Способ механической обработки и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК B23B1/00 

том по п.1 формулы изобретения; на фиг,б - разрез А-А на фиг.5; на фиг.7 - схема обработки отверстия с максимальным диаметром; на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг,7; на фиг.9 схема выполнения некруглого отверстия по п.2 формулы изобретения; на фиг. 10-12 - разрезы А-А, , А2-А2 на фиг.9 для различных положений инструмента и эксцентрика; на фиг.13-16 - схемы определения скорости вращения эксцентрика по отношению к скорости вращения инструмента или заготовки; на фиг. 17 - схема обработки некруглого вала по п.2 формулы изобретения; на фиг. 18-20 - разрезы А-А, , A2-A2 фиг. 17 для различных положений инструмента и эксцентрика; на фиг.21 - схема обработки некруглого отверстия по п.З формулы изобретения при вращении эксцентрика и инструмента в противоположных направлениях; на фиг.22-24 - разрезы А-А, Ai-A. A0-A2 фиг.21 для различных положений инструмента и эксцентрика; на фиг.25-28 - схемы для определения скорости вращения эксцентрика по отношению к скорости вращения инструмента или заготовки при их вращении в противоположных направлениях; на фиг.29, 31 - схемы способа обработки некруглых отверстий по п.4 формулы изобретения при вращении эксцентрика вокруг оси, перпендикулярной основной плоскости режущей части двухлезвийного инструмента; на фиг.ЗО - вид по стрелке А на фиг.29; на фиг.32 - вид по стрелке Б на фиг.31; на фиг.ЗЗ - схема способа обработки эксцентричного вала по п.5 формулы изобретения; на фиг,34-36 - разрезы А-А, Ai-Ai, Аг-Аа на фиг.ЗЗ для различных положений заготовки и эксцентрика; на фиг.37 - схема способа обработки некруглых винтовых валов по п,6 формулы изобретения; на фиг.ЗЗ - вид по стрелке А на фиг,37; на фиг.39 - схема обработки по п.б (положение при повороте на 45°); на фиг.40 - вид по стрелке Б на фиг.39; на фиг.41-44 - схемы для определения скорости вращения эксцентрика по отношению к скорости вращения инструмента или заготовки; на фиг.45 - общий вид с осевым разрезом сверлильной головки; на фиг.46 разрез А-А на фиг.45; на фиг.47 - разрез Б-Б на фиг,45.

При обработке фасонных валов заготовке 1, закрепленной в патроне 2, придается вращательное движение резания с угловой скоростью (Уз- Корпус 3 инструментальной гваовки устанавливают на суппорте 4 станка с возможностью плавания в радиальном относительно заготовки 1 направлении и придают ему поступательное движение подач - S, На корпусе 3 инструментальной головки жестко закрепляют резцы 5 и 6. таким образом, что основные плоскости этих резцов совпадают между собой и плоскостью, проходящей через ось заготовки 1, причем задние поверхности резцов 5 и 6 направляют в противоположные стороны, а резцы расположены оппозитно относительно оси корпуса 3. На корпусе 3 инструментальной головки закрепляют с возможностью поворота вокруг его оси кольцо 7 с прикрепленным к нему эксцентриком 8, центр массы (тэ) которого расположен на радиусе R3, относительно оси

заготовки, с асью кольца контактирует поводок 9, закрепленный патроне 2 станка и вращающийся чгуг йбвой скоростью заготовки - (Оз J.h. v

При обработке заготовки 1 посредством поводка 9 начинает вращаться кольцо 7 и эксцентрик 8, за счет чего на эксцентрике появляется центробежная сила

Рц Уэ 2 R3 тэ.

В направлении плавания корпуса инструментальной головки воздействует проекция центробежной силы на плоскость плавания

Рц(у) - Уэ 2 Рэ тэ cos г, где т - угол между направлением плавания корпуса инструментальной головки и направлением центробежной силы.

Для определения диаметра обработанной поверхности необходимо составить уравнение равновесия в направлении п ла- вания инструментальной головки с учетом сип резания и центробежных сил.

X Ру Рц cos т+ РУ1 - РУ2 О,

где РУ1, Ру2 - радиальные силы резания на режущих кромках (см,. Виноградов) РУ1 Сру Sti/2 .

Py2 CpySt2 /2 ,,,„..

где ti, t2 - глубины резания на режущих кромках;

S - подача.

После подстановки в уравнение равновесия имеем

аъ2Яэтэсо8 г -f Cpy|(ti-t2) 0, (1)

где глубины резания на режущих кромках ti d0/2 -pi t2 do/2-/02

где pi, pi - радиус-векторы относительно оси заготовки соответственно первой и второй вершины резцов;

do - диаметр предварительной поверхности заготовки на данной операции,

Уравнение (Т) перепишется в виде

Oh г R3 глэ cos т Ч- СрУ |- (у - -(у-Л

После решения последнего уравнения относительно тг получим величину угла рас- по/ожения эксцентрика относительно ос- HOI ной плоскости режущей кромки, на кот орый необходимо настроить систему для по учения : изданного диаметра вала

CpySKf Pi)-(f-p2)

г

arccos

2 th RS тэ

(2)

В общем случае число зубьев может бы ь больше двух, тогда уравнение (2) запи- ше гея в общем виде

г arccos

t(-p,)cos4

ZQfe R3 тэ

гд &L УГОЛ между режущей кромкой, ос- но 1ная плоскость которой параллельна направлению плавания инструмента и ра uiyc-вектор которой имеет минимальную

ве.

ичину, и z-той режущей кромкой;

Z - число зубьев инструмента.

Для двухлезвийного инструмента урав- не ine (1) может быть выражено более про- ). Если обозначить расстояние между эшинами резцов - А (большее или равное ксимальному диаметру обработанной по- зхности готовой детали на данной опера- и), то величины глубин резания

ст ве

Мс

ве

Ч ол

гд

ределятся из соотношений:

t1 f-AH-, s pi - радиус-вектор на второй режущей

кр омке, соответствующий радиус-вектору

of работанной поверхности.

Tt гда соотношение (1) запишется в виде

и; б

do

РУГЧ-2

ie-A +

ftfe R3 тэ cos т + С

dp

2

и учитывая, что 2 pi - Dt - диаметру обращенной поверхности в данный момент

+ )0

времени 2

Шз Кэ тэ cos т Сру - (d0 - Di)

,5 2

тс гда для двукромочного инструмента

г arccos

Сру S (do - Di)

Oh R3 тэ

(4)

10

15

20

25

30

35

40

45

Таким образом изменяя угол г можно получать валы с переменным диаметром по длине обработки.

Аналогичным образом производится обработка фасонных по длине отверстий (фиг,5,6,7,8) на станках сверлильной группы.

Заготовку 1 жестко закрепляют на столе станка, а однолезвийный инструмент 2 - в шпинделе и придают ему вращательное движение резания с угловой скоростью ад и и поступательное движение подач -- S. Рабочую часть 2 инструмента закрепляют относительно установочной его части 3 посредством шарнира 4, обеспечивающего поворот заготовки в плоскости параллельной основной плоскости режущей части. На рабочей части 3 инструмента на расстоянии j от шарнира закрепляют кольцо 5 с эксцентриком 6, массой тэ, центр масс которого расположен на радиус R3 от оси рабочей части инструмента и который вращается с угловой скоростью, равной скорости инструмента. Центр масс эксцентрика 6 устанавливают под углом т к основной плоскости инструмента и в процессе обработки меняют величину этого угла.

При обработке заготовки 1, то есть при вращении рабочей части 3 инструмента с угловой скоростью Ши, нэ неуравновешенную массу (тэ) эксцентрика воздействует центробежная сила

Рц УЭ 2 Яэпъ.

В направлении плоскости качания рабочей части инструмента действует проекция центробежной силы на плоскость качания.

Рц(у) 2 RS ППэСОЗ Г),

где т - угол между плоскостью качания рабочей части инструмента и направлением центробежной силы.

Уравнение равновесия в плоскости качания относительно шарнира запишется в виде

то УЗ 2 Ra тэ cos ri I Сру S (p -f)L 0,

(5)

где L - длина рычага от оси шарнира до места действия силы резания;

I - длина рычага от оси шарнира до места действия центробежной силы.

После решения последнего уравнения относительно г получим величину угла расположения эксцентрика относительно основной плоскости режущей кромки для получения заданного диаметра отверстия, С учетом того, что диаметр обработанной поверхности

Di 2pi,

т arccos

LQ)yS(Pi-do)

I 2 ah Ra тэ

Если передаточное отношение сил относительно шарнира обозначить через

и-{,(7) то уравнение (6) перепишется в виде

г arccos

Сру S (Pi - do)

2fflb2R3U

(8)

В общем случае количество зубьев инструмента может быть более двух, Тогда уравнение (5) перепишется в виде

Ј т0 йъ2 RS mэcosrtl ) (9)

а угол, при котором обеспечивается обработка отверстия с заданным радиус-векто- ром, находится по соотношению

т arccos

Q:y S 2, (pi - -g-)

ZWs Ra maU

(Ю)

Общая формула для определения угла отклонения направления действия центробежной силы от основной плоскости наиболее нагруженной режущей кромки, в которой происходит плавание или качание инструмента, может быть рассчитана по соотношению, пригодному как для валов (3), так и для отверстий (10)

т arccos

Cpysil - l

Z УЭ 2 R3 тэ U

(11)

Передаточное отношение - и определяется по соотношению (7), причем для плавающего закрепления инструмента и 1.

При обработке многогранных в радиальном сечении отверстий, например на сверлильном станке двухлезвийным инструментом при плавающем его закреплении (фиг.9-12) заготовку 1 жестко закрепляют на столе станка, а инструмент 2 - в шпинделе станка и придают ему вращательное движение резания с угловой скоростью и поступа- тельное осевое движение подач - S, Инструмент 2 закрепляют в патроне 3 с возможностью плавания в плоскости, параллельной основной плоскости режущих кромок. На оси инструмента устанавливают

10

15

2Q

25

30

35

40

45

кольцо 4 с возможностью вращения, на котором крепят эксцентрик 5 и придают ему вращение в направлении вращения инструмента с угловой скоростью Уз отличной от угловой скорости вращения инструмента.

Так как эксцентрик 5 вращается с угловой скоростью (cod) отличной от угловой скорости инструмента (о), то происходит постоянное изменение угла г между направлением действия центробежной силы и основной плоскостью режущих кромок в которой инструмент плававши в определенные моменты происходит совмещение основной плоскости с направлением центробежной силы/При совмещении обеспечивается съем максимального припуска одной из режущих кромок (той режущей кромкой, в направлении которой действует центробежная сила), то есть выполняется максимальный радиус-вектор обработанной поверхности.

Для обеспечения последовательной обработки каждой грани обрабатываемой поверхности необходимо, чтобы СО-вмещение направления центробежной силы с основной плоскостью инструмента осуществлялось через каждые 360°/п градусов поворота инструмента, где п - число граней обработанной поверхности. Соотношение скоростей инструмента или заготовки (в зависимости от того, какой элемент технологической системы совершает главное движение резания} и эксцентричной массы зависит от числа симметрично расположенных режущих кромок инструмента и числа граней обработанной поверхности.

Такяпри обработке вращающимся одно- лезвийным инструментом {фиг. 13), для обеспечения последовательной обработки каждой грани необходимо, чтобы при повороте инструмента на угол

,л -360° М---

угол поворота эксцентрика составлял

360°

рн 360°+

При постоянных угловых скоростях вращения инструмента (о) и эксцентрика (Шэ)

&Ь ри . 360° + 360°/п п 1

°Ь ҐМ360°/п или

йэ %(п +1).02)

При обработке вращающимся многолезвийным инструментом, например трех- лезвийным (фиг.14Х для последовательной обработки каждой грани за каждый оборот инструмента необходимо, чтобы после первоначального положения (основные линии

на cni да

мапьным радиус-вектором следующей за из отселенной, если вести обход в направ- ле ши против направления вращения инструмента. То есть при угле поворота

чертеже) эксцентрик должен догнать дующую режущую кромку в момент, ког- она достигнет точки заготовки с максиин

струмента

360° 360° 360°

360°Zn

гд| Z - число зубьев инструмента, эющентрик должен повернуться на угол

360°

n

Тогда отношение скоростей эксцентрик инструмента

Qb рз 360° - 360°/п ы V 360° - 360Vz - 360°/п

Z(n-1) nZ-Z-n

или

-«.-Z&zlL

)

П Ј. i. -П

При обработке с вращающейся заготовкой ((Оз) и работе однолезвийным инстру- м« нтом (фиг. 15} при повороте заготовки на о;ин центральный угол между гранями эксцентрик должен повернуться на полный yr m (360°) и занять первоначальное положеHi/e

0ь -360°

то

:да

Шэ рэ 360°

ш3 рэ 360%

n

ил и

(14)

Шэ -Ob П.

При обработке с вращением заготовки (GJ,) и работе многолезвийным инструментом, например трехлезвийным (рис. 16), при повороте заготовки на угол

I 360° 360° -jT

эксцентрик должен повернуться на угол

я 360° « --

Тсгда

& e360°/Z

°Ь Рз 360VZ - 360°/п

n-Z

w и

Oh -Ш3

05)

Во всех случаях необходимо следить, чтобы число зубьев инструмента было мень- Ш З числа граней детали, так как в ином слу5

10

15

0

5

0

5

0

5

0

5

чае профиль инструмента может не вписаться в профиль детали.

Для определения формы обработанной поверхности следует составить уравнение равновесия сил на плоскость, параллельной основной плоскости инструмента. При вращении эксцентричной массы (тэ) с угловой скоростью (фиг.9-12) на эксцентрик и на связанный с ним инструмент воздействует центробежная сила, которая рассчитывается по соотношению

Рц йЪ22Нэтэ,

где Яэ - радиус расположения центра массы эксцентрика относительно оси вращения.

Под действием центробежной силы, воздействующей на инструмент, его ось смещается с оси предварительно обработанного отверстия и противолежащие режущие кромки инструмента срезают в общем случае слои металла различной глубины ti t2 .

Так как инструмент имеет возможность смещаться только в основной плоскости (плоскости плавания), то на величину смещения будет влиять проекция центробежной силы н.з плоскость, параллельную основной

Рц(у) Рц cos (рэ - уЭи).

При обработке на инструмент воздействуют следующие силы: центробежная сила - Рц; неуравновешенная радиальная сила резания - Д Ру; инерционная сила - Ри, воздействующая на центр массы подвижной части наладки при ее движении, с ускорением. Неуравновешенная радиальная сила резания зависит от разности глубин резания на противолежащих режущих кромках инструмента и определяется по зависимости

ДРу Сру Sz(ti-t2),

где Сру - постоянная радиальных сил резания для данных условий обработки.

ti p-R0

t2 /5i-R0,

где/э,/91 - радиусы-векторы расположения вершин режущих кромок относительно оси предварительно обработанного отверстия: RO- радиус предварительно обработанного отверстия

R0 Do/2. Так как D р +pi, то

t2 D-p-R0. Тогда

ti-t2 /3-R0-D+p+ Ro 2 р - D, Тогда неуравновешенная сила резания

ЛРУ СРУ Sz(2/3-D).

Под Действием всех сил находится в-равновесии, то есть (фиг.11)

Ри -t- Рц cos (уъ - /Ч) А Ру(16) здесь сила, инерции

Ри pmz ,

где т - суммарная масса подвижных частей инструментальной наладки (масса эксцентрика и инструмента).

Подставляя значения в формулу (16), имеем

-р m + ft, г 2R3m3 cos ( - 0Vt)

- CpySz(2/o-D) или после преобразований

-- . OyS - z

r r m , Cpy Sz D

m R°cos(-)-r

m.

m.

(17)

Так как эксцентрик и инструмент вращаются с постоянной скоростью, то y%. ufete; рн - one. где te - время и с учетом соотношения (12) для однолезвийного инструмента, то есть при Z 1 последнее уравнение примет вид

2

cos (а n ta) +

Р+Р&

m3GV

Вэ

+

m CpySD

m.

m Обозначим

m c CpySD

m

тогда получим дифференциальное уравнение, которое является уравнением вынужденных колебаний с периодической возмущающей силой, изменяемой по гармоническому закону,

/94-ub2p-FoCos(ft,ntB) + С. (18)

Так как возмущающая сила изменяется по гармоническому закону, то установившиеся вынужденные колебания являются гармоническими, причем совершаются с той же частотой

Ј2 0А,п.(19)

Решение уравнения

/ Acos(wnnt8+ pt)+ Ci,(20) где

(21)

60о 2 - ( п)2

(21)

где Ct начальное постоянное смещение.

Аналогичное решение получается для обработки многолезвийным инструментом. Таким образом, сечение обработанной поверхности заготовки получается в виде п-ле- пестковой синусоиды.

По аналогии с обработкой отверстий могут быть обработаны некруглые валы (фиг, 17-20), например на станках сверлильной или фрезерной групп при вращающем- ся инструменте. Инструмент в виде

двухрезцоаой наладки, состоящей из симметрично расположенных резцов 1 и 2, жестко закрепленных в резцедержателе 3 и при помощи шарнирного соединения 4, позволяющего резцедержателю 3 с резцами 1,2 качаться в основной плоскости, установлены в шпинделе станка. Вместе со шпинделем станка резцы 1,2 совершают главное движение резания с угловой скоростью WH и

осевое движение подач - S. На резцедержателе 3 установлен с возможностью враще- пия эксцентрик 5, вращающийся с угловой скоростью саэ, совпадающей по направлению с угловой скоростью инструмента, но

отличной от нее по величине. Заготовку 6 жестко закрепляют на столе станка.

Так как скорость вращения инструментальной наладки (СУЙ) отличается от скорости вращения эксцентрика ), то в процессе

обработки угол между основной плоскостью резцов и направлением центробежной силы Рц постоянно изменяется. В определенные моменты происходит совмещение направления центробежной силы и основной плр скости инструмента (фиг. 18), в этом случае одной из режущих кромок снимается максимальный припуск, то есть обрабатывается точка поверхности с минимальным радиус- вектором.

