PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 01/11. RAFAŁ TALAR, Kościan, PL WUP 12/13

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. B23F 9/08 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób obróbki obwiedniowej walcowych kół zębatych (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 01/11 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/13 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL (72) Twórca(y) wynalazku: RAFAŁ TALAR, Kościan, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Barbara Urbańska-Łuczak

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki obwiedniowej walcowych kół zębatych zdefiniowanym ostrzem walcowych kół zębatych na frezarkach sterowanych numerycznie i centrach obróbkowych, mający główne zastosowanie w procesach obwiedniowej obróbki wykończeniowej. Znane są sposoby obróbki obwiedniowej zdefiniowanym ostrzem przeznaczone do obróbki wykończeniowej walcowych kół zębatych, które przeprowadza się na specjalnych obrabiarkach oraz specjalnymi narzędziami, odpowiednio do sposobu obróbki. Do sposobów tych zalicza się struganie obwiedniowe, przeciąganie obwiedniowe, frezowanie obwiedniowe, wiórkowanie. Obróbka wykończeniowa znanymi sposobami przebiega z wykorzystaniem narzędzi, których kształt geometryczny jest ściśle powiązany z parametrami geometrycznymi, zarysu odniesienia i obrabianych kół zębatych oraz kinematyką procesu obróbkowego. Podczas obróbki znanymi metodami wykorzystuje się zasady współpracy kół zębatych i zębatek (struganie obwiedniowe, wiórkowanie, przeciąganie obwiedniowe), koła zębatego ze ślimakiem (frezowanie obwiedniowe) oraz koła zębatego i zębatki. Znane są także sposoby obróbki kształtowej zdefiniowanym ostrzem, gdzie kształt geometryczny ściśle odpowiada zarysowi wrębu obrabianego koła zębatego. Opis znanych metod obróbki zdefiniowanym ostrzem podają między innymi: Andrzej Wąsiewski, Zbigniew Jaśkiewicz: Przekładnie walcowe, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności Warszawa 1995, ISBN: X; Paderewski Karol: Obrabiarki do uzębień kół walcowych, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, ISBN ; Kazimierz Ochęduszko: Koła zębate, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2007, ISBN: Obróbkę wykończeniową kół walcowych niezahartowanych można przeprowadzić na uniwersalnych frezarkach sterowanych numerycznie i centrach obróbkowych: - za pomocą frezu ślimakowego, - standardowymi frezami palcowymi tylko w przypadku dysponowania specjalistycznym oprogramowaniem. Celem wynalazku jest umożliwienie obróbki wykończeniowej walcowych kół zębatych w tym o zahartowanych powierzchniach zębów na uniwersalnych frezarkach sterowanych numerycznie i centrach obróbkowych. Istotą wynalazku jest sposób obróbki obwiedniowej walcowych kół zębatych zdefiniowanym ostrzem walcowych kół zębatych na frezarkach sterowanych numerycznie i centrach obróbkowych, który polega na tym, że wprowadza się dane geometrii wrębu koła zębatego: moduł normalny, liczbę zębów, korekcję uzębienia, parametry zarysu odniesienia, definicje krzywej przejściowej, parametry modyfikacji zarysu i geometrii narzędzia: średnicę, długość, promień naroża, kąt naroża oraz definicję układu współrzędnych: położenie punktu zaczepienia układu współrzędnych, kierunki i zwroty osi X, Y, Z względem punktu zerowego maszynowego, oraz parametry obróbki: prędkość obrotowa narzędzia, posuw, liczbę obwiedni przypadających na jeden wrąb, dokonuje się obliczeń, które prowadzą do wygenerowania ciągu instrukcji sterujących pracą obrabiarki. Następnie przygotowuje się do obróbki polegającej na ustawieniu uchwytu przedmiotowego na stole obrotowym obrabiarki tak, by oś obrabianego w nim koła zębatego pokrywała się z osią obrotu stołu obrotowego i jednocześnie przechodziła przez początek układu współrzędnych X, Y, Z. W uchwycie przedmiotowym ustala się i mocuje obrabiane koło zębate w określonej pozycji względem układu współrzędnych X, Y, Z zgodnie z wprowadzonymi danymi, dalej uruchamia się wykonanie ciągu instrukcji gdzie narzędzie, wykonujące jednocześnie główny ruch obrotowy N wokół własnej osi, przemieszcza się do ustalonej względem obrabianego koła zębatego pozycji, przy czym przed wykonaniem przejścia narzędzie i obrabiane koło zębate przemieszcza się do pozycji sprzężonej w wybranym punkcie styczności leżącym na zarysie wrębu lewej strony zarysu z powierzchnią utworzoną przez obracające się krawędzie skrawające narzędzia. Następnie narzędzie przemieszcza się z posuwem roboczym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny utworzonej przez osie X i Y z zachowaniem styczności w wybranym punkcie zarysu wrębu, a po wykonaniu przejścia narzędzie wycofuje się do pozycji bezkolizyjnej z obrabianym kołem zębatym i uchwytem przedmiotowym. Dalej wykonuje się czynności do momentu obrobienia wszystkich wrębów koła zębatego z ich lewej strony, a następnie dokonuje się obróbki prawych stron zarysów wrębów poprzez przemieszczenie bezkolizyjne narzędzia na przeciwległą stronę obrabianego koła zębatego po przejściu narzędzia przez płaszczyznę przechodzącą przez punkt, utworzoną przez osie X i Z ze strony lewej na stronę prawą. Proces obróbki prawych stron zarysów wrębów dokonuje się zgodnie z określonymi czynnościami, przy czym wykonywanie przejść prawej strony wrębów są w sprzężeniu

3 PL B1 3 z narzędziem w kolejnych punktach styczności. Po wykonaniu wszystkich przejść dla stron lewych i prawych wrębów narzędzie wycofuje się do pozycji bezpiecznej. Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku następujące efekty techniczno - użytkowe: - możliwość obróbki wykończeniowej kół zębatych walcowych uniwersalnym narzędziem, którego geometria nie jest zależna od zarysu odniesienia obrabianego koła zębatego, - rozszerzenie możliwości technologicznych obrabiarek sterowanych numerycznie o funkcję obróbki kół zębatych walcowych, - możliwość obróbki wykończeniowej kół zębatych o zębach w stanie zarówno ulepszonym cieplnie jak i zahartowanym, - uniwersalność; wygenerowany ciąg instrukcji zgodnych z może być wykorzystany na obrabiarkach niezależnie od typu układu sterowania, - możliwość obróbki kół zębatych o dowolnej szerokości, - możliwość łatwej kontroli liczby odcinków składających się na obwiednie zarysu boku zęba a tym samym dokładności zarysu zęba, - możliwość obróbki zębów z modyfikacją zarysu bez zmiany kształtu narzędzia, - możliwość obróbki dna wrębu, - skrócenie czasu przygotowania produkcji, dzięki wyeliminowaniu konieczności zamawiania narzędzi specjalnych, w przypadku kół zębatych o nieznormalizowanym zarysie odniesienia, - obniżenie kosztów zakupu i magazynowania narzędzi specjalistycznych oraz eliminacja kosztów zakupu obrabiarek specjalistycznych, - łatwość wykonania narzędzia przeznaczonego do obróbki wg zgłaszanego sposobu, - uproszczenie procedury obróbki kół zębatych na frezarkach sterowanych numerycznie, możliwość obróbki wycinka wieńca koła zębatego, - możliwość obróbki zębów niesymetrycznych. Wynalazek w przykładowym wykonaniu został uwidoczniony na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia schemat