УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ИГЛОТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ВИНТОВ Российский патент 2008 года по МПК B23B5/36 

Изобретение относится к машиностроению к области станкостроения и технологии машиностроения, может быть использовано при скоростном точении винтовых поверхностей точных винтов из труднообрабатываемых материалов в комбинации с иглоточением.

Известно устройство для токарной обработки эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», содержащее планетарные переднюю и заднюю бабки и резец, при этом передняя бабка содержит наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещен независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой, при этом внутренняя эксцентричная с эксцентриситетом «е» гильза имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, а резец установлен в резцедержателе на поперечном суппорте и имеет независимый привод поперечной подачи [1].

Известное устройство имеет существенные недостатки. Процесс образования резьбовой поверхности является прерывистым и отличается ударными нагрузками, вызывающими вибрации, которые снижают стойкость инструмента, производительность и качество обработки. При этом одностороннее действие силы резания в поперечной плоскости вызывает продольный прогиб длинной нежесткой заготовки, что также снижает качество и производительность обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей скоростного точения винтовых поверхностей точных винтов из труднообрабатываемых материалов, позволяющее повысить стойкость инструмента, производительность и качество обработки путем дополнительного сообщения заготовки планетарного движения, а также уменьшить продольный прогиб длинной нежесткой заготовки винта путем установки дополнительной опоры, оснащенной игольчатым режущим элементом.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для токарной обработки эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», содержащего планетарные переднюю и заднюю бабки и резец, при этом передняя бабка содержит наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещен независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой, при этом внутренняя эксцентричная с эксцентриситетом «е» гильза имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, а резец установлен в резцедержателе на поперечном суппорте и имеет независимый привод поперечной подачи, причем оно снабжено режущим иглоинструментом, установленным диаметрально противоположно относительно резца, выполненного резьбовым, режущий иглоинструмент имеет независимый ручной привод поперечной подачи и предназначен для выполнения функции подвижного люнета, нагруженного силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой резьбовым резцом, причем продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с резцом иглоинструментом за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности.

Особенности конструкции устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 приведена схема обработки заготовки винта с использованием предлагаемого устройства для иглотокарной обработки винтов с установкой заготовки в патроне токарного станка с планетарным движением шпинделя и поджатием задним центром, который также совершает планетарные движения, вид сверху; на фиг.2, 3, 4 - сечение А-А на фиг.1 передней бабки токарного станка с планетарным движением шпинделя, где показано взаимное расположение шпинделя, внутренней и наружной эксцентричных гильз; на фиг.5 - сечение В-В на фиг 1, устройство крепления резьбового резца в резцедержателе на поперечном суппорте; на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг 1, устройство крепления иглоинструмента в резцедержателе на поперечном суппорте; на фиг.7 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.8 - схема обработки последующего участка винта предлагаемым устройством и взаимное расположение заготовки и инструментов при повороте заготовки на полоборота, вид сверху.

Предлагаемое устройство предназначено для черновой и получистовой обработки винтов 1 с эксцентричными винтовыми поверхностями, имеющих эксцентриситет «е», резьбовым резцом 2 в комбинации с иглоинструментом 3. Работа устройства для иглотокарной обработки винтов, например винтов нефтяных насосов, работающих в нефтедобывающей промышленности, включает сообщение заготовки винта 1 независимого вращательного движения со скоростью V_З, определяющее скорость резания и назначаемое в зависимости от режущих свойств инструмента. Это независимое вращательное движение V_З заготовки осуществляется относительно планетарной оси О_П, смещенной относительно центральной оси О_Ц заготовки на величину эксцентриситета «е».

При этом дополнительно сообщается планетарное вращательное движение V_П относительно центральной оси О_Ц, кинематически связанное с продольной подачей S_ПР инструментов 2 и 3. Это значит, что при вращении планетарной оси О_П относительно центральной оси О_Ц на один оборот поперечный суппорт 4 с инструментами 2 и 3 переместится в продольном направлении на величину шага «t» обрабатываемой винтовой поверхности.

Устройство предусматривает одновременно с токарной обработкой точением вести обработку иглоинструментом. С этой целью в диаметрально противоположном месте относительно резьбового резца 2 на поперечном суппорте 4 установлен резцедержатель 5 с режущим иглоинструментом 3, представляющим собой пучок проволочного ворса, закрепленного известным способом в державке 6. Резцедержатель 5 с режущим иглоинструментом 3 имеет привод независимой поперечной подачи, аналогичный приводу поперечной подачи резьбового резца, и выполняет роль подвижного люнета, который нагружают силой Р_И прижима к заготовке, равной силе резания Р_У, развиваемой резьбовым резцом.

Работа предлагаемым устройством для иглотокарной обработки винтов производится в следующей последовательности.

