ФРЕЗА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВИНТОВ С ПОЛУОТКРЫТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ Российский патент 2009 года по МПК B23C5/14 B23C5/20 

Изобретение относится к металлообработке, к технологии машиностроения, в частности к конструкциям металлорежущих инструментов, и может быть использовано при проектировании и изготовлении фрез, например, для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью.

Известны конструкции фрез для фрезерования винтов и червяков типа дисковых или пальцевых фрез, профиль которых определяют для каждого конкретного типа винта, с помощью которых ведется обработка на резьбофрезерных и специально-фрезерных станках [1].

Недостатками известных фрез являются ограниченность технологических возможностей, так как они не позволяют фрезерование винтов с полуоткрытой поверхностью, при этом процесс обработки отличается большой трудоемкостью и невысокой точностью, а инструмент не реагирует на изменение величины припуска и термомеханические повреждения обрабатываемой поверхности, кроме того, инструмент не позволяет обеспечивать плавность и виброустойчивость процесса врезания и последующей обработки - все это делает фрезерование дорогим и малопроизводительным.

Известна адаптирующаяся фреза, содержащая корпус, в радиальных пазах которого размещены с закрепленными на них режущими пластинами из твердого сплава резцы, взаимодействующие с демпфирующим элементом, причем радиальные пазы корпуса выполнены трапецеидальной формы, поверхности пазов облицованы бронзовыми пористыми самосмазывающимися пластинами, выполняющими функции подшипников скольжения, при этом пластины, кроме одной боковой, выполнены плоскопараллельными и закреплены на корпусе неподвижно, а упомянутая боковая пластина выполнена подвижной в виде клина и предназначена для регулирования зазора между ней и резцом с помощью винта, ввернутого в резьбовое отверстие, ось которого проходит по плоскости касания боковой пластины в виде клина с корпусом и половина просверлена в пластине, а другая половина - в корпусе, при этом резьба нарезана только в корпусной половине отверстия, режущие пластины выполнены круглыми, а их крепление к резцам - механическим.

Кроме того, резцы выполнены трапецеидальной формы, ответной форме радиальных пазов корпуса, установлены в них по скользящей посадке и удерживаются в корпусе с одного торца крышкой, а с другого - шайбообразной гофрированной пружиной и второй крышкой, при этом крышки прикреплены к корпусу винтами [2].

Недостатками известной конструкции фрезы являются ограниченность технологических возможностей, так как она не позволяет фрезерование винтов с полуоткрытой поверхностью.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей по обрабатыванию тел вращения и поверхностей сложной формы, в том числе обработки фрезерованием винтов с полуоткрытой поверхностью, например винтов счетчиков жидкости, с использованием универсальных токарных станков, а также упрощение конструкции инструмента, сборки и настройки его, повышение производительности, качества обработки и стойкости инструмента путем обеспечения плавности процесса врезания, виброустойчивости и перевода кинетической энергии удара в потенциальную энергию изгиба упругой пластины.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой фрезы для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, выполненной концевой с коническим хвостовиком и содержащей корпус, в радиальных пазах которого, расположенных на торце фрезы и выполненных трапецеидальной формы с расширением к хвостовику, размещены по скользящей посадке ответной формы резцы с закрепленными на них режущими пластинами из твердого сплава, взаимодействующие с демпфирующим элементом, выполненным в виде кольцеобразной гофрированной пружины, количество выступов которой равно количеству резцов фрезы, и закрепленным на сердечнике, коаксиально установленном в глухом отверстии, выполненном в корпусе, и закрепленном винтом, при этом резцы удерживаются в корпусе планкой и демпфирующим элементом

Сущность предлагаемой конструкции фрезы поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена схема обработки винта с полуоткрытой поверхностью предлагаемой концевой торцовой фрезой на токарном станке; на фиг.2 - общий вид концевой торцовой фрезы; на фиг.3 - поперечное сечение А-А фрезы на фиг.1; на фиг.4 - частичное продольное сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - продольное сечение В-В на фиг.4; на фиг.6 - элемент Д на фиг.4 и сила, действующая на режущую кромку резца; на фиг.7 - сечение Г-Г на фиг.6 и сила, действующая на режущую кромку резца при оптимальном припуске; на фиг.8 - сечение Г-Г на фиг.6 и сила, действующая на режущую кромку резца при завышенном припуске и которая деформирует демпфирующую пружину.

