CZ309450B6

CZ309450B6 - Způsob a zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění

Info

Publication number: CZ309450B6
Application number: CZ2021-17A
Authority: CZ
Inventors: Michael VALÁŠEK; DrSc. Valášek Michael prof. Ing.
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2023-01-25
Also published as: EP4288244A1; WO2022152334A1; CZ202117A3

Abstract

Způsob podpírání obráběných součástí během obrábění obráběcím nástrojem, zvláště poddajných tenkostěnných součástí, kdy na obráběnou poddajnou součást se před nebo během obrábění přiloží jednobodová nebo vícebodová nebo přídavná podpora, uchycená k rámu nebo k ruce podpůrného robota, s působením proti směru působení síly obráběcího nástroje, případně se přiloží oboustranná podpora s přídavnou silovou složkou působení ve směru i proti směru působení síly obráběcího nástroje. Zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění sestává z podpory pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3). Tato podpora je spojena s rámem (10) nebo rukou (4) podpůrného/ých robota/ů (1) sériové nebo paralelní kinematické struktury. Podpora je tvořena jednobodovou podporou (5) nebo vícebodovou podporou (6) nebo oboustrannou podporou (13) a může být doplněna přídavnou podporou (23) opatřenou upínákem (22).

Description

Způsob a zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro podpírání obráběných součástí, zvláště tenkostěnných, poddajných, během obrábění.

Dosavadní stav techniky

Obrábění poddajných, zvláště tenkostěnných součástí je obtížné. Poddajné součásti se při obrábění deformují vlastní tíhou nebo působícími řeznými silami, což vede k jejich deformaci a nepřesnému obrobenému tvaru a rovněž k nestabilitě obrábění.

Dosavadní způsob řešení je buď pasivní podpírání lunetami při soustružení nebo podpěrkami při frézování nebo snížení velikosti řezných sil, což snižuje produktivitu obrábění. Tyto přípravky jsou také jen přibližné pro konkrétní součást, neboť pro ni nejsou speciálně vyrobeny a během obrábění se jí ani adaptivně nepřizpůsobují.

Cílem tohoto vynálezu je způsob pro dynamické a adaptivní podpírání poddajných, zvláště tenkostěnných součástí při obrábění.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu podpírání obráběných součástí během obrábění obráběcím nástrojem, zvláště poddajných tenkostěnných součástí, spočívá v tom, že na obráběnou poddajnou součást se před nebo během obrábění přiloží jednobodová nebo vícebodová nebo přídavná podpora mimo místo působení síly obráběcího nástroje na opačné nebo přilehlé straně obráběné součásti, uchycená k rámu nebo k ruce podpůrného robota, s působením ve směru nebo proti směru působení síly obráběcího nástroje.

Podstata zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění spočívá v tom, že sestává z podpory pro styk s obráběnou poddajnou součástí, přičemž je podpora pohyblivě spojena s rámem nebo podpůmým/i robotem/ty sériové nebo paralelní kinematické struktury. Pohyblivá podpora je vybrána z množiny podpor tvořené jednobodovou podporou, vícebodovou podporou, oboustrannou podporou, a přídavnou podporou opatřenou upínákem.

Pohyblivá podpora je na svém konci opatřena pro styk s obráběnou poddajnou součástí přítlačným členem s kulovou stykovou plochou, ve dvou směrech otočně upevněným ve třmenu, nebo přítlačným členem s válcovou stykovou plochou, upevněným v rotačním kloubu.

Alternativně je pohyblivá podpora na svém konci opatřena přítlačnou čelistí a/nebo opěrnou čelistí nebo obepínacími čelistmi a opěrnou čelistí nebo lanem a opěrnou čelistí.

Jednobodová podpora nebo vícebodová podpora nebo oboustranná podpora je případně doplněna přídavnou podporou opatřenou upínákem pro uchopení poddajné součásti.

Objasnění výkresů

Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro docílení způsobu podpírání obráběných součástí během obrábění, kde:

- 1 CZ 309450 B6 obr. 1 až 7 znázorňují jednotlivá alternativní uspořádání;

obr. 8 a 9 znázorňují alternativní konstrukční řešení jednostranných jednobodových podpor obráběné součásti;

obr. 10 až 16 znázorňují konstrukční řešení oboustranných podpor obráběné součásti;

obr. 17 znázorňuje přídavné zařízení.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je schematicky znázorněno základní řešení dynamického a adaptivního podpírání obráběných poddajných, zvláště tenkostěnných součástí při obrábění. Možné ale je i obrábění poddajné měkké součásti, která může být i nehybná.

Obráběná poddajná součást 3 je obráběna nástrojem 11 neseným obráběcím strojem 2 upevněným na rámu 10. V daném případě jde o pětiosé obrábění, proto obráběcí stroj 2 má poddajnou součást 3 upnutu v naklápěcím stole 12. Pětiosé obrábění lze ale provádět i při nehybné obráběné součásti 3, například tak, že obráběcí nástroj 11 je nesen naklápěcí hlavou pro přídavné naklápění nástroje 11. V daném případě tato poddajná součást 3 je z druhé strany podpírána jednobodovou podporou 5 nesenou rukou 4 podpůrného robota 1. V daném případě je podpůrný robot 1 robot sériové kinematické struktury upevněný na rámu 10 a skládající se z ramen 8 spojených rotačními klouby 7. Podpůrný robot 1 působí skrze jednobodovou podporu 5 na poddajnou součást 3 podpůrnou silou shodné velikosti, jako je síla řezná vyvíjená na poddajnou součást 3 obráběcím nástrojem 11. ale opačně orientovanou. Tak dochází v poddajné součásti 3 ke vzájemné kompenzaci řezné a podpůrné síly a poddajná součást není obráběním deformována. Řezné síly tak nejsou nijak limitovány.

Podpůrná síla však může řeznou sílu kompenzovat jen částečně. To se může týkat zvláště tečných složek řezných sil (tečných vůči povrchu obráběné poddajné součásti 3). Může však působit proti rozkmitání poddajné součásti 3.

Na obr. 2 je schematicky znázorněna varianta řešení dynamického a adaptivního podpírání poddajných, zvláště tenkostěnných součástí při obrábění z obr. 1. Místo podpůrného robota 1 sériové kinematické struktury je užit podpůrný robot 1 paralelní kinematické struktury. Ta spočívá v tom, že ruka 4 robota 1 je nesena platformou 9 představovanou tělesem spojeným s více rameny 8 podpůrného robota 1, než jen dvěma jako u sériové kinematické struktury.

Na obr. 3 je schematicky znázorněna modifikace varianty řešení dynamického a adaptivního podpírání poddajných, zvláště tenkostěnných součástí při obrábění. Místo jednobodové podpory 5 z obr. 1 je zde užito vícebodové podpory 6. Více opěrných bodů vícebodové podpory 6 působí na poddajnou součást 3 ve více bodech v okolí bodu odpovídajícího bodu pro působení kompenzační síly proti působení řezné síly způsobené obráběcím nástrojem 11. Tímto řešením lze lépe kompenzovat případné dynamické pohyby obráběcího nástroje 11 nebo případné tečné složky řezných sil. Na obr. 3 znázorněná vícebodová podpora 6 může být nahrazena plošnou podporou nebo kombinována s plošnou podporou.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno alternativní řešení k řešení na obr. 3. Vícebodová podpora 6 je zde nesena spojovací hlavicí 14, přes kterou se spojují dva podpůrné roboty 1 sériové kinematické struktury. Spojení dvou podpůrných robotů 1 spojovací hlavicí 14 se dosáhne větší tuhosti vícebodové podpory 6, a tak vícebodová podpora 6 může působit na poddajnou součást 3 větší silou nebo silou s přesnější dynamickou velikostí během obrábění.

-2CZ 309450 B6

Na obr. 5 je schematicky znázorněno alternativní řešení k řešení na obr. 1. Na poddajnou součást 3 nepůsobí jednobodová podpora 5 v místě proti působení obráběcího nástroje 11 na opačné straně poddajné součásti 3, ale mimo bod pro kompenzaci řezné síly, jako je řešeno na obr. 1.

Podpůrná síla sice kompenzuje řeznou sílu jen částečně, ale přesto svým působením zvyšuje tuhost poddajné součásti 3 a přispívá ke snížení její deformace během obrábění, a tak umožňuje použít větších řezných sil, než by bez podpory bylo možné. Může působit také proti rozkmitání poddajné součásti 3.

I u tohoto řešení, kdy jednobodová podpora 5 nepůsobí přímo proti působení řezného nástroje 11 na opačné straně poddajné součásti 3, s ohledem na nedostatek místa, resp. takové místo není k dispozici, dojde ke zlepšení podmínek při obrábění poddajné součásti 3.

Na obr. 6 je schematicky znázorněno alternativní řešení k řešení na obr. 5. Na obr. 6 působí podpůrný robot 1 v nějakém okolí mimo bod pro kompenzaci řezné síly vícebodovou podporou 6 místo jednobodové podpory 5 z obr. 5.

Jednobodová podpora 5 a vícebodová podpora 6 jsou jednostranné podpory. Pro podporu v nějakém okolí mimo bod pro kompenzaci řezné síly, jak je parné na obr. 5 a 6, je výhodné užít oboustrannou podporu 13 podle obr. 7. Oboustranná podpora 13 podpírá poddajnou součást 3 z obou stran poddajné součásti 3 a může tak působit nejen podpůrnou silou ve více směrech, ale působit proti rozkmitání poddajné součásti 3.

Na obr. 8 a 9 je schematicky znázorněno konstrukční řešení jednostranných jednobodových podpor 5. Na obr. 8 jednobodová podpora 5 je řešena přítlačným členem 19 s kulovou plochou pro styk s poddajnou součástí 3, ve dvou směrech otočně upevněným ve třmenu 20. Na obr. 9 je jednobodová podpora 6 řešena přítlačným členem 21 s válcovou plochou pro styk s poddajnou součástí 3, upevněným v rotačním kloubu 7. Vícebodové podpory 6 jsou řešeny analogicky více jednobodovými podporami 5.

Na obr. 10 až 16 je schematicky znázorněno konstrukční řešení oboustranných podpor 13.

Na obr. 10 je konstrukční řešení provedeno dvěma přítlačnými čelistmi 15, které svírají poddajnou součást 3 ze dvou protilehlých stran. Přítlačné čelisti 15 jsou uchyceny přes rotační klouby 7 k ruce 4 robota 1.

Na obr. 11 je alternativa konstrukčního řešení z obr. 10, kdy je z jedné strany poddajné součásti 3 užito jedné přítlačné čelisti 15 a z druhé strany je užito opěrné čelisti 16 spojené s rukou 4 robota 1.

Na obr. 12 až 15 je schematicky znázorněn postup použití obepínacích čelistí 17. Na obr. 12 jsou obepínací čelisti 17 rozevřeny a přibližují se k poddajné součásti 3, na obr. 13 rozevřené obepínací čelisti 17 obklopí poddajnou součást 3, na obr. 14 obepínací čelisti 17 se sevřou a obepnou/obemknou poddajnou součást 3, na obr. 15 je poddajná součást 3 obepnutá/obemknutá sevřenými obepínacími čelistmi 17 a opřena o opěrnou čelist 16. Opěrná čelist 16 je z ruky 4 robota 1 výsuvná nebo výklopná.

Na obr. 16 je schematicky znázorněna náhrada obepínacích čelistí 17 lanem nebo řemenem nebo řetězem 18.

