5. ALAKOS FELÜLETEK HATÁROZOTT ÉLŰ SZERSZÁMMAL TÖRTÉNŐ FORGÁCSOLÁSA A gépelemeken és szerszámokon forgácsolással megmunkálásra kerülő alakos felületek biztosítják: a gépek munkavégzéséhez szükséges teljesítmény átvitelét (nyomatékátvivő felületrendszerek), a mechanizmusok adott mozgástörvények szerinti működését (kinematikai menetek, fogazatok, stb.), a szerszámok rendeltetésszerű üzemelését, a kívánt hatásfokot (energetikai gépek elemei, folyékony és gáznemű közegekben működő gépelemek, stb.).
Alakos felületek forgácsolását alakátvitellel (profilozás), másolással, lefejtés vagy kinematikai alakképzéssel, NC-CNC vezérléssel végezhetjük. Alakátvitel (profilozás) során a gépelem alakos felületét a megfelelő geometriájú szerszám alakzatának a munkadarabra történő átvitelével valósítják meg. Másoláskor a munkadarab alakos felületét a mesterdarabról másolják.
Lefejtés során a munkadarab alakos felülete az alakos szerszám diszkrét kinematikai elmozdulása eredményeként jön létre. Kinematikai alakképzéskor bármely, zárt vonalrendszerrel határolt alakos felület megmunkálható egyélű-, vagy méretes szerszámmal: a) két, egymással tetszőleges szöget bezáró tengely mentén szabályozható és összehangolt elmozdulást biztosító kinematikai rendszer alkalmazásával; b) egy tengely körüli elfordulást és valamely sugár irányába eső elmozdulást eredményező kinematikai rendszerrel.
A forgácsleválasztás mozgásai és fizikai tartalma lényegében ugyanaz, mint KHF-ek forgácsolásakor. Az alakzatnak csak néha van módosító hatása. A felületek megmunkálásakor, a kívánt pontosság biztosítását befolyásoló tényezők között meghatározó szerepe van a gép kinematikai lánca és a szerszám geometriai pontosságának. A megmunkált felület minőségét meghatározó tényezőkre a megmunkálandó felület alakzata általában nem gyakorol érdemi módosító hatást.
Alakos felületek forgácsoló megmunkálásának szempontjai szerinti osztályozáskor megkülönböztethetők: alakos forgásfelületek (kúpfelületek, gömbfelületek), tengellyel párhuzamos alkotójú alakos felületek (vezérlőtárcsák, nyomatékátvivő felületrendszerek), fogazatok (hengeres, kúpos, stb.), menetek, csigák (helicoid felületek), egyéb alakos felületek (normál-, turbinalapát-, hajócsavar-, szoborfelületek stb.).
Alakos forgásfelületek megmunkálását legtöbbször másolással végzik, rövid kúpok, kisméretű gömbfelületek, stb. esetében pedig alakátvitelt (profilozás) alkalmaznak. Másoláskor torzulásmentesen forgácsolunk, ha r munkadarab = r tapogató sugarával. Alakátvitel során a szerszám alakzata a munkadarabon csak = 0 esetén valósul meg torzulás nélkül. 0 esetén a szerszám profilkorrekcióra szorul [4].
5.1. A tengelymetszetben alakos felületek megmunkálása Túlnyomó részt tengely- és tárcsaszerű alkatrészek gyártásakor megoldandó feladatok. A vezértárcsák (újabban merev programhordozók) megmunkálását előrajzolt vezérpálya alapján végzik. A vezérpálya megvalósulása marógépen speciális készülék segítségével vagy CNCgépen pályavezérléssel történik. Az elterjedtebb technológiai lehetőségekről az alábbi felsorolás ad egy áttekintést (ezek természetesen csak példák, minden lehetőséget e könyv keretei között adott terjedelmi korlátok miatt nem tudunk ismertetni):
5.1.1. Alakos forgásfelületek megmunkálása A legjellegzetesebb megmunkálási módokat részletesebben a következőkben ismertetjük. [6] 1. Külső kúpfelület megmunkálása a) Esztergálás ferde élű késsel (5.1.a. ábra), nyereg elállítással (5.1.b. ábra), késszán elfordítással (5.1.c. ábra), kúpvonalzóval (5.1.d. ábra), másoló-léccel, másoló-idommal (5.1.e. ábra 5.4. ábra), egyidejűleg kétirányú előtolással (5.1.f. ábra), egyidejűleg kétirányú előtolással és késszán elfordítással (5.1.g. ábra).
l α/2 l D d l D α/2 d e κ r v f α/2 D d v f κ r v f 5.1.a. ábra Esztergálás ferde élű késsel 5.1.b. ábra Esztergálás nyereg előállítással
α/2 l α/2 D v f d d α/2 v f l α/2 D 5.1.c. ábra Esztergálás késszán elfordítással
α/2 l e v D α/2 d v f d α /2 l D 5.1.d. ábra Esztergálás kúpvonalzóval 5.1.f. ábra Esztergálás egyidejűleg kétirányú előtolással
60 < α < 90 90 < α < 120 f v f v f er f f f er f f α/2 α/2 5.1.g. ábra Esztergálás egyidejűleg kétirányú előtolással és késszán elfordítással
b) Köszörülés beszúró eljárással hosszirányú előtolással befutó vagy végütköztetős eljárással (5.1.h. ábra), (5.1.i. ábra), (5.1.j. ábra).
