Способ обработки поверхностей вращения заготовок Советский патент 1993 года по МПК B24B33/02 B24B19/06 

Изобретение относится к машиностроению. Может быть использовано при обработке точных наружных поверхностей вращения в деталях типа колец подшипников качения, гильз и т.п. .

В качестве прототипа наиболее близко по своей технической сущности и достигаемому эффекту подходит способ обработки, при котором абразивные бруски прижимают к обрабатываемой поверхности заготовки и сообщают брускам и заготовке вращение:

Однако способ-прототип не обеспечивает требуемых производительности и качества обработки.

Целью изобретения является повышение производительности и качества обработки наружных поверхностей.

Скорость вращения брусков для этого выбирают из условия

Vmin V Vmax,

.V bmm - ь+ г-ГТТГ t {1)

V,

max

.V bmax +В + М +Т-2

, (2)

V Vfl + Vp; A 30-D; Бт)п

10- Qmin S; Бтах 10 Qmax S;

В (МИ+ Mr)1 g; Г Mr -R2 Ми -Ri;

D - расчетный диаметр обрабатываемой поверхности;

Qmin - среднее значение минимального усилия прижатия;

Qmax - среднее значение максимального усилия прижатия;

Ми - масса брусков;

Мг - масса грузов;

S - площадь проекции брусков на осевую плоскость;

RI - радиус центра тяжести бруска;

Ra - радиус центра тяжести грузов;

FI и F2 - силы упругости упругих элементов;

Уд - скорость вращения детали;

Vp - скорость резания.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа, продольный разрез; на фиг. 2 -тоже, вид сбоку; на фиг. 3 -схема относительного положения брусков и обрабатываемой поверхности и действующих сил в крайнем верхнем положении брусков;

ел

сь ы

СА)

на фиг. 4 - то же, в крайнем нижнем положении брусков,

Способ обработки поверхностей вращения заготовок в статике. - Заготовка 1, например внутреннее кольцо шарикового подшипника, установлено в приспособлении, условно не показанном, внутришлифовального станка. Заготовка 1 имеет центральную ось I-I симметрии, обрабатываемую поверхность 2, ось симметрии которой совпадает с осью I-I. Заготовка 1 имеет также плоскость II-II симметрии, перпендикулярную центральной оси l-l симметрии. Обрабатываемая поверхность 2 может иметь любую форму наружной поверхности вращения, например, форму наружной тороидальной поверхности. Инструмент состоит из брусков 3,4, например, абразивных, корпуса 5, установленного на шпинделе 5 станка. Бруски 3, 4 закреплены в державках 7, 8. На державках 7, 8 закреплены серьги 9, 10 и проушины 11,

12. Серьги 9, 10 жестко, например, с помощью штифтов, соединены с колонками

13. 14. Колонки 13, 14 одним концом жестко закреплены с одним грузом 15, а вторым соединены по подвижной посадке с противоположно расположенным грузом 16. Проушины 11,12 соединены с колонками 13, 14 по подвижной посадке, а посредством тяг 17. 18 жестко соединены с грузами 15, 16. Между серьгами 9, 10 и проушинами 11, 12 попарно расположены пружины 19, 20 сжатия. Грузы 15, 16 соединены с корпусом посредством направляющих 21, 22 и пружин 23, 24 растяжения и имеют возможность перемещаться по направляющим 21,22, Одновременно с грузами 15, 16 державки 7, 8 вместе с брусками 3, 4 имеют возможность также перемещаться в радиальном направлении к и от оси I-I, как единое целое. Таким образом, инструмент содержит две подвижные системы, имеющие возможность радиального перемещения к и от оси Ы относительно корпуса 5. Число подвижных систем зависит от числа брусков. Оно может быть и более двух. Первая подвижная система включает брусок 3, державку 7, серьгу 9, проушину 11, колонку 13, тягу 18, пружину 20, груз 16, пружину 24. Вторая подвижная система состоит из бруска 4, державки 8, серьги 10, пружины 12, колонки 14, тяги 19, пружины 21, груза 17, пружины 25. В.0личи- на грузов 16, 17 может быть увеличена зз счет добавления грузов 26,27 и емкостей 28, 29, заполняемых тяжелыми металлами. Бруски 3, 4 имеют рабочую поверхность 30 и хорду 31.

Способ обработки в динамике. Перед обработкой заготовку 1 устанавливают в приспособление, например, цанговый патрон, либо магнитный патрон с жесткими

опорами, условно не показанный. Инструмент корпусом 5 устанавливают на шпинделе 6 внутришлифовального станка аналогично установке планшайбы с шлифовальным кругом. Инструмент подбирают таким, чтобы радиусы рабочей поверхности 30 брусков 3, 4 в продольном, а также в поперечном направлении были равны соответствующим радиусам обрабатываемой поверхности 2 заготовки 1. Либо предварительно правят рабочую поверхность 30. Для этого перед обработкой бруски 3, 4 сдвигают к оси I-I на нужное расстояние и фиксируют с помощью стяжки, условно не показанной, и правят их с помощью алмазного ролика либо алмазного карандаша, условно не показанных, Совмещают оси вращения шпинделя 6 и инструмента с осью Н обрабатываемой поверхности 2 заготовки 1. Затем совмещают плоскость симметрии рабочей поверхности 30 брусков 3, 4 с плоскостью II-II симметрии обрабатываемой поверхности 2 путем продольного перемещения, например, инструмента, со шпинделем 6 и шлифовальной бабкой (условно не показанной). Включают вращение

заготовки 1, затем вращение инструмента брусков 3, 4 в том же направлении, что и

направление вращения заготовки 1. При

. этом частоты вращения заготовки и инструмента выбираются такими, чтобы линейная скорость V брусков была в предварительно найденном интервале Vmin - Vmax, а линейная скорость /дзаготовки была меньше V на величину выбранной скорости резания Vp.

Итак, если заготовка 1 вращается по часовой стрелке с угловой скоростью шд, то и инструмент - бруски 3, 4 тоже по часовой стрелке с угловой скоростью Одл. Под действием центробежной силы бруски 3, 4 вместе

с грузами в составе подвижных систем перемещаются в направлении к оси I-I, пока не коснутся обрабатываемой поверхности

2. Подается СОЖД под давлением в зону

контакта брусков 3, 4 и обрабатываемой поверхности 2. На каждый из брусков 3, 4 (фиг.

3. 4) действуют следующие силы: FM-I сила веса системы инструмента (бруски 3, 4, державка 7, 8 и т.д.);Рм2 сила веса системы грузов 15, 16 (грузы 15, 16, грузы 26, 27, массы 28,29 и т.д.); Рщ и FU2 - центробежные силы, развиваемые системой инструмента и системой грузов, соответственно; FI и F2 - силы упругости пружин 19. 20 и 23, 24, соответственно; F - сила резанич.

Уравнение равновесия бруска 3 или 4 в изменяется от Fm|n до Fmax. Также плавно любой точке контакта с обрабатываемой по- изменяется и величина давления Q. верхностью 2 выглядит такОпределяют минимально допустимое

значение Fmin из условия обеспечения тре- F FMI sin (Ai t + Fw2 sin (Ол t -5 буемого съема материала в единицу време- РЦ1 + Рцз - FI - Fa.(3) ни, т.е. тпебуемой производительности. Из

этого условия определяют минимально до- Очевидным является наибольшее зна- пустимую линейную скорость Vmin (формула чение силы резания F в верхнем положении 1) и соответствующую частоту вращения брусков (фиг. 3).10 брусков 3,4.

После подстановки составляющих и Fmax FMi+Рм2+Рц2-Рц1 преобразований уравнение равновесия

-FV-F9Г4У имеет вид

IJЮ- Qmm -S (MM + Mr) -g +(Mr -tail наименьшее значение-в нижнем положе- .. D /лг-гЫгЛ г- ,- /е нии Ми Я1) |-30 | (6)

Fmln .

- FI - F2. (5)где rimin - минимально допустимая частота

В течение каждого оборота брусков 3, 4вращения инструмента,

вокруг заготовки 1 сила резания F плавноОчэ равна

Использование: при обработке точных наружных поверхностей вращения в деталях типа колец подшипников качения. Сущность изобретения: грузы связывают с соответствующим бруском и устанавливают их с разных сторон обрабатываемой заготовки с возможностью совместного перемещения относительно последней. Бруски связывают между собой упругими элементами. Заготовку вращают в направлении вращения брусков. Скорость вращения брусков выбирают из приведенных условий. 4 ил.

п - з о V то -Qmin -s - (ми + мг)-д + FI +ТГ,7,

Пт.п- -jj --Мг Г -Ми-Rl (7)

Определяют минимально допустимую

линейную скорость инструментаVmm л D nmin , (8)

30

/ -чл n VlO Qmln S -(MM+Mr)-g+Ti+F2,Q,

vmln - oJ и --------.----t- -------

- MM Rl

35

где D - рассчетный диаметр обрабатывав-обеспечения высокого качества поверхмой поверхности, м.ностного слоя, характеризующегося отВводя обозначения A 30D;Bmin сутствием прижогов на обрабатываемой

10-Qmin S; В (Мг + Ми) -g;поверхности 2.

рРс2-Ми -RC1. получают . 40Преобразованное уравнение равнове сия (4) имеет вид

Vmln А V bmln + Ц + -2 ,.

Г Ю Qmax S -(Ми + Mr) -g+(Mr R2С другой стороны, должно быть ограни-. . /Уг-Птах)2 ,1Пч чено и верхнее значение линейной скоро-45 Mn nij l Q I - ri r-2. (1U)

сти Vmax инструмента (см. формулу 2) и j

соответствующее ей значение частоты вра-Определяют максимально допустимую

щения Птах. Они выбираются из условия частоту вращения

зоучо-отах-з+(Ми + Мг)-д + РТ+гТ,,,,

Птах -- --------ГГо--Г -о -- ---- .(11) Я - Ми-Rl .

и .максимально допустимую линейную ско-Vmax я D- Птах. (12) рость инструмента 55

V пах 30 -D °-°тзх-ЗЧ-(Ми+М г)-д + Р1 + FT maxMr-R - M«-Ri

(13)

Введя обозначение Бтах получают

10 Qmax S,

V

max

Л Vbmax - В + Fi + F2 -А ----

Кроме того должны быть обеспечены допустимые значения шероховатости и волнистости, Этому могут противодействовать возникающие автоколебания. Одно направление вращения заготовки 1 и брусков 3, 4, а также периодичность изменения давления брусков в течение каждого их оборота обеспечивают отсутствие автоколебаний.

Задаются требуемой скоростью резания Vp и находят необходимую линейную скорость Уд заготовки из услойия

Уд У-УР и частоту вращения заготовки

Vn

(14)

(15)

После окончания съема металла в течение заданного отрезка времени выключают вращение инструмента с брусками 3, 4, Шпиндель 6 тормозят и останавливают. Бруски 3, 4 под действием пружин 19, 20 и 23, 24 отходят от обрабатываемой поверхности 2. При этом грузы 15, 16 перемещаются по направляющим 21,22 корпуса 5, а серьги 9, 10 - вместе с колонками 13, 14, которые скользят в отверстиях 15, 16. Обе подвижные системы отходят от оси I-I. Величину радиального перемещения брусков 3, 4 выбирают такой, чтобы обеспечить съем заготовки 1 из приспособления, а также компенсировать их износ. После остановки вращения заготовки 1, выключения привода зажима ее в приспособлении заготовку 1 снимают со станка. Способ позволяет обрабатывать одновременно несколько заготовок несколькими брусками.

Пример конкретной реализации. Необходимо обработать внутреннее кольцо шарикоподшипника с размерами обрабаФормул а изобретения Способ обработки поверхностей вращения заготовок, при котором абразивные бруски прижимают к обрабатываемой поверхности заготовки и сообщают брускам и заготовке вращение, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и качества обработки наружных поверхностей, берут грузы, каждый из которых связывают с соответствующим бруском,

тываемой поверхности D 55 мм, ширина желоба Ь 14 мм. Выбирают минимальное значение среднего давления Qmin 0,05 кг/см , и соответственно максимальное значение Qmax 0,50 кг/см2. Определяют площадь S Ы 14 47,63 666,84 мм2 6,67 см ; массу системы инструмента - брусков Ми 3,51 кг; массу системы грузов Мг 2,5 кг; радиусы центров масс: RI 75 мм 0,075 м; Ra 102 мм 0,105 м; силы упругости пружин; FI 53 Н, F2 53 H; ускорение силы тяжести q 9,8 м/с .

Определяют минимально и максимально допустимые частоты и скорость вращения инструмента

rwn -9 55 VM 5T±bl±5r« rim.n -0,2730-0,2625

633 об/мин.

Птах

V 33,3 + 59 + 53 -F53

0,0115

5

0

5

0

- 1254 об/мин,

Vmin 109,3 м/мин, Углах 216,5 м/мин.

Принимают окружную скорость брусков У 200 м/мин, а скорость резания Vp 120 м/мин. Определяют максимальную скорость заготовки

Уд V- Vp 80 м/мин и необходимую для этого частоту ее вращения

Vg 1000 80-1000

Пд

463 об/мин.

n-D 3,14-55 Принимают по станку действительную частоту вращения заготовки пд 470 об/мин и инструмента пи 1200 об/мин. После обработки поверхности желоба указанного кольца огранку уменьшают с 2,5-3,8 мкм до 0,3-0,9 мкм. Способ обработки позволяет по сравнению со способом-прототипом повысить точность на 60%, производительность на 40%.

и устанавливают их с разных сторон обрабатываемой заготовки с возможностью совместного перемещения относительно последней, бруски связывают между собой упругими элементами, заготовку вращают в направлении вращения брусков, а скорость вращения брусков выбирают из условия Vmin V V.min,,

ГДеУтщ А .Vbmln -Ц +r-i -FTT

Г

/л УЬтах +В + h + h2 vmax А -------р-------

-V Vg + Vp;

А 30 -Д: Бтщ 10,CWS;

Bmln Ю Qmax S,

В(Ми + Мг)-g; Г МГ-R2-MnRi;

р - расчетный диаметр обрабатываемой поверхности;

Qmin - среднее значение минимального усилия прижатия;

Qmax - среднее значение максимального усилия прижатия;

Ми - масса брусков;

Мг - масса грузов;

S площадь проекции брусков на осевую плоскость;

RI - радиус центра тяжести бруска;

R2 - радиус центра тяжести грузов;

FI и Fa - силы упругости упругих элементов;

VA - скорость вращения детали;

Vp - скорость резания.

Фиг.1

& Фие.1

Редактор И. Иванова

Фиг.4

Составитель В, Прилуцкий ;

Техред М.МоргенталКорректор Н. Бучок