Na obr. 17 je schematicky znázorněno přídavné zařízení v případě obrábění poddajné součásti 3, která je měkká a kde je vhodné působení výše uvedených zařízení doplnit nebo i nahradit. Měkká poddajná součást 3 je v okolí obráběcího nástroje 11 uchopena přídavnou podporou 23 opatřenou upínákem 22 pro uchopení poddajné součásti 3 a případné tažení proti působící síle nástroje 11. Upínák 22 může být tvořen přísavkou, uchycením sevřením, zaháknutím aj. Přídavná podpora 23

-3 CZ 309450 B6 opatřená upínákem 22 táhne za poddajnou měkkou součást 3 proti působící síle nástroje 11 a se změnou polohy obráběcího nástroje 11 se přemísťuje ve vhodném okolí nástroje 11 tak, aby účinek působící síly nástroje 11 na poddajnou měkkou součást byl minimalizován tahovou silou přídavné podpory 23. Použití přídavné podpory 23 opatřené upínákem 22 je vhodné i pro poddajné součásti 3, které jsou velmi poddajné nebo kde je nemožné nebo nepřístupné působení z druhé strany poddajné součásti 3. Místo přídavné podpory 23 s upínákem 22 je vhodné také užití vícebodové podpory 6 nebo oboustranné podpory 13 s upínákem 22. U vícebodových podpor 6 nebo oboustranných podpor 13 může být vhodné současné působení tlakem přítlačného členu 19 s kulovou plochou nebo přítlačného členu 21 s válcovou plochou nebo čelistí 15 nebo opěrnou čelistí 16 nebo obepínací čelistí 17 a současně tahem upínákem 22. Tah a tlak ve svém okolí mohou snížit deformace poddajné měkké součásti 3 při současné kompenzaci působící síly nástroje 11. Přídavná podpora 23 s upínákem 22 může být použita z obou stran poddajné součásti 3. Přídavné podpory 23 mohou také působit proti rozkmitání poddajné součásti 3.

Roboty nebo podpory mohou vedle rotačních kloubů obsahovat posuvná vedení nebo sférické klouby.

Použité obráběcí stroje mohou mít různou strukturu, např. portálové centrum, horizontální centrum, vertikální centrum a naklápěcí stůl, naklápěcí hlava a další.

Všechny popsané varianty se mohou různě kombinovat. Roboty a obráběcí stroje a podpory jsou řízeny počítačem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob podpírání obráběných součástí během obrábění obráběcím nástrojem, zvláště poddajných tenkostěnných součástí, vyznačený tím, že na obráběnou poddajnou součást se před nebo během obrábění přiloží jednobodová nebo vícebodová podpora mimo místo působení síly obráběcího nástroje, uchycená k rámu nebo k ruce podpůrného robota, s působením proti směru působení síly obráběcího nástroje.
2. Způsob podpírání obráběných součástí během obrábění obráběcím nástrojem podle nároku 1, vyznačený tím, že na obráběnou poddajnou součást se přiloží oboustranná podpora s přídavnou silovou složkou působení i ve směru působení síly obráběcího nástroje.
3. Zařízení pro podpírání obráběných součástí během obrábění způsobem podle nároku 1, vyznačené tím, že sestává z podpory pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3), přičemž je tato podpora s nepohyblivým koncem pohyblivě spojena s rámem (10) nebo podpůmým/i robotem/ty sériové nebo paralelní kinematické struktury.
4. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 3, vyznačené tím, že podpora pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) je vybrána z množiny podpor tvořené jednobodovou podporou (5), vícebodovou podporou (6), oboustrannou podporou (13).
5. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 4, vyznačené tím, že podpora pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) je na svém konci opatřena pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) přítlačným členem (19) s kulovou stykovou plochou nebo přítlačným členem (21) s válcovou stykovou plochou.
6. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 4, vyznačené tím, že podpora pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) je na svém konci opatřena přítlačnou čelistí (15) a/nebo opěrnou čelistí (16).
7. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 6, vyznačené tím, že podpora pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) je na svém konci opatřena obepínacími čelistmi (17) a opěrnou čelistí (16).
8. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 6, vyznačené tím, že podpora pro styk s obráběnou poddajnou součástí (3) je na svém konci opatřena lanem (18) a opěrnou čelistí (16).
9. Zařízení pro podpírání obráběných součástí podle nároku 4, vyznačené tím, že jednobodová podpora (5) nebo vícebodová podpora (6) nebo oboustranná podpora (13) je doplněna přídavnou podporou (23) opatřenou upínákem (22) pro uchopení poddajné součásti (3).