СПОСОБ РАСТАЧИВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B23B35/00 B23B29/02 

Изобретение относится к холодной обработке металлов резанием, в частности, для растачивания выборки в отверстии, например, вала турбины авиадвигателя.

Известны способы растачивания выборок в отверстиях с использованием специальных устройств, устанавливаемых на токарных и расточных станках (Ансеров Н. А. "Приспособления для металлорежущих станков", Машгиз, Москва, 1960 г. стр. 474, фиг.VII. 92г.).

Устройство для осуществления известного способа состоит из скалки с выполненным продольным пазом, в котором установлена державка на поворотном пальце.

На одном конце державки установлен резец, а на другом конце выполнен выступ. Перед обрабатываемым отверстием соосно ему устанавливается кондукторная втулка.

При вводе сцентрированной вращающейся скалки по кондукторной втулке в обрабатываемое отверстие выступ, выполненный на державке, вступает в контакт с кондукторной втулкой, поворачивает державку вокруг поворотного пальца и резец плавно врезается в поверхность обрабатываемого отверстия. При дальнейшем осевом перемещении скалки выполняется расточка выборки.

Недостатком известного способа и устройства является невозможность обеспечения высокой точности обработки и необходимой чистоты обработки поверхности за счет того, что скалка в отверстии базируется консольно.

Известен также способ выполнения канавок в отверстии, включающий ввод резцедержателя с режущим элементом в исходное отверстие заготовки, смещение устройства относительно оси исходного отверстия на величину, равную глубине канавки, при этом резцедержатель повернется относительно поворотного пальца на некоторый угол по отношению к оси шпинделя и включается вращение шпинделя (заявка ФРГ N 3842683, МКИ B 23 B 29/054, 1990 г.).

Устройство для осуществления данного способа состоит из шпинделя, один конец которого неподвижно соединен со шпинделем станка, а на другом конце установлен качающийся резцедержатель, который соединен со шпинделем поворотным пальцем.

Внутри резцедержатель выполнен полым, полость эллиптической формы, расширяющаяся кверху. На резцедержателе с противоположного конца от режущего элемента с наружной поверхности выполнен конус, который контактирует с внутренним конусом передаточной втулки, установленной подвижно вдоль оси шпинделя устройства.

Недостатками вышеописанных способа и устройства являются малая производительность, недостаточная точность и чистота обработки выборки из-за недостаточной жесткости инструмента, так как он работает консольно.

Наиболее близким по технической сущности и назначению к заяляемому способу и устройству является способ, реализуемый с помощью устройства для расточки глубоких отверстий согласно а.с. СССР N 457543, кл. B 23 B 29/02, 1975 г.

Сущность известного способа заключается в том, что борштангу с расточной головкой вводят в обрабатываемое отверстие детали и центрируют в нем на двух опорах, выполненных в виде радиально-выдвижных штырей со скосами, взаимодействующими с опорными скосами подпружиненной гильзы, после чего производят растачивание отверстий. Расточная головка для выполнения данного способа оснащена радиально-выдвижными резцами, которые шарнирно установлены на осях и своими клиновыми скосами взаимодействуют с кулачками штока, связанного винтом и гайкой с рукояткой.

Недостатком известного способа и устройства для его осуществления является то, что центрирующие опоры установлены в корпусе головки и в процессе расточки отверстия перемещаются вместе с ней, что не позволяет выполнить канавку в глубоком отверстии большей длины, чем расстояние между опорами т.к. один ряд опор провалится в канавку. Тем более известное устройство невозможно применить для расточки канавки за два прохода чистовой и черновой.

Задачей разработки являлось получение технического результата, заключающегося в обеспечении высокой производительности, заданной точности выборки, чистоты обработки поверхности и радиусов, а также в обеспечении соосности между обработанными поверхностями и поверхностью исходного отверстия.

