Способ отрезания прутка многорезцовой головкой и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B23B5/12 

производится до образования шейки диаметром, рапным

с, yzrreoE i af

где cl - диаметр шейки, Pz - касательная составляющая силы резания, Оз - диаметр отрезаемого пруткл, Пр- количество резцов в голопко, (Т, - предел текучести материала. После образования шейки, рекомендованного диаметра, отводят резцы голооки и произиодят оэоимиый разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки. Таким образом исключается взаимный контакт отрезных резцов в конце рабочего хода и предотвращается разрушение резцов.

Указанная цель достигается тем, что на неподвижном основании на опорах качения смонтирована многорезцовая головка с возможностью вращения с помощью привода в виде ременной передачи, причем соосно с подшипниками многорезцовой головки по обо стороны зоны отрезания размещены опоры длинномерной заготовки в виде зажимных цанг, снабженных силовыми цилиндрами, установленными .соосно с опорами. Один из силовых цилиндров жестко закреплен на неподвижном основании, а другой силовой цилиндр установлен на .неподвижном основании с возможностью разворота вокруг своей оси, причем на наружной поверхности этого силового цилиндра выполнен зубчатый венец, взаимодействующий с резьбой, жестко связанной со штоком дополнительного Силового цилиндра, установленного на основании. Для синхронизации поворота всех резцедержателей многорезцовой головки установлено кольцо, которое с помоа1ью винтов связано с каждым валом резцедержателей. Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, чго отрезание производится несколькими резцами одновременно, и при этом в конце рабочего хода каждого резца жесткость технологической системы остается достаточно высокой из-за оставшейся шейки, скрепляющей между собой разделяемые части обрабатываемой детали, что исключает разрушение резцов. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна.

Анализ известных технологических решений (аналогов) в исследуемой области, т.е. в машиностроении, позволяет сделать . вывод об отсутствии в них признаков, сход5

пых с существенными отличительными признаками способа отрезания прутка много резцовой головкой, и признать заявляемое решение соответствующим критерию существеиные отличия,

Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известных технических решений и соответствует критерию

новизна. Анализ известных технических . решений (аналогов) о исследуемой области, т.е. в машиностроении, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками устройства для отрезания прутков, и при/знать заявляемое решение соответствующим критерию существенные отличия. На фиг.1 изображено устройство для

Q осуществления способа отрезания прутка;

па фиг.2 - разрез Б-.Б на фиг.1; на фиг.З разрез В-В па фиг.1; па фиг.А разрез А-А

на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.

Устройство с одержит многорезцовую

5 головку, которая состоит из фланцев 1 и 2, соединенных жестко распорными стойками 3, а на фланце 1 выполнен приводной элемент в виде шкива 4 ременной передачи 5. Фланцы 1 и 2 установлены на неподвижных

0 втулках 6 и 7 с помощью подшипников 8, 9, 10, 11. Втулка 6 прикреплена жестко к стойке 12, а втулка 7 устанос-лена в отверстии стойки 13 с помощью подшипника 14. В фланцах 1 и 2 равномерно по окружности с

5 центром на оси вращения выполнены сосс- ные отверстия, параллельно оси многорезцовой головки, в которых установлены валы 15. На валах 15 смонтировано кольцо 16, ось которого совпадает с осью вращения много0 резцовой головки, причем каждый вал 15 связан с кольцом 16 с помощью винта 17, конический участок которого установлен в коническое отверстие на валу 15. На валах 15установлены резцедержатели 18 с резца5 ми 19, положение резцедержателей 18 на валах 15 регулируется с помощью дистанционных втулок 20. На валах 15 жестко ззкреп- лены посредством шпонок 21 инерционные грузы 22 С-образной формы с участками наружных цилиндрических поверхностей, оси . которых а исходном положении совпадают с осью многорезцовой головки. Против каждого резцедержателя 18 к крышке 23, прис крепленной к фланцу 1, установлен кронштейн 24, в котором монтируется регулируемый упор 25 с контргайкой 26, ограничивающий финишное положение резцедержателей 18. Резцедержатели 18, в которых посредством пиитов 27, 28 и контр0

гаек 29 закреплены резцы 19, установлены на валах 15 с помощью болтов 30. Для автоматизации отвода инерционных грузов 22 на участки цилиндрических поверхностей инерционных грузов 22 надето плоское резиновое кольцо 31.

Заготовка в виде прутка 32 зажимается в цангах 33 и 34. установленных во втулках 6 и 7 соосно с осью вращения многорезцовой головки. Цанги 33 и 34 жестко связаны со штоками 35 и 36 пневматических цилиндров 37, 38. Пневматический цилиндр 37 жестко прикреплен к втулке 6 и стойке 12. Пневматический цилиндрл38 установлен на. втулке 7, с которой он жестко скреплен. На наружной поверхности корпуса пневматического цилиндра 38 выполнен зубчатый венец 39, который находится в зацеплении с зубчатой рейкой 40, установленной в отверстии в стойке 13, ось которого перпендикулярно оси вращения многорезцовой головки. Зубчатая рейка прикреплена к штоку 41 пневматического цилиндра 42, смонтированного на стойке 13. В надпоршневые полости пневматических цилиндров 37 и 38 вмонтированы пружины сжатия 43 и 44. .Стойки 12 и 13 прикреплены к основанию 45.

Устройство работает следующим образом..

Пруток 32 вставляется в отверстие цанг 33 и 34, которые находятся в свободном состоянии, так как пружины 43 и 44, действующие на поршни пневмоцилиндров 37 и 38, сдвигают их вместе со штоками 35 и 36 и освобождают цанги 34 и 33. После выверки длины отрезаемого прутка 32 сжатый воздух от цеховой сети подается в штоковые полости пневмоцилиндров 38, 37, которые закрепляют пруток 32 с помощью цанг 33 и 34. Одновременно сжатый воздух подается в штоковую полость пневматического цилиндра 42, что препятствует перемещению зубчатой рейки 40, и зубчатый венец 39 совместно с пневмоцилиндром 38 неподвижны.

В исходном положении под действием резинового.кольца 31 инерционные грузы 22 приближены к оси вращения многорезцовой головки. Резцы 19 подводятся к поверхности прутка 32 за счет поворота резцедержателей 18 на валах 15. При включении вращения многорезцовой головки под действием центробежных сил инерционные грузы 22 вместе с валами 15 и резцедержателями 18 поворачиваются, перемещая резцы 19, которые врезаются в пруток 32. В конце рабочего хода резцедер5

жэтели 18 останавливаются, дойдя до упора . 25.

По завершении обработки выключают вращение многорезцовой головки, в резуль- 5 тате чег о исчезают центробежные силы инерции, действующие на инерционные грузы 22, и резиновое кольцо 31 автоматически возвращает инерцио нные грузы 22, а вместе с ними резцедержатели 18 в исход0 ное положение:

По предлагаемому способу отрезание . ведется до момента получения шейки заданного диаметра. После выключения вращения -, .многорезцовой головки в надпоршневую полость пневмоцилиндра 42 подается сжатый воздух, что вызывает перемещение штока 41, связанной с ним зубчатой рейки 40 и поворот зубчатого венца 39.

Q- Вместе с зубчатым венцом 39 поворачиваются корпус пневматического цилиндра 38 и втулка 7, Вместе со втулкой 7 повернется цанга 34, поворот которой образует крутящий момент нагружающий пруток по всей

5 длине между цангами 33 и 34. Под действием крутящего момента происходит разрушение шейки. Величина допустимого крутящего момента зависит от усилия зажима цангами 33 и 34. Необходимо прило0 жить такую нагрузку, чтобы она не вызвала . проворот прутка 32 в цангах 33 и 34. Сила закрепления Pz прутка 32 с диаметром Оз в самоцентрирующем приспособлении должна быть равна(Справочниктехнолога-маши5 построителя, том 2/Под ред. А.Г.Косиловой. - М,: Машиностроение, 1985. -496 с, стр.81)

Рз - 2М К/(Оэ пл f),

0 где М - крутящий момет, зависящий от силы резания;

. К - коэффициент запаса; . Оз - диаметр заготовки;

. пл - число лепестков цанги; 5 f-коэффициент трения.

Отсюда момет, обеспечивающий неподвижность детали в цанге от проворота, равен

50

Мт

Рз f Оз пл

М К

Коэффициент запаса К по рекомендации справочника технолога-машиностроителя должен быть равен

К 2.5.

г

Крутящий момент нагрузки определяется по формуле

М

Pz-D3

ПР

МПр гт

л&

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутка. Отрезка прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закрепленного в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания. Резание проИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутков. Целью изобретения является снижение себестоимости операции отрезания прутка за счет повышения стойкости отрезных резцов многорезцовой головки путем исключения разрушения резцов при их взаимном контакте в конце отрезания. Целью изобретения является также повышение ьроизвоизводится до образования шейки диаметром d 2 VPZ Оз пр/CFr , где d - диаметр шейки. Pz-сила резания, Оз диаметр отрезаемого прутка, пр - количество резцов в головке, От - предел текучести материала. После образования шейки отводят резцы и производят разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки. Устройство содержит многорезцовую головку, смонтированную на неподвижном основании на .опорах качения и снабженную приводом вращения в виде ременной передачи. Соосно с опорами качения установлены зажимные цанги по обе стороны зоны отрезания, которые снабжены силовыми цилиндрами, один из которых жестко закреплен на основании, а другой установлен с возможностью разворота вокруг своей оси. На наружной поверхности этого цилиндра выполнен зубчатый венец, взаимодействующий с рейкой штока дополнительного силового цилиндра, установленного на основании. 2-е. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. дительности операции отрезания за счет одновременного использования нескольких отрезных резцов и соответственно сокращения длины рабочего хода каждого из них. Указанная цель в способе достигается тем. что отрезание прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закреп ленного в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания, причем резание 00 со U 2 Ч) CJ

где Pz касательная составляющая силы резания;

Пр - количество одновременно работающих резцов.

Величина касательной составляющей силы резания Р2 может Сыть определена по формуле (см. Справочник технолога-машиностроителя, том 2, стр.271):

Для конструкционной углеродистой стали (отрезание и прорезание):

Рг 4080 -t° 72 SM-V° -Kp,

гден Кр - поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала.

Кр-( 0-в/750)075

Для жаропрочной стали 12Х18Н9Т Pz 1730vt° 73 S0 67 V°,

где t - глубина резания, мм;

S - подача, мм/об;

V - скорость резания, м/мин. С учетом вышеизложенного момент, создаваемый зажимом цанги, равен

м v р Рз . „ Мт К Пр

Допустимая величина предельного момента должна быть выбрана из соотношения

Оз

Пр

Кручение вызывает неравномерное распределение напряжений по сечению шейки. Переход в упругопластическую область происходит неодновременно по всему сечению, сначала пластически деформированная зона возникает у поверхности шейки и распространяется к центру по мере роста крутящего момета. По достижении крутящего момента величины, которая называется предельный момент МПр, во всем поперечном сечении цилиндрической шейки возникают касательные напряжения, равные пределу текучести при сдвиге ту(Малинин Н.И. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1968. с.400- стр.182). Величина предельного момента равна

где Мпр - предельный крутящий момент; d - диаметр шейки;

гт- предел текучести материала при сдвиге. Из неравенства

13 12

jrdj Р2-Рзп

Т о - Nп Пр

15 определяется диаметр шейки, для разрушения которой прикладывается крутящий момент не превосходящий момента зажима детали цангой

н Уб гТ1Г; Р2 гТ)э пр

. ЯГТ

При коэффициенте запаса К 2,5 допустимый диаметр шейки равен

d 17урцж г

Тт

Предел текучести материала при сдвиге по энергетическому условию пластичности (см. Малинин Н.И. Прикладная теория пластич- ности и ползучести, стр.128)

ГТ

где сгт-предел текучести материала.

С учетом этой зависимости допустимый диаметр шейки рассчитывается по формуле

АО

d 2

. fPz Рз пр

о

В табл.1 представлены результаты расчетов допустимого диаметра шейки для различных марок сталей при отрезке заготовки

диаметром Оз 50 мм с глубиной резания t 4 мм, подачей S 0,1 мм/об, количество резцов пр 3.

Расчет показал, что размер диаметра шейки, который допустимо оставить при отрезании прутка, достаточен, чтобы обеспечить безопасность сращения отрезных резцов в конце рабочего хода. При этом рабочий ход каждого резца сократился по

сравнению с однорезцовой обработкой примерно в два раза, что показывает, что предлагаемый способ отрезания прутков более производительный. Стойкость резцов повышается, так как время работы каждого резца при совершении одного отрезания значительно меньше, чем при однорезцовой обработке.

Возможность реализации предлагаемого способа отрезания прутка с помощью многорезцовой головки была проверена экспериментально.

Предварительно были определены силы резания, возникающие при отрезании прутка. Опыты проводились при обточке заготовок на токарно-винторезном станке 1К62 одним отрезным резцом, установленным а универсальный динамометр УДМ-600. Для регистрации пказаний динамометра использовалась тензостанш я УТ-4 и осциллограф Н-117. Отрезные резцы, оснащенные твердым сплавом, имели передний угол -у- 15°, главный задний-угол а 8°, ширина резца 4,5 мм. Результаты измерения силы резания при отрезании прутков из материала сталь ЭП836 представлены в табл.2.

