Патент на изобретение №2379168

(54) СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ И ОБТОЧКИ КОЛЕС ИЗ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, РАБОТАЮЩАЯ СОГЛАСНО СПОСОБУ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке колес. Способ механической обработки, в частности, для сверления и обточки колес из легкого сплава включает этап центрирования и фиксации колеса, подвергаемого механической обработке перед этапами сверления и обточки колеса. Перед центрированием предусмотрен этап распознавания полуфабрикатного колеса с распознанием его геометрических характеристик. Также предложена установка, работающая в соответствии с описанным выше способом. Обеспечивается значительная гибкость производства. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу механической обработки, в частности, для сверления и обточки колес из легкого сплава согласно ограничительной части независимого пункта формулы изобретения. Объектом изобретения также является установка для механической обработки, работающая согласно указанному выше способу.

Уровень техники

Изобретение относится, в частности, хотя не исключительно, к конкретной области операций механической обработки, предусматриваемых при производстве колес для транспортного средства, выполненных из легкого сплава, в частности из алюминиевого сплава. Следует также понимать, что изобретение может применяться равным образом для механической обработки других типов механических деталей, в типичном случае, отличающихся по существу симметричной осевой геометрией (например, колес, тормозных дисков и т.д.).

В этой конкретной области техники предусмотрена отливка полуфабрикатного колеса, подвергаемого циклам механической обработки для удаления крошки, главным образом, посредством сверления и обточки, при этом полуфабрикатную деталь сначала соответственно центрируют и зажимают в соответствующие зажимные приспособления.

Как правило, промышленная область механической обработки для производства колес из легкого сплава отличается высокими объемами производства с довольно короткими продолжительностями цикла для механической обработки каждого индивидуального колеса в рамках крупносерийного производства, требующего высокой производительности.

В настоящее время, кроме того, ввиду развития и глобализации рынков, требуется значительная гибкость производства таким образом, что главные цели включают применение поточных линий, на которых детали (колеса) могут быть поданы в пункты механической обработки в последовательностях, которые являются почти случайными (в отношении размеров, типа, геометрии и т.д.), с устройствами, способными распознавать и применять к каждой индивидуальной детали, подаваемой на линию, наиболее соответствующий рабочий цикл, одновременно оптимизируя продолжительность и стоимость механической обработки и наладки инструментов, и также реагирующими быстро и эффективно на требования и запросы рынка относительно, в частности, разностей характеристик детали и изменений объемов производства.

Другое требование, которое возникает одновременно с этой большей гибкостью и скоростью реакции, требуемой рынком, состоит в способности экономно и быстро, а также эффективно изменять циклы производства даже в районах, где менее доступна квалифицированная рабочая сила, способная осуществлять вмешательства такого уровня в работу поточных линий.

Кроме того, в настоящее время существует также требование получения еще больших уровней точности размеров и форм при производстве колес из легкого сплава, с целью сокращения, если не устранения потребности в последующих корректирующих операциях для балансировки колеса, что также предпочтительно позволяет радикально снижать количество материалов, традиционно используемых при операциях балансировки, таких как свинец, хорошо известных их токсичностью и сопутствующими трудностями утилизации.

Описание изобретения

Таким образом, главной целью изобретения является создание способа и установки для механической обработки, в частности для сверления и обточки колеса из легкого сплава, предназначенных для соответствия вышеупомянутым требованиям, с одновременным преодолением ограничений, с которыми сталкиваются в связи с известными решениями.

Эта цель, а также другие, которые будут ясны из нижеследующего описания, достигнуты в соответствии с изобретением благодаря способу и установке для механической обработки, осуществляемым согласно нижеследующей формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки и преимущества изобретения станут очевидными при ознакомлении с нижеследующим подробным описанием предпочтительного примера варианта осуществления изобретения, описанного только в качестве неограничивающего примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой блок-схему основных этапов способа механической обработки согласно настоящему изобретению,

Фиг.2 представляет собой схематичный вид в осевом сечении колеса в ходе этапа механической обработки согласно способу, соответствующему изобретению,

Фиг.2A представляет собой вид в увеличенном масштабе детали на Фиг.2, отмеченной стрелкой A,

Фиг.3 представляет собой схематичный вид сверху установочного и центровочного устройства, показанного на Фиг.2,

Фиг.4 и 5 представляют собой схематичные виды осевого сечения колеса в ходе этапа механической обработки, показанного на Фиг.2 и 3,

Фиг.6 представляет собой вид с частичным сечением и в увеличенном масштабе колеса в ходе другого этапа способа механической обработки, описанного в соответствии с изобретением,

Фиг.7 представляет собой схематический вид установки для механической обработки, работающей согласно этапам, показанным на Фиг.1.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения

Со ссылкой сначала на Фиг.1 показана блок-схема, представляющая последовательность основных этапов способа механической обработки, в частности сверления и обточки колес из легкого сплава, выполняемых согласно настоящему изобретению.

