ИГЛО-АБРАЗИВНО-АЛМАЗНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 2004 года по МПК B24D17/00 B23C5/00 A46B7/08 

Изобретение относится к изготовлению инструментов для отделочной чистовой обработки круглых и плоских поверхностей.

Известен инструмент для чистовой обработки поверхностей вращения шлифованием и поверхностным пластическим деформированием, состоящий из шлифовального круга, у которого периферийная режущая поверхность выполнена прерывистой, а деформирующие элементы размещены в секторах, величина и угловое расположение которых соответствует секторам впадин периферийной поверхности абразивного круга, обеспечивается прерывание контакта "обрабатываемая поверхность - шлифовальный круг", что исключает образование прижогов на обрабатываемой поверхности [1].

Недостатком данного инструмента является невозможность восстановления первоначального диаметра шлифовального круга при его износе. Эксплуатация инструмента потребует восстановления и режущих способностей шлифовального круга, которое достигается неоднократной правкой, а это уменьшает наружный диаметр круга и приводит к потере работоспособности комбинированного инструмента в целом. Единственное решение приведения рабочих поверхностей круга и деформирующих элементов в одну касательную плоскость - это отказ от правки и полная замена шлифовального круга, что значительно удорожает обработку и делает эксплуатацию конструкции нерентабельной. Кроме того, использование обратного хода как рабочего приводит к излишнему деформированию и шелушению поверхностного слоя, т.е. возникает противоречие: шлифование требует многократных проходов для достижения точности и качества обрабатываемой поверхности, а обработка поверхностно-пластическим деформированием - только одного прохода.

Наиболее близким к изобретению является комбинированный инструмент, содержащий шлифовальный круг, иглоинструмент и устройство их крепления [а. с. СССР 1493248, МКИ В 24 В 45/00, 15.07.1989].

Недостатком известного инструмента является невозможность избавиться от прижогов, присущих шлифованию, которые заставляют снижать режимы обработки, а это ухудшает качество обработанной поверхности, снижает производительность и удорожает себестоимость процесса.

Задача изобретения - многократное восстановление первоначального диаметра шлифовального круга, обеспечение бесприжогового прерывистого шлифования в комбинации с предварительной получистовой иглообработкой, повышающей стойкость инструмента, производительность и качество обрабатываемой поверхности.

Поставленная задача решается с помощью применения предлагаемого иглоабразивно-алмазного комбинированного инструмента, содержащего шлифовальный круг, иглоинструмент и устройство их крепления, причем шлифовальный круг и иглоинструмент установлены соосно на оправке с возможностью наклона с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости, при этом устройство крепления шлифовального круга и иглоинструмента выполнено в виде четырех косых шайб, расположенных по две с торцов комбинированного инструмента.

Кроме того, иглоинструмент содержит шайбу с плоскопараллельными торцами, соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо, по концентрическим окружностям которого выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости, и установленные в них U-образные пучки проволочного ворса, причем боковые поверхности пучков ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов, а расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно

L=(2,3,4,...i)·d,

где d - диаметр пучков проволочного ворса;

i - порядковый номер концентрической окружности.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого иглоабразивно-алмазного комбинированного инструмента с максимальным углом наклона шлифовального крута и иглоинструмента к плоскости, перпендикулярной продольной оси; на фиг.2 - развертка следов шлифовального круга и иглоинструмента на обрабатываемой поверхности; на фиг.3 - вид сбоку, справа на фиг.1; на фиг.4 изображена конструкция предлагаемого иглоабразивно-алмазного комбинированного инструмента с нулевым углом наклона шлифовального круга и иглоинструмента к плоскости, перпендикулярной продольной оси.

Предлагаемый иглоабразивно-алмазный комбинированный инструмент содержит шлифовальный круг 1 и иглоинструмент 2. Шлифовальный круг 1 имеет некоторые особенности его крепления на оправке 3 и соосно установлен с иглоинструментом 2. Устройство крепления шлифовального круга 1 выполнено в виде четырех косых шайб 4 и 5 попарно с торцов комбинированного инструмента и гайки 6. При этом шлифовальный круг 1 установлен с возможностью поворота на угол α с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось инструмента, из условия расположения его рабочей поверхности в одной касательной плоскости с иглоинструментом 2. Такая установка круга 1 и плавное регулирование его угла наклона возможна благодаря относительному развороту одной косой шайбы 4, 5 относительно другой в каждой паре относительно оси вращения. Угол между непараллельными торцами косых шайб 4, 5 при этом должен быть равен α/2.