Для изучения процесса отрезания прутков был изготовлен макет многорезцовой головки, общий вид котрой представлен на фотографии на фиг.1 (Актиспытаний заявляемого изобретения), где многорезцовая головка установлена в шпинделе токарно-винторезного станка модели 1К62 (фланец 2 снят). Многорезцовая головка закреплялась в трехкулачковом патроне,заготовка устанавливалась одним концом в отверстии подшипника в центральном отверстии головки, а второй конец заготовки закреплялся в патроне, установленном в пи- ноле задней бабки, Отрезание производилось при частоте вращения головки п 315 об/мин, что соответствовало скорости резания при отрезании V 37,5 м/мин. Отрезание прекращалось при достижении размера- диаметра шейки d 8-12 мм.

Предельный крутящий момент. МПр, достаточный для разрушения шейки из материалаЭП836,определялся экспериментально. Для этой цели одна часть разрезаемой детали закреплялась в трехкулачковом патроне в шпинделе токарно-винторезного станка. На другую часть разрезаемой детали монтировался хомутик, который упирался в динамометр сжатия типа ДОСМ-3, установленный на станине станка. При вращении вручную шпинделя станка фиксировалась нагрузка на динамометре Р и угол поворота шпинделя ф ,

Угол закручивания до разрушения шейки р определяет длину хода штока пневмо- цилиндра, разворачивающего правую цангу. При среднем диаметре зубчатого венца, равном Оь, шток вместе с рейкой должен иметь ход L.

Средний диаметр зубчатого венца Оь - m

z, тогда ход рейки L п m Z y /360° . Модуль зубчатого венца определяют по формуле (М,.С.Мовин и др. Основы технической механики. Учебник для немашиностроительных специальностей техникумов. - Л.: Машиностроение. 1978, - 288с. стр.215).

10

m

/2-М

I Y Z tfu

где Y - коэффициент формы зуба;

ф- коэффициент ширины зуба . Vе 6...2Б; М4- момент, передаваемый колесом;

Z - число зубьев;

допустимое напряжение изгиба. Предполагаем, что зубчатый венец будет вы- пол нен из стали 45,

,06 а-1 0.6 260 156н/мм .

Задаем число зубьев Z 50. Для такого Z. коэффициент формы зуба Y 0,457, задаем- ся коэффициентом ширины зуба ip б. Тогда для d 8 мм

m

у

Q-r-tiO

0,457 50 6 156

1,78 мм.

Берем m 3 мм.Тогда Оь m-z 150 мм. Ход рейки L лг-3 50- 90/360 119 мм. Для диаметра шейки d 12 мм

m

3JГ тНОО 60

0,457 50 6 156

2,90мм

40

Берём модуль m 3 мм. В этом случае ход рейки

L П -3 50 180°/360° 235 мм.

Усилие на штоке пневмоцилиндра, разворачивающего зубчатый венец,определяется по 45 формуле .

-.. . .где МПр - предельный крутящий момент, необходимый для разрушения шейки;

Оь - средний диаметр зубчатого венца. Для шейки d 8мм

55

Р„а 2,60 800н

3-50 Для шейки d 12 мм

2 264 10J 3 50

3520 н.

По справочнику (2), а именно по табл.17 стр.91 выбираем параметры поршневого пневмоцилнндрз толкателыюго типа при давлении в сети сжатого воздуха Р 0,4 МПа. Для силы Рц 4200 Н рекомендуют использовать пнеомоцилиндр с диаметром цилиндра Оц 125 мм, диаметр штока 32 мм. Ход поршня можно уменьшить до величины Ln 400 мм.

Расчет и эксперименты показали возможность практической реализации предложенного способа резки прутка.

Формула изобретения

где d - диаметр шейки;

Pz - касательная составляющая силы резания;

Оз - диаметр прутка;

Пр - количество резцов в головке;

предел текучести материала прутка,« затем отводят резцы головки и производят взаимный разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки.

Допустимый диаметр шейки

0

5

0

5

0

5

0

Т а б л и ц- а 1

13183474914

Таблица 2 Касательная составляющая силы резания Pz, H

Предельный крутящий момент МПр для разрушения шейки из материала ЭП836

П римеча н ие: Расстояние от оси вращения до точки контакта хомутика и динамометра I 60 мм 0,06 м...

Т а б л и ц э 3

,. «Ml

4

т

О)

qrq-со

CO

л|

i$stekt Ш

1

J

5

8tyz$

/i

Риг. 2

. .3

Фиг.4

Фиг. 5

////// //тл