САМОЦЕНТРИРУЮЩАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВАЛОВ Российский патент 2003 года по МПК B24B41/04 B24B19/08 B24D17/00 

Изобретение относится к машиностроению, к области станкостроения и может быть использовано при металлообработке шлифованием для изготовления деталей с наружными эллиптическими поверхностями.

Известна специальная резцедержавка для обточки эллиптической поверхности на токарном станке, укрепленной в шпинделе [1]. Работа специальной резцедержавки основана на том, что проекция окружности на наклонную плоскость дает эллипс.

Недостатком известной резцедержавки является невозможность получения высокого класса шероховатости и точности обработанной эллиптической поверхности, которые присущи только абразивно-алмазной обработке. Кроме того, закаленные поверхности деталей затруднено обрабатывать точением, только шлифование позволяет эффективно удалять дефектный поверхностный слой. оставленный в качестве припуска.

Известна головка для охватывающего шлифования винтов, содержащая шлифовальный круг, основание и шарнирно соединенный с ним корпус, в котором с возможностью вращения установлена полая оправка с базовым посадочным коническим отверстием, металлический бандаж, кольцевой диск и винты [2].

Известная головка в принципе позволяет осуществить обработку валов с эллиптической поверхностью, но из-за того, что конструкция охватывающего круга не имеет возможности восстанавливать первоначальный внутренний диаметр круга, который необходимо поддерживать постоянным, конструкция головки требует коренного изменения.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение точности и качества обработки наружной эллиптической поверхности, снижение величины шероховатости, повышение точности обработки и решение вопроса по осуществлению подачи врезания при неоднократных проходах, а также обеспечение независимости профиля обработанного изделия от диаметра шлифовального круга.

Поставленная задача достигается предлагаемой самоцентрирующей головкой для шлифования эллиптических поверхностей валов, содержащей основание и шарнирно соединенный с ним корпус, в котором с возможностью вращения установлена полая оправка, причем полая оправка имеет радиально расположенные отверстия, в которых с возможностью радиального перемещения расположены кулачки с абразивными брусками, при этом кулачки имеют зубья и зацепляются с центральным спиральным диском, на котором выполнен зубчатый венец конического зацепления, являющийся колесом конической передачи, контактирующий с малой конической шестерней привода радиальной настройки абразивных брусков.

Кроме того, абразивные бруски образуют охватывающий сборный шлифовальный круг, внутреннюю режущую поверхность которого при правке делят на две равные по высоте части, расположенные под углом α к оси вращения инструмента.

При этом ось вращения самоцентрирующей головки устанавливают под углом α к неподвижной оси обрабатываемой детали, который определяют по формуле
α=arccos(b/a),
где - а и b соответственно большая и меньшая полуоси обрабатываемой эллиптической наружной поверхности детали.

На фиг. 1 показана предлагаемая головка для шлифования эллиптических поверхностей валов и схема наладки с установкой детали - вал в цанговом патроне и на заднем центре; на фиг.2 - разрез по А - А на фиг 1; на фиг.3 - вид по Б на фиг.1.

Самоцентрирующая головка для шлифования эллиптических поверхностей валов 1 содержит основание 2 и шарнирно соединенный с ним корпус 3, в котором с возможностью вращения установлена полая оправка 4. Полая оправка 4 имеет радиально расположенные отверстия 5, в пазах 6 которых с возможностью радиального перемещения размещены кулачки 7 с абразивными брусками 8. Кулачки 7 имеют зубья 9 и зацепляются с центральным спиральным диском 10, на котором выполнен зубчатый венец 11 конического зацепления, являющийся колесом конической передачи, контактирующий с малой конической шестерней 12 привода радиальной настройки абразивных брусков 8.

Абразивные бруски 8 образуют охватывающий сборный шлифовальный круг 13, внутреннюю режущую поверхность которого при правке делят на две равные по высоте части, расположенные под углом α к оси вращения оправки 4.

Ось вращения самоцентрирующей головки устанавливают под углом α к неподвижной оси обрабатываемой детали 1 благодаря шарнирному соединению корпуса с основанием, при этом угол α определяют по формуле
α=arccos(b/a),
где - а и b соответственно большая и меньшая полуоси обрабатываемой эллиптической наружной поверхности детали 1.

Работа предлагаемой самоцентрирующей головки по шлифованию эллиптических поверхностей валов 1 основана на том, что проекция окружности внутренней режущей поверхности охватывающего круга 13 на наклонную плоскость дает эллипс.

Обработка наружных эллиптических поверхностей валов 1 включает сообщение шлифовальному кругу 13, установленному под углом α к продольной оси детали 1, вращения V_и и поступательного продольного движения S_пр при неподвижной детали 1.

Сборный шлифовальный круг 13 составлен из отдельных абразивных брусков 8, имеющих возможность радиального перемещения при наладке, осуществляемой по мере износа брусков и восстановления внутреннего диаметра D=2а круга.

При правке периферийную внутреннюю режущую поверхность круга 13, т.е. абразивных брусков 8, делят на две равные по высоте части, расположенные под углом α к оси вращения инструмента. Левая часть от плоскости симметрии круга, проходящая через т. О, согласно фиг.1 работает, когда бруски 8 находятся вверху относительно продольной оси детали 1, правая часть от т. О работает, когда бруски 8 внизу.

Наладка брусков 8 на диаметр D осуществляется при остановленном процессе с помощью специального ключа (не показан), который вставляют в квадратное отверстие 14 малой конической шестерни 7.

При вращении малой конической шестерни 7 вращается центральный спиральный диск 10, радиально перемещающий в отверстиях 5 по пазам 6 кулачки 7, на которых известными способами закреплены абразивные бруски 8. Кулачки 7 с абразивными брусками 8 расположены в радиальных отверстиях 5 и перемещаются в пазах 6 вращательно-подвижной полой оправки 4, которая установлена в корпусе 3 посредством подшипников 15. Оправка 4 имеет шкив 16, который соединен ремнем 17 с приводом (не показан) вращения инструмента.

Корпус 3 шарнирно соединен с основанием 2 и может изменять угол α установки оси вращения круга 13 при изменении размеров объекта производства 1, а также при осуществлении поперечной подачи врезания, поворачиваясь относительно точки О. Основание 2 может быть закреплено, например, на суппорте токарного станка (не показан).

Самоцентрирующая головка для шлифования эллиптических поверхностей валов может быть применена как для черновой обработки, так и для чистового шлифования.

При небольших перепадах большой и малой полуосей "а" и "b" эллиптической поверхности формирование последней производят предлагаемой головкой, деля всю операцию на черновые, получистовые, чистовые и финишные переходы При этом предварительное, например токарное, точение шейки валя производят цилиндрической формы с окончательным получением размера только большой оси 2а=D.

При большой разнице размеров большой и малой полуосей "а" и "b" эллиптической поверхности формирование последней производят в две операции: предварительное, например токарное, точение шейки вала эллиптической формы [1] с оставлением припуска под шлифование и окончательную финишную обработку предлагаемой головкой.

Работа самоцентрирующей головки по шлифованию эллиптических поверхностей валов заключается в следующем. Перед обработкой абразивные бруски сводят и сборный шлифовальный круг 13 правят, выдерживая внутренний диаметр D, и делят на две равные по высоте части его периферийную внутреннюю поверхность, располагая режущие поверхности этих частей под углом α к оси вращения инструмента. Балансировку инструмента производят известными способами обязательно. Включают вращательное движение оправки 4 с инструментом 13 со скорость V_и, определяемой режущими свойствами абразива, и при угле наклона α=0 корпуса 3 в него вводят обрабатываемую заготовку 1, при необходимости поджимают ее задним центром, причем деталь I неподвижна в процессе обработки. Давая продольную подачу S_пр, величину которой определяют традиционным способом, на каждый двойной ход ее осуществляют подачу врезания S_α путем увеличения угла α. Обработку заканчивают выхаживанием, которая осуществляется без подачи врезания S_α, только с продольной подачей S_пр.

По мере износа рабочих поверхностей абразивных брусков увеличивается внутренний диаметр круга D, который восстанавливают путем поворота шестерни 7. Угол α наклона режущих поверхностей брусков благодаря самозатачиванию будет сохраняться длительное время, однако по мере существенного отклонения режущих поверхностей от номинального значения угла α бруски правят известными способами и инструментами, например алмазным карандашом, как наиболее распространенным и дешевым.

Как видно на фиг.1, обработка предлагаемой самоцентрирующей головкой позволяет повысить точность изделия и виброустойчивость процесса, так как охватывающий круг контактирует с заготовкой в двух диаметрально противоположных местах и возникающие радиальные составляющие сил резания взаимно уравновешиваются, не вызывая изгиб детали.

Самоцентрирование отдельных абразивных брусков круга с помощью механизма привода радиальной настройки позволяет сократить вспомогательное время и повысить точность настройки, а следовательно, повысить производительность и точность обработки.

