NO340990B1 - Fremgangsmåte og anordning for kaldmikrosmiingsteknikken ved hvilke som helst 3-D friformflater - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en elektromekanisk bankeanordning og bankemetode for glatting og kaldherding av overflaten på verktøy, maskindeler og andre deler ved å hamre på overflatene til nevnte deler for montering på en bearbeidingsmaskin eller en robot.

Patentsøknad DE 102 43 415 A1 beskriver en innretning hvor bevegelsen av hodet finner sted ved omdannelse av ultralyd. Denne beskrivelsen angir ikke amplitude eller hvordan ultralyd konverters til bevegelse av hodet.

US-A-4641510 beskriver en elektro-mekanisk fremgangsmåte for herding av arbeidsstykker i henhold til innledningen av krav 1. Slaghodet drives av to forskjellige magnetiske flukser. Disse magnetiske flukser styrer slagfrekvensen, amplitude og gir sammen støtenergi til verktøyet. Disse parameterne trinnløst tilpasset egenskapene til arbeidsstykket. Detaljer angående kontroll av avstanden til nullgjennomgangen av anslagsfrekvensen av de arbeidsstykkets overflate er ikke beskrevet i US-A-4641510. De magnetiske flukser som er beskrevet i US-A-4641510 brukes for å drive slaghodet og ikke for å bestemme av slaghodes hvilestilling.

US 2001/043133 A1 beskriver at slaghodet holdes i en hvilestilling uten eksiteringsstrøm av en magnetisk fluks. Den elektromekaniske anordningen beskrevet i US 2001/043133 A1 er en aktuator og ingen slaginnretningen. Regulering av avstanden til nullgjennomgangen av støtfrekvensen fra arbeidsstykkets overflate er ikke nevnt.

Derimot er formålet med foreliggende oppfinnelse å glatte og herde overflatene på verktøy, arbeidsstykker og maskindeler, med minimum slitasje, abrasjon og energiforbruk, ved variabel tilpassing av slagfrekvensen og slagamplituden, og ved variabel tilpassing av slagfrekvensens nullstilling og nullpassasje til delenes lokale form, veggtykkelse og hardhet.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen med de i krav 1 angitte trekk.

De uselvstendige krav angir fordelaktige videreutviklinger av oppfinnelsen.

På grunn av den magnetiske opphenging av slaghodet med en variabel, men likevel definert hvilestilling kombinert med den elektriske og elektroniske styring og/eller regulering av slagfrekvensen og -amplituden avhengig av material-relaterte og geometriske parametere, blir ifølge oppfinnelsen den optimale slagfrekvens og -amplitude like som hvilestillingen til slaghodet, fastsatt og innstilt for hvert sted på et arbeidsstykkes overflate, slik at det beste resultat oppnås på kortest mulig tid med et minimum av energiforbruk.

I den enkleste utføringsformen har en anordning ifølge oppfinnelsen et slaghode som vanligvis er kuleformet og som består av et meget hardt materiale. Slaghodet er utskiftbart anordnet på en bærer. Det kan således erstattes av et forskjellig hode, for eksempel et stanseformet hode, med sikte på å produsere teksturerte overflater.

I det minste en del av bæreren for slaghodet er magnetisk ledende og holdes i en foretrukket hvilestilling av en slangeringformet magnetisk fluks. Den styres sidelengs og holdes av radiallagre slik at den kan utføre aksiale utslag fra sin hvilestilling. Denne første magnetiske fluks genereres enten av en aksialt magnetisert permanentmagnetring som for sin del omgir den magnetiske del av slaghodebæreren på en aksialt justerbar måte, eller som genereres av en sylindrisk spole som det går regulert strøm gjennom og som er anordnet koaksialt rundt den magnetiske del av bæreren for slaghodet. I sistnevnte tilfelle kan spolen bestå av et antall del-viklinger som er koblet i serie, i parallell eller motsatt hverandre avhengig av den nødvendige magnetiske feltstyrke og slaghodets hvilestilling, og som strømmen går gjennom.

Magnetisert av en regulert og /eller pulset strøm, med eller uten en likestrømkomponent, gjennom en andre spole som befinner seg i det samme magnetiske felt, hvor nevnte spole er festet til bæreren for slaghodet og koaksialt anordnet i forhold til denne, bringes slaghodet til å oscillere aksialt med en definert frekvens og amplitude på en slik måte at slagoscillasjonenes midtstilling eller nullpassasje kan tilpasses arbeidsstykkets geometriske forhold og mekaniske egenskaper.

