tudomÁnyos diÁkkÖri dolgozat - tdk7 3. finomfelületi megmunkálások finomfelületi...
TRANSCRIPT
MISKOLCI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT
Szuperfiniselő készülék Golyós anya belső meneteinek befejező megmunkálásához
Hajner Ádám
Bsc gépészmérnök hallgató
Konzulensek:
Szilágyi Attila
egyetemi adjunktus
Szerszámgépek Tanszéke
Demeter Péter
egyetemi adjunktus
Szerszámgépek Tanszéke
Miskolc, 2011
2
ÉRTÉKELŐ LAP
A szekció neve:
A dolgozat szerzője: Hajner Ádám
A dolgozat címe: Szuperfiniselő készülék
A dolgozat minősítése során kialakított pontszám: _________
(max 80 pont)
Az előadás alapján adott pontszámok:
1. Az előadás felépítése, tartalma, stílusa (max 10 pont) pontszám:
2. A vitakészség: (max 5 pont) pontszám:
3. Az előadás technikai előkészítése: (max 3 pont) pontszám:
4. Gazdálkodás az idővel: (max 2 pont) pontszám:
Az előadásra adott összpontszám:
(max 20 pont) pontszám:_________
A dolgozatra és az előadásra adott pontszámok összege: __________
(max 100 pont)
A zsűri esetleges indoklásai, megjegyzései, véleményei:
A dolgozat Országos Tudományos Diákköri Konferencián való részvételét a zsűri
javasolja nem javasolja
Dátum: Miskolc, 2011. november .
………………………….. ………………………….. …………………………..
zsűri elnöke zsűri tagja zsűri tagja
………………………….. ………………………….. …………………………..
zsűri titkára zsűri tagja zsűri tagja
3
1. Tartalomjegyzék
1. TARTALOMJEGYZÉK ........................................................................................ 3
2. BEVEZETŐ............................................................................................................. 6
3. FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK ........................................................ 7
3.1. FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK ALKALMAZÁSI TERÜLETEI ......................... 7
3.2. A FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK CSOPORTOSÍTÁSA ................................... 8
3.3. ANYAGLEVÁLASZTÁS HATÁROZATLAN ÉLGEOMETRIÁJÚ HATÁROZOTT
KINEMATIKÁVAL .......................................................................................................... 10
3.4. TÜKÖRSIMÍTÁS................................................................................................. 11
3.5. TÜKÖRSIMÍTÁS MOZGÁSVISZONYAI ................................................................. 11
3.6. A TÜKÖRSIMÍTÁS MEGMUNKÁLÁSI FOLYAMATA .............................................. 12
3.7. A TÜKÖRSIMÍTÁS TECHNOLÓGIÁJA .................................................................. 13
3.8. A TÜKÖRSIMÍTÓ SZERSZÁM TULAJDONSÁGAI ................................................... 16
3.9. A TÜKÖRSIMÍTÓ SZERSZÁMMAL SZEMBEN TÁMASZTOTT KÖVETELMÉNYEK .... 16
3.10. A HŰTŐ KENŐ FOLYADÉK FELADATA ............................................................... 17
3.11. A TÜKÖRSIMÍTÁS ALKALMAZÁSI TERÜLETEI .................................................... 18
3.12. A TÜKÖRSIMÍTÁS GÉPI BERENDEZÉSEI.............................................................. 18
4. SZABADALOM KUTATÁS ................................................................................ 19
4.1. 1.SZABADALOM ............................................................................................... 19
4.2. 2. SZABADALOM ............................................................................................... 22
4.3. 3. SZABADALOM .............................................................................................. 23
5. PIACKUTATÁS ................................................................................................... 25
5.1. SUPFINA ........................................................................................................... 25
5.2. SUPFINA ........................................................................................................... 26
5.3. ANTIL............................................................................................................... 27
5.4. ÖSSZEGZÉS ...................................................................................................... 28
6. LENGŐ MOZGÁSOKAT ELŐÁLLÍTÓ MECHANIZMUSOK .................... 30
6.1. KÖZVETLENÜL MOZGATÓ MECHANIZMUSOK ................................................... 31
6.1.1. Bütykös mechanizmus ................................................................................. 31
6.1.2. Kulisszás mechanizmus ............................................................................... 32
6.1.3. Forgattyús mechanizmus ............................................................................ 33
6.1.4. Excentert alkalmazó mechanizmus ............................................................. 34
6.1.5. Rugós rezgető .............................................................................................. 35
6.1.6. Gerjesztés tehetetlenségi erővel .................................................................. 35
6.1.7. Centrifugális rezgető ................................................................................... 36
6.1.8. Hidraulikus mechanizmus ........................................................................... 37
6.1.9. Alternáló mozgás, pneumatikus mechanizmussal ....................................... 38
6.2. AZ OSZCILLÁLÓ MOZGÁSOK MEGVALÓSÍTÁSÁRA SZOLGÁLÓ VILLAMOS
MECHANIZMUSOK ........................................................................................................ 39
4
6.2.1. Piezo elektromos jelenséget alkalmazó mechanizmus ................................ 39
6.2.2. Elektrodinamikus rezgető............................................................................ 39
6.2.3. Lineáris alternáló mozgás elektromágneses elv alkalmazásával ............... 40
6.3. MECHANIZMUSOK ÖSSZEHASONLÍTÁSA ........................................................... 42
7. AZ ALTERNÁLÓ MOZGÁST MEGVALÓSÍTÓ MECHANIZMUS
RÖGZÍTÉSE ................................................................................................................. 43
8. AZ ÖSSZEKÖTŐ EGYSÉG ............................................................................... 45
9. MEGMUNKÁLÁST VÉGZŐ ELEM ................................................................. 48
9.1. A KÖSZÖRŰT TARTÓ FEJ ÉS MOZGÁSAI ............................................................. 52
9.2. A KÖVEK ÁLLAPOTAI ....................................................................................... 54
9.3. EGYENES KAROS CSUKLÓ................................................................................. 55
9.4. KÖZÉPEN KAROS CSUKLÓ................................................................................. 56
9.5. FERDÉN ELHELYEZETT KAROS CSUKLÓ ............................................................ 56
9.6. MENETES CSUKLÓ ............................................................................................ 57
9.7. GÖMBCSUKLÓ .................................................................................................. 57
9.8. KÉTKAROS CSUKLÓ.......................................................................................... 58
9.9. BELÜL VEZETETT CSUKLÓ ................................................................................ 59
9.10. ÖSSZEGZÉS ...................................................................................................... 60
10. MÉRETEZÉS ........................................................................................................ 61
10.1. RUGÓ MÉRETEZÉSE .......................................................................................... 61
10.2. MINIMÁLIS ERŐSZÜKSÉGLET ESETE ................................................................. 62
10.3. MAXIMÁLIS ERŐSZÜKSÉGLET ESETE ................................................................ 63
10.3.1. A felületen kialakuló nyomás .................................................................. 64
10.3.2. Rugó méreteinek meghatározása: ........................................................... 64
10.4. A RUGÓ ELLENŐRZÉSE ..................................................................................... 66
10.4.1. Hmin meghatározása, működő menetek számának meghatározása ......... 66
10.4.2. Rugó állandó számítása .......................................................................... 66
10.4.3. Üzemi összenyomódás............................................................................. 66
10.4.4. Terheletlen rugó hossza .......................................................................... 66
10.4.5. Maximális összenyomódás ...................................................................... 66
10.4.6. Maximális erő amit a rugót terhelheti: ................................................... 66
10.4.7. Tényleges rugó ábra: .............................................................................. 67
10.4.8. Menetemelkedés számítása ..................................................................... 67
10.4.9. Rugó kiterített hossza .............................................................................. 67
10.4.10. Rugó elhelyezése ..................................................................................... 68
10.5. CSUKLÓT ÉS A KÖSZÖRŰKÖVEKET TARTÓ KAROK MÉRETEZÉSE....................... 68
10.6. SÚRLÓDÁSI ERŐ SZÁMÍTÁSA ............................................................................ 70
10.7. A KÖSZÖRŰKŐ MOZGÁSÁNAK ELEMZÉSE ......................................................... 71
10.7.1. A kisebb körcikk adatainak számítása .................................................... 72
10.7.2. A nagyobb körcikk adatainak számítása ................................................. 73
10.7.3. A csukló mozgásának leképzése .............................................................. 74
5
10.8. MOTOR MÉRETEZÉSE ....................................................................................... 75
10.8.1. Tömeg számítás ....................................................................................... 75
10.8.2. A Motor választása ................................................................................. 77
11. ÖSSZEFOGLALÁS, ÉRTÉKELÉS ................................................................... 82
12. FELHASZNÁLT IRODALOM:.......................................................................... 83
6
2. Bevezető
A XX. században egyre nagyobb hangsúlyt kapott a pontosságot növelő finomfelületi
megmunkálások fejlesztése. Ezekkel a megmunkálásokkal lehet elérni a legnagyobb
méretpontosságot, alakhűséget, a legjobb felületi érdességet valamint a legfinomabb
felületi érdességet. A fejlesztések hatására külső és egyes belső felületek méretpontos-
sága elérte a mikron alatti nagyságrendű értéket.
Elterjedté vált a golyós anya-orsó kapcsolat, amelyet a precíziós gépeken
mozgásátalakítóként alkalmaztak. A súrlódó elven működő mozgás átalakító elemekhez
képest lényegesen nagyobb hatásfokkal bírnak. Ezen fejlődések hatására egyre ponto-
sabb szerszámgépeket állítanak elő.
A golyós orsó- anya kapcsolat rendkívül jól pozícionálható, mert a gördülő kapcsolat
miatt nem jelentkezik a stick-slip jelenség és kisebb erővel működtethető. Az edzett
alkatrészek alkalmazásával megnövekedet az anya-orsó teherbírása, ami biztosította a
pozitív tulajdonságokat a szerkezetnek.
A golyósanyákban gótikus profilú spirálmenetet alkalmaznak, mely megmunkálása
rendkívül nehéz, különösen a nagy menetemelkedésű anyák esetében.
Nagy menetemelkedésű anyák menet-felületeinek köszörülése során a köszörűkő olyan
mértékben torzul, hogy a megmunkálás lehetetlenné válik a hagyományos technológi-
ákkal. Egyik lehetséges megoldás a technológiai akadályok leküzdésére, a menetköszö-
rülési technológia elhagyása és helyettesítése az edzet munkadarab ultraprecíziós me-
netesztergálásával kombinált utólagos szuperfiniseléssel.
Mivel ezen technológia nem kiforrott, további kutatások, sok tesztelés és mérés kell
ahhoz, hogy az ipari méretekben golyósanyák gyártása során a köszörülési technológiá-
kat mellőzni lehessen.
A szakdolgozat célja egy olyan szuperfiniselő készülék tervezése, amely menetköszörü-
lés nélkül biztosítja a megfelelő felületi minőséget, lehetőleg termelékenyebb legyen az
eddig alkalmazott eljárásoknál valamint NC esztergagépre szerelve képes legyen elvé-
gezni a megmunkálást a menetesztergálással egy felfogásban, ezáltal jelentősen csök-
kenteni a munkadarab újbóli felfogásából adódó átfogási hibákat is.
7
3. Finomfelületi megmunkálások
Finomfelületi megmunkálásoknak nevezzük az olyan forgácsoló eljárásokat, amelyek a
legnagyobb méret pontosságot, alakhűséget, a legjobb felületi érdességet és a legfino-
mabb felületet érhetjük el.
Pontosságnak nevezzük azt, hogy mennyire közelíti meg a mérhető érték a megadott
értéket.
Az előírt pontosság általában csak több megmunkálási fokozaton keresztül érhető el.
Szükség van a ráhagyásokra, azok eltávolítására, vagyis nagyolásra és simításra, mert az
eljárások csak nagy pontatlansággal tudják megközelíteni a kész méretet.
Alakhűségnek nevezzük azt, hogy mennyire közelíti meg a mérhető alak az előírt ala-
kot.
A felületi minőség egy olyan komplex fogalom amely a megmunkált, forgácsolt, alakí-
tott felület mikrogeometriai jellemzőit (hullámosság, érdesség) valamint a felület alatti,
meghatározott vastagságú réteg:
- mikrokeménységének megváltozását (kilágyulás, felkeményedés),
- szövetszerkezeti módosulásait (pl. köszörülés),
- maradófeszültség kialakulását (amely lehet húzó vagy nyomó jellegű),
-elektromos, mágneses, vegyi (korróziós) tulajdonságainak módosulását tartal-
mazza.
A felület összes jellemzői együtt határozzák meg a felületi minőséget.
A felületi érdesség olyan kis távközű kiemelkedések és mélyedések az észlelt felületen,
melyeknek a hullámhossza kicsi a magasságához képest. [1]
3.1. Finomfelületi megmunkálások alkalmazási területei
Az esetek többségében a simító megmunkálások természetéből fakadó felületi érdesség
is megfelel az általános követelményeknek. Azonban, ha a darab felhasználása igényli
az extrém nagy felületi finomság, felületi érdesség nyújtotta kedvező tulajdonságokat,
vagy a rendkívül nagy pontosságot, a darabot finom megmunkálási eljárásnak kell alá-
vetni.
Az ipari termelés bizonyos részei igénylik a kis tűrésű alak-, helyzet- és méretpontossá-
got, valamint az alkatrész helyes működéséhez szükséges felületi érdességet.
A csapágygyártásban, az autóiparban, idomszergyártásban és a szerszámgépgyártásban
használják ezeket az eljárásokat.
8
3.2. A finomfelületi megmunkálások csoportosítása
Finomfelületi és különleges megmunkálások osztályozása: [2]
- mechanikus
o Forgácsolás
o Képlékeny alakítás
- nem mechanikus
o Kémiai anyagleválasztás
o Elektrokémiai anyagleválasztás
o Termikus anyagleválasztás
A finomfelületi forgácsoló eljárások csoportjai:
- Határozott élgeometria és határozott kinematika:
o Finomesztergálás
o Ultraprecíziós esztergálás
o Finommarás
o Stb.
- Határozott és határozatlan élgeometria, határozatlan kinematika:
o Koptató csiszolás
o forgótartályos
o centrifugál
o vibrációs
o Stb.
- Határozatlan élgeometria és határozott kinematika:
o Finomköszörülés
o Dörzsköszörülés
o Hosszúlöketű (hónolás)
o Rövidlöketű (szuperfiniselés)
o Tükrösítés (leppelés)
o Fényesítés (polírozás)
o Stb.
- Különleges eljárások:
o Mágneses abrazív
o Ultrahangos
o Folyadék és gázsugaras
o Stb.
9
A finomfelületi képlékenyalakítást alkalmazó eljárások csoportjai:
- Hagyományos
o Felülethengerlés
o Felületvasalás
o Dinamikus szilárdítás
o sörétezés
o Stb.
- Különleges
o Menetmángorlás
o Hántolás és hengerlés
o Stb.
Kémiai anyagleválasztás eljárásai:
- Maratás
- Fotokémiai
- Stb.
Elektrokémiai anyagleválasztás eljárásai
- Elektrokémiai alaksüllyesztés
- Elektrokémiai
- Köszörülés (mechanikus is)
- Dörzsköszörülés (mechanikus is)
- Sorjázás
- Stb.
Termikus anyagleválasztás eljárásai:
- Elektroeróziós megmunkálás
- Huzalelektrodás megmunkálás
- Elektronsugaras
- Lézersugaras
- Plazmasugaras megmunkálás
10
3.3. Anyagleválasztás határozatlan élgeometriájú határo-
zott kinematikával
A geometriailag határozatlan élgeometriájú szerszámmal való forgácsolás a szerszám
behatása révén kialakuló anyagleválasztás. Az élt a kemény anyagú szemcse adja, a
szemcsénél több aktív él is lehet. Az érintett elem átlagos felületi nagysága és a levá-
lasztott forgács mennyisége nagyságrenddel, nagyságrendekkel kisebb mint a határozott
élgeometriájú szerszámmal végzett megmunkálás esetén. A kötött szemcsével való for-
gácsolás erősen negatív homlokszögű szerszámmal valósul meg. Az él pályája
epiciklois.
Az elérhető méretpontosság és a felületi minőség függ:
- a munkadarab anyagától
- a szerszám anyagától
- a technológiától
- a technológia paramétereitől. [3]
Megmunkálás A Minőság (átlagos)
Pontosság Ra µm
Esztergálás
Nagyoló IT11 >12.5
N (normál
S (simító) (IT () IT 9 … IT10 1.25…6.3
P precíziós IT5 … IT 6 0.63…1.25
F (finom) IT 3 … IT 4 0.2 … 0.63
UP
(Ultraprecíziós)
<1 … 0.1 µm 0.08
Köszörülés Nagyoló IT 10 08 … 3.2
S (IT 6) IT 7 … IT 8 0.2 … 1.6
F (IT3) IT 4 … IT 6 … 0.4
Dörzsköszörülés N (normál) IT 3 … IT 6 0.01 …0.05
UP
(ultraprecíziós)
< 1 µm 0.05
Tükrösítés (leppelés)
IT 3 …IT 5 0.01 …0.02
Felületszilárdító eljárá-sok
< IT 7 Előző művelettől
(forgácsolás) függ
0.1 …1.25 felületi rétegtulaj-
donságok javulása
1. ábra
A különböző megmunkálásokkal elérhető pontosságok és átlagos érdességek [4]
11
3.4. Tükörsimítás
Határozatlan élgeometriájú szerszámmal végzett finomfelületi megmunkáló eljárás. Kis
amplitúdójú, tengelyirányú rezgőmozgást végző köszörű rudakkal végrehajtott forgá-
csolás, miközben a munkadarab forgómozgást, hosszabb munkadaraboknál a szerszám
tengelyirányú mozgást végez.
Tükörsimításnak nevezzük a kis amplitúdójú rezgőmozgást végző köszörű rudakkal
végzett forgácsolást, ahol a munkadarab forog, a szerszám axiálisan mozog.
A keresztvibrációs eljárás olyan tükörsimító eljárás, ahol a szerszám és a munkadarab
között a hosszirányú mozgásra merőleges, vibrációs mozgás is van.
2. ábra
A tükörsimítás vázlata [5]
Tükörsimítással a köszörült felületek érdességi csúcsait rövid idő alatt (10-15s) el lehet
távolítani. Nagyon termelékenynek mondható, hiszen rövid idő alatt létrehoz olyan kü-
lönlegesen finom felületet, amelyen nem, vagy csak alig ismerhetők fel a köszörűszem-
csék jellegzetes karcolatai. Az eljárással megnő az egymáson elmozduló felületek ter-
helhetősége és élettartama, jelentős mértékben csökken a kopás, nő a felület korrózióál-
lósága.
3.5. Tükörsimítás mozgásviszonyai
Esztergagépre szerelt berendezés esetén a munkadarab be van fogva a tokmányba, így
az végzi a forgó mozgást, a szerszám pedig a felülethez nyomva egyenes vonalú alterná-
ló mozgást végez. Köszörűgépre szerelt berendezésnél pont fordítva vannak a mozgá-
sok. A szerszám végzi a forgómozgást, a munkadarab pedig az egyenes vonalú mozgást.
Egyes esetben a szerszám is végezhet egyenes vonalú mozgást (pl. hosszú munkadarab-
ok esetén).
12
3. ábra
A rövidlöketű dörzsköszörülés és jellemző adatai (szuperfiniselés) [6]
3.6. A tükörsimítás megmunkálási folyamata
A tükörsimításra kerülő simított (esztergált, köszörült) felület az elő megmunkálás kö-
rülményeitől függően jellegzetes mikrogeometriai profillal rendelkeznek. A csiszolórúd
az első pillanatban a felületet takaró kenőanyagból a legjobban kiálló egyenetlenségeket
forgácsolja le. Mivel a kiálló egyenetlenségek a kopott köszörűszemcsékre nagy fajla-
gos nyomást gyakorolnak, biztosítva van a csiszolórúd megfelelő önélezése.
Az egyenetlenségi csúcsok magasságának csökkenésével nő a munkadarab hordfelülete,
és megfelelően csökken a csiszolórúdnak a forgácsolt felületre ható fajlagos nyomása.
A fajlagos nyomás ilyen változása az anyag leválasztás fokozatos csökkenésével jár,
amit az is elősegít, hogy kisebb fajlagos nyomásnál a köszörűszemcsék eltompulnak és
a csiszolórúd önélezése kisebb sebességgel megy végbe.
A megmunkáló felület és a csiszolórúd között, adott viszkozitású hűtő-kenő anyag fo-
lyadékfilmet alkot, a hordfelület növekedésével és a köszörűszemcsék életlenedésével
létrejön egy olyan állapot, amikor a csiszolórúd nyomását a folyadékfilm veszi fel és a
forgácsolás megszűnik. A tükörsimítás műveletének ciklusa ezzel automatikusan befe-
jeződik. A következő munkadarab tükörsimításának kezdetekor a kiálló anyagrészek
elvégzik a csiszolórúd újraélezését, majd az előzőekben leírt ciklus megismétlődik. [5]
13
3.7. A tükörsimítás technológiája
Tükörsimításnál igen fontos szerepe van a csiszolórúd helyes megválasztásának. Az
önélezés fontossága miatt tükörsimításnál körültekintően, a megmunkált anyag kemény-
ségétől függően kell kiválasztani a csiszolórúd kötéskeménységét.
A csiszolórúd megválasztása után a tükörsimítást befolyásoló tényezők:
- a munkadarab kerületi sebessége;
- a csiszolórúd rezgőmozgásának sebessége;
- a csiszolórúd felületi nyomása
Az első két tényező a forgácsolási folyamat kinematikáját határozza meg. Ezek értékétől
függ az egyes szemcsék által leírt pálya, s ebből adódóan az anyagleválasztás és a
megmunkált felület érdessége. [5]
4. ábra
A munkadarab hordfelületének változása a tükörsimítás idejétől függően: Baloldali ábra: mikrogeometriai profil ; Jobboldali ábra: hordfelület maximális
érdessége A tükörsimítás ideje: 1. 0s ; 2. 10s ; 3. 20s ; 4. 30s ; 5. 60s [5]
14
A forgácsoló szemcsék által a munkadarab felületére karcolt csavarvonal közepes emel-
kedési szöge a munkadarab átmérőjétől és a mozgásviszonyoktól függ:
tg α =
=K
ahol: α a felületre karcolt csavarvonal emelkedési szöge;
a a csiszolórúd rezgési amplitúdója [mm]
ncs a csiszolórúd kettőslöketének a száma [l/min]
D a munkadarab átmérője [mm]
nmd a munkadarab fordulatszáma [ford./min]
K adott munkadarab és tükrösítő berendezés esetén állandó [5]
Kísérletek szerint a csavarvonal emelkedési szögének nagysága szuperfiniseléskor befo-
lyásolja az anyagleválasztás mértékét és a megmunkált felület érdességét.
A csavarvonal emelkedési szögének növekedésével először intenzíven nő, majd fokoza-
tosan csökken, majd közel állandó értékű marad a leválasztott anyag mennyisége. [5]
5. ábra
A csavarvonal emelkedési szögének hatása a tükörsimításkor leválasztott anyag mennyiségére [5]
A tükörsimítás során a felület érdessége a megmunkálási idő növelésével egy darabig
fokozatosan csökken, majd az adott megmunkálási viszonyoktól (csiszolórúd adatai,
fajlagos felületi nyomás, hűtő-kenő folyadék viszkozitása, emelkedési szög) függő ér-
desség elérése után lényegében- bármilyen hosszú ideig is folytatjuk a megmunkálást,
nem változik. [5]
15
6. ábra
A tükörsimítás idejének hatása a felület érdességére Munkadarab: Ø 32 m; δb= 600MN/m2;
csiszolórúd: KA; szemcseméret F20(600); keramikus kötés [5]
A csavarvonal emelkedési szögének változásával azonban kezdetben csökken, majd egy
minimális értéken átjutva növekszik a felület érdessége.
