CH630275A5

CH630275A5 - Verfahren zur spanenden formung von rotationskoerpern mittels eines rotationsmeissels mit kreisfoermiger schneidkante und einrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens.

Info

Publication number: CH630275A5
Application number: CH392978A
Authority: CH
Inventors: Petr Ivanovich Yascheritsyn; Alexandr Vasilievich Borisenko; Valery Alexeevich Sidorenko; Evgeny Alexandrovi Serebryakov
Original assignee: Fiz Tech I Akad Nauk
Priority date: 1977-04-19
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1982-06-15
Also published as: FR2387721A1; FI781206A7; ES468898A1; FI75290C; FI75290B; NO781358L; US4178818A; ATA269478A; SE7804324L; DE2816010A1; IT7841569A0; CA1112487A; GB1584534A; NO145604C; JPS53148079A; SE432896B; NO145604B; FR2387721B1; AT358359B; SU753540A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur spanenden Formung von Rotationskörpern mittels eines Rotationsmeissels mit kreisförmiger Schneidkante, indem dem Meissel die Vorschubbewegung erteilt wird, während die Drehung des Meisseis durch den Schnittvorgang infolge seiner Zusammenwirkung mit dem umlaufenden Werkstück herbeigeführt wird, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Am zweckmässigsten kann die Erfindung bei der Formung von Werkstücken mit unterbrochenen Oberflächen angewendet werden.

Ein Verfahren der genannten Art ist beispielsweise beschrieben im Buch von E.G. Konovalov, V.A. Sidorenko und A. V. Sous «Progressivnye skhemy rotatsionnogo reza-niya metallov» (Fortschrittliche Verfahren des Rotationsschneidens von Metallen) Verlag «Nauka i Tekhnika», Minsk, 1972, S. 23 bis 34. Bei diesem Verfahren wird dem Meissel eine Vorschubbewegung erteilt, und die Drehung des Meisseis ergibt sich aus der Zusammenwirkung des Meisseis mit dem umlaufenden Werkstück.

Bekannt ist auch ein Rotationsmeissel, dessen Arbeitsteil als Rotationskörper mit Kreisschneidkante ausgebildet und auf einer Achse befestigt ist, in der eine durchgehende Mittenbohrung ausgeführt ist, die zur Zuführung eines Kühlmittelstrahls bestimmt ist (siehe den Urheberschein der UdSSR Nr. 540 331). Der Wirkungsgrad des erwähnten Verfahrens ist in beträchtlichem Masse von der Stabilität der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis beim Zerspanen abhängig, die sich automatisch infolge der Zusammenwirkung der Arbeitsflächen des Meisseis mit dem zu bearbeitenden Material einstellt und einem Geschwindigkeitsminimum der relativen Bewegung in den Kontaktzonen von Meissel und Werkstück entspricht. Zur stabilen Drehung des Meisseis beim Schneiden ist erforderlich, dass die Zeit des fortwährenden Kontaktes des Meisseis mit dem Werkstück zur Beschleunigung desselben ausreichend ist. Bei der Bearbeitung von unterbrochenen Oberflächen wird die Stabilität des Drehvorgangs des Meisseis gestört: in den Zwischenräumen zwischen den Abschnitten der bearbeiteten Oberfläche hört die Drehung des

Meisseis auf, und in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Material tritt jedesmal der stillstehende Meissel. Da aber die Geschwindigkeiten der Metallabnahme beim Rotationsschneiden ums 2-5fache die Geschwindigkeiten übersteigen, die beim üblichen Zerspanvorgang zulässig sind, so erfährt der nichtrotierende Meissel im Augenblick des Eindringens in das zu bearbeitende Material die Einwirkung eines dynamischen und eines Wärmestosses. Infolgedessen bröckelt die Schneidkante vorzeitig aus, es geht ein intensiver Verschleiss vor sich. Ähnliche Erscheinung tritt auch bei der Bearbeitung von durchgehenden Oberflächen im Augenblick des anfanglichen Kontaktes des stillstehenden Meisseis mit dem zu bearbeitenden Material ein.

Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, die für das Rotationsschneiden charakteristisch sind, erreicht die Winkelgeschwindigkeit des Meisseis bei dessen Durchgang durch die unterbrochene zu bearbeitende Oberfläche optimale Werte nicht, und die vom Meissel, der in der Beschleunigung begriffen ist, bearbeiteten Oberflächenabschnitte sind nach ihren Qualitäts- und Präzisionswerten um vieles schlechter als die Oberflächenabschnitte, die vom Meissel bearbeitet worden sind, der eine stabile Winkelgeschwindigkeit besitzt.

Dies erklärt sich dadurch, dass die Winkelgeschwindigkeit praktisch alle Schnittbesonderheiten, so kinematische, Kraft-, Temperatur- und Deformationscharakteristiken, be-einflusst, was unvermeidlich zur Entstehung der «Fleckigkeit» auf der bearbeiteten Oberfläche und zur Ungleichartig-keit solcher Charakteristiken wie Rauhtiefe, Verfestigungsgrad und -tiefe, Höhe von bleibenden Spannungen usw. führt. Beispielsweise wird bei der Bearbeitung von Läufern von Turbinen oder elektrischen Maschinen, die mit Nuten in ihrer Oberfläche zur Aufnahme von Stäben ausgeführt sind, wobei diese Nuten 20-50% der Oberfläche des Erzeugnisses einnehmen und ihre Zahl mehrere Dutzende ausmacht, mittels eines Rotationsmeissels, der sich nur dank seiner Zusammenwirkung mit dem Werkstück dreht, der Meissel beim Passieren einer Nut in bedeutendem Mass angebremst oder aber seine Drehung gestoppt. Dadurch wird die Oberflächengüte an der Kontaktstelle des Meisseis mit dem Werkstück, nachdem der Meissel die Nut passiert hat, stark verringert. Es treten nämlich Abweichungen von der geometrischen Form des Werkstücks, Absplitterungen am Werkstück und Meissel auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur spanenden Formung von Rotationskörpern mittels eines Rotationsmeissels sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die, dank der Ausnutzung der während des Zerspanvorgangs stattfindenden Meissel-drehung, welche als Folge der Zusammenwirkung zwischen Meissel und dem Werkstück, gestatten eine ungefähr gleiche Winkelgeschwindigkeit des Meisseis bei der Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Werkstück zu erzielen.

Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definiert ist. Erfindungsgemäss ist die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 so ausgeführt, wie dies im Anspruch 2 definiert ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur spanenden Formung von Rotationskörpern und die erfindungsgemässe Einrichtung zur Ausführung desselben gestatten, eine ungefähr gleiche Winkelgeschwindigkeit des Meisseis bei der Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Werkstücks zu erzielen, was eine Verminderung der Stosskraft beim Eintritt des Meisseis in das Material sowie gleichartige Qualitätsund Genauigkeitswerte der bearbeiteten Oberflächen wie Rauhtiefe, Verfestigungsgrad und -tiefe, Höhe von bleibenden Spannungen usw. gewährleistet.

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Somit gewährleisten das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässe Einrichtung durch Sicherstellung stabiler Drehung des Meisseis beim Schnittvorgang eine Erhöhung der Standzeit des Werkzeugs, der Schnittleistung desselben und der Güte der bearbeiteten Oberfläche.

Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnung erläutert, in der die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur spanenden Formung von Rotationskörpern im Längsschnitt dargestellt ist.