I en annen fordelaktig konfigurasjon av oppfinnelsen er permanentmagnetringen erstattet av flere mindre, sylindriske permanentmagneter anordnet parallelt med hverandre på en sylinder rundt den magnetiske del av slaghodebæreren. Analogt kan hver av de små permanentmagneter erstattes av spoler som det går likestrøm gjennom. Denne konstellasjon av permanentmagnetene eller spolene fører til to ulike magnetiske flukser, nemlig en indre og en ytre fluks. Den indre magnetiske fluks sikrer at bæreren for slaghodet inntar en definert stilling. I dette tilfelle kan viklingene til magnetiseringsspolen befinne seg i den indre magnetiske fluks, i den ytre magnetiske fluks eller i begge magnetiske flukser. I sistnevnte tilfelle er viklingene til de to spoler viklet i motsatte retninger, fordi de magnetiske flukser er orientert i motsatte retninger.

En anordning som er konstruert på denne måte kan bearbeide, hamre, glatte og kaldherde overflatene på verktøy på delvis ulike måter. Ved hjelp av programstyrt og elektronisk justering av avstanden mellom midten av slag-oscillasjonen og arbeidsstykkets overflate, blir anordningens effektivitet optimert og effekttapet derfor minimert. For eksempel blir kantene bearbeidet med en høyere frekvens og mindre amplitude for å opprettholde delens form og design og slik at boringsåpningene ikke innsnevres.

Enda en fordelaktig bruk av anordningen ifølge oppfinnelsen innebærer kombinering av denne elektromekaniske anordning med et spesielt utviklet analytisk CAM-system for å tilveiebringe en ny fremgangsmåte.

Kommersielt tilgjengelige CAM-systemer bearbeider alltid overflaten til et arbeidsstykke ved å føre verktøyet parallelt med arbeidsstykkets ønskete overflate, ved bruk av en såkalt "offset method". I motsetning til dette arbeider fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med et analytisk CAM-system. Etter analysering av den ønskete 3D-overflate ved bruk av geometriske data, bestemmes overflatens minste krumningsradius og fastsettes som verktøyets største kuleradius. Etter å ha valgt verktøyradien, beregner CAM-systemet ifølge oppfinnelsen banen til det kuleformete frese- og bankeverktøyets midtpunkt, ved å la en kule med samme radius rulle over hele den ønskete overflate og bestemme den geometriske posisjon til kulens midtpunkt som den nye 3D-overflate for styring av verktøyets midtpunkt. Krumningen til den nye 3D-overflate blir så beregnet og analysert, hvoretter de optimale føringsbaner for verktøyets midtpunkt bestemmes på en slik måte at rifling under fresing og vulstdannelse under banking minimeres.

Det analytiske CAM-system ifølge oppfinnelsen vet derfor til enhver tid den momentane posisjon verktøyet befinner seg i når det kommer i kontakt med arbeidsstykkets overflate og kan reagere tilsvarende. Flate baner bearbeides med en annen strategi enn baner som er sterkere krummet, eller enn hjørner i boringer, utsparinger, spor eller kanter på arbeidsstykker.

Kombinasjonen og den elektroniske kobling av anordningen ifølge oppfinnelsen med det analytiske CAM-system som ovenfor beskrevet, med eller uten innføring av en mekanisk eller berøringsfri overflate-målemetode, så som laser-måling av arbeidsstykke-overflatene under bearbeiding, fører til en intelligent og autonom frese- og bankemetode i tråd med reguleringsteknikken. De ønskete 3D-overflateformer, dimensjons- og posisjonstoleranser, like som de partielle overflateruheter og fastheter blir ifølge tegningsprogrammet tatt over av dette intelligente system og automatisk utført.

Dette intelligente system gjenkjenner alle kanter og andre svake steder, så som tynnere vegger hos arbeidsstykket, og behandler disse med tilsvarende påpasselighet.

Ettersom det virkelige momentane berøringspunkt mellom bankeverktøyet og arbeidsstykket er kjent, vil anordningens lengdeakse alltid være orientert og styrt som en normal på overflatetangentplanet ved berøringspunktet med arbeidsstykket. Dette fører til optimalt bankeforløp og til at de for tiden best oppnåelige resultater oppnås.

I tegningene viser:

Fig. 1 tverrsnittet gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, med en spole festet til huset som en holdemagnet og en aksialt forskyvbar magnetiseringsspole i slaghodet, Fig 2 tverrsnittet gjennom anordningen ifølge oppfinnelsen, med en permanentmagnetring festet til huset, eller et antall mindre permanentmagneter eller spoler anordnet i ring som en holdemagnet rundt bæreren for slaghodet, og en eller to aksialt forskyvbare magnetiseringsspoler i slaghodet.

Identiske deler er merket med samme tall eller samme bokstaver. Ulike indisier betegner ulike områder eller ulike utføringsformer eller flere arrangementer av den samme del.

Ifølge fig. 1 eretslaghode (1a) utskiftbart festet til en lett, ikke-magnetisk bærer (1b). Bæreren (1b) er radialt opplagret i huset (2) slik at den kan utføre aksiale bevegelser bare i retning av sin lengdeakse (A). Huset (2) er ved hjelp av en tilsvarende mottaker festet til en bearbeidingsmaskin så som en fresemaskin eller en robot eller heksapod. Bæreren for slaghodet (1b) kan være gjennom-gående hul slik at kabler, målesonder eller lysstråler kan føres gjennom dens hule midtpunkt. En ferromagnetisk krage (1 c) som i et magnetisk felt inntar en spesiell stilling som sin hvilestilling, er koaksialt festet til bæreren (1b).

