устройство для обработки круговых отверстий и деталей

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРУГОВЫХ ОТВЕРСТИЙ И ДЕТАЛЕЙ, содержащее установленный на оси инструмент в виде диска с режущими элементами и охватывающий инструмент кожух, отличающееся тем, что режущие элементы выполнены в виде плоских ножей с заточкой на концах и со сквозными отверстиями, в которых установлены обоймы с размещенными в них с возможностью вращения шариками или роликами на осях, причем режущие элементы установлены на диске с возможностью поворота вокруг осей, перпендикулярных к оси диска, а на внутренних поверхностях кожуха эквидистантно размещены две введенные направляющие, предназначенные для взаимодействия с шариками или роликами режущих элементов и обеспечивающие наклон режущих элементов на угол , определяемый из соотношения





где d - расстояние от центра инструмента до оси поворота режущего элемента;

t - длина режущего элемента;

- угол поворота режущего элемента относительно оси инструмента;

D - диаметр обрабатываемого изделия;

B - ширина острия режущего элемента;

и - верхние знаки при обработке отверстий, нижние - при обработке деталей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области прорезания вращающимся инструментом отверстий или вырезки круговых деталей, имеющих диаметр, значительно превышающий глубину прорезания.

Известно устройство для резки дисковым инструментом, в котором при той же ширине реза, как и при кольцевом сверлении, осуществляется круговая вырезка отверстий и деталей с помощью деформирования по форме круговой прорези в процессе резания изгибанием вращающихся прорезных дисковых инструментов - отрезных фрез, круглых пил или эластичных абразивных дисков. В этом случае можно врезать инструменты сразу на полную глубину и обрабатывать отверстие или круговую деталь за один проход инструмента по кругу.

Однако придание инструменту, установленному на валу станка, формы цилиндра с помощью применяемых в этом случае прижимных винтов, установленных в кожухе, охватывающем инструмент с обеих сторон, не всегда выполнимо. Кроме того, при вращении поджатого с двух сторон инструмента на валу станка создается значительная дополнительная изгибающая нагрузка, приводящая к быстрому износу подшипников и всего станка.

Для устранения отмеченного выше предлагается периферийную часть инструмента в области резания не изгибать, а наклонять в процессе резания относительно плоскости его корпуса по направлению к оси обрабатываемого отверстия или детали в плоскости, проходящей через оси инструмента, и круговой прорези. Это облегчает расположение концов режущих элементов по цилиндрической направляющей и практически исключает дополнительную нагрузку на вал станка. Угол наклона режущих элементов в каждый момент обработки, получаемый из условия прохождения концов режущих элементов по цилиндрической направляющей, определяется из соотношения:

+ tcos sinsin²+ - tsin Bsin=.

В предлагаемом устройстве, включающем дисковый инструмент, состоящий из корпуса и режущих элементