УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТДЕЛОЧНОЙ ОБРАБОТКИ Российский патент 2009 года по МПК B24B31/104 

Устройство предназначено для отделочной обработки деталей свободным абразивом с использованием переменного силового поля.

Изобретение относится к технологии механической обработки, а именно к отделочно-зачистной обработке деталей свободным абразивом, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения.

Известно устройство для объемной вибрационной обработки, представляющее собой контейнер, установленный на водиле, получающем вращение (а.с. №918051, М. Кл. В24В 31/06). Недостатком указанного устройства является ухудшение качества обрабатываемых деталей при интенсификации процесса обработки.

Известно устройство (патент №1715560 A1, М. Кл. В24В 31/07) для объемной вибрационной обработки, содержащее камеру, подвешенную на упругом элементе, оснащенную электроприводом и системой вибровозбуждения. Недостатком известного устройства как динамической системы является наличие неуравновешенной массы подвижных частей М₀ с центром масс О, момент инерции которой J₀ испытывает существенные изменения за каждый период колебаний. Система требует динамической балансировки, что ограничивает возможности работы на интенсивных режимах из-за значительных колебаний корпуса устройства.

Известно устройство (патент №1509234 А1, кл. В24В 31/104) для центробежно-планетарной абразивной обработки деталей, содержащее вращающуюся посредством привода платформу, несущую вертикально размещенные рабочие камеры, установленные с возможностью вращения вокруг своих осей путем кинематической связи с центральным элементом, закрепленным посредством вала на основании. Рабочие камеры размещены на платформе шарнирно и связаны между собой введенным в устройство бандажным кольцом, при этом вал, связывающий центральный элемент с основанием, выполнен торсионным.

Известно устройство (патент РФ №2041048 С1, кл. В24В 31/02) для центробежной обработки, состоящее из цилиндрической формы основания с закрепленным на нем шпинделем, на котором установлен соосно с ним ротор. На роторе эксцентрично его оси вращения размещено в подшипниковой опоре ходовое колесо, на котором закреплен контейнер, установленный эксцентрично оси вращения ходового колеса, находящегося во фрикционном контакте с цилиндрической опорой, закрепленной соосно с осью вращения ротора на основании.

Ближайшим техническим решением по технической сути и достигаемому результату является центробежно-планетарная установка для абразивной обработки деталей (патент РФ №1652044 А1, кл. В24В 31/104), принятое в качестве прототипа. Устройство представляет собой вращающиеся контейнеры и корпус, в котором установлено водило с шарнирно смонтированными шпинделями контейнеров, расположенными под углом к оси водила. Установка снабжена кольцом, установленным в корпусе, и бандажами, смонтированными на шпинделях, при этом внутренняя поверхность кольца и наружная поверхность бандажей, контактирующих между собой, выполнены под углом к оси водила, а продолжение образующих указанных поверхностей и осей шпинделей совмещены в одной точке на оси водила, причем контейнеры расположены в гнездах, выполненных в шпинделях.

Недостатками данного устройства являются:

- отсутствие возможности изменения угла наклона рабочей камеры, что приводит к невозможности изменения вертикальной составляющей ускорения для послойного перемешивания;

- отсутствие системы непрерывной промывки технологической среды, что снижает интенсивность обработки за счет потери режущих свойств абразивных зерен при засаливании продуктами износа, кроме того, при обработке вязких материалов может происходить шаржирование поверхности деталей сколами абразивных частиц;

- наполнение двух камер одинаковым количеством рабочей массы затруднительно, поэтому это приводит к динамической неуравновешенности;

- не установлен диапазон изменения параметров, что может привести к выбросу деталей и абразивных частиц из открытого контейнера;

- отсутствие системы регулирования амплитудно-частотных характеристик.

Задача изобретения - создать устройство, реализующее переменное центробежное поле сил, многократно увеличивающее контактное взаимодействие в зоне обработки, обеспечивающее интенсивность процесса.

Техническим результатом является интенсификация процесса обработки при одновременном улучшении качества поверхности и снижении величины шероховатости.

Указанный технический результат достигается тем, что рабочая камера установлена на роторе под необходимым углом, обеспечивающим центробежно-планетарное коническое движение. Ротор приводится в движение от шпинделя и установленная на нем камера обкатывается за счет контакта фрикционного элемента (кольца), жестко закрепленного на неподвижном корпусе. При этом траектория любой произвольной точки наружной поверхности камеры совершает движение по закону гипоциклоиды.

На фиг.1 изображено центробежное устройство для отделочной обработки, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - геометрическая схема механизма; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1.

Устройство состоит из рабочей камеры 1, которая посажена на ось 2 через подшипниковый узел 3, внутрь которой вставлена сменная камера 4, в нижней части которой выполнены отверстия для слива жидкости. Ось 2 установлена в роторе 5 в отверстии с необходимыми для данного вида обработки углом наклона α_i и расстоянием до оси вращения R_i. Ротор 5 приводится во вращение шпиндельным узлом 6, расположенном в нижней части корпуса 7. На выходном конце шпиндельного вала жестко закреплен шкив 8. Вращение на шкив передается через клиноременную передачу от электродвигателя или вариатора (условно не показано).

Угол наклона рабочей камеры обеспечивается конструктивным исполнением ротора, который представлен на фиг.2. Ротор представляет собой круглый диск с 6 выполненными в нем отверстиями, расположенными под углом α_i на расстоянии от оси вращения диска R_i. Отверстия выполнены попарно (одно напротив другого) с одним и тем же углом наклона и расстоянием до оси вращения ротора. Такое расположение обуславливается тем, что в одно отверстие устанавливается ось рабочей камеры, а в другое - ось балансировочного устройства. Соотношение α_i и R_i должно обеспечивать постоянное сопряжение наружной поверхности камеры и внутренней поверхности фрикционного элемента для осуществления обкатывания и поясняется геометрической схемой, представленной на фиг.3. Функциональная зависимость расстояния до оси ротора R_i от угла наклона рабочей камеры α_i определяется из соотношений:

Установка снабжена статической и динамической балансировкой 9, которая осуществляется за счет равенства масс и моментов инерции балансира и суммарной массы и момента инерции рабочей камеры. Угол наклона рабочей камеры и балансира в каждой из рабочих позиций принимается равным, что обеспечивает уравновешивание момента прецессии от возникающего момента от кориолисова ускорения.

Статическая балансировка устройства осуществляется за счет равенства суммарной массы загруженной камеры и массы балансира. Динамическая балансировка осуществляется при условии равенства моментов инерции загруженной камеры и балансира.

Устройство снабжено системой непрерывной промывки деталей в рабочей камере. Жидкость подается через патрубок, расположенный в центральной части крышки. Слив жидкости осуществляется через отверстия, выполненные по наружному диаметру в дне сменной камеры 4, через которые она попадает в желоб, нарезанный по спирали Архимеда во вставке 10, показанный на фиг.4. Уравнение спирали в полярных координатах имеет следующий вид:

ρ=aφ, где (точка движется с постоянной скоростью V по лучу (радиусу ρ), вращающемуся вокруг центра О с постоянной угловой скоростью ω). Радиус кривизны в каждой точке

Такая форма обеспечит перемещение жидкости к центру вращающейся камеры и дальнейший ее вывод через отверстие в оси 2, преодолевая центробежные силы. Кроме того, конструкция спирали допускает возможность легкого доступа при изъятой камере для осмотра и прочистки канала.

Упрощение выгрузки обработанных деталей осуществляется введением вставной сменной камеры 4 внутрь рабочей камеры 1, которую после завершения процесса можно извлечь из камеры 1.

Частота вращения ротора регулируется за счет изменения передаточного отношения привода (например, путем смены шкивов клиноременной передачи) или частотным преобразователем, изменяющими частоту вращения электродвигателя в необходимом диапазоне, что позволяет подбирать оптимальные технологические режимы и осуществлять как черновую, так и чистовую обработку деталей.

С целью упрощения конструкции и обеспечения необходимой жесткости рабочая камера закреплена в усиленном подшипниковом узле, который монтируется непосредственно на роторе, что сводит систему к двухзвенному механизму.

Устройство работает следующим образом.

В сменную камеру 4 загружают обрабатываемые детали и технологическую среду, заполняя 70% ее объема (2/3 высоты камеры Н). Устройство закрывают прозрачной крышкой, позволяющей производить визуальное наблюдение за процессом. Включают электродвигатель и систему непрерывной промывки деталей. Электродвигатель через клиноременную передачу 8 и шпиндельный узел 6 передает вращение на ротор 5, в результате чего рабочая камера 1, свободно посаженная на ось 2, начинает обкатываться по внутренней поверхности фрикционного элемента. Обрабатываемые детали и технологическая среда в рабочей камере 4 совершают сложное движение: под действием центробежных сил прижимаются к стенкам камеры и при обкатывании по фрикционному элементу любая произвольная точка внутренней поверхности сменной камеры совершают движение по закону гипоциклоиды, что позволяет производить обработку в интенсивно изменяющемся силовом поле. Конструктивное исполнение устройства обеспечивает интенсивное послойное перемешивание деталей и технологической среды за счет наличия горизонтальных и вертикальных градиентов скоростей и ускорений.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для отделочной обработки деталей свободным абразивом с использованием переменного силового поля. В неподвижном корпусе расположен вращающийся ротор и рабочая камера с технологической средой. Камера установлена с возможностью обката за счет фрикционного контакта наружной поверхности рабочей камеры и внутренней поверхности закрепленного на неподвижном корпусе фрикционного элемента с обеспечением центробежно-планетарного движения рабочей камеры по конусу. Ротор выполнен с отверстиями, расположенными попарно напротив друг друга под углом α_i к оси неподвижного корпуса и на одинаковом расстоянии R_i от оси вращения. В одном из отверстий упомянутой пары, имеющем заданные для данного вида обработки значения α_i и R_i, установлена рабочая камера, а в другом - балансировочное устройство. Внутри рабочей камеры расположена сменная камера с выполненными в ее дне по наружному диаметру отверстиями. Предусмотрена система непрерывной промывки технологической среды, имеющая размещенную в дне рабочей камеры вставку с желобом по спирали Архимеда, предназначенным для удаления через отверстия сменной камеры отработанной жидкости с перемещением ее по желобу к центру рабочей камеры. В результате интенсифицируется процесс обработки за счет обеспечения переменного центробежного поля сил. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для отделочной обработки деталей, содержащее неподвижный корпус, вращающийся ротор и рабочую камеру с технологической средой, установленную с возможностью обката за счет фрикционного контакта наружной поверхности рабочей камеры и внутренней поверхности закрепленного на неподвижном корпусе фрикционного элемента с обеспечением центробежно-планетарного движения рабочей камеры по конусу, отличающееся тем, что ротор выполнен с отверстиями, расположенными попарно напротив друг друга под углом α_i к оси неподвижного корпуса и на одинаковом расстоянии R_i от оси вращения, в одном из отверстий упомянутой пары, имеющем заданные для данного вида обработки значения α_i и R_i, установлена рабочая камера, а в другом - балансировочное устройство, при этом рабочая камера снабжена расположенной внутри нее сменной камерой с выполненными в ее дне по наружному диаметру отверстиями, а также системой непрерывной промывки технологической среды, имеющей размещенную в дне рабочей камеры вставку с желобом по спирали Архимеда, предназначенным для удаления через отверстия сменной камеры отработанной жидкости с перемещением ее по желобу к центру рабочей камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что балансировочное устройство выполнено с возможностью балансировки статической, динамической и гироскопической неуравновешенностей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ротор выполнен с возможностью изменения его частоты вращения.