A tükörsimítás után a felületi réteg az eltompult köszörűszemcsék vasaló hatása miatt
kissé felkeményedik.
7. ábra
A csavarvonal emelkedési szögének hatása a tükörsimított felület érdességére [5]
16
3.8. A tükörsimító szerszám tulajdonságai
A tükörsimító szerszám egy vagy több finomszemcséjű csiszoló rudat tartó fej. A csi-
szolótestek SiC vagy Al2O3 hasáb alakú rudacskák, kerámia- vagy bakelitkötésben. A
fejet mechanikus (excenteres, forgattyús, bütykös), pneumatikus vagy hidraulikus, eset-
leg elektronikus (lineáris motorok) rövid löketen (1,5- 6 mm) nagy frekvenciával (350-
1200 löket/perc), rezgő mozgásban tartja miközben a munkadarab lassan (6-40m/perc)
forog.
A szerszám lassú (0,1 mm/ ford.) előtolást kap. A menetmegmunkálás esetén az előtolás
a menetemelkedéssel arányos.
A hasábokat a fejbe épített rúgók nyomják a megmunkálandó felületre. A szerszám kis
felületi nyomás (5-30 N/ cm2) mellett dolgozik. [5]
3.9. A tükörsimító szerszámmal szemben támasztott köve-
telmények
A tükörsimító köszörű rúdnak egyenletes minőségűnek kell lennie. További követel-
mény még a szerszámmal szemben, hogy folyamatos önéleződés legyen, mert a szer-
szám szabályozása nem lehetséges, ugyanezen ok miatt csekély kopást szabad megen-
gedni. A ráhagyást gyorsan kell tudnia eltávolítani, és kiváló felületi minőséget kell
hagynia. [3]
8. ábra
A csiszolórúd keménységének megváltozása tükörsimításkor a megmunkálandó anyag
keménységének függvényében [5]
17
A tükörsimítás szerszámai felépítésüket tekintve köszörűszerszámok. Rideg anyagok-
hoz, például öntöttvasakhoz zöld vagy fekete szilícium-karbid, acélokhoz normál ko-
rund szemcse ajánlott.
3.10. A hűtő kenő folyadék feladata
A hűtő-kenő folyadék legfontosabb feladata a leváló fém- és szerszámrészecskék kiöblí-
tése a forgácsolási övezetből, és a szerszámműködő felületének tisztántartása.
A hűtő-kenő folyadék ellátórendszerét szűrő-ülepítő egységekkel kell kiegészíteni, ame-
lyek megakadályozzák, hogy a levált fém- vagy szerszámrészecskék visszajussanak a
munkatérbe. Az olajhányad növelésével kisebb lesz a felület érdessége, de csökken az
anyagleválasztás.
A keletkezett hő nagy részét a munkadarab fémtömege vezeti el. A köszörűrúdba, rossz
hővezetése miatt, a keletkező hőnek körülbelül 9-12%-a jut. A fentiek következtében
kialakul a munkadarab ún. állandósult hőmérséklete. Az állandósult hőmérsékletet a
munkadarab térfogata, anyagának hővezető képessége, a hűtés és a technológiai para-
méterek határozzák meg.
Az állandósult hőmérséklet növekszik a fogásmélység és a munkadarab kerületi sebes-
ségének növekedésével.
Az állandósult hőmérséklet legjobban hűtéssel szabályozható. Értékét úgy kell beállíta-
ni, hogy az a megmunkálás során változatlan legyen. Ez az állapot akkor következik be,
ha a munkadarabra jutó hő a hűtő-kenőfolyadék által elszállított, valamint a környezetbe
távozó hőmennyiséggel azonos lesz.
A köszörűrúd hőmérsékletének emelkedése a kötőanyag lágyulását, a szemcse idő előtti
kiszakadását illetve a szemcse aktív vágó élének gyorsabb elhasználódását, tompulását
jelenti.
A fellépő, a gyártási folyamatra káros hatásokat minimalizálni kell.
Ennek lehetséges eszközei:
- ásványi vagy növény bázisú olajok használata
- vízbázisú szintetikus vagy növényi olaj emulziók használatával
-megmunkálás különleges összetételű vizes oldatokkal (víz és szerves vagy szin-
tetikus adalékok keveréke)
18
Az alkalmazott hűtési-kenési móddal szemben támasztott műszaki követelmények:
- kenés
- hűtés
- tisztítás és forgácsszállítás
- nyomásállóság EP adalékkal (kén és klór tartalommal)
- jó szűrés
- jó nedvesítés
- jó védelem a korrózióval szemben
- vegyi stabilitás,PH érték8.5-9.2 között
- alacsony habzás
- összeférhetőség a fémekkel és festékekkel, tömítőanyagokkal
- könnyű lemoshatóság
- bőr-és környezetbarátság, könnyű lebomlás
- biológiai stabilitás,a gombaképződést gátolja meg
A hűtő-kenő folyadéknak az érintkezési zónákba való jutását különböző formájú flexi-
bilis hűtőcsatornákon keresztül történik. A csővégeken található lapítások kalibráltak, s
a nyílásokon kiáramló hűtő- kenő folyadék sebessége ezáltal megnő, nyomása pedig
lecsökken. [7]
3.11. A tükörsimítás alkalmazási területei
Az eljárásváltozatok száma a felhasználási területtől függően igen magas. A legnagyobb
részarányt a csapágyipar képviseli, a golyó kivételével valamennyi gördülőpályáját
(külső, belső gyűrű), ill. gördülőelemet tükörsimítással munkálnak készre. A gépjármű-
iparban forgattyús és vezértengelyek, szelepemelő tőkék, az általános gépgyártásban
dugattyúrudak, hidraulikai elemek, tengelycsapok, gömbcsapok gyártása során alkal-
mazzák. Csúcs nélküli tükörsimítással készülhet például a dugattyúcsapszeg, és a hen-
gergörgő.
3.12. A tükörsimítás gépi berendezései
A szuperfiniselés elvégezhető külön berendezéssel, célgéppel, azonban újabban eszter-
gapadra szerelhető kivitelben is készül.
19
4. Szabadalom kutatás
4.1. 1.Szabadalom
Kúpgörgős csapágy külső gyűrűjének belső, kúpos felületének megmunkálását tartal-
mazza ez a szabadalom. A kérelmet Tai Ozaki, Fukano Tomeo Fukano és Tooru
Sugiyama japán mérnökök nyújtották be 2001 februárjában.
A csapágyakat a befogó szerkezet egy támasztógörgőhöz nyomja, meghatározva a szer-
szám és a csapágy helyzetét. A köszörűkövet tartó kar végzi az alternáló mozgást és ez a
kar végzi a kőnek a kúpos felülethez való nyomását is. A munkadarab lassú forgást vé-
gez, így a teljes belső felület megmunkálható
Fontos hogy a köszörű rúd kicsi legyen, ne zavarja a megmunkálást azzal, hogy meg-
munkálandó felületen kívül más felületen is érintkezik a belső kúpos felülettel.
9. ábra
A mozgások egyszerűsített rajza [8]
20
10. ábra
A köszörűrúd elhelyezkedése a kúpos felületen [8]
α: a kúpos felület és a tengelyvonal által bezárt szög (általában 5-25° között változik)
: a köszörűrúd elhajlási szöge
B: érintkező felület hossza [mm]
A köszörűkövet egy rugós mechanizmus szorítja a befogó szerkezet falához. A házban
(73) egy finommenetes csavar (77) állítja be a rugó (83) erősségét. A rugó (83) egy
gömbfejjel (81) kapcsolódik a köszörűkőhöz (67).
11. ábra
A befogó szerkezet rajza [8]
21
12. ábra
A tárcsa befogó szerkezete [8]
A köszörűkő a 69-es betűkóddal ellátott szerkezettel rögzül a házhoz (63). Az előtolást
az 57-es jelzésű szerkezet végzi egy közvetítő elemen (72) keresztül. A közvetítő elem
kicsúszását és pozícionálását egy csap (59) és egy görgős elem (61) végzi. A csapágy
(45) a befogó elemen (5) keresztülvégzi a forgó mozgást.
Az eljárás előnyének mondható a különleges alakzat megmunkálása, a köszörűkő köny-nyű cserélhetősége. Az alternáló mozgás sokféle mechanizmussal megvalósítható. A
különleges előtoló egység alkalmazásával a felületi nyomás szabályozása egyszerű.
Elég bonyolult eljárás, nagyon sok elemet tartalmaz, amelyek gyártása és üzemben tar-tása bonyolult. A kúposság 5-25° között változtatható ennél kisebb vagy nagyobb szö-get nem lehet beállítani. A nem megfelelő beállítás mellett a köszörűkő nem csak a kí-
vánt felület mentén, hanem egyéb helyeken is a felülethez érhet.
22
4.2. 2. szabadalom
Gisaboro Gundo excenter hajtású szuperfiniselő berendezése, amit 1969-ben szabadal-
maztatott.
13. ábra
Exctenteres megoldás rajza [8]
Ez a megoldás tulajdonképpen kettő karral rendelkezik, az ábrán azonban csak egy kar
lett feltüntetve. Csapágyak belső és külső felületeinek megmunkálására, párhuzamos
felületek, síkok megmunkálására használják.
A 11-es számmal jelzett házhoz rögzülnek a 13-as számmal jelzett vibrációs részegysé-
gek. Ezek tartalmazzák a csapágyakat (14) valamint a két főtengelyt (12). A meghajtó
tengely (15) egy excenteren keresztül (16) érintkezik a vibrációs egységekhez. A vibrá-
ciós egységeket az excenterhez rugók(17) egy csavarral (18) szorítják. Egy-egy vibrá-
ciós egységen található a köszörűkövet tartó kar (22) a köszörűkővel (21). A kart egy
házban található (23) amelyet az egyes tengelyekhez külön-külön rögzítünk (19,20).
Az excenter tárcsákat tartó tengelyen excentrikusan csapágyazott, az erők helyes ki-
egyensúlyozása miatt. A mozgás lényeges eleme a rugós mechanizmus, ami állítható
nagyságú, a rugók cserélhetőek.
A szerkezet előnyének mondható, hogy viszonylag nagy kiterjedésű felületet meg lehet
munkálni, az elemek többsége könnyen cserélhető.
Hátránya azonban az excenter bonyolult megmunkálása, az amplitúdó szabályozása. Az
excenternek viszonylag nagy tömeget kell mozgatnia, ezáltal fokozottan ki van téve a
súrlódás okozta kopásnak, ami a pontosságot befolyásolja. Nagyobb teljesítményű vil-
lamosmotort igényel a szerkezet. Az excenter, vagy az egyik kart tartó szerkezet esetle-
ges meghibásodása mindkét kart befolyásolja.
23
4.3. 3. Szabadalom
Szuperfiniselő eljárás belső menetek megmunkálásához. Chuichi Sato és Yoshimitsu
Suganuma kérelmezte ezt a szabadalmat 1990-ben.
14. ábra
A szuperfiniselő kar és a leválasztás folyamata [8]
Az eljárást tipikusan golyósanyák meneteinek megmunkálására fejlesztették ki. A be-
nyúló karon (9) található a köszörűkő (10) ami megmunkálja a golyósanya (6) boltíves
menetét (7). Jellemzően három mozgás van jelen. A tokmányba fogott golyós anya vég-
zi a forgó mozgást (B), a benyúló kar pedig végzi az előtoló (C) és az alternáló mozgást
(A).
A köszörűkő megmunkáló felülete gömb felület, amely kisebb mint a menet sugara. Az
eltérés kihasználva lesz képes a szerkezet a felület megmunkálására. A köszörűkő a
menetemelkedéshez képest β szögben helyezkedik el. A menetemelkedés normálsíkja és
a köszörűkő elhelyezése közti szög γ. A szögeknek megfelelően koordináta rendszere-
ket vehetünk fel a mozgások jobb leképzésére (x`,y`, x``,y``).
24
15. ábra
A megmunkálások az egyes síkokban [8]
A köszörűszög bedöntési síkjában a köszörűkő alakjának megfelelően r sugarú profilt
hoz létre az eljárás. A normál síkban az alternáló mozgás miatt két szélső helyzet lép
fel, R sugarú két félkört létrehozva.
16. ábra
A köszörűrúd megmunkáló felületei [8]
25
Az eljárás hatásosan kiküszöböli a profiltorzulásból fakadó hibákat. Megnöveli a go-
lyósanya és a golyók érintkező felületét. Bármilyen menetemelkedésű golyósanya
megmunkálható, rendkívül megbízható eljárás.
Hátránynak mondható a benyúló kar pontos megmunkálásának igénye és a köszörűkő
elhelyezésének bonyolult megvalósítása. A kar benyúlásának hossza nem állítható, kor-
látozott megmunkálási hossz van, a munkadarabot meg kell fordítani ahhoz, hogy a me-
net teljes hossza meg legyen munkálva.
5. Piackutatás
A piackutatás során igyekeztem megismerni és összehasonlítani a piacon kapható ter-
mékek, felkutatni a legfontosabb funkciókat az egyes gépeken.
5.1. Supfina
A Supfina cég széles választékban kínálja a szuperfiniselő készülékeket az ipar minde-
gyik területére. A 17. ábrán látható gép belső felületek megmunkálására szolgál. Függő-
leges tengelyére rögzül a köszörű rúd, amely függőleges irányú alternáló mozgást vé-
gez, miközben az asztalra rögzített tárgy lassú forgást végez. Az előtoló mozgást a kö-
szörű rudat tartalmazó kar végzi.
A gép NC vezérléssel rendkívül rövid megmunkálási idővel rendelkezik.
17. ábra
Belső felületek megmunkálására használt eljárás a Supfina cégtől [11]
26
5.2. Supfina
A 18. ábra golyós csapágyak belső felületeinek megmunkálására használatos eljárás.
Benyúló karon helyezkedik el a köszörű rúd, a benyúló kar dőlés szögét lehet változtat-
ni, így akár kúpos felületeket is meg lehet munkálni. A főmozgást a kar végzi, az előto-
ló mozgást a köszörű rudat tartó kar, a mellék, forgó mozgást az asztalra fogott munka-
darab, illetve az azt hajtó kerekek végzik.
Az eljárás közepes és nagy csapágyak felületeinek megmunkálására szolgál, a készülék
NC vezérléssel működik. Széles körben használják a gyors megmunkálási késsége mi-
att.
18. ábra
Golyós csapágyak belső felöleteinek megunkálására használt eszköz a Supfina cégtől [12]
27
5.3. Antil
Az Antil cég kínálatában egy 6 tengelyes megmunkáló cella használatos felületek szu-
perfiniselésére. A 19. ábrán feltűntetve megtalálhatók a gépre jellemző mozgások.
Jellemzően külső felületek megmunkálására használatos a szerkezet, azonban nagyobb
átmérőjű belső felületeket is képes megmunkálni.
Az ipar előszeretettel alkalmazza, hiszen 6 tengely körüli mozgásokat képes megvalósí-
tani, koncentrált, viszonylag kis térben.
19. ábra
Szuperfiniselő cella az Antil cég kínálatából
28
5.4. Összegzés
A szabadalmak és a piackutatás elvégzésével megismerkedtem a szerkezet legfontosabb
építőegységekkel és azok legfontosabb funkcióival.
A szerkezet alapvető egységei:
- motor
- motort és a dolgozó részt összekötő egység
- dolgozó rész
A motor legfontosabb funkciója, hogy alternáló mozgást végezzen. A motort rögzíteni
kell valamilyen módon az esztergához. Ennek a rögzítésnek oldhatónak kell lennie. Biz-
tosítani kell a szerkezet merevségét, ugyanakkor az esztergáról érkező gerjesztett rezgé-
seket hatástalanítani kell. A rögzítés történjen a szegnyereg helyén, vagy a keresztszán-
hoz valamilyen módon, szabványos elemek használatával.
Az összekötő egységnek kapcsolatot kell teremtenie a motor mozgását végző tengelyé-
vel. Az esetleges használhatatlan gerjesztett rezgéseket semlegesíteni-e kell. Az előállí-
tott mozgást a lehető legnagyobb hatásfokkal kell továbbadnia a munkát végző elem-
nek, elemeknek. A hűtő-kenő folyadék az összekötő elemhez való szállításáról és elve-
zetéséről gondoskodni kell.
A munkát végző elem legfontosabb funkciói a köszörű rúd rögzítése, a megfelelő felüle-
ti nyomás előállítása. A köszörű rúdnak a lehető legtöbb érdességi csúccsal kell kapcso-
latba lépnie a legjobb felületi minőség elérése végett. A tájolás, központosítás meghatá-
rozó része a munkavégző egységnek. A szerszám pozícionálásához szükséges valami-
lyen állítható távolságmérő berendezésre. A leválasztott anyagmennyiséget el kell távo-
lítani az érintkezési pontokból. Ehhez kenésre van szükség, valamilyen fluidum haszná-
latára. A fluidom megfelelő elvezetéseiről gondoskodni kell.
29
Jelölések:
rö rögzítés a szerszámgéphez
há ház
re rezgetés, alternáló mozgás végzés
f fej
szo szorítás
sz szerszám
h-k hűtő-kenő folyadék vezetés
hű hűtés
20. ábra
Funkció Struktúra
30
6. Lengő mozgásokat előállító mechanizmusok
A mechanikai rezgés vagy lengés oszcilláló mozgást jelent egy egyensúlyi állapot körül.
Szuperfiniselésnél alkalmazható mechanizmusok lényege a forgó mozgás lineáris mozgássá
történő átalakítása, a lehető legjobb hatásfokkal.
Az oszcillálás lehet periodikus (pl. inga) vagy rendezetlen, véletlenszerű. A rezgéseknek
alapvetően két fajtája van.
Szabad rezgéskor a mechanika rendszert kimozdítjuk az egyensúlyi állapotból majd magára
hagyjuk, engedjük hogy szabadon, minden más hatás nélkül rezegjen. A rendszer ekkor egy
vagy több sajátfrekvenciának megfelelően fog rezegni és folyamatosan csillapodik, majd
megáll.
Gerjesztett rezgéskor a mechanikai rendszerre alternáló erő vagy mozgás hat. A gerjesztett
rezgés során a rezgés frekvenciája a gerjesztés frekvenciájától függ, erőssége szoros össze-
függésben van a mechanikai rendszer jellemzőivel.
A lengéskeltő berendezésekben fontos, hogy a gerjesztő erő nagysága és a frekvenciája vál-
toztatható legyen.
A mechanizmusokat működés szerint két csoportra lehet osztani:
- mechanikus
- villamos
Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló mechanikus mechanizmusok:
- Közvetlenül mozgató mechanizmusok:
o bütykös mechanizmusok
o kulisszás mechanizmusok
o forgattyús mechanizmus
o excenteres megoldás
- Rugós gerjesztés
- Gerjesztés tehetetlenségi erővel
- Centrifugál rezgető
- Hidraulikus és pneumatikus lengéskeltő
Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló villamos mechanizmusok:
- piezo elektromos mechanizmussal
- elektrodinamikus rezgető
- elektromágneses
31
6.1. Közvetlenül mozgató mechanizmusok
Ha a lengőrendszert útgerjesztéssel kívánjuk mozgatni, motorral hajtott karos vagy bütykös
mechanizmust építünk. Az ilyen gerjesztők frekvenciája a motor fordulatszámával változtat-
ható. Készíthető olyan mechanizmus is, ahol menet közben változtatni tudjuk a löket nagysá-
gát. A mozgó alkatrészekre ható tömegerő és a csapágyazások miatt a szerkezetek általában
csak 100 Hz-ig használhatók. Az egymással kapcsolódó alkatrészek közt levő hézagok nem
kívánatos felharmonikusokat okozhatnak a gerjesztett rezgésben. [10]
6.1.1. Bütykös mechanizmus
A bütykös mechanizmusok általában két tagból állnak. A bütyök egy olyan általában nem
hengeres tárcsa mely a tengellyel együtt forog, egy darabból készül vele vagy a tengelyre van
felékelve. A tengelyt hajtják meg és a bütyökhöz simuló lengőkar a bütyök palástjának görbe
felületének megfelelően tér ki. A lengőkart általában rúgó alkalmazásával szorítják rá a bü-
työkre. A vezetett tag a kialakítástól függően végezhet sugár- és tengelyirányú mozgást.
Ezzel a mechanizmussal elviekben tetszőleges periodikus mozgás megvalósítható.
A mechanizmus feladata, hogy állandó szögsebességű tengelymozgása egy másik elem meg-
szabott alternáló mozgását eredményezze. [9]
21. ábra
Bütykös mechanizmus vázlata
32
A mechanizmus fajtái:
- Rugó és támasztórúd alkalmazása nélkül
o a csuszka egyenes vezetékben mozog, pontszerű csúcsával támaszkodik a bü-
työknek
o a csuszka egyenes vezetékben mozog,görgős csuszka alkalmazása
- Rúddal megtámasztott
o görgős
- Rúddal és rugóval megtámasztott
o görgős
6.1.2. Kulisszás mechanizmus
A kulisszás mechanizmus folytonos forgó mozgást alternáló egyenesvonalú mozgássá alakító
mechanizmus. Többféle kivitele ismert, az egykulisszás hajtómű az egyenletes körmozgást az
időben szinuszos lefutású lengőmozgássá alakítja, így harmonikus lengőmozgást valósít meg,
harmonikus útgerjesztésként is használható. Másik ismert változata a gyalugépekben és véső-
gépekben alkalmazott kétkulisszás hajtómű, melynek előnye, hogy a munkaütemben (amikor
a gyalukés forgácsol) lassabban mozog a szerkezet, viszont a terhelés nélküli üresjárati visz-
szautat (holtlöket) a kos gyorsabban teszi meg. [9]
A kulisszás mechanizmus elviekben harmonikus gerjesztést ad.
22. ábra
Egykulisszás hajtómű vázlata
33
A forgattyús tengely forgattyúja egy csúszkában, az úgynevezett kulisszakőben van csap-
ágyazva. A forgattyú körbefordulásakor a kulisszakő a kulissza vezetékéhez képest függőle-
ges irányban mozog.
A kulissza nem rögzített, hanem vízszintes vezetékben alternáló mozgást végezhet. Ha a for-
gattyúkar sugara r, a kulisszakő függőleges irányban 2r és a kulissza vízszintes irányban
ugyancsak 2r hosszú pályát jár be. Az ω szögsebességű forgattyús tengely esetén a kulissza x
elmozdulása, v sebessége és a gyorsulása az alábbiak szerint írható:
x = r (1-cos(ωt)),
v = rω (1-sin(ωt)),
a = rω2 (1-cos(ωt)),
6.1.3. Forgattyús mechanizmus
A forgattyús mechanizmus folyamatos körmozgást folyamatos egyenesvonalú lengőmozgássá
illetve egyenesvonalú lengőmozgást körmozgássá átalakító mechanizmus.
A forgattyús mechanizmus négy tagból álló síkbeli karos kinematikai lánc, melyből az egyik
tag a merevnek tekintett talaj. [9]
23. ábra
A forgattyús mechanizmus elvi rajza
A forgattyús mechanizmus fő részei:
- Forgattyú. Egy tengelyre szerelt vagy vele egy darabból készített kar
- A hajtórúd egyenes rúd, mindkét végén csapágyazva, egyik csapágya a forgattyú csap-
jához, a másik a keresztfej csapjához illeszkedik.
