СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 1997 года по МПК B23Q15/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на металлорежущих станках, в частности при продольном точении и шлифовании деталей.

Известен способ механической обработки, принятый за прототип, по которому производят измерение размера детали, сравнивают полученный размер с заданным и изменяют настройку взаимного положения инструмента и детали за счет дополнительного усилия на деталь, создаваемого с помощью обкатного ролика.

Недостатками способа-прототипа являются: во-первых, ограниченные технологические возможности и сложность создания и управления дополнительным силовым воздействием на обрабатываемую деталь с помощью контактных роликов, находящихся в непосредственной близости от зоны резания; во-вторых, низкое быстродействие устройства, реализующего способ-прототип, что связано с необходимостью управления перемещением обкатного ролика в направлении, перпендикулярном оси детали.

В предлагаемом способе механической обработки, при котором измеряют размер обрабатываемой детали, сравнивают измеренное значение с заданным размером и в функции отклонения прикладывают дополнительное силовое воздействие к детали, для создания дополнительного силового воздействия через обрабатываемую деталь пропускают электрический ток и создают магнитное поле, ориентируя источник магнитного поля так, чтобы магнитный поток был направлен нормально к оси детали и направлению предварительно определенной равнодействующей тангенциальной и радиальной составляющих силы резания, а величину дополнительного силового воздействия изменяют за счет изменения тока, пропускаемого через деталь, или за счет изменения величины магнитного потока.

Согласно первому варианту способа управление величиной дополнительного силового воздействия осуществляют путем изменения силы тока в детали.

Согласно второму варианту заявляемого способа величиной дополнительного силового воздействия на обрабатываемую деталь управляют за счет изменения величины магнитного потока.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два данных способа решают одну и ту же задачу задачу повышения точности обработки деталей принципиально одним и тем же путем за счет компенсации упругих деформаций с помощью дополнительного электромагнитного силового воздействия и регулирования его с помощью двух различных переменных.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемый способ механической обработки отличается наличием новых действий над объектом: созданием электрического тока в детали, формированием магнитного поля, регулированием магнитного потока или силы тока для управления упругими деформациями.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства, реализующего первый вариант предлагаемого способа; на фиг. 2 схема ориентации источника магнитного поля; на фиг. 3 блок-схема устройства, реализующего второй вариант заявляемого способа.

Блок-схема устройства (фиг. 1) поясняет реализацию первого варианта заявляемого способа на примере обработки вала на токарном станке.

Блок-схема устройства по фиг. 1 включает: обрабатываемую деталь 1, закрепленную с помощью изолирующей втулки 2 в патроне 3 и в электрически изолированной от станины задней бабке 4; электрически изолированный от резцедержателя резец 5; узлы токоподвода 6 и 7, содержащие контактные кольца и щетки; управляемый преобразователь 8 постоянного тока; источник 9 постоянного тока; источник электромагнитного поля, выполненный в виде катушки 10 и магнитопровода 11; датчик 12 размера детали; блок 13 сравнения; промежуточный усилитель 14 и задающее устройство 15.

При этом выходы управляемого преобразователя 8 постоянного тока подключены через узлы токоподвода 6 и 7 к обрабатываемой детали 1, выходы источника 9 постоянного тока соединены с катушкой 10 источника магнитного поля, а выходы датчика 12 размера детали и задающего устройства 15 соединены через блок 13 сравнения и промежуточный усилитель 14 со входом управляемого преобразователя 8 постоянного тока.

Магнитопровод 11 с катушкой 10, образующие источник магнитного поля, закреплен на суппорте станка с помощью кронштейна (на схеме не показан) так, что магнитопровод 11 охватывает деталь 1 (фиг. 2), и магнитный поток замыкается через воздушный зазор и обрабатываемую деталь 1. С помощью кронштейна обеспечивается возможность поворота магнитопровода 11 относительно оси детали 1.

В качестве источника магнитного поля в первом варианте заявляемого способа может быть использован также постоянный магнит.

Заявляемый способ механической обработки позволяет повысить точность обработки и устойчивость процесса резания. Усилие резания, возникающее в процессе съема металла, порождает упругие деформации системы станок - приспособление инструмент заготовка, что приводит к снижению точности обработки. Причем наибольшее влияние на точность обработки оказывают упругие деформации, вызываемые радиальной F_y составляющей силы резания.

Действие тангенциальной F_z составляющей силы резания приводит к смещению детали по оси Z, что отрицательно влияет на устойчивость процесса резания. Поэтому в общем случае по предлагаемому способу осуществляется компенсация упругих деформаций, вызываемых радиальной и тангенциальной составляющими силы резания (их равнодействующей), что позволяет повысить точность обработки, а также обеспечить устойчивость процесса резания.

Заявляемый способ механической обработки осуществляется следующим образом.

Определяют тангенциальную F_z и радиальную F_y составляющие усилия резания и направление равнодействующей F_р этих сил, которое можно характеризовать, например (фиг. 2), углом
α = arctg(F_y/F_z).
При этом составляющие усилия резания могут быть рассчитаны по известным соотношениям или измерены в процессе обработки с помощью датчиков тангенциальной и радиальной составляющих усилия резания. Устанавливают закрепленный на кронштейне магнитопровод 11 с катушкой 10 так, чтобы магнитный поток был направлен нормально к плоскости, в которой лежит ось детали и равнодействующая тангенциальной и радиальной составляющих усилия резания. Подводят резец 5 к обрабатываемой детали 1, и включают управляемый преобразователь 8 постоянного тока и источник 9 постоянного тока. При этом под действием выходного напряжения управляемого преобразователя 8 постоянного тока в обрабатываемой детали 1 протекает электрический ток. А источник 9 постоянного тока создает магнитный поток, проходящий по магнитопроводу 11 и замыкающийся через воздушный зазор и деталь 1.

В результате взаимодействия тока, протекающего в обрабатываемой детали 1, с магнитным потоком, созданным источником магнитного поля, возникает сила
F_эм I_дB,
где I_д ток в детали, А; B магнитная индукция, Тл.

Причем эта сила перпендикулярна вектору магнитной индукции B, и, следовательно, при указанной выше ориентации источника магнитного поля и соответствующем направлении тока в детали 1 ( от нас на фиг. 2) будет направлена встречно силе F_д, порождающей упругие деформации.

Процесс стабилизации упругих деформаций протекает следующим образом. При отклонении размера детали, который контролируется датчиком 12 размера, от заданного задающим устройством 15 на выходе блока 13 сравнения появляется сигнал отклонения. В функции этого отклонения изменяется напряжение на выходе промежуточного усилителя 14 и напряжение на выходе управляемого преобразователя 8 постоянного тока. Это приводит к изменению тока в детали 1. В результате, дополнительное электромагнитное силовое воздействие на деталь изменяется так, чтобы скомпенсировать возникшее отклонение размера.

Например, при обработке детали из углеродистой стали резцом с главным углом в плане 45^o при глубине резания 1 мм и продольной подаче 0,05 мм/об, как показывают расчеты, значение равнодействующей тангенциальной F_z и радиальной F_y сил резания составляет порядка 8O H. Для полной компенсации этой силы необходимо при значении индукции B1 Тл создать в детале ток силой I_д=80 А.

В том случае, когда не возникает проблем с обеспечением устойчивости процесса резания и достаточно компенсировать только упругие деформации системы станок приспособление инструмент заготовка, порождаемые радиальной составляющей усилия резания, источник магнитного поля ориентируют так, чтобы магнитный поток был направлен нормально к оси детали и радиальной силе резания. При этом вектор электромагнитной силы лежит в той же плоскости, что и F_y и благодаря этому достигается компенсация упругих деформаций в радиальном направлении.

Блок-схема устройства, реализующего второй вариант заявляемого способа, приведена на фиг. 3. Она так же, как схема на фиг. 1, содержит: обрабатываемую деталь 1, закрепленную с помощью изолирующей втулки 2 в патроне 3 и в электрически изолированной от станины задней бабке 4; электрически изолированный от резцедержателя резец 5; узлы токоподвода 6 и 7, содержащие контактные кольца и щетки; источник электромагнитного поля, выполненный в виде катушки 10 и магнитопровода 11; датчик 12 размера детали; блок 13 сравнения; промежуточный усилитель 14 и задающее устройство 15.

В отличие от первого варианта реализации способа блок-схема на фиг. 3 содержит также управляемый преобразователь 16 постоянного тока и источник 17 постоянного тока. При этом выходы источника 17 постоянного тока подключены через узлы токоподвода 6, 7 к обрабатываемой детали 1, выходы управляемого преобразователя 16 постоянного тока соединены с катушкой 10 источника магнитного поля, а выходы датчика 12 и задающего устройства 15 соединены через блок 13 сравнения и промежуточный усилитель 14 со входом управляемого преобразователя 16 постоянного тока.

Способ механической обработки по второму варианту способа реализуется аналогично первому варианту. Отличие заключается в том, что по второму варианту управление дополнительным силовым электромагнитным воздействием достигается за счет изменения напряжения на выходе управляемого преобразователя 16 постоянного тока и, соответственно, тока в катушке 10 источника электромагнитного поля, что, в итоге, ведет к изменению магнитной индукции B и электромагнитной силы F_эм.

Использование: изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на металлорежущих станках, в частности при продольном точении и шлифовании деталей. Сущность изобретения: при обработке измеряют размер обрабатываемой детали, сравнивают измеренное значение с заданным размером и в функции отклонения прикладывают дополнительное силовое воздействие к детали. Для создания дополнительного силового воздействия через обрабатываемую деталь пропускают электрический ток и создают магнитное поле, ориентируя источник магнитного поля так, чтобы магнитный поток был направлен нормально к оси детали и направлению предварительно определенной равнодействующей тангенциальной и радиальной составляющих силы резания, а величину дополнительного силового воздействия изменяют за счет изменения тока, пропускаемого через деталь, или за счет изменения величины магнитного потока. 3 ил.

Способ механической обработки, при котором измеряют размер обрабатываемой детали, сравнивают измеренное значение с заданным размером и в функции отклонения прикладывают дополнительное силовое воздействие к детали, отличающийся тем, что для создания дополнительного силового воздействия через обрабатываемую деталь пропускают электрический ток и создают магнитное поле, ориентируя источник магнитного поля так, чтобы магнитный поток был направлен нормально к оси детали и направлению предварительно определенной равнодействующей тангенциальной и радиальной составляющих силы резания, а величину дополнительного силового воздействия изменяют за счет изменения тока, пропускаемого через деталь или за счет изменения величины магнитного потока.