СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК НА ТОКАРНЫХ СТАНКАХ Российский патент 1997 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам обработки заготовок на токарных станках.

Известен способ обработки, при котором устанавливают явную базу, реализуемую чувствительным элементом в виде ограничителя хода, относительно явной базы, реализуемой режущей кромкой инструмента, и осуществляют основное и дополнительное силовые замыкания путем взаимодействия явной базы чувствительного элемента системы инструмента с явной измерительной базой заготовки в конце процесса резания [1] Известный способ позволяет повысить точность обработки, в частности точность расположения обрабатываемых поверхностей. Однако известный способ невозможно применить при использовании скрытых баз.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки заготовок на токарных станках, при котором устанавливают явную базу, реализуемую чувствительным элементом в виде ограничителя хода, относительно явной базы, реализуемой режущей кромкой инструмента, и осуществляют основное и дополнительное силовые замыкания путем взаимодействия явной базы чувствительного элемента системы инструмента с явной измерительной базой заготовки в конце процесса резания, в случае использования скрытой базы в качестве измерительной базы заготовки, скрытые базы дополнительно введенного и основного чувствительных элементов совмещают до начала процесса резания со скрытой базой режущих кромок инструмента, а до и после начала в течении, до конца и после окончания процесса резания со скрытой измерительной базой заготовки посредством дополнительного силового замыкания их путем взаимодействия не менее, что с двумя поверхностями заготовки, реализующими скрытую измерительную базу заготовки.

На фиг. 1 дана схема обработки резцом одновременно двух внутренних поверхностей канавки, скрытая база которых задана относительно скрытой базы двух наружных плоских поверхностей торцев; на фиг.2 то же, относительно скрытой базы двух внутренних плоских поверхностей той же канавки; на фиг.3 схема обработки двумя резцами одновременно двух наружных плоских поверхностей бурта, скрытая база которого задана относительно скрытой базы двух наружных плоских поверхностей торцев; на фиг.4 схема положения системы инструмента и заготовки при дополнительном силовом замыкании до начала процесса резания; на фиг.5 то же, в течение процесса резания; на фиг.6 схема расположения скрытых баз и материальных объектов, их реализующих; на фиг.7 схема для расчета длины взаимодействия дополнительных чувствительных элементов с заготовкой.

Способ обработки заготовок на токарных станках включает дополнительное силовое замыкание инструмента 1 резца(ов) и заготовки 2 до начала процесса резания (фиг.4). Державка 3 установлена в подвижной системе 4 установки инструмента 1. Подвижная система 4 вместе с инструментом 1 имеет степень свободы относительно неподвижной системы 5 инструмента 1. Эта степень свободы позволяет инструменту 1 самоустанавливаться по заготовке 2 посредством двух дополнительных чувствительных элементов 6 и 7, закрепленных на державке 3. Функцию основных чувствительных элементов выполняет подвижная система 4. Дополнительные чувствительные элементы 6,7, реализуемые в виде ограничителей хода, вместе с державкой установлены так, что их скрытая база I-I совмещена со скрытой базой II-II режущих кромок инструмента 1. Дополнительные чувствительные элементы 6,7 имеют возможность взаимодействовать с поверхностями 8 и 9 заготовки 2, реализующими скрытую измерительную базу III-III, базу, относительно которой задано рабочим чертежом положение скрытой базы IV-IV обработанных поверхностей 10 и 11 (фиг.6). Указанные скрытые базы I-I, II-II, III-III, IV-IV представляют собой плоскости симметрии дополнительных чувствительных элементов, режущих кромок инструмента, двух поверхностей заготовки, реализующих ее скрытую измерительную базу; двух обработанных поверхностей заготовки соответственно. Заготовка 2 установлена с возможностью вращения со скоростью V, а инструмент -с возможностью подачи S. Положение инструмента 1 и дополнительных чувствительных элементов 6,7 относительно заготовки в течении процесса резания показано на фиг.5. Положение инструмента 1 и дополнительных чувствительных элементов 6 и 7 относительно заготовки 2 на фиг.4 и 5 рассмотрено для случая обработки внутренних поверхностей 8 и 9 (фиг. 2), при котором скрытая база IV-IV обработанных поверхностей 10 и 11, связанных размером A₁, задана относительно скрытой измерительной базы III-III, реализуемой поверхностями 8 и 9. Положение дополнительных чувствительных элементов 6,7 относительно системы инструмента 1 обеспечивается настройкой, например, вне станка, т.е. до начала процесса резания, совмещением их скрытых баз I-I и II-II соответственно. Расстояние между дополнительными чувствительными элементами 6,7 настраивается державкой 3 до размера, компенсирующего рассеивание размера A₁ в партии заготовок 2. Аналогично настраиваются дополнительные чувствительные элементы 6,7 при взаимодействии с наружными поверхностями 8,9 (фиг.1). При более высоких требованияхк состоянию поверхностей 8,9, реализующих скрытую измерительную базу IV-IV (исключение следов взаимодействия, например, царапания, надиров, этих поверхностей с дополнительными чувствительными элементами) дополнительные чувствительные элементы располагают на расстоянии A₄ друг от друга, а от наружных поверхностей 8,9 заготовки с зазором A₅ (фиг.3). В этом случае дополнительные чувствительные элементы 6,7 снабжены каналами 12, 13 для подачи третьей среды (воздух, масло) под давлением, которая и взаимодействует с поверхностями 8,9. Подвижная система 4 установки инструмента имеет возможность перемещения по неподвижной системе 5 относительно нейтрального положения, которое обеспечивается, например, двумя пружинами (условно не показанными), установленными с противоположных сторон подвижной системы 4. Жесткость дополнительных чувствительных элементов 6,7 может быть различной. При более высоких требованиях к точности применяется система автоматического управления (условно не показана) положения подвижной части 4 инструмента 1. В этом случае дополнительные чувствительные элементы могут быть снабжены бесконтактными датчиками перемещения (условно не показаны), например, токовихревого типа, соединенными с системой автоматического управления. Условием обеспечения возможности постоянного контакта дополнительных чувствительных элементов 6,7 с заготовкой 1 до начала, в течение и до окончания процесса резания является расположение их существенно смещенными от линии центров на величину (фиг.7)

где D,d наружный и внутренний диаметры заготовки, соответственно;
l_k длина канавки.

Дополнительные чувствительные элементы 6,7 устанавливают от вершины инструмента 1 (резца) на расстоянии

где l₁ длина врезания.

Длина контакта дополнительных чувствительных элементов 6,7 с заготовкой2 в несколько раз меньше расчетной длины хода l_р.д.х.и. инструмента 1.

Способ обработки заготовки на токарных станках в динамике. Перед установкой съемных подвижной 4 и неподвижной 5 систем установки инструмента на станок их настраивают. В случае задания рабочим чертежом заготовки 2 скрытых баз IV-IV, симметричными относительно скрытой измерительной базы III-III (фиг.1 и 2), дополнительные чувствительные элементы 6,7 настраивают симметрично относительно режущих кромок инструмента 1, совмещая при этом их скрытые базы I-I, II-II соответственно. Скрытые базы основного чувствительного элемента, например подвижной системы 4, также совмещают со скрытыми базами режущих кромок инструмента 1 соответствующей установкой и регулировкой положения инструмента. При несимметричном расположении размеров A₁ и A₂, смещенных на величину A₃, соответственно располагают при настройке дополнительные чувствительные элементы 6,7 и инструмент 1 (инструменты). При этом расстояние между дополнительными чувствительными элементами 6,7 настраивают с гарантией контакта с ними всех деталей партии, т.е. с некоторым натягом (фиг.1,2) либо зазором A₅ (фиг. 3). Компенсацию положения дополнительных чувствительных элементов 6,7 обеспечивают упругой деформацией их (фиг.1,2) либо соответствующим давлением третьей среды, либо системой автоматического управления. Возможно использование и другого принципа взаимодействия дополнительных чувствительных элементов 6,7 с поверхностями 8,9 заготовок 2, например, основанный на использовании магнитной подушки. После установки подвижной 4 и неподвижной 5 систем установки инструмента на станок устанавливают заготовку 2. Производят настройку относительного положения системы инструмента 1 и заготовки 2. Включают вращение заготовки со скоростью V и перемещение инструмента с подачей S, например, перпендикулярной оси вращения заготовки 2. Дополнительные чувствительные элементы 6, 7 вводят во взаимодействие с заготовкой 2 в точке С (фиг.7) и осуществляют дополнительное силовое замыкание с ней на протяжении прямой СЕ. Инструмент 1 вершиной из точки В (фиг.7) проходит длину l₁ врезания, начинается основное силовое замыкание. За счет упругой связи подвижной системы 4 относительно неподвижной системы 5 (фиг.1,2) или возможности перемещения подвижной 4 по неподвижной системы (фиг.3) подвижная система 4 вместе с инструментом 1 самоустанавливается относительно заготовки 2. При этом совмещаются скрытые базы I-I c II-II и III-III c IV-IV. Поэтому после начала и в продолжении процесса резания инструмент 1 перемещается в строго заданном положении, при котором совмещены все выше названные скрытые базы. Инструмент 1 проходить путь l_р.д.х.и. (фиг.7), после чего подачу выключают. Резание закончено. Инструмент 1 возвращают в исходное положение точку В. Выключают вращение заготовки 2 и снимают ее со станка.