Для достижения указанного технического результата предложен способ растачивания выборки в исходном отверстии, включающий вход в обрабатываемое отверстие детали борштанги совместно с расточным инструментом, центрирование и поддержку их по оси обрабатываемого отверстия на протяжении всего периода растачивания выборки не менее чем на двух опорах, которые устанавливают и неподвижно закрепляют в исходном ранее обработанном отверстии с двух сторон предполагаемой выборки, а растачивание выборки производят за две операции - черновую и чистовую. При этом чистовую операцию производят после полной наружной обработки детали или по меньшей мере после удаления основного припуска с наружной поверхности детали (после перераспределения напряжений внутри металла).

Устройство для осуществления предложенного способа содержит корпус расточной головки, радиально выдвижной резцедержатель, оснащенный режущим сменным элементом, поворотный палец, на котором установлен резцедержатель, борштангу с расположенным внутри вала, на одном конце которого неподвижно закреплен лимб и опорные подшипники. Расточная головка оснащена сменными резцедержателями: для черновой и чистовой обработки, на которых неподвижно закреплено по два режущих элемента: право- и леворежущий, и червячной парой, при этом резцедержатель и червячное колесо своими шлицевыми отверстиями неподвижно установлены на шлицах поворотного пальца с зацепляемым червячным колеса с "червяком", установленным в корпусе расточной головки, на одном конце которого неподвижно установлено зубчатое колесо, входящее в зацепление с другим зубчатым колесом, неподвижно соединенным с валом, расположенным внутри борштанги.

Режущие элементы в резцедержателе для чистовой обработки установлены своими вершинами таким образом, что расстояние от пересечения оси поворотного пальца с плоскостью, проходящей через ось расточной головки перпендикулярно к поворотному пальцу, равно величине заданного радиуса выборки, при этом расстояние от оси расточной головки до рабочих вершин режущих элементов при наибольшем радиальном выдвижении элементов равно половине заданного диаметра выборки.

Кроме того, каждая из опор для центрирования и удержания борштанги с инструментом по оси обрабатываемого отверстия, выполнена из двух втулок. Внутренняя втулка выполнена из антифрикционного материала, например, бронзы, с наружным конусом и внутренним отверстием, обеспечивающим осевое перемещение вращающейся борштанги при минимальном зазоре, а наружная втулка выполнена из пружинной стали в виде цанги с внутренним конусом, сопрягаемым с конусом внутренней втулки.

На фиг.1 изображен общий вид способа растачивания канавки в отверстии и его устройство; на фиг.2 поперечное сечение устройства по А-А при наибольшем вылете резцедержателя; на фиг.3 механизм радиального перемещения резцедержателя.

Устройство для осуществления предложенного способа состоит из борштанги 1, удлинителя 2 борштанги 1, расточной головки 3, содержащей сменный резцедержатель 4 для чистового растачивания канавки. Резцедержатель для чернового растачивания канавки не показан. На резцедержателе 4 установлены два режущих элемента праворежущий элемент 5, леворежущий элемент Кроме того, расточная головка 3 содержит червячную пару, предназначенную для радиального выдвижения резцедержателя 4, при этом резцедержатель 4 и червячное колесо 7 червячной пары своими шлицевыми отверстиями установлены на шлицах оси в виде поворотного пальца так, что червячное колесо 7 входит в зацепление с червяком 9, установленным в корпусе расточной головки 3, на одном конце которого неподвижно установлено зубчатое колесо 10, входящее в зацепление с другим зубчатым колесом 11, неподвижно соединенным с валом 12, расположенным внутри борштанги 1, а другим концом червяк 9 установлен на опору с ограничением осевого перемещения.

Сменные резцедержатели 4 расточной головки 3 выполнены так, что в расточной головке в сборе с чистовым резцедержателем 4 расстояние от пересечения оси поворотного пальца 8 с плоскостью, проходящей через продольную ось расточной головки 3 перпендикулярно поворотному пальцу 8 до рабочих вершин режущих элементов 5 и 6, равно R величине заданного радиуса поверхности 13 канавки, а расстояние от оси 14 расточной головки 3 до рабочих вершин режущих элементов 5 и 6 при наибольшем радиальном выдвижении резцедержателя 4 равно D/2 радиуса канавки. Вышеуказанные размеры в расточной головке в сборе с черновым резцедержателем примерно на 1 мм меньше, чем с чистовым, что обеспечит технологический припуск после чернового растачивания на чистовое.

