УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОВОДКИ РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ Российский патент 1996 года по МПК B24B37/02 B23G1/36 

Устройство относится к вспомогательным устройствам доводочных станков и может быть применено в машиностроении в станках для доводки прецизионных резьбовых поверхностей, в том числе, резьбовых поверхностей калибров, ходовых винтов и т.д.

Известно устройство для доводки резьб, содержащее шпиндель с инструментом и гильзу для закрепления в ней детали, установленную в суппорте станка или приводимую в движение от руки рабочего.

Известны устройства, содержащие приводной шпиндель и инструментальный шпиндель, в котором закреплен патрон с размещенным в нем инструментом (метчиком) и связанный с ним через посредство установочного элемента витой пружиной сжатия.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является устройство для доводки деталей, принятое за прототип, содержащее корпус с размещенным в нем инструментальным шпинделем и гильзу для установки детали, связанную с одним концом установочного элемента, выполненного в виде витой пружины растяжения, расположенного концентрично инструментальному шпинделю и прикрепленного другим концом к инструментальному шпинделю.

Однако жесткое крепление патрона с инструментом (деталью) и такое же крепление суппорта с другой деталью способствуют появлению угла рассогласования осей деталей в процессе обработки, что приводит к искажению формы обрабатываемой поверхности от биения инструментального шпинделя. Установка одной из деталей (как правило, втулки), в руке рабочего способствует "слежению" детали за биением шпинделя, при этом рука рабочего с деталью автоматически повторяет циклические движения в пределах угла биения шпинделя, следуя в точности за шпинделем. Но тогда рабочий бессменно находится рядом с деталью, обработка которой, в зависимости от размеров детали, может длиться час и более. При этом механическое следование за шпинделем с необходимостью осевого перемещения детали притупляет приобретенные квалификационные навыки рабочего и точность обрабатываемой поверхности может быть резко снижена к концу обработки. Тем не менее возможность автоматического следования за шпинделем определяет преимущественное применение ручного труда на операциях прецизионной доводки.

Крепление детали в патроне с упругим установочным элементом обеспечивает некоторую самоустановку деталей относительно друг друга в процессе работы, однако противодействие со стороны упругого элемента вызывает появление изгибающих напряжений в контакте деталей, которые способствуют неравномерному износу поверхностей при доводке свободным абразивом. Это обусловлено креплением детали (втулки) со стороны, обратной креплению упругого элемента. Исследования, проведенные нами для подобного крепления упругого элемента показывают, что зачастую соотношение напряжений на входе и выходе детали (втулки) может достигать значений 1:30, а износ при доводке практически прямо пропорционален напряжениям, что резко снижает точность формы обрабатываемых деталей.

Установка гильзы с деталью на упругом элементе, закрепленном со стороны шпинделя позволяет практически исключить влияние биения шпинделя с инструментом (деталью) на точность формы обрабатываемой поверхности. Однако при доводке прецизионных резьб обязательным условием является жесткая связь между вращением и осевым перемещением шпинделя (при невращающейся гайке - перемещение на один шаг за один оборот). Это, в первую очередь, достигается достаточной жесткостью конструкции в осевом направлении. Использование же упругого элемента в качестве установочного не дает возможности стабилизировать положение детали в осевом направлении.

Целью изобретения является повышение качества доводки резьбовых поверхностей за счет повышения жесткости закрепления детали.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для доводки резьбовых поверхностей, содержащем горизонтально установленный в корпусе приводной шпиндель с размещенным в нем инструментальным шпинделем и гильзу для установки детали, связанную с одним концом установочного элемента, расположенного концентрично инструментальному шпинделю и прикрепленного другим концом со стороны инструментального шпинделя, в отличие от существующего варианта, установочный элемент выполнен в виде жесткой втулки с двумя опорными узлами, расположенными первый на внутренней опорной поверхности втулки, другой на наружной, при этом первый опорный узел выполнен в виде сдвоенных шарикоподшипников с возможностью относительного перекоса наружного и внутреннего колец на угол не менее половины угла биения инструментального шпинделя по отношению к приводному, а внутренние кольца подшипников установлены на приводном шпинделе, другой опорный узел втулки выполнен в виде регулируемой точечной пружинной опоры, содержащей полый болт, установленный по резьбе в корпусе радиально оси втулки, соосную ему витую пружину сжатия, связанную одним концом со втулкой, другим с болтом, цилиндрический стержень, установленный концентрично в полости болта с гарантированным зазором, соответствующим углу биения приводного шпинделя, и закрепленный жестко с одного конца на втулке, и два ролика с точечным контактом со свободным концом стержня, расположенные в плоскости вращения шпинделей и закрепленные на корпусе с одной степенью свободы, при этом устройство дополнительно снабжено болтами с двускосым клином на конце, установленными радиально во втулке с возможностью одновременного контактирования с наружными кольцами подшипников.

