СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к машиностроению. Может быть использовано при обработке различных поверхностей, например поверхностей вращения, на токарных станках, либо плоских поверхностей, например, на фрезерных станках.

Задача, решаемая при создании изобретения, повышение точности обработки за счет расширения технологических возможностей станка без повышения точности технологической системы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема положения оси шпинделя относительно его оси вращения: а параллельное (при равном и синфазном биении в обоих опорах шпинделя), б пересекающиеся (при неравном и противофазном биении в обоих опорах); на фиг. 2 схема положения оси шпинделя в опоре с учетом погрешности тел качения; на фиг. 3 пример измерения биения шпинделя и разделения на интервалы его и величины допуска на отклонения поверхности деталей (биение обрабатываемой поверхности относительно базы).

Способ обработки поверхностей заготовок в статике. Собранный шпиндель 1 с осью 2 покоится на передней 3 и задней 4 опорах (показаны условно только их сечения) на расстоянии l между ними в подшипниках, например, качения. Рабочие поверхности внутреннего кольца 5, наружного кольца 6 с размерами D_в и D_н, соответственно, и тел качения 7 с диаметром d_к имеют отклонения формы. В связи с этими погрешностями изготовления, а также другими (отклонение от соосности рабочих и посадочных поверхностей колец 5, 6) погрешностями ось 2 шпинделя 1 смещена от оси вращения 8 в передней и задней опорах на величины e_п, e_з соответственно. При этом ось 2 шпинделя 1 имеет возможность занимать относительно оси вращения положение, параллельное и наклонное (фиг. 1, а, б). Оправка (условно не показана) для контроля биения шпинделя 1 установлена, например, в его коническом отверстии. Место контроля биения расположено на расстоянии l₁ от передней опоры. Величина биения оправки составляет в первом случае e_к1, во втором E_к2. Если учитывать погрешности формы тел качения 8, то возможны периодически такие их положения (фиг. 2), при которых диаметрально противоположные тела качения 8 имеют смещение по фазе погрешности формы овальность, например, на 90^o. Тела качения 8 имеют возможность перекатываться совместно с сепаратором и быть в разных опорах в фазе и в противофазе. В итоге, ось 2 шпинделя 1 имеет возможность двигаться в пространстве по поверхности конусов с изменяющимися диаметрами.

Способ обработки поверхностей заготовок в динамике. При одинаковых типоразмерах подшипников передней и задней опор размеры одинаковых рабочих поверхностей колец и тел качения в разных опорах отличны друг от друга в пределах допуска. В связи с этим отличны друг от друга и "передаточные отношения" кругов качения рабочих поверхностей колец и тел качения. Тем более круги качения отличаются при разных подшипниках в опорах. Все сказанное объясняет появление при длительном вращении шпинделя в измеряемых величинах его биения во времени постоянной части e_const и переменной части e_var. Переменная часть e_var представляет собой обычно спектр периодических величин разных частот. Однако наибольшую амплитуду и размах имеет первая периодическая составляющая, которая и оказывает наибольшее влияние на образование биения обрабатываемой поверхности относительно технологических баз. Изменение шага волны t_e первой составляющей может происходить в широких пределах. Этим кстати и объясняется факт ее отсутствия при недостаточном времени наблюдения. В заявляемом способе обработки предлагается измерение биения шпинделя 1 вести до тех пор, пока в переменной части биения первая периодическая составляющая не повторится пятикратно (кривая 9). Число пять выбрано, как общеизвестно, при измерении периодических величин. Эту операцию выполняют с использованием датчика перемещений, например а.с. 208984, и соответствующей аппаратуры самозаписи. При измерении и записи фиксируют в составе биения e постоянную составляющую и первую периодическую составляющую с периодом t_e и размахом e_p. Синхронно с этим фиксируют в виде записи непрерывно с помощью, например, тахогенератора, числа и номера оборотов шпинделя. Эти документы прилагают к паспорту стака. Величину размаха e_p биения разделяют на интервалы, число которых i_e принимают равным, например, четырем, и обозначают их соответственно: первый - I_e, второй II_e, третий III_e, четвертый IV_e. Определяют отрезки времени, соответствующие каждому интервалу из соображений наличия в почти синусоидальной первой периодической составляющей нескольких временных отрезков. Например, на фиг. 3 видно, что интервал биений II_e может проявиться сначала в отрезки времени t₂, t₃, затем через некоторое время в отрезки времени t₅, t₆. Также обстоит и с интервалом биений III_e. Оба приведенных интервала относятся к средним значениям. Механизм образования биения шпинделя таков, что очень малые значения его и очень большие наблюдают только за один отрезок времени t₁, t₄ соответственно. Интервалы времени проще заменить интервалами оборотов шпинделя. При последующей обработке отбирают заготовки деталей, допуск на биение T которых больше измеряемой величины биения шпинделя на величину запаса точности. Например, для вышеприведенного случая разбиения биения шпинделя на четыре интервала, отобранные детали подразделяют также на четыре интервала-группы: первая 10 с допуском T₁, вторая 11 с допуском T₂, третья 12 с допуском T₃ и четвертая 13 с допуском T₄. Устанавливают соответствие между этими группами и интервалами разбиения размаха биения шпинделя. Очевидно, группа первая соответствует первому интервалу I_e биения. Группа вторая интервалу второму II_e. Группа третья интервалу третьему III_e. Группа четвертая интервалу четвертому IV_e. Составляют таблицу соответствия интервалов биений шпинделя, поля допуска поверхностей детали и номеров оборотов шпинделя (таблица 1).

