a köszörűkő menetes részéhez. Az íves mozgás a csuklógyűrűbe mart horony adja meg, amely a megfelelő számítások alapján alakítjuk ki. A szerelhetőség egyszerű, a menetes tengely miatt a csukló és a kő távolsága is változtatható. 59

9.10. Összegzés Az egyes egységek elemzése után a kiválasztott elemeim: - motor: lineáris motor A lineáris motort a rendkívül egyszerű szabályozhatóság, a pontosság az előállítható frekvencia és az egyszerű beszerelés miatt választottam. - összekötő elem: Az összekötő elem a lineáris motor gyártója által készített golyós vezeték, amely nem engedi a tengely elfordulását egyik irányban sem. A motort és a munkavégző elemet merev kapcsolaton keresztül rögzítem. - munkavégző elem: A munkavégző elem egy három karos megoldás, ahol a köszörűköveket a rugók delta alakzatban kötik össze. A köszörűkövön keresztül megy a csuklós mechanizmust tartó tengely. A csuklós mechanizmusnak a belül vezetett megoldást választottam, hiszen viszonylag egyszerű műveletekkel lehet előállítani a csukló elemeit, és a belső vezetés biztosítja a megfelelő működést. Tervezéshez szükséges adatok: A golyós anya szabványos Ø50mm nagyságú n: a motor fordulatszáma/ az alternáló mozgás sebessége A: amplitudó p: felületre ható nyomás n = 400-3200 1/ min A = 1-6 mm (3..5 mm ) p = 70-100 N/cm 2 = 0,7-1 MPa 60

10. Méretezés 10.1. Rugó méretezése A felületi nyomás az erő és a felület hányadosa 70. ábra Rugók elhelyezkedése p= F erőt az f rugóerők állítják elő. A köszörűkő és a menet érintkező felület minden egyes kőnél a menetszélesség vetületének és a profilt lekövető rész szorzata lesz. A köszörűköveket úgy alakítjuk ki, hogy a tényleges megmunkálást végző rész körülbelül 10 mm hosszú ív legyen. Í = 10 mm A menet szélesség vetületének a = 6 mm feltételezek. A profilt lekövető ív hossza: A tényleges megmunkálást végző felület nagysága tehát: A = Í*a = 10 mm * 6 mm = 60 mm 2 A felületi nyomásnak szuperfiniselő eljárásnál 70-100N/cm 2 között kell lennie. 61

71. ábra A kövek közti szögek 10.2. Minimális erőszükséglet esete p=70 N/ cm 2 = 0,7 N/ mm 2 F=p * A = 0,7 N/ mm 2 * 60 mm 2 = 42 N 72. ábra A kifejtett erő hatásvonala cos 30 = cos 30 * (F/2) = f cos 30 * (42 N/2) = f f= 18,1865 N F erő két komponensből áll, hiszen két rúgó hatása együttesen érvényesül, a rugónak ezen kívül egyszerre kettő követ kell nyomnia. A rugóban ébredő erő: F r = 2*f= 2 * 18,1865 N = 36,373 N Minimális esetben F r =37 N erőt feltételezek. 62

10.3. Maximális erőszükséglet esete p=100n/ cm 2 = 1 N/ mm 2 F=p * A =1 N/ mm 2 * 60 mm 2 = 60 N 73. ábra A kifejtett erő hatásvonala cos 30 = cos 30 * (F/2) = f cos 30 * (60 N/2) = f f= 25,98 N A rugóban ébredő erő: F r = 2*f= 2* 25,98 N = 51,96 N Maximális esetben 52 N erőt feltételezek. 63

10.3.1. A felületen kialakuló nyomás 77. ábra A kifejtett erő hatásvonala F r = 40 N választva f = F r /2 = 20 N F/2 = f / cos30 = 23,094 F = 46,188 A = 60 mm 2 p = = = 0,7698 N/mm 2 ami megfelel a kiindulási feltételeknek. 10.3.2. Rugó méreteinek meghatározása: A köszörűkövekben lévő furatot 6 mm mélyre tervezem, hogy a rugó ne mozduljon el a meghatározott pozíciójából. A köveket legalább a menetmélységgel megegyező mérettel össze kell nyomni, ahhoz hogy beleférjen a készülék az anyába. A menetmélység 4 mm Ø50-es golyósanyánál. Mivel egyszerre nyomom össze a köveket így legalább 8 mm-rel csökkeni a kövek átmérője. A menet legkisebb átmérője: Ø54 mm. A kövek között legalább 8 mm távolság szükséges. Ezt a távolságot 12 mm-re határoztam meg. Az előző adatokból kiszámítható a rugó üzemi hossza, ami : H ü = 2*6mm +12mm = 24 mm Ezen a méreten kell a rugónak kifejtenie a megfelelő erőt a köszörűkőre. Üzemi állapotban a köszörűkő átmérője Ø60 mm. 64

