СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ И ПОЛИРОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ Российский патент 2004 года по МПК B24B1/00 B24D17/00 

Изобретение относится к области технологии машиностроения и касается способов абразивной обработки фасонных, сложнопрофильных и малого диаметра отверстий и изготовления конструкций устройств для их реализации.

Известен способ полирования и шлифования фасонных отверстий и абразивный инструмент для его реализации, содержащий корпус, в котором расположен шток с шаровым шарниром, на котором установлен торцовый рабочий элемент для обработки сферических поверхностей, снабженный механизмом регулирования его положения, выполненным в виде установленного на штоке дополнительного шарового шарнира с расположенной на нем с возможностью поворота шайбой, подпружиненной относительно рабочего элемента и установленной с возможностью воздействия с регулируемым упором, расположенным в корпусе [1]. При этом инструменту задается вращательное движение и продольное перемещение.

Недостаток известного способа - невозможность обработать с высоким качеством сложнопрофильные отверстия и отверстия малого диаметра.

Известен способ шлифования отверстий и внутришлифовальный станок для его реализации, где внутреннее шлифование осуществляется коническим кругом, который закреплен на вращающемся шпинделе и контролируется компьютером [2]. При этом ось гибкого шпинделя устанавливается под малым углом относительно оси обрабатываемой детали, который уменьшают по мере снятия припуска и перехода на чистовые режимы.

Недостатками известного способа является ограниченность применения, а именно только для обработки отверстий круглой формы, минимальная площадь контакта инструмента с заготовкой, не позволяющая интенсифицировать режимы обработки, и сложность реализации, требующая специального оборудования.

Задачей изобретения является повышение качества, производительности и точности обработки сложнопрофильных и фасонных отверстий и отверстий малого диаметра за счет использования гибкого упругого проволочно-абразивного инструмента и вращения его относительно собственной продольной оси, увеличивающего стойкость инструмента, скорость резания и расширяющего технологические возможности.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа шлифования и полирования сложнопрофильных, фасонных и малого диаметра отверстий, включающего сообщение режущему инструменту вращения и возвратно-поступательной продольной и поперечной подачи, причем в качестве режущего инструмента используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент в виде цилиндра, состоящего из одной или нескольких сплетенных между собой гибких проволок и закрепленного на его наружной поверхности абразивно-алмазного слоя, при этом режущий инструмент устанавливают из условия расположения его продольной оси под острым углом α к оси обрабатываемого отверстия и осуществляют изменение этого угла в зависимости от величины снимаемого припуска с помощью привода поворота инструмента, а вращение режущему инструменту сообщают с помощью индивидуального привода вращения.

При этом обрабатываемой детали сообщают вращение.

Кроме того, при обработке глухих отверстий с внутренней вогнутой сферической поверхностью используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент, на свободном конце которого расположен шарнир с натяжным тросиком, связанный с приводом его натяжения, а при обработке глухих отверстий с внутренней выпуклой сферической поверхностью используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент, на свободном конце которого расположен шарнир с упором, имеющим привод выдвижения.

Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема обработки по предлагаемому способу цилиндрического отверстия малого диаметра в режиме чернового шлифования при снятии больших припусков (α=mах); на фиг.2 - схема обработки цилиндрического отверстия малого диаметра в режиме чистового шлифования, полирования и выхаживания (α=0); на фиг.3 - схема обработки фасонного шестигранного призматического отверстия (без вращения изделия); на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - схема обработки сложнопрофильного сквозного отверстия; на фиг.6 - схема обработки глухого отверстия с внутренней вогнутой сферической поверхностью; на фиг.7 - схема обработки глухого отверстия с выпуклой наружной сферической поверхностью.

Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства для его реализации и служит для шлифования и полирования сложнопрофильных и фасонных отверстий, также отверстий малого диаметра и содержит проволочно-абразивный инструмент 1, который выполнен в виде цилиндра и представляет собой гибкое упругое тело из одной или нескольких сплетенных между собой проволок с нанесенными известными способами абразивно-алмазными зернами.

Гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент 1 снабжен индивидуальным приводом вращения 2 и приводом поворота 3 на угол α между продольной осью инструмента 1 и осью обрабатываемого отверстия изделия 4. Изменение угла α между продольной осью инструмента и осью обрабатываемого отверстия изделия производят в зависимости от величины снимаемого припуска и осуществляют с помощью привода поворота.