В дальнейшем описании конкретные ссылки будут сделаны на механическую обработку полуфабрикатного колеса, обозначенного в целом ссылочной позицией 1 и показанного схематично на чертежах, которое, полученное посредством литья, подают на линию механической обработки, на которой осуществляют основные операции механической обработки, то есть операции сверления, обточки и окончательной отделки поверхности, представляющие предмет способа, раскрытого в соответствии с изобретением.

В ходе первого этапа способа, обозначенного ссылочной позицией 10, предусмотрен процесс распознавания колеса 1, в ходе которого, с помощью средства обнаружения (например, средства наблюдения с телевизионной камерой или подобного средства) или с использованием чувствительного элемента, могут быть распознаны некоторые принципиальные характеристики геометрии колеса, такие как, например, высота и/или существенные диаметры, и, в дополнение или в качестве альтернативы, некоторые параметры, касающиеся стиля или формы геометрии, полученной в процессе литья. Когда эти характеристики определены, они сравниваются обрабатывающим устройством с параметрами, хранящимися в соответствующей базе данных, в которую предварительно введена информация, касающаяся соответствующей механической обработки и времени подбора инструментов и циклов для каждого соответствующего и определенного типа колеса. Результат состоит в том, что при помощи этапа автоматического распознания партии полуфабрикатных колес или отдельные единицы могут быть поданы на линии механической обработки в, по существу, случайных последовательностях благодаря тому факту, что, как только вся информация получена, центр механической обработки может быть автоматически подготовлен к механической обработке определенного типа колеса, когда последний был надлежащим образом распознан. Это делает линию механической обработки особенно гибкой и достигающей высоких общих коэффициентов производительности.

В ходе второго этапа способа, обозначенного ссылочной позицией 20, предусмотрена первая начальная ориентация колеса 1 для последующего выполнения вентильного отверстия, положение которого соотносится с геометрией колеса, в частности соотносится с формой передней части 2 колеса, которая проходит в радиальном направлении от центральной ступицы 3 (положение вентильного отверстия, таким образом, зависит от количества и размера спиц, проходящих в радиальном направлении от ступицы).

В ходе последующего этапа способа механической обработки, обозначенного ссылочной позицией 30, предусмотрены операции установки и центрирования колеса 1, выполняемые соответствующим средством таким образом, что отцентрированное колесо затем может быть зафиксировано в ходе этапов механической обработки, предусмотренных, в частности, для последующего этапа сверления. В ходе этапа предварительной установки предусмотрено использование установочного устройства, содержащего шесть элементов, имеющих форму сектора окружности в виде в плане и обозначенных ссылочной позицией 4, которые находятся в одной плоскости друг с другом и разнесены друг от друга под углом с постоянным шагом. Указанные секторы направляются на соответствующих суппортах 5 в радиальных направлениях, указанных ссылочной позицией R, которые пересекаются на общей центральной оси Z, проходящей перпендикулярно радиальным направлениям R. Каждый сектор 4 имеет поверхность 4a, способную входить в установочный контакт с соответствующими частями поверхности передней части 2 колеса, установленного так, что она обращена к секторам 4. Благодаря поверхностному контакту колеса с секторами 4 получена установка в области поверхности с по существу кольцевой протяженностью. Так как установленная поверхность колеса представляет собой грубую отлитую поверхность и поэтому подвержена деформации, в частности, вследствие термической обработки колеса, выполненной ранее, установка на кольцевой поверхности секторов 4 позволяет усреднять эту деформацию, таким образом, определяя срединную плоскость установки, которая используется как основа для последующих операций центрирования. Следует отметить, что благодаря применению секторов 4, направляемых с возможностью перемещения в соответствующих радиальных направлениях R, можно обеспечить адекватную установку поверхности для колес, имеющих различные диаметры, изменяющиеся в заданном диапазоне величин. Предусмотрено, например, числовое программное управление направлением установочных секторов 4. В целом, результатом является повышенная рабочая гибкость, поскольку колеса различных типов и размеров могут быть расположены на одном установочном устройстве без необходимости в различных наборах инструментов.