- Keresztfej egyenes vezetékben csúszó gépelem (kinematikai fogalommal csúszka),
melynek csapjára a hajtórúd másik csapágya csatlakozik.
- A negyedik tag a talaj, vagyis a szilárdnak tekintett alap vagy gépkeret, melyhez rög-
zített a forgattyústengely csapágya illetve a keresztfej
34
A forgattyús mechanizmusnál fontos dolog a kiegyensúlyozás kérdése. Azon esetben, ha a
tervező nem gondoskodik megfelelően a kiegyensúlyozásról, olyan mechanikai rezgések lép-
hetnek fel, amelyek működésképtelenné teszik a mechanizmust. [9] A forgattyús mechaniz-
musok keresztfejének mozgása a forgattyú sugár és a hajtórúd hosszának viszonyától függően
felharmonikusokat tartalmaz. [10]
6.1.4. Excentert alkalmazó mechanizmus
A mechanizmus lényegében két egymáshoz illesztett tárcsán alapul. A tengelyhez közvetlenül
kapcsolódó tárcsára, annak tengelyközéppontjától eltérő helyre rögzítjük egy másik tárcsát.
(Ennek a tárcsának az átmérője kisebb vagy azonos az eredeti tárcsáéval.) A rögzített tárcsá-
hoz egy rudat erősítünk oly módon, hogy a tárcsa körül szabadon tudjon forogni. A tárcsák
forgatásakor belendül a hajtórúd is, amelynek szabadon nem futó része egy alternáló mozgást
fog végezni, hasonlóan a forgattyús tengelyhez.
24. ábra
Excentert alkalmazó mechanizmus elvi rajza
35
6.1.5. Rugós rezgető
Ez a mechanizmus erőgerjesztést ad a vizsgálandó lengőrendszer tömegére. A periódikusan
változó rugóerő visszahat a hajtószerkezetre. A fordulatszám ingadozás csökkentése érdeké-
ben célszerű a hajtó tengelyre nagy tehetetlenségi nyomatékú lendítőkereket ékelni.
25. ábra
Rugós rezgető elvi rajza
6.1.6. Gerjesztés tehetetlenségi erővel
Az m` tömeget a lengőrendszer m tömegéhez képest a motorral hajtott forgattyús mechaniz-
mus elmozdítja. Ha a hajtórudat végtelen hosszúnak vesszük, feltételezzük hogy az m tömeg
elmozdulása a forgattyús mechanizmus sugarához képest kicsi, akkor m` tömegre ható tehe-
tetlenségi erő a 0 csapágyon keresztül valódi erőként gerjeszti az m tömeget. [10]
26. ábra
A tehetetlenségi gerjesztő elvi rajza
36
6.1.7. Centrifugális rezgető
Az álló tengely körül körülforgó kar végére szerelt m` tömegre tehetetlenségi erő hat. Ez ter-
heli a 0 csapágyat. Az erő nagysága állandó, iránya pedig változik.
27. ábra
A centrifugális rezgető elvi rajza
Ha a kart a lengőrendszer tömegében csapágyazzuk, és ez a rendszer csak egy irányban moz-
dulhat el, a rendszer gerjesztett rezgéseket fog végezni.
A centrifugális rezgetőket jellemzően fárasztó vizsgálatokra használják. Általában egyenára-
mú motorral forgatják a fő tengelyt, aminek a fordulatszáma jól szabályozható. Az erőhatás
erősségének a változása az m` tömeg és az r sugár szorzatától függ.
A gerjesztő tömeg kiegyensúlyozott tárcsa, amely megfelelő furataiban alumínium rudak ke-
rülnek elhelyezésre.
A gerjesztő tömeg lehet valamilyen folyadék is, ilyenkor a gerjesztő tömeg nagysága és az
excentricitása csak álló helyzetben változtatható.
37
6.1.8. Hidraulikus mechanizmus
Az alternáló mozgást egy dugattyús munkahenger végzi. A dugattyú egyik oldalára folyadé-
kot engedünk, a dugattyú falán nyomás alakul ki, kimozdul. A visszavezető mozgás, a dugaty-
tyú másik falára engedett folyadék nyomásából származik. A megnövekedett nyomás miatt a
dugattyú visszatér eredeti helyzetébe.
A hidraulikus alternáló mozgáshoz nagyon sok, viszonylag bonyolult, hely igényes szerkeze-
tek sora szükséges (vezérlő főszelep, szelepek, szivattyú). A mozgás viszont könnyedén sza-
bályozható a folyadék mennyiségével, nyomásával.
A mozgás előállításához alkalmazhatunk egyoldali vagy kétoldali működtetésű hengereket is.
28. ábra
Egyoldali mködtetésű munkahenger
29. ábra
Kétoldali működtetésű munkahenger
38
Az alternáló mozgást létrehozhatjuk különféle membránok segítségével is.
A membrán egy vékony rugalmas lemez vagy hártya. A gerjesztett rezgés lehet mechanikus,
pneumatikus, hidraulikus esetleg elektromos.
30. ábra
Membránt alkalmazó mechanizmus
6.1.9. Alternáló mozgás, pneumatikus mechanizmussal
A mozgás előállítása azonos a hidraulikus mechanizmussal, a lényegi különbség az, hogy
pneumatikus mechanizmusnál sűrített levegőt használunk folyadék helyett.
A szabályozás hasonló paraméterekkel történik, mint a hidraulikus rendszernél.
39
6.2. Az oszcilláló mozgások megvalósítására szolgáló villamos
mechanizmusok
6.2.1. Piezo elektromos jelenséget alkalmazó mechanizmus
A piezoelektromosság olyan elektromos jelenség, melynek során bizonyos anyagokon
(kristály, kerámia) összenyomás hatására elektromos feszültség keletkezik, illetve elektromos
feszültség hatására alakváltozás jön létre.
A mechanizmus alapja az elektrostrikció. Lényege, hogy villamos térbe helyezve egy kvarc-
kristályt felülete deformálódik, egyik irányba megnyúlik, a másikba összenyomódik. A rákap-
csolt feszültségnek köszönhetően e megnyúlás és összenyomódás többször előfordul, mely
hatására rezgőmozgást végez a kristály.
31. ábra
A piezo elektromos mechanizmus elvi vázlata egy kvarckristályban [6]
6.2.2. Elektrodinamikus rezgető
Az 1 és 2 jelzésű alkatrészek ferromágneses anyagból készültek és a gyűrű alakú légréssel
együtt mágneskört alkotnak. Ezt a tekercsbe (3) vezetett egyenáram gerjeszti. A légrés mág-
neses indukciója a gerjesztő árammal arányos és sugár irányú. A mágneses tér jó közelítéssel
homogénnek tekinthető. A légrésbe elhelyezett tekercsben (L) rezgető áramot vezetünk, ami a
mágneses térből kifelé fog mutatni. A létrehozott erő függ a menetszámtól, a menethossztól,
az áramerősségtől és a mágneses indukciótól. A létrehozott erő átadódik a mozgató rúdnak
(m), amit egy visszatérítő rugó szabályoz. (4)
40
32. ábra
Elektrodinamikus gerjesztővel rezgetett lengőrendszer
6.2.3. Lineáris alternáló mozgás elektromágneses elv alkalmazásával
Lineáris motorokat előszeretettel alkalmaznak alternáló mozgás megvalósítására.
A lineáris indukciós motor primer része legtöbbször téglatest alakú lemezelt vasmagból áll,
amelynek hornyaiba helyezik el a többfázisú elosztott tekercselést. A hornyokba elosztott és
általában háromfázisú árammal táplált tekercselés (a sík lineáris felépítés miatt) haladó mág-
neses teret hoz létre.
A szekunder rész ebben az esetben szintén téglatest alakú, amelynek ha vannak hornyai, akkor
ennek tekercselése a forgó motor kalicka rúdjaihoz hasonlóan, létra-szerűen kialakított. A
haladó mágneses tér a szekunder rész kalickájában feszültséget indukál, ez a feszültség a zárt
kalickarendszer esetén áramot hoz létre. A szekunder kalicka rúdjaiban folyó áram és a haladó
mágneses tér kölcsönhatásaként olyan erő keletkezik, amely a mozgórész egyenes vonalú
mozgását eredményezi. A mozgórész akár a primer, akár a szekunder rész is lehet, ezért a
lineáris motorokat - ebből a szempontból - két csoportba sorolhatjuk. Megkülönböztetünk
mozgó primer részű, ill. mozgó szekunder részű lineáris motorokat.
A lineáris motorok másik csoportosítási lehetősége abból következik, hogy a gyakorlatban kivite-
lezhető motorok véges hosszúsággal rendelkeznek. Ily módon a lineáris további két fajtáját szokás
megkülönböztetni, mégpedig a rövid primer részű (ebben az esetben a szekunder rész az adott
pálya hosszúságú), ill. a rövid szekunder részű motorokat, (természetesen ebben az esetben az
adott pályahosszt kell tekercseléssel ellátni).
41
33. ábra
Lineáris motor tekercseiben ébredő fluxus [10]
A lineáris motorok direkt elektromágneses motorok, amelyek mechanikus sebességváltó nél-
kül képesek különböző sebességeket megvalósítani.
A világon viszonylag kevés cég foglalkozik lineáris motor gyártásával és üzemeltetésével.
Legismertebb cégek Linmot, Simel, Moticont, Technotion.
A lineáris motorok széles változatai léteznek, de néhány közös elemük megegyezik.
Alapvetően két részből áll a lineáris motor.
- Csúszka
- Állórész
A csúszka neodímium mágnest tartalmaz, amely egy nagyon precízen megmunkált rozsda-
mentes acélcsőben van elhelyezve.
Az állórész tartalmazza a motor tekercseit, a csúszka csapágyazását, a pozícionáló egységet a
mikroprocesszorokat és a felügyeleti egységeket.
A fő részeken kívül további szabványos egységeket is megtalálunk.
- Lineáris motor egység: a mozgást megvalósító egység, előállítja a szükséges erőt és
teljesítményt
- Szervo egység: pozícionálásért felelős, digitális és analóg fajtái is forgalomban vannak
- Ellátó egység: vezérlés a fő feladata, minden folyamatot ez az egység felügyel
- Kábel: kapcsolatot teremt a csúszka és az állórész között, áramellátás a feladata
- Lineáris útmutatók, vezetők: a megvezetés módjairól, a szabványos felfogásról gon-
doskodnak
- Rögzítő egység: szabványos rögzítő elemek, amelyekre a munkavégző egységeket, to-
vábbi részegységeket szerelhetünk
42
6.3. Mechanizmusok összehasonlítása
Mechanizmusok Tulajdonság
Előállítható erő
Előállítható sebesség
Legnagyobb gyorsulás
Előállítható frekvencia
Szabályozhatóság Beszerelési bonyolultság
pontosság ár összesített pont
Bütykös 12 12 10 11 12 4 11 1
Kulisszás 9 9 11 10 8 5 10 2
Forgattyús 11 10 9 9 11 3 12 3
Excenter 10 11 12 12 9 2 9 4
Rúgós gerjesztésű 6 6 4 5 10 6 8 7
Tehetetlenségi erőn alapuló
5 4 5 6 4 7 5 8
Centrifugál gerjeszté-
ses
4 5 8 4 5 8 4 9
Hidraulikus 8 8 6 8 9 11 7 6
Pneumatikus 7 7 7 7 7 10 6 5
Piezo elektromos 2 2 3 2 3 12 2 11
Elektrodinamikus 3 3 2 3 2 9 3 10
Elektromégneses (lineáris motorok)
1 1 1 1 1 1 1 12
34. ábra
Összehasonlító táblázat
Legjobb:1 Legrosszabb: 12
Választott alternáló mozgást megvalósító mechanizmusom a lineáris motoros mechanizmus.
43
7. Az alternáló mozgást megvalósító mechanizmus rögzítése
Az alternáló mozgást megvalósító motort rögzíteni kell az esztergához. A rögzítés tör-
ténhet a szegnyereghez, a keresztszánhoz és a késtartóhoz.