Величины угловой скорости эксцентрика (ftfe) в зависимости от угловой скорости инструмента (Ыц), числа граней некруглой обработанной поверхности и числа режущих кромок инструмента определяются по

соответствующим формулам, определенным для процессов обработки некруглых отверстий 12-15. Для процесса обработки некруглых валов справедливы и формулы для определения формы некруглой обрабЬтайной поверхности 18-21. Передаточное отношение определяется по соотношению (7), при этом амплитуда вынужденных колебаний определяется по зависимости

45

А

Fo

(22)

U (Шо 2 - (ОД, П)2)

.Поверхности, аналогичные рассмотренным (гранные поверхности), можно пол50 Учить ПРИ вращении эксцентрика в направлении, обратном направлению вращения инструмента (или заготовки) (фиг.21- 24). Инструменту 1 придают вращательное движение резания с угловой скоростью (а ,

55 осевое движение подач S и возможность качания вокруг шарнира 2 в плоскости, параллельной основной .плоскости режущих кромок двухлезвийного инструмента. Заготовку 3 жестко закрепляют на столе станка. Эксцентрику 4, установленному с возможнос пью вращения вокруг оси инструмента 1, прицают угловую скорость (Оэ в противопо- ном направлении угловой скорости инслента. Так как максимальную глубину

лож

тру

реззния одна из режущих кромок инстру- мe та имеет при совмещении направления центробежной силы Рц с основной плоскость о инструмента (фиг.22, то для обработки not ерхности с п гранями необходимо, чтобы совмещение направления центробежной силы с основной плоскостью инструмента осу цествлялось через каждые градусов по- во| ота инструмента. Соотношение угловых скоростей инструмента (Мй) (или заготовка (оь

ме

мечта (Z), числа граней некруглой noi ерхности (п) и от того, какой элемент тех дологической системы (заготовка или ин- струмент) совершает главное движение ре331- ИЯ.

Так, при обработке вращающимся одно- лезвийным инструментом (фиг.25) для обеспечения последовательной обработки ка :дой грани, необходимо, чтобы при пово

и эксцентрики (ofe) зависит от числа сим- рично расположенных зубьев инстру

ро

е инструмента на угол

,ft -360° .- --

TPV

угон поворота эксцентрика составил

360°

п При постоянных угловых скоростя рз - 360° мента (Шй) и эксцентрика (%) а УУ 360° - 360°/п ° Ф 360°/п

п-1

или

(п-1)(23) При обработке многолезвийным вращающимся инструментом, например трехлез- ви1ным инструментом четырехгранного от) ерстия (фиг.2б). При повороте инстру- ме па на угол

360° .360° Z

У

п

;

эксцентрик должен повернуться на угол

360°

п то(да

-360°/п Z

Ф 360VZ - 360°/n или

% -(Ол

Для случая представленного на фиг.26- при ип 4

(,

(24)

0

то есть эксцентрик должен вращаться в 3 раза быстрее инструмента.

При вращении заготовки и работе одно- лезвийным инструментом, например для обработки трехгранного отверстия (фиг.27), при повороте заготовки на угол

/п.360° --

эксцентрик должен повернуться на угол

рэ 360° и занять первоначальное положение, тогда

% (рэ 360° п « & 360°/п

0

5

0

5

0

или

. (25)

Для случая, представленного на фиг.27,

ftfe Шз 3,

то есть эксцентрик должен вращаться в три раза быстрее заготовки,

При вращении заготовки (ub) и работе многолезвийным инструментом, например для обработки четырехгранного отверстия трехлезвийным инструментом (фиг.28), при достижении эксцентрика основной плоскости следующей режущей кромки

„ 360° V.- --

заготовка должна совместиться последующей своей гранью с максимальным радиус- вектором при обходе по часовой стрелке с основной плоскостью режущей кромки, которой достиг эксцентрик

ЗбО - -3, тогда

% Јэ .

seovz

Oh рз

360°-360°/Z-360°/n

п

Zn-n-Z

или

26)

Для случая, представленного на фиг.28, (Z 3;n 4)

4-3-4-3 й)з1 Шз ОД В отдельных случаях при обработке некруглых поверхностей более проста компоновка с вращением эксцентрика 1 в плоскости, параллельной основной плоскости инструмента 2 (фиг.29-32), например при обработке на токарных станках при вращающейся заготовке 3. Так как эксцентрик должен вращаться в плоскости, параллельной основной плоскости режущих кромок инструмента, то инструмент 2 может быть либо однолезвийным, либо двухлезвийным.

Заготовку 3 устанавливают в патрон 4 станка и придают ей главное движение резания с угловой скоростью (шэ), а инструмент 2 закрепляют на суппорте станка с возможностью поворота вокруг шарнира 5 в плоскости, параллельной основной плоскости режущих кромок инструмента, и придают ему осевое движение подач S.

Вокруг оси, жестко связанной с инструментом и перпендикулярной его основной плоскости, вращают эксцентрик 1с угловой скоростью 0э- Максимальную глубину резания одна из режущих кромок инструмента имеет, когда угол г равен нулю или.180°. В этом случае направление центробежной силы перпендикулярно оси вращения заготовки и обеспечивается обработка поверхности с максимальным радиус-вектором, так как центробежная сила Рц создает максимальный момент относительно шарнира 5

М Рц I cos f.

Для обработки n-гранных отверстий и валов однолезвийным инструментом должно обеспечиваться следующее соотношение между угловой скоростью вращения эксцентрика (ftfe) и заготовки ((Уз) (или инструмента )

Шэ (и)п(27) двухлезвийным инструментом

(и) (28)

Используя энергию центробежных сил, можно обрабатывать валы близкие к круглым и имеющие эксцентриситет Относительно оси предварительно обработанной круглой цилиндрической поверхности (фиг.33-36).

По этому способу резцовую наладку, состоя щую. из двух резцов 1,2, установленных в корпусе 3 так, что их основные плоскости совпадают, закрепляют на резцедержателе при помощи плавающего патрона 4, позволяющего резцовой наладке плавать в плоскости, параллельной основной плоскости резцов 1,2, и придают ей осевое движение подач S.

Заготовку 5 устанавливают в патрон б токарного станка и придают ей главное движение резания с угловой скоростью а)3. На корпусе 3 резцовой наладки установлен с возможностью поворота вокруг ее оси эксцентрик 7. имеющий угловую скорость ftfe. При обработке поверхности, ось которой совпадает с осью предварительно обработанной поверхности (на предыдущей операции), эксцентрик не вращается (начальный участок обработанной поверхности), Для того, чтобы обработать участок, имеющий эксцентриситет относительно предварительно обработанной поверхности, начинают вращать эксцентрик в направлении,совпадающем с направлением вращения заготовки, с угловой скоростью, равной угловой скорости заготовки

(Оэ - 0)з.