blokowy obróbki, a fig. 2, fig. 3 i fig. 4 - widoki wzajemnego położenia narzędzia i koła zębatego podczas przebiegu procesu obróbki. W bloku pierwszej fazie obróbki wprowadza się dane I dotyczące: geometrii wrębu koła zębatego (głównie: moduł normalny, liczba zębów, korekcja uzębienia, parametry zarysu odniesienia, definicja krzywej przejściowej, parametry modyfikacji zarysu), geometrii narzędzia (głównie: średnica, długość, promień naroża, kąt naroża), definicji układu współrzędnych (głównie: położenie punktu zaczepienia układu współrzędnych 23, kierunki i zwroty osi X, Y, Z względem punktu zerowego maszynowego), parametrów obróbki (głównie: prędkość obrotowa narzędzia, posuw minutowy, liczba obwiedni przypadających na jeden wrąb). Na podstawie wprowadzonych danych 1 wykonuje się obliczenia, które prowadzą do wygenerowania ciągu instrukcji 2 sterujących pracą obrabiarki. Przygotowanie do obróbki 3 polega na ustawieniu uchwytu przedmiotowego 17 na stole obrotowym obrabiarki nieuwidocznionym na rysunkach tak by oś obrabianego w nim koła zębatego 16 pokrywała się z osią obrotu stołu obrotowego i jednocześnie przechodziła przez początek układu współrzędnych X, Y, Z 23. W uchwycie przedmiotowym 17 ustala się i mocuje obrabiane koło zębate 16 w jednoznacznie określonej pozycji względem zdefiniowanego w bloku pierwszym układu współrzędnych X, Y, Z 23. Po przygotowaniu do obróbki 3, uruchamia się wykonanie ciągu instrukcji, gdzie w pierwszej kolejności narzędzie 16 wykonując jednocześnie główny ruch obrotowy N wokół własnej osi, przemieszcza się do ustalonej względem obrabianego koła zębatego 16 pozycji, gwarantującej brak możliwości wystąpienia kolizji. Przed wykonaniem przejścia narzędzie 18 i obrabiane koło zębate 16 są przemieszczane do pozycji sprzężonej 5, która zapewnia ich styczność w wybranym punkcie 22 lewej strony zarysu 19 wrębu 21 z powierzchnią utworzoną przez obracające się krawędzie skrawające 24 narzędzia 18. Punkt 22 leży na zarysie wrębu. Podczas przebiegu procesu koło zębate 16 ma możliwość obrotu wokół osi X w następstwie zamocowania uchwytu przedmiotowego na stole obrotowym. Obrót w osi X za pomocą stołu obrotowego realizuje się praktycznie przez sterowanie osiami C lub A. Następnie narzędzie 18 wykonuje przejście 6 przemieszczając się z posuwem roboczym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny utworzonej przez osie X i Y z zachowaniem styczności w wybranym punkcie 22 zarysu wrębu 21, skrawając fragment naddatku pozostawianego na powierzchniach wrębu 21 koła zębatego 16. Narzędzie może przemieszczać się zarówno w kierunku osi Y jak i osi X dzięki temu istnieje możliwość minimalizacji drogi dobiegu. Powierzchnia obrobiona w jednym przejściu stanowi pojedynczą obwiednię zarysu wrębu. Po wykonaniu przejścia 6 narzędzie 18 wycofuje się do pozycji bezkolizyjnej 7 z obrabianym kołem zębatym 16 i uchwytem przedmiotowym 17. Sekwencję 5, 6, 7, 8,

4 4 PL B1 wykonuje się do momentu obrobienia wszystkich wrębów 21 koła zębatego 16 z ich lewej strony 19. Na każdą stronę zarysów wrębów koła zębatego może przypadać ustalona w dowolnych granicach liczba przejść składających się na jego obwiednię. W celu obrobienia prawych stron 20 zarysów wrębów 21, narzędzie przemieszcza się bezkolizyjnie 10 na przeciwległą stronę obrabianego koła zębatego 16, przenikając przez płaszczyznę przechodzącą przez punkt 23 utworzoną przez osie X i Z ze strony lewej 19 na stronę prawą 20 (fig. 4). Układ współrzędnych na fig. 4 pokrywa się z układem współrzędnych na fig. 2 i fig. 3. Proces obróbki