Пример конкретного выполнения. Требуется выполнить токарную операцию по обработке внутреннего кольца О2 роликового подшипника типа 1241Л3 из стали ШХ15СГ. Размеры кольца: наружный диаметр 93,5±0,1 мм, внутренний диаметр 59,65_-0,2 мм, ширина кольца 35,5±0,3 мм, диаметр роликовой дорожки 83,9^+0,2 мм. Требуется обработать внутренние торцевые поверхности паза, выдержав размер между ними 24,5_-0,15 мм, а также отклонение от параллельности скрытой базы плоскости симметрии паза, относительно скрытой измерительной базы плоскости симметрии наружных торцев, в пределах 0,16 мм. Обработку ведут на токарном станке ЧПУ модели 16К20Ф3. На подвижную систему устанавливают два резца и настраивают их на размер 24,5_-0,05 мм. На подвижную систему устанавливают державку с двумя дополнительными чувствительными элементами с твердосплавными наконечниками. Настраивают их на размер 35,5±0,03 мм, совмещая их скрытую базу со скрытой базой резцов. Затем по эталону настраивают относительно скрытой измерительной базы заготовки 2. Заготовку 2 устанавливают по отверстию в цанговом патроне. Включают вращение заготовки 2 и подачу инструмента от системы ЧПУ. Дополнительные чувствительные элементы 6,7 вместе с инструментом 1 перемещаются в поперечном направлении в сторону оси вращающейся заготовки, входя во взаимодействие одновременно с ее обоими торцами. Этим вводят дополнительное силовое замыкание инструмента 1 и заготовки до начала процесса резания. В этот момент инструменты 1 приобретают требуемое положение относительно скрытой измерительной базы, реализуемой двумя наружными торцами заготовки. Инструменты 1 врезаются в заготовку и перемещаются на расчетную длину l_р.д.х.и. хода. В течение всего этого времени поддерживается дополнительное силовое замыкание инструмента 1 и заготовки 2 до тех пор, пока резцы не выйдут в канавку. Подача инструмента 1 выключается и он возвращается в исходное положение. После остановки вращения заготовку снимают со станка. Средняя величина отклонения от параллельности плоскости симметрии паза и наружных торцев составила 0,06 мм по сравнению со способом базового завода в 0,12 мм (при максимальных значениях указанного отклонения в отдельных случаях выше 0,16 мм, т.е. за пределами допустимых). Реализация способа обработки позволяет повысить точность расположения обработанных поверхностей в два и более раз.

Способ обработки заготовок может быть использован и при других токарных операциях. Например, при течении торцевой кольцевой канавки, скрытая база которой представляет собой средний цилиндр; при точении оболочек постоянной толщины в виде обечайки в форме круглого, так и фасонного цилиндра. Способ также можно использовать и на других операциях: фрезерных при фрезеровании канавок либо выступов, положение скрытой базы плоскости симметрии которых задано относительно какой-либо другой скрытой базы; шлифовальных при шлифовании одновременно двух сторон паза либо наружных плоскостей и в других случаях.

Способ обработки заготовок повышает точность расположения поверхностей в 2 3 раза.

Использование: в области машиностроения, в частности касается обработки деталей, измерительные базы которых являются скрытыми. Сущность изобретения: способ обработки заключается в том, что осуществляют дополнительно силовое замыкание инструмента 1 и заготовки 2 до начала процесса резания. Державку 3 устанавливают в подвижной системе 4 установки инструмента 1. Подвижная система 4 вместе с инструментом 1 имеет степень свободы относительно неподвижной системы 5 инструмента 1. Эта степень свободы позволяет инструменту 1 самоустанавливаться по заготовке 2 посредством двух дополнительных чувствительных элементов 6,7, закрепленных на державке 3. 7 ил.

Способ обработки заготовок на токарных станках, при котором устанавливают явную базу, реализуемую чувствительным элементом в виде ограничителя хода, относительной явной базы, реализуемой режущей кромкой инструмента, и осуществляют основное и дополнительное силовые замыкания путем взаимодействия явной базы чувствительного элемента системы инструмента с явной измерительной базой заготовки в конце процесса резания, отличающийся тем, что в случае использования скрытой базы в качестве измерительной базы заготовки, скрытые базы дополнительно введенного и основного чувствительных элементов совмещают до начала процесса резания со скрытой базой режущей кромки инструмента, а до и после начала в течение до конца и после окончания процесса резания со скрытой измерительной базой заготовки посредством дополнительного силового замыкания их путем взаимодействия не менее чем с двумя поверхностями заготовки, реализующими скрытую измерительную базу заготовки.