l1 l1 α/2( kf ) α/2( k) l α/2 ( mdb) α/2 ( mdb) l l1 α/2( of ) α/2 ( mdb) l 5.1.h. ábra Köszörülés beszúró eljárással
a e a e α/2 ( mdb) v f α kf α/2 ( a) v f /2( ) α/2 ( mdb) a e α/2( of ) α/2 ( mdb) v f 5.1.i. ábra Köszörülés hosszirányú előtolással
munkadarab köszörűkorong l l 1 ütköző köszörűkorong α/2( mdb. ) munkadarab l 1 l α/2 (kk) ütköző prizma α( mdb. ) prizma α/2 ) (tk l1 α (tk) továbbítókorong továbbítókorong l 1 5.1.j. ábra Csúcsnélküli (befutó), vagy végütköztetős köszörülés
2. Belső kúpfelület megmunkálása a) süllyesztés, dörzsölés (ld. Gépgyártástechnológia I., illetve jelen könyv I. fejezete), b) esztergálás (5.2. ábra), c) köszörülés.
M K 5.2. ábra Belső kúpfelületek megmunkálása különleges fúrórúddal
3. Gömbfelületek megmunkálása a) esztergálás alakos késsel (ld. 5.2.1. fejezet), készülékkel (5.3.a. ábra), b) köszörülés (5.3.b. ábra).
5.3.a. ábra Gömbfelületek megmunkálása esztergálással késtartóba fogható
5.3.a. ábra Gömbfelületek Megmunkálása esztergálással v f a v f r másolóvezetővel működtetett R R v f r v f a Kapcsoló rudas
fúrórúdba épített 5.3.a. ábra Gömbfelületek megmunkálása esztergálással
5.3.b. ábra Gömbfelületek megmunkálása köszörüléssel: v f v f alakos koronggal, lengőmozgást végző korong
4. Egyéb alakos forgásfelületek megmunkálása esztergálás alakos késsel esztergálás másoló eljárással (ld. 5.2.1. fejezet), (5.4. ábra).
v f a f f r 5.4. ábra Esztergálás másoló eljárással (mintadarabbal) (Külső kúpmegmunkálás)
5. Alakos, nem forgásfelületek megmunkálása esztergálás másoló berendezéssel (pl.: hátraesztergálás) másoló marás másoló gyalulás üregelés alakos köszörülés (5.5.a. ábra), (5.5.b. ábra), (5.5.c. ábra), (5.5.d. ábra), (5.5.e. ábra).
munkadarab hátraesztergáló bütyök 5.5.a. ábra Esztergálás másoló berendezéssel (hátraesztergálás)
szerszám alakmaróval munkadarab munkadarab asztalmozgás iránya másolóvezető függőleges síkban dolgozó maróval
munkadarab másolóvezető vízszintes síkban, hossz-másolással munkadarab másolóvezető (idom) vízszintes síkban, forgó másoló idommal
másolóvezető A B C A munkadarab H pantográffal
munkadarab minta térbeli másolással 5.5.b. ábra Másoló marás
harántgyalugépen másoló vezető munkadarab idomgyalugépen 5.5.c. ábra Másoló gyalulás munkadarab
szerszám munkadarab 5.5.d. ábra Külső üregelés
alakos koronggal köszörűkorong A munkadarab B köszörűfej koronggal munkadarab C másolóvezető pantográf alak-köszörűgépen
másolóidom munkadarab köszörűkorong görgő lengési tengely forgó másolóidommal 5.5.e. ábra Alakos köszörülés
5.2. Alakátvitellel történő fogácsolás és szerszámai Az alakos forgácsoló kések olyan szerszámok, melyeket adott alakú forgásfelületek (esztergálás) vagy hasábfelületek (gyalulás-vésés) beszúró eljárással történő megmunkálására használnak fel. A forgácsoló kés éle a felületet a művelet végén véghelyzetben egyszerre alakítja ki, ha az előtolás radiális, vagy fokozatosan, ha az előtolás tangenciális irányú. Ennek megfelelően megkülönböztetünk: radiális, tangenciális működésű alakos forgácsoló késeket.
5.2.1. Alakos esztergakések (gyalukések, vésőkések) Alakos (profilos) forgácsoló kés: a profilkés él alakja jó közelítéssel megegyezik az előállítandó munkadarabprofillal (tengely vagy normálmetszetével). Az alakos szerszámokat külső-, belső, alakos forgásfelületek megmunkálására, külső-, belső-, alakos csavarfelületek megmunkálására használják.
mdb. v f szerszám szerszám mdb. v f 5.6. ábra Alakos forgácsoló kés
Alkalmazzák: forgó főmozgású gépeknél (eszterga, revolvereszterga, aut.) haladó főmozgású gépeknél (véső, gyalu). Alkalmazása nagysorozat- és tömeggyártásban, kisméretű alkatrészek gyártásánál gazdaságos. Egyedi- és kissorozat gyártásnál csak bonyolult profilú, illetve szabálytalan profilgörbékkel rendelkező munkadarabok megmunkálására célszerű használni.