В этом случае в начальный момент резания (фиг.34) эксцентрик находится внизу, центробежная сила (Рц) направлена вниз и верхний резец срезает слой металла глубиной резания ti большей, чем нижний резец fe), например на величину а

a ti-t2. .

При повороте заготовки от первоначального положения на угол 90° (фиг.35) экс- центрик повернется на угол 90° относительно основной поверхности резцов и центробежная сила (Рц) будет действовать перпендикулярно основной плоскости резцов. Так как резцовая наладка плавает только е плоскости, параллельной основной, то в этом положении центробежная сила не будет влиять на перераспределение

глубин резания между режущими кромками и глубины резания будут одинаковыми. .

При. повороте заготовки на следующие 90° (фиг.36) эксцентрик будет находиться вверху и центробежная сила (Рц) направлена вверх, то есть параллельна основной плоскости резцов и направлению плавания. Нижний резец будет снимать большую глубину резания, причем направление смещения центра обработанной поверхности

относительно оси заготовки будет совпадать с направлением первоначального смещения (согласно фиг.34).

Как отмечалось выше (см. соотношение (20)) форма сечения обработанной поверхности будет иметь для данного случая форму однолепестковой синусоиды, которая может быть выражена соотношением

p RoaeosЈ, где RO- половина расстояния между вершинами резцов.

Уравнение окружности, имеющей смещение на величину относительно начала координат в полярной системе, запишется в виде

-a cos р + R02 - a2 sin2p . Тогда погрешность, вызванная несовпадением форм заданной и получаемой поверхностей °

55

Ар - - a2 sin2 р - RO . (29)

Максимальное отклонение от окружности соблюдается при р- 90°. Из соотношенш (29) видно, что отклонение зависит от от ошения. Так, при отношении

Ј-01 R Ot1

A-0,0043R. Taioe отклонение соответствует точности 10 квалитета. Так например для диаметра вала 40 мм и при эксцентриситете 2 мм максимальное отклонение от круглости со- стг вляет 0,086 мм.

Способ обработки некруглых винтовых зерхностей с постоянным углом подъема

по ви ме

овой линии (фиг.37, 38, 39, 40), напри- ) некруглого винтового вала на токарном

15

стч нке, заключается в том, что заготовку 1 ус анавливают в патрон 2 токарного станка иг ридают ей вращательное движение резани 1 с угловой скоростью. Корпус 3 инструментальной головки устанавливают на суппорте станка в плавающем патроне 4 с 20 во можностью плавания в радиальном относительно заготовки 1 направлении и при- даот ему поступательное движение подач S. На корпусе 3 инструментальной головки ж стко закрепляют резцы 5 и 6 таким обра- 25 зо л, что основные плоскости этих резцов со тадают между собой и проходят через ос «заготовки 1, причем задние поверхности резцов 5 и 6 направлены в противополож- нь е стороны относительно общей основной 30 п/оскости. На корпусе 3 инструментальной гоювки закрепляют с возможностью пово- р( та вокруг его оси эксцентрик 7, центр мг ее (гпэ) которого рзсположей на радиусе Кг относительно оси поворота. Эксцентрику 35 7 1ридают вращательное движение вокруг оси корпуса 3 инструментальной головки с уг ювой скоростью (Оэ, причем соотношение уг ювых скоростей вращения заготовки () и жсцентрика (о)э) выбирают в зависимости 40 oi числа граней обработанной поверхности зг готовки (п), угла наклона винтовой повер- х ости граней детали (о), направления на- ю она и других параметров.

Для определения соотношений скоро- 45 ci ей эксцентрика (Шэ) и заготовки ((%) (или инструмента йл) принимаем, что угловые ci орости заготовки (инструмента) и эксцен- т| ика постоянны, постоянна также скорость О( евого перемещения подач инструмента S.

50

инструмента (заготовки), в случае, если направление поворота винтовой поверхности детали при движении в направлении перемещения подачи инструмента совпадает с направлением главного движения резания, за каждый оборот заготовки (инструмента) необходимо увеличивать угол поворота инструмента и эксцентрика, при котором происходит совмещение основной плоскости инструмента с направлением центробежной силы, на дополнительный угол, равный углу поворота сечения некруглой винтовой поверхности при осевом перемещении вдоль этой поверхности на величину,равную подаче S на оборот инструмента (заготовки)

(3°)

/Эмакс

Если направление поворота винтовой поверхности детали при движении в направлении перемещения подачи инструмента не совпадает с направлением главного движения резания, то угол поворота инструмента и эксцентрика, при котором происходит совмещение основной плоскости инструмента с направлением центробежной силы, необходимо уменьшать на тот же угол (30).

В общем случае главное движение резания может задаваться как инструменту (uJu). так и заготовке (%), причем обработка может производиться как однолезвийным инструментом, так и многолезвийным.

Для определения соотношения скоростей эксцентрика и инструмента рассмотрим каждый случай отдельно (фиг.41, 42,43, 44).

При обработке однолезвийным вращающимся инструментом, например,четырех- гранного отверстия с углом подъема винтовой поверхности при направлении поворота этой поверхности, совпадающем с направлением главного движения инструмента (фиг.41), эксцентрик и инструмент вращаются в одном направлении. Если бы угол подъема винтовой поверхности детали был равен нулю, то угол поворота инструмента и эксцентрика до последующего совмещения основной поверхности с направлением центробежной силы (по аналогии со случаем, представленным на фиг.13) были бы равны

Д

щ

С1

IB обеспечения поворота сечения обрабонной некруглой поверхности при переме- ении инструмента вдоль оси заготовки юбходимо изменять соотношения скоро р (а - 0) 360% 2 я/n (рад) рэ (а 0) 360° + 360°/п - 2 л (1 - 1 /п) (рад)

.....„..... -........ .......... ....Но так как а 0, при повороте инструмента ей эксцентрика и инструмента (заготовки) 55- на угол f равный центральному углу между

гранями детали, он пройдет в осевом направлении расстояние

X -St9g п

j сравнению с принятыми для обработки звинтовой некруглой поверхности (см. со- о -ношения (12), (13), (14), (15)). При совладели направления вращения эксцентрика,и

0

5

0 5 0 5 0

5

0

инструмента (заготовки), в случае, если направление поворота винтовой поверхности детали при движении в направлении перемещения подачи инструмента совпадает с направлением главного движения резания, за каждый оборот заготовки (инструмента) необходимо увеличивать угол поворота инструмента и эксцентрика, при котором происходит совмещение основной плоскости инструмента с направлением центробежной силы, на дополнительный угол, равный углу поворота сечения некруглой винтовой поверхности при осевом перемещении вдоль этой поверхности на величину,равную подаче S на оборот инструмента (заготовки)

(3°)

/Эмакс

Если направление поворота винтовой поверхности детали при движении в направлении перемещения подачи инструмента не совпадает с направлением главного движения резания, то угол поворота инструмента и эксцентрика, при котором происходит совмещение основной плоскости инструмента с направлением центробежной силы, необходимо уменьшать на тот же угол (30).

