СПОСОБ ПЛАНЕТАРНОГО ИГЛОФРЕЗЕРОВАНИЯ ВИНТОВ Российский патент 2008 года по МПК B23C3/00 

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

Известен способ планетарного фрезерования эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», который реализуется устройством, содержащим переднюю и заднюю бабки и фрезу [1].

Известный способ имеет существенный недостаток. Для его реализации требуется специальный дорогостоящий инструмент и оборудование, что повышает себестоимость обрабатываемых деталей. При этом узкие технологические возможности (только для деталей с короткой резьбовой поверхностью) ограничивают область применения, кроме того, одностороннее действие силы резания в поперечной плоскости вызывает продольный прогиб длинной нежесткой заготовки, что снижает качество и производительность обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей скоростного фрезерования 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 в диаметрально противоположном месте дополнительного инструмента в виде иглофрезы и снизить себестоимость изготовления.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа планетарного фрезерования эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», включающего сообщение заготовке независимого вращательного движения, определяющего скорость резания, а инструменту в виде фрезы - продольной подачи с помощью устройства, имеющего переднюю и заднюю бабки, при этом независимое вращательное движение заготовки осуществляют относительно планетарной оси, смещенной относительно центральной оси на величину эксцентриситета «е», и дополнительно сообщают планетарное вращательное движение относительно центральной оси, кинематически связанное с продольной подачей фрезы, при этом переднюю и заднюю бабки устройства выполняют планетарными, на передней бабке устанавливают наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещают независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой, при этом внутренняя гильза с эксцентриситетом «е» имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, фрезу выполняют в виде дисковой резьбовой, устанавливают на шпинделе фрезерной головки с индивидуальным электроприводом на поперечном суппорте с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи, диаметрально противоположно относительно дисковой резьбовой фрезы устанавливают на шпинделе иглофрезерной головки с индивидуальным электропроводом с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи иглофрезу, предназначенную для выполнения функции подвижного люнета, которую нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой дисковой резьбовой фрезой, при этом продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с дисковой резьбовой фрезой и иглофрезой за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности.

Особенности способа поясняются чертежами.

На фиг.1 приведена схема обработки заготовки винта с использованием предлагаемого способа и реализующего его устройства для комбинированной илофрезерной 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 Б-Б на фиг.1 передней бабки токарного станка с планетарным движением шпинделя, где показано взаимное расположение шпинделя, внутренней и наружной эксцентричных гильз; на фиг.5 - поперечное сечение А-А на фиг.1, где показано взаимное расположение инструментов и заготовки; на фиг.6 - сечение В-В на фиг 1, устройство крепления резьбовой дисковой фрезы на шпинделе фрезерной головки с индивидуальным электроприводом, установленной на поперечном суппорте; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг 1, устройство крепления иглофрезы на шпинделе иглофрезерной головки с индивидуальным электроприводом, установленной на поперечном суппорте; на фиг.8 - схема обработки последующего участка винта и взаимное расположение заготовки и инструментов при повороте заготовки на пол-оборота относительно центральной оси, вид сверху; на фиг.9 - взаимное расположение заготовки и инструментов при повороте заготовки на пол-оборота относительно планетарной оси, вид сверху.

Предлагаемый способ предназначен для черновой и получистовой обработки винтов 1 с эксцентричными винтовыми поверхностями, имеющими эксцентриситет «е», дисковой резьбовой фрезой 2 в комбинации с иглофрезой 3. Работа по способу иглофрезерной 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».

Причем 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.

Способ предусматривает одновременно с черновой обработкой фрезерованием и чистовую обработку иглофрезерованием. С этой целью в диаметрально противоположном месте относительно дисковой резьбовой фрезы 2 на поперечном суппорте 4 установлена головка 5 с иглофрезой 3, имеющая индивидуальный электропривод. В состав головки 6, на шпинделе которой закреплена фреза 2, входит также индивидуальный электропривод.

Головка 5 с иглофрезой 3 имеет привод независимой поперечной подачи, аналогичный приводу поперечной подачи резьбовой дисковой фрезы 2, и выполняет роль подвижного люнета, который нагружают силой Р_И прижима к заготовке, равной силе резания Р_У, развиваемой резьбовой фрезой.

