УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ВИНТОВ ПО КОПИРУ Российский патент 2006 года по МПК B23P23/04 

Изобретение относится к машиностроению к области станкостроения и технологии машиностроения, может быть использовано при финишной алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтовых поверхностей точных винтов из труднообрабатываемых материалов.

Известен способ и устройство для шлифования винтов дисковым однониточным шлифовальным кругом, которое включает установку круга на угол α_в подъема витка обрабатываемого винта и сообщение ему независимого вращательного движения и продольной подачи, а детали - вращения и поступательного перемещения, кинематически связанного с продольной подачей круга, равной шагу обрабатываемого винта, при этом используют круг на одну степень твердости выше и один номер зернистости меньше, чем при традиционном шлифовании, высотой, равной половине шага обрабатываемого винта, и дополнительно наклоняют его под острым углом α_АРС к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, для создания аксиально-смещенного режущего слоя, который определяют по формуле

где α_в=arc tg[t/(2D)] - угол подъема витка обрабатываемого винта, град;

t - шаг винта, мм; D - делительный диаметр винта, мм;

D^и - наружный диаметр шлифовального круга, мм [1, 2].

Применение известного способа и устройства для абразивной обработки улучшает качество, повышает производительность обработки и уменьшает расход абразива, однако способ и устройство имеют существенные недостатки.

Это ограниченность применения: только для обработки винтовых поверхностей винтов; сложность и трудоемкость настройки после правки по мере затупления и засаливания круга, а также быстрая потеря и длительное восстановление формы профиля фасонной периферийной поверхности круга, что снижает точность, качество и производительность чистовой алмазно-абразивной обработки.

Кроме того, невозможность варьировать продольной подачей, которая должна быть строго определенной и равной шагу обрабатываемого винта, и не позволяет устанавливать оптимальные режимы резания.

При этом способ и устройство не решают вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости обрабатываемой поверхности.

Известен способ и устройство для обработки кулачков, имеющих плавный переход криволинейных поверхностей, по обработанной поверхности и копиру небольшой толщины, который крепят к торцу заготовки [3]. По этому копиру лезвийным инструментом обрабатывают небольшой участок; далее ролик щупа перемещается по обработанному ранее участку поверхности.

Недостатками известного способа и устройства являются низкая точность обработки нежестких заготовок из-за больших односторонних усилий резания и усилий прижатия щупа, которые ведут к прогибу и бочкообразности обрабатываемой заготовки.

При этом ограниченность способа и устройства, которые реализуются в основном при работе лезвийным инструментом, не позволяет использовать их, например, при обработке алмазно-абразивными кругами.

Кроме того, способ и устройство не решают вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства, заключающееся в комбинированной алмазно-абразивной обработке с одновременным фрикционным поверхностным упрочнением по копиру и обработанной поверхности, простота и минимальная трудоемкость настройки после правки, возможность устанавливать оптимальные режимы резания, а также повышение износостойкости, качества, производительности и точности обработки.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для комбинированной обработки винтов по копиру алмазно-абразивным кругом с индивидуальным приводом, причем толщина копира равна шагу обрабатываемого винта и копир закреплен к торцу заготовки, а контактирующий с ним щуп является инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, установленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, при этом диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, кроме того, диск трения, выполняющий роль подвижного люнета, нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.

Сущность устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема комбинированной обработки начального участка заготовки-винта по копиру с помощью предлагаемого устройства с установкой заготовки в патроне токарного станка и поджатием задним центром новым алмазно-абразивным кругом, вид сверху; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, устройство крепления щупа, являющегося инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, на суппорте; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг 1, устройство крепления алмазно-абразивного круга и установки его на суппорте; на фиг.4 - элемент В на фиг.1; на фиг.5 - элемент Г на фиг.1; на фиг.6 - схема комбинированной обработки последующего участка винта по обработанному ранее участку с помощью предлагаемого устройства максимально изношенным алмазно-абразивным кругом, вид сверху.

Предлагаемое устройство предназначено для комбинированной алмазно-абразивной обработки с одновременным фрикционным поверхностным упрочнением заготовок винтов 1 по копиру 2. Устройство позволяет сообщать алмазно-абразивному кругу 3 и диску трения 4 независимые друг от друга вращательные движения V_к и V_ф и продольную подачу S_пр, а заготовке 1 - независимое вращения V_з. Поперечная подача S_поп инструментов обеспечивается копиром 2, толщина l_к которого равна шагу t обрабатываемого винта 1, и обработанной поверхностью.

Копир 2 закрепляется с торца заготовки и соосно ей таким образом, что является продолжением обрабатываемого винта.

Диск трения 4, выполняющий роль щупа, первоначально контактирующий с копиром 2, а затем с обработанной поверхностью заготовки, устанавливают в диаметрально противоположном месте относительно круга 3 на расстоянии в продольном направлении, равном шагу t обрабатываемого винта 1.

Диск трения 4 для фрикционного поверхностного упрочнения закрепляют через упругий элемент 5 с помощью фланцев 6 на валу 7 индивидуального электропривода 8.

Радиус R_Ф рабочей поверхности в продольном сечении диска трения 4 равен радиусу R_K периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга 3.

Для повышения точности обработки необходимо стремится к минимальным значениям радиусов R_Ф и R_K.

Диск трения 4, выполняющий роль подвижного люнета при обработке нежестких заготовок винтов, нагружают силой P_Ф прижима к заготовке, равной силе Р_у резания, развиваемой кругом 3.

Работа предлагаемым устройством для комбинированной алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру производится в следующей последовательности.

На заготовку винта 1, предварительно прошедшую черновую обработку, с торца устанавливают копир 2 таким образом, чтобы не нарушилось базирование заготовки и продольная ось винта совпала с осью центров станка, на котором производится обработка.

К установленной, например, в патроне 9, оснащенном кулачками 10, и поджатой задним центром 11 токарного станка заготовке винта сзади подводят диск трения 4 с помощью маховичка 12, который смонтирован на винте 13 поперечного суппорта 14 станка. Винт 13 воздействует на подвижную плиту 15 через пружину 16, создавая определенное усилие Р_ф на диске трения 4. Далее маховичком 17, который установлен на винте 18, связанном с верхней подвижной плитой 19, к заготовке подводится алмазно-абразивный круг 3, смонтированный на шпинделе шлифовальной головки 20, которая установлена на верхней подвижной плите 19. По лимбу (не показан) маховичком 17 устанавливается глубина шлифования и включается продольная подача S_пр.

При чистовой обработке винта 1 по предлагаемому комбинированному способу по копиру 2 шлифуют небольшой начальный участок заготовки, равный длине шага t; далее диск трения 4 перемещается по обработанному ранее участку поверхности заготовки.

Принудительное встречное вращательное движение с целью фрикционного поверхностного упрочнения сообщается диску трения 4 только после прохождения копира 2 в момент вступления в контакт с заготовкой.

Упругий элемент 5, посредством которого диск трения 4 закреплен на валу 7, служит для гашения вибраций, возникающих от погрешности формы диска и копира при их обкатывании и контакте, а также для возможности регулирования усилия прижатия диска трения к обрабатываемой поверхности. Изменение жесткости упругого элемента 5 зависит от степени сжатия фланцев 6, между которыми расположены упругий элемент с диском трения.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имеет следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта D=27^-0,05 мм, эксцентриситет e₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=25^±0,01 мм, шероховатость R_a=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону - 0,25 мм.

Обработка проводилась на модернизированном токарно-винторезном станке мод. 16К20 с инструментальной шлифовальной головкой и головкой для фрикционного поверхностного упрочнения, установленных соответственно спереди и сзади заготовки на поперечном суппорте станка с абразивным дисковым однониточным кругом типа ПП 200×16×32 ГОСТ 2424-83 44А 8-16 ВМ1-ВМ2 8-12 К. При правке периферийная рабочая поверхность круга спрофилирована торообразно с радиусом R_K=5 мм, скорость круга v_K=31,42 м/с, n_K=3000 об/мин, окружная скорость заготовки v_З=15,1 м/мин, n_З=160 об/мин, продольная подача S_пр=2 мм/об. Копир, изготовленный толщиной l_к=28 мм, равной шагу обрабатываемого винта, был установлен на заготовке на цилиндрическую шейку, предусмотренную конструкцией винта, и сбазирован с заготовкой по фаске.

Диск трения для фрикционного поверхностного упрочнения выполнен из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 10 мм, наружным диаметром 200 мм и рабочей поверхностью в продольном сечении R_Ф=5 мм. Частота вращения диска n_Ф=3000 мин^-1, v_Ф=31,42 м/с.

Давления фрикционного диска и круга на заготовку, создаваемые механизмами поперечной подачи станка, составляли Р_Ф=Р_У=0,05...0,1 кН. В зоны обработки подавали СОЖ.

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=7,6 мин (против Т_м ^баз=16,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании винтов на модернизированном токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш").

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени в 2 раза меньше, чем при раздельном шлифовании и фрикционном поверхностном упрочнении.

При этом глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния 2,3...2,7 ГПа.

Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Благодаря применению предлагаемого устройства для комбинированной алмазно-абразивной обработки совместно с фрикционным поверхностным упрочнением винтовых поверхностей винтов по копиру и обработанной поверхности расширились технологические возможности, улучшилось качество, повысилась износостойкость и долговечность обрабатываемых заготовок за счет поверхностного упрочнения, повысилась производительность обработки за счет выбора оптимальных режимов обработки, упростилась правка, снизилась трудоемкость настройки и уменьшился расход абразива.

Источники информации

1. Патент РФ 2176179, МКИ⁷ В 23 G 1/36. Способ шлифования винтов дисковым однониточным шлифовальным кругом. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №99122990/02, заяв. 29.10.99, опуб. 27.11.2001. Бюл. №33.

2. Патент РФ 2170655, МКИ⁷ В 24 D 17/00, В 23 G 1/36. Дисковый однониточный круг для шлифования винтов. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №99122994/02, заяв. 29.10.99, опуб. 20.07.2001. Бюл. №20.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.232, рис.17,б - прототип.

Изобретение относится к области машиностроения, обработке точных винтов из труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит алмазно-абразивный круг с индивидуальным приводом. Для расширения технологических возможностей, повышения производительности, качества и точности обработки толщина копира выбрана равной шагу обрабатываемого винта, причем копир предназначен для закрепления на торце заготовки, а контактирующий с ним щуп выполнен в качестве инструмента для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, причем диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, при этом диск трения предназначен для использования в качестве подвижного люнета и нагружен силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом. 6 ил.

Устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, содержащее алмазно-абразивный круг с индивидуальным приводом и щуп, контактирующий с копиром, отличающееся тем, что толщина копира равна шагу обрабатываемого винта, причем копир предназначен для закрепления на торце заготовки, а щуп выполнен в виде диска трения для фрикционного поверхностного упрочнения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, причем диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, диск трения предназначен для использования в качестве подвижного люнета и нагружен силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.