Иглоинструмент 2 также установлен с возможностью поворота на угол α с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось инструмента, из условия расположения его рабочей поверхности в одной касательной плоскости с шлифовальным кругом 1. Иглоинструмент 2 содержит шайбу 7 с плоскопараллельными торцами и соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо 8. По концентрическим окружностям кольца 8 выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости с установленными в них U-образными пучками проволочного ворса 9. Боковые поверхности пучков 9 ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду 10, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов 11 и 12, при этом расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно

L=(2,3,4,...i)·d,

где d - диаметр пучков проволочного ворса;

i - порядковый номер концентрической окружности.

В среднем ряду 11 между отверстиями расположен пучок проволоки внутреннего ряда 10, т.е. расстояние между осями отверстий среднего ряда 11 равно 2d, при этом боковые поверхности пучков внутреннего ряда 10 контактируют с боковой поверхностью и основанием пучков среднего ряда 11. В наружном ряду 12 между отверстиями расположены два пучка проволоки (внутреннего и среднего рядов), которые контактируют между собой, с основанием и боковой поверхностью пучков наружного ряда 12. Благодаря наличию зазора между пучками проволоки внутреннего ряда и цилиндрической поверхностью оправки 3 центрирование пучков проволоки всех рядов эффективно осуществляется с помощью косой шайбы 4, 5. Для предотвращения проворачивания колец 8 относительно оправки 3 или относительно друг друга они могут быть зафиксированы усилием сжатия гайки 6, шлицами на цилиндрической поверхности оправки 3, установочными штифтами и т. п.

Работа иглоабразивно-алмазного комбинированного инструмента осуществляется следующим образом.

Инструмент закрепляется на шпинделе станка, приводится во вращение и подводится к обрабатываемой поверхности. При вступлении в работу иглоинструмента 2 усилие резания передается через косые шайбы 4, 5 кольцами 8 и пучками проволоки всех рядов, концы которой осуществляют резание обрабатываемой поверхности.

Благодаря наличию определенного смещения отверстий наружного ряда относительно отверстий внутреннего и среднего рядов осуществляется взаимная фиксация пучков проволоки под строго определенным углом к обрабатываемой поверхности, что обеспечивает их незначительный изгиб при обработке и оптимальные положительные углы резания, т.е. пучки внутреннего ряда опираются при работе на основание пучков наружного ряда, которые в свою очередь опираются на боковые поверхности внутреннего ряда, что обеспечивает их строго определенное положение при работе, повышая производительность и осуществляя более эффективное резание.

Вслед за иглоинструментом 2 в работу вступает шлифовальный круг 1, который соприкасаясь периферийным аксиально-смещенным режущим слоем круга, установленного под углом к оси вращения, снимает оставшийся установленный припуск, производя окончательную чистовую обработку.

Аксиально-смещенный режущий слой иглоинструмента 2 и близлежащий аксиально-смещенный режущий слой шлифовального круга 1 исключают образование прижогов на поверхности обработки, обеспечивают непрерывность получистового и чистового резания поверхности изделия, при этом уменьшается шероховатость обработанной поверхности, гасятся колебания и ликвидируются вибрации комбинированного инструмента.

По мере износа шлифовального круга, он подвергается правке и уменьшается в диаметре, при этом иглоинструмент 2 также будет изнашиваться в такой же степени. Это происходит потому, что скорость резания комбинированным инструментом выбирается в зависимости от режущих свойств алмазно-абразивного круга, которая на порядок выше, чем лезвийная обработка. Поэтому износ торцов пучков проволоки, который также зависит от материала проволоки иглоинструмента, подбирается равным износу алмазно-абразивного круга.