Работа по предлагаемому способу планетарного иглофрезерования 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, 3]. 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 обеспечивает 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 иглофрезу 3 с помощью маховичка 16, который смонтирован на винте 17 поперечного суппорта 4 станка, создавая определенное усилие натяга Р_И иглофрезы на заготовку. Далее маховичком 18, который установлен на винте 19, связанном с верхней подвижной плитой 20, к заготовке подводится резьбовая фреза 2. Резьбовая фреза 2 закреплена на шпинделе головки 6, которая установлена на верхней подвижной плите 20. По лимбу (не показан) маховичком 18 устанавливается глубина резания, как при традиционном резьбофрезеровании, и включается продольная подача S_ПР.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от широких малопроизводительных 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 фрезерная (спереди) и иглофрезерная (сзади) головки соответственно с резьбовой полукруглой выпуклой фрезой Р6М5 ГОСТ 9305-69 и иглофрезой с ворсом из проволоки диаметром 1,5 мм, установленными спереди и сзади заготовки. Скорость резания, т.е. скорость вращения фрезы (фреза 2262-0057 ГОСТ 9305-69, диаметр 80 мм, диаметр отв. 27 мм, ширина 10 мм, число зубьев 10) V_Ф=30 м/мин; n_Ф=120 об/мин, скорость заготовки V_З=17 м/мин (0,283 м/с), n_З=200 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=39,2 мин (против Т_м ^баз=76,5 мин по базовому варианту при традиционном раздельном черновом и получистовом точении винтов на токарном станке мод. 1К62, оснащенного 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.

Предлагаемый способ обработки винтовых поверхностей винтов расширяет технологические возможности за счет использования планетарного скоростного фрезерования, улучшает качество и повышает производительность обработки за счет комбинированного фрезерования и иглофрезерования, уменьшает продольный прогиб длинной нежесткой заготовки путем установки дополнительной опоры, оснащенной иглофрезой, благодаря установке последней повышается износостойкость и долговечность обрабатываемых поверхностей, а также снижается себестоимость изготовления.

Источники информации

1. Патент WO 95/26845, В23С 3/32, 1995.

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.359-360, рис.210.

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

Способ включает сообщение заготовке независимого вращательного движения, а инструменту в виде фрезы - продольной подачи с помощью устройства, имеющего переднюю и заднюю бабки. Для расширения технологических возможностей при обработке винтов из труднообрабатываемых материалов вращательное движение заготовки осуществляют относительно планетарной оси, смещенной относительно центральной оси на величину эксцентриситета «е», кинематически связанное с продольной подачей фрезы. Бабки устройства выполняют планетарными, на передней бабке устанавливают наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещают независимо вращающийся шпиндель с заготовкой. При этом внутренняя гильза с эксцентриситетом «е» имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси. Фрезу выполняют в виде дисковой резьбовой, устанавливают на шпинделе фрезерной головки с индивидуальным электроприводом на поперечном суппорте с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи. Диаметрально противоположно устанавливают на шпинделе иглофрезерной головки с индивидуальным электропроводом с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи иглофрезу, предназначенную для выполнения функции подвижного люнета, которую нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой дисковой резьбовой фрезой. При этом продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с дисковой резьбовой фрезой и иглофрезой за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности. 9 ил.

Способ планетарного фрезерования эксцентричных винтов с эксцентриситетом «е», включающий сообщение заготовке независимого вращательного движения, определяющего скорость резания, а инструменту в виде фрезы - продольной подачи с помощью устройства, имеющего переднюю и заднюю бабки, отличающийся тем, что независимое вращательное движение заготовки осуществляют относительно планетарной оси, смещенной относительно центральной оси на величину эксцентриситета «е», и дополнительно сообщают планетарное вращательное движение относительно центральной оси, кинематически связанное с продольной подачей фрезы, при этом переднюю и заднюю бабки устройства выполняют планетарными, на передней бабке устанавливают наружную и внутреннюю эксцентричные гильзы, в последней из которых размещают независимо вращающийся относительно планетарной оси шпиндель с заготовкой, при этом внутренняя гильза с эксцентриситетом «е» имеет индивидуальный привод планетарного вращения относительно центральной оси, фрезу выполняют в виде дисковой резьбовой, устанавливают на шпинделе фрезерной головки с индивидуальным электроприводом на поперечном суппорте с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи, диаметрально противоположно относительно дисковой резьбовой фрезы устанавливают на шпинделе иглофрезерной головки с индивидуальным электропроводом с возможностью независимого ручного привода поперечной подачи иглофрезу, предназначенную для выполнения функции подвижного люнета, которую нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой дисковой резьбовой фрезой, при этом продольное перемещение поперечного суппорта кинематически связано с планетарным вращением заготовки из условия равенства перемещения суппорта с дисковой резьбовой фрезой и иглофрезой за один оборот планетарной оси шагу обрабатываемой винтовой поверхности.