СПОСОБ ОБРАБОТКИ КОМПЛЕКТА ВИНТОВ Российский патент 2010 года по МПК B23C3/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при обработке рабочих поверхностей винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов на токарных, шлифовальных станках и обрабатывающих центрах.

Известен способ обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной, при котором винтовую поверхность нарезают резцом, установленным в планшайбе шпинделя токарного станка, причем ось планшайбы отнесена от оси обрабатываемой заготовки на величину эксцентриситета сечения винта. Резцовая планшайба совершает вращательное движение вокруг смещенной оси и поступательное движение вдоль оси обрабатываемой детали, кинематически связанное с вращением заготовки [1].

Недостатками известного способа обработки являются: большая трудоемкость процесса обработки и низкая производительность, которая связана с невысокой стойкостью резцового инструмента, ведущей к снижению точности обработки и быстрой потере режущих свойств.

Известен способ обработки винтов героторных винтовых насосов, включающий вращательные движения обрабатываемой детали и режущего инструмента и прямолинейное движение подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой детали, причем обработку осуществляют торцевой поверхностью режущего инструмента, ось шпинделя которого расположена под острым углом ε к прямой, перпендикулярной оси вращения детали, при этом инструменту сообщают согласованное с вращением обрабатываемой детали вращательное планетарное движение из условия перемещения оси шпинделя инструмента вокруг упомянутой прямой, кроме того, вращательное планетарное движение режущего инструмента дополнительно согласовывают с вышеупомянутой прямолинейной подачей, причем обработку осуществляют частью боковой поверхности режущего инструмента, а величину угла ε определяют по формуле: ε=arcsin(h/D_o), где h - высота профиля винтовой поверхности детали; D_o - диаметр образующей поверхности инструмента [2].

Недостатками известного способа являются: невысокая стойкость фрезерной торцовой наладки, ведущей к быстрой потере режущих свойств из-за быстрого затупления острых углов между торцовой и боковой режущими поверхностями фрезы, и большая трудоемкость процесса переточек, ведущие к снижению точности обработки и производительности.

Известен способ обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, включающий вращательные движения заготовки и режущего инструмента и прямолинейное движение продольной подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой заготовки, ось шпинделя режущего инструмента располагают под углом наклона винтовой линии, при этом в качестве режущего инструмента используют цилиндрическую фрезу, которой дополнительно сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, которому сообщают вращение, равное и согласованное с вращением обрабатываемой заготовки, шатуна, который одним концом шарнирно соединяют с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединяют шатун с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения [3].

Недостатками известного способа являются: невысокая точность из-за малой жесткости заготовок и их прогиба при одностороннем воздействии режущего инструмента, что вызывает биение и вибрации, а также снижение стойкости фрезерной наладки, ведущей к быстрой потере режущих свойств, большая трудоемкость процесса обработки и невысокая производительность.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей обработки открытых винтовых поверхностей, в частности винтов с круглой рабочей винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, повышение производительности, точности и качества обработки, а также увеличение стойкости инструментальной наладки.

Поставленная задача решается предлагаемым способом, предназначенным для обработки винтов героторных винтовых насосов, который включает вращение заготовок и режущего инструмента, прямолинейное движение продольной подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой заготовки и с расположением оси шпинделя режущего инструмента под углом наклона, равным углу наклона винтовой линии винта, причем в качестве режущего инструмента используют цилиндрическую фрезу, которой сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, которому сообщают вращение, согласованное с вращением обрабатываемой заготовки винта, шатуна, который одним концом шарнирно соединяют с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединяют шатун с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения, при этом одним выше упомянутым режущим инструментом одновременно обрабатывают две заготовки винтов, имеющих поверхности с одинаковым количеством заходов левого и правого направлений, причем оси заготовок винтов устанавливают параллельно и сообщают им равные вращательные движения во взаимно противоположных направлениях.

Сущность предлагаемого способа одновременной обработки комплекта из двух винтов винтовых насосов поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема одновременной обработки комплекта из двух винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтового насоса цилиндрической фрезой по предлагаемому способу и показано начальное положение инструмента и заготовок в поперечном сечении; на фиг.2 - кинематическая схема устройства, реализующая предлагаемый способ фрезерования комплекта из двух винтов, поперечное сечение, положение инструмента при повороте заготовок на 135° относительно начального положения, показанного на фиг.1; на фиг.3 - положение инструмента и заготовок на общем виде.

Предлагаемый способ предназначен для обработки комплекта из двух винтов 1^/ и 1^// с правым и левым направлениями и одинаковым количеством заходов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов высоко производительным инструментом - цилиндрической фрезой 2.

Формообразование поверхности винта осуществляется по методу обката при согласованном движении режущего инструмента 2 и обрабатываемых заготовок 1^/ и 1^//, при этом инструменту 2 сообщают сложное планетарное движение, которое состоит из вращения вокруг его оси со скоростью главного движения резания V_и и колебательного возвратно-вращательного движения вокруг точки С осцилляции со скоростью S_и.