В общем случае главное движение резания может задаваться как инструменту (uJu). так и заготовке (%), причем обработка может производиться как однолезвийным инструментом, так и многолезвийным.

Для определения соотношения скоростей эксцентрика и инструмента рассмотрим каждый случай отдельно (фиг.41, 42,43, 44).

При обработке однолезвийным вращающимся инструментом, например,четырех- гранного отверстия с углом подъема винтовой поверхности при направлении поворота этой поверхности, совпадающем с направлением главного движения инструмента (фиг.41), эксцентрик и инструмент вращаются в одном направлении. Если бы угол подъема винтовой поверхности детали был равен нулю, то угол поворота инструмента и эксцентрика до последующего совмещения основной поверхности с направлением центробежной силы (по аналогии со случаем, представленным на фиг.13) были бы равны

и профиль детали в этом сечении повернется на угол

Д fb (а 0) Д & (а 0) -5-Ш. (рад).

П/Змакс

Тогда углы поворота инструмента и эксцентрика до последующего совмещения ос- новной плоскости инструмента с направлением центробежной силы (для обработки точки поверхности с максимальным радиус-вектором) при совпадении направления главного движения резания с направлением поворота винтовой поверхности граней обработанной части заготовки определяется соотношениями

Фэ (а 0) 2 п + АШ1 +2Л (рад)

П/Эмакс П

при несовпадении направлений поворота винтовой поверхности детали и главного движения

fk.(a 0) 2 п S tg a

(рад)

П /Эмакс

() (Рад) п П /Эмакс

Так как угловые скорости инструмента и экс центрика постоянны, то ® & 2 я -Н 2 лг/п. ± (S tg a)/n рмакс) щ jev 2 тг/п ± (S tg a)/(n рмыс) (с(п-М) ±Stg«

2 ломаке ± S tg a тогда

оь (n+l)±Stga

2 тгрмакс ± S tg a v где знак плюс берется при совпадении направления главного движения с направлением поворота винтовой поверхности детали и минус - при несовпадении. Аналогичные соотношения имеют место при обработке валое.

При обработке многолезвийным враща- ющимся .инструментом, например, четырехгранного отверстия с углом подъема винтовой поверхности детали а и при направлении поворота этой поверхности, совпадающем с направлением главного движения инструмента (фиг.42).

Используя соотношения, выведенные для случая, представленного на фиг.14, определяем углы поворота инструмента и эксцентрика с учетом поворота сечения детали

0й().-+

+ Stga(1-1/z-1/n)(pafl)

/Эмакс у%() 2л:- +

+ здоГ1-уг-1/.) (рад)

рмякс

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

При тех же условиях, но при обработке отверстия, у которого направление поворота винтовой поверхности детали не совпадает с направлением главного движения инструмента

() 2я:(1-|--1)- Stgo:(1 - 1/Z- 1/п)

РМЭКС

()-2л:(1--)- Stg«(1 -1/Z-1/n)

/Эмакс

Тогда общее соотношение скоростей эксцентрика (ftbJ H инструмента (й)й)

ед

ОЬл фи

2 Рмакс (1 - -1/п) ± S tg а (1 - 1/Z - 1/п) (2лг/9макс ±.S tg а) :(1 - 1 /Z - 1 /п)

.. I |(.. 1

где знак плюс берется при совпадении направления поворота винтовой поверхности с направлением главного движения инструмента и знак минус - при несовпадении. Окончательно имеем ..-.- ftfe uVi х

2 ТГрмакс (1 - t/n) ± Stg«(1 - 1/Z - 1/П)

х (2 лгрмакс ± S tg «) (1 - 1 /Z - 1 /n)

(32)

При обработке с вращающейся заготовкой {(Уз) и работе однолезвийным инструментом, например, трехгранного отверстия с углом подъема винтовой поверхности детали а и при направлении поворота этой поверхности, совпадающем с направлением главного движения резания заготовки (фиг.З).

Используя соотношения, выведенные для случая, представленного на фиг. 15, определяем углы поворота заготовки и эксцентрика до последующего совмещения направления центробежной силы Рц с основной плоскостью инструмента. При повороте эксцентрика на , то есть до следующего совмещения с основной плоскостью инструмента

фэ (а 0} 360° 2 п (рад) заготовка должна повернуться на один центральный угол между гранями и дополнительный угол в обратном направлении

()-(рад),

П П PMSKC

При тех же условиях, но при обработке отверстия, у которого направление винтовой поверхности детали не совпадает с направлением главного движения заготовки #,()2л-(рад)

з() 2Лч-АтЈ(Рад).

П п РМЯК.С

1 гда общее соотношение скоростей экс- жтрика (ль) и заготовки (ftb) ftb (Јэ 2л oh рз 2 л/n ± S tg а/(п /Омакс)

2лП/9макс

2 ЛГуОмакс ± S tg а е знак минус берется при совпадении на- п авленйя поворота винтовой поверхности с направлением главного движения заготовки и знак плюс - при несовпадении.

Окончательно имеем для однолезвий- н )го инструмента

33)

Аналогичное соотношение имеет место п эй обработке некруглых винтовых валов,

При обработке с вращающейся заготов- к )й (ftb) и работе многолезвийным инстру- кентом, например, четырехгранного вала ехлезвийным инструментом (фиг.44). Не- к углые поверхности вала выполняются по жтовой линии с углом подъема а , а на- п эавление поворота этой поверхности сов- п эдает с направлением главного движения г (готовки.

