СПОСОБ ОБРАБОТКИ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ВТУЛОК Российский патент 1997 года по МПК B24B1/04 B24B19/06 

Изобретение относится к суперфинишной обработке ферромагнитных втулок и может быть использовано в прецизионных шпинделях станков для отделочной обработки беговых дорожек колец шарикоподшипников.

Известен способ обработки в суперфинишном станке для шлифования внутренней поверхности колец шарикоподшипников [1] при котором деталь центрируют с помощью рабочей жидкости по наружной поверхности кольца, а обработку ведут абразивными инструментами против внутренней поверхности колец.

Этот способ создает равномерное напряженное состояние, но является довольно сложным в условиях серийной технологии и не обеспечивает высокой точности за счет изменения величин размеров после действия достаточно больших напряжений при их обработке.

Известен способ обработки шара тремя чашечными притирами [2] заключающийся в том, что оси притиров расположены в горизонтальной плоскости под углом 120^o друг к другу, производят разгрузку притиров от веса шара направленной вертикально вверх струей сжатого воздуха, поддерживающей его во взвешенном состоянии.

Этот способ исключает закрепление детали с действием сосредоточенных сил, но не имеет точной ориентации шара при обработке, что может привести к возникновению некруглости и других отклонений формы.

Известен способ чистовой обработки абразивными брусками [3] которые жестко устанавливают в головке оппозитно по отношению к обрабатываемой детали, поджимают к ней и сообщают вращение головке и детали, при этом ось вращения головки устанавливают под углом к оси детали из условия пересечения в точке, проходящей через плоскость симметрии профиля обрабатываемой поверхности детали, значение которого и ширину брусков определяют по предложенной формуле.

Обрабатываемую деталь закрепляют на оси ее вращения. Действие сосредоточенных сил сжатия на тонкостенных втулках приводит к возникновению неравномерного напряженного состояния, некруглости рабочих дорожек, изменению величин размеров после их хонингования. Для крепления втулок по этому способу необходимо достаточно сложное устройство, значительное время их закрепления и освобождения.

Известен способ обработки цилиндрических изделий [4] посредством абразивного инструмента, заключающийся в том, что обрабатываемое изделие устанавливают на плите, которая закрепляется на основании пьезоэлектрическими элементами, связанными с управляющей цепью. В процессе подачи напряжения на пьезоэлементы возбуждают вибрацию плиты, которую передают детали. Детали подвергают также вращению и воздействию абразивного инструмента.

Недостатком указанного способа является сложность устройств для закрепления с возможностью возникновения неравномерных напряженных состояний втулок от сосредоточенных сил сжатия и значительное время, требуемое для закрепления и освобождения детали.

Задачей изобретения является повышение точности обработки и упрощение крепления ферромагнитных втулок в условиях серийного производства. Это достигается тем, что бруски устанавливают в головке оппозитно по отношению к обрабатываемой втулке, поджимают к ней, сообщают вращение головке и втулке, при этом торцевую часть втулок обрабатывают в виде центрирующего подпятника, который устанавливают на опорный элемент в горизонтальной плоскости и ему сообщают ультразвуковые колебания в осевом направлении, бруски устанавливают в плоскости, перпендикулярной оси втулки, а вращение осуществляют за счет взаимодействия вихревых токов, наводимых в ней, и вращающегося магнитного поля.

Кроме того, вращающееся магнитное поле получают за счет статора с магнитопроводом цилиндрической формы и профилированными спиральными канавками, а втулку устанавливают относительно цилиндрической поверхности магнитопровода с зазором 1-4 мкм.

Изобретение поясняется чертежом устройства для реализации предложенного способа.

Устройство содержит пьезоэлемент 1 с осевой поляризацией, подключенный к высокочастотному генератору 2. Пьезоэлемент соединен с одной стороны с отражателем 3 и с другой стороны концентратором 4 с опорным элементом 5. Опорный элемент 5 выполнен в виде тарельчатого подпятника с проточками для ферромагнитной втулки 6, например, кольца шарикоподшипника с рабочей дорожкой на наружной цилиндрической поверхности. Площадь поперечного сечения подпятника больше площади поперечного концентратора на соответствующем диаметре. Концентратор 4 выполнен полым с параллельными оси его проточками и внутри него, а также пьезоэлемента 1, отражателя 3, установлен трубчатый стержень 7, на фланце которого закреплен магнитопровод статора 8 с помощью гайки 9. На наружной цилиндрической поверхности магнитопровода выполнены профилированные спиральные микроканавки газодинамического подшипника.

Внутри стержня 7 проведены три провода трехфазного питания статора асинхронного двигателя. Три абразивных бруска 10 установлены в плоскости, перпендикулярной оси вращения втулки, через 120^o на направляющих 11 во вспомогательной втулке 12 на кронштейне 13. Установка абразивных брусков 10 на направляющих 11 и упругих элементах 14 в виде винтовых цилиндрических пружин осуществлена перпендикулярно оси обрабатываемой заготовки 6.