Az alakos szerszámok előnye: a megmunkált méretek szóródása szűk határok között tartható tömeggyártás esetén is, rövid megmunkálási idő, másoló idomok használata nélkül, nagy bonyolultságú profilok előállítására képes, az elért pontosság független a dolgozó szakképzettségétől, élezéskor csak a kések sík homlokfelületét köszörüljük. Alakos szerszámokkal szemben támasztott követelmények: az előállított munkadarabprofil legyen alak és mérethű, a szerszám profiltorzulás nélkül legyen utánélezhető (50 100-szor).
Geometriai kialakítás szerint: a) hasábos alakkések, b) körkések. a) hasábos alakkés befogásuk szerint: hasábkés (a szerszámgépeken álló, közel függőleges helyzetben fogjuk be), rúdkés (a szerszámgépen fekvő, közel vízszintes helyzetben fogjuk be).
γ α α γ tangenciális rúdkés hasábkés 5.7. ábra Hasábos alakkések és után-élezési lehetősége
Alakos kések élezési lehetőségei a vonalkázott felülettel azonosak. A hasáb és rúdkések kizárólag külső felületek megmunkálására alkalmasak. b) Körkések: élezési lehetőségük igen nagy, alkalmasak belső alakos felületek megmunkálására is.
5.8. ábra Körkés és után-élezési lehetősége
A munkadarabok felületeinek alakítási módjától függően az alakos késeknek két elvi csoportja létezik. A munkadarabhoz viszonyított előtolás szerint: radiális, tangenciális kések. Radiális késnél a kés csúcsának előtolási iránya metszi a munkadarab forgástengelyét. Az előtolási irány és a munkadarab forgástengely által bezárt szög leggyakrabban 90 o, de lehet ettől eltérő is. (A legkisebb munkadarab profil sugarára dolgozik ütközőre.) Tangenciális késnél a kés csúcsának előtolási iránya kitérő a munkadarab tengelyvonalával megmunkálás közben. Az érintő távolsága a munkadarab forgástengelyétől a legkisebb munkadarab sugár (csak hasábkésnél használatos).
mdb. v f rmin. r max. γ f γ f α 1 v f α2 -γ 1 α α + γ 2 f f Radiális elrendezés Tangenciális elrendezés (a működő szögek (a működő szögek kismértékben változnak) jelentősen változnak) 5.9. ábra A kések elhelyezésének módja
A munkadarab és a szerszám tengelyhelyzet szerint: Párhuzamos szöget bezáró elrendezésű
v f v f kedvező hátszöget csak korrekcióval lehet kialakítani ϕ 5.10. ábra hátszög mindenütt kialakítható A munkadarab- és a szerszámtengely helyzete
Számításokhoz megjegyzések: A szerszám profilja csak akkor egyezik meg a munkadarab profiljával, ha α f = 0 o, γ f = 0 o. (Elvi eset α f = 0 o nem használható.) Hasábos késeknél a hátszöget a szerszám megdöntésével biztosítjuk. Körkéseknél a hátszöget a középvonal emelésével biztosítjuk.
Profiltorzulások a) mdb. b) g g r max. rmin. F α f v f γ f α f γ f =0 g=f=g F α f γ f v f γ =0 α f >0 g=f=g f G G Profiltorzulás nincs Elsődleges profiltorzulás (ilyen szerszám nincs) (a hátfelületre merőleges síkban)
D E g F v f D g F γ t O s hn O mdb. E O mdb. R max. N γ f >0 α f >0 g=f=g α f G. N γ >0 f α >0 f g=f=g G Másodlagos profiltorzulás Elsődleges és másodlagos profiltorzulás (a munkadarab profilja is torzul) (a szerszám éle nem egyenes, hanem hiperbola) (ha γ f > 0 o, növekszik a torzulás) 5.11. ábra Profiltorzulások
Ha a D-D munkadarab metszete és az N-N szerszám normál sík nem esik egybe, a szerszámprofil nem lehet a munkadarab negatívja. (5.13. ábra) Az F-F homloksíkban a munkadarab és a szerszám a forgácsolóél mentén érintkezik. Ebben a síkban a munkadarab és a szerszám szelvények egymás negatívjai, profiljaik pedig azonosak és megegyeznek az élgörbével. (5.11.b. ábra) Az F-F sík általános esetben nem megy át a D (munkadarab) és N (szerszám) tengelyen, tehát az így kialakult szelvény nem azonos sem a munkadarab, sem a szerszám szelvényével (5.11.c.,d. ábra).
Ezért van szükség a profilozásra, melynek lényege, hogy a munkadarabon kijelölünk egy pontot és az ismert matematikai geometriai összefüggéseket felhasználva hozzárendeljük a megfelelő szerszámprofilon a megfelelő pontot. Munkadarabszelvény (D): a munkadarab meridián metszetének szelvényét értjük, a szelvényt határoló kontúr vonal a munkadarab profilja. Szerszámszelvény (N): a szerszám hátfelületére merőleges metszet szelvényét értjük. A szelvényhatároló kontúrvonal a szerszám profilja (gyártási profilja).
Körkésnél ez azonos a meridián metszettel, hasábos késnél a hasáb hossz irányára merőleges metszet. Szerszámprofilozás: a szerszámprofil meghatározása a munkadarab adatai, valamint a szerszám átmérője és élgeometriai adatai alapján, azaz minden egyes munkadarab-profilponthoz az azt kialakító szerszámprofilpont hozzárendelése. A hasábos alakos kések szerkesztése, számítása Anyaga: gyorsacél vagy keményfém, mivel feltétel a nagy szerszáméltartam, tekintettel az ilyen kések készítésének és élezésének igen nagy munkaigényességére.
