СПОСОБ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА Российский патент 2021 года по МПК B23B1/00 

Изобретение относится к обработке металлов и сплавов резанием и может быть использовано при токарной обработке прецизионных деталей малого диаметра.

К числу проблем, возникающих при токарной обработке прецизионных деталей малого диаметра, относятся необходимость точного выполнения наружного диаметра при малом искривлении оси. Кроме того, в ряде случаев к деталям предъявляются высокие требования к отсутствию заусенцев на наружных поверхностях, сопрягаемых в процессе сборки изделий с поверхностями других деталей. Отрезка детали малого диаметра после завершения обработки часто приводит к искривлению оси и образованию заусенца и требует введения дополнительных операций по снятию, например, заходной фаски или иному удалению заусенцев. Если необходимая заходная фаска формируется непосредственно в процессе отрезки детали на станке, велика вероятность образования заусенцев на наружном диаметре детали в месте сопряжения заходной фаски с цилиндрической поверхностью, особенно при обработке деталей из вязких материалов, например, бронзовых сплавов. При этом поверхность заходной фаски может не соответствовать требованиям, установленным в конструкторской документации, в частности, по шероховатости.

Известен способ обработки деталей из углепластика, согласно которому подачу инструмента осуществляют дискретно, а заготовку подвергают предварительной обработке давлением в форме ударного воздействия на заготовку специальным телом (Пат. RU 2632299, опубл. 03.10.2017. Бюл. №28). По известному решению, обработка резанием происходит после обработки давлением.

Эта особенность является недостатком известного решения, так как делает невозможным его применение для токарной обработки высокоточных - прецизионных - деталей: технологическая наследственность перехода обработки давлением может проявиться в виде искривления оси обрабатываемой детали и последующего снижения точности обработки резанием.

Известен способ токарной обработки, при котором обработку детали ведут ступенчатым изменением одного из режимных параметров операции (А.С. SU №1371774, опубл. 07.02.1988. Бюл. №5). В качестве такого переменного режимного параметра авторы известного решения предлагают использовать частоту вращения детали, изменяя ее по заявленной математической зависимости при переходе на каждый новый обрабатываемый диаметр детали.

К недостаткам известного решения относится повышенная нагруженность привода шпинделя станка, связанная с возникновением инерционных нагрузок при изменении частоты вращения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ токарной обработки с дроблением стружки, осуществляемый на станках с числовым-программным управлением в несколько проходов и включающий прерывание подачи инструмента при обработке (А.С. SU 1556817, опубл. 15.04.1990. Бюл. №14). На первом проходе инструмента на теле детали формируются углубления в виде канавок, у которых, как следует из фиг. к описанию известного решения, по крайней мере, одна сторона имеет уклон относительно наружной цилиндрической поверхности детали. При втором проходе инструмента деталь окончательно протачивается по наружному диаметру так, что канавки исчезают. Применение известного решения требует определения величины упругих отжатий режущего инструмента и введения, при необходимости, коррекции в программу станка.

К недостаткам известного решения относится необходимость определения величины упругих отжатий инструмента, которая может различаться не только для разных марок материалов, но и для материалов одной марки, но разных партий поставки, как это часто бывает на практике. Определение каждый раз величины упругих отжатий усложняет технологию производства и удорожает конечную продукцию. К недостаткам относится также вероятность образования заусенцев на наружных поверхностях детали при ее отрезке от заготовки.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, устранение недостатков прототипа, а именно создание эффективного способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра, обеспечивающего выполнение заданных требований к точности детали - величине наружного диаметра, кривизне оси, шероховатости заходной фаски и отсутствию заусенцев.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет последовательного использования трех, одновременно установленных на станке инструментов, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением, сообщения детали постоянного вращения с заданной частотой во время всей обработки и осуществления обработки по предлагаемому алгоритму:

- продольная подача первого инструмента и точение детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер;

- отвод первого инструмента после завершения точения;

- радиальная подача второго инструмента с врезанием в тело детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки - формирование заходной фаски и зачистка заусенца;

- останов радиальной подачи второго инструмента;

- выстой второго инструмента в течение заданного времени - зачистка заходной фаски;

- обработка детали давлением путем ударного воздействия на деталь в радиальном направлении третьим инструментом - отламывание детали от заготовки;

- отвод третьего инструмента в исходное положение;

- радиальная подача второго инструмента из точки выстоя с перекрытием за ось вращения детали на величину от 0,1 до 0,5 мм - подрезка торца;

- отвод второго инструмента в исходное положение.

Новизной в предлагаемом способе является применение вышеописанного алгоритма выполнения токарной обработки.

Частота вращения обрабатываемой детали составляет не менее 3000 мин^-1. Продолжительность выстоя второго инструмента при его врезании в деталь составляет от 2 до 5 секунд.

Пример осуществления предлагаемого способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра.

Выполняли токарную обработки детали «гладкий контакт». Материал детали: сплав БрКМЦ3-1. Форма детали: ступенчатый цилиндр с двумя фасками на крайних торцах. Фаска на торце диаметра ∅1,6 является заходной (сопрягаемой с ответной деталью). Диаметры ступеней детали: ∅1,6 мм и ∅1_-0,1 мм. Протяженность участка ∅1 мм: от 3,9 до 4,1 мм. Допускаемая непрямолинейность оси всей детали: 0,2 мм. Наибольшая шероховатость фаски на диаметре ∅1,6 мм: Ra3,2.

Частота вращения шпинделя станка была постоянная и составляла 3000 мин^-1.

В качестве первого инструмента был использован проходной резец. Его выставили в окончательный размер для получения ∅1 за один проход.

В качестве второго инструмента использовали второй проходной резец, заточенный для формирования на торце детали заходной кромки под заданным углом. Подачу второго инструмента осуществляли до врезания в тело заготовки на глубину 0,7 мм. После этого радиальную подачу прекратили. В течение 3 секунд происходило вращение детали при нахождении второго инструмента в точке выстоя.

После этого, по команде системы управления станка, произошел подвод к детали третьего инструмента с ударом в радиальном направлении. Деталь отломилась от заготовки и упала в сборник, находящийся на столе станка.

Фактические значения параметров, измеренные после обработки, составили:

- ∅0,95 при заданном ∅1_-0,1;

- 4,05 при заданном от 3,9 до 4,1 мм;

- непрямолинейность оси 0,15 мм при заданной 0,2 мм;

- шероховатость фаски Ra2,85 при заданном Ra3,2.

Заусенец на ∅1,6 и фаске отсутствует.

Остаток (недорез) ∅0,2, сформированный в результате обламывания в виде слегка изогнутого отрезка длиной 0,4 мм, не является браковочным показателем.

Полученная по предлагаемому способу деталь соответствует требованиям конструкторской и технологической документации.

Техническим результатом осуществления предлагаемого способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра является повышение ресурса станка за счет его эксплуатации при постоянной частоте вращения, а также технологическое обеспечение выполнения заданных технических требований к точности детали.

Предлагаемый способ применяется при производстве электромагнитных актуаторов форсунок Common Rail на Алтайском заводе прецизионных изделий.

Способ осуществляется на станках с числовым-программным управлением и включает обработку заготовки детали с прерыванием подачи инструмента. При обработке последовательно используют три одновременно установленных на станке инструмента, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением. При этом заготовку детали вращают с постоянной заданной частотой во время всего процесса обработки, который включает следующие последовательные действия: продольную подачу первого инструмента и точение заготовки детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер детали, отвод первого инструмента после завершения точения в исходное положение, радиальную подачу второго инструмента с врезанием в тело заготовки детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки заготовки детали для формирования заходной фаски и зачистки заусенца, останов радиальной подачи второго инструмента, выстой второго инструмента в течение заданного времени для зачистки заходной фаски, обработку детали давлением путем ударного воздействия на заготовку детали в радиальном направлении третьим инструментом для отламывания детали от заготовки и отвод третьего инструмента от заготовки детали в радиальном направлении. Обработку могут вести при частоте вращения заготовки детали не менее 3000 мин^-1. Продолжительность выстоя второго инструмента после врезания в тело заготовки детали может составлять от 2 до 5 с. Повышаются ресурс станка за счет его эксплуатации при постоянной частоте вращения заготовки и точность обработки детали. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ токарной обработки прецизионной детали малого диаметра, осуществляемый на станках с числовым-программным управлением, включающий обработку заготовки детали с прерыванием подачи инструмента, отличающийся тем, что последовательно используют три одновременно установленных на станке инструмента, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением, при этом заготовку детали вращают с постоянной заданной частотой во время всего процесса обработки, который включает следующие последовательные действия:

- продольную подачу первого инструмента и точение заготовки детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер детали,

- отвод первого инструмента после завершения точения в исходное положение,

- радиальную подачу второго инструмента с врезанием в тело заготовки детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки заготовки детали для формирования заходной фаски и зачистки заусенца,

- останов радиальной подачи второго инструмента,

- выстой второго инструмента в течение заданного времени для зачистки заходной фаски,

- обработку детали давлением путем ударного воздействия на заготовку детали в радиальном направлении третьим инструментом для отламывания детали от заготовки,

- отвод третьего инструмента от заготовки детали в радиальном направлении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при частоте вращения заготовки детали не менее 3000 мин^-1.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что продолжительность выстоя второго инструмента после врезания в тело заготовки детали составляет от 2 до 5 секунд.