УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕЗАБРАЗИВНОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ Российский патент 2000 года по МПК B24B1/04 

Изобретение относится, в частности, к безабразивной ультразвуковой финишной обработке поверхностей сложного профиля, который позволяет увеличить твердость, уменьшить шероховатость и коэффициент трения, и может быть использовано в автомобилестроении, тракторной промышленности, приборостроении и других областях науки и техники с целью повышения качества продукции.

Известно устройство для ультразвуковой безабразивной обработки, имеющее раму с возможностью перемещения только в продольном направлении, колебательную систему и механизм прижима. Устройство не имеет возможности сканирования по всем точкам обрабатываемой поверхности, идеального контакта профиля поверхностей инструмент - деталь практически получить невозможно. В процессе обработки таким устройством наблюдаются необработанные участки поверхности. Для полного контакта и полного сопряжения обрабатываемой поверхности с поверхностью инструмента необходимо использовать большие усилия прижима и мощность ультразвуковых колебаний.

Применение устройства в изобретении не позволяет обрабатывать поверхности сложной формы, так как отсутствует необходимая для этого степень свободы.

Технической задачей является уменьшение шероховатости, коэффициента трения и увеличения микротвердости, что достигается наличием степени свободы колебательной системы относительно оси закрепления, наличием демпфирующего элемента, расположенного перпендикулярно, а инструмент имеет форму сферы или цилиндра, ось которого расположена под углом θ = 110^o к оси колебательной системы.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - схема сил, действующих в процессе обработки поверхности.

Устройство состоит из державки (13) и корпуса колебательной системы (4), закрепленного на оси (12). Внутри корпуса (4) колебательной системы находится корпус (6) преобразователя (5), подвижный вдоль оси X'. Магнитострикционный преобразователь (5) жестко закреплен в подвижной части корпуса (6). Для охлаждения работающего преобразователя (5) служат два штуцера (7). Можно использовать смазочно-охлаждающую жидкость от гидросистемы станка.

Демпфирующий элемент Пx' расположен между корпусом колебательной системы (4) и подвижной частью корпуса (6) преобразователя (5) и служит для создания усилия прижима вдоль оси X'. Регулирование усилия прижима производится упорной гайкой (8). На торце преобразователя крепится волновод (3) с массой M, на конце которого закреплен инструмент, ось Y'' которого расположена под углом θ = 110^o к оси X'. Инструмент с массой m сделан из твердосплавного материала и имеет сферическую поверхность с радиусом R_ин ≤ 1/3 наименьшего диаметра обрабатываемой поверхности сложной формы.

Перпендикулярно оси колебательной системы X' расположен демпфирующий элемент Пy, который закреплен между державкой (13) и корпусом колебательной системы, обеспечивающий наклон оси X' под углом δ ± 45^o и поперечную составляющую P'' рабочего усилия прижима. Для регулировки усилия прижима и выбора начального угла наклона δ в корпус державки (13) вмонтирован регулирующий упор (11). Оба демпфирующих элемента Пx' и Пy служат для поджатия поверхности инструмента (1) к поверхности (9) обрабатываемой детали (10).

Демпфирующие элементы могут быть выполнены в виде пружины сжатия, пневматических, гидравлических или других элементов, обеспечивающих передачу заданного усилия прижима.

Для работы с цилиндрической поверхностью, имеющей уступы, применяют инструмент в виде цилиндра, торец которого имеет круглую форму. Рабочая поверхность инструмента должна соответствовать условиям резонанса.

Работа устройства
Упорной гайкой (8) выставляют необходимое усилие прижима Р_x' демпфирующего элемента Пx' вдоль оси X'. Регулирующим упором (11) выставляют необходимое усилие прижима P_y' демпфирующего элемента Пy.

Обрабатываемой заготовке задается вращательное движение с определенной скоростью. Рабочему инструменту (2), закрепленному на торце волновода (3), сообщают ультразвуковые колебания. Инструмент (1) подводится к обрабатываемой поверхности (9) детали (10). Включается подача S_X, инструмент начинает перемещаться по направлению S_R, имеющему продольную S_X и поперечную S_Y составляющие
S_R = S_X + S_Y
При включении ультразвукового генератора ультразвуковые колебания от преобразователя поступают на волновод и в виде продольных и поперечных колебаний распространяются по рабочему инструменту. Рабочий инструмент по отношению к вибрирующему волноводу является балкой, с одной стороны связанной с источником колебаний, с другой - с обрабатываемой поверхностью. На форму колебаний рабочей поверхности оказывает существенное влияние механический момент, связанный с массами M и m. В зависимости от угла закрепления и соотношения масс M и m рабочая поверхность инструмента совершает колебательные движения, близкие к круговой поляризации, что облегчает процесс обработки. При механическом воздействии поверхности инструмента на микронеровности детали происходит их пластическая деформация до заданной величины.

Воздействуя на рабочую поверхность инструмента, поверхность детали создает силу реакции P_N'', равную рабочему усилию прижима P_n'', которая составляет 10 - 15 кг и определяется соотношением

где P' = P_y'(l₂/l₁),
где P' - вертикальная составляющая усилия демпфирующего элемента Пy с учетом плеч l₁ и l₂;
P_y' - вертикальная составляющая усилия элемента Пy в точке B;
l₁ - плечо от оси закрепления (12) до контакта рабочего инструмента в точке A с обрабатываемой поверхностью;
l₂ - плечо от оси закрепления (12) до точки B приложения силы элемента Пy;
P_x' - усилие элемента Пx'.

Устройство может быть использовано в автомобилестроении, приборостроении и других отраслях техники. Колебательная система размещена на поперечных направляющих, установленных перпендикулярно оси волновода. Демпфирующие элементы закреплены на раме и расположены по разные стороны колебательной системы. Колебательная система закреплена на оси державки с возможностью наклона относительно оси вращения детали на угол δ = ± 45^o. Инструмент закреплен под углом θ = 110° к оси колебательной системы. Демпфирующие элементы расположены вдоль и поперек ее оси. Изобретение позволяет обрабатывать поверхности сложного профиля с получением поверхностей с уменьшенной шероховатостью. 2 ил.

Устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля, содержащее колебательную систему, состоящую из корпуса, преобразователя и волновода, на конце которого закреплен инструмент, и демпфирующие элементы, один из которых, предназначенный для создания усилия прижима, расположен вдоль оси колебательной системы, отличающееся тем, что оно снабжено державкой с осью, на которой с возможностью наклона на угол δ = ± 45^o относительно оси вращения обрабатываемой детали закреплена колебательная система, инструмент закреплен под углом θ = 110^o к оси колебательной системы, а другой демпфирующий элемент расположен на державке перпендикулярно оси колебательной системы с возможностью взаимодействия с ней и передачи на нее усилия прижима.