Данные требования технического решения обязательны в том случае, когда величина заданного радиуса поверхности 13 больше или меньше половины диаметра канавки D/2 радиуса канавки. Это требование будет справедливо и в том случае, когда величина заданного радиуса поверхности 13 равна D/2-радиуса канавки. Определение конкретных величин расстояний рабочих вершин режущих элементов осуществляется с помощью известных геометрических функций в зависимости от заданных чертежом величин.

Кроме того, устройство для осуществления предложенного способа оснащено двумя опорами для центрирования и удержания борштанги 1 с расточной головкой 3 по оси обрабатываемого отверстия на протяжении всего периода растачивания, которые состоят из двух втулок, причем внутренняя втулка 15 выполнена из антифрикционного материала, например, бронзы, с наружным конусом 16 и внутренним отверстием 17, обеспечивающим осевое и вращательное перемещение борштанги 1 или удлинителя 2 при минимально-допустимом зазоре, а наружная втулка 18 выполнена из пружинной стали в виде цанги с внутренним конусом 19, контактирующим с конусом 16 внутренней втулки 15. Для управления резцедержателем в процессе растачивания устройство снабжено лимбом 20, неподвижно закрепленным на валу 12.

Устройство работает следующим образом. Вал турбины 21 с обработанным исходным центральным отверстием и удаленным с наружной поверхности основным припуском под механическую обработку, что обеспечит перераспределение и стабилизацию внутренних напряжений металла, заложенных в процессе термообработки вала, устанавливают в патроны 22 бабки 23 изделия горизонтально-расточного станка, центрируя по оси станка, и зажимают кулачками 24 патронов 22. В центральное отверстие вала 21, в данном случае ступенчатое, в зону предлагаемой канавки заводят борштангу 1 с расточной головкой 3 и удлинителем 2. Борштанга 1 неподвижно закреплена в стеблевой бабке 25 по оси вращения шпинделя станка и дополнительно поддерживается и центрируется в маслоприемнике 26 направляющей стойки 27 посредством набивки 28, втулки 29 при завинчивании гайки 30.

В центральное отверстие вала 21 турбины в ступени 31 и 32 вводят две опоры для центрирования и удержания борштанги 1 с расточной головкой 3 и удлинителя 2 борштанги 1 по оси обрабатываемого отверстия на протяжении всего процесса растачивания канавки. При помощи гайки 33 наружная втулка 18 перемещается вперед, своими лепестками набегает на наружный конус 16 внутренней втулки 15 и неподвижно центрирует и закрепляет ее по оси ступенчатых отверстий 31 и 32. После закрепления опор к гайке 33 правой опоры подводят маслоприемник 26 и уплотняют по торцу гайки 33 употнительным кольцом 34.

Смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) к режущим элементам подают через патрубок 35, зазор между борштангой 1 и внутренним диаметром втулки 15, отверстия 36, между лепестками цанги втулки 18 и отводят через канал 37, выполненный в корпусе расточной головки 3 во внутренний диаметр удлинителя 2. После подачи СОЖ в патрубок 35 валу 21 турбины сообщают вращательное движение. Вращением лимба 20 через вал 12 и шестерни 11 и 10 сообщается вращательное движение червяку 9, который через червячное колесо 7 и поворотный палец 8 сообщает вращательное движение резцедержателю 4. Праворежущий элемент 5 постепенно входит в металл и формирует поверхность 13 по заданному радиусу. При максимальном выдвижении резцедержателя 4 (что определяется по лимбу 20) включают рабочую подачу станка и режущий элемент 5 формирует цилиндрическую поверхность 38 на заданной размер D до начала поверхности 39 заданного радиуса. После выполнения цилиндрической части канавки лимб 20 вращают в противоположную сторону и убирают резцедержатель цифровой индикации линейных перемещений инструмента, установленной на станке (не показано), расточную головку 3 перемещают вдоль оси вала в обратном направлении подачи до тех пор, пока леворежущий элемент 6 в выдвижном положении до соприкосновения своей режущей вершиной с поверхностью отверстия 32 не окажется в конечной точке длины канавки. Вращением лимба 20 режущей элемент 6 врезается в металл, образует поверхность 39 заданного радиуса до тех пор, пока режущая вершина режущего элемента 6 не займет максимально удаленное положение от оси инструмента (что определяется по лимбу 20), после чего включается обратная рабочая подача станка и осуществляется растачивание канавки до выхода режущего элемента 6 в ранее расточенную канавку. После окончания растачивания резцедержатель 4 убирают в расточную головку 3, выводят из центрального отверстия вала, извлекают опоры и снимают со станка вал.