Предлагаемая фреза предназначена для фрезерования винтов 1 с полуоткрытой поверхностью, при этом она выполнена концевой 2 с коническим хвостовиком, работающей торцом и периферией. Фреза установлена так, что ее центральная продольная ось расположена перпендикулярно образующей периферийной поверхности обрабатываемого витка. Фреза содержит корпус с резцами 3 с пластинами твердого сплава.

Фрезе сообщают независимое вращение относительно собственной оси с частотой V_Ф, а заготовке винта вращательное движение V_З, согласованное с продольной подачей фрезы S_ПР, равной шагу Т обрабатываемого винта, и подачу врезания S_ВР на каждый продольный проход фрезы.

При этом используют фрезу, снабженную демпфирующим элементом 4, выполненным в виде кольцеобразной гофрированной пружины, имеющим выступы и впадины. Количество выступов гофрированной кольцеобразной пружины равно количеству резцов фрезы.

На торце корпуса фрезы выполнены радиальные пазы трапецеидальной формы с расширением к хвостовику фрезы, в которых размещены резцы 3, взаимодействующие с демпфирующим элементом 4. Резцы 3 выполнены трапецеидальной формы, ответной форме радиальных пазов корпуса фрезы. Резцы установлены в пазах по скользящей посадке и удерживаются в корпусе с одного периферийного торца планкой 5, а с другого - выступом демпфирующего элемента 4.

Демпфирующий элемент 4 впадинами закреплен на сердечнике 6, который коаксиально установлен в глухом отверстии корпуса и закреплен винтом 7. Демпфирующий элемент 4 изготовлен в виде кольца из стальной холоднокатаной термообработанной ленты (например, взятой по ГОСТ 21996-76, изготовленной из стали 60Г ГОСТ 14959-79).

Поверхности пазов, где установлены резцы, имеющие возможность радиального возвратно-поступательного перемещения, могут быть облицованы бронзовыми пористыми самосмазывающимися пластинами, выполняющими функции подшипников скольжения (не показаны) [2].

Предлагаемая фреза позволяет самоадаптироваться к неоднородности обрабатываемого материала, к колебанию величины припуска и другим термомеханическим повреждениям и снизить ударные нагрузки на резцы инструмента в процессе обработки, что позволяет повысить долговечность режущих элементов, надежность инструмента и виброустойчивость процесса. На фиг.7 показан резец 3, срезающий припуск t, допустимый упругим свойством демпфирующего элемента 4, при этом последний не деформируется. Если величина припуска t_max превысит допустимое значение t (см. фиг.8), то демпфирующий элемент 4 деформируется и резец переместится к центру фрезы в радиальном направлении. То же произойдет с резцом, если обрабатываемая поверхность имеет термомеханические и другие повреждения.

Дополнительная степень свободы позволяет резцу под действием силы резания Р_У перемещаться по направляющим пазам в радиальном направлении, контактируя с упругим демпфирующим элементом и преодолевая его сопротивление. После выхода резца из контакта с обрабатываемой заготовкой упругий элемент возвращает резец в исходное положение.

С целью повышения надежности работы фрезы боковая направляющая пластина 8 выполнена клинообразной и подвижной, что позволяет выбирать и регулировать технологические зазоры.

Определения величины упругости конкретного демпфирующего элемента производится опытным путем. При вращении фрезы с постоянной скоростью в момент врезания зуба в заготовку в месте повышенной твердости происходит осевое смещение резца за счет изгиба упругой гофры демпфирующего элемента и уменьшение толщины снимаемой стружки. Этим обеспечивается плавность процесса врезания и переход кинетической энергии удара в потенциальную энергию изгиба упругого демпфирующего элемента. После выхода резца из контакта с обрабатываемой заготовкой сдеформированный до этого упругий демпфирующий элемент приходит в свое первоначальное состояние, возвращая резец в его исходное положение.

Благодаря наличию упругого демпфирующего элемента и его радиальному смещению за счет изгиба и деформации выступа (фиг.8) обеспечивается плавно-прерывистый вход и выход резцов фрезы из контакта с обрабатываемой поверхностью.

После выхода из зоны резания перегруженного резца в работу вступает последующий резец, на долю которого остается чистовая зачистка части припуска, оставленного предыдущим резцом. Благодаря такой работе улучшается шероховатость обрабатываемой поверхности и снижается количество проходов.

Пример. На модернизированном токарном станке мод. 16К20Т1 обрабатывались винты с полуоткрытой поверхностью счетчика жидкости ППВ-100, которые имели следующие размеры: общая длина - 342,5 мм; длина винтовой части - 292 мм; наружный радиус сечения винта - 60f 8 мм; внутренний радиус сечения винта - 24f 8 мм; шаг винтовой линии - Т=140 мм; количество витков - 2; угол наклона оси фрезы к плоскости, перпендикулярной продольной оси заготовки - 14° (фиг.1). Винты изготовлены из силумина АЛ2, НВ 50; пластины резцов фрезы - из твердого сплава ВК8. Модернизация станка заключалась в установлении на поперечном суппорте фрезерной головки с индивидуальным приводом. Перед обработкой на данной операции в заготовках были изготовлены базовые поверхности: с одной стороны подрезан торец и просверлено центровочное коническое отверстие 9, а с другой стороны - технологическая шейка 10 определенной длины, позволяющей свободный выход фрезы после очередного прохода. Технологическая шейка удалялась после полного изготовления винта. Заготовка винта 1 закреплялась в патроне 11 шпинделя 12 передней бабки 13 и поджималась центром 14 задней бабки 15.

Испытаниями установлено, что при условии одинаковой производительности (в сравнении с технологическим процессом, действующим на ОАО «Ливгидромаш», где обработка осуществляется дисковыми фасонными фрезами) стойкость предлагаемого инструмента возросла в 2,1…2,5 раза по сравнению с обработкой традиционными фрезами, улучшилась шероховатость обработанной поверхности, повысилась производительность благодаря уменьшению количества проходов и повысилась виброустойчивость процесса.

Источники информации, принятые во внимание

1. Справочник технолога-мишиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерикова. - 4-е изд., перераб. и доб. - М.: Машиностроение, 1980. С.371-373.

2. Патент РФ 2253548, МКИ⁷ B23C 5/00. Адаптирующаяся фреза. Степанов Ю.С., Тарапанов А.С., Харламов Г.А., Евсеев Д.Д., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Кривцов В.И. Заявка 2004106135/02, 02.03.2004; 10.06.2005; Бюл. №16.

Фреза выполнена концевой с коническим хвостовиком и содержит корпус, в радиальных пазах которого, расположенных на торце фрезы и выполненных трапецеидальной формы с расширением к хвостовику, размещены по скользящей посадке ответной формы резцы с закрепленными на них режущими пластинами из твердого сплава, взаимодействующие с демпфирующим элементом, выполненным в виде кольцеобразной гофрированной пружины, количество выступов которой равно количеству резцов фрезы, и закрепленным на сердечнике, коаксиально установленном в глухом отверстии, выполненном в корпусе, и закрепленном винтом. При этом резцы удерживаются в корпусе планкой и демпфирующим элементом. Технический результат: расширение технологических возможностей. 8 ил.

Фреза для обработки винтов с полуоткрытой поверхностью, выполненная концевой с коническим хвостовиком и содержащая корпус, в радиальных пазах которого, расположенных на торце фрезы и выполненных трапецеидальной формы с расширением к хвостовику, размещены по скользящей посадке ответной формы резцы с закрепленными на них режущими пластинами из твердого сплава, взаимодействующие с демпфирующим элементом, выполненным в виде кольцеобразной гофрированной пружины, количество выступов которой равно количеству резцов фрезы, и закрепленным на сердечнике, коаксиально установленном в глухом отверстии, выполненном в корпусе и закрепленном винтом, при этом резцы удерживаются в корпусе планкой и демпфирующим элементом.