A rögzítésnek szabványos elemekből kell felépülnie, a motort mereven kell tartania, az
eszterga rezgéseit fel kell fognia valamint a motor által gerjesztett rezgéseket fel kell
emésztenie.
35. ábra
Szegnyereg helyére fogott készülék elvi rajza
Az eszterga keresztszánjához való rögzítés megoldható lemezekkel valamint rugókkal,
esetleg rugalmas lemezzel. A lemezek és a rugók a keresztszánhoz való rögzítését csa-
varokkal oldjuk meg.
36. ábra
Két lemez és gumilap felfogási megoldás
37. ábra
A két lemez között apró rugókat helyezünk el
44
38. ábra
A két lemez közé gumi gyűrűket teszünk
39. ábra
Két lemez közé gumicsíkokat rögzítünk
A készüléket felfoghatjuk a késtartóba is. A felfogó lapot egy T alakú lemez segítségé-
vel tudjuk rögzíteni a késtartóhoz.
40. ábra
Késtartóhoz fogott eszköz elvi rajza
45
A szegnyereghez való rögzítésnél a kihajlás pontatlanságot okozhat, a késtartóhoz való
fogásnál a rezgések csillapítása nehéz. A keresztszánhoz való rögzítésnél a legnagyobb
a hely a csillapítások megvalósítására.
A választott rögzítési módom a keresztszánhoz való rögzítés lesz.
8. Az összekötő egység
Az összekötő egység a motort és a munkavégző elemet köti össze. Semlegesíteni-e kell
az esztergáról érkező zavaró gerjesztéseket. A lehető legnagyobb hatásfokkal kell bír-
nia. Biztosítani kell a munkavégző elem mozgásához szükséges merevséget, szabványos
elemekből kell felépülnie. Az esetleges kenésről biztosítani kell az egységet.
A motorból kilépő tengely és a megmunkáló tengely lehet azonos, vagy különböző.
Ha a két tengely egy és ugyanaz, a szerkezet merevsége biztosított, megvalósítása egy-
szerű, hiszen esztergálással létrehozható a megfelelő átmérő. A rezgéscsillapítása anya-
gon belül történik meg, tehát nem rezgéscsillapítás szempontjából nem a legoptimáli-
sabb megoldás.
Ha a két tengely nem azonos, köztük kapcsolatot kell létrehozni.
A két tengely összekötheti:
- Rugalmas elem
- Rugó
- Merev elem
Rugalmas elem lehet valamilyen tárcsa vagy lap. Merev elem nem valósítja meg a kellő
rezgéscsillapítást.
46
41. ábra
Két tengelyt összekötő elem
A lineáris motor tengelye (1) és a munkavégző elem tengelye(7) egy rugalmas tárcsa (5)
teremt kapcsolatot. Ez a tárcsa egy retesszel (2) rögzített fém tárcsához (3) csavarokkal
(4) (6) rögzül a lineáris motorhoz és a munkavégző elem tengelyéhez.
A két tengely között rugók segítségével is teremhetünk kapcsolatot. A rugókat reteszelt
fémtárcsákhoz rögzítjük. A mozgás energiáját a rugók viszik át egyik tengelyről a má-
sikra. A kihajlás veszélye fennáll, valamint a rugók hatásfoka nem optimális, gyengítik
a szerkezet merevségét.
42. ábra
Két tengely között rugókkal megvalósított kapcsolat
47
43. ábra
Egy rugót alkalmazó szerkezet
A rugóakkor tompítja a gerjesztett rezgéseket, ha a gerjezstett rezgéssel ellentétes
fázisban van. A rugós átvivő eszközök alkalmatlanok a megvalósításra.
Az összekötő egységnek az energia átadáson kívül feladata még a pozícionálás is.
A mozgó tengely megvezetése történhet valamilyen görgős-, vagy súrlódó felületes
megvezetéssel. Egyes kialakításoknál az összekötő elemen alakíthatjuk ki a kellő nagy-
ságú felületi nyomást.
44. ábra
Görgős megvezetés, felületi nyomást biztosító rugókkal
A mozgó tengely egy hüvelyben mozog. A hüvelyt rugók állítják megfelelő nyomásra.
A rugók helyett, gumigyűrűket is alkalmazhatunk, amik a gördülést és a megfelelő
nyomást is előállítják.
48
45. ábra
Súrlódó felületet alkalmazó egység
A súrlódó felületet alkalmazó szerkezeti egység rendkívül merev, azonban szabályozá-
sa, beállítása rendkívül pontos megmunkálást igényel.
Az összekötő egységnek két különböző tengelyt választok. A lineáris motor kiegészítője
egy gördülő vezetékes rendszer, ami a szabványos felfogást biztosítja. Ehhez rögzítem a
megmunkáló rész tengelyét. Nem alkalmazok sem gördülő vezetékes, sem súrlódó
felületes megvezetést, hiszen az esztergán nem lépnek fel akkora rezgések, hogy
indokolttá tegyék bármelyik vezetékezést, illetve akármilyen rezgéscsillapító
alkalmazását.
9. Megmunkálást végző elem
A munkát végző elem legfontosabb feladata a felületi nyomás biztosítása, a megfelelő
pozícionálás. A legjobb felületi minőség akkor jön létre, ha a köszörű rúd a lehető leg-
több érdességi csúccsal lép kapcsolatba. A köszörű rudat a megmunkálás alatt rögzíteni
kell, valamint biztosítani kell a köszörű rúd cserélhetőségét. A leválasztott anyagot el
kell távolítani a megmunkálás helyéről hűtő-kenő folyadék alkalmazásával.
A golyósanyának gótikus belső menete van. A hasznos és megmunkálandó részt a
46.ábra tünteti fel.
46. ábra
Gótikus menet hasznos menethossza
49
Az anyagleválasztás történhet:
- csak köszörű rúddal
- köszörű rúd és emulzió együttes alkalmazásával
A köszörű rúd nagysága:
- megegyezik a menetprofillal
- kisebb mint a menetprofil
A köszörű rúd alakja lehet:
- hasáb
- gömb
A megmunkáló fej tarthat:
- egy köszörű rudat
- több köszörű rudat
Az anyagleválasztás alapvetően a köszörű rúd minőségétől és alakjától függ. Köszörű
rudat valamint hűtő-kenő folyadékot alkalmazva, a köszörűrúd egyenetlenül fog kopni
az eltérő kerületi sebességek miatt, és az elérhető pontosság romlani fog.
47. ábra
Köszörűrúddal végzett megmunkálás
Az 1. és a 2. pont kerületi sebessége azonos, azonban a terhelő erő az egyes pontokban
különbözik. Az 1. pontban nagyobb a terhelő erő, hiszen a terhelés középvonalának
távolsága és az 1. pont távolsága (p) kisebb mint a 2. pont és terhelés középvonalának
távolsága (s).
50
Ennél az eljárásnál nagyon kemény anyagot kell választani a köszörű rúd anyagának.(pl.
Titán, Köbös bór-nitrid). Ezek a kemény anyagok rendkívül megdrágítják az eljárást.
Emulzió alkalmazásával nem közvetlenül a köszörűrúd végzi a megmunkálást, hanem
az emulzióban lévő kemény részecskék választják le az anyagot. Ebből kifolyólag a
köszörűrúdnak nem kell rendkívül keménynek lennie, olcsóbb köszörűrúd alkalmazásá-
val is el lehet végezni a feladatot.
48. ábra
Emulziót alkalmazó megoldás
A megmunkálás történhet a menetprofilba beillő köszörűkővel, vagy a menetprofilnál
kisebb köszörűkővel
.
49. ábra
A köszürűrúd mérete azonos a
menetprofillal
50. ábra
A köszürűrúd mérete kisebb a menetprofil
méreténél
51
A köszörű rúd alakja a befogási módtól jelentősen függ. Alapvetően a hasáb és a gömb alakú
megoldás valósulhat meg.
51. ábra
Hasáb alakú köszörű kő
52. ábra
Gömb alakú körszörű kő
A hasáb alakú megoldást lényegesen egyszerűbb megmunkálni illetve a felfogás és és rögzítés
is egyszerőbb. A köszörőrudakat valamilyen lézeres technikával kell a megfelelő alakúra
kivágni, a megfelelő megmunkálás végett.
A megmunkáló fej tarthat egy vagy több fejet.
53. ábra
Három köszörű rudat tartó fej Bloldali a csillag, jobboldali a delta alakzatú megoldás
A több fejet tartalmazó megoldáshoz a golyósanya belső méretei nem minden esetben kellően
nagyok, a kisebb átmérőjő golyósanyákhoz egyetlen karos megoldás, a nagyobb átmérőjű
anyákhoz több karos megoldás is elképzelhető.
52
9.1. A köszörűt tartó fej és mozgásai
A köszörűkőnek a lehető legtöbb érdességi csúccsal kell kapcsolatba lépnie a legjobb felületi
minőség elérése miatt.
54. ábra
A köszörűkőtől elvárt mozgások
Az ábrán látható, hogy a kar alternáló mozgását célszerű a köszörűkőnek egy ívesmozgásává
tenni. Ehhez valamilyen csuklós mechanizmus szükséges.
A köszörőkűnek egy további, forgómozgást adva újabb felületi csúcsok leválaszhatók.
55. ábra
Forgómozgást tartalmazó fejelvi rajza
A kellő felületi nyomást előállíthatjuk közvetlenül a köszörűkőre nyomást gyakorolva illetve
a köszörűkövet tartó kar egészére.
53
56. ábra
Közvetlenül a kőre fejtünk ki nyomást
57. ábra
A követ tartó karra fejtjük ki a nyomást
A kő alakja független attól, hogy a nyomást milyen módon érjük el. A hasáb alakú köszörűrúd
esetében valamivel könnyebb a nyomást előállító mechanizmus megvalósítása.
Választásom egy több köszörűkőből álló megoldás, amely több karból áll. A három
köszörűkövet három rúd tartja, amelyek úgy vannak ki alakítva, hogy a köszörűkövön
keresztül menjenek. A három nyomorúgó „ delta” elhelyezésben van. A kövek felületére a
menetemelkedésnek megfelelően van a profil kialakítva, ezért eltérő az egyes kövek
vastagsága.
A köveket formábaöntjük, igy biztosítva a tökéletes profil kialakulását. A kemény titán, titán-
carbid részecskék puhább kőzetbe, kerámiába vagy bakelitbe vannak beleszórva..
58. ábra
A megvalósítandó köszörűkő alakja
54
9.2. A kövek állapotai
59. ábra
A köszörűkövek a legjobban összenyomott állapotban, behelyezéskor
60. ábra
A köszörűkövek üzemi állapotban
61. ábra
A köszörűkövek kinyitott, megmunkálás nélküli állapotban
55
Az ábrákon narancssárgával tűntettem fel a golyósanya legkisebb átmérőjét, míg rózsaszínnel
jelöltem a legkisebb átmérőt, amire a köveket össze lehet húzni. A 61. ábrán zöld színnel
jelöltem a legszélesebb körívet, amit a kövek érintenek kinyitott állapotban
Az alternáló mozgást íves mozgássá átalakító egységek a csuklók. A kőnek az íves mozgást
kell lekövetni, többféle csuklós mechanizmust is feltártam tanulmányozásom során.
9.3. Egyenes karos csukló
62. ábra
Egyenes karos csukló
Az ábrán három elem található: a köszörűkő, a csuklókar és a csuklógyűrű. A csuklógyűrűn
valamint a köszörűkövön keresztül vezetjük a tengelyt, amire a csuklógyűrű rögzítve van. A
csuklógyűrű lineáris, alternáló mozgást fog végezni. A csuklókart laza kapcsolat köti a kőhöz
illetve a csuklógyűrűhöz is. Ebből kifolyólag képes elfordulni a kar, létrehozva egy íves moz-
gást.
