УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКОМ Российский патент 1994 года по МПК B23G1/18 

Изобретение относится к машиностроительной промышленности и может быть использовано для нарезания внутренних метрических и дюймовых резьб, нарезаемых метчиками.

Известно устройство, включающее шпиндель, в котором установлена жестко связанная с ним копирная гайка с шагом резьбы, равным шагу нарезаемой резьбы в детали, резьбонарезной оправки с гребенкой, передний конец которой выполнен резьбовым и предназначен для взаимодействия с гайкой. Резьбовая оправка крепится в резцедержателе суппорта станка.

Недостатком этого устройства является необходимость реверсирования привода метчика, что ухудшает качество нарезаемых резьб ввиду возможных заклиниваний стружки, а также нецелесообразности работы на повышенных частотах вращения для улучшения чистоты поверхностей резания ввиду неблагоприятных условий снижения долговечности работы при кратных токах в n раз торможения и пуска.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее полную оправку, предназначенную для установки хвостовика метчика и кинематически связанную с приводом вращения, суппорт, установленную в суппорте соосно с оправкой втулку с гнездом под деталь.

Это устройство не обеспечивает достаточно высокую производительность ввиду необходимости реверсирований метчика и высокое качество нарезаемых резьб.

Устройство снабжено фиксатором, выполненным в виде установленного во втулке перпендикулярно ее оси ползуна с двумя диаметрально расположенными роликами, а на внутренней стенке полой оправки выполнен выступ переменного сечения, взаимодействующий с аналогичным выступом метчика, при этом метчик, содержащий хвостовик и рабочий участок, снабжен расположенным перед рабочим участком направляющим участком, выполненным в виде двух цилиндрических поверхностей разного диаметра, причем на цилиндрической поверхности меньшего диаметра выполнена канавка, предназначенная для взаимодействия с роликами фиксатора, а торец цилиндрической поверхности большего диаметра предназначен для взаимодействия с торцом отверстия большего диаметра втулки с гнездом под деталь, при этом на хвостовике выполнен паз переменного сечения, предназначенный для взаимодействия с выступом переменного сечения полой оправки.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 и 3 - разрез А-А на фиг. 1, положения 1 и 2; на фиг. 4 - момент выхода метчика из держателя посредством фиксатора; на фиг. 5 - состояние инерционного съема нарезанной детали; на фиг. 6 - состояние ввода метчика в держатель метчика; на фиг. 7 - состояние заправки при метчике, находящемся в динамическом состоянии; на фиг. 8 - фиксатор в разрезе по плоскости, перпендикулярной плоскости разреза на фиг. 1; на фиг. 9 - ситуации взаимодействия метчика с оправкой при разных угловых положениях оправки; на фиг. 10 - диаграмма разложения сил; на фиг. 11 - вариант исполнения устройства при отсутствии фиксатора; на фиг. 12 - вариант исполнения автоматизированного устройства.

Устройство для нарезания резьбы метчиком содержит полую оправку 1, предназначенную для установки хвостовика 2 метчика и кинематически связанную с приводом 3 вращения, суппорт 4, установленную в суппорте соосно с оправкой 1 втулку 5 с гнездом 6 под деталь 7, фиксатор 8, выполненный в виде установленного во втулке 5 перпендикулярно ее оси ползуна 9 с двумя диаметрально расположенными роликами 10. На внутренней стенке полой оправки 1 выполнен выступ 11 переменного сечения, во втулке 5 выполнены два соосных отверстия 12 и 13 разного диаметра, причем отверстие большего диаметра расположено за гнездом 6 под деталь 7.

Хвостовик 2 метчика снабжен расположенным перед рабочим участком направляющим участком 14, выполненным в виде двух цилиндрических поверхностей разного диаметра, причем на цилиндрической поверхности меньшего диаметра выполнена канавка 15, предназначенная для взаимодействия с роликами фиксатора, а торец цилиндрической поверхности большего диаметра предназначен для взаимодействия с торцом отверстия большего диаметра втулки 5 с гнездом 6 под деталь. На другом хвостовике 2 метчика выполнен паз 16 переменного сечения, предназначенный для взаимодействия с выступом 11.

Устройство также содержит ползун 17 (вместо суппорта), направляющую 18, конус 19 Морзе, основание 20, привод 21 фиксатора, электромагнитный золотник 22, процессор 23, блок 24 пуска и привод 25 суппорта.

Принятые обозначения: α - угол сектора-выступа оправки; ϕ - угол свободного перемещения сектора-выступа оправки без взаимодействия с сектором хвостовика метчика; Δx - расстояние свободного осевого перемещения метчика в динамическом состоянии держателя метчика; γ - угол уклона плоскостей взаимодействия секторов-выступов упомянутых элементов; ω - частота вращения держателя метчика; n и m - точки выступов оправки 1.

Подготовка к работе осуществляется следующим образом.

Во втулку 5 вводят метчик и включают привод 3, в результате чего оправка 1 приобретает расчетную частоту вращения ω.

Далее осуществляют подачу суппорта 4 с закрепленной в нем втулкой 5 с вставленным метчиком в направлении состыковки его хвостовика 2 с оправкой 1. При подаче суппорта (или вручную) торцовая поверхность метчика с наибольшей вероятностью соприкасается с торцом выступа 11 оправки, находящейся в динамическом состоянии, а втулка 5 своим упорным выступом разных диаметров фиксирует положение метчика в период торцового взаимодействия выступов фиг. 9, а). С некоторого момента (фиг. 9, б, в) осуществляется захват выступом 11 с пространственным косым уклоном γ посредством упорной поверхности хвостовика 2 при cравнительно мягком ударе взаимодейcтвия. Процеcc захвата является подобным работе известной обгонной муфты с тем отличием, что обгонная муфта выполняет обратную функцию: при превышении частоты вращения ведомой муфты по отношению к ведущей она выходит из зацепления при осевом смещении. В данном случае метчик приобретает динамическое состояние.

Взаимодействие в кадре одного оборота следующее.

В момент соприкосновения торцов выступов (фиг. 9, а) взаимодействуют их торцовые поверхности. С момента окончания этого взаимодействия при повороте оправки 1 (фиг. 9, в) вновь осуществляется осевое перемещение хвостовика 2. По сектору с углом ϕ перемещается точка m выступа 11 оправки 1. Метчик при этом проходит осевой путь Δx со скоростью v_под подачи суппорта в периоде t
Δx = v_под ˙ t, а оправка 1 поворачивается на угол ϕ
ϕ= ω t.

В момент удара (фиг. 9, в) мгновенные скорости распределены по направлениям треугольника разложения сил, где F_н нормальная реакция; F₀ - осевая составляющая; F_к - составляющая по касательной к окружности вращения.

Осевая сила F₀ определяет ускоренное движение метчика в гнездо оправки 1 по оси, после чего динамическое состояние соединившихся элементов становится одинаковым. Сравнительно мягкий удар при соединении метчика и держателя в периоде захвата объясняется уклоном γ поверхностей взаимодействия при ударе и тем, что удар распределяется по площади, одно из измерений которой Δx.

С момента захвата втулка 5 (фиг. 7) отводится в противоположном направлении для заправки деталью, а при отводе силы трения соединившегося плеча метчика превосходят силы трения противоположного плеча метчика, что обеспечивает выход втулки 5 из взаимодействия с метчиком, находящегося с момента захвата в динамическом состоянии. Существенную роль для надежности операции разъединения играет то, что при указанном направлении движения метчик должен осуществить доворот на угол Δϕ (фиг. 3), связанный с уклоном γ поверхностей выступов, а его частота вращения должна измениться на Δω и в сумме стать ω+Δω.

Этому препятствует инерционность массы метчика и повышенная сила трения преодоления уклона при довороте (фиг. 9, в). Таким образом обеспечивается "эффект челнока" при попеременном взаимодействии метчика с оправкой 1 и втулкой 5.

Работа после заправки деталью 7 втулки 5 осуществляется следующим образом.

Производят подачу суппорта 4 на метчик (фиг. 1) и осуществляют нарезание резьбы, а центрировка объекта - по входной части метчика, выполненной в виде цилиндрической направляющей по отверстию объекта нарезки. По окончании нарезки происходит последующий выход детали 7 на взаимодействующее с оправкой 1 плечо метчика (фиг. 4) и, если цикл автоматический (фиг. 12), то приводом 21 фиксатора 8 (фиг. 8) осуществляют его радиальную подачу. Ролики фиксатора входят во взаимодействие с поясной канавкой 15 плеча метчика, что фиксирует его динамическое состояние без осевой степени свободы. Далее осуществляют осевую подачу суппорта 4 (фиг. 4) с ускорением в сторону разъединения фиксированного в оправке 1 метчика, что обеспечивает его перемещение и инерционный съем нарезанной детали 7 (фиг. 5). Будучи отсоединенным от привода за счет сил трения метчик, фиксированный роликами фиксатора 8 и сцентрированный по поверхности втулки 5, переходит в статическое состояние. После этого фиксатор приводом 21 возвращают в исходное состояние расфиксации метчика. Инструмент может быть сменен, а рассмотренный цикл повторен с нарезанием другого объекта (фиг. 6, 7).

При выполнении указанных операций оператором (фиг. 11) фиксатор может отсутствовать как и блок управления приводами. Для направленного движения детали 7 используют ползун 17 (вместо суппорта), взаимодействующий с направляющей 18 и снабженный конусом Морзе 19, обеспечивающим соосность с оправкой 1.

При выполнении операций оператором и в этом случае обеспечивается существенное улучшение параметров нарезаемых резьб при увеличенной производительности, так как привод метчика не реверсируется и его частота вращения может быть увеличена в несколько раз.

Челночный принцип движений метчика и нарезания резьбы создает благоприятные условия против заклиниваний стружки, которые неизбежны при реверсировании метчика. Отсутствие реверса в предложенном устройстве позволяет улучшить параметры по чистоте поверхностей витков резьбы, ее центрировке по базовому отверстию и в несколько раз увеличить производительность. Немаловажное значение имеет и уменьшенный износ аппаратуры управления, экономия электроэнергии и улучшение косинуса "фи" по реактивной составляющей, что связано с отсутствием пусковых токов при реверсах. (56) Семинский В. К. Нарезание резьбы на токарных станках. Киев. : Гос. изд-ва технической литературы, 1962, с. 40, рис. 29.

Использование: нарезание резьбы метчиком на токарно-винторезных станках. Сущность изобретения: устройство содержит полую оправку 1, привод 3 вращения, суппорт 4, втулку 5 с гнездом 6 под деталь 7, фиксатор, выполненный в виде ползуна с двумя роликами 10. На внутренней стенке полой оправки 1 выполнен выступ 11 переменного сечения, предназначенный для взаимодействия с выполненным на хвостовике 2 метчика пазом 16 переменного сечения. На метчике выполнен направляющий участок 14 с канавкой 15, предназначенной для взаимодействия с роликами 10 фиксатора. В процессе обработки метчик попеременно фиксируется либо в полой оправке 1 выступом 11, либо во втулке 5 при помощи роликов 10 фиксатора. 1 з. п. ф-лы, 12 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАРЕЗАНИЯ РЕЗЬБЫ МЕТЧИКОМ, содержащее полую оправку, предназначенную для установки хвостовика метчика и кинематически связанную с приводом вращения, суппорт, установленную в суппорте соосно с оправкой втулку с гнездом под деталь, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и качества нарезаемой резьбы, устройство снабжено фиксатором, выполненным в виде установленного во втулке перпендикулярно ее оси ползуна с двумя диаметрально расположенными роликами, на внутренней стенке полой оправки выполнен выступ переменного сечения, образованный двумя плоскостями, проекции линии пересечения которых на проходящие через ось оправки взаимно перпендикулярные плоскости расположены под углами к оси оправки, а точка пересечения оси оправки и линии пересечения указанных плоскостей расположена в плоскости большего поперечного сечения выступа, обращенного в сторону втулки, при этом во втулке выполнены два соосных отверстия разного диаметра, причем отверстие большего диаметра расположено за гнездом под деталь соосно с ним. 2. Метчик, содержащий хвостовик и рабочий участок, отличающийся тем, что он снабжен расположенным перед рабочим участком направляющим участком, выполненным в виде двух цилиндрических поверхностей разного диаметра, причем на цилиндрической поверхности меньшего диаметра выполнена канавка, предназначенная для взаимодействия с роликами фиксатора, а торец цилиндрической поверхности большего диаметра предназначен для взаимодействия с торцом отверстия большего диаметра втулки с гнездом под деталь, при этом на хвостовике выполнен паз переменного сечения, предназначенный для взаимодействия с выступом переменного сечения полой оправки.