Kivitele: monolit (kisméretű kések) hegesztett (nagyobb méreteknél) a működő rész gyorsacél, a szár szerkezeti acél vagy alacsony ötvözetű acél a kötés módja tompahegesztés.
Alakos radiális hasábkések tervezése: a) szerszám külméretének meghatározása, b) késprofil számítása, szerkesztése, c) idomszer és ellenidomszer rajzának elkészítése, valamint a szerszám profilrajzának elkészítése projektoros ellenőrzéshez, d) szerszám műhelyrajz elkészítése, e) Élgeometriai vizsgálata (kritikus pontok vizsgálata). a) A külméretek megállapításához kiindulópontot ad a munkadarab maximális profilmélysége: g max d 2 d max min = [mm] (5.1)
ahol: d max : a munkadarab alakos részének legnagyobb átmérője. d min : a munkadarab alakos felületének legkisebb átmérője. A befogó rész geometriai méreteit a g max ismeretében [75] irodalomból határozhatjuk meg: A, B, C, M, d v, η, stb.
b) A profil szerkesztése x g max. b bx ba Hp F 2 v f tx. O mdb. 1 2 4 γ f P r rx r B X Tangenciális X A x ϕ a E 1 E2 α f α αx γ x ϕ a γ γ l2 D(mdb.) szelvény r3 r2 B r 4 1 2 4 3 N G2 l4 l3 l 2 S(szerszám) szelvény 3 2 1 4,, + + d r A B C 5.12. ábra A profil szerkesztése N M η b ϕ x αa κ t'x t' bx ba
Bázispont (1) kijelölése, itt felvesszük ajánlások szerint a γ f, α f értékét. A munkadarab tengelyétől pedig sugárirányú pontokra bontjuk a munkadarab-profilt és a [B] homloklaptól építjük fel a tengelyirányú (l) mérethálót. A profil számításának elve 1. Munkadarab profilpont (l i, r i ) meghatározása tengelysíkban (pl.: l 2, r 2 ) (D-D). 2. A profilpont átszámítása szerszám homloksíkba (F-F) A γ. 3. A profilpont átszámítása a szerszám N-N síkba (sablonkészítéshez).
F v f D. O mdb.. P i Pr D γ f A γ F A α α N f N 5.13. ábra A profil számításának elve
A hasábkés külméretének megállapítása g max d = max d 2 min alapján az 5.1. táblázatból vehetők az alábbi méretek. A B [mm] φd r r M C D 0.5 L η =60 5.14. ábra V d min. d g max. max. A hasábkés külméretei a befogáshoz γ f + α f
L a munkadarab hosszból adódik. Ha L > 2,5 C, akkor a (B, C, D) méreteket nagyobbra kell választani, mint amit a táblázat ad a g max -hoz. 5.1. táblázat A profil mélysége g max (mm) A hasábkés méretei [mm] Felfogórész M mérete d r függvényében 4-ig M. 20-28 A B C D V r dr 1 M 1 dr 2 M 2 9 4 15 7 75 0, 4 21,31 3 18,577 5 45 15 60 4 0 10 0 1 15 83,66 8 64,536 Az 5.14. ábrán látható hasábkés főbb méretei
Anyag Acél Szakító szilárdság R m [MN/m 2 ] 490-ig 980-1170 Keménys ég HB 150-ig 290-350 Öntöttvas - 150-ig Bronz és sárgaréz Réz és alumínium γ f 5.2. táblázat α f 25 o 8-12 o 8-15 o 15 o 8 o 8-15 o - - 0-5 o 8-15 o - - 20-25 o 8-15 o Különböző anyagok esetén a γ f, α f az anyagminőség függvényében
1) Az E és F méretekhez (5.15. ábra) szükség van a H p = r min sinγ f ismeretére., Omdb. E 1 E i F i E max F max 5.15. ábra Hasáb alakkés profil számításának koordinátái Hp g i Omdb. γ f 1 V = 1 r min.. γ fi. α f γ f + α f P i r i r max. γ, fi γ f A α α f
A V, O munkadarab, O munkadarab derékszögű háromszögből: E 1 = rmin cosγ f (5.2) 2) A P i pont átszámítása a homloksíkba: F i = E i E 1 (5.3) ahol: E i = r i cosγ γ = arcsin fi sinγi = fi H r i p H r i fi p (5.4) (5.5) (5.6)
3) A P i profil átszámítása a szerszám N-N síkban: i i ( α γ ) G = F cos + f f (derékszögű háromszögből) (5.7) A szerszám homlokszögének ilyen elhelyezésekor (γ f > 0) a munkadarab kúpos és görbe vonalú szakaszán profilhiba keletkezik. Ilyenkor 1-2 közötti kúp helyett (5.12. ábra) nyeregfelületet kapunk eredményül. Elkerülhető a hiba: A szerszámél 1-2 között ne egyenes, hanem nyeregfelület legyen. Ehhez több pontot kell kiszámolnunk.
Körkések tervezése A tervezés folyamata: a) a szerszám külméretének meghatározása, b) profil számítása, szerkesztése, c) idomszer és ellenidomszer rajz készítése, d) szerszám műhelyrajz készítése. a) A körkés külméretének megállapítására kiindulópontot ad a munkadarab maximális profilmélysége és a szerszámfelfogási mód. - felfogási módok: homlokfogazású körkés, rögzítő furatos körkés, automata körkés. - méretválasztás (felfogásra) [75] irodalomban található.
b) A késprofil szerkesztése: g max. K 2 A R min. G max. Hp. O mdb. V 1 2 3 γ f R max. O K hn D max. D min. E 1 F 2 E2 F 3 r 3, r 2 4, r 3 1, 2, 1 l2,, 4,, 3,, A 2,, 1 l 3 l 2 5.16. ábra Körkés profil szerkesztése
Általában gyorsacél vagy szerszámacél az anyaguk (ritkán keményfém). A tervezési lépések megegyeznek a hasábos kések tervezési lépéseivel. Szerszám adatok: D max, α fv, γ fv alapján már meg lehet szerkeszteni a szerszámot (ennek menete azonos a hasábkésnél bemutatottal).
Körkés maximális átmérőjének behatárolása a megengedett hátszög változás alapján Ismertek a profil geometriai adatai: α fv, γ fv, αf E 3;4 Os Hp O mdb., Omdb. E 1 v. 1 F max. R max. α f α fv + α f hn r min. α fv r max. 3;4. α fv+ γ f3 α f γ fv 5.17. ábra Körkésprofil szerkesztése
Az R max -ot O s, P 3,4, V ált -re felírható szinusz tételből kapjuk R F max max [ ] o sin 180 ( α + α + γ ) fv f fv = ; (5.8) sin α f R max = F max sin ( α + α + γ ) fv sin α f f fv (5.9) F max = O' mdb 14243 E ( P ) 3,4 O' mdb V 142 43 3,4 E 1 ; (5.10)
E E H 3,4 1 p = = = r min r r max min cosγ cosγ sinγ fv fv f3,4 = r max sinγ f3,4 F max = r max cosγ f3,4 r min cosγ fv A számítás alapján kapott R max -ot egész számra kell kerekíteni (pl. R max = 43,24 R max,k = 43) (D max 120 mm) R max ismeretében az emelési magasság (h n ): h n = R max,k sinα fv ; (mm-re célszerű kerekíteni) A kerekítés után α fv, α f visszaszámítandó!
A késprofil számítása 1. Munkadarab profilpont (r i, l i ) meghatározása tengelysíkban. 2. A profilpont átszámítása szerszám homloksíkba. 3. A profilpont átszámítása A-A tengelymetszeti síkba. 1. A munkadarab P i tengelysíkbeli profilpont paramétereinek (li, ri) meghatározása. 2. A profilpont átszámítása a szerszám homloksíkba. F i = E i E 1
Fi Fmax. Os H v 1 - α fv R max. R i R α min. fi hn O. P i. γ fi γ fv ε 3;4 H N α fv E 1 E i E max. α fv+ α fi K1 K i Gi Gmax. Kmin. 5.18. ábra Profilpont számítása a homloksíkban
H p = r min sinγ fv E 1 i = sinγ E = fi r r min = i cosγ H r i p cosγ arc sin fi fv F i = H r i E p i = γ E 1 fi (5.11) 3. A P i profilpont átszámítása A-A síkba G i = R max - R i (5.12) ahol: i 2 i 2 max i max ( α γ ) R = ( F + R 2F R cos + fv fv (5.13)
R max F i = sin(α fv + γ fv sin α + fi α fi ) Rmax. (5.14) Az 5.18. ábrán látható szaggatott vonalak szerinti számítások: K min = K 1 - F max (5.15) K 1 = R max cos (γ fv + α fv ) H N = R max sin (γ fv + α fv ) tgε R G 3,4 min max = = H N sinε = R H K N min max 3,4 R min (5.16) (5.17) (5.18)
K G i i = = K R 1 max F i R i tgε i = H K N i R i = H N sinε i (5.19) Sablon készítése: szerszámkészítéshez van szükség a sablonra, hátfelületre merőleges síkban lévő profilt készítik el egy lemez sablonra (G i, l i koordinátarendszer).
γ α 5.19. ábra Példa radiális hasábos kés felfogására
5.3. Lefejtő esztergálás Széles, bonyolult meridián metszetű forgásfelületek előállításához az alakos késsel történő beszúrás a nagy forgácsoló erők miatt már nem alkalmazható. Nagysorozatú és tömeggyártásban ezért a lefejtő esztergálás az előnyös megoldás. A munkadarab profilja szerint kialakított lefejtő szerszám a szerszámgépen összetett mozgást végez: forgáspontja (O s ) a munkadarab tengelyével párhuzamosan v t sebességű haladó mozgást végez, miközben a forgáspont körül n s fordulatszámmal forog. A két mozgás eredményeképpen a szerszám centroisával legördül a munkadarab gördülő egyenesén vagy centroisán.
Minden egyes pillanatban a munkadarab kialakítandó felülete és a szerszámél között kisebb mértékű az érintkezés, mint radiális előtolású alakos kés esetén, és így az ébredő erők (Fc, F p, F f ) alacsony értékűek lesznek.
n E C B A A s ; E s D gördülõ egyenes mdb. centrois v t B s n s Os D s 5.20. ábra Lefejtő esztergálás C s gördülõkör szerszámcentrois
A lefejtő esztergálás hátránya, hogy a szerszám viszonylag bonyolult és drága, de egyetemes gépen sem lehet a feladatot a gép átalakítása nélkül megoldani. Ezért az eljárás csak nagy darabszám esetén gazdaságos. 5.4. Másoló esztergálás Másoló esztergálás során a szükséges munkadarabkontúrt úgy állítjuk elő, hogy a megmunkáló szerszámot egy másoló idom mentén vezetjük végig. Ezt az eljárást a sorozat- és a tömeggyártásban alkalmazzák, és kialakulásának időpontját figyelembe véve hagyományos kontúresztergálásnak nevezik.
v f másolószán η ϕ esztergakés gépszán axiális gépi előtolás fa fe ϕ η f k eredő előtolás f sinη e=fa sin( η+ ϕ) másoló idom f a ϕ κk κ b a f e h h=fe sin κ k b= a sin κk f e h κ k. 5.21. ábra Másoló esztergálás d 2 d 1 η l l Miskolci Egyetem, l Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés c l d -d = 2 1 2tg η
5.5. Nyomatékátvivő felületrendszerek megmunkálása 5.5.1. Ék-, és reteszkötés elemeinek megmunkálása Az ék- és reteszkötés felületrendszerei külső- és belső hengeres felületek, valamint ezeken középsíkjukhoz szimmetrikusan alkotóirányba kimunkált síkfelületek, hornyok. A KHF-hez kapcsolódó ék- és reteszhornyok megmunkálása változó keresztmetszetű forgács szakaszos leválasztásával: ujjmaró, hosszlyukmaró, tárcsamaró, illetve íves reteszhorony-maró segítségével végezhető (5.22. ábra).
A belső hengeres felületekhez kapcsolódó ék- és reteszhorony megmunkálása állandó keresztmetszetű forgács szakaszos leválasztásával történik, vésés vagy üregelés alkalmazásával.
5.22. ábra Ék- és reteszhorony megmunkálása a.) ujjmaróval, b.) hosszlyukmaróval, c.) keresztfogazású tárcsamaróval v. martfogú a reteszhorony maróval, d.) ívesreteszhorony maróval
5.5.2. Bordás kötések felületeinek megmunkálása Létrehozásához bordástengely és bordásfuratú alkatrész szükséges. Mindkét elem bordázott részét a z D külső átmérő, b a bordabordaszám és három méret jellemzi (5.23. ábra): d belső átmérő,, illetve a bordásfurat hornyainak névleges szélessége.
5.23. ábra A bordástengely és a bordásfurat jellemző méretei
A bordás kötések helyzetpontosságát és minőségét meghatározza: a központosított átmérők egytengelyűsége és méretpontossága, a bordák (hornyok) szélességének méretei, osztáspontossága és oldallapjának párhuzamossága a tengely középvonalához, a felületek simasága és keménysége, az illesztések pontossága. A központosított felületek szűk tűréssel illeszkednek és ezek biztosítják az elempár egytengelyűségét. A másik két méret lazább tűrésű.
A központosított felület szerint a bordáskötés lehet (5.24. ábra): belső vezetésű (általában), külső vezetésű, bordavezetésű (ritkán). Ajánlatos a bordáskötést belső vezetéssel készíteni, mert az egyszerűbben gyártható (5.3. táblázat).
b D d a) b) c) 5.24. ábra Bordáskötés vezetése a) belső átmérőn; b) külső átmérőn; c) borda mentén
Bordáskötés vezetéseinek összehasonlítása BELSŐ ÁTMÉRŐN KÜLSŐ ÁTMÉRŐN 5.3. táblázat BORDA MENTÉN Előnye: Előnye: Előnye: az agy furat megmunkálása egyszerű, egytengelyűség biztosítható köszörüléssel, tengely és agy edzhető, kevésbé munkaigényes, könnyen köszörülhető a tengely, pontos vezetés, Hátránya: Hátránya: Hátránya: az agy furatkialakítása munkaigényes, a tengely belső átmérő kialakítása munkaigényes, az agy nem edzhető, hőkezelés után kétoldali üregelés szükséges, Munkaigényes köszörülő megmunkálás,
A bordástengely szelvényét határozott élű szerszám alkalmazásakor általában változó keresztmetszetű forgács szakaszos leválasztását alkalmazva: tárcsamarással, alakmarással, lefejtőmarással munkáljuk meg (5.25. ábra). A központosító felületek befejező megmunkálása a köszörülés.
5.25.a. ábra a) Bordástengely alakos szelvényének megmunkálása tárcsamarással egyedi gyártás (két lépésben)
5.25.b.,c. ábra Bordástengely szelvényének megmunkálása b) Alakos maróval; c) Lefejtőmaróval
A bordásfuratú alkatrész szelvényét állandó keresztmetszetű forgács szakaszos leválasztását alkalmazva; véséssel vagy üregeléssel állítjuk elő. A bordástengely központosító felületeinek befejező megmunkálása köszörülés vagy üregelés. Újabb kutatások szerint bordás agyak, fogazatok üregelésére (befejező simító művelet) előszeretettel alkalmazzák a gyémánt bevonatos üregelő tüskéket. A kis falvastagság és alacsony hőmérséklet következtében az egyébként fellépő diffúzió nem jelentkezik és a termelékenysége, pontossága mint legkeményebb szerszám miatt igen nagy.