Обрабатываемым заготовкам 1^/ и 1^// сообщают вращательное движение вокруг их центральных осей вращения О_з со скоростью круговой подачи заготовок S_з. Для получения винтовой образующей по длине заготовок 1^/ и 1^// инструменту 2 сообщают прямолинейное движение вдоль оси заготовок 1^/ и 1^// со скоростью продольной осевой подачи S_o.

Ось шпинделя инструмента 2 расположена под углом a_в ^/=а_в ^// наклона винтовой линии.

Цилиндрической фрезе 2 дополнительно сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа ОО_з ^/, равного половине высоты профиля h/2 обрабатываемой винтовой поверхности.

Кривошип ОО_з ^/ кинематически связан с одной из обрабатываемых заготовок и получает вращение S_з, равное и согласованное с ее вращением.

В состав головки входит шатун ОС длиной, равной сумме радиусов фрезы и r винта по выступам и без половины высоты h/2 профиля винтовой поверхности (r_Ф+r-h/2), одним концом шарнирно соединенный с кривошипом, а другим концом шарнирно соединенный с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения в направляющих 3. Помимо этого шатун ОС жестко соединен под прямым углом с вилкой 4, на которой шарнирно закреплен инструмент - цилиндрическая фреза 2 с индивидуальным приводом главного движения V_и (на фиг.2 не показан).

Таким образом, при вращении заготовок 1^/ и 1^// кривошип ОО_з ^/ совершает вращательное движение относительно оси О_з ^/, шатун ОС - колебательное, а ползун С - возвратно-поступательные прямолинейные движения в направляющих 3, при этом фреза дополнительно наклоняется к прямой, перпендикулярной оси заготовки, на угол a_u.

Движения круговых подач и осевой подачи согласованы между собой при помощи кинематических цепей станка и устройства.

Рассмотрим случай начало обработки и угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной оси заготовки, а=0° (см. фиг.1). Цикл обработки профиля винтов начинается в момент касания наиболее удаленных от оси точек А^/ и А^// заготовок режущих кромок инструмента. Угол между кривошипом ОО_з ^/ и шатуном ОС равен 180°, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L - максимальное.

При вращении, например, на одну восьмую оборота заготовки угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет равен половине максимального a₄₅=(a_mах)/2, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L уменьшится на h/4 по сравнению с предыдущим положением, где h - высота профиля винтовой поверхности, мм.

За одну четверть оборота заготовок угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет увеличиваться и равен максимальному значению а₉₀=а_mах, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L уменьшится на h/2 по сравнению с нулевым положением.

За три восьмых оборота заготовок инструмент займет положение, показанное на фиг.2. Угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет уменьшаться и равен половине максимального значения a₁₃₅=(a_mах)/2, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L уменьшится на 0,75 h по сравнению с нулевым положением.

За пол-оборота заготовки угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет уменьшаться до нуля a₁₈₀=0°, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L уменьшится на h по сравнению с нулевым положением и станет минимальным.

За пять восьмых оборота заготовок угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет увеличиваться, но по другую сторону этой прямой и равен половине максимального значения a₂₂₅=-(a_max)/2, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L увеличится на h/4 по сравнению с предыдущим положением.

За три четверти оборота заготовок угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет увеличиваться, но по другую сторону этой прямой и равен максимальному значению а₂₇₀=-a_max, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L увеличится на h/2 по сравнению с предыдущим положением.

За семь восьмых оборота заготовок угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, будет уменьшаться, но по другую сторону этой прямой и равен половине максимального значения a₃₁₅=-(a_mах)/2, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L увеличится на h/4 по сравнению с предыдущим положением.

За полный оборот заготовок инструмент займет положение как первоначальное (фиг.1). Это цикл обработки инструментом в данном поперечном сечении и угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной осям заготовок, a₃₆₀=0°. Цикл обработки профиля винта в данном поперечном сечении заканчивается в наиболее удаленных от оси точках контакта А^/ и А^// заготовок с режущими кромками инструмента. Угол между кривошипом ОО_з и шатуном ОС равен 180°, при этом расстояние между осями заготовок и осью инструмента L - максимальное.

Далее цикл будет повторяться.

Таким образом, при обкате инструментом поверхности винта образуется эксцентричная винтовая поверхность с высотой профиля h, определяемой расстоянием между наиболее удаленной и наиболее приближенной по отношению к осям заготовок точками режущей кромки инструмента, а формирование винтовой поверхности заготовок осуществляется фрезерованием цилиндрической фрезой.

Предлагаемый способ предназначен для обработки комплекта, состоящий из двух винтов с правым и левым направлениями и одинаковым количеством заходов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов. Для образования винтовой поверхности режущему инструменту сообщают прямолинейное движение осевой подачи вдоль осей винтов в направлении захода витков, причем величину подачи выбирают равной шагу винтов за один оборот заготовки.

