УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ВАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК B23B5/08 B24B5/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным устройствам для совмещенной токарно-абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей типа валов.

Известно устройство для обработки валов, содержащее корпус, в котором крепятся резцовая головка, установленная с возможностью перемещения, и упрочняющая головка, деформирующие ролики которой расположены в сепараторе, упруго поджимаемом к торцу упорного подшипника, и направляющую поверхность [1].

Во время обработки вал устанавливается между передним и задним центрами, устройство в это время находится над выдвинутой пинолью задней бабки. Ролики настраиваются на заданный диаметр, резец подается на необходимую глубину резания, и производится обработка вала.

Основным недостатком данного устройства является то, что в начальный момент и в течение определенного промежутка времени резец производит обработку без захвата роликами обрабатываемого вала, т. е. исключается функция деформирующих роликов как подвижной люнетной системы, что приводит к появлению дефектного участка на поверхности вала, а также к возможным вибрациям всей системы. При дальнейшей обработке, накатывая дефектный участок, деформирующие ролики копируют имеющиеся погрешности, что приводит к появлению новых погрешностей от обработки резцом, и т. д. Таким образом, суммарный дефектный участок может иметь размер длиною до четырех длин первоначального дефектного участка.

Также к недостатку устройства можно отнести то, что повторные проходы, если они предусмотрены технологическим процессом для достижения необходимой точности и шероховатости, ведут к излишнему деформированию и отслаиванию поверхностного слоя, поэтому обкатывание приходится проводить так, чтобы заданные результаты достигались за один проход. При этом устройство для режуще-деформирующей обработки не позволяет использовать обратный ход в качестве рабочего, что снижает производительность, так как повторные проходы в противоположных направлениях также могут привести к излишнему деформированию и отслаиванию поверхностного слоя. Кроме того, узкая специализация устройства режуще-деформирующей обработки, выраженная в обработке вала только определенного диаметра, удорожает производство, ограничивает область применения и технологические возможности.

Известно устройство для режуще-деформирующей обработки цилиндрических поверхностей, при котором осуществляют вращение детали, установленной одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке, и одновременное продольное перемещение режущей и деформирующей частей обрабатывающей головки, причем деформирующую часть устанавливают с натягом относительно направляющей втулки, при этом режущую часть устанавливают с возможностью поперечной осцилляции, а натяг деформирующей части головки относительно направляющей втулки уменьшают с момента начала обработки детали до момента контакта деформирующей части с поверхностью детали, после чего ей сообщают одновременно поперечную и продольную вибрации [2].

Недостатком устройства является то, что обкатывание следует проводить так, чтобы заданные результаты достигались за один проход. Повторные проходы ведут к излишнему деформированию и отслаиванию поверхностного слоя [3]. При этом устройство для режуще-деформирующей обработки не позволяет использовать обратный ход в качестве рабочего, что снижает производительность, так как повторные проходы в противоположных направлениях также могут привести к излишнему деформированию и отслаиванию поверхностного слоя. Кроме того, узкая специализация устройства режуще-деформирующей обработки, выраженная в обработке вала только определенного диаметра, удорожает производство, ограничивает область применения и технологические возможности.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому является устройство для комбинированной режуще-абразивной обработки валов, содержащее резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивные круги в количестве не менее трех, расположенные на осях в кронштейнах и установленные с возможностью радиального перемещения посредством привода их радиальной настройки [5].

Недостатками известного устройства являются: длительность и повышенная трудоемкость радиальной настройки инструментов; местный быстрый износ абразивного инструмента, ведущий к появлению дисбаланса, ухудшению качества и снижению производительности.

Задача изобретения - получение деталей типа валов высокой точности и качества поверхности посредством уравновешивания сил токарного и абразивного резания, увеличения жесткости технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь, а также расширение технологических возможностей, повышение производительности и качества обработки, снижение волнистости и кривизны обрабатываемой поверхности за счет применения комбинированной совмещенной обработки резанием лезвийным и самоцентрирующим абразивным инструментами.

Поставленная задача решается с помощь предлагаемого устройства для комбинированной обработки валов, содержащего резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивные круги в количестве не менее трех, закрепленные на осях в кронштейнах и установленные с возможностью радиального перемещения посредством привода их радиальной настройки, при этом привод радиальной настройки кругов выполнен самоцентрирующим в виде центрального спирального диска, входящего в зацепление с малой конической шестерней и реечными планками, на которых установлены упомянутые кронштейны.

Кроме того, круги установлены с возможностью фрикционного вращения от детали с перекрещиванием осей вращения кругов с осью вращения детали.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа комбинированной обработки валов; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.2; на фиг.5 - вид Г на фиг.1.

Устройство для комбинированной обработки валов устанавливается на суппорт токарно-винторезного станка и включает в себя обрабатывающую головку (корпус) 1, установленную в ней лезвийную режущую часть (блок) 2 с резцами, упругую абразивную часть 3 с радиально перемещаемыми абразивными кругами 4, выполняющими роль подвижного люнета, и самоцентрирующий привод 5 радиального перемещения кругов, расположенный между ними.

Абразивная часть 3, состоящая из шлифовальных кругов 4 в количестве не менее трех, осуществляет чистовую обработку вслед за токарной частью 2. При этом оси 6 кругов 4, расположенные в кронштейнах 7, и детали 8 перекрещиваются под углом α. Вращение круги 4 получают фрикционным путем от обработанной поверхности детали 8.

Для создания постоянного радиального усилия и возможности радиальной подачи кругов 4 в процессе обработки абразивные круги 4 закреплены в кронштейнах 7 на реечных планках 9, которые входят в зацепление с центральным спиральным диском 10.

Малая коническая шестерня 11 радиального привода настройки кругов 4 входит в зацепление со спиральным центральным диском 10, наличие которого позволяет осуществить самоцентрирование кругов.

Для предотвращения осевого смещения спирального диска 10 в отверстии корпуса 1 на нем установлена крышка 11.

Реечные планки 9 имеют на боковых сторонах пазы 12, которыми они сопрягаются с выступами 13 корпуса 1.

Деталь (вал) 8 устанавливается одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке 14. Диаметр втулки 14 не превышает диаметра обрабатываемой детали 8 после токарной обработки лезвийным инструментом.

Резцы в режущей части (блоке) 2 предварительно настраиваются на размер обработки с учетом последующей абразивной обработки с помощью кругов 4. Абразивные круги 4 абразивной части 3 головки также предварительно устанавливаются на заданный размер обработки.

Установка кругов 4 на размер обработки производится вручную путем вращения ключа (не показан), который вставляется в квадратное отверстие малой конической шестерни 11. При этом вращается центральный спиральный диск 10, входящий в зацепление с одной стороны с шестерней 11 и с другой - с реечными планками 9. Такая конструкция привода радиальной настройки позволяет осуществить самоцентрирование кругов и использовать их в качестве подвижной опоры - люнета, повышающего точность обработки.

До начала обработки резцы режущей части (блока) 2 охватывают деталь 8, а абразивные круги 4 - направляющую втулку 14.

Включается СОЖ, вращение детали и продольная подача устройства. Резцы режущей части (блока) 2 начинают обрабатывать деталь 8. Абразивные круги 4 перемещаются по направляющей втулке 14. Функция абразивных кругов 4 в данный момент заключается в удержании детали 8 через втулку 14 от смещения вследствие действия сил резания токарной обработки, т.е. роль подвижного люнета. Круги 4 перекатываются по поверхности втулки 14, не обрабатывая ее (при условии, если втулка не вращается).

По прошествии определенного промежутка времени резцы режущей части (блока) 2 создают участок поверхности определенной длины с заданной точностью и за счет предварительно выставленного размера обработки продолжают процесс резания с заданной точностью. Абразивная часть 3 с кругами 4, находящаяся в одной головке 1 с токарной частью 2, начинает абразивную обработку детали 8. При этом переход кругов 4 на деталь 8 происходит плавно, так как минимальный диаметр направляющей втулки 14 не превышает по величине диаметр детали 8 после токарной обработки.

По мере абразивной обработки круги 4 изнашиваются, и за счет ручного вращения шестерни 11 будет осуществляться радиальная подача S_р кругов 4, создавая постоянное радиальное усилие прижима инструмента к детали и обеспечивая стабильную комбинированную токарно-абразивную обработку.

Шлифовальные круги 4 получают вращение фрикционным путем от рабочей поверхности детали 8. При этом оси 6 круга и детали 8 перекрещиваются под углом α и скорость круга V_к раскладывается на две составляющие: окружную скорость
V_oк=V_дcosα,
осуществляющую абразивную обработку - резание, и осевую скорость равную скорости продольной подачи S_пр головки
V_ос=S_пр.

Действительная скорость вращения круга V_к меньше скорости детали V_д из-за проскальзывания и равна сумме этих скоростей
V_к=V_oк-V_oc=V_дcosα+S_пр.

В результате получается равномерная сетка траекторий, как при хонинговании и суперфинише. Но при суперфинише с повышением скорости вращения и возвратно-поступательного движения брусков съем металла возрастает, однако при этом наблюдается интенсивное тепловыделение и резко снижаются точность суперфиниширования и стойкость брусков. Поэтому повышать окружную скорость при хонинговании и суперфинише выше 40 м/мин не рекомендуется [3]. Это ограничение скорости из-за температуры в зоне резания обусловлено большой поверхностью контакта брусков с заготовкой, многократно превышающей площадь обновляющегося контакта при шлифовании. Указанные недостатки устраняются, если вместо неподвижных брусков применить вращающийся круг или несколько кругов, как в предлагаемом устройстве.

Особенностью работы устройства является прерывистый контур траекторий вследствие чередования находящихся в контакте с заготовкой зерен. Благодаря локальной зоне контакта и смене режущих зерен круга улучшается тепловой баланс инструмента, повышается его стойкость и уменьшается засаливаемость, а большая протяженность поверхности круга, в десятки раз превышающая длину сегментных брусков, позволяет во столько же раз увеличить его стойкость. Свободный подвод СОЖ в зону обработки также повышает производительность обработки.

Проводилась комбинированная обработка на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью разработанного устройства. Обрабатывали участок ходового валика ⊘ 40 h7 мм и длиной l=1210 мм; общая длина валика 1260 мм. Шероховатость обработанной поверхности Ra=1,25 мкм. Припуск на сторону 2...3 мм. Материал заготовки - сталь 40Х. Способ крепления заготовки - одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке. Диаметр втулки не превышает диаметр обрабатываемой детали после токарной обработки. В качестве абразивного инструмента взяты три шлифовальных круга типа ПП 80х25х20 24А 40Н СМ2 5 К8 35 м/с ГОСТ 2424-83; режимы резания: скорость и частота вращения детали V_д= 125,6 м/мин (≅ 2,1 м/с); n_д=1000 об/мин; продольная подача S_пр= 0,195 мм/об; поперечная подача - ручная.

Необходимые точность и шероховатость были достигнуты за два прохода, на которые потребовалось основного машинного времени
Т_м=1220•2/(1000•0,195)=12,5 мин.

Это в четыре раза быстрее, чем при традиционном раздельном способе точения и круглого шлифования, при этом прижогов и микротрещин не обнаружено.

Совмещенная комбинированная токарная и абразивная обработка неприводными абразивными кругами с помощью предлагаемого устройства позволяет уменьшить мощность привода, металлоемкость и размеры оборудования, а также обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности. Это указывает на эффективный путь энергосбережения при комбинированной обработке.

Предлагаемое устройство для комбинированной лезвийно-абразивной обработки с абразивными неприводными кругами позволяет расширить технологические возможности, повысить производительность и качество обработки, снизить волнистость и кривизну обрабатываемой поверхности за счет применения совмещенной обработки резанием лезвийным и абразивным инструментами, а также увеличить режимы обработки, повысить стойкость абразивного инструмента благодаря самоцентрированию абразивных кругов и работе их в качестве подвижного люнета и путем обеспечения лучшего охлаждения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 305982, МКИ В 24 В 39/04, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР 1530425, МКИ В 24 В 39/04. Способ режуще-деформирующей обработки цилиндрических поверхностей и устройство для его осуществления. Ю.В. Максимов. Заявка 4319921/31-27, заявл. 22.10.87. опубл. 23.12.89. Бюл. 47.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. С. 393.

4. Ермаков Ю.М., Степанов Ю. С. Современные тенденции развития абразивной обработки. - М.: ВНИИТЭМР, 1991. С. 24-25.

5. Авторское свидетельство СССР 631311, МКИ В 24 В 1/00, 10.11.1978 - прототип.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным устройствам для совмещенной токарно-абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей типа валов. Устройство содержит резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивные круги в количестве не менее трех, закрепленные на осях в кронштейнах и установленные с возможностью радиального перемещения посредством привода их радиальной настройки. Последний выполнен самоцентрирующим в виде центрального спирального диска, входящего в зацепление с малой конической шестерней и реечными планками, на которых установлены кронштейны. Использование такой конструкции ведет к повышению производительности и качества обработки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для комбинированной обработки валов, содержащее резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивные круги в количестве не менее трех, закрепленные на осях в кронштейнах и установленные с возможностью радиального перемещения посредством привода их радиальной настройки, отличающееся тем, что привод радиальной настройки кругов выполнен самоцентрирующим в виде центрального спирального диска, входящего в зацепление с малой конической шестерней и реечными планками, на которых установлены упомянутые кронштейны. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что круги установлены с возможностью фрикционного вращения от детали с перекрещиванием осей вращения кругов с осью вращения детали.