5.26. ábra Bordástengely köszörülése tárcsa alakú koronggal
A köszörűkorong: Keménysége: L,M,N vagy O, Szemcsenagysága: 40-60, z ráhagyás :0,40,5 mm, Az ékek kötésének illesztéseihez az MSZ a különböző méretekre IT9-IT11 minőségű tűréseket ír elő, a furat és a csap központosító illesztése szokásos értéke IT8/IT7 vagy IT7/IT6 (5.27. ábra).
H11 P9 J9 P9 D10 b h9 b h9 b h9 b h9 b h9 H11 P9 P9 N9 H8 a.) b.) c.) d.) e.) H11 h11 h11 H12 h11 h12 D+t 1 D-t 1 D+t 1 D-t 1 h h f.) g.) 5.27. ábra Kötések illeszkedése a) ékek kötése; b) szoros reteszelés; c), d) laza reteszelés; e) siklóretesz; f) ékek kötése; g) reteszkötés
Az ékkel szerelt kötéseknél a kapcsolódó alkatrészek egymáshoz viszonyított helyzetének pontosságát a szabványos illesztések megvalósítása esetén az ék 1%-os lejtése határozza meg, amely a tengelyre szerelt alkatrészek homlokfelületének merőlegességét befolyásolja. A csap és a rászerelt gépalkatrész szöghelyzetét az elkészített hornyok, illetve az ék méret- és alakhibái szabják meg. Az ékkötéseknél a szögelfordulási lehetőséget az illeszkedés maximális játéka határolja be. A gyakorlatilag kialakuló relatív szögelfordulások értékei mind a laza-, illetve sikló reteszkötéseknél, mind pedig a bordás tengelykötéseknél tág határok között változnak.
A maximális értékek az illeszkedő alkatrészek méreteitől és tűréseitől függően, néhány szögperc és néhány fok között ingadoznak. A geometriai jellegzetesség mellett röviden említést kell tenni a gyártmány tartósságára gyakorolt hatásukról. A simatengely és a feszültségtényezővel gyengített tengely kifáradási határának viszonya- a gátlástényező ()- a fárasztó igénybevétel módjától, a tengely anyagától és méretétől, az agy illesztési módjától (laza vagy szilárd), a horonyfenék lekerekítési sugarától stb., függően tág határok között változik: reteszhorony esetében β k = 1.3 2.5; bordázat esetében β k = 1.6 4.
Fentiekből következik, hogy a leggyakrabban alkalmazott nyomatékátvitelre szolgáló felületrendszerek előállítása költséges, a megmunkálás termelékenysége alacsony, a gyártott termék minősége pedig kívánnivalókat hagy maga után. A közeljövőben ezeket a felületrendszereket helyettesíthetik a termelékenyen és gazdaságosan megmunkálható poligon felületek.
5.5.3. Poligon felületek megmunkálása Krause Co. bécsi cég 1938-ban forgalomba hozta az úgynevezett K profil előállítására szolgáló köszörűgépét. Ezután számos javaslat és szabadalmi bejelentés született olyan szerszámgépek, készülékek, szerszámok alkalmazására, amelyek a hagyományos és elterjedt felületrendszereknél harmonikusabb nyomatékátvivő, poligon profilok megmunkálására alkalmasak.
120 korongközép ellipszis pályán mozgatva 5.28. ábra Poligon profil köszörülése (Fortuna-féle)
Néhányat kiemelünk ezek közül: szerszámmozgatás elvén dolgoznak: Tornomat, Profilátor cégek gépei alárendeltebb minőségi követelményű nyomatékátvivő poligonfelületek megmunkálására alkalmasak.
mdb. áttétel fogaskerék hidraulikus rendszer mester darab a) b) a kulissza és a munkadarab közötti áttétel határozza meg a szögszámot Forgó késfej (a kések száma= =a szögek számával) c) d) 5.29. ábra Poligon felületek megmunkálása a) BÖHRINGféle alakmásolás, b) SZIM-féle, c) WERA-profilátor, d) GELLÉRT-féle bolygó mozgású munkadarab
Eltekintve a különböző gépek és berendezések kinematikai felépítésének és működési elvének elemzésétől, megállapítható, hogy mivel a kifejlesztett berendezések egycélú szerszámgépek, ez ideig még nem idéztek elő sokoldalú minőségi változást a gépgyártástechnológiában. A határozott élű szerszámmal történő poligon megmunkálás termelékeny és gazdaságos megvalósítását teszi lehetővé a Gellért-féle sokszögképzési elv alkalmazása. Ez a munkadarab mozgatási elv az eszterga hagyományos főorsóját olyan főorsó rendszerrel helyettesíti, amelynél a főorsó bolygómozgást végez. A bolygómozgás létrehozásához a főorsó egy állítható excentricitású hüvelyben van csapágyazva. A főhajtómű konstrukciója lehetővé teszi a főorsó és az állítható excentricitású hüvely összehangolt forgatását (5.30. ábra).
1 n 1 n 2 2 e e ω ω 1 2 5.30. ábra A Gellért-féle sokszögképzési elv vázlata: 1. Excenterorsó, 2. Főorsó, n1; n2 bemenő fordulatszámok; e az excentricitást meghatározó sugár
alapexcentricitás e a e a külső excenter belső excenter 0 o e 0 ψ e max 5.31. ábra Orsótengelyek tengelyre merőleges metszetben
Ha az excentricitás értéke nulla (e=0), és/vagy az excenterhüvely nem forog, akkor a gép hagyományos esztergaként működik, és hengeres felületek megmunkálására alkalmas. Az e nagyságából és az n 1 ; n 2 arányától és a forgásirányok viszonyától függően, a munkadarab és a szerszám közötti mozgások eredményeként a munkadarab tengelyre párhuzamos metszete különféle hipociklois, vagy epiciklois görbékkel lesz határolva.
