КОМБИНИРОВАННЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1997 года по МПК B24D5/06 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к обработке металлов резанием и может быть использовано на всех машиностроительных предприятиях для обработки заготовок абразивными кругами.

Заявляемое изобретение направлено на повышение эффективности обработки комбинированным шлифовальным инструментом (увеличение стойкости шлифовального круга и снижение шероховатости обработанной поверхности), позволяющего осуществить обработку заготовок крупно- и мелкозернистым абразивом за одну установку заготовки.

Известно устройство для шлифования (авт.св. СССР N 1255414, 1986), позволяющее последовательно шлифовать поверхности заготовок крупно- и мелкозернистыми элементами круга, в котором относительное перемещение последних осуществляется при намагничивании рабочих поверхностей корпуса и выдвижных элементов, изготовленных из материалов, обладающих соответственно отрицательными и положительными магнитострикционными свойствами. Основной недостаток такого круга малая величина возможного относительного перемещения крупно- и мелкозернистых элементов, максимальное его значение не превышает 10-12 мкм.

Известен комбинированный шлифовальный круг, который позволяет произвести последовательную обработку поверхности крупно- и мелкозернистыми элементами (авт.св. СССР N 1696290, 1991). Крупнозернистые элементы этого круга неподвижно закреплены на корпусе шлифовального круга, а мелкозернистые на пакете упругих термобиметаллических пластин, расположенных внутри корпуса круга. При пропускании электрического тока через термобиметаллические пластины, последние нагреваются и упруго изгибаются, осуществляя тем самым радиальное перемещение элементов с мелкозернистым абразивным слоем. Величина перемещения мелкозернистых элементов, при прочих равных условиях, зависит от упругих свойств термобиметаллических пластин. Недостатком данной конструкции является необходимость питания электрическим током быстро вращающегося в среде воздушно-жидкостного тумана шлифовального круга. Кроме того, возможны нежелательные колебания упругих термобиметаллических пластин с закрепленными на них элементами с мелкозернистым абразивным слоем.

Известны также сплошные шлифовальные круги на высокопористой керамической связке с подачей смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) через поры круга (Худобин Л. В. Бердичевский Е.Г. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке. М. Машиностроение, 1977, с. 143, рис. 96 а-е). Недостатком таких кругов является невозможность их применения для последовательной обработки крупно- и мелкозернистым абразивом за одну установку заготовки.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для комбинированного шлифования (а.с. СССР N 1328177, 1987). Это устройство состоит из сборного абразивного круга, имеющего крупно- и мелкозернистые участки рабочей поверхности, и механизма перемещения подвижных элементов с мелкозернистым слоем, позволяющим осуществить выдвижение подвижных элементов за счет сил инерции, возникающих при вращении круга. Выдвижение мелкозернистых элементов происходит при включении механизма перемещения втулки, удерживающей подвижные элементы с мелкозернистым абразивным слоем в "уплотненном" состоянии.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: выдвижение мелкозернистых элементов происходит под действием центробежных сил инерции при вращении круга.

Недостатками прототипа являются: сложность размещения в шпинделе станка электромеханического привода подвижных элементов; значительные энергозатраты для включения привода механизма перемещения втулки, удерживающей подвижные элементы; управление последовательностью участия в резании крупно- и мелкозернистых элементов возможно лишь при наличии дополнительной электрической аппаратуры; ухудшение санитарно-гигиенических условий шлифования (появление шума при работе ленточного тормоза и т.д.); участки рабочей поверхности круга с мелкозернистым абразивом быстро засаливаются частицами металла и имеют малую стойкость (по прижогообразованию); возникает необходимость частой правки мелкозернистых элементов.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности обработки комбинированным шлифовальным инструментом (увеличение стойкости шлифовального круга и снижение шероховатости обработанной поверхности) и упрощение его конструкции за счет подачи СОЖ через поры мелкозернистого абразивного слоя и исключение привода выдвижения мелкозернистых элементов, расположенного в шпинделе станка.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение имеет следующие общие с прототипом существенные признаки: круг имеет крупнозернистые абразивные участки, неподвижно закрепленные на корпусе, и подвижные державки с мелкозернистым абразивным слоем, выдвигающиеся за счет сил инерции при вращении круга.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки:
подвижные мелкозернистые элементы в конструкции круга-прототипа удерживаются в утопленном состоянии при помощи специального механизма, привод которого располагается в полом шпинделе шлифовального станка;
механизм, удерживающий подвижные державки в "утопленном" состоянии не требует собственного привода;
все его элементы расположены внутри круга, при этом подвижные державки "утоплены" под действием силы сжатия пружины, когда круг начинает вращаться, а СОЖ перетекать через поры мелкозернистого абразивного слоя из внутренней полости стаканов, несущих подвижные державки, на рабочую поверхность круга.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: при подаче СОЖ через поры мелкозернистого абразивного слоя, закрепленного на подвижной державке с его рабочей поверхности непрерывно удаляются частицы налипшего металла, что замедляет процесс засаливания (увеличивается период стойкости круга), создаются условия для образования на рабочей поверхности мелкозернистого абразивного слоя прочных смазочных пленок (снижается тепловая напряженность в зоне контакта "круг-заготовка", а также шероховатость обработанной поверхности); заполнение внутренней полости стакана и канала подвижной державки СОЖ, дросселирующей через высокопористую керамическую связку мелкозернистого абразивного слоя под действием силы инерции, а также использование спиральной пружины для возврата подвижной державки в исходное положение, позволяет упростить конструкцию комбинированного инструмента исключить сложный электромеханический привод механизма перемещения подвижных элементов, расположенный в шпинделе станка.

Для повышения эффективности обработки комбинированным шлифовальным инструментом осуществляется подача СОЖ через внутренний канал подвижной державки и через поры керамической связки мелкозернистого абразивного слоя, неподвижно закрепленного на подвижной державке. Для упрощения конструкции комбинированного шлифовального инструмента подвижная державка с мелкозернистым слоем жестко соединена с поршнем, который перемещается во внутренней полости неподвижно закрепленного в корпусе стакана; между дном стакана и поршнем установлена спиральная пружина; внутренняя полость стакана и державки заполнена СОЖ.

По имеющимся сведениям совокупность признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерии "новизна".

Сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность признаков, характеризующих сущность изобретения в принципе, может быть многократно использована при абразивной обработке заготовок с получением технического результата, заключающегося в увеличении стойкости круга, уменьшении шероховатости обработанной поверхности и устранения расположенного в шпинделе станка сложного электромеханического привода механизма перемещения подвижных элементов, обуславливающего обеспечение поставленной цели повышение эффективности обработки комбинированным шлифовальным инструментом и упрощение его конструкции, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 дан разрез общего вида комбинированного шлифовального инструмента; на фиг. 2 разрез А подвижного элемента; на фиг. 3 разрез Б подвижного элемента.

Заявляемое изобретение содержит корпус 1 с крупнозернистым абразивным слоем 2, подвижные державки 3 с мелкозернистым абразивным слоем 4, имеющие внутренние каналы 5 для перетекания СОЖ. Подвижные державки 3 жестко связаны с поршнем 6, перемещающимся в неподвижно установленном корпусе 1 стакане 7, также имеющим внутренние каналы 8 для перетекания СОЖ. Во внутренней полости 9 стакана 7, между его дном и поршнем 6 установлена спиральная пружина 10. Винты 11 и планки 12 служат для закрепления мелкозернистого абразивного слоя 4 к подвжной державке 3, эксцентриковые винты 13 и контргайки 14 для регулировки величин выдвижения Н2 подвижных державок 3. Через патрубок 15 в крышке корпуса 16 подается СОЖ внутрь инструмента, который установлен на шпинделе стакана 17 и закреплен при помощи гайки 18.

Изобретение работает следующим образом.

При невращающемся шлифовальном круге рабочая поверхность подвижной державки 3 с мелкозернистым абразивным слоем 4 "утоплена" с помощью пружины 10 относительно рабочей поверхности корпуса 1 с крупнозернистым абразивным слоем 2 на величину Н1. После включения подачи СОЖ через патрубок 15 заполняется внутренняя полость корпуса 1, каналы 8 и полость 9 стакана 7, внутренние каналы 5 подвижной державки 3. Включается привод вращения шпинделя, шлифовальный круг вводится в контакт с заготовкой. Обработка ведется крупнозернистым абразивом 2 на режимах, соответствующих предварительному шлифованию, снимается основная часть припуска на обработку. Подвижные державки 3 с мелкозернистым слоем 4, соединенные с поршнем 6, под действием сил инерции постепенно перемещаются в радиальном направлении по внутренней полости 9 стакана 7, сжимая пружину 10. Поршень 6 постепенно перекрывает каналы 8 в стакане 7. СОЖ из внутренней полости 9 стакана 7 перетекает через каналы 5 подвижной державки 3 под мелкозернистый абразивный слой 4 и просачивается через его высокопористую керамическую основу на рабочую поверхность подвижной державки 3 с мелкозернистым слоем 4. Скорость V_эл выдвижения подвижных державок 3 зависит от частоты вращения шлифовального круга, суммарной массы подвижной державки 3, пористости связки мелкозернистого слоя 4, вязкости СОЖ, жесткости пружины 10.

Величины Н1 и V_эл определяются из условия

где Т_пр время предварительной обработки заготовки участками с крупнозернистым абразивным слоем 2.

Как только подвижные державки переместятся на расстояние Н1, в обработку поверхности включаются участки с мелкозернистым абразивным слоем 4. В этом случае в течение времени в резании участвуют крупно- и мелкозернистые участки круга, а в течение времени только мелкозернистые участки круга.

;
где Т_ок время окончательной обработки заготовок, определяемое соответствующим припуском и требуемыми характеристиками качества обработанной поверхности;
H высота режущего профиля крупнозернистых участков круга.

На режиме окончательного шлифования будет удалена основная часть припуска. Суммарная величина перемещения Н2 подвижной державки 3 устанавливается с помощью эксцентрикового винта 13 и контргайки 14.

Возврат подвижных державок 3 в исходное положение осуществляется при помощи пружины 10, после остановки шлифовального круга.

Таким образом, заявляемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет существенно повысить эффективность обработки комбинированными шлифовальным инструментом и упростить его конструкцию. Изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами:
повышается стойкость комбинированного шлифовального инструмента;
снижается шероховатость обработанной поверхности;
отсутствует сложный привод механизма перемещения подвижных элементов, отпадает необходимость модернизации шпиндельного узла станка;
исключаются энергозатраты, связанные с приводом механизма перемещения;
улучшается санитарно-гигиеническая обстановка в зоне шлифования (нет шума и продуктов трения и износа от привода механизма перемещения);
осуществляется эффективное демпфирование ударных воздействий при обработке подвижными элементами с мелкозернистым слоем.

Заявляемое изобретение представляет значительный интерес для народного хозяйства, т.к. позволит повысить производительность труда.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: на всех машиностроительных предприятиях для абразивной обработки заготовок. Сущность изобретения: с целью повышения эффективности обработки комбинированным шлифовальным инструментом и упрощения его конструкции предлагается инструмент, в котором крупнозернистые абразивные элементы неподвижно установлены на корпусе круга, а участки с мелкозернистым абразивным слоем на высокопористой керамической связке закреплены на подвижных элементах, радиально перемещающихся за счет сил инерции при подаче СОЖ через внутренние каналы подвижного элемента и поры мелкозернистого абразивного слоя в зону резания. 3 ил.

Комбинированный шлифовальный инструмент, выполненный в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и радиально установленных в корпусе державок с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмом их радиального перемещения, отличающийся тем, что мелкозернистый слой выполнен на основе высокопористой керамической связки и размещен на державке, в которой выполнены осевой и радиальные каналы, а каждый из механизмов радиального перемещения державок выполнен в виде жестко установленного в корпусе и заполненного смазочно-охлаждающей жидкостью (СОЖ) стакана с размещенным в нем поршнем с внутренними каналами, сообщенными с каналами державки и служащими для подвода СОЖ к мелкозернистому слою.