prawych stron 20 zarysów wrębów 21 przebiega zgodnie z sekwencją 9, 10, 11, 12 analogicznie jak obróbka lewych stron 19 zarysów wrębów 21. Podczas wykonywania przejść 11 prawe strony 20 wrębów 21 pozostają w sprzężeniu z narzędziem 18 w kolejnych punktach styczności 22. Po wykonaniu wszystkich przejść 11 dla stron lewych 19 i prawych 20 wrębów 21 narzędzie 18 zostaje wycofane do pozycji bezpiecznej, a obróbka koła zębatego 16 jest zakończona. Zastrzeżenie patentowe Sposób obróbki obwiedniowej walcowych kół zębatych zdefiniowanym ostrzem walcowych kół zębatych na frezarkach sterowanych numerycznie i centrach obróbkowych, znamienny tym, że wprowadza się dane (1) geometrii wrębu koła zębatego: moduł normalny, liczbę zębów, korekcję uzębienia, parametry zarysu odniesienia, definicje krzywej przejściowej, parametry modyfikacji zarysu i geometrii narzędzia: średnicę, długość, promień naroża, kąt naroża oraz definicję układu współrzędnych: położenie punktu zaczepienia układu współrzędnych (23), kierunki i zwroty osi X, Y, Z względem punktu zerowego maszynowego, oraz parametry obróbki: prędkość obrotowa narzędzia, posuw, liczbę obwiedni przypadających na jeden wrąb, dokonuje się obliczeń, które prowadzą do wygenerowania ciągu instrukcji (2) sterujących pracą obrabiarki, a następnie przygotowuje do obróbki (3) polegającej na ustawieniu uchwytu przedmiotowego (17) na stole obrotowym obrabiarki tak, by oś obrabianego w nim koła zębatego (16) pokrywała się z osią obrotu stołu obrotowego i jednocześnie przechodziła przez początek układu współrzędnych X, Y, Z (23), po czym w uchwycie przedmiotowym (17) ustala się i mocuje obrabiane koło zębate (16) w określonej pozycji względem układu współrzędnych X, Y, Z (23) zgodnie z danymi (1), dalej uruchamia się wykonanie ciągu instrukcji gdzie narzędzie (16), wykonujące jednocześnie główny ruch obrotowy (N) wokół własnej osi, przemieszcza się do ustalonej względem obrabianego koła zębatego (16) pozycji, przy czym przed wykonaniem przejścia narzędzie (18) i obrabiane koło zębate (16) przemieszcza się do pozycji sprzężonej (5) w wybranym punkcie (22) styczności leżącym na zarysie wrębu (21) lewej strony zarysu (19) z powierzchnią utworzoną przez obracające się krawędzie skrawające (24) narzędzia (18), a następnie narzędzie (18) przemieszcza się (6) z posuwem roboczym w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny utworzonej przez osie X i Y z zachowaniem styczności w wybranym punkcie (22) zarysu wrębu (21), a po wykonaniu przejścia (6) narzędzie (18) wycofuje się do pozycji bezkolizyjnej (7) z obrabianym kołem zębatym (16) i uchwytem przedmiotowym (17), dalej wykonuje się czynności (5), (6), (7), (8) do momentu obrobienia wszystkich wrębów (21) koła zębatego (16) z ich lewej strony (19), a następnie dokonuje się obróbki prawych stron (20) zarysów wrębów (21) poprzez przemieszczenie bezkolizyjne (10) narzędzia (18) na przeciwległą stronę obrabianego koła zębatego (16) po przejściu narzędzia (18) przez płaszczyznę przechodzącą przez punkt (23), utworzoną przez osie X i Z ze strony lewej (19) na stronę prawą (20), dalej proces obróbki prawych stron (20) zarysów wrębów (21) dokonuje się zgodnie z czynnościami (9), (10), (11), (12), przy czym wykonywanie przejść (11) prawej strony (20) wrębów (21) są w sprzężeniu z narzędziem (18) w kolejnych punktach styczności (22), a po wykonaniu wszystkich przejść (11) dla stron lewych (19) i prawych (20) wrębów (21) narzędzie (18) wycofuje się do pozycji bezpiecznej.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)