С уменьшением диаметра инструмента уменьшается скорость резания и производительность обработки. С целью сохранения первоначальной скорости и производительности желательно восстанавливать первоначальный размер комбинированного инструмента. Это свойство обеспечивается разработанной конструкцией инструмента. Для регулировки размера наружного диаметра комбинированного инструмента в радиальном направлении и восстановления первоначального размера поворачивают шлифовальный круг и иглоинструмент, уменьшая угол α, с помощью проворота одной косой шайбы относительно другой в каждой паре шайб на одинаковый угол. Величину элементарного угла α_t, на который надо повернуть круг, чтобы восстановить первоначальный диаметр, определяют по формуле

α_t=arc cosD/(D+2t),

где D - наружный рабочий диаметр комбинированного инструмента;

t - толщина снимаемого абразивно-алмазного слоя за одну правку.

Максимальный угол наклона α круга и иглоинструмента назначают из условия непрерывной зоны шлифования при одном обороте круга, т.е. амплитуда осцилляции A_a должна быть не более высоты круга Н_min, и определяют по формуле

α=arc sin (H_min/D),

где H_min - высота шлифовального круга.

После каждой регулировки комбинированного инструмента необходимо осуществлять его правку целесообразно методом шлифования, а именно принудительным вращением правящего инструмента - алмазного ролика. По мере износа шлифовального круга и уменьшения угла наклона с каждой последующей правкой ширина шлифования будет уменьшаться с Н_mах до H_min.

При работе комбинированного инструмента можно различить несколько зон обработки: зону предварительной обработки иглоинструментом; переходную зону совмещенной прерывистой обработки, попеременно резание иглами и абразивно-алмазными зернами; зону окончательной чистовой абразивно-алмазной обработки (фиг.2).

Переходная зона благотворно действует на процесс резания, вслед за иглорезанием производится абразивно-алмазная обработка. Это способствует снижению высоты микронеровностей и энергозатрат.

Предлагаемый комбинированный инструмент работает на режимах резания, назначаемых из условий абразивно-алмазной обработки, которые на порядок выше, чем при лезвийной обработке, а это обеспечивает более высокое качество иглоабразивно-алмазной обработки, увеличение производительности и срока службы инструмента более чем в 2 раза.

Комбинированный иглоабразивно-алмазный инструмент с аксиальноcмещенным режущим слоем снижает вероятность образования прижогов и микротрещин на поверхности обработки, обеспечивает непрерывность получистового и чистового резания поверхности изделия, что исключает колебания и вибрации инструмента и уменьшает шероховатость обработанной поверхности.

Источник информации

1. А.с. СССР 1296391, МКИ В 24 D 5/00, 1987.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для эффективной отделочной чистовой обработки круглых и плоских поверхностей заготовок из различных материалов. Предрасположенных к дефектообразованиям в виде прижогов и микротрещин. Инструмент содержит шлифовальный круг, иглоинструмент и устройство их крепления. Шлифовальный круг и иглоинструмент установлены соосно на оправке с возможностью наклона с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости. Устройство крепления шлифовального круга и иглоинструмента выполнено в виде четырех косых шайб, расположенных по две с торцов комбинированного инструмента. В результате снижается вероятность образования прижогов и микротрещин на обрабатываемой поверхности, обеспечивается непрерывность получистового и чистового резания, что исключает колебания и вибрации инструмента, и повышаются качество и производительность обработки. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент, содержащий шлифовальный круг, иглоинструмент и устройство их крепления, отличающийся тем, что шлифовальный круг и иглоинструмент установлены соосно на оправке с возможностью наклона с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости, при этом устройство крепления шлифовального круга и иглоинструмента выполнено в виде четырех косых шайб, расположенных по две с торцов комбинированного инструмента.2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что иглоинструмент содержит шайбу с плоскопараллельными торцами, соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо, по концентрическим окружностям которого выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости, и установленные в них U-образные пучки проволочного ворса, причем боковые поверхности пучков ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов, а расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно

L=(2,3,4...i)d,

где d - диаметр пучков проволочного ворса;

i - порядковый номер концентрической окружности.