УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВУСТОРОННЕЙ ОБРАБОТКИ ПЛОСКИХ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 1997 года по МПК B24B7/17 B24B37/04 

Изобретение относится к абразивной обработке оптических деталей и может быть использовано для двусторонней обработки плоских деталей на оптических станках для шлифования и полирования.

Известны станки для двусторонней обработки планетарного типа, у которых верхний и нижний обрабатывающие инструменты неподвижны, а заготовки, расположенные в кассетах-сателлитах, совершают сложное движение по циклоиде (Глюкман Л. И. Пьезо-электрические кварцевые резонаторы. М. Радио и связь, 1981, с. 111-117). Линейные скорости обрабатываемых деталей определяются передаточным отношением зубчатого зацепления. Недостаток этой схемы заключается в том, что значения линейных скоростей невелики, что влияет на производительность процесса.

В плоскодоводочном станке (а. с. N 1230806, B 24 B, 37/04,1986) заготовки, расположенные в сепараторе (кассете), могут совершать вращательно-колебательное движение посредством эксцентриковых валов планетарного механизма, при этом оба обрабатывающих инструмента неподвижны. По этой схеме невозможно обеспечить равномерное распределение линейных скоростей по поверхности детали. Неравномерность зависит от геометрических размеров детали и чем больше размер детали, тем больше неравномерность съема материала в диаметрально противоположных точках обрабатываемых поверхностей.

Известна схема на базе полировально-доводочного станка ПД-500, в которой инструменты неподвижны, а сепаратор (кассета) с заготовками приводится во вращение эксцентриковым водилом (Синчугов К.Н. Коровкин В.П. Жданов А.И. // ОМП. 1990, N 7, с 56-58). В этом случае недостаток схемы аналогичен вышеприведенному, т.е. линейные скорости деталей распределены неравномерно, что может привести к образованию клина (разнотолщинности по краю) на обрабатываемых заготовках, так как вращение обрабатываемой детали вокруг своей оси является кинематически неопределенным.

Известен станок для двустороннего полирования СДП-100 планетарного типа (паспорт ШДМЗ.105.020, изготовитель Ижевский мотозавод), кинематика которого обеспечивает вращение нижнего инструмента и перемещение кассет-сателлитов с заготовками, расположенными между инструментами, посредством планетарного механизма. В этой схеме верхний инструмент неподвижен, в результате на верхней и нижней поверхностях обрабатываемых заготовок величина съема различна, так как относительные скорости на верхней поверхности заготовки меньше, чем на нижней, даже при попутном вращении.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство для шлифования и полирования плоских поверхностей деталей (а.с. N 1284802, B 24, B 37/04, 1987), содержащее соосно установленные инструменты, нижний из которых связан с приводом, а верхний с поводком механизма давления, размещенные между ними кассеты-сателлиты, входящие в зацепление с элементами планетарного механизма, центральный из которых соединен с нижним инструментом, а периферийный со станиной, при этом устройство снабжено эксцентриковыми водилами, основание которых закреплено на нижнем инструменте, а пальцы - свободно размещены в отверстиях верхнего инструмента.

К недостаткам конструкции этого устройства относится то, что подача абразива на инструмент и обрабатываемые детали осуществляется только вручную при поднятом положении верхнего инструмента. Отсутствие системы автоматической подачи суспензии (из помпы) не позволяет использовать высокопроизводительные вспомогательные материалы и инструменты, применяемые в скоростных процессах обработки, например связанный алмазный инструмент при шлифовании, пенополиуретан и полирит или двуокись церия при полировании.

Конструкция устройства не позволяет получить большие передаточные отношения шестерен и, следовательно, высокие относительные скорости обрабатываемых заготовок, необходимые для скоростных процессов, так как минимально возможный диаметр центрального колеса ограничен расположением эксцентриковых водил.

В устройстве-прототипе прикладывается большее усилие к водилам верхнего инструмента, поскольку размер его плеча ограничен радиусом центрального внутреннего цевочного колеса. В результате этого требуется двигатель большей мощности.

Нижний инструмент не имеет возможности точного и быстрого исправления его рабочей поверхности. Необходимость правки возникает в результате неравномерного износа инструмента. Правка может производиться проточкой резцом, а для создания точной поверхности необходимо производить доводку на доводочном диске. Цевки, образующие центральное колесо, впрессованы в нижний инструмент и мешают при доводке создавать сопряжение поверхности инструмента и доводочной плиты.

Задачей изобретения является
повышение качества обработки деталей;
повышение производительности труда за счет увеличения относительной скорости перемещения обрабатываемых заготовок, использования вспомогательных материалов с повышенной абразивной способностью.

Задача решается с помощью устройства для двусторонней обработки плоских деталей, содержащего соосно установленные инструменты с горизонтальными рабочими поверхностями, верхний из которых сопряжен с поводком механизма давления а нижний связан с валом привода, размещенные между инструментами кассеты-сателлиты с гнездами для обрабатываемых деталей, входящие в зацепление с периферийным колесом планетарного механизма, жестко соединенным со станиной, и центральным колесом, соединенным с нижним инструментом, а также связанное с последним эксцентриковое водило, ведущий палец которого свободно размещен в отверстии верхнего инструмента, и средство подачи суспензии. В отличие от прототипа эксцентриковое водило снабжено центрирующей шейкой, свободно размещенной в выполненном в верхнем инструменте центральном отверстии и жестко связанной с валом привода, на котором закреплены нижний инструмент и центральное колесо, а периферийное колесо смонтировано на держателе нижнего инструмента с помощью подшипников, при этом средство подачи суспензии выполнено в верхнем инструменте в виде кольцевой канавки с отверстиями, выходящими на внутренний край его рабочей поверхности.

На чертеже представлена кинематическая схема устройства для двусторонней обработки плоских оптических деталей.

Нижний инструмент 1 жестко связан с центральным колесом 2 планетарного механизма, выполненным в виде шестерни, и основанием эксцентрикового водила 3, например, при помощи шпонки. На держатель 4 нижнего инструмента 1 установлено через подшипники 5 периферийное колесо 6 планетарного механизма, выполненное в виде шестерни. В гнездах кассет-сателлитов 7 планетарного механизма 9 установлены обрабатываемые заготовки 8. Верхний инструмент 9 установлен соосно с нижним инструментом 1. Соосность обеспечивается сопряжением центрирующей шейки эксцентрикового водила 3 и центрального отверстия верхнего инструмента 9. Кольцевая канавка 10 со сквозными отверстиями 11, предназначенная для подачи суспензии или СОЖ на обрабатывающие поверхности инструментов 1 и 9, выполнена на наружной поверхности инструмента 9 и расположена симметрично относительно его оси, а выходные концы отверстий 11 граничат с внутренним диаметром рабочей поверхности инструмента 9.

Периферийная шестерня 6 планетарного механизма жестко соединена со станиной 12. Соединение может быть выполнено любым способом, например подпружиненным фиксатором, стопорным винтом и т.д. т.е. любым ограничителем вращения, обеспечивающим остановку наружной шестерни.

Ведущий палец эксцентрикового водила 3 обеспечивает передачу вращения верхнему инструменту 9 от шпинделя 13 станка. Усилие прижима, действующее на сопряженные пары инструменты детали, осуществляется механизмом давления станка через поводок 14 станка, сопряженный с гнездом верхнего инструмента 9, расположенным в центре инструмента 9.

