Ультразвуковая вращающаяся головка Советский патент 1984 года по МПК B24B1/04 B23B37/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в станках для обработки труднообрабатываемых материалов, в частности при резьбонарезании, сверлении, развертывании и т.д.

Известна ультразвуковая резьбонарезная головка, которая используется для резьбонарезания на металлорежущих станках, содержащая опорное и прижимное упругие кольца, выполненные в виде тонкостенных оболочек, заполненных жидкостью. Кольца установлены на корпусе головки с противоположных сторон мембраны, которая крепит преобразователь, соединенный с концентратором в узловой плоскости. Такая конструкция гол.овки повышает стойкость режущего инструмента в результате его центрирования и исключает ударные разрушения за счет деформации упругих колец 1.

Однако головка не содержит устройства, предохраняющего метчик от поломки в случае резкого увеличения нагрузки, и ее трудно использовать при нарезании мелких резьб.

Известна также ультразвуковая вращающаяся головка, предназначенная для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов, в частности для прошивки отверстий, содержащая корпус, стакан с магнитострикционным преобразователем, предохранительное устройство, выполненное в виде дополнительного стакана, установленного в корпусе с возможностью продольного перемещения и упруго связанного с корпусом и с помощью демпфирующего устройства, состоящего из набора пластин, закрепленных одним концом на корпусе, другим - на дополнительном стакане. Такая конструкция предохраняет рабочий инструмент от поломки в случае прекращения перемещения его в осевом направлении, например в случае превышения подачи инструмента над скоростью разрушения обрабатываемого материала. Достигается это за счет демпфирующего действия плоских пластин 2.

Однако известная головка не предусматривает прекращение вращения инструмента в случае перегрузки и не предохраняет ин-, струмент, например, метчик от скручивания.

Целью изобретения является повышение стойкости инструмента и расширение технологических возможностей ультразвуковой головки.

Эта цель достигается тем, что предохранительное устройство выполнено в виде подпружиненной относительно шпиндельной втулки разрезной фрикционной полумуфты, в цилиндрической выточке которой с натягом по наружной и с зазором по внутренней поверхности установлен дополнительно введенный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь.

На фиг. 1 показана ультразвуковая вращающаяся головка; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг, 1.

Головка содержит корпус 1, в котором закреплена колебательная система (преобразователь) с инструментом 3. В щарикоподщипниках 4 и 5 установлена щпиндельная втулка 6, охватываемая упругой полумуфтой, выполненной разрезной с зазором а (фиг. 2 и 3). Полумуфта состоит из наружной стальной 7 и фрикционной 8 втулок, жестко скрепленных между собой, например, с помощью клеевого соединения. В ци5 линдрической выточке втулки 7 установлены с натягом по наружной и зазором по внутренней поверхности пьезокерамические кольца 9. В симметрично расположенных пазах втулки 7 (фиг. 3), выполненных со скосом, установлены с возможностью перемещения

0 в пазах корпуса 1 сухари 10, сопрягаемые с конической поверхностью гайки 11, которая стопорится контргайкой 12. Между опорным кольцом 13, опирающимся на распорную втулку 14,и кольцом 15, опирающимся 5 на втулку 7 полумуфты, расположена пружина 16, а между накидной гайкой 17 и изолирующей втулкой 18 расположено токосъемное кольцо 19. Разрезная гайка 20 соединена со щпиндельной втулкой 6 с помощью винтов 21 и кольцевого выступа на гайке, 0 входящего в кольцевой выступ щпиндельной втулки.

Ультразвуковая головка работает следующим образом.

Головка настраивается на передачу крутящего момента со щпиндельной втулкой 6 5 на инструмент 3 перемещением гайки 11 на корпусе 1. При этом фрикционная полумуфта (7 и 8) посредством сухарей 10 и пружины 16 прижимается к шпиндельной втулке 6 и с определенным усилием. На пьезо0 керамические кольца 9, установленные в выточке втулки 7, через токосъемное кольцо 19 подается высокочастотное напряжение от генератора ультразвуковых колебаний (не показан). Одновременно от этого же генератора высокочастотное напряжение подается на пьезокерамический преобразователь 2, передающий ультразвуковые колебания рабочему инструменту. Благодаря пьезоэффекту кольца 9 в упругой фрикционной полумуфте возникают механические раQ диальные колебания, при расширении колец 9 расширяется стальная втулка 7, а вместе с ней и втулка 8, жестко скрепленная с втулкой 7. При уменьшении диаметра кольца 9 благодаря упругим свойствам стальная втулка 7 сжимается и сжимает фрикционную, 5 втулку 8. Это стабилизирует коэффициент трения фрикционной и шпиндельной втулок, что существенно повыщает чувствительность муфты к передаваемому крутящему моменту и обеспечивает плавную и точную настройку предохранительного устройства головки. Положение гайки 11 для инструмента каждого типоразмера устанавливается по нониусу и фиксируется контргайкой 12. При обработке заготовки, например резьбонарезании, благодаря пьезокерамическому кольцу 9 коэффициент трения соответствующей предельной силе трения покоя приближается к значению коэффициента кинематического трения, что обеспечивает высокую чувствительность головки к перегрузкам. Если момент сопротивления на метчике превысит величину крутящего момента, передаваемого предохранительным устройством, и метчик остановится, произойдет проскальзывание относительно друг друга полумуфты и щпиндельной втулки по поверхности их сопряжения. При проскальзывании имеет место нагрев сопрягаемых поверхностей втулки 8 и шпиндельной втулки 6. что ведет к увеличению сил трения и передаваемого на инструмент крутящего момента. Выполнение полумуфты (7 и 8) разрезной и в виде упругого элемента снижает влияние этого фактора, так как зазор о компенсирует увеличение в диаметре .шпиндельной втулки 6. Для исключения проскальзывания необходимо включить реверс, при этом вновь устанавливается начальный крутящий момент. Благодаря колебаниям кольца 9 исключается явление схватывания шпиндельной и фрикционной втулок и заклинивание фрикционной полумуфты. Все эти факторы ликвидируют поломку инструмента, что позволяет применять головку для выполнения -- „. .г,-,,,,,,, большого числа операций: нарезания мелких резьб, сверления, развертывания и т.д.

Я-А

Фие.2

Б-Б

Фиг.5

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ ГОЛОВКА, содержащая корпус, колебательную систему с пьезокерамичес (Л CD 00 О5 КИМ преобразователем и рабочим инструментом, шпиндельную втулку и предохранительное устройство, отличающаяся тем, что, с целью расширения ее те.хнологических возможностей и повышения стойкости инструмента, предохранительное устройство выполнено в виде подпружиненной относительно шпиндельной втулки разрезной фрикционной полумуфты, в цилиндрической выточке которой с натягом по наружной и с зазором по внутренней поверхности установлен дополнительно введенный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь радиальных колебаний.