КОМБИНИРОВАННЫЙ ШЛИФОВАЛЬНЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2000 года по МПК B24D5/14 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к обработке металлов резанием, и может быть использовано на всех машиностроительных предприятиях для обработки заготовок абразивными кругами.

Известно устройство для шлифования (а.с. СССР N 1255414, 1986), позволяющее последовательно шлифовать поверхности заготовок крупно- и мелкозернистыми элементами круга, в котором относительное перемещение последних осуществляется при намагничивании рабочих поверхностей корпуса и выдвижных элементов, изготовленных из материалов, обладающих соответственно отрицательными и положительными магнитострикционными свойствами.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве величина относительного перемещения крупно- и мелкозернистых элементов не превышает 10-12 мкм.

Известен комбинированный шлифовальный круг, который позволяет произвести последовательную обработку поверхности заготовки крупно- и мелкозернистыми абразивными элементами (а.с. СССР N 1696290, 1991). Крупнозернистые элементы этого круга неподвижно закреплены на корпусе шлифовального круга, а мелкозернистые - на пакете упругих термобиметаллических пластин, расположенных внутри корпуса круга. При пропускании электрического тока пластины нагреваются и упруго изгибаются, осуществляя тем самым радиальное перемещение элементов с мелкозернистым абразивным слоем. Величина перемещения и скорость выдвижения мелкозернистых элементов, при прочих равных условиях, зависит от упругих свойств термобиметаллических пластин. Недостатком данной конструкции, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, является необходимость питания электрическим током быстровращающегося в среде воздушно-жидкостного тумана шлифовального круга. Кроме того, возможны нежелательные колебания упругих термобиметаллических пластин с закрепленными на них элементами с мелкозернистым абразивным слоем.

Известно также устройство для комбинированного шлифования (а.с. СССР N 1328177, 1987), которое состоит из сборного абразивного круга, имеющего крупно- и мелкозернистые участки рабочей поверхности, и механизма перемещения подвижных элементов с мелкозернистым слоем, позволяющего осуществить выдвижение подвижных элементов за счет сил инерции, возникающих при вращении круга. Выдвижение мелкозернистых элементов происходит при включении механизма перемещения втулки, удерживающей подвижные элементы с мелкозернистым абразивным слоем в "утопленном" состоянии.

Основными недостатками данного устройства, препятствующими достижению указанного ниже технического результата, являются: сложность размещения в шпинделе станка электромеханического привода подвижных элементов; значительные энергозатраты на питание привода механизма перемещения втулки, удерживающей подвижные элементы; управление последовательностью участия в резании крупно- и мелкозернистых элементов возможно лишь при наличии дополнительной электрической аппаратуры; ухудшение санитарно-гигиенических условий шлифования (появление шума при работе ленточного тормоза и т.д.).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является комбинированный шлифовальный инструмент (патент РФ N 2042497, кл. B 24 B 5/14, 1995), выполненный в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и установленных в корпусе элементов с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмом их радиального перемещения, принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве нет возможности управления скоростью выдвижения подвижных элементов с мелкозернистым абразивным слоем.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для расширения технологических возможностей комбинированного шлифовального инструмента и для достижения требуемой шероховатости обработанной поверхности необходимо управлять скоростью выдвижения подвижных элементов с мелкозернистым абразивным слоем на окончательном этапе обработки заготовки комбинированным шлифовальным инструментом.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в снижении шероховатости обработанной поверхности детали.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в комбинированном шлифовальном инструменте, выполненном в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и радиально установленных в корпусе элементов с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмом их радиального перемещения, выполненным в виде стакана, жестко связанного с подвижным элементом с мелкозернистым абразивным слоем, в котором расположен плунжер и выполнен канал для дросселирования жидкости, внутренние полости стакана заполнены магнитной жидкостью, вязкость которой изменяется при наложении магнитного поля (Магнитные жидкости в машиностроении/ Д.В.Орлов, Ю.О.Михайлов, Н.К.Мышкин и др. М.: Машиностроение, 1993, с. 20-23).