En sentralt anordnet spole (3a) som er festet til huset (2) og som det går en likestrøm (11 a) gjennom er koaksialt anordnet rundt kragen (1c) for å frembringe et magnetfelt (B1a). Spolen (3a) kan bestå av en enkelt spole eller flere mindre spoler som, alt etter behov, kan kobles elektronisk i parallell eller i serie eller i kombinasjon, for å endre holdekraften og hvilestillingen til slaghodet. Spolen (3a) kan også være utformet mekanisk forskyvbar i aksialretningen, for å endre slaghodets hvilestilling manuelt eller elektromotorisk eller elektromagnetisk.

Ved bæreren for slaghodet (1 b) er der en annen spole (4a) som er slik at dens trådviklinger løper vinkelrett på magnetfeltets (B1a) feltlinjer. En vekselstrøm (12a) og/eller en pulset strøm (I2a) med eller uten en likestrømkomponent, med en regulert frekvens og amplitude, går gjennom spolen (4a). Dette bringer slaghodet til å bevege seg opp og ned med en bestemt frekvens og amplitude. Slagfrekvensen bestemmes av pulsfrekvensen, og slagkraften av pulsamplituden og pulsbredden.

Ifølge fig. 2 er anordningens mekaniske konstruksjon i prinsippet lik den i fig. 1, men med den forskjell at magnetfeltet (1 Ba) genereres enten av en aksialt magnetisert permanentmagnetring (3) eller av flere mindre, sylindriske permanentmagneter som er anordnet koaksialt rundt kragen (1c) og som også kan erstattes av enkeltspoler (3b, 3c, ...). Dette arrangement med permanentmagnetringen eller permanentmagnetene eller spolene resulterer i to slangeringformete magnet-flukser, nemlig en indre magnetfluks (B1b) og en ytre magnetfluks (B2). Sammen med kragen (1c) sikrer magnetfluksen (B1b) at slaghodet går tilbake til sin hvilestilling, mens spolen (4b) som fører vekselstrømmen eller den pulsete strømmen (I2b) befinner seg i den ytre magnetfluks (B2) og sørger for slaghodets opp og ned-bevegelse.

I dette arrangement av magnetfeltene (B1b, B2) kan en ytterligere magnetiseringsspole (4c), beliggende på bæreren (1b), for slaghodet, være plassert i det indre magnetfelt (B1b), hvis strømretning (I2c) imidlertid er motsatt strømretningen (12b) til den første magnetiseringsspole (4b), pga. at magnetfeltene har ulike retninger.

De trekk ved oppfinnelsen som er angitt i den ovenstående beskrivelse, i tegningene og i de følgende krav kan, enkeltvis eller i enhver kombinasjon, være av betydning for realisering av oppfinnelsen. Alle de angitte trekk er relevante for oppfinnelsen.

Claims (5)

1. Elektromekanisk fremgangsmåte for bearbeiding, glatting og kaldherding av overflaten på verktøy, maskindeler og andre deler ved å hamre et slaghode (1a) på overflaten til nevnte deler for montering på en bearbeidingsmaskin eller en robot, karakterisert ved at slaghodet (1a) uten magnetiseringsstrøm (12) holdes i en hvilestilling av en magnetfluks (B1) og slagfrekvensen og slagamplituden frembringes på en slik variabel måte ved hjelp av en veksel- eller pulset likestrøm (12), med eller uten en variabel likestrømskomponent, gjennom viklingene til minst én spole (4) plassert i den samme magnetfluks (B1) eller en annen magnetfluks (B2), at slagfrekvensens nullpassasjes avstand fra arbeidsstykkets overflate kan endres ved hjelp av magnetiseringsstrømmen (12).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat magnetfeltene (B1, B2) frembringes ved hjelp av en aksialt magnetisert ring (3) eller ved hjelp av en flerhet av sylindriske permanentmagneter, anordnet på en hul sylinder.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat det magnetiske felt (B1a) frembringes av en spole (3a) og magnetfeltene (B1b, B2) frembringes ved hjelp av en flerhet av spoler (3b, 3c,....) anordnet koaksialt om aksen A, hvor hver spole selv kan bestå av en flerhet av spoler som elektronisk kan kobles i parallell og/eller i serie.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at bankeanordningen styres på en bearbeidingsmaskin eller en robot ved hjelp av et analytisk CAM-system.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at bankeanordningen og/eller slaghodets magnetiske holdekraft og/eller magnetiseringsstrømmen (l2)og magnetiseringsfrekvensen til slagoscillasjonene er koblet til et analytisk CAM-system og styrt og regulert av dette på grunnlag av geometriske data.