Для этого случая используются соотно- u ения, выведенные для схемы, представ- 1жнойнафиг.16.

При повороте эксцентрика на один цен- альный угол между режущими кромками и чструмента

рэ (а 0)

2л:

эготовкэ должна повернуться на угол .()- --|а«(1-1).

r v Z П VZ ГГ

При тех же условиях, но при обработке верстия, у которого направление поворо- винтовой поверхности детали не совпа- ает с направлением главного движения

(ГОТОВКИ

2я

р,() () + iS«(l-l).

r V 2 П /Эмакс VZ п

Общее соотношение скоростей эксцен- ика и заготовки

Шэ -04.2ЛПрмакс

«з р(2 я/Омакс ± tg a S) (n - Z) и

,, f. 2 ЛГПрмакс n м 0)3 - (2 ЛГ/Эмакс - S tg a) (n - Z) (M)

нак минус берется при совпадении на- г равления поворота винтовой поверхности с направлением главного движения заготовки и знак плюс - при несовпадении.

Сверлильная головка (фиг.45. 46, 47) со- с гоит из сварного корпуса, включающего

нование 1, хвостовик 2 и проушины 3,

которые приварены с двух сторон одностороннего продольного паза хвостовика и имеют соосные отверстия, в которые установлен болт 4 с гайкой 5. В отверстии ниж5 ней части хвостовика 2 на подшипнике 6 установлена оправка 7, несущая центральную шестерню 8 и посредством подшипников 9 контактирующая с ведомой шестерней 10, установленной соосно центральной ше0 стерне 8. Центральная шестерня 8 находится в зацеплении с верхней шестерней 11 блока шестерен, установленной на оси 12, которая на подшипниках 12 заневолена в основании 1 и крышке 14, жестко закреп5 ленной на основании. Нижняя шестерня 15 . блока шестерен находится в зацеплении с ведомой шестерней 10, установленной на подшипнике 16 в крышке 14. На торце ведомой шестерни 10 закреплен фланец 17, не0 сущий два поводковых штыря 18. Нижние части поводковых штырей 18 заневолены между стенками радиального паза, выполненного на торце державки 19, установленной посредством подшипников 20 на

5 нижней части инструментального шпинделя 21, при помощи шарнира 22 соединен с оправкой 7. В радиальном резьбовом отверстии державки, ось которого параллельна стенкам паза, заневолена ось 22, на которой

0 посредством болта 23 закреплен груз 24. Ограждение 25 крепится на инструментальном шпинделе 21, а в его внутренней конической расточке установлен режущий инструмент 26. Ось 12 в осевом нэправле5 нии заневолена посредством крышек 27 и

28. На верхнем торце оправки 7 выполнен призматический выступ, с которым контактируют стенки паза поводкового патрона

29.

0 Описанная выше сверлильная головка (фиг,45, 46, 47) работает следующим образом.

Перед началом работы корпус сверлильной головки своим хвостовиком 2 устанав5 ливают на пиноль станка и закрепляют при помощи проушин 3 болта 4 и гайки 5. Поводковый патрон 29 устанавливают в коническую расточку шпинделя станка. При вращении шпинделя станка вращается по0 водковый патрон 29 и посредством соединения шип-паз передает вращение оправке 7 и инструментальному шпинделю 21, соединенному с оправкой посредством шарнира . 22, причем скорость вращения инструмен5 тального шпинделя 21 равна скорости вращения шпинделя станка.

При вращении оправки 7 вращается центральная шестерня 8 и при помощи сдвоенного блока шестерен 11 и 15 переда- ет вращение на ведомую шестерню 10 и

далее посредством фланца 17, поводковых . штырей 18 на державку 19, причем скорость ее вращения отличается от скорости вращения шпинделя станка. Вместе с державкой 19 вращается эксцентрично расположенный груз 24. При вращении груза на нем возникают центробежные силы, которые, воздействуя на державку 19 и через подшипники 20 на инструментальный шпиндель 21, смещают его с номинального положения. Величина смещения зависит от массы груза 24 и радиуса расположения его центра относительно оси вращения. При обработке некруглых отверстий, например двухлезвийным инструментом, передаточное отношение редуктора, состоящего из шестерен 3,14,15,10 рассчитывается с использованием соотношения (13).

Предложенный способ обработки и устройство для его осуществления могут быть использованы при изготовлении некруглых валов и отверстий для бесшпоночных соединений, используемых для передачи крутящего момента. Для этой цели используются шлицевые соединения, процесс изготовления которых характеризуется высокой трудоемкостью и высокой стоимостью режущего инструмента.

Экономический эффект определялся по разности затрат на изготовление шлицево- го отверстия втулки, и некруглого трехгранного отверстия для бесшпоночного соединения.

Формула изобретения 1. Способ механической обработки, при котором инструменту, установленному с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и заго- ТОЕI е сообщают относительные вращательное движение резания, осевое движение пслачи и радиальное перемещение, отличающийся тем, что, с целью расширения т нологмческих возможностей, использу- к г инструмент с неуравновешенной относи- льно оси вращения массой, при этом при вменении заданного радиус-вектора обработанной поверхности изменяют угол между перпендикуляром к оси вращения, проходящим через вершину одного из зубьев инструмента и направлением центробежной силы, причем величину угла назначают по соотношению

CpyS XI/ -%lcos0

г} arccos

Z тэ a/2 R9 U

где Сру - коэффициент радиальной составляющей силы резания;

S - осевая подача инструмента; Z - число зубьев инструмента; pi - текущий радиус-вектор, на котором . располагается вершина l-той режущей кромки инструмента;

do - диаметр предварительно обработанной поверхности;

О - угол расположения 1-й режущей кромки инструмента относительно режущей кромки, расположенной на заданном контуре обработанной поверхности заготовки;

тэ - масса эксцентрично расположенного тела;

со - угловая скорость вращения эксцен- тричной массы;

R3 - радиус расположения центра эксцентричной массы относительно своей оси вращения;

и - передаточное отношение, завися- щее от условий крепления инструмента.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при обработке многогранных в осевом сечении поверхностей, ось вращения неуравновешенной Массы совмещают с осью инструмента, а величину ее угловой скорости устанавливают отличной от скорости относительного вращения в направлении, совпадающем с направлением инструмента или

заготовки, и попеременно совмещают основные плоскости зубьев инструмента с на- правлением центробежной силы в фиксированных плоскостях, проходящих через ось заготовки, причем количество плоскостей совмещения устанавливают равным числу граней готовой детали.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающий- с я тем, что обработку осуществляют вращающимся однолезвийным инструментом, при этом угловую скорость неуравновешенных масс устанавливают по соотношению

Иэ (Уи(п+ 1),

где - угловая скорость инструмента;

п - число граней обработанной поверх- ности.