74. ábra Aköszörűkő és a rugó viszonya megmunkáláskor A rugónak másik jellemzője, hogy a kövek teljes összenyomásakor nem szabad befeszülnie, azaz a rugó összezárt állapotban se érje el a legkisebb magasságát. Teljes összenyomáskor: H min <12 mm A golyósanya menetemelkedése p = 10 mm. Törekedni kell arra, hogy a rugó a lehető legkisebb átmérőkkel rendelkezzen, így segítve a köszörűkövet, nehogy az felsértse a meg nem munkálandó részeket. A következő ábra mutatja a rugó méreteit és az elmozdulást az erő függvényében. A satírozott rész mutatja az optimális rugóerőt a készülék tervezéséhez. 75. ábra Rugó méretei és elmozdulása az erő függvényében [14] 65

10.4. A rugó ellenőrzése H ü = 24 mm rugóhézag tényező: y = 0.25 F r =37-52 N F r = 40 N-ra választom d szabvány = 1; 1,1; 1,25 ; 1,5 ;1,8 ;2 d = 1,1 mm-re választom Csúsztató rugalmassági modulus: G = 8,1*10 4 MPa D/d = 4 17 D/d = 8 -re választom Rugó középátmérője: D = 8,8 mm 10.4.1. H min meghatározása, működő menetek számának meghatározása H min < 12 H min = n m * d + 2* +n m * y *d = n m +d+n m *y*d H min = [ n m (1+y) +1] d H min <[ n m (1+y) +1] d 12 mm < [n m (1+0,25) +1] *1,1 mm 9,909<1,25 n m 7,9272<n m n m = 5-ra választom H min = [ 5 (1 + 0.25)+1] *1,1 = 7,975 mm 10.4.2. Rugó állandó számítása c = * = * = 0,2299 10.4.3. Üzemi összenyomódás f ü = F * c = 40 N * 0.2299 = 9,196 mm f ü = 9,5 mm 10.4.4. Terheletlen rugó hossza H = Hü + f ü = 24 mm +9,5 mm = 33,5 mm 10.4.5. Maximális összenyomódás f max = H-H min = 33,5 mm 7,975 mm = 25,525 mm 10.4.6. Maximális erő amit a rugót terhelheti: F max = = = 111,0265 N 112 N 66

10.4.7. Tényleges rugó ábra: 76. ábra A rugó elmozdulása erő függvényében 10.4.8. Menetemelkedés számítása p = = = 6,48 10.4.9. Rugó kiterített hossza 78. ábra α = arctan = = 13,1915 α 13,2 L = 2 ( * π)+ L = (1,5+ ) = (1,5 + ) * 8,8 mm * = 98,261 mm L = 99 mm 67

10.4.10. Rugó elhelyezése A rugót a legszélesebb ponttól egy minimum távolságra kell tenni a biztonságos működés érdekében. Ezt a távolságot 5 mm-nek veszem fel. A minimumtávolságtól a furatot 8 mm-re teszem a kő középpontja felé. 79. ábra Rugó furat elhelyezése 10.5. Csuklót és a köszörűköveket tartó karok méretezése A kart mint egyik oldalt befogott rudat méretezem. A legnagyobb terhelés kinyitott állapotban kapja a rúd. A terhelés hajlítás, folyáshatárra méretezem a rudat. 80. ábra A kar elvi sémája Maximális terhelőerőnek a rugó teljes összenyomásakor keletkező erőt veszem, ami: F = 112 N a = 110 mm = 0.11 m D = 6 mm = 0.006 m d = 3 mm = 0.003 m M h = F*a = 120 N * 0.11 m = 12,32 Nm 68