На Фиг.3 использованы сплошные линии и пунктирные линии для указания двух различных конфигураций расположения секторов 4 для обеспечения наиболее подходящей установки для пары колес различного диаметра.

Также может быть предусмотрено применение первой группы из трех секторов 4 (для ясности обозначенных ссылочной позицией 4 (на Фиг.3)), которые могут перемещаться в соответствующих радиальных направлениях R до достижения бокового контакта с колесом и, в частности, с кромкой 2a колеса, выступающей по окружности от передней части 2 колеса, для достижения, таким образом, положения, в котором колесо отцентрировано. Три остальных сектора 4 могут, например, обеспечивать только функцию установки и достигать радиальных положений, которые, в любом случае, находятся на расстоянии от кромки 2a колеса. Этап центрирования колеса, следующий за установкой, может быть выполнен как альтернатива описанному выше, с использованием различных способов. Например, могут использоваться центрирующие средства, например, такие как трехэлементные самоцентрирующие средства или электронные чувствительные элементы, которые входят в контакт с соответствующими точками поверхности колеса, расположенными, например, вблизи основной геометрической оси колеса, обозначенной ссылочной позицией X на чертежах. Центрирование может быть выполнено по внешней поверхности (диаметр D1 на Фиг.4) или по центральной части или сердцевине 5, выступающей на центральной ступице 3 (диаметр D2 на Фиг.4), или по грубым отверстиям 6, полученным в процессе литья и предназначенным для соединения колеса с транспортным средством (диаметр D3 на Фиг.6). В качестве альтернативы, также может предусматриваться формирование центрирующего диаметра D4 на поверхностном кольце 7, специально предусмотренном и полученном в процессе литья и впоследствии удаляемом механической обработкой (Фиг.5).

Диаметр D4 также может быть выбран как стандартный диаметр для диапазона колес, отличающихся по типу или размерам в пределах заданного диапазона величин, таким образом, что центрирование по существу независимо от типа и размера обрабатываемого колеса.

Ссылочная позиция 4b обозначает блокирующий кронштейн, составляющий единое целое с соответствующим сектором 4 и предназначенный для блокирования детали, когда достигнуто отцентрированное положение.

Когда центрирование выполнено и колесо 1 зафиксировано в отцентрированном положении, способ предусматривает этап 40 механической обработки посредством сверления, в ходе которого в ступице 3 колеса выполняют отверстия 6 для прикрепления колеса к транспортному средству.

На этом этапе также предусмотрено выполнение механической обработки, предпочтительно, посредством фрезерования, трех поверхностей 8 (Фиг.6), расположенных на диаметре D1 колеса вблизи максимального наружного диаметра De колеса (и разнесенных на 120° друг от друга). В частности, каждая из трех поверхностей 8 имеет часть 8a поверхности для установки колеса в оправки для последующих операций механической обработки и часть 8b поверхности, предназначенную для вхождения в контакт с центрирующим средством. Также может быть предусмотрена ограниченная механическая обработка сегментов 8c передней поверхности, как показано на Фиг.6. Так как эти поверхности 8 обрабатывают одновременно со сверлением отверстий для прикрепления колеса к транспортному средству, они отличаются высокой точностью размеров, соотносящейся с точностью центрирования, выполненного на предшествующем этапе 30. Кроме того, благодаря предварительному этапу установки и центрирования, описанному выше, поверхности 8a (и поверхности 8c, если имеются) параллельны срединной плоскости установки колеса, и их использование на этапе обточки позволяет достигать очень точной балансировки колеса.

В ходе дальнейшего этапа 50 способа предусмотрено выполнение обточки колеса 1, в частности обточки цилиндрической стенки 9, предназначенной для соединения колеса с шиной.

В ходе этого этапа центрирующие средства вводят в контакт с поверхностями 8 для контакта с оправкой для обеспечения высокой точности центрирования и, следовательно, заметно меньшего дисбаланса колеса.

Следует понимать, что этапы 40 и 50 механической обработки соответственно сверления и обточки могут осуществляться в обратном порядке относительно описанного выше.

На Фиг.7 ссылочной позицией 100 обозначена в целом установка, показанная только схематично, для механической обработки согласно описанному выше способу, соответствующему изобретению.

Установка 100 содержит линию 101 для транспортировки и подачи полуфабрикатных колес 1, которая проходит между входным пунктом 101a и выходным пунктом 101b.

