Устройство для обработки отверстий Советский патент 1987 года по МПК B24B53/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при прецизионном сверлении.

Целью изобретения является повышение .надежности, снижение габаритов и массы и упрощение конструкции устройства за счет обеспечения вибра- ционно-винтового движения инструмента.

На фиг. 1 изображено устройство для обработки отверстий; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - гиперболоидный: торсион, общий вид; на фиг. 4 - схема обоснования выбора угла наклона упругих полосок гиперболоида к торцу втулки.

Устройство для обработки отверстий содержит сверло 1 с цилиндрическим хвостовиком 2, охватываемым ги- перболоидным торсионом 3. Торсион имеет два трубчатых основания 4 и 5 равного диаметра, соединенных наклонно расположенными упругими полосками. Технология его изготовления состоит, в штамповке радиальных пазов 6 с последующим поворотом оснований 4 и 5 вокруг оси трубы в ста- ,пеле.

Гиперболоидный торсион 3 имеет наибольшее сечение у оснований 4«и 5, а наименьшее сечение (горловина гиперболоида) находится в середине. Оси упругих полосок развернуты на определенньй угол так, что огибающая упругих полосок при вращении вокруг оси трубы образует гиперболоид С увеличением диаметра трубы число полосок также увеличивают (в данном случае число полосок равно 12). Диаметр горловины гиперболоидного тор- сиона 3 выполняется меньше диаметра охватываемого им цилиндрического хвостовика 2 сверла 1.

Торсион 3 после формообразования фиксируется в стакане 7, причем основание 4 укреплено в стакане жестко, основание 5 - по ходовой посадке. Этим достигается анизотропия сил трения, необходимая для преобразования колебаний торсиона 3 в винтовое движение сверла 1. Привод сверла 1 выполнен в виде кольцевого пьезоэле- мента 8 из керамики с двумя электродами 9 и 10, соединенными с генератором электрических колебаний. Пьезо элемент 8 укреплен на втулке в виде гиперболоидного торсиона 3, выполня-

5

0

5

0

5

0

5

ющего функцию волновода. Корпусом сверлильного устройства служит час- тотопонижающая накладка 11 из дюралюминия .

Размеры элементов сверлильного устройства и взаимное их расположение выбраны так, что оно представляет собой резонансную акустическую систему с пучностью ультразвуковых колебаний в зоне горловины гиперболоидного торсиона 3.

Устройство для обработки отверстий работает следующим образом.

Для сверления отверстия на электроды 9 и 10 подают электрическое напряжение высокой частоты, что приводит к продольным колебаниям пьезо- элемента 8. Ультразвуковые колебания, достигая зоны контакта гиперболоидного торсиона 3 с цилиндрическим хвостовиком 2, приводят сверло 1 в винтовое движение в направлении по часовой стрелке (при виде сверху) и вниз. Производится сверление отверстия в детали (например, в печатной плате). При э том вибрационное винтовое движение сверла 1 осуществляется благодаря направленным полоскам торсиона 3 вследствие анизотропии сил трения между ними и цилиндрическим хвостовиком 2. Скорость сверления можно легко регулировать амплитудной или частотной модуляцией питающего напряжения.

По окончании сверления отверстия

подачу электрического напряжения на пьезоэлемент 8 прекращают и на- жатием на сверло 1 снизу возвращают его в исходное положение. Можно также для автоматической смены инструмента опять подать электрическое напряжение на пьезоэлемент 8, и сверло 1, совершая вибрационное перемещение, выводится из гиперболоидного торсио- на 3, освобождая место для другого инструмента, например развертки;

При обработке отверстий с помощью лредлагаёмого устройства достигается автоматическая защита режущего инструмента от перегрузок за счет его пробуксовки в гиперболоидном торсио- не 3. Точность ограничения нагрузки при ЭТОМ повышается благодаря малой инерционности системы (при заедании сверло и обрабатываемая деталь нагружаются только силой инерции сверла). Указанное приводит к повьш1ению надежности сверлильного станка и качества обработки детали.