Az a p fogásmélység és az f előtolás értékei hasonló átmérőjű hengeres felületek forgácsolásakor alkalmazott értékűre választhatók, a v c sebességet korlátozza, hogy a poligonképzés során a főorsó rendszer - a hagyományos esztergáláshoz képest - 20 40%-kal kisebb fordulatszámok alkalmazását teszi lehetővé. A méret- és a helyzetpontosság általában IT8-IT9 minőségű, a felület érdessége a hasonló körülmények között forgácsolt hengeres felület érdességével közel azonos értékű.
5.5.3.1. Sokszögprofil kialakítása Gellért-féle soksszögesztergán A főorsó a munkadarab befogó tokmánnyal ω 2 szögsebességgel forog, ugyanakkor a főorsót magában foglaló állítható excentricitású úgynevezett excenterorsó is forog ω 1 szögsebességgel. (e = 0 esetén hagyományos esztergaként működik a gép).
y főorsó excenterorsó szerszám O 2 ω O 1 ω 2 1 x e h 5.32.a. ábra Munkadarabhoz kötött (x, y) koordinátarendszer helyzete a forgácsolás kezdetén h: a keletkező ciklois profil közepes sugara.
y t =. ω 2 τ 2 h.sin t 2 t 1 =ω 1 τ. e y. O 1 O. 2 r(t) t -t 1 2 x B szerszám képződő sokszögprofil e.sin(t -t ) 1 2 h A x e.cos(t -t ) h cos t y 1 2. 2.. t -t 1 2 h t 5.32.b. Miskolci Egyetem, ábra Gyártástudományi Az (x, y) koordinátarendszer Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés helyzete idő eltelte után x
t t 1 2 = ω τ 1 = ω 2 τ (5.20) a) ábra τ= 0 időpillanatban rajzoltuk meg a munkadarabhoz kötött x, y koordináta-rendszerben a szerszám helyzetét. h a keletkező cikloisprofil közepes sugara. b) ábra idő után, az 1 szögsebességgel forgó excenterhüvely elfordul és a 0 1, 0 2 középpontot összekötő egyenest t 1 =ω 2 *τ szöggel forgatja el.
Eközben a munkadarab a hozzákötött x, y koordinátarendszerrel együtt t 2 ω τ = 2 csúcsa az x, y síkon kialakítja az profilgörbe AB szakaszát. szöggel fordul el, s a szerszám r r = r y r ( t) = x i + j A görbe paraméteres egyenletrendszere az 5.32.b. ábra alapján a következő: x y = = e cos h sin t ( t t ) 1 2 2 + e sin h cost ( t t ) 1 2 2
Behelyettesítve a t 1 -re és t 2 -re felírt összefüggéseket a fenti egyenletrendszerbe, kapjuk: x = e cosτ ( ω ω ) 1 2 + h cosτ ω 2 y = h sinτ ω 2 e sinτ ( ω ω ) 1 2 ω1 ω 2 = N, valamint t = ω 2 τ jelzéssel x = e cos ( N 1) + h cost y = h sin t e sin ( N 1) t (5.21)
Ez az egyenletrendszer az N csúcsú hipociklois paraméteres egyenletrendszere (forgásirányuk azonos). Ha a főorsó- és excenterhüvely forgásiránya ellentétes, de szögsebességük aránya egész szám ω ω 1 keletkező profilgörbe epiciklois lesz: 2 = N x = e cos ( N 1) t + h cost (5.22) y = e sin ( N 1) t + h sin t
A ciklois alakú, azonos szögszám ω1 ω 2 = N esetén az excentricitás és a közepes munkadarabsugár hányadosától az e/h viszonytól függ. Természetesen figyelemmel kell lenni a forgácsolástechnikai és gépdinamikai viszonyokra, amely az alkalmazott technológia következménye.
A poligon kötés előnye: Kis mértékű nyomaték esetében is ideális önközpontosító kapcsolatot létesít a tengely és a kapcsolódó alkatrész között (5.33.a.ábra). A DIGÉP-ben konstruktőri munkám során - ahol kábelhúzó gépek tervezésével foglalkoztam - kannába rakó berendezés kábelledobó részéhez terveztem sokszögkötést, mivel az ismételt igénybevétel miatt ékkiverődési probléma lépett fel. [60] A rajzon ábrázolt módszerrel megoldódott a probléma. Esztergált sokszög felület és köszörült hengeres felület párosításával (5.33.b. ábra) ún. vegyes kötés jön létre, amely az ék- és reteszkötésnél jóval egyszerűbben megmunkálható.
A-A A α M cs M cs IT7/IT6 a.) b.) A 5.33. ábra Poligon kötések központosítási lehetőségei a) önközpontosítás csavarnyomaték hatására b) központosítás vegyes kötés alkalmazásával
Az alakos felületek megmunkálása üregelőszerszámokkal a Gépgyártástechnológia I. című könyvben a 302-319. oldalakon lett bemutatva.