Устройство, реализующее способ, содержит основание 5, на котором расположены привод вращения 2 и привод поворота 3 инструмента 1. Для обработки цилиндрического отверстия в изделии 4 его необходимо вращать, а основанию 5 необходимо сообщать продольную S_пр и поперечную S_поп подачи. Предлагаемый способ может осуществляться, например, на токарном станке и устройство установлено на суппорте токарного станка или на другом станке, имеющем подобные движения.

Используя упругие свойства абразивно-алмазного инструмента 1, и с целью увеличения эффективности абразивной черновой обработки его устанавливают под максимально возможным углом α к оси обрабатываемой детали. Максимальный угол установки инструмента 1 зависит от диаметра обрабатываемого отверстия изделия 4, его длины и диаметра инструмента.

При этом длина инструмента выбирается такой, чтобы обработалась вся длина отверстия детали.

По мере снятия чернового припуска переходят к получистовой обработке путем уменьшения угла α наклона оси инструмента относительно оси отверстия. Уменьшение угла наклона инструмента производится приводом поворота 3. В современных условиях это легко автоматизируется с помощью компьютера, подключенного к средствам активного контроля обрабатываемого отверстия, и шаговых двигателей, вмонтированных в привод поворота.

Чистовую обработку и выхаживание (обработка без подачи врезания S_поп) производят при нулевом угле наклона инструмента, т.е. при параллельных осях (см. фиг.2), добиваясь минимальной шероховатости и высокой геометрической точности.

Способ позволяет эффективно вести обработку фасонного, например шестигранного, призматического отверстия 6 при остановленном, не вращающемся изделии (фиг.3-4). Сложная эквидистанта 7 траектории движения оси инструмента задается путем сочетания двух подач S_пр и S_поп. Черновую обработку граней ведут с установкой инструмента под максимальным углом α к продольной оси изделия. При этом уменьшают угол α между продольной осью инструмента и осью обрабатываемого отверстия изделия по мере уменьшения снимаемого припуска и при окончательной обработке - выхаживании - устанавливают α=0. Установку и изменение угла осуществляют с помощью привода поворота на ходу по результатам активного контроля.

Способ и устройство с описанным выше инструментом позволяет обрабатывать сложнопрофильные сквозные отверстия (см. фиг.5) с выпуклой и вогнутой образующей 8 в продольном сечении. Свободный конец гибкого упругого абразивно-алмазного инструмента занимает положение согласно предварительно обработанному профилю в продольном сечении и угловому положению, занимаемому инструментом по отношению к оси вращения обрабатываемого изделия.

Предлагаемый способ и устройство позволяют вести обработку глухих отверстий с внутренней вогнутой сферической поверхностью 9 (см. фиг.6), при этом устройство дополнительно содержит натяжной тросик 10, привод его натяжения 11 и шарнир 12 на свободном конце инструмента для крепления натяжного тросика 10. Привод натяжения 11 тросика 10 расположен на расстоянии R от оси инструмента, равном

R=(D-d_и)/2,

где D - диаметр обрабатываемой сферической поверхности;

d_и - диаметр гибкого абразивно-алмазного инструмента.

Шарниром 12, служащим для подвижного соединения тросика 10 с инструментом 1, может быть либо бронзовая втулка - подшипник скольжения, либо подшипник качения в зависимости от размеров инструмента. Натянутый с усилием Р тросик 10 облегчает прогиб гибкого вращающегося относительно собственной продольной оси инструмента и позволяет занимать свое положение в вогнутой сферической поверхности. Приводом натяжения 11 служит червячная пара (не показана), т.к. червячная передача - самотормозящаяся и компактная, поэтому при наладке, вращая вручную червяк, тросик накручивается на барабан, являющийся ступицей червячного колеса.

С помощью предлагаемого способа обрабатывают выпуклые наружные сферические поверхности (см. фиг.7). Для этого устройство дополнительно содержит упор 13 типа рейки, контактирующий с шарниром 12, установленным на свободном конце инструмента 1, и привод выдвижения упора 14.