Заготовку винта 1, например гладкий круглый прокат, устанавливают и закрепляют в патроне 7, оснащенном кулачками 8, и поджимают задним центром 9. Патрон 7 установлен на шпинделе 10 передней планетарной бабки 11 токарного станка. Планетарная передняя бабка 11 токарного станка отличается планетарным движением шпинделя 10, который установлен во внутренней 12 и наружной 13 эксцентричных гильзах [2-4]. Как видно на фиг.2-4, в корпусе шлифовальной бабки 11 расположены две эксцентричные гильзы 12 и 13 и шпиндель 10, причем вращение внутренней гильзы 12 обеспечивается планетарное движение V_П, а наружная гильза 13 служит для установки необходимой величины эксцентриситета «е». На фиг.3 приведена схема расположения шпинделя 10 с заготовкой, когда эксцентриситет максимален и равен «2е». На фиг.4 ось шпинделя 10 совпадает с осью наружной гильзы 13. Совмещение оси шпинделя 10 с осью наружной гильзы 13 используется для обработки обычных валов с соосными поверхностями.

Пиноль 14 с центром 9 расположена в задней бабке 15 станка и имеет возможность совершать планетарное движение V_П, аналогичное шпинделю передней бабки и синхронное с ним.

После закрепления заготовки винта к ней сзади подводят иглоинструмент 3 с помощью маховичка 16, который смонтирован на винте 17 поперечного суппорта 4 станка, создавая усилие Р_И иглоинструмента на заготовку. Далее маховичком 18, который установлен на винте 19, связанном с верхней подвижной плитой 20, к заготовке подводится резьбовой резец 2. Резьбовой резец 2 закреплен в резцедержателе 21, который установлен на верхней подвижной плите 20. По лимбу (не показан) маховичком 18 устанавливается глубина резания, как при традиционном точении, и включается продольная подача S_ПР.

Предлагаемое устройство позволяет отказаться от широких резьбовых резцов, которые используются при традиционном нарезании и профилировании резьбы, уменьшить силовые нагрузки и повысить точность и производительность.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - D=27^-0,05 мм, эксцентриситет е=1,65 мм, 2е=3,3 мм, шаг t=28^±0,01 мм, шероховатость R_a=3,2 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Заготовка из круглого сортового проката по ГОСТ 2590-71 диаметром 32 мм.

Обработка проводилась на модернизированном токарно-винторезном станке мод. 16К20 с планетарной передней шпиндельной бабкой (описанной выше) и планетарной задней бабкой, а также с поперечным суппортом, на котором смонтированы передний и задний резцедержатели соответственно с резьбовым резцом Т15К6 ГОСТ 20872-80 и иглоинструментом с пучком ворса из проволоки диаметром 1,5 мм, установленных спереди и сзади заготовки. Скорость резания, т.е. скорость заготовки V_З=169,56 м/мин (2,83 м/с), n_З=2000 об/мин, планетарная скорость заготовки - V_П=0,8 м/мин (0,0133 м/с), n_П=77,2 об/мин, продольная подача S_ПР=0,4 мм/об. В зоны обработки подавали смазывающе-охлаждающую жидкость (СОЖ).

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=39,12 мин (против Т_м ^баз=76,5 мин по базовому варианту при традиционном раздельном черновом и получистовом точении винтов на токарном станке мод. 1К62, оснащенном вихревой головкой, на АО "Ливгидромаш").

Таким образом, для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени почти в 2 раза меньше, чем при раздельном черновом и получистовом точении.

Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми несоседними 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.

Предлагаемое устройство для иглотокарной обработки винтовых поверхностей винтов расширяет технологические возможности за счет использования планетарного скоростного точения, повышает стойкость инструмента благодаря безударной обработке, улучшает качество и повышает производительность обработки, а также уменьшает продольный прогиб длинной нежесткой заготовки путем установки дополнительной опоры, оснащенной игольчатым режущим элементом, благодаря установке последней повышается износостойкость и долговечность обрабатываемых поверхностей.

Источники информации

1. Патент DT 1942050, В23В 5/46, 1970 - прототип.

2. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. В.М.Кована.- 2-е изд., испр. и доп. - М.: ГНТИМЛ, 1963. С.361, рис.212.

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.228, рис.34 - прототип.

4. Лоскутов В.В. Шлифование металлов: Учебник для средних профессионально-технических училищ. - 7-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985, с.94-95.

Устройство содержит планетарные переднюю и заднюю бабки и резец. Передняя бабка содержит наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещен независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой. При этом внутренняя эксцентричная с эксцентриситетом «е» гильза имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, а резец установлен в резцедержателе на поперечном суппорте и имеет независимый привод поперечной подачи. Для расширения технологических возможностей устройство снабжено режущим иглоинструментом, установленным диаметрально противоположно относительно резца, выполненного резьбовым. Иглоинструмент имеет независимый ручной привод поперечной подачи и предназначен для выполнения функции подвижного люнета, нагруженного силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой резьбовым резцом. Продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с резцом и иглоинструментом за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности. 8 ил.

Устройство для токарной обработки эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», содержащее планетарные переднюю и заднюю бабки и резец, при этом передняя бабка содержит наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещен независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой, при этом внутренняя эксцентричная с эксцентриситетом «е» гильза имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, а резец установлен в резцедержателе на поперечном суппорте и имеет независимый привод поперечной подачи, отличающееся тем, что оно снабжено режущим иглоинструментом, установленным диаметрально противоположно относительно резца, выполненного резьбовым, режущий иглоинструмент имеет независимый ручной привод поперечной подачи и предназначен для выполнения функции подвижного люнета, нагруженного силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой резьбовым резцом, причем продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с резцом и иглоинструментом за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности.