ЛЮНЕТ ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА Российский патент 1994 года по МПК B23Q1/24 

Изобретение относится к станкостроению.

Известны люнеты-аналоги, которые повышают круглость шлифуемых шеек деталей, подверженных косому изгибу, однако в них не учитывается возможность использования косого изгиба обрабатываемой детали с целью автоматической компенсации некруглости шлифования с помощью кинематики люнета. В связи с этим люнеты для указанного типа деталей отличаются большой массой, благодаря которой достигается повышение жесткости системы СПИД, ограничивающей циклические (переменные в продолжение одного оборота) прогибы детали, или в дополнение к повышенной жесткости люнета применяются устройства и системы для циклического управления усилием нажима губки на шейку, управляемые косвенными факторами, например колебаниями давления в камерах подшипников, несущих рабочие шпиндели станков; циклической разностью положений управляющего элемента гидравлического датчика, расположенного непосредственно на люнете и посредством усилителя управляющего силой нажима губок люнета на деталь.

Причиной срабатывания датчика является деформация детали от сил резания (авт. св. N 617233, кл. B 23 Q 1/24), что равнозначно (в случае косого изгиба) действия силы тяжести, используемого в предлагаемом люнете. Однако это не равноценно, так как отслеживать положение детали с помощью гидравлических устройств с точностью долей микрометра технически невозможно.

В указанных случаях конструкция люнетов и систем управления станками и люнетами усложняется, а поскольку колебания, например давления при чистовом шлифовании практически не зависит от формы шейки или в связи с имеющимися проблемами достижения высокой точности гидравлического отслеживания получение высокой круглости шлифуемых шеек сопряжено с большими затратами на изготовление и настройку люнетов и управляющих систем.

В качестве прототипа взят люнет (авт. св. N 645809, кл. B 23 Q 1/24), в котором имеются два взаимосвязанных рычага с возможностью угловых перемещений, несущие губки, воздействующие на шлифуемую шейку. В предлагаемом люнете подвод боковой губки к шейке вынуждает подводиться и нижнюю губку. Следовательно, подвод обеих губок осуществляется одним механизмом подачи; второе плечо рычага, несущего нижнюю губку, также опирается на регулировочный винт.

Цель изобретения - повышение круглости шлифуемых шеек деталей, имеющих неоднородную поперечную жесткость, приводящую к циклически изменяющемуся по значению и направлению прогибу детали при ее вращении в процессе шлифования.

Это достигается за счет создания максимально простого устройства (люнета), использующего переменный прогиб детали в одной плоскости для корректировки положения шлифуемой шейки относительно шлифовального круга, взаимодействующего с шейкой в другой плоскости.

На фиг. 1 представлен коленчатый вал (А и В - плавные плоскости продольного сечения, 1 - ось коренных шеек, 2 и 3 - оси соответственно крайних и средних шатунных шеек; на фиг. 2 показан предлагаемый люнет общий вид, вид сбоку; на фиг. 3 - серийно изготовляемый люнет, общий вид; на фиг. 4 - схема влияния косого изгиба на перемещение центра сечения шейки, принадлежащей детали с неоднородной поперечной жесткостью, при ее вращении; на фиг. 5 - схема влияния косого изгиба на точность (круглость) прошлифованной детали с неоднородной поперечной жесткостью; на фиг. 6 - схема, используемая при вычислении геометрических и кинематических параметров люнета.

На корпусе 4, закрепленном на столе станка взаимосвязанными деталями 5 посредством подшипникового узла 6 установлен рычаг 7, на котором при помощи подшипникового узла 8 установлен рычаг 9. Рычаг 7 имеет на себе губку 10, нажимающую шлифуемую шейку 11 в направлении шлифовального круга 12. Рычаг 9 имеет губку 13, воспринимающую нагрузку от части веса вала, изгибающей вал, и изменение нагрузки в процессе вращения вала.