После пункта 101a установка содержит рабочий участок 102, предназначенный для распознавания и ориентации колеса согласно этапам 10 и 20 способа механической обработки.

Ссылочной позицией 103 обозначен центр механической обработки посредством сверления, в котором колеса 1 подвергают этапу 30 центрирования, а также этапу 40 сверления. После центра 103 сверления расположен центр 104 механической обработки посредством обточки, в который колеса 1 подают для осуществления соответствующего этапа 50 обточки и в конце которого их извлекают в выходном пункте 101b.

Изобретение, таким образом, достигает предложенных целей, предлагая указанные преимущества по сравнению с известными решениями.

Главное преимущество состоит в замечательной гибкости, которая может быть получена при помощи способа согласно изобретению благодаря тому факту, что полуфабрикатные колеса могут быть поданы на линию механической обработки в случайных последовательностях, независимо от типа колеса и размера партии подаваемых деталей.

Другое преимущество состоит в высокой точности центрирования, полученной при помощи описанного способа согласно изобретению, которая допускает получение особенно малых величин дисбаланса колеса после операций механической обработки с последующим заметным снижением необходимости в последующих операциях балансировки колеса.

Другое преимущество состоит в том, что способ и установка, описанные в соответствии с изобретением, разработаны таким образом, что они не требуют вмешательства квалифицированного персонала для переоборудования центров механической обработки.

Другое преимущество состоит в том, что при использовании способа, описанного в соответствии с изобретением, с машинами, оборудованными автоматическими инструментальными магазинами, возможна работа без остановок установки, за исключением обслуживания по графику и случаев каких-либо перебоев.

Формула изобретения

1. Способ механической обработки, в частности, для сверления и обточки колес (1) из легкого сплава, включающий этап (30) центрирования и фиксации колеса, подвергаемого механической обработке, перед этапами (40, 50) сверления и обточки колеса, при этом этап центрирования также включает этапы обеспечения устройства для установки колеса (1), содержащего множество элементов, имеющих форму сектора (4) окружности на виде в плане, расположенных в одной плоскости друг с другом и разнесенных под углом друг от друга, причем каждый из секторов (4) выполнен с возможностью перемещения в заданном радиальном направлении (R), причем направления (R) пересекаются в общей центральной оси (Z), проходящей перпендикулярно радиальным направлениям (R), причем каждый из секторов (4) имеет соответствующую установочную поверхность (4а) для соответствующей части внешней передней части (2) колеса (1), обращенной к секторам (4), перемещения множества установочных секторов (4) в соответствующих радиальных направлениях (R) для соответствия наружному диаметру колеса (1), подвергаемого этапу центрирования, таким образом, что обеспечивается установка колес (1), имеющих различные диаметры, изменяющиеся в пределах заданного диапазона величин, на устройстве, отличающийся тем, что перед центрированием предусмотрен этап (10) распознавания полуфабрикатного колеса (1), подаваемого в центр механической обработки, причем средство распознавания выполнено с возможностью определения характеристик геометрии колеса (1), сравнения этих характеристик с хранящимися в базе данных для идентификации циклов механической обработки и подбора инструментов и моментов времени для распознанного колеса (1), а также для отправки в блоки, управляющие центром механической обработки, информации, необходимой для подбора инструментов и механической обработки таким образом, чтобы полуфабрикатные колеса (1), подвергаемые механической обработке, могли быть поданы в центр механической обработки, по существу, в случайных последовательностях, при этом характеристики каждого колеса (1) распознают на этапе (10) распознавания, и управление центром механической обработки осуществляется автоматически в ходе циклов механической обработки и подбора инструментов, предусмотренных для каждого соответствующего распознанного колеса.

2. Способ по п.1, в котором установочные элементы (4) разнесены друг от друга под углом с постоянным шагом вокруг центральной оси (Z).

3. Способ по п.1, в котором установочные элементы (4) направляют в соответствующих радиальных направлениях (R) на соответствующих суппортах (5), работающих под числовым программным управлением.

4. Способ по п.1, в котором множество элементов содержит шесть установочных элементов (4) в форме секторов окружности, перемещаемых синхронно вдоль соответствующих радиальных направлений (R).

5. Способ по п.1, в котором предусмотрено перемещение, по меньшей мере, части установочных элементов (4), пока они не войдут в боковой контакт с колесом (1) для выполнения центрирования колеса.

6. Способ по п.5, в котором предусмотрена первая группа из трех установочных элементов (4), разнесенных друг от друга под углом с постоянным шагом, и вторая группа установочных секторов (4′), расположенных в угловых положениях, чередующихся с секторами первой группы, причем секторы (4′) второй группы выполнены с возможностью перемещения в радиальном направлении, пока они не войдут в контакт с боковой кромкой колеса (1), выступающей в кольцевом направлении от внешней части передней поверхности (2) колеса, для достижения положения центрирования колеса.

7. Способ по п.1, в котором поверхность передней части (2) колеса, которую устанавливают на секторы (4), представляет собой грубую поверхность, полученную в процессе отливки колеса (1).

8. Способ по п.1, в котором характеристики колеса (1), существенные для этапа (10) распознавания колеса, представляют собой высоту, диаметр колеса или тип стиля, относящегося к форме колеса, полученного в виде полуфабрикатного продукта в процессе отливки.

9. Способ по п.1, в котором после этапа (10) распознавания предусмотрен этап (20) ориентации колеса (1) для определения положения, в котором в колесе выполняют вентильное отверстие.

10. Способ по п.9, в котором этап (30) центрирования следует за этапом (20) ориентации и предшествует этапу (14) сверления, в ходе которого в ступице колеса выполняют отверстия (6) для прикрепления колеса (1) к транспортному средству.

11. Способ по п.10, в котором в ходе этапов (30) центрирования и фиксации колеса для механической обработки посредством сверления, также посредством фрезерования выполняют поверхности (8), расположенные на диаметре колеса, близком к максимальному наружному диаметру (De) колеса.

12. Способ по п.11, в котором поверхности (8) выполняют на передней части (2) колеса, проходящей радиально от центральной ступицы на внешнем диаметре (D1) колеса.

13. Способ по п.11, в котором поверхности (8) составляют точки контакта для контакта с центрирующим средством, выполненным с возможностью центрирования детали на этапе (50) механической обработки посредством обточки колеса (1), выполняемой после этапа (40) сверления.

14. Способ по п.2, в котором установочные элементы (4) направляют вдоль соответствующих радиальных направлений (R) на соответствующих суппортах (5), работающих под числовым программным управлением.

15. Способ по п.12, в котором поверхности (8) составляют точки контакта для введения в контакт центрирующего средства, выполненного с возможностью центрирования детали в ходе этапа (50) механической обработки посредством обточки колеса (1), выполняемого после этапа (40) сверления.

16. Установка для механической обработки, в частности, для сверления и обточки колес (1) из легкого сплава, работающая согласно способу механической обработки по любому из пп.1-15.

17. Устройство для установки и центрирования колес (1) из легкого сплава, подвергаемых механической обработке, содержащее множество установочных элементов, имеющих форму сектора (4) окружности на виде в плане, расположенных в одной плоскости друг с другом и разнесенных под углом друг от друга, причем каждый из секторов (4) выполнен с возможностью перемещения в заданном радиальном направлении (R), при этом направления (R) пересекаются на общей центральной оси (Z), проходящей перпендикулярно радиальным направлениям (R), причем каждый из секторов (4) имеет соответствующую установочную поверхность (4а) для соответствующей части внешней передней части (2) колеса, обращенной к секторам (4), при этом установочные секторы выполнены с возможностью перемещения в соответствующих радиальных направлениях (R) для соответствия наружному диаметру колеса (1), подвергаемого этапу центрирования, таким образом, что обеспечивается установка колес (1), имеющих различные диаметры, изменяющиеся в пределах предварительно заданного диапазона величин, на устройстве, отличающееся тем, что оно также содержит средство обнаружения для распознавания принципиальных характеристик геометрии колеса, и обрабатывающее устройство, выполненное с возможностью сравнения указанных характеристик с параметрами, хранящимися в соответствующей базе данных, в которую предварительно введена информация, касающаяся соответствующей механической обработки и времени подбора инструментов и циклов для каждого соответствующего определенного типа колеса, при этом обрабатывающее устройство выполнено с возможностью отправки в блок, управляющий центром механической обработки, информации, необходимой для подбора инструментов и механической обработки таким образом, чтобы полуфабрикатные колеса (1), подвергаемые механической обработке, могли быть поданы в центр механической обработки, по существу в случайных последовательностях, причем характеристики каждого колеса (1) распознаются на этапе (10) распознавания, а управление центром механической обработки осуществляется автоматически в ходе циклов механической обработки и подбора инструментов, предусмотренных для каждого соответствующего распознанного колеса.

РИСУНКИ