4. Способ по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что обработку осуществляют вращающимся многолезвийным инструментом, 0 при этом угловую скорость неуравновешен- ных масс устанавливают по соотношению

«-«i&rfeгде 2 - число зубьев инструмента, а число зубьев инструмента выбирают мень- шим числа граней обработанной поверхности,

5. Способ по пп.1 и 2, отличающий- с я тем, что обработку осуществляют при вращающейся заготовке однолезвийным

инструментом, при этом угловую скорость неуравновешенных масс выбирают по соотношению

Чэ Уз П , г це Шз - угловая скорость заготовки.

6. Способ по ппЛ и2,отличающий- я тем, что обработку осуществляют при вращающейся заготовке многолезвийным инструментом, при этом угловую скорость н еуравновешенных масс выбирают по соотношению

Oh Шз -

п 7. Способ по п.1, отличающ и и с я TSM, что ось вращения неуравновешенной л ассы совмещают с осью относительно вра- I (ения, а направление вращения устэнавли- вают обратным направлению вращения инструмента или заготовки.

8. Способ по пп. 1 и 7, о т л и ч а ю щ и й- q я тем, что обработку осуществляют вращающимся однолезвийным инструментом, гри этом скорость вращения неуравновешенной массы выбирают по соотношению

(Из ОД|(П- 1).

9. Способ по пп,1 и7,отличающий- с я тем, что обработку осуществляют вращающимся многолезвийным инструментом,- гри этом скорость вращения неуравнове- иОенной массы выбирают по соотношению

(rrbr

10. Способ по пп.1 и 7, отличаю- щ и и с я тем, что обработку осуществляют п ри вращающейся заготовке однолезвийным инструментом, при этом угловую скоро- сгь вращения неуравновешенной массы гганавливают по соотношению

йь (Оз

11. Способ

п

(Z-n-Z-n) по пп.1 и7,отличаю- Ш и и с я тем, что обработку осуществляют При вращающейся заготовке многолезвийным инструментом, при этом угловую скоро- сгь вращения неуравновешенной массы гганавливают по соотношению (Оэ п.

12. Способ по п.1,отличающийся тем, что при обработке инструментом с сим- метрично расположенными режущими к юмками ось вращения неуравновешенной массы устанавливают перпендикулярно ос- нэвной плоскости режущей части инструмента.

13. Способ по п.п.1 и 12, отличаю- u и и с я тем, что при обработке однолезлйным инструментом, скорость вращения массы устанавливают

в

неуравновешенной п э соотношению

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

(Уз ГА1(э) П.

14. Способ по п.п.1 и 13, отличающий с я тем, что при обработке многолезвийным инструментом, скорость вращения неуравновешенной массы устанавливают по соотношению

(3)()

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа при обработке эксцентричных относительно предварительно обработанных поверхностей одно- и двухлезвийным инструментом, совмещают плоскости действия центробежных сил и основной плоскости инструмента в одной фиксированной относительно заготовки плоскости и в одном направлении, при этом угловую скорость неуравновешенной массы устанавливают в два раза большей скорости вращения инструмента или равной скорости вращения заготовки.

16. Способ по пп.1 и 2, отличающий с я тем. что поперечное совмещение основных плоскостей зубьев инструмента с направлением центробежной силы в симметрично расположенных плоскостях, проходящих ось заготовки, количество которых равно числу граней готовой детали, осуществляют с дополнительном поворотом отно- сительно заготовки вокруг ее оси со скоростью, определяемой по зависимости

360°

«доп йЦз) arcsin(S.tga/D-j где а - угол между осью заготовки и касательной к винтовой поверхности грани готовой детали;

Don - диаметр описанной окружности сечения готовой массы.

17. Устройство для механической обработки, содержащее корпус, на хвостовой части которого выполнена внутренняя цилиндрическая расточка, предназначенная для взаимодействия с пинолью станка, механизм крепления к иноли, смонтированный на корпусе, поводковый патрон с конической частью, инструментальный шпиндель с державкой, оправку, установленную в корпусе на подшипниках и несущую центральную шестерню, предназначенную для-взаимодействия с верхним зубчатым венцом сдвоенного блока шестерен, нижний венец которого предназначен для взаимодействия с ведомой шестерней, установленной на подшипниках в крышке корпуса, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, устройство снабжено фланцем с поводковыми пальцами и узлом, закрепленным на шпильке, при этом центральная шестерня установлена соосно ведомой шестерне, на торце последней закреплен фланец, оси поводковых пальцев которого расположены параллельно оси оправки, в нижние концы которых заневолены между

стенками выполненного на торце державки радиального паза, причем шпилька с грузом установлена в выполненном в державке радиальном резьбовом отверстии, а державка установлена с возможностью вращения в нижней части инструментального шпинделя.

.Фие.1

7

5

УS

J71

Фиг.З б

Фиг.1.

Фиг А

Фие.7

1838047

k А-А

г

Фи г. 8

4 lA-JLU

Ч

Ул

Фи г. 9

фиг.1Т

Фь« А

Ч

tl

Фиг.Ю

4&

Фиг.11

Фиг.1Т

Л

i

Ъ

Фиг. 15

. ,. i

- t«. i v

а

Ч

,/..i Ak i

Lkbi «.

w

n

//S/////////////S/////

Фиг.Н

Фиг. 16

A-A

Фиг. 18

Фиг.19

А,А,,А

Фиг11

Чг

Фиг. 20

Фие.22

MA

Т Ь

Фи г,13

Фиг. 25

Г1 BatAi

ФигМ э

Фиг. 26

Я

Фиг.11

«

АЬ

Фиг.28

Фи г. 30

Л

Фаг.ЗЬ

А,-А,

90

HI

7777

Фиг. 31

Фе/гА/

6k

ФигЛ1

ФигМ

s

г

I

CNJ VT

csi «si

А-А

ФигЛб

k

DS 5