Обрабатывалась эллиптическая шейка вала длиной 20 мм, имеющая размеры поперечного сечения: 2а=27^-0,05 мм; 2b=24,47^-0,05 мм. Угол установки инструмента определяли по формуле α=arccos(b/a)=arccos(12,235/13,5)=25^o. Заготовка цилиндрической формы, прошедшая предварительную токарную обработку, диаметром ⊘ 27 мм; т.е. больший диаметр эллипса уже обработан. Внутренний диаметр шлифовального круга правили и настраивали до D=27 мм. Шероховатость обработанной поверхности должна быть Ra=0,4 мкм, материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207. ..228. Обработка проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20, инструментальная охватывающая самоцентрированная головка с абразивным охватывающим кругом сборным из прямоугольных брусков типа СП 45х55х80 24А16С25К ГОСТ 2464-82, скорость головки V_и=7,85 м/с, n_и= 3000 мин^-1, S_пp= 900 мм/мин, S_α=2'2,4''/дв. ход, или в пересчете в мм на диаметре 27 мм S_α=0,008 мм/дв. ход. Требуемая шероховатость и точность эллиптической поверхности шейки вала была достигнута через Т_м - (45+20)•1,265•1,4/900•0,008= 16 мин, где (45+20) - длина хода суппорта при перебеге круга на каждую сторону, равном 0,5 ширины бруска; (13,5-12,235)= 1,265 мм - величина максимального припуска, снимаемого в области малой оси эллипса; 1,4 - коэффициент, учитывающий затраты времени на выхаживание.

Благодаря применению предлагаемой самоцентрирующей головки стала возможной финишная абразивная обработка наружных эллиптических поверхностей валов, т. е. расширились технологические возможности, улучшилось качество, снизилась величина шероховатости и повысилась производительность за счет использования охватывающего круга и увеличения длины дуги контакта круга с заготовкой и решены вопросы по осуществлению подачи врезания при неоднократных проходах, а также обеспечение независимости профиля обработанного изделия от диаметра шлифовального круга. Снизилось вспомогательное время настройки и правки.

Источники информации
1. Карелин Н.М. Бескопирная обработка цилиндрических деталей с криволинейными поперечными сечениями. - М.: Машиностроение, 1966, с. 11-13, рис. 11-12.

2. Патент РФ 2169644, МКИ В 23 G 1/36. Способ финишной обработки винтов. Степанов Ю. С. , Афанасьев Б.И. и др. Заявка 99121764/02, заяв. 12.10.99, опуб. 27.05.2001. Бюл. 15.

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при шлифовании деталей с наружными эллиптическими поверхностями. Головка содержит полую оправку, установленную с возможностью вращения в корпусе. Последний шарнирно соединен с основанием. Шлифовальный круг выполнен сборным из отдельных абразивных брусков, образующих периферийную внутреннюю режущую поверхность. При правке ее делят на две равные по высоте части, расположенные под углом α к оси вращения круга. Абразивные бруски закреплены на кулачках, расположенных с возможностью радиального перемещения в отверстиях полой оправки. Регулирование внутреннего диаметра круга осуществляют посредством малой конической шестерни, входящей в зацепление с коническим зубчатым венцом спирального диска. Последний взаимодействует с упомянутыми кулачками. Такая конструкция повышает производительность, точность и качество обработки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Самоцентрирующая головка для шлифования эллиптических поверхностей валов, содержащая основание и корпус, отличающаяся тем, что она снабжена установленной с возможностью вращения в корпусе, шарнирно соединенном с основанием, полой оправкой с радиально расположенными отверстиями, установленными в них с возможностью радиального перемещения кулачками с абразивными брусками и с зубьями, а также входящим в зацепление с последними центральным спиральным диском и малой конической шестерней привода радиальной настройки абразивных брусков, контактирующей с выполненным на центральном спиральном диске коническим зубчатым венцом. 2. Самоцентрирующая головка по п. 1, отличающаяся тем, что абразивные бруски установлены с образованием охватывающего обрабатываемую деталь сборного шлифовального круга, внутренняя режущая поверхность которого разделена при правке на две равные по высоте части, расположенные под углом α к оси вращения шлифовального круга с полой оправкой. 3. Самоцентрирующая головка по п. 2, отличающаяся тем, что ее устанавливают с расположением оси вращения шлифовального круга под углом α к неподвижной оси обрабатываемой детали, при этом его величину определяют по формуле
α= arc cos(b/a),
где а и b - соответственно, большая и малая полуоси обрабатываемой эллиптической наружной поверхности детали.