Предлагаемый способ позволяет в полной мере использовать преимущества многолезвийной обработки при нарезании рабочих поверхностей винтов винтовых насосов. Реализуется принцип разделения снимаемого припуска на зуб инструмента и облегчается деление стружки. Способ обеспечивает регулирование угла наклона режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Достоинством предлагаемого способа обработки винтов винтовых насосов является высокая производительность процесса обработки, которая связана с высокой стойкостью многозубого инструмента и возможностью достижения высоких скоростей резания, а также комплектная обработка сразу двух заготовок одним инструментом.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 и винт правый Н41.1016.01.002 винтового насоса ЭВН5-25-1500, которые имели следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр d поперечного сечения винта - ⌀27_-0,05 мм, наружный диаметр заготовки D=30,3 мм, высота профиля h=1,65 мм, шаг t=28±0,01 мм; винтовая поверхность однозаходная, левого и правого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса 5,8 кг. Обработка производилась на модернизированном токарном станке мод. 16К20 при помощи кривошипно-шатунной головки, обеспечивающей регулирование угла наклона инструментального шпинделя относительно оси обката. Инструмент - фреза концевая ГОСТ 17026-71, наружный диаметр - 25 мм, число зубьев z=4, материал - сталь быстрорежущая Р6М5 ГОСТ 19265-73, угол наклона осциллирующей оси ускорительной головки - 15°18'.

Частота вращения инструментального шпинделя n_u=250 об/мин, осциллирующая подача инструмента S_u=2,16 об/мин, круговая подача заготовок S_з=2 об/мин, подача инструмента вдоль осей заготовок на оборот детали S_o=28 мм/об. Основное время обработки одновременно двух винтов составило Т_o=24,3 мин (против по базовому варианту при последовательном нарезании двух винтов резцовой головкой на токарном станке модели 16К20). Полученное снижение основного времени составило ΔТ_o=24,4 мин.

При обработке были отмечены благоприятные условия резания, отсутствие вибраций, минимальный износ режущей части инструмента, удобство управления процессом обработки.

Благодаря применению предлагаемого способа обработки улучшается качество обработанной поверхности за счет более равномерного распределения снимаемого припуска на зуб фрезы и сохранения размерной точности режущей части инструмента вследствие его высокой стойкости. Предлагаемый способ обработки позволяет интенсифицировать режимы резания и достигать высокой точности. Способ легко поддается автоматизации.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет уменьшить значения осевой составляющей силы резания и тем самым мощность резания, а также повысить качество обработки путем обеспечения равных условий резания фрезой двух заготовок. Кроме того, равные условия резания (температуры, давление, усилие и т.п.) при обработки по предлагаемому способу исключают вибрации и повышают стойкость инструмента.

Источники информации

1. Винтовые насосы/Д.Ф.Балденко, М.Г.Бидман, В.Л.Калишевский и др. - М.: Машиностроение, 1982. - С.122-123, рис.73.

2. Патент РФ 2209129, МПК⁷ В23С 3/00, В23G 1/32. Способ обработки винтов героторных винтовых насосов. Клевцов И.П., Брусов С.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Заявка 2001135579/02; 21.12.2001; 27.07.2003. Бюл. №21.

3. Патент РФ 2306199, МПК В23С 3/00, В23G 1/32. Способ фрезерования винтов с круглой винтовой поверхностью. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Тарапанов А.С., Харламов Г.А., Бородин М.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Брусов С.И. Заявка 2006101248/02; 16.01.2006; 20.09.2007. Бюл. №26.

Способ относится к обработке винтов героторных винтовых насосов и включает вращение заготовки и режущего инструмента, прямолинейное движение продольной подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой заготовки с расположением оси шпинделя режущего инструмента под углом наклона, равным углу наклона винтовой линии винта. В качестве режущего инструмента используют цилиндрическую фрезу, которой сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, которому сообщают вращение, согласованное с вращением обрабатываемой заготовки винта, шатуна, который одним концом шарнирно соединяют с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединяют шатун в вилке, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения. При этом для расширения технологических возможностей одним режущим инструментом одновременно обрабатывают две заготовки винтов, у которых винтовые поверхности с одинаковым количеством заходов, но левого и правого направлений, причем оси заготовок винтов устанавливают параллельно и заготовкам винтов сообщают равные вращательные движения во взаимно противоположных направлениях. 3 ил.

Способ обработки винтов героторных винтовых насосов, включающий вращение заготовки и режущего инструмента, прямолинейное движение продольной подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой заготовки и с расположением оси шпинделя режущего инструмента под углом наклона, равным углу наклона винтовой линии винта, причем в качестве режущего инструмента используют цилиндрическую фрезу, которой сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, которому сообщают вращение, согласованное с вращением обрабатываемой заготовки винта, шатуна, который одним концом шарнирно соединяют с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединяют шатун в вилке, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения, при этом одним выше упомянутым режущим инструментом одновременно обрабатывают две заготовки винтов, у которых винтовые поверхности с одинаковым количеством заходов, но левого и правого направлений, причем оси заготовок винтов устанавливают параллельно и заготовкам винтов сообщают равные вращательные движения во взаимно противоположных направлениях.