Erő és nyomatéki ábrák: Poláris keresztmetszett: K p = = = 0.00000000191 mm 3 = 1,91* mm 3 Folyáshatárra méretezés: σ hajlító > = = 648420052,6 Pa σ >650 MPa 81. ábra A kar erő és nyomaték ábrái A Böhler cég kínálatában találtam meg a Böhler K100 jelzésű fémcsoportot. A csoport Brinell keménysége körülbelül 280 HB, ami körül belül 900 MPa nyomásértéknek felel meg. Ez a csoport erősen ötvözött, nagy nyomószilárdsággal rendelkezik, és biztosan ellátja a kívánt feladatot. 69

10.6. Súrlódási erő számítása 82. ábra A köszörűkőre hatő erők A köszörűkő tömegéből származó erő (G) lényegesen kisebb mint a rugókból származó nyomóerő (Fr), ezért elhanyagolható. Az egy kőre ható rugó erőből abszolút erőt számolok, amelyből a Coulomb-féle súrlódási törvényből súrlódó erőt számítok. 83. ábra A rugó és az abszolút erő. 70

A nyomórugó választott erőmérete 80N, mivel két irányba hat megfeleződik így: F = 40 N α = 30 μ = 0.02 F absz = = = 46,188 N Rugók által kifejtett erőnek 46,188 N. A Coulomb-féle súrlódási törvény értelmében a felületre ható normálerő és a súrlódási tényező szorzata megadja a súrlódó erő nagyságát. Ebből következik: F s = μ*f r = 0,02* 46,188 N = 0,92376 N Súrlódási erőnek 1 N feltételezek karonként, összesen 3 N-t. 10.7. A köszörűkő mozgásának elemzése A köszörűkő a csuklón keresztül íves mozgássá teszem, a csúcspont körül 0,5 mm amplitúdójú alternáló mozgást kell keltenem. 84. ábra A kő mozgásának elvi rajza 71

10.7.1. A kisebb körcikk adatainak számítása L = 1 mm R = 4 mm Pythagorasz-tétele alapján: ( R - f ) 2 + ( ) 2 = R 2 85. ábra Az összefüggésekhez szükséges ábra R = A húr hossza és a közbezárt szög számítása: L = 2*R*sin 1 = 2*4 mm * sin = sin 14.3615 14.4 = 0,2513 rad Az ívhossz: s = 2*R* α(rad) = 2*4 mm*0,2513 rad = 2,0106 mm Az ívhossz és a húr legnagyobb távolsága: f = R*( 1-cos α) f = 4 mm (1- cos 14.4 ) = 0,0314 mm 72

10.7.2. A nagyobb körcikk adatainak számítása R = 15,5 mm 14,4 = 0,2513 rad Pythagorasz-tétele alapján: ( R - f ) 2 + ( ) 2 = R 2 86. ábra Az összefüggésekhez szükséges ábra R = A húr hossza és a közbezárt szög számítása: L = 2*R*sin L = 2*15,5 mm * sin 14,4 = 7,709 mm Az ívhossz: s = 2*R* α(rad) = 2*15,5 mm*0,2513rad = 7,7903 mm Az ívhossz és a húr legnagyobb távolsága: f = R*( 1-cos α) f = 15,5 mm (1- cos 14.4 ) = 0,487 mm 73

10.7.3. A csukló mozgásának leképzése A körív elforgatása eredményezi azt, hogy elég legyen egyetlen löket ahhoz, hogy a segédkar végig fusson az egész csuklón kimart köríven. Ez a következő módon alakul: 87. ábra A körcikk elforgatása A húr elforgatásából tudjuk számolni a szükséges löket hosszt.. 88. ábra Az elforgatott húr x = = = 7,7611 x = 7,7 mm tg 7,2 = = tg 7,2 *L = a a = 0,972 mm = m x = = = 0,96 mm 74