A megoldásnak több hibája is akad. A kar nem fér el, kilóg a köszörűkő kontúrjából, valamint
rendkívül kis átmérőjű furatokat kell alkalmazni a kövön. A furatokat pedig a közelében lévő
anyag nem képes megtartani, könnyen összeroppanhat.
56
9.4. Középen karos csukló
63. ábra
Középen karos csukló
Az előzőhöz hasonló a mechanizmus felépítése. A különbség a kő és a csuklókar rögzítésének
másmilyen megoldása. A kar a kő szimmetria tengelyével esik egybe.
A megoldás több hibát is magában hordoz. A köszörűkő kiálló anyagrésze rendkívül vékony,
ehhez bármit rögzíteni lehetetlen. A kar belelóg a köszörűkőből kimart részbe, az összezárást
veszélyeztetve.
9.5. Ferdén elhelyezett karos csukló
64. ábra
Ferdén elhelyezett karos megoldás
A mechanizmus az előző megoldásokhoz hasonló elemekből épül fel. A csuklógyűrűn és a
köszörűkövön vezetem át a tengelyt, amire rögzítem a gyűrűt. A különbség azonban az, hogy
itt a csuklókart szög alatt csatlakoztatom a felületekhez.
A megoldás legfőbb hibája, hogy a kar a kőnél nem fér el, zavarja az összezárását a köveknek.
57
9.6. Menetes csukló
65. ábra
Menetes karos megoldás
A csuklókart az eddigiektől eltérően, tengelyirányban rögzítem a kőhöz menet segítségével. A
menet miatt állítható a kar hossza. Az alternáló mozgás illetve a kar és a kő íves mozgása a
menetet sérti így ez a megoldás sem alkalmazható sikeresen.
9.7. Gömbcsukló
66. ábra
Gömbcsuklót alkalmazó mechanizmus
A csuklókar egyik vége villás míg a másik vége gömb alakú. A gömb alakú véget egy mű-
anyaglapkába bele lehetne pattintani, mint a személygépjárműveknél alkalmazott műanyag
vezeték tartóknál. Ezután a lapkát könnyedén fel lehetne fúrni a köszörűkőre.
58
A megoldás hátránya, hogy a gömbcsukló nem csak lineárisan fog ívet adni, hanem térben is
adhat előnytelen mozgásokat, pillangócsapásokhoz hasonló mozgásra kényszerítheti a követ.
9.8. Kétkaros csukló
67. ábra
Kétkaros megoldás
A köszörűkövet és a csuklógyűrűt két menetes tengely köti össze amelyek egy harmadik
tengely mentén eltudnak fordulni. A kiálló karok menetesek, állítható a hosszuk. A köztes
tengelyt két oldalról csavarokkal kell védeni, nehogy kiforduljon, vagy befeszüljön és
széttörjön bármelyik csuklókar A megoldás teljes mértékben kivitelezhető, egyetlen hátránya,
hogy a menetes karok miatt rendkívül nagy lesz a készülék hossza.
59
9.9. Belül vezetett csukló
68. ábra
A csuklós mechanizmus
69. ábra
Csuklógyűrű
A mechanizmus az előző mechanizmusok kombinációjából alakult ki. A csuklókar hajlított és
menetes. Tengelyirányban kapcsolódik a köszörűkő menetes részéhez. Az íves mozgás a
csuklógyűrűbe mart horony adja meg, amely a megfelelő számítások alapján alakítjuk ki.
A szerelhetőség egyszerű, a menetes tengely miatt a csukló és a kő távolsága is változtatható.
60
9.10. Összegzés
Az egyes egységek elemzése után a kiválasztott elemeim:
- motor: lineáris motor
A lineáris motort a rendkívül egyszerű szabályozhatóság, a pontosság az előállítható frek-
vencia és az egyszerű beszerelés miatt választottam.
- összekötő elem:
Az összekötő elem a lineáris motor gyártója által készített golyós vezeték, amely nem en-
gedi a tengely elfordulását egyik irányban sem. A motort és a munkavégző elemet merev
kapcsolaton keresztül rögzítem.
- munkavégző elem:
A munkavégző elem egy három karos megoldás, ahol a köszörűköveket a rugók „delta”
alakzatban kötik össze. A köszörűkövön keresztül megy a csuklós mechanizmust tartó
tengely. A csuklós mechanizmusnak a belül vezetett megoldást választottam, hiszen vi-
szonylag egyszerű műveletekkel lehet előállítani a csukló elemeit, és a belső vezetés biz-
tosítja a megfelelő működést.
Tervezéshez szükséges adatok:
A golyós anya szabványos Ø50mm nagyságú
n: a motor fordulatszáma/ az alternáló mozgás sebessége
A: amplitudó
p: felületre ható nyomás
n = 400-3200 1/ min
A = 1-6 mm (3..5 mm )
p = 70-100 N/cm2 = 0,7-1 MPa
61
10. Méretezés
10.1. Rugó méretezése
70. ábra
Rugók elhelyezkedése
A felületi nyomás az erő és a felület hányadosa
p=
F erőt az f rugóerők állítják elő.
A köszörűkő és a menet érintkező felület minden egyes kőnél a menetszélesség vetületének és
a profilt lekövető rész szorzata lesz. A köszörűköveket úgy alakítjuk ki, hogy a tényleges
megmunkálást végző rész körülbelül 10 mm hosszú ív legyen. Í = 10 mm
A menet szélesség vetületének a = 6 mm feltételezek.
A profilt lekövető ív hossza:
A tényleges megmunkálást végző felület nagysága tehát:
A = Í*a = 10 mm * 6 mm = 60 mm2
A felületi nyomásnak szuperfiniselő eljárásnál 70-100N/cm2 között kell lennie.
62
71. ábra
A kövek közti szögek
10.2. Minimális erőszükséglet esete
p=70 N/ cm2 = 0,7 N/ mm2
F=p * A = 0,7 N/ mm2* 60 mm2 = 42 N
72. ábra
A kifejtett erő hatásvonala
cos 30° =
cos 30° * (F/2) = f
cos 30° * (42 N/2) = f
f= 18,1865 N
F erő két komponensből áll, hiszen két rúgó hatása együttesen érvényesül, a rugónak ezen
kívül egyszerre kettő követ kell nyomnia. A rugóban ébredő erő:
Fr= 2*f= 2 * 18,1865 N = 36,373 N
Minimális esetben Fr=37 N erőt feltételezek.
63
10.3. Maximális erőszükséglet esete p=100N/ cm2 = 1 N/ mm2
F=p * A =1 N/ mm2 * 60 mm2 = 60 N
73. ábra
A kifejtett erő hatásvonala
cos 30° =
cos 30° * (F/2) = f
cos 30°* (60 N/2) = f
f= 25,98 N
A rugóban ébredő erő:
Fr= 2*f= 2* 25,98 N = 51,96 N
Maximális esetben 52 N erőt feltételezek.
64
10.3.1. A felületen kialakuló nyomás
77. ábra
A kifejtett erő hatásvonala
Fr = 40 N választva
f = Fr/2 = 20 N
F/2 = f / cos30 = 23,094 F = 46,188
A = 60 mm2
p =
=
= 0,7698 N/mm2 ami megfelel a kiindulási feltételeknek.
10.3.2. Rugó méreteinek meghatározása:
A köszörűkövekben lévő furatot 6 mm mélyre tervezem, hogy a rugó ne mozduljon el a meg-határozott pozíciójából. A köveket legalább a menetmélységgel megegyező mérettel össze kell nyomni, ahhoz hogy beleférjen a készülék az anyába.
A menetmélység 4 mm Ø50-es golyósanyánál. Mivel egyszerre nyomom össze a köveket így legalább 8 mm-rel csökkeni a kövek átmérője.
A menet legkisebb átmérője: Ø54 mm. A kövek között legalább 8 mm távolság szükséges. Ezt a távolságot 12 mm-re határoztam meg.
Az előző adatokból kiszámítható a rugó üzemi hossza, ami : Hü = 2*6mm +12mm = 24 mm
Ezen a méreten kell a rugónak kifejtenie a megfelelő erőt a köszörűkőre. Üzemi állapotban a köszörűkő átmérője Ø60 mm.
65
74. ábra
Aköszörűkő és a rugó viszonya megmunkáláskor
A rugónak másik jellemzője, hogy a kövek teljes összenyomásakor nem szabad befeszülnie,
azaz a rugó összezárt állapotban se érje el a legkisebb magasságát.
Teljes összenyomáskor:
Hmin<12 mm
A golyósanya menetemelkedése p = 10 mm. Törekedni kell arra, hogy a rugó a lehető legki-
sebb átmérőkkel rendelkezzen, így segítve a köszörűkövet, nehogy az felsértse a meg nem
munkálandó részeket.
A következő ábra mutatja a rugó méreteit és az elmozdulást az erő függvényében. A satírozott
rész mutatja az optimális rugóerőt a készülék tervezéséhez.
75. ábra
Rugó méretei és elmozdulása az erő függvényében [14]
66
10.4. A rugó ellenőrzése
Hü= 24 mm
rugóhézag tényező: y = 0.25
Fr =37-52 N Fr = 40 N-ra választom
dszabvány = 1; 1,1; 1,25 ; 1,5 ;1,8 ;2 d = 1,1 mm-re választom
Csúsztató rugalmassági modulus: G = 8,1*104 MPa
D/d = 4…17 D/d = 8 -re választom
Rugó középátmérője: D = 8,8 mm
10.4.1. Hmin meghatározása, működő menetek számának meghatáro-
zása Hmin< 12
H min = nm * d + 2*
+nm * y *d = nm +d+nm*y*d
Hmin = [ nm (1+y) +1] d
Hmin <[ nm (1+y) +1] d
12 mm < [nm (1+0,25) +1] *1,1 mm
9,909<1,25 nm
7,9272<nm nm = 5-ra választom
Hmin = [ 5 (1 + 0.25)+1] *1,1 = 7,975 mm
10.4.2. Rugó állandó számítása
c =
*
=
*
= 0,2299
10.4.3. Üzemi összenyomódás
fü = F * c = 40 N * 0.2299
= 9,196 mm fü = 9,5 mm
10.4.4. Terheletlen rugó hossza
H = Hü + fü = 24 mm +9,5 mm = 33,5 mm
10.4.5. Maximális összenyomódás
fmax = H-Hmin = 33,5 mm – 7,975 mm = 25,525 mm
10.4.6. Maximális erő amit a rugót terhelheti:
Fmax =
=
= 111,0265 N 112 N
67
10.4.7. Tényleges rugó ábra:
76. ábra
A rugó elmozdulása erő függvényében
10.4.8. Menetemelkedés számítása
p =
=
= 6,48
10.4.9. Rugó kiterített hossza
78. ábra
α = arctan
=
= 13,1915 ° α 13,2°
L = 2 (
* π)+
L = (1,5+
) = (1,5 +
) * 8,8 mm * = 98,261 mm L = 99 mm
68
10.4.10. Rugó elhelyezése A rugót a legszélesebb ponttól egy minimum távolságra kell tenni a biztonságo s működés
érdekében. Ezt a távolságot 5 mm-nek veszem fel. A minimumtávolságtól a furatot 8 mm-re teszem a kő középpontja felé.
79. ábra
Rugó furat elhelyezése
10.5. Csuklót és a köszörűköveket tartó karok méretezése
A kart mint egyik oldalt befogott rudat méretezem. A legnagyobb terhelés kinyitott állapotban
kapja a rúd. A terhelés hajlítás, folyáshatárra méretezem a rudat.
80. ábra
A kar elvi sémája
Maximális terhelőerőnek a rugó teljes összenyomásakor keletkező erőt veszem, ami:
F = 112 N
a = 110 mm = 0.11 m
D = 6 mm = 0.006 m
d = 3 mm = 0.003 m
Mh = F*a = 120 N * 0.11 m = 12,32 Nm
69
Erő és nyomatéki ábrák:
Poláris keresztmetszett:
Kp =
=
= 0.00000000191 mm3 = 1,91* mm3
Folyáshatárra méretezés:
σhajlító >
=
= 648420052,6 Pa σ >650 MPa
81. ábra
A kar erő és nyomaték ábrái
A Böhler cég kínálatában találtam meg a Böhler K100 jelzésű fémcsoportot. A csoport Brinell
keménysége körülbelül 280 HB, ami körül belül 900 MPa nyomásértéknek felel meg. Ez a
csoport erősen ötvözött, nagy nyomószilárdsággal rendelkezik, és biztosan ellátja a kívánt
feladatot.
70
10.6. Súrlódási erő számítása
82. ábra
A köszörűkőre hatő erők
A köszörűkő tömegéből származó erő (G) lényegesen kisebb mint a rugókból származó nyo-
móerő (Fr), ezért elhanyagolható.
Az egy kőre ható rugó erőből abszolút erőt számolok, amelyből a Coulomb-féle súrlódási
törvényből súrlódó erőt számítok.
83. ábra
A rugó és az abszolút erő.
71
A nyomórugó választott erőmérete 80N, mivel két irányba hat megfeleződik így:
F = 40 N
α = 30 °
μ = 0.02
Fabsz =
=
= 46,188 N
Rugók által kifejtett erőnek 46,188 N.
A Coulomb-féle súrlódási törvény értelmében a felületre ható normálerő és a súrlódási ténye-
ző szorzata megadja a súrlódó erő nagyságát. Ebből következik:
Fs = μ*Fr = 0,02* 46,188 N = 0,92376 N
Súrlódási erőnek 1 N feltételezek karonként, összesen 3 N-t.
10.7. A köszörűkő mozgásának elemzése
A köszörűkő a csuklón keresztül íves mozgássá teszem, a csúcspont körül 0,5 mm amplitúdó-
jú alternáló mozgást kell keltenem.
84. ábra
A kő mozgásának elvi rajza
72
10.7.1. A kisebb körcikk adatainak számítása
85. ábra
Az összefüggésekhez szükséges ábra L = 1 mm
R = 4 mm
Pythagorasz-tétele alapján:
( R - f )2 + (
)2 = R2
R =
A húr hossza és a közbezárt szög számítása:
L = 2*R*sin
1 = 2*4 mm * sin
= sin
14.3615° 14.4°= 0,2513 rad
Az ívhossz:
s = 2*R* α(rad) = 2*4 mm*0,2513 rad = 2,0106 mm Az ívhossz és a húr legnagyobb távolsága:
f = R*( 1-cos α)
f = 4 mm (1- cos 14.4°) = 0,0314 mm
73
10.7.2. A nagyobb körcikk adatainak számítása
86. ábra
Az összefüggésekhez szükséges ábra
R = 15,5 mm 14,4°= 0,2513 rad
Pythagorasz-tétele alapján:
( R - f )2 + (
)2 = R2
R =
A húr hossza és a közbezárt szög számítása:
L = 2*R*sin
L = 2*15,5 mm * sin 14,4° = 7,709 mm
Az ívhossz:
s = 2*R* α(rad) = 2*15,5 mm*0,2513rad = 7,7903 mm Az ívhossz és a húr legnagyobb távolsága:
f = R*( 1-cos α)
f = 15,5 mm (1- cos 14.4°) = 0,487 mm
74
10.7.3. A csukló mozgásának leképzése
A körív elforgatása eredményezi azt, hogy elég legyen egyetlen löket ahhoz, hogy a segédkar végig fusson az egész csuklón kimart köríven. Ez a következő módon alakul:
87. ábra
A körcikk elforgatása
A húr elforgatásából tudjuk számolni a szükséges löket hosszt.
. 88. ábra
Az elforgatott húr
x =
=
= 7,7611 x = 7,7 mm
tg 7,2° =
= tg 7,2°*L = a a = 0,972 mm
=
mx =
=
= 0,96 mm
75
10.8. Motor méretezése
10.8.1. Tömeg számítás
A motor választáshoz tudnunk kell hogy mekkora tömeget fog mozgatni a motor, milyen tá-von. A tömegszámításnál térfogat számolok először, és a sűrűségből számolom vissza a tö-
meget. A helytakarékosság érdekében csak az értékeket adom meg, amelyeket a mellékleten is meg lehet találni.
Az acél sűrűsége:
ρ = 7580
A kő sűrűségének feltételezem:
ρ = 3000
A három kő tömege:
V = r2*π*
a = (0,024 m)2 *π*
*0,024 m = 0,000014466 m3
m = ρ*V = 3000
*0,000014466 m3 = 0,0434 kg
A három kő tömege: 0,14 kg Tengely tömege:
V = (0,006 m)2* π*0,002 m + (0,01 m)2* π*0,02 m + (0,016 m)2 * π*0,01 m+ +(0,01 m)2* π*0,025 m = 0,000022405 m3
m=7,580
* 0,000022405 m3 = 0,169 kg
Tengelybefogó tömege:
V = 0,03 m*0,07 m*0,001 m + (0,016 m)2* π*0,0015 m – (0,01 m)2* π*0,015 m =
V = 0,00002835 m3
m=7580
* 0,00002835 m3 = 0,2225 kg
Tárcsa tömege V = (0,0052 m)2* π*0,008 m- (0,006 m)2* π*0,008 m - 3*0,008 m*0,0016 m*0008 m =
V =0,000066674 m3
m=7580
* 0,000067626 m3= 0,50594 kg
76
Karok (3db)
V = (0,006 m)2* π*0,065 m + (0,008 m)2* π*0,075 m – (0,003 m)2* π*0,14 m+ + (0,012 m)2* π*0,01 m-(0,006 m)2*π*0,01 m= 0,000021865 m3
m = 7580
* 0,000021865 m3 = 0,16574 kg
3 kar tömege: 0,49722 kg
Távtartó a tengelyen, Ø8
V = (0,008 Móm)2* π*0,003 m – (0,005 m)2* π*0,003 m = 0,000000367 m3
m = 7580
* 0,000000367 m3= 0,00278 kg
Távtartó a három karnál, Ø11 V = (0,011 m)2* π*0,01 m –( 0,008 m)2* π*0,01 m = 0,00000179 m3
m = 7580
* 0,00000179 m3= 0,01357 kg
A három távtartó tömege: 0,04072 kg
Távtartó a csuklókarjánál, Ø8
V = (0,008 m)2* π*0,005 m – (0,005 m)2* π*0,005 m = 0,000000612 m3
m = 7580
* 0,000000612 m3= 0,004643 kg
3db tömege: 0,01393 kg
Csuklógyűrű (3db)
V =0,012 m*0,0195 m*0,014 m = 0,000003276 m3
m = 7580
* 0,000003276 m3 = 0,02571 kg
3db tömege: 0,07449 kg
Csuklókar (3db)
V = (0,005 m)2* π*0,05 m = 0,000000392 m3
m = 7580
* 0,000000392 m3= 0,002976 kg
3db tömege: 0,008929 kg
77
Csavaranya M8 (9db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,006 kg 9db = 0,054 kg
Csavar M5 (3db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,005 kg 3db = 0,015 kg
Csavaranya M5 (5db) Tömegkatalógusból: 1 db = 0,0035 kg 5db = 0,0175 kg
Csavaranya M3 (3db)
Tömegkatalógusból: 1 db = 0,0012 kg 3db = 0,0045 kg
Összesen: 1,7956 kg
A tömegnek 2kg-om feltételezek a motoválasztásánál.
10.8.2. A Motor választása A motor kiválasztásához a Linmot cég által közzétett program segítségét használtam.
89. ábra
Az adatok bevitele a programba
78
90. ábra
Az adatok bevitele a programba
91. ábra
Adatok bevitele a programba
A beírt adatok alapján ajánlatot tesz a célnak megfelelő motorra. Választásom egy P01-23x80/80x140 jelzésű motor amely megfelel a célnak. A program által ajánlott tápegység egy 3.4W teljesítményű szerkezei elem. A motorhoz választottam egy PL01-12x270/170 típusú
mozgórészt. A szervo vezérlő E11x0 /B1100 jelű készülék lett.
79
A lineáris motorhoz választottam továbbá a motornak megfelelő lineáris vezeték rendszert, amely biztosítja a szabványos rögzítést valamint megakadályozza a tengely elcsavarodását.
92. ábra
A válaszasztott lineáris motor
80
93. ábra
Az összeállított készülék 3D-s modellje
81
94. ábra
A készülék megmunkáló része
95. ábra
A csuklók elhelyezkedése
82
11. Összefoglalás, értékelés
A feladat elkészítése során ismeretanyagot gyűjtöttem a finommegmunkáló eljárásokról külö-
nös tekintettel a határozatlan élgeometriával rendelkező eljárásokra. Az információ gyűjtés fő
forrásai a szabadalomkutatás és a piackutatás. A kutatások során feltártam az elemi funkció-
kat, és az ezeket megvalósító funkcióhordozókat, ezen ismeretek alapján készítettel el saját
ötleteim.
Részletes elemzést végeztem az alternáló mozgást megvalósító mechanizmusokról, ezeket
értékeltem és rangsoroltam, majd kiválasztottam a célnak leginkább megfelelőt. A lineáris
motorra esett a választásom, hiszen ez a motor a legjobban szabályozható, a pontossága és az
előállítható frekvencia a többi motorhoz képest kiemelkedő és a beszerelése rendkívül egysze-
rű.
A motor és a munkavégző egység tengelye egybeeső, szabványos elemekkel rögzítjük egy-
máshoz a két felületet. A motor kiegészítőjeként egy lineáris vezetéket választottam, amely a
motor tengelyének elcsavarodását akadályozza meg.
Munkavégző elem vizsgálata után kiválasztottam egy három karos megoldást, ahol a köszö-
rűkőre a rugók „ delta” alakzatban fejtik ki a hatásukat. A köszörűkövön keresztül megy a
csuklós mechanizmust tartó tengely. A csuklós mechanizmusnak egy belül megvezetett meg-
oldást választottam, mert viszonylag egyszerű műveletekkel lehet előállítani ezt a mechaniz-
must, rendkívül nagy pontossággal. A belső vezetés az esetleges hibákat kiküszöböli.
A továbbiakban a készüléket legyártásra javaslom, majd mérések végzésével optimalizálni
szeretném a készüléket. A mérések és az optimalizálás után a készüléket az iparba is bevezet-
hetőnek tartom. Alternatív továbbfejlesztésként a készülék karjainak mozgását automatizálni
lehetne, hogy az emberi erőt kiváltsuk, és a megmunkálás teljesen gépi működtetésű legyen.
83
12. Felhasznált irodalom:
[1] http://www.forgacsolaskutatas.hu/
[2] Dr.Dudás Illés: Gépgyártástechnológia III
Műszaki Kiadó, Budapest 2009 ISBN 978-963-16-4030-6
[3] http://sdt.sulinet.hu/
[4] Dr.Dudás Illés: Gépgyártástechnológia III
Műszaki Kiadó, Budapest 2009 ISBN 978-963-16-4030-6
[5] Dr. Gribovszki László: Gépipari megmunkálások
Tankönyvkiadó, Budapest, 1977
[6] Dr.Dudás Illés: Gépgyártástechnológia I
Műszaki Kiadó, Budapest 2009 ISBN 978-963-16-4030-4
[7] Dr. Gégény János:
Precíziós megmunkálások gyémánt és köbös bórnitrid szerszámokkal
Kiadó: Biomed Center Bt. ,2006 ISBN 963-06-1069-8
[8] http://www.google.com/patents
[9] http://hu.wikipedia.org/
[10] Dr. Ludvig Győző: Gépek dinamikája
Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1973
[11] http://www.supfina.com/Bilder/Race-707-717-e.pdf
[12] http://www.supfina.com/Bilder/RaceFlex-725-727-e.pdf
[13] http://www.loeser.de/fileadmin/pdf/sf_komplett_en.pdf
[14] http://www.rufem.hu/ajanlatkeres
84
A bemutatott kutatómunka a TÁMOP 4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként
az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásáva l valósul meg.