После окончательной обработки вала по наружной поверхности, а следовательно, после возможной новой поводки вала в результате съема металла вал турбины поступает на операцию чистого растачивания канавки.

После замены в расточной головке 3 чернового резцедержателя 4 на чистовой вал турбины 21 устанавливают на станок и так же, как и черновое растачивание канавки, осуществляют чистовое растачивание.

Описанный способ растачивания канавки в отверстии и устройство для его осуществления обеспечивают заданные точность, чистоту обработки поверхности, соосность между заданными поверхностями и минимальную разностенность вала, что исключает разрушение вала при работе турбины авиадвигателя.

Использование: обработка металлов резанием. Сущность изобретения: способ заключается в том, что при растачивании канавки центрирование и поддержку борштанги с расточным инструментом осуществляют на протяжении всего периода растачивания не менее чем на двух опорах, при этом растачивание производят за две операции: в начале - черновую, а после полной наружной обработки детали или после удаления основного припуска с наружной поверхностью детали - чистовую операцию. Устройство для осуществления способа содержит борштангу с удлинителем, расточную головку 3, несущую сменные резцедержатели 4, на которых установлены праворежущие и леворежущие элементы 5, 6. Механизм радиального перемещения резцедержателя 4 содержит червячную пару, червячное колесо 7 которой входит в зацепление с червяком 9, размещенным в корпусе расточной головки 3, на одном конце которого неподвижно установлено зубчатое колесо 10, входящее в зацепление с зубчатым колесом 11, неподвижно соединенным с валом 12, расположенным внутри борштанги 1. При вращении червяка 9 вращается резцедержатель 4, праворежущий элемент 5 формирует поверхность 13 канавки, затем цилиндрическую поверхность 38, после чего головку 3 перемещают в обратном направлении до тех пор, пока в работу не вступает леворежущий элемент 6, образующий поверхность 39 канавки. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ растачивания, в котором борштангу вводят в обрабатываемое отверстие и центрируют в нем на двух опорах, отличающийся тем, что при растачивании канавки в отверстии опоры располагают с двух сторон канавки, растачивание осуществляют за две операции черновую и чистовую, между которыми производят обработку наружной поверхности детали. 2. Устройство для растачивания, содержащее борштангу, несущую расточную головку, в корпусе которой на поворотной оси размещен резцедержатель, связанный с механизмом радиального перемещения, две центрирующие опоры, выполненные из наружной и внутренней втулок, сопрягающихся по коническим поверхностям, и расположенный внутри борштанги вал с ручным приводом вращения на конце, отличающееся тем, что механизм радиального перемещения выполнен в виде червячной пары и зубчатой передачи, червячное колесо имеет шлицевое отверстие и установлено на оси резцедержателя, выполненной со шлицами, одно из зубчатых колес неподвижно установлено на червяке, а другое на вышеупомянутом валу, при этом резцедержатель выполнен сменным и несет праворежущие и леворежущие элементы. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что центрирующие опоры расположены по обе стороны расточной головки, при этом наружная втулка каждой опоры выполнена в виде цанги из пружинной стали, а внутренняя из антифрикционного материала, например бронзы.