10.8. Motor méretezése 10.8.1. Tömeg számítás A motor választáshoz tudnunk kell hogy mekkora tömeget fog mozgatni a motor, milyen távon. A tömegszámításnál térfogat számolok először, és a sűrűségből számolom vissza a tömeget. A helytakarékosság érdekében csak az értékeket adom meg, amelyeket a mellékleten is meg lehet találni. Az acél sűrűsége: ρ = 7580 A kő sűrűségének feltételezem: ρ = 3000 A három kő tömege: V = r 2 *π* a = (0,024 m) 2 *π* *0,024 m = 0,000014466 m 3 m = ρ*v = 3000 *0,000014466 m 3 = 0,0434 kg A három kő tömege: 0,14 kg Tengely tömege: V = (0,006 m) 2 * π*0,002 m + (0,01 m) 2 * π*0,02 m + (0,016 m) 2 * π*0,01 m+ +(0,01 m) 2 * π*0,025 m = 0,000022405 m 3 m=7,580 * 0,000022405 m3 = 0,169 kg Tengelybefogó tömege: V = 0,03 m*0,07 m*0,001 m + (0,016 m) 2 * π*0,0015 m (0,01 m) 2 * π*0,015 m = V = 0,00002835 m 3 m=7580 * 0,00002835 m3 = 0,2225 kg Tárcsa tömege V = (0,0052 m) 2 * π*0,008 m- (0,006 m) 2 * π*0,008 m - 3*0,008 m*0,0016 m*0008 m = V =0,000066674 m 3 m=7580 * 0,000067626 m3 = 0,50594 kg 75

Karok (3db) V = (0,006 m) 2 * π*0,065 m + (0,008 m) 2 * π*0,075 m (0,003 m) 2 * π*0,14 m+ + (0,012 m) 2 * π*0,01 m-(0,006 m) 2 *π*0,01 m= 0,000021865 m 3 m = 7580 3 kar tömege: 0,49722 kg Távtartó a tengelyen, Ø8 * 0,000021865 m 3 = 0,16574 kg V = (0,008 Móm) 2 * π*0,003 m (0,005 m) 2 * π*0,003 m = 0,000000367 m 3 m = 7580 * 0,000000367 m 3 = 0,00278 kg Távtartó a három karnál, Ø11 V = (0,011 m) 2 * π*0,01 m ( 0,008 m) 2 * π*0,01 m = 0,00000179 m 3 m = 7580 * 0,00000179 m 3 = 0,01357 kg A három távtartó tömege: 0,04072 kg Távtartó a csuklókarjánál, Ø8 V = (0,008 m) 2 * π*0,005 m (0,005 m) 2 * π*0,005 m = 0,000000612 m 3 m = 7580 3db tömege: 0,01393 kg Csuklógyűrű (3db) * 0,000000612 m 3 = 0,004643 kg V =0,012 m*0,0195 m*0,014 m = 0,000003276 m 3 m = 7580 3db tömege: 0,07449 kg Csuklókar (3db) * 0,000003276 m 3 = 0,02571 kg V = (0,005 m) 2 * π*0,05 m = 0,000000392 m 3 m = 7580 * 0,000000392 m3 = 0,002976 kg 3db tömege: 0,008929 kg 76

Csavaranya M8 (9db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,006 kg Csavar M5 (3db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,005 kg Csavaranya M5 (5db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,0035 kg Csavaranya M3 (3db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,0012 kg 9db = 0,054 kg 3db = 0,015 kg 5db = 0,0175 kg 3db = 0,0045 kg Összesen: 1,7956 kg A tömegnek 2kg-om feltételezek a motoválasztásánál. 10.8.2. A Motor választása A motor kiválasztásához a Linmot cég által közzétett program segítségét használtam. 89. ábra Az adatok bevitele a programba 77

90. ábra Az adatok bevitele a programba 91. ábra Adatok bevitele a programba A beírt adatok alapján ajánlatot tesz a célnak megfelelő motorra. Választásom egy P01-23x80/80x140 jelzésű motor amely megfelel a célnak. A program által ajánlott tápegység egy 3.4W teljesítményű szerkezei elem. A motorhoz választottam egy PL01-12x270/170 típusú mozgórészt. A szervo vezérlő E11x0 /B1100 jelű készülék lett. 78

A lineáris motorhoz választottam továbbá a motornak megfelelő lineáris vezeték rendszert, amely biztosítja a szabványos rögzítést valamint megakadályozza a tengely elcsavarodását. 92. ábra A válaszasztott lineáris motor 79

93. ábra Az összeállított készülék 3D-s modellje 80

94. ábra A készülék megmunkáló része 95. ábra A csuklók elhelyezkedése 81