СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B24B1/00 B24B19/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам обработки конических поверхностей вращения, например колец и роликов конических подшипников с выпуклыми дорожками качения.

Известен способ абразивной обработки поверхностей вращения (а. с. N 1199593 B 24 B 1/00 // B 24 B 19/06, Б.И. N 47, 1985), при котором берут инструмент, форма профиля которого в осевом сечении заготовки представляет дугу окружности, и обкатывают им обрабатываемую поверхность, при этом скорость обкатки и (или) силу прижима инструмента к заготовке выбирают по математической зависимости.

Недостатком данного способа является то, что он не может обеспечить высокую точность формы выпуклости на конической поверхности, так как в процессе обкатки постоянная ширина инструмента (в плоскости перпендикулярной оси вращения заготовки) взаимодействует с различными диаметрами обрабатываемой поверхности. С наименьшего диаметра конической заготовки будет удален наибольший припуск, а с наибольшего наименьший припуск. Следовательно, при таких условиях взаимодействия инструмента с конической поверхностью получить на ней требуемую выпуклость в осевом сечении заготовки невозможно.

Наиболее близким по технической сущности является способ абразивной обработки поверхностей вращения (патент N 1809799, B 24 B 1/00, Б.И. N 14, 1993), при котором инструмент, форма которого в осевом и поперечном сечениях представляет окружность, а длина равна длине обрабатываемой поверхности заготовки, прижимают к обрабатываемой поверхности вращающейся заготовки и обкатывают им обрабатываемую поверхность, радиус окружности инструмента в каждом поперечном сечении выбирают по формуле
,
где h_min минимальная ширина инструмента; R_min радиус профиля инструмента в месте минимальной его ширины; R_i радиус профиля инструмента в i-м сечении; h_i ширина инструмента в i-м сечении; перед прижимом устанавливают инструмент так, чтобы его сечение с минимальной шириной совпадало с сечением заготовки с минимальным радиусом, а усилие прижатия при обкатке изменяют пропорционально изменению ширины бруска.

Недостатком данного способа является то, что он, удаляя равномерный припуск по всему обрабатываемому профилю и обеспечивая при этом высокую точность профиля в осевом сечении детали, не может обеспечить требуемую выпуклость конической поверхности, так как не предусматривает целенаправленное удаление припуска с конической поверхности в каждом ее поперечном сечении.

Целью изобретения является повышение точности заданной формы образующей конической поверхности путем обеспечения постоянства отношения длины режущей части инструмента к площади удаляемого припуска, обусловленного формой образующей, в каждом из множества сечений взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки.

Цель достигается тем, что используют инструмент, ширину в каждом поперечном сечении которого выбирают по формуле

где R_i радиус заготовки в i-м сечении;
l_i длина режущей части инструмента в i-м сечении.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показал, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что берут инструмент, ширину в каждом поперечном сечении которого выбирают по формуле

при этом отношение длины режущей части инструмента, представляющей собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью режущих зерен, к площади сечения удаляемого припуска в каждом из множества сечений взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки есть величина постоянная. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна".

Известны технические решения (а. с. N 1199593, B 24 B 1/00 // B 24 B 19/06, Б.И. N 47, 1995), в которых инструмент обкатывает обрабатываемую поверхность. Однако постоянная ширина инструмента не обеспечивает необходимую форму выпуклости на обрабатываемой конической поверхности, которая достигается в заявленном техническом решении. Это позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень"
Использование инструмента, ширину в каждом поперечном сечении которого выбирают по формуле
,
где R_i радиус заготовки в i-м сечении;
l_i длина режущей части инструмента в i-м сечении,
обеспечивает постоянство отношения длины режущей части инструмента, представляющей собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью режущих зерен, к площади удаляемого припуска в каждом из множества сечений взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки. В результате этого на долю одного и того же зерна бруска в любом произвольном сечении приходится один и тот же микрообъем удаляемого металла, что обеспечивает управляемое удаление припуска различной величины по всему коническому профилю обрабатываемой поверхности и стабильную высокую точность формы выпуклого профиля в осевом сечении детали.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа; на фиг. 2 инструмент (брусок) и заготовка в минимальном сечении; на фиг. 3 то же, в промежуточном сечении; на фиг. 4 то же, в максимальном сечении; на фиг. 5 приведена схема образования режущей части инструмента в одном из поперечных сечений заготовки; на фиг. 6 вид формы рабочей поверхности инструмента в горизонтальной плоскости.