Устройство работает следующим образом. Устройство устанавливается на вертикальный шпиндель 13 станка и сопрягается с ним резьбовым или конусным соединением, при этом плоские обрабатывающие поверхности инструментов 1 и 9 располагаются горизонтально. Нижний инструмент 1, центральная шестерня 2 и эксцентриковое водило 3 жестко соединены между собой и вращаются с одинаковой скоростью, которую им сообщает шпиндель 13 станка. Верхний инструмент 9 устанавливается на поверхности заготовок 8, расположенных в кассетах-сателлитах 7, при этом центрирующая шейка водила 3 входит в центральное отверстие инструмента 9, что обеспечивает соосность обоих инструментов. В отверстие верхнего инструмента 9, расположенное на расстоянии от оси инструмента, равном эксцентриситету эксцентрикового водила 3, свободно вставляется ведущий палец водила 3, который приводит во вращение верхний инструмент 9. Таким образом, оба инструмента вращаются в одну сторону с одинаковой скоростью.

Периферийная шестерня 6 с внутренним зацеплением планетарного механизма, установленная на держателе 4 нижнего инструмента 1 через подшипники 5, неподвижна, так как жестко соединена со станиной 12. При неподвижной периферийной шестерне 6 центральная шестерня 2 планетарного механизма приводит во вращение кассеты-сателлиты 7 с заготовками 8, которые совершают сложное движение по циклоиде. Скорость перемещения кассет-сателлитов 7 определяется соотношением числа зубьев шестерен планетарного механизма и частотой вращения центральной шестерни 2.

Полирующая суспензия или СОЖ для шлифования подается в зону обработки через кольцевую канавку 10 с отверстиями 11, выполненными в верхнем инструменте 9. При этои канавка 10 с отверстиями 11 выполнена таким образом, чтобы суспензия или СОЖ подавались в достаточном количестве на внутренний край рабочей поверхности инструментов, что обеспечивает равномерное распределение жидкости по всей поверхности инструментов за счет центробежных сил. Суспензия или СОЖ подается питателем абразивной суспензии станка (помпы) через регулятор подачи.

Необходимым условием для обработки деталей является наличие относительной скорости и трения в зоне сопряжения детали и инструмента. В станках, на которых предполагается использовать данное устройство, усилие прижима для обеспечения трения передается на центр верхнего инструмента 9 посредством поводка 14, закрепленного в штанге механизма давления станка, при этом конец поводка 14 сопряжен с гнездом верхнего инструмента 9.

Конструкция предлагаемого устройства имеет ряд преимуществ по сравнению с прототипом:
позволяет получить большее передаточное отношение шестерен планетарного механизма за счет возможности применения минимального диаметра центральной шестерни (минимальное число зубьев шестерен z 17) при постоянном диаметре периферийной шестерни; это приводит к возможности получения более высоких относительных скоростей вращения заготовок, необходимых для скоростных режимов обработки;
позволяет получать при обработке точные поверхности деталей, так как нижний инструмент имеет возможность точного и быстрого исправления его рабочей поверхности, поскольку она представляет собой плоскость без выступов и дополнительных элементов, смонтированных на ней; доводка инструментов необходима для получения их точных рабочих поверхностей, позволяющих получать при обработке точные поверхности деталей;
подача суспензии или СОЖ осуществляется в необходимом количестве в центральную часть инструментов, что обеспечивает равномерное распределение суспензии или СОЖ по поверхности инструментов и позволяет использовать вспомогательные материалы и инструменты для скоростной обработки, например связанный алмазный инструмент для шлифования, пенополиуретан и полирит или окись церия для полирования, при этом значительно повышается качество обрабатываемых поверхностей и производительность технологического процесса; достаточное количество подаваемой суспензии или СОЖ в зону сопряжения поверхностей инструментов и заготовок позволяет производить обработку скоростными методами тонких пластин (толщиной менее 0,8 мм);
позволяет создать более компактную конструкцию при одинаковом с прототипом передаточном отношении шестерен, так как центральное колесо устройства может быть выполнено меньших размеров, что позволяет уменьшить диаметр наружной шестерни;
позволяет уменьшить усилие, прикладываемое к водилу для передачи вращения верхнему инструменту, поскольку размер плеча расстояние от оси вращения до ведущего пальца не ограничен размером внутреннего колеса.

