ES2202183T3 - Metodo para el rectificado de muñones. - Google Patents
Metodo para el rectificado de muñones.Info
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Abstract
Método de rectificado de un muñon de eje de manivela utilizando una maquina de rectificar que tiene una alimentación de la muela y unos accionamientos del cabezal (42), (24), controlados por ordenador, sirviendo estos últimos para hacer girar el eje de la manivela alrededor de su eje principal y por consiguiente hacer girar el conjunto del pasador, donde el refrigerante se suministra a la muela (34) y al pasador durante el rectificado y donde, en una etapa final de rectificado para llegar al tamaño deseado: (i) la fuerza de corte se mantiene sobre el cabezal portamuelas (38) para ejercer sobre la muela y el pasador una carga moderada constante hasta el final del rectificado, y sin etapa de pasada suave; (ii) la velocidad de rotación del accionamiento del cabezal (24) y por consiguiente del eje de la manivela y del pasador se reduce; y (iii) durante la etapa final de rectificado, se reduce el caudal del refrigerante por debajo del existente en la parte previa del proceso de rectificado; paraevitar que rebote y que puedan aparecer marcas de herramientas por vibración en la superficie del pasador.
Description
Método para el rectificado de muñones.
La presente invención se refiere al rectificado
de muñones, en particular a un proceso mejorado para el rectificado
de acabado de componentes, en particular de muñones de ejes de
manivela de acero, utilizando una maquina de rectificar controlada
por ordenador.
Para el rectificado de acabado, la profundidad de
material que hay que quitar suele ser inferior a 0,5 mm sobre
radio.
Los muñones se rectifican tradicionalmente
utilizando un método de alimentación continua, en el que la muela
de rectificar giratoria se lleva hasta la pieza que se va a
trabajar, haciendo avanzar el cabezal mientras se hace girar la
pieza. La velocidad de avance de la muela suele reducirse al
acercarse la pieza a su tamaño de acabado y, una vez logrado el
tamaño, se realiza una pasada suave utilizando la parada
momentánea de la muela. Esto suele consistir en hacer girar unas
pocas veces la pieza que se va a trabajar mientras permanece el
cabezal (sobre el que esta la muela de rectificar giratoria) fijo
en su posición respecto de la pieza, haciendo que la muela solo
roce el pasador.
Durante el resto del proceso, se hace avanzar y
retroceder el cabezal mediante control informático, con el objeto
de mantener el contacto entre la muela y el muñon mientras este
ultimo se hace girar alrededor del eje de la manivela. El eje de la
manivela es accionado por un accionador de cabeza.
Un ejemplo típico de este proceso, en el que se
tiene que quitar 0,3 mm de profundidad de material sobre el radio,
es el que se muestra a continuación:
Avance rápido de la muela hasta que la pieza de
trabajo esta 0,4 mm por encima del tamaño, a una velocidad de 100
mm/s.
Alimentación rápida de la muela hasta 0,07 mm por
encima del tamaño de acabado, a una velocidad de 70 \mum/s.
Alimentación media de la muela hasta 0,015 mm por
encima del tamaño de acabado, a una velocidad de 15 \mum/s.
Alimentación lenta de la muela para conseguir el
tamaño de acabado a una velocidad de 3,5 \mum/s.
Parada temporal de la muela para mantener el
contacto de roce y realizar una pasada lenta durante dos o mas
rotaciones de la pieza de trabajo.
En este proceso, la velocidad normal será de 20
rpm para las etapas iniciales con una velocidad de 10 rpm algunas
veces durante la alimentación lenta, y la parada temporal para
lograr la pasada suave.
El material de la muela suele ser CBN, y la
velocidad habitual de la superficie de la muela sera de 115
m/s.
La anchura de la muela puede ser de hasta 42
mm.
Se suele suministrar refrigerante a alta presión
y con una velocidad elevada de flujo a la region de contacto
muela/pieza que se trabaja.
El método tradicional ha dado buenos resultados
para el rectificado de muñones de ejes de manivela de fundición,
aunque se han producido problemas cuando se ha intentado rectificar
componentes similares de acero, particularmente grandes ejes de
manivela de acero, como los que se utilizan para los motores diesel
de 6 cilindros, utilizando muelas de rectificar CBN. Cuanto mayor
era la manivela, mas problemas se han encontrado.
En particular, se han observado dos efectos:
1. Efecto hidrodinamico del refrigerante. Debido
a la alta presión del refrigerante aplicado a la region de contacto
entre la pieza y la muela, se puede producir un efecto
hidrodinamico. Este tiende a forzar que se separe la muela de la
pieza.
2. Deformaciones de la pieza debidas a las
fuerzas de rectificado. Cuando se rectifica con muelas CBN en
particular, se almacena energía en la muela y la pieza, debido a la
fuerza de corte en particular, aplicada a través del cabezal
portamuelas y la muela al eje de la manivela, y debido a la rigidez
de esta ultima. El resultado es que se produce una deformación, de
algunas micras, de la muela y el eje de manivela que se esta
rectificando. Durante la pasada suave, las deformaciones producidas
en la muela y en parte de la pieza cuando están bajo carga,
disminuyen, mientras la muela esta todavía en posición de quitar
los posibles puntos elevados que aparecen cuando cede la pieza. El
procedimiento ha garantizado habitualmente un tamaño de acabado
relativamente bueno de la region rectificada.
No obstante, un desgaste desigual de la muela,
entre otros, significa que la pasada suave no dará necesariamente
como resultado un componente cilíndrico fiel, y se han encontrado
regularmente rebotes y marcas de herramienta por vibración después
de finalizar la pasada suave.
Los errores de superficie y de redondez parecen
empeorar cuando se utilizan muelas CBN, en las que las fuerzas de
separación son muy superiores a cuando se utilizan, por ejemplo,
muelas de rectificar A10x. La rigidez de una muela CBN es muy
superior a la de una muela A10x de tamaño similar y la deformación
producida cuando se utiliza una muela CBN tiende a ser mayor que
cuando se usa una muela A10x. Estas deformaciones, unidas al efecto
hidrodinamico del refrigerante de alta presión, significan que,
durante la pasada suave, la muela de rectificado ha tendido a
rebotar, perdiendo alternativamente el contacto con la superficie
que se esta rectificando. Las marcas de herramienta debidas a este
rebote parecen ser peores cuando la superficie que se rectifica
gira, apartándose de la muela de rectificar (es decir, cuando la
pieza no se esta forzando/haciendo girar sobre la muela).
La patente anterior del solicitante
EP-A-903200 describe una maquina
para rectificar un muñon que esta girando alrededor del eje
principal de un eje de manivela, en el que durante una etapa de
rectificado final se reduce el caudal del refrigerante por debajo
del que existe en la etapa de rectificado anterior.
Según un primer aspecto de la invención, se
ofrece un método de rectificado de un muñon de eje de manivela
utilizando una maquina de rectificar que tiene una alimentación de
la muela y unos accionamientos del cabezal controlados por
ordenador, sirviendo estos últimos para hacer girar el eje de la
manivela alrededor de su eje principal y por consiguiente hacer
girar el conjunto del pasador, donde el refrigerante se suministra
a la muela y al pasador durante el rectificado y donde, en una
etapa final de rectificado para llegar al tamaño deseado:
(i) la fuerza de corte se mantiene sobre el
cabezal portamuelas para ejercer sobre la muela y el pasador una
carga moderada constante hasta el final del rectificado, y sin
etapa de pasada suave;
(ii) la velocidad de rotación del accionamiento
del cabezal y por consiguiente del eje de la manivela y del pasador
se reduce, y
(iii) durante la etapa final de rectificado, se
reduce el caudal del refrigerante por debajo del existente en la
parte previa del proceso de rectificado;
para evitar que rebote y que puedan aparecer
marcas de herramientas por vibración en la superficie del
pasador.
Preferentemente, la muela de rectificar es una
muela CBN y la maquina de rectificar tiene un ordenador que
controla la alimentación de la muela y los accionamientos del
cabezal y estos últimos hacen girar la pieza que se esta trabajando
durante el rectificado, donde la mayoría del metal que se va a
quitar para rectificar un muñon a su tamaño se quita en la forma
conocida, y cuando el pasador se va acercando al tamaño final y
solo queda aproximadamente 50 pm por quitar en el radio, se calibra
el pasador y se determina la sobredimensión precisa, se reduce la
velocidad de trabajo hasta aproximadamente 1-5 rpm,
por lo general 3 rpm y se controla la alimentación de la muela con
el fin de quitar, durante una sola revolución del eje de la
manivela, un incremento final de profundidad del pasador, cuyo
tamaño se determina mediante el calibrado, tras lo cual se retrae
el cabezal portamuela de forma que la muela se libera completamente
del pasador, sin etapa de pasada suave, dejando el pasador
rectificado a su tamaño.
Según otro mejoramiento, la velocidad de rotación
de la muela se modifica a intervalos durante la rectificación de
los pasadores, con el fin de reducir el modelo de desgaste desigual
que puede producirse, en el caso contrario, en torno a la
superficie de rectificado de la muela.
Se ha visto que una muela puede desgastarse en
algunos lugares mas que en otros a lo largo de su circunferencia.
Esto parece ser debido a un desequilibrio de la muela. Se piensa
que este desequilibrio produce una vibración, de una frecuencia
particular, haciendo que algunas regiones separadas alrededor de
las muelas se desgasten mas que otras, produciéndose lo que se
describe como efecto saliente (lobe effect) sobre la muela de
rectificado. Esto parece ser, a su vez, una de las causas de la
vibración reactiva.
Por consiguiente, la velocidad de la muela puede
modificarse después de cada enésimo (n) pasador
rectificado.
Por lo general, n es igual a 3.
Por lo general, el cambio de velocidad de
rotación es del orden de \pm2,5% de la velocidad nominal de la
muela.
Cambiando la velocidad de la muela, se
modificaran las posiciones de los puntos en los que se puede
producir el desgaste, como hemos dicho anteriormente, de forma se
que producirá un desgaste adicional sobre la muela de rectificar en
lugares diferentes, en torno a la circunferencia de la muela, en
lugar de siempre en el mismo sitio, durante cada revolución de la
muela.
La invención consiste también en un método como
el indicado anteriormente, que se utiliza para rectificar el muñon
de un eje de manivela de acero de un motor diesel grande (por
ejemplo de 6 cilindros).
La invención consiste también en unos aparatos
para realizar los métodos de rectificado de muñones descritos
anteriormente.
La invención se describirá ahora sobre la base de
un ejemplo, en el que se hace referencia a la figura adjunta:
En la figura se muestra (10) el bastidor de una
maquina de rectificar ejes de manivela.
Una primera corredera (12), que presenta el
bastidor, soporta una mesa portapieza (14), que se puede deslizar a
lo largo del mismo y ajustar de una posición a otra dentro de lo
que permite la longitud de la corredera, por medio de un motor de
accionamiento de la mesa (16).
Una segunda corredera (18), paralela a la
primera, lleva un cabezal (20) y una contrapunta (22) que tiene un
soporte de pieza (23). La rotación de una pieza de eje de manivela
(no mostrada) montada entre el cabezal (20) y la contrapunta (22)
se realiza por medio de un accionamiento del cabezal (motor) (24),
rotación que se transmite a la pieza por medio de un plato u otro
dispositivo de sujeción y accionamiento de la pieza (26). La
posición angular y la velocidad de rotación del motor de
accionamiento (y por consiguiente de la pieza) se mide por medio de
señales procedentes de un tacogenerador (28).
El motor de accionamiento (24) es
convenientemente un motor paso a paso, con el fin de poder
posicionar angularmente, con mucha precision, la pieza que se esta
trabajando.
El movimiento del cabezal (20) y la contrapunta
(22) a lo largo de la corredera (18) se realiza por medio de los
accionamientos (30), (32) respectivamente. Cuando, en la forma
habitual, el cabezal (20) esta sujeto a la mesa portapiezas (14) se
puede prescindir del motor de accionamiento (30).
Una muela de rectificar (34) esta montada sobre
el eje de accionamiento de un motor (36), fijado el mismo a un
cabezal portamuelas (38), que se puede deslizar a lo largo de una
tercera corredera (40), que se extiende perpendicularmente a las
correderas (12) y (18), y por consiguiente también al eje de la
pieza - cuyo numero de referencia es el (42).
El movimiento del cabezal portapiezas (38) a lo
largo de (40) es controlado por un accionamiento, electromagnético
lineal, mostrado con lineas de puntos en (44) y se suelen utilizar
cojinetes hidrostaticos entre la corredera (40) y el cabezal
portamuelas (38).
La energía para los motores (16), (24), (30),
(32), (36) y (44) es suministrada por una fuente de alimentación
combinada y una unidad de control informático (46); la alimentación
de potencia y los enlaces para las señales de control se muestran
esquemáticamente en (48) para el accionamiento de la muela (36),
(50) para el accionamiento del portamuelas (44), (52) para el motor
de accionamiento de la mesa portapieza (16), (54) para el
accionamiento de posicionado de la contrapunta (32), (56) para el
accionamiento de posicionado del cabezal (30) y (58) para el motor
de accionamiento de la pieza (24).
Las señales que indican la velocidad de la pieza
al tacogenerador (28) llegan a (46) a través de (60) y las señales
hacia y desde un calibre (62) son transportadas por el enlace (64).
El calibre (62) esta constituido por un portico de soporte (66), un
cabezal (68) y un calibrador (70), estando montado el portico en
el cabezal portamuelas y moviéndose con el mismo. Aunque no se
muestra, el portico incluye unos medios de accionamiento
adicionales para extender y retraer el cabezal (68) respecto de la
pieza, y el cabezal puede incluir unos medios de accionamiento para
mover el calibrador respecto del cabezal y de la pieza. Las
señales para controlar el movimiento y la posición del portico, el
cabezal y el calibrador y las señales que indican el diámetro de una
parte calibrada, son transportadas hacia y desde (46), según
corresponda, a lo largo del enlace (64).
Introduciendo un programa de instrucciones
adecuado en el ordenador (46), la maquina puede ajustarse para
rectificar una pieza montada entre (26) y (28) y calibrar el
diámetro de la region rectificada de la pieza muy poco antes de
alcanzar el tamaño final. A continuación, el ordenador controla el
accionamiento de alimentación de la muela (38) para mantener una
fuerza de corte apropiada (y lograr una profundidad de corte
deseada) y reducir la velocidad del motor de accionamiento de la
pieza (24). Se ha visto en general que es deseable y posible
controlar el motor para que haga girar la pieza unicamente después
del calibrado, controlando la profundidad deseada de corte, que
deberá ser de tal Índole que en una sola revolución se quite justo
la profundidad requerida de metal para dejar la region al tamaño
final deseado. La muela se puede sacar entonces completamente, en
lugar de dejarla en contacto de roce para realizar una etapa de
pasada suave, lo cual ya no es necesario.
El fluido refrigerante se suministra a través de
una tobera (72) desde una bomba (no mostrada) y una válvula (74)
controla el flujo de refrigerante hasta la tobera y puede
restringir solamente el flujo o dirigir mas o menos el reflujo
hacia un deposito desde el cual lo extrae la bomba. El
funcionamiento de la válvula (74) también esta controlado por
señales generadas por el ordenador desde (46) y las señales de
potencia y de control se suministran a la válvula (74) por el
enlace (76).
De acuerdo con el método aquí descrito, el flujo
de refrigerante se reduce por lo menos durante una revolución final
de la pieza, en una operación de rectificado realizada en una
region de la misma, con el fin de reducir las fuerzas
hidrodinamicas sobre la pieza durante dicha revolución final.
Claims (12)
1. Método de rectificado de un muñon de eje de
manivela utilizando una maquina de rectificar que tiene una
alimentación de la muela y unos accionamientos del cabezal (42),
(24), controlados por ordenador, sirviendo estos últimos para hacer
girar el eje de la manivela alrededor de su eje principal y por
consiguiente hacer girar el conjunto del pasador, donde el
refrigerante se suministra a la muela (34) y al pasador durante el
rectificado y donde, en una etapa final de rectificado para llegar
al tamaño deseado:
(i) la fuerza de corte se mantiene sobre el
cabezal portamuelas (38) para ejercer sobre la muela y el pasador
una carga moderada constante hasta el final del rectificado, y sin
etapa de pasada suave;
(ii) la velocidad de rotación del accionamiento
del cabezal (24) y por consiguiente del eje de la manivela y del
pasador se reduce; y
(iii) durante la etapa final de rectificado, se
reduce el caudal del refrigerante por debajo del existente en la
parte previa del proceso de rectificado;
para evitar que rebote y que puedan aparecer
marcas de herramientas por vibración en la superficie del
pasador.
2. Método según la reivindicación 1, en el que la
velocidad de rotación del accionamiento del cabezal (24) durante
la etapa final oscila entre 1 y 5 rpm.
3. Método según las reivindicaciones 1 ó 2, donde
durante la etapa final de rectificado de cada pasador, se ajusta
la alimentación de la muela con el objeto de quitar una profundidad
suficiente de material durante una sola rotación del eje de la
manivela para llevar el muñon a su tamaño final.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, donde el pasador se calibra antes de
realizar la etapa final de rectificado, con el fin de determinar la
profundidad de corte necesaria para llegar al tamaño final y se
controla el cabezal portamuelas (38) con el fin de quitar la
profundidad de metal necesaria para lograr el tamaño final.
5. Método según la reivindicación 1, donde la
muela de rectificar (34) es una muela CBN y la maquina de
rectificar tiene un ordenador que controla la alimentación de la
muela y los accionamientos del cabezal (46), (24) y estos últimos
hacen girar la pieza que se esta trabajando durante el rectificado,
donde la mayoría del metal que se va a quitar para rectificar un
muñon a su tamaño se quita en la forma conocida, y cuando el
pasador se va acercando al tamaño final y solo queda
aproximadamente 50 pm por quitar en el radio, se calibra el pasador
y se determina la sobredimensión precisa, se reduce la velocidad de
trabajo hasta aproximadamente 1-5 rpm, por lo
general 3 rpm y se controla la alimentación de la muela con el fin
de quitar, durante una sola revolución del eje de la manivela, un
incremento final de profundidad del pasador, cuyo tamaño se
determina mediante el calibrado, tras lo cual se retrae el cabezal
portamuela de forma que la muela se libera completamente del
pasador, sin etapa de pasada suave, dejando el pasador rectificado
a su tamaño.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que después de rectificar cada
pasador, se divide axialmente el eje de la manivela con el fin de
alinear el pasador siguiente que se va a rectificar con la
muela.
7. Método según la reivindicación 6, en el que,
utilizando una muela CBN se varia la velocidad de giro de la muela
a intervalos durante el rectificado de los pasadores.
8. Método según la reivindicación 7, en el que la
velocidad de la muela se modifica después de cada enésimo
(n) pasador rectificado.
9. Método según la reivindicación 8, donde
n es igual a 3.
10. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, donde la velocidad de rotación es del orden
de \pm2-5% de la velocidad nominal de la
muela.
11. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, que se utiliza para el rectificado el
muñon de un eje de manivela de acero, como el que se utiliza en un
motor diesel grande.
12. Maquina para rectificar un muñon de eje de
manivela, que comprende una sola muela de rectificar (34),
alimentación de muela y accionamientos de cabezal {44), (24),
suministrador de refrigerante (72), (74), y una unidad de control
informático (46) para controlar la alimentación de la muela y unos
accionamientos del cabezal (44), (24) y para controlar el flujo de
refrigerante suministrado a la muela de rectificar (34) y al muñon,
caracterizado porque la unidad de control informático esta
programada para realizar el método de rectificado de muñones de
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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| CN112496961A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-16 | 乐清市虹桥职业技术学校 | 一种数控车床配件的自动生产装置 |
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