Пример. На внутришлифовальном станке мод. ЗК228 шлифуется сквозное отверстие диаметром D_д=20 Н7^(+0,021) длиной l=40 мм. Параметр шероховатости обработанной поверхности Ra=0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,2 мм. Материал заготовки - сталь 45 закаленная твердостью HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок, а также приводом поворота оси инструмента, автоматически управляемого от персонального компьютера. Шлифовальный инструмент - проволочно-абразивный гибкий инструмент с характеристикой 24А25ПС25Б8А, наружный диаметр - 14 мм, высота - 40 мм, толщина абразивного слоя - 3 мм, диаметр гибкой проволоки, из которой изготовлена сердцевина инструмента, - 8 мм. Частота вращения абразивного инструмента при принятой окружной скорости V_и=30 м/с: n_и=40000 мин^-1 (на данном станке проведена модернизация и установлен индивидуальный пневматический привод вращения инструмента). Частота вращения обрабатываемой детали n_д=600 мин^-1, V_д=37,7 м/мин (~0,63 м/с). Продольная минутная подача - S_пр=5000 мм/мин; поперечная подача - S_поп=0,004 мм/дв. ход. Максимальный угол наклона оси инструмента устанавливали α=15° при черновой обработке, постепенно уменьшая до нуля к концу обработки. Требуемая шероховатость и точность обрабатываемого отверстия была достигнута через Т_о=0,8 мин (против Тбазо

Преимущества предлагаемого способа: большая универсальность и широкие технологические возможности, заключающиеся в обработке фасонных, сложнопрофильных и малого диаметра отверстий, повышается точность, эффективность и производительность обработки в 3-4 раза по сравнению с обычным шлифованием, а удельное тепловыделение в 2-3 раза меньше. Такие показатели процесса получены благодаря уменьшению площади контакта, а также силы внешнего трения по обрабатываемой поверхности. Стружка отводится из зоны резания в результате бегущего контакта инструмента с заготовкой и встречного вращения инструмента. Интенсивность адгезионного и диффузионного износа абразива снижается вследствие кратковременного контакта инструмента с заготовкой и эффективного охлаждения. Повышение удельного давления за счет угла наклона и упругости инструмента позволяет более полно использовать возможности абразивной обработки.

Источники информации

1. А.с. СССР 994240, МКИ В 24 D 13/20 // В 24 D 17/00. Абразивный инструмент для шлифования и полирования. /Фирсов М.В. и Бекренев Н.В. №3220047/25-08, заяв. 22.12.80. опубл. 07.02.83. Бюл. №5.

2. Patent US 5384983, В 24 В 49/00, В 24 В 51/00. Method and grinding machine for the internal grinding of bores / Lars E. Siggelin. Jan. 31, 1995 - прототип.

Изобретение относится к области технологии машиностроения и может быть использовано для абразивной обработки фасонных, сложнопрофильных и малого диаметра отверстий. Способ включает сообщение режущему инструменту вращения и возвратно-поступательной продольной и поперечной подачи. При этом в качестве режущего инструмента используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент в виде цилиндра, состоящего из одной или нескольких сплетенных между собой гибких проволок и закрепленного на его наружной поверхности абразивно-алмазного слоя. Режущий инструмент устанавливают из условия расположения его продольной оси под острым углом α к оси обрабатываемого отверстия и осуществляют изменение этого угла в зависимости от величины снимаемого припуска с помощью привода поворота инструмента, а вращение режущему инструменту сообщают с помощью индивидуального привода вращения. Использование изобретения позволяет увеличить стойкость инструмента, скорость резания и расширить технологические возможности, что ведет к повышению качества, производительности и точности обработки. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ шлифования и полирования сложнопрофильных, фасонных и малого диаметра отверстий, включающий сообщение режущему инструменту вращения и возвратно-поступательной продольной и поперечной подачи, отличающийся тем, что в качестве режущего инструмента используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент в виде цилиндра, состоящего из одной или нескольких сплетенных между собой гибких проволок, и закрепленного на его наружной поверхности абразивно-алмазного слоя, при этом режущий инструмент устанавливают из условия расположения его продольной оси под острым углом α к оси обрабатываемого отверстия и осуществляют изменение этого угла в зависимости от величины снимаемого припуска с помощью привода поворота инструмента, а вращение режущему инструменту сообщают с помощью индивидуального привода вращения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обрабатываемой детали сообщают вращение.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при обработке глухих отверстий с внутренней вогнутой сферической поверхностью используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент, на свободном конце которого расположен шарнир с натяжным тросиком, связанным с приводом его натяжения.4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что при обработке глухих отверстий с внутренней выпуклой сферической поверхностью используют гибкий проволочно-абразивно-алмазный инструмент, на свободном конце которого расположен шарнир с упором, имеющим привод выдвижения.