Поскольку неизвестно выполнение установочного элемента резьбодоводочного устройства в виде втулки, связанной с одной стороны жестко с гильзой для крепления детали, а с другой с опорой, установленной на приводном шпинделе концентрично ему, не известно назначение угла поворота установочного элемента как функции от величины относительного биения инструментального и приводного шпинделей, за также неизвестно выполнение опоры втулки, содержащей ограничитель вращательного движения втулки, выполненный в виде стержня и установленный по ее оси между двумя роликами, обеспечивающими свободное перемещение втулки в радиальном направлении, то указанные признаки соответствуют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства для доводки резьбовых поверхностей; на фиг. 2 вид А на фиг. 1; на фиг. 3, 4 поз. I на фиг. 1. Устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем на подшипниках 2 приводным шпинделем 3, жестко связанным с гайкой 4 (и образующим с ней резьбовой копир), на котором установлено зубчатое колесо 5. В приводном шпинделе 3 расположен инструментальный шпиндель 6, в котором закреплен инструмент (резьбовой притир) 7 посредством стяжного болта 8. Деталь 9 установлена в гильзе 10 и удерживается в ней пневмозажимами 11. С гильзой 10 жестко связан установочный элемент устройства втулка 12, опорой которой по внутренней поверхности являются сдвоенные радиально-упорные подшипники качения 13 и 14, установленные на приводном шпинделе 3. Наружные кольца подшипников 13 и 14, установленные по переходной посадке во втулке 12, разъединены коническими регулировочными винтами 15 с двускосым клином на конце каждого из болтов, закрепленными радиально во втулке 12 с возможностью ввинчивания в нее. Второй опорой по наружной поверхности втулки 12 является опорный узел, содержащий полый регулировочный болт 16, установленный по резьбе в корпусе 1 радиально оси втулки 12, соосную ему витую пружину сжатия 17, связанную одним концом со втулкой 12, другим с регулировочным болтом 16, цилиндрический стержень 18, установленный концентрично в полости болта 16 с гарантированным зазором и закрепленный жестко с одного конца на втулке 12, и два направляющих ролика 19 с точечным контактом со свободным концом стержня 18, расположенные в плоскости вращения шпинделей 3 и 6 (вид А на фиг. 1) и закрепленные на корпусе 1 с возможностью вращения (одна степень свободы).

Устройство работает следующим образом. Вращение с зубчатого колеса 5 передается на приводной шпиндель 3 с гайкой 4. При этом гайка 4 вращается с определенной окружной скоростью. Инструментальный шпиндель 6 получает вращение непосредственно от электродвигателя через ременную передачу (на фиг. не показано), и, в общем случае, вращается со скоростью, отличной от скорости вращения приводного шпинделя 3. При однонаправленном вращении шпинделей 3 и 6 имеет место дифференцированное осевое перемещение инструмента 7. При радиальном биении инструментального шпинделя 6 с инструментом 7 за ними непосредственно следует система: деталь 9 гильза 10 втулка 12 наружные кольца подшипников 13 и 14. При этом наружные кольца подшипников 13 и 14, характеризующихся допускаемым перекосом колец, имеют поворот по отношению к внутренним кольцам подшипников 13 и 14, установленных с натягом на приводном шпинделе 3. Этот поворот осуществляется относительно некоторой средней плоскости (плоскость N N, фиг. 3), и разнонаправленное относительно базовой оси инструмента 7 биение шпинделя 6 обуславливает колебательное движение наружных колец подшипников 13 и 14 относительно некоторой исходной радиальной плоскости. Поворот их относительно этой плоскости должен происходить на угол, не меньший половины угла относительного биения шпинделей 3 и 4. Биение инструментального шпинделя 6 относительно шпинделя 3 определяется, в первую очередь, зазорами в опорах в резьбовой опоре гайки 4 на резьбовой поверхности инструментального шпинделя 6 и шлицевой опоре инструментального шпинделя 6 (на фиг. не показано). В зависимости от точности выполнения этих соединений и возможности компенсации зазора при наладке и в процессе изнашивания опор относительное биение шпинделей 3 и 6 может быть значительно снижено. При этом стабильное (увеличенное по отношению к половине угла биения) значение угла поворота наружных колец подшипников 13 и 14 обеспечило бы инерционное стремление системы гильза 10 втулка 12 наружные кольца подшипников 13 и 14 переместиться на полный угол поворота наружных колец относительно исходной радиальной плоскости, и в следующий момент через полупериод вращение инструмента 7 в детали 9 ему будет противодействовать опрокидывающий момент от сил инерции линия эпюры которого не параллельна образующей детали 9, а следовательно, будет иметь место неравномерный износ детали. Для того, чтобы снизить действие инерционных сил и тем самым повысить точность обработки в заявленной конструкции угол поворота наружных колец подшипников 13 и 14 относительно исходной радиальной плоскости ограничивают путем ввинчивания винта 15 во втулку 12. Тогда конус на конце болта разводит наружные кольца подшипников 13 и 14 симметрично относительно своей оси (на угол α₁ на фиг. 3 приложения и общий угол поворота (α_max) ограничивается углом α=α_max-α₁. Для равномерного разведения наружных колец подшипников 13 и 14 достаточно трех болтов 15. Таким образом, при свободной установке системы деталь 9 - гильза 10 втулка 12, которая практически не оказывает на инструмент 7 сопротивления в радиальном направлении, ограничение угла поворота подшипников 13 и 14 способствует "гашению" колебаний от изменения направления инерционной нагрузки. Однако свободная установка этой системы на инструментальном шпинделе 6 с инструментом 7 вызывает появление гравитационных сил со стороны нее. Эти силы, в зависимости от длины обрабатываемой детали, также могут обеспечить различные значения изгибающего момента в контакте инструмента 7 с деталью 9, который влечет за собой ухудшение качества обработки. С целью компенсации действия гравитационных сил на инструмент 7 при вращении шпинделя 6 система деталь 9 гильза 10 втулка 12 опирается на пружину сжатия 17, которая предварительно (во время настройки) деформируется болтом 16 на величину, обеспечивающую полную компенсацию гравитационной нагрузки со стороны этой системы, т. е. Р_пруж. Р_{гравит.} Наряду со свободной установкой резьбовой детали в радиальном направлении она должна быть закреплена жестко в плоскости вращения инструмента 7 с целью обеспечения заданного усилия резания или передеформирования поверхности при доводке. Поэтому при вращении шпинделя 6 с инструментом 7 деталь 9, жестко связанная со втулкой 12 и стержнем 18, встречает противодействие от проворачивания со стороны роликов 19, расположенных по обе стороны стержня на случай реверсивного вращения шпинделя 6 (а также с целью гашения колебаний в начальный момент взаимодействия инструмента 7 с деталью 9. При этом точка контакта ролика 19 со стержнем 18 не постоянна и положение ее меняется на длине качания стержня 18 по роликам 19 при биении шпинделя 3. В процессе работы станка ось стержня 18 перемещается в пространстве по образующей конуса с углом при вершине, равном углу биения приводного шпинделя 3 (некоторого α_прив). Этим обусловлена величина зазора между болтом 16 и стержнем 18. Минимальная величина зазора на сторону численно определится как α_прив,, где l длина стержня 18 от места крепления во втулке 12 до середины болта 16. При этом контакт стержня 18 с роликами 19 в продольной плоскости (плоскости основного рисунка на фиг. 1) характеризуется трением скольжения и, частично, трением качения стержня 18 по образующей роликов 19. Изменение же положения стержня 18 в плоскости вращения шпинделей 6 и 3 (плоскость рисунка на виде А фиг. 1) сопровождается при жестком креплении роликов некоторой деформацией поверхности каждого из них (так, экспериментально получено, что при угле α_прив 0,46^o деформация роликов составляет 1 мкм). Однако величина этой деформации снижается за счет трения качения в контакте стержня 18 с роликами 19. Кроме того, зазор в подшипниках роликов 19 позволяет компенсировать величину смещения подшипникового узла при повышении величины биения. В случае, когда биение шпинделя 3 достигает значительных величин, один из роликов 19 может быть подпружинен относительно стержня 18 в продольной плоскости.

Использование: повышение качества обрабатываемой резьбовой поверхности при ее доводке. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, приводной шпиндель 3, инструментальный шпиндель 6 с инструментом (притиром) 7, гильзу 10 для крепления детали 9. Гильза 10 снабжена двумя опорными элементами. Один опорный элемент выполнен в виде двух шарикоподшипников 13, 15. Наружные кольца шарикоподшипников 13, 15 имеют возможность узлового поворота относительно внутренних их колец. Поворот наружных колец осуществляется при помощи конических регулировочных винтов 15. Другой опорный элемент выполнен в виде пружины 17, стержень 18 и полого регулировочного болта 16. Стержень 18 закреплен одним концом в гильзе 10, а другим концом установлен с гарантированным зазором в полости болта 16. 4 ил.

Устройство для доводки резьбовых поверхностей, содержащее корпус, в котором установлены приводной и инструментальный шпиндель, гильзу для установки детали, опорный элемент гильзы, установленный со стороны инструментального шпинделя концентрично ему, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки, гильза снабжена дополнительным опорным элементом, выполненным в виде установленного в корпусе полого регулировочного болта и установленных концентрично друг другу и перпендикулярно оси инструментального шпинделя пружины сжатия и стержня, жестко закрепленных одним своим концом на наружной поверхности гильзы, при этом второй конец пружины сжатия связан с полым регулировочным болтом, а второй конец стержня установлен в полости регулировочного болта с зазором, соответствующим углу биения приводного шпинделя, и с возможностью взаимодействия с введенными в устройство и закрепленными на корпусе направляющими роликами, причем основной опорный элемент выполнен в виде двух шарикоподшипников, установленных между приводным шпинделем и внутренней поверхностью гильзы с возможностью углового перемещения наружного кольца подшипника относительно внутреннего кольца на величину не менее половины угла биения инструментального шпинделя относительно приводного посредством введенных в устройство и установленных в гильзе между подшипниками конических регулировочных винтов.