Das Verfahren zur spanenden Formung von Rotationskörpern mittels eines Rotationsmeissels wird wie folgt durchgeführt. Dem Werkstück wird Drehbewegung erteilt, während dem Meissel geradlinige Vorschubbewegung mitgeteilt wird. Vor dem In-Kontakt-Bringen des Meisseis mit dem umlaufenden Werkstück wird ihm erzwungene Drehung mit einer Winkelgeschwindigkeit erteilt, die der Richtung nach mit der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis während des Schnittvorgangs zusammenfallt und grössenmässig nicht mehr als um 20% von der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis bei dessen Kontakt mit dem Werkstück verschieden ist. Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit durchgehender Oberfläche verringert dies die Stossbelastung im Anfangsaugenblick des Kontaktes von Meissel und Werkstück. Sodann dreht sich der Meissel infolge der Zusammenwirkung mit dem Werkstück.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mit unterbrochener Oberfläche wird das Schneidelement mit dem umlaufenden Werkstück in Kontakt gebracht und geradlinige Vorschubbewegung ausgeführt. Beim Zerspanen des Materials dreht sich der Meissel infolge der Zusammenwirkung mit dem Werkstück. Tritt die Schneidkante ausser Kontakt mit dem umlaufenden Werkstück, wird beim Passieren der Nut an der Werkstückoberfläche dem Meissel erzwungene Drehung mit der erwähnten Richtung und Winkelgeschwindigkeit erteilt. Sodann kommt der Meissel erneut mit dem Werkstück in Kontakt, durch Zusammenwirkung mit welchem er seine Drehbewegung erhält. Auf diese Weise werden Stossbelastungen beim Kontakt des Meisseis mit dem Werkstück nach Passieren jeder nächstfolgenden Nut verringert. Dadurch lässt sich die Erfindung in besonders zweckmässiger Weise bei der Bearbeitung von Werkstücken mit unterbrochenen Oberflächen verwenden, wo Nuten längs oder senkrecht zur Achse des Werkstücks liegen, beispielsweise bei der Bearbeitung von Läufern von Turbinen oder elektrischen Maschinen. Im Augenblick, da der Meissel die jeweilige Nut passiert, wird dem Meissel erzwungene Drehung mit der erwähnten Winkelgeschwindigkeit erteilt, und im Augenblick des Eindringens in das Werkstückmaterial besitzt der Meissel eine Drehgeschwindigkeit, die der Winkelgeschwindigkeit nahe kommt, welche dank der Zusammenwirkung mit dem Werkstück entsteht, wodurch die Stossbelastung des Meisseis herabgemindert wird, Absplitterungen und Ausbröckelungen an Meissel und Werkstück vermieden werden, die Oberflächengüte des Werkstücks verbessert wird, Abweichungen von der geometrischen Form des Werkstücks verringert werden.

Die erzwungene Drehung kann dem Meissel während des

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Passierens der Nuten durch vor der Bearbeitung erfolgende Erhöhung des Trägheitsmomentes der Meisselachse erteilt werden, die im Meisselgehäuse gelagert ist, und zwar durch ihre Verbindung mit einer zusätzlichen Masse, die kurzzeitig mit einem Drehantrieb, beispielsweise mit einem Elektromotor, verbunden wird. Mit Hilfe desselben wird der Meisselachse eine Drehung mit einer Winkelgeschwindigkeit erteilt, die ihrer Richtung nach mit der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis zusammenfallt und ihr beim Kontakt des Meisseis mit dem Werkstück ungefähr gleich ist, wobei diese letztere im voraus bestimmt wird. Danach erfolgt spangebende Bearbeitung des Werkstücks, wenn beim Passieren einer Nut aufgrund eventueller Abnahme der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis ihre Höhe um mehr als 20% abfällt, muss die Masse vergrössert oder eine höhere Winkelgeschwindigkeit der vorläufigen Beschleunigung der Achse eingestellt werden (diese Geschwindigkeit wird experimentell für konkrete Schnittbedingungen bestimmt).

Das erwähnte Verfahren kann mit Hilfe eines Rotationsmeissels ausgeführt werden, der einen Arbeitsteil 1 in Gestalt eines Rotationskörpers mit Kreisschneidkante 2 besitzt. Der Arbeitsteil 1 ist auf einer Achse 3 befestigt, die mit Hilfe von Lagern 4 in einem Gehäuse 5 angeordnet ist. In der Achse 3 ist eine durchgehende Mittenbohrung 6 ausgeführt, die zur Zuführung eines Kühlmittelstrahls durch dieselbe bestimmt ist. In der Bohrung 6 ist eine Druckluftschraubenkleintur-bine 7 angeordnet, die von einer Plattenspirale gebildet ist, die mindestens eine volle Spiralwindung besitzt. Die Steigung der Spirale wird durch Andrücken eines Rohres 8 durch eine Schraube 9 eingestellt, was die Erreichung der erforderlichen Winkelgeschwindigkeit des Meisseis gewährleistet, die nicht mehr als um 20% von der Winkelgeschwindigkeit verschieden ist, die dem Meissel durch dessen Zusammenwirkung mit dem Werkstück erteilt wird.

Der gemäss der Erfindung ausgeführte Meissel arbeitet folgenderweise. Vor dem In-Kontakt-Bringen des Meisseis mit dem umlaufenden Werkstück wird der durchgehenden Mittenbohrung 5 das Kühlmittel zugeführt. Der Kühlmittelstrahl versetzt, indem er die Kleinturbine 7 passiert, die Achse 3 mit dem Arbeitsteil 1 in Drehung. Danach wird dem Meissel Vorschubbewegung mitgeteilt. Im Augenblick des Eindringens ins Werkstück tritt der sich drehende Meissel mit dem Werkstück in Kontakt. Während des Zerspanvorgangs ist das infolge der Schnittkraft entstehende Drehmoment beträchtlich grösser als das Drehmoment, das durch den Kühlmittelstrahl erzeugt wird, weshalb der Arbeitsteil seine Drehbewegung durch Zusammenwirkung mit dem Werkstück erhält. Beim Passieren der jeweiligen Nut an der zu bearbeitenden Oberfläche erfolgt die Drehung des Meisseis von der Kleinturbine 7 mit einer Winkelgeschwindigkeit, die durch Regelung der Spiralensteigung eingestellt wird und der Winkelgeschwindigkeit des Meisseis bei der Zusammenwirkung mit dem Werkstück nahekommt. Deswegen tritt der Meissel bei seinem Eindringen in das Material nach Passieren einer jeweiligen Nut mit dem Werkstück mit einer Winkelgeschwindigkeit in Kontakt, die seiner Winkelgeschwindigkeit während des Kontaktes des Meisseis mit dem Werkstück nahe ist.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur spanenden Formung von Rotationskörpern mittels eines Rotationsmeissels mit kreisförmiger Schneidkante, in welchem dem Meissel die Vorschubbewegung erteilt wird, während die Drehung des Meisseis durch den Schnittvorgang infolge seiner Zusammenwirkung mit dem umlaufenden Werkstück herbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Meissel, bevor er mit der zu bearbeitenden Oberfläche in Berührung gebracht wird, eine Winkelgeschwindigkeit erteilt wird, deren Richtung mit der Drehrichtung des Meisseis während des Schnittvorgangs zusammenfallt, deren Grösse sich jedoch nicht um mehr als 20% von der Winkelgeschwindigkeit unterscheidet, die der Meissel beim Schnittvorgang aufweist.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Arbeitsteil (1), der als ein Rotationskörper mit kreisförmiger Schneidkante (2) ausgeführt ist und der auf einer Achse (3) befestigt ist, in der eine durchgehende Mittenbohrung (6) ausgeführt ist, die zur Zuführung eines Kühlmittelstrahls bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet,

dass in der Bohrung (6) der Achse (3) eine durch Druckluft antreibbare Schraubenturbine (7) angeordnet ist.