Устройство содержит брусок 1 и оправку 2 для обработки заготовки 3 с обрабатываемой конической поверхностью 4 длиной L (фиг. 1). Величина снимаемого слоя металла Z плавно возрастает от центра к краям обрабатываемой поверхности 4.

Бросок 1 в различных поперечных сечениях заготовки имеет переменную ширину h₁, h₂ и h₃ (фиг. 2, 3 и 4). Площадь удаляемого припуска S_z в сечениях 1-1, 2-2 и 3-3 имеет также переменную величину. Режущая часть инструмента с длиной L, участвующая в съеме материала, представляет собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью режущих зерен бруска при взаимодействии с заготовкой в рассматриваемом поперечном сечении при одном полном рабочем ходе инструмента (фиг. 5). Рабочая поверхность инструмента в проекции на горизонтальную плоскость имеет форму трапеции с вогнутыми боковыми сторонами (фиг. 6).

Способ осуществляется следующим образом. Брусок 1, имеющий профиль, форма которого в проекции на горизонтальную плоскость имеет форму трапеции с вогнутыми боковыми сторонами, а в проекции на вертикальную плоскость тороид, предварительно ориентируют относительно детали таким образом, что его торцевая часть минимального основания трапеции с шириной h₁ совпадает с минимальным диаметром D_min обрабатываемой поверхности 4, а максимальное основание трапеции с шириной h₃ совпадает с максимальным диаметром D_max. После ориентации брусок 1 устанавливают путем совмещения его плоскости симметрии в продольном сечении с серединой длины L обрабатываемой поверхности 4. Заготовке 3 сообщают вращение и брусок 1 прижимает к ее конической поверхности 4.

При перекатывании абразивного бруска 1 вдоль профиля конической поверхности 4 каждая точка его рабочей поверхности периодически контактирует с обрабатываемой поверхностью без проскальзывания, т.е. взаимодействие бруска и заготовки осуществляется точечным контактом. Точка m на бруске 1 совпадает с точкой m' на поверхности заготовки, а точка n с точкой n'. Давление бруска 1 в направлении от минимального диаметра D_min (сечение 1-1) к большему D_max (сечение 3-3) увеличивается пропорционально изменению диаметров конической поверхности 4 в каждом ее поперечном сечении (фиг. 1 4).

В месте соприкосновения бруска с обрабатываемой конической поверхностью в некотором поперечном сечении происходит начало формирования его режущей части (фиг. 5 положение инструмента 1-1, точка A₁). При этом в работе резания участвует только одно абразивное зерно (или точка взаимодействия поверхности инструмента и заготовки). При перекатывании инструмента (например, в направлении наименьшего диаметра D_min) в работу вступают зерна, которые, срезая стружку и производя работу, увеличивают режущую часть инструмента в данном поперечном сечении заготовки, установленную первым зерном (точкой) (положение инструмента 2-2, точки ). Каждые последующие зерна (точки), срезая стружку, также увеличивают режущую часть инструмента установленную предыдущими зернами, и это продолжается до образования полной дуги режущей части инструмента l_i (положение инструмента 3-3, точки ). Следовательно, длина режущей части бруска, участвующая в съеме металла, представляет собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью точек (режущих зерен) взаимодействия бруска и заготовки в рассматриваемом поперечном сечении. Дальнейшее перемещение бруска вызывает аналогичные образования режущих частей на обрабатываемой поверхности в любом из множества поперечных сечений заготовки. Длина следа в произвольном сечении (фиг. 2, 3 и 4) рассчитывается по формуле
l_i= R_i•2β,
где R_i радиус в i-м сечении, 2β угол охвата бруска. Откуда

Ширину инструмента в i-м сечении определяем по формуле (фиг. 2, 3 и 4)
h_i= 2•R_i•sin(β).
Подставляя получаем
,
где R_i радиус заготовки в i-м сечении;
l_i длина режущей части инструмента в i-м сечении заготовки.

В силу того что ширина инструмента в каждом поперечном сечении выбирается по формуле (1) и его рабочий профиль при этом имеет форму трапеции с вогнутыми боковыми сторонами (фиг. 6), то значение длины режущей части инструмента в поперечных сечениях заготовки различно. При выполнении условия постоянства отношения длины режущей части инструмента l_i к площади удаляемого припуска S_Zi (l_i/S_Zi= const) величина снимаемого слоя металла плавно возрастает от середины к краям обрабатываемой поверхности. Из этого следует, что на каждое единичное зерно в произвольном сечении бруска приходится один и тот же микрообъем удаляемого металла.

Этим условием обеспечивается необходимый выпуклый симметричный профиль на конической поверхности, а следовательно, и высокая герметическая точность формы в ее осевом сечении.

Пример. Рассмотрим обработку дорожки качения внутреннего кольца конического подшипника 7516.

Заготовка имеет прямолинейную коническую поверхность с минимальным диаметром D_minзаг= 40,24 мм, максимальным диаметром D_maxзаг=50,2 мм и средним диаметром D_срзаг=45,22 мм.

Необходимо получить кольцо с выпуклым симметричным профилем на конической поверхности, у которой D_minдет= 40,14 мм, D_maxдет= 50,06 мм и D_срдет=45,14 мм. Следовательно, припуск по обрабатываемой поверхности распределяется следующим образом: в сечении 1-1 удаляется припуск Z_1-1=0,05 мм, в сечении 2-2 Z_2-2=0,04 мм и в сечении 3-3 - Z_3-3=0,07 мм.

В соответствии с рекомендациями (Мазальский В.Н. Суперфинишные станки. Л. Машиностроение, 1988, 26 с.) принимаем угол охвата бруска 2β в сечении 1-1 равным 2β_1-160^o.

Тогда длина режущей части инструмента в сечении 1-1 будет равна

При этом площадь удаляемого припуска составит

Исходя из постоянства отношения
,
находим величину C

Следовательно, можно определить длины режущих частей инструмента в сечениях 2-2 и 3-3, обеспечивающих заданную выпуклость.

Согласно формуле (1) находим ширину бруска в сечении 1-1

в сечении 2-2

в сечении 3-3

Исходя из пропорциональности количества зерен на рабочей поверхности инструмента определим количество зерен на длинах дуг режущей части в сечениях 1-1, 2-2 и 3-3. Приняв шаг между зернами равным t=0,1 мм, получаем

Объем металла, подлежащий удалению с поверхности заготовки (по ширине кольцо k=1 мм) составляет
в сечении 1-1

в сечении 2-2

в сечении 3-3

Тогда объем металла, приходящийся на одно зерно, составит
в сечении 1-1

в сечении 2-2

в сечении 3-3

Следовательно, предлагаемый способ обеспечивает условие, при котором на одно зерно в любом произвольном поперечном сечении взаимодействующих поверхностей режущего инструмента и детали приходится одинаковый микрообъем удаляемого металла, но при этом величина снимаемого припуска в данных сечениях различна, чем и достигается заданная высокая геометрическая точность формы выпуклого симметричного профиля конической поверхности.

Использование: в машиностроении при обработке конических поверхностей вращения, например, колец и роликов конических подшипников с выпуклыми дорожками вращения. Сущность изобретения: способ абразивной обработки поверхностей вращения инструментом, форма профиля которого в осевом и поперечном сечениях представляет окружность, а длина равна длине обрабатываемой поверхности заготовки. Ширину инструмента в каждом поперечном сечении выбирают по формуле: h_i= 2R_i•sin[l_i/R_i] , где R_i - радиус заготовки в i-м сечении, l_i - длина режущей части инструмента в i-м сечении заготовки. Отношение длины режущей части инструмента, представляющей собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью режущих зерен, к площади сечения удаляемого припуска в каждом из множества сечений взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки выбирают постоянным. 6 ил.

Способ абразивной обработки поверхностей вращения, при котором инструмент, форма профиля которого в осевом и поперечном сечениях представляет окружность, а длина равна длине обрабатываемой поверхности заготовки, прижимают к обрабатываемой поверхности вращающейся заготовки и обкатывают им обрабатываемую поверхность, перед прижимом устанавливают инструмент так, чтобы его сечение с минимальной шириной совпадало с сечением заготовки с минимальным радиусом, а усилие прижатия при обкатке изменяют пропорционально изменению ширины бруска, отличающийся тем, что берут инструмент, ширину в каждом поперечном сечении которого выбирают по формуле

где R_i радиус заготовки в i-м сечении;
l_i длина режущей части инструмента в i-м сечении заготовки,
при этом отношение длины режущей части инструмента, представляющей собой длину следа, оставленного на обрабатываемой поверхности совокупностью режущих зерен, к площади сечения удаляемого припуска в каждом из множества сечений взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки есть величина постоянная.