Для осуществления обработки втулки 6 с помощью предлагаемого устройства производится настройка положения тарельчатого подпятника опорного элемента в горизонтальной плоскости относительно цилиндрической поверхности статора 8 и вспомогательной втулки 12. Затем производится установка обрабатываемой втулки 6 и подается напряжение от высокочастотного генератора 2 (=80 В) на пьезоэлектрические элементы 1 из пьезоматериала ЦТС-23 с радиальной поляризацией, которые совершают ультразвуковые колебания в осевом направлении. Отражатель 3 уменьшает рассеивание колебаний, а стержневой концентратор 4 их материала с малым волновым сопротивлением и коэффициентом поглощения звука (титан, Д16Т) увеличивает амплитуду колебаний центрирующего подпятника с рабочей конической поверхностью под требуемый размер кольца шарикоподшипника. Подпятник 5 образует смазочную пленку в виде газодинамического клина, на котором всплывает втулка 6. Наличие проточек, центрального отверстия и тарельчатой формы подпятника приводит к изгибным колебаниям и центрирующим силам со стороны газовой смазки, действующих на втулку 6. Величина сил увеличивается при резонансных колебаниях подпятника 5 и концентратора 4 на частоте, кратной частоте осевых колебаний пьезоэлементов 1. Затем подается питание переменного тока (40 В, f=1000 Гц) на обмотки статора 8, под действием которого образуются вихревые токи и вращающееся магнитное поле, и втулка начинает вращаться, в спиральные канавки магнитопровода нагнетается воздух. По мере увеличения скорости вращения вследствие увеличения смазки в клиновидный зазор давление в этих канавках увеличивается и появляется возможность смазочного слоя в радиальных опорах, на которых втулка продолжает вращаться и центрироваться в этих торцевых и газодинамических радиальных опорах. Обычно в газодинамических опорах применяют малый зазор 0,75-4 мкм (Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов. Под ред. Д.С. Пельпора. М. Высшая школа, 1988, с.169). На основании наших опытных данных предлагается устанавливать зазор 1-4 мкм.

Затем производится подвод абразивных элементов 10 по направляющим 11 за счет перемещения их от пружин 14 к рабочей поверхности втулки 6, и проводят суперфинишную обработку этих поверхностей.

За счет возникающих электромагнитных сил в таком асинхронном двигателе со сплошным ферромагнитным ротором появляется возможность передачи крутящего момента без действия сосредоточенных сил. Силы прижатия абразивных брусков оппозитны и взаимно уравновешиваются. Биение втулки 6 из-за остаточной неуравновешенности существенно не влияет на положение оси втулки из-за большой скорости вращения и достаточной жесткости газодинамических опор.

Предложенный способ позволяет просто и с требуемой точностью доводить рабочие поверхности ферромагнитных втулок за счет создания равномерного напряженного состояния поверхностных слоев.

Использование: отделочная обработка беговых дорожек колец шарикоподшипников. Сущность изобретения: обрабатываемую ферромагнитную втулку устанавливают на опорный элемент и закрепляют на основании с помощью пьезоэлектрических элементов, связанных электрической цепью. В процессе подачи напряжения на пьезоэлектрические элементы возбуждают вибрацию опорного элемента, которую передают втулке в осевом направлении. Втулку подвергают вращению и воздействию абразивного инструмента. Торцевую поверхность втулки обрабатывают по форме взаимодействующего с ней центрирующего подпятника, которому сообщают ультразвуковые колебания. Вращение втулки осуществляют за счет взаимодействия вихревых токов, наводимых в ней, и создаваемого вращающегося магнитного поля. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки ферромагнитных втулок посредством абразивного инструмента, заключающийся в том, что обрабатываемую втулку устанавливают на опорный элемент и закрепляют на основании с помощью пьезоэлектрических элементов, связанных управляющей электрической цепью, при этом в процессе подачи электрического напряжения на пьезоэлектрические элементы возбуждают вибрацию опорного элемента, которую передают втулке в осевом направлении, а также подвергают ее вращению и воздействию абразивного инструмента, входящего в контакт с ее поверхностью, отличающийся тем, что торцевую поверхность втулки обрабатывают по форме взаимодействующего с ней центрирующего подпятника, которому сообщают ультразвуковые колебания, а вращение втулки осуществляют за счет взаимодействия вихревых токов, наводимых в ней, и вращающегося магнитного поля. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вращающееся магнитное поле создают путем установки в осевом отверстии втулки статора с магнитопроводом цилиндрической формы, имеющим на наружной поверхности профилированные спиральные микроканавки, и подачи на обмотки статора переменного тока, при этом обрабатываемую втулку устанавливают относительно поверхности магнитопровода с зазором 1 4 мкм.