Согласно таблице 1 соответствия определяют номера оборотов, при которых должна обрабатываться каждая из групп деталей. Так, группа первая обрабатывается при номерах оборотов в отрезки времени t₁ каждого периода биения. Группа вторая имеет шире возможности по временным отрезкам, т. к. ее можно обрабатывать при номерах оборотов в отрезки времени . Третья группа имеет еще более широкие возможности. Ее обрабатывают в любое время, кроме отрезка времени при номерах оборотов . Наконец, последняя четвертая группа вообще не имеет временных ограничений, а также по номерам оборотов, т.к. ее можно обрабатывать при любых номерах оборотов, т.е. в любое время.

Пример конкретного осуществления способа обработки поверхностей заготовок. Требуется обработать несколько партий разных заготовок для деталей с допусками радиального биения обрабатываемых поверхностей относительно поверхностей технологических баз: 0,01; 0,008; 0,005 мм. Токарная операция запланирована на токарно-винторезном станке модели 16Б16П. Схема установки заготовки консольная, в цанговом патроне. Конкретный экземпляр станка имеет по паспорту характеристику изменения радиального биения шпинделя (путем измерения с использованием контрольной оправки) с размахом первой периодической составляющей 0,006 мм в интервале 0,002.0,008 мм. Средний период изменения биения 12 ч для средней частоты вращения 1000 об/мин, что соответствует количеству оборотов 72•10⁴. Составляют таблицу соответствия отклонений биения поверхности детали биению шпинделя, количеству оборотов и отрезкам времени (таблица 2).

Проверяют по счетчику оборотов: в какой части периода находится станок. Например, на границе интервала с наибольшим биением шпинделя. Следовательно, начинают обрабатывать заголовки с наибольшим допуском на биение в 0,01 мм, т. к. здесь с течением времени величина биения шпинделя будет увеличиваться. Этот отрезок времени равен 4,5 ч или 27•10 оборотов. Далее переналаживают станок на обработку более точной партии с допуском 0,008 мм, т.к. наступает благоприятный для этого отрезок времени, соответствующий биению шпинделя менее 0,006 мм. Такой отрезок времени длится 2,25 ч или 13,5•10⁴ оборотов. Попутно заметим, что пользоваться количеством оборотов удобнее и точнее, т.к. при смене частоты вращения шпинделя для обеспечения, например, другой скорости резания время необходимо пересчитывать. В тоже время количество оборотов не зависит от частоты вращения, остается постоянным. После завершения 27•10⁴ + 13,5•10⁴ оборотов наступает третий отрезок времени, выгодный для обработки третьей группы, т.е. еще более точных деталей с допуском 0,005 мм. В зависимости от режимов обработки третий отрезок времени может оказаться за пределами первой смены. Следовательно, обработку в этом случае ведут в следующую рабочую смену. Последовательность названных отрезков времени может быть изменена при иных исходных показаниях счетчика оборотов.

Способ обработки может быть использован для повышения и других показателей точности, например, при обработке плоских поверхностей на фрезерных станках. Использование особенностей медленно меняющегося биения шпинделя, а следовательно, и фрезы, позволяет обеспечить обработку с уменьшенной волнистостью на обработанной поверхности.

Способ обработки поверхностей заготовок позволяет повысить точность обработки деталей (точность формы, точность расположения поверхностей) и снизить волнистость и шероховатость поверхностей без повышения точности станка, т.е. расширить его технологические возможности.

Использование: машиностроение, при обработке точных деталей с высокими требованиями по точности расположения и точности формы поверхностей. Сущность изобретения: измерение биения шпинделя ведут до пятикратного повторения периода первой периодической составляющей биения. Разделяют величину размаха биения на интервалы. Поле допуска биения разделяют на такое же число интервалов. Измеряют номера чисел оборотов шпинделя и разделяют их тоже на такое число интервалов. Устанавливают соответствие между всеми интервалами. Снятие поверхностного слоя производят на деталях, интервал допуска которых соответствует периоду работы станка по интервалу номеров оборотов шпинделя и интервалу биений шпинделя. 2 табл., 3 ил.

Способ обработки поверхностей деталей, по которому предварительно измеряют биения шпинделя, после чего производят снятие поверхностного слоя с деталей разной степени точности в соответствующие периоды работы станка, отличающийся тем, что предварительное измерение биения шпинделя ведут до выявления пятикратного повторения периода его первой периодической составляющей, одновременно фиксируют номера оборотов шпинделя, после чего разделяют величину размаха биения шпинделя, числовой ряд номеров оборотов шпинделя и после допуска биений поверхности детали на одинаковое число интервалов устанавливают соответствие между упомянутыми интервалами и производят снятие поверхностного слоя на деталях, интервал допуска которых соответствует периоду работы станка по интервалу номеров оборотов шпинделя и интервалу биений шпинделя.