Для обоснования выбора интервала угла наклона об упругих полосок к оси гиперболоидного торсиона рассмотрим схему единичной упругой полоски (фиг. 4), где обозначены: а и b - проекции упругой полоски соответственно на горизонтальную и вертикальную плоскости, D - внутренний диаметр трубчатого основания торсиона, d - диаметр цилиндрического хвостовика сверла, h - выпуклость упругой полоски к оси торсиона после его формообразования, f - прогиб одной упругой полоски при введении в горловину цилиндрического хвостовика сверла.

Размер а определяют из для выпуклости .

уравнения

откуда

ь.Н--|ф а -iD2-(D-2h)2 .

Следовательно, об arctg

4р2-(р-2Ь)

Диаметр цилиндрического хвостовика

d D-2(h-f),

откуда

h

D-d+2f

Следовательно, б6 arctg

-jD2-(d-2f)

Полученное уравнение связывает об с геометрическими размерами торсиона и диаметром цилиндрического хвостовика сверла.. При малых углах об эффект вибрационного перемещения сверла проявляется незначительно ввиду малой анизотропии сил трения между ним и гиперболоидным торсио- ном. При увеличении угла формообразование торсиона затрудняется, так как упругие полоски в зоне гор

5

0

5

ловины гиперболоида начинают соприкасаться. Исходя из этого, оптимальная величина угла наклона упругих полосок (пазов) к торцу втулки составляет 60-70 .

Технические преимущества предлагаемого устройства для обработки отверстий в сравнении с известным состоят в повышении надежности, снижении габаритов и массы и упрощении конструкции. Последнее обусловлено устранением электродвигательного механизма вращения и осевой подачи сверла, подшипников, направляющих и защитного приспособления от поломки инструмента. Такое упрощение конструкции ведет к повышению надежности, что достигается также благодаря ограниченным нагрузкам на сверло и обрабатываемую деталь в осевом направлении, повышению точности ограничения нагрузки за счет максимального уменьшения инерционности выходного звена, устранению излучаемых магнитных полей, эластичной подвеске сверла (облегчающей- его самоустановку в кондукторе),- снижению усилия сверления благодаря передаче части энергии ультразвуковых колебаний на ре- 0 жущий инструмент; автоматическому, удалению инструмента с целью его замены.

Формула изобретения

5

Устройство для обработки отверстий, содержащее корпус с установленным в нем приводом инструмента с цилиндрическим хвостовиком, о т л и 0 чающееся тем, что, с целью повышения надежности, снижения габаритов и массы и упрощения конструкции, оно снабжено стаканом с установленной в нем втулкой с поясками

5 в верхней и нижней частях, причем в средней части втулки выполнены пазы под углом 60-70 к торцу втулки с образованием гиперболоида, при этом хвостовик инструмента установлен

0 внутри гиперболоида, а привод выполнен в виде кольцевого пьезоэлемен- та, жестко связанного с пояском втулки.

Рмг.4

ВНИИПИ заказ 2255/15 Тираж 7 1 5 Подписно-е

-Пройзв-пош грГпр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при прецизионном сверлении. Целью изобретения является повышение надежности, снижение габаритов и массы и упрощение конструкции устрсйства за счет обеспечения вибрационно-винтового движения инструмента. В начале работы, например при сверлении отверстий, пь зоэлемент 8 . совершает продольные колебания. Ультразвуковые колебания, достигая зоны контакта гиперболоидного торсиона 3 с цилиндрическим хвостовиком 2 инструмента, приводят его в винтовое движение в направлении подачи к обрабатываемой детали. Вибрационное винтовое движение инструмента, например сверла, осуществляется благодаря направленным полоскам торсиона. Скорость сверления регулируется амплитудной или частотной модуляцией пит- тающего напряжения. 4 ил. с S (Л СО : СЛ N5 05 ОС Фие.1