Устройство является цельной, быстросъемной и универсальной, с точки зрения применяемости, конструкцией. Оно не имеет своего электропривода и устанавливается на шпиндель любого шлифовально-полировального станка, что позволяет использовать его на различных станках типа ШП и ПД (например, 6ШП-200, 4ПД-200, 3ШП-350 и т.д.) с целью расширения их технологических возможностей. Устройство позволяет на станке, предназначенном для односторонней обработки, производить двустороннюю обработку деталей.

Габариты устройства определяются размерами обрабатываемых заготовок и типоразмером станка, на котором предполагается его использовать. Так, например, для обработки на станке 6ШП-200 микроканальных пластин (мкп) диаметром 24 мм и толщиной 0,46 мм был изготовлен макетный образец устройства диаметром 220 мм, в котором одновременно обрабатывались 9 заготовок мкп. На одном станке 6ШП-200 одновременно могут работать 6 устройств, т.е. одновременно обрабатывается 54 заготовки. Один оператор может обслуживать 6 шпинделей. Загрузка и выгрузка деталей на одном устройстве производится при работе остальных устройств.

Испытания макетного образца устройства для двусторонней обработки в лабораторных условиях при полировании мкп на пенополиуретане с использованием полиритной суспензии показали, что применение устройства обеспечивает
повышение производительности процесса на операции полировании в 1,5-2 раза;
повышение качества деталей, а именно уменьшение количества дефектов - царапин и точек на обработанных поверхностях;
повышение процента выхода годных деталей на 10-20% что позволяет уменьшить коэффициент запуска дорогостоящих заготовок;
сокращение трудоемкости изготовления инструментов для шлифования и полирования.

Использование: в абразивной обработке оптических деталей, в частности при двусторонней обработке микроканальных пластин. Сущность изобретения: устройство содержит соосно установленные два инструмента с горизонтальными плоскими обрабатывающими поверхностями и планетарный механизм, состоящий из центральной шестерни, периферийной шестерни с внутренним зацеплением и кассет-сателлитов между ними с гнездами для обрабатываемых деталей. В устройство введено эксцентриковое водило, основание которого жестко соединено с нижним инструментом и центральной шестерней, а ведущий палец и центрирующая шейка свободно сопряжены с верхним инструментом. При этом нижний инструмент соединен со шпинделем станка, с корпусом которого жестко соединена периферийная шестерня, в то же время свободно сидящая на корпусе нижнего инструмента, например при помощи подшипников. Верхний инструмент имеет кольцевую канавку с отверстиями для подачи суспензии. Центр верхнего инструмента сопряжен с поводком механизма давления станка. 1 ил.

Устройство для двусторонней обработки плоских деталей, содержащее соосно установленные инструменты с горизонтальными рабочими поверхностями, верхний из которых сопряжен с поводком механизма давления, а нижний связан с валом привода, размещенные между инструментами кассеты-сателлиты с гнездами для обрабатываемых деталей, входящие в зацепление с периферийным колесом планетарного механизма, жестко соединенными со станиной, и центральным колесом, соединенным с нижним инструментом, а также связанное с последним эксцентриковое водило, ведущий палец которого свободно размещен в отверстии верхнего инструмента, и средство подачи суспензии, отличающееся тем, что эксцентриковое водило снабжено центрирующей шейкой, свободно размещенной в выполненном в верхнем инструменте центральном отверстии и жестко связанной с валом привода, на котором закреплены нижний инструмент и центральное колесо, а периферийной колесо смонтировано на держателе нижнего инструмента с помощью подшипников, при этом средство подачи суспензии выполнено в верхнем инструменте в виде кольцевой канавки с отверстиями, выходящими на внутренний край его рабочей поверхности.