Между отличительными признаками заявляемого изобретения и вышеизложенным техническим результатом существует причинно-следственная связь: при наложении (увеличении) магнитного поля от внешнего источника изменяется (увеличивается) вязкость магнитной жидкости, которая перетекает из одной полости стакана в другую при выдвижении подвижного элемента с мелкозернистым абразивным слоем, вследствие чего изменяется (уменьшается) скорость подвижного элемента и соответственно изменяется (уменьшается) скорость съема припуска с обрабатываемой заготовки, а следовательно, изменяется (уменьшается) шероховатость обработанной поверхности.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволилo выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью (частями), присоединяемой (присоединяемыми) к нему по известным правилам для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какой-либо части (частей) известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части (элемента) средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата (упрощение, уменьшение массы, габаритов, материалоемкости, повышение надежности и пр.);
- увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
- выполнение известного средства или его части (частей) из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи либо изменении ее вида. Имеется в виду случай, когда известен факт влияния каждого из указанных признаков на технический результат, и новые значения этих признаков или их взаимосвязь могли быть получены исходя из известных зависимостей, закономерностей.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг. 1 изображен общий вид комбинированного шлифовального инструмента; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного результата, заключается в следующем. Комбинированный шлифовальный инструмент содержит корпус 1 с крупнозернистым абразивным слоем 2, подвижные элементы 3 с мелкозернистым абразивным слоем 4, жестко соединенные с механизмами радиального перемещения в виде стаканов 5, внутри которых установлены пружины 6 и плунжеры 7. Внутренние полости стаканов 5 разделены неподвижно закрепленными в корпусе 1 плунжерами 7 на две части - нижнюю полость 8 и верхнюю полость 9, которые заполнены магнитной жидкостью и соединены между собой каналом 10 для дросселирования жидкости. Винты 11 служат для крепления подвижных элементов 3 к стаканам 5, эксцентриковые винты 12 и контргайки 13 - для регулировки величин выдвижения подвижных элементов 3. Внешний источник магнитного поля 14 (например, электромагнитная катушка) служит для изменения вязкости магнитной жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При невращающемся шлифовальном круге рабочая поверхность подвижного элемента 3 с мелкозернистым абразивным слоем 4 "утоплена" с помощью спиральной пружины 6 относительно рабочей поверхности корпуса 1 с крупнозернистым абразивным слоем 2 на величину H₁. После включения привода вращения шлифовальный круг вводится в контакт с обрабатываемой заготовкой. Обработка ведется крупнозернистым абразивом на режимах, соответствующих предварительному шлифованию, снимается основная часть припуска на обработку. Подвижные элементы 3 с мелкозернистым абразивным слоем 4, соединенные со стаканами 5, под действием сил инерции постепенно перемещаются в радиальном направлении к периферии круга, сжимая пружину 6. Жидкость перетекает из полости 8 в полость 9 через канал 10. Скорость V_эл выдвижения подвижных элементов 3 с мелкозернистым абразивным слоем зависит от частоты вращения шлифовального круга, суммарной массы подвижного элемента, площади поперечного сечения канала 10 в стакане 5, вязкости магнитной жидкости, перетекающей из полости 8 в полость 9, жесткости пружины 6.

Величины H₁ и V_эл определяются из условия
H₁/V_эл = T_пр,
где T_пр - время предварительной обработки заготовки участками с крупнозернистым абразивным слоем 2.

Как только подвижные элементы переместятся на расстояние H₁, в обработку поверхности заготовки включаются участки с мелкозернистым абразивным слоем. В этом случае в течение времени T_ок' в резании участвуют и крупно-, и мелкозернистые участки круга, а в течение времени T_ок'' - только мелкозернистые участки круга. Здесь T_ок' + T_ок'' = T_ок:
T_ок' = H/V_эл,
где T_ок - время окончательной обработки заготовок, определяемое соответствующим припуском и требуемыми характеристиками качества обработанной поверхности;
H - высота режущего профиля крупнозернистых участков круга.

На режиме окончательного шлифования будет удалена оставшаяся часть припуска. Суммарная величина перемещения подвижного элемента 3 H₂ с мелкозернистым абразивным слоем 4 устанавливается с помощью эксцентрикового винта 12 и контргайки 13.

Управление скоростью выдвижения подвижных элементов 3 осуществляется изменением магнитного поля источника 14. При увеличении магнитного поля источника 14 вязкость магнитной жидкости, перетекающей из полости 8 в полость 9 через канал 10, возрастает, а следовательно, скорость выдвижения подвижного элемента 3 уменьшается, и наоборот.

Возврат подвижных элементов 3 в исходное положение осуществляется при помощи спиральной пружины 6 после остановки шлифовального круга.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в машиностроении при обработке металлов резанием;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Изобретение может быть использовано на всех машиностроительных предприятиях для абразивной обработки заготовок. В предложенном инструменте крупнозернистые абразивные элементы неподвижно установлены на корпусе круга. Участки с мелкозернистым абразивным слоем закреплены на подвижных элементах, связанных со стаканами. В последних расположены плунжеры, закрепленные на корпусе, и магнитная жидкость. В процессе обработки крупнозернистыми элементами подвижные элементы с мелкозернистым слоем под действием сил инерции при перетекании магнитной жидкости через дросселирующий канал постепенно перемещаются в радиальном направлении. Скорость их перемещения регулируют изменением магнитного поля, воздействующего на жидкость и изменяющего вязкость жидкости. Такие действия снижают шероховатость обработанной поверхности и расширяют технологические возможности инструмента. 2 ил.

Комбинированный шлифовальный инструмент, выполненный в виде жестко закрепленных на корпусе элементов с крупнозернистым абразивным слоем и радиально установленных в корпусе элементов с мелкозернистым абразивным слоем, связанных с механизмами их радиального перемещения, отличающийся тем, что каждый механизм радиального перемещения выполнен в виде установленного в корпусе с возможностью радиального перемещения и заполненного магнитной жидкостью стакана, в котором расположен плунжер и выполнен канал для дросселирования жидкости, при этом элементы с мелкозернистым абразивным слоем жестко связаны со стаканами и установлены с возможностью управления скоростью их выдвижения путем наложения магнитного поля на жидкость и изменения ее вязкости.