Рычаг 7 управляется механизмом 14 подачи, смещающим рычаг в направлении R, винт со сферическим концом которого упирается в верхнюю наклонную площадку откидной упругой скобы 15, воспринимающей силу F от механизма подачи рычага.

Положение скобы 15 регулируется в направлении Q контрящимся винтом 16. Скобы имеют упруго податливую часть 17.

Противоположным от губки концом рычаг 9 опирается на винтовой механизм 18, с помощью которого производится установка рычага в направлении N.

На фиг. 4 изображена увеличенная в масштабе кривая Е - годограф вектора прогиба, наложенная на сечение шейки вала, изображенного в произвольном угловом положении.

Поскольку на основании данных замеров упругая податливость в плоскости А больше (примерно в два раза), чем в плоскости В, а переход податливости от плоскости А к плоскости В плавный, годограф имеет форму эллипса, вытянутого в направлении секущей плоскости А, а отношение длины полуоси, а к полуоси b с остаточной степенью приближения равно двум.

На фиг. 5 показан коленчатый вал в том же угловом положении и наложенный на него годограф Е вектора прогиба вала, изображенный в увеличенном масштабе, векторы приведенной изгибающей силы Р и прогиба вала F при изображенном его угловом положении, а также эллипс Т периферии шейки, формируемый шлифовальным кругом в результате циклического движения центра шейки О по эллипсу.

Кроме того, показаны D - диаметр идеально круглой шейки; Р1 - проекция вектора Р на секущую плоскость В; Р2 - проекция вектора Р на секущую плоскость А; F1 - проекция вектора F на секущую плоскость В; F2 - проекция вектора F на секущую плоскость А; V - угол, образуемый совпадающими векторами Р2 и F2 и вертикалью Y; 90 - V - угол, образуемый совпадающими по направлению векторами Р1 и F1 и вертикалью Y; Δ1 - максимальные глубины врезания круга в шейку, нарушающие круглость, в результате циклического прогиба коленчатого вала; Δ2 - максимальные недошлифовки шейки, нарушающие круглость, в результате циклического прогиба коленчатого вала.

Прошлифованная без дополнительной опоры (люнета) шейка (фиг. 5 ) имеет форму эллипса Т, отличающуюся от идеального цилиндра диаметром D, расположенного под некоторым углом к главным плоскостям продольного сечения коленчатого вала А и В, следовательно и к главным осям годографа Е.

В конце цикла шлифования, когда снимается чистовой припуск или производится выхаживание и силы резания пренебрежимо малы, несмотря на искаженную форму шейки циклической разности нажима круга на деталь не наблюдается, так как благодаря явлению косого изгиба детали системой СПИД точно копируется эллиптический цилиндр, имеющий форму, полностью соответствующую такому же цилиндру, полученному в начале цикла чистового шлифования.

Применение обычных люнетов уменьшат эллипсность (овальность) прошлифованных шеек вследствие повышения жесткости системы СПИД, однако не может устранить ее полностью, так как упругая податливость люнета, благодаря которой люнет деформируется валом, имеется в любом случае.

Предлагаемый люнет, кроме повышения жесткости системы СПИД, в связи с определенными кинематическими связями его активных элементов и геометрическими их соотношениями обладает функцией циклического изменения силы нажима боковой губки, действующей в направлении шлифовального круга, в зависимости от изменения нагрузки на поддерживающей губке 13, различной при отличающихся угловых положениях вала, подвергаемого циклическим изменениям прогиба в процессе вращения.

Для определения геометрических параметров предлагаемого люнета определяется величина требуемого автоматического отвода губки 10 на величину Δ1 при угловом положении вала, когда косой изгиб приводит к наиболее близкому расположению геометрического центра сечения шлифуемой шейки к периферии шлифовального круга. При этом определяется угловое положение точки контакта с шейкой поддерживающей губки, соответствующее указанному приближению центра к кругу.

Возрастание нагрузки на губке 13 передается на рычаг 9, опирающийся вторым концом на винт настройки 18, жестко связанный с корпусом, а средней частью - с рычагом, несущими губку 10. Следовательно, при увеличении усилия на губке 13 губка 10 ослабляет свой нажим на шейку и последняя за счет упругости предварительно напряженного люнетом вала отходит от периферии круга.

На фиг. 6 имеются проекции векторов F1 и F2 на горизонтальную плоскость (ось х), соответственно обозначенные F3 и F4, разность значений которых дает величину Δ1.

Для вычисления максимального значения величины Δ1 определяется угол ν расположения вала, при котором вал наиболее деформирован в направлении шлифовального круга.

Δ1= F4-F3= P2·h(a)·cos(90-ν)-P1·h(b)·cos(90-(90-ν)=
P·cosν·h(a)·cos(90-ν)-P·cos(90-ν)·h(b)·cosν.

Символом h обозначена податливость. Но поскольку h(a) примерно равно 2h(b) (податливость в плоскости А в два раза больше, чем в плоскости В),
Δ1= 2h(b)·P·cosν·sinν-h(b)·P·sinν·cosν= h(b)·P·cosν·sinν , (1) откуда производная
Δ1′= (h(b)·P·cosν·sinν)′= h(b)·P·(cosν·sinν)′=
= h(b)·P·(-sinν·sinν+ cosν·cosν)= h(b)·P·(cos²ν-sin²ν).

Для определения максимума Δ1 производная приравнивается нулю h(b)·P·(cos²ν -sin²ν) = 0 и обе части делятся на постоянные h(b) и Р
cos²ν - sin²ν = 0 или
cos²ν = sin²ν.

Это возможно в случае, если cosν= sinν, что справедливо только для 45^о, следовательно, угол ν = 45^о.

Для эффективной работы люнета необходимо, чтобы нижняя (поддерживающая) губка была в контакте с шейкой по нормали в точке m, находящейся на векторе наибольшей для вычисленного углового положения вала его деформации. Векторы наибольшей деформации F образует с вертикалью Y угол θ.

θ= ν-arctg= ν-arctg= ν-arctg= 45 - 26,57^о, следовательно, угол θ по значению, близкий 18^о. При этом угле максимальная нагрузка на нижней губке от вала, соприкасающегося с губкой в точке m, будет соответствовать максимальному отводу боковой губки в точке n. Упругие напряжения, созданные в вале предварительным усилием губки 10, переместят шейку от круга (фиг. 4 и 5) и врезания в шейку не произойдет.

То же будет при угловом положении вала, отличающемся на 180^о от положения, изображенного на фиг. 3, 4 и 6.

Когда же вал в процессе шлифования провернется, например в направлении W (фиг, 6) и шейка будет в контакте с нижней губкой в точке m1, положение вала, повернутое на 90^о относительно изображенного на фигурах), нагрузка на нижней губке будет минимальной. Предварительно созданные механизмом 14 подачи напряжения в скобе 15 (фиг. 2), не компенсированные уменьшенным усилием на нижней губке, создадут дополнительное усилие нажима губки 10 на шейку и этим воспрепятствуют отходу шейки от круга. В результате сошлифуется выступ высотой Δ2, а при положении вала, отличающемся на угол 270^о сошлифуется противоположный ему выступ высотой Δ2.

Таким образом, за один оборот вала губка 10 нажимает на вал с четырьмя разными усилиями, два из которых имеют большее, а два других меньшее значение, чем автоматически отслеживается дистанция шейки от шлифовального круга.

Переменная нагрузка на нижней губке от вращающегося неравномерного в поперечном сечении вала имеется во всех случаях, в том числе и при идеально круглой шейке. Эта переменность свидетельствует о косом изгибе детали и об опасности формы шейки (придания ей эллиптической формы) в процессе шлифования. Кинематика предлагаемого люнета предотвращает это.

Описание динамики косого изгиба коленчатого вала и предотвращения его влияния на точность шлифования выполнено исходя из конструкции вала, при которой оси коренных и всех шатунных шеек находятся в одной плоскости. Однако оно справедливо и для всех других конструкций коленчатых валов, расположение шатунных шеек в которых под углами 120, 90, 72, 60^о и т. д. градусов, так как прогиб вала определяют шейки и соединяющие их щеки, расположенные в его средней части.

Общее передаточное отношение кинематической цепи от губки 13 до губки 10 определяется из приведенного выражения, откуда = cosν·sinν = cos 45^o sin 45^o = 0,5, следовательно = 0,5 (фиг. 2).

При этом пренебрегается податливостью рычага 9, подшипниковых узлов 6 и 8, которые можно изготовить с любой жесткостью, при которой податливость будет пренебрежимо малой.

Однако для функционирования предлагаемого люнета необходимо обеспечить достаточную податливость системы, удерживающей рычаг 7. С этой целью механизм 14 подачи рычага 7, несущего губку 10, опирается на откидную упругую скобу 15. Угловое положение скобы регулируется в направлении Q с целью настройки необходимого упругого перемещения рычага 7. Этим достигается изменение плеча L5 действия силы F, создаваемой нажимом винта механизма подачи и создающей изгибающий момент упругой части скобы.

Кроме того механизм подачи расположен под углом к скобе 15, имеющей наклонную верхнюю часть, что автоматически уменьшает податливость за счет уменьшения плеча L5 при настройке на шейки с большими диаметрами, принадлежащие валам более крупных размеров и поэтому требующих повышенных усилий люнета. Если, например, при шлифовании малых валов контакт механизма был в точке 19, то при шлифовании больших - в точке 20, что обеспечивает примерно одинаковый изгибающий момент от большей силы F за счет уменьшения плеча L5 (фиг. 2). .

Управления люнетом заключается в настройке на нужный диаметр шейки. При этом первой подводится боковая губка, а затем - нижняя с созданием натяга примерно такого же, как и боковой губки. Подача губок при работе производится только с помощью механизма 14, так как рычаги взаимосвязаны и поворот рычага 7, несущего на себе рычаг 9, сообщает угловое перемещение рычагу 9.

Для быстрого отвода обеих губок с целью, например, перестановки люнета надо ослабить винт механизма 14, провернуть скобу 15 вправо и наклонить рычаг 7 против направления стрелки R. При Этом опустится и рычаг 9.

Подача губок при шлифовании очередной шейки производится без воздействия на винт 18, так как он выполняет только настроечную функцию.

Ручной механизм 14 подачи боковой губки может быть заменен любым другим, например, гидравлически - клиновым, автоматизирующим управление, и от этого принцип работы люнета не изменится.

Использование: при круглом шлифовании изделий, подвергающихся косому изгибу вследствие их неоднородной жесткости в поперечном сечении. Сущность изобретения: нижняя губка 13 люнета расположена так, что угол, образованный нофмалью к ее рабочей поверхности и вертикалью, составляет 17 - 19, а передаточное соотношение кинематической цепи, связывающей нижнюю губку и боковую, равно 0,5. На корпусе 4 расположена упругая скоба 15, связанная с боковой губкой. Упругая скоба выполнена с наклонной поверхностью, взаимодействующей с винтом 18. 6 ил.

ЛЮНЕТ ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА, в корпусе которого установлены два шарнирно связанных рычага с нижней и боковой губками и привод их перемещения, содержащий винт, отличающийся тем, что нижняя губка расположена так, что угол, образованный нормалью к ее рабочей поверхности и вертикалью, составляет 17 - 19^o, а передаточное соотношение кинематической цепи, связывающей нижнюю и боковую губки, равно 0,5, при этом люнет снабжен расположенной на корпусе и связанной с боковой губкой упругой скобой с наклонной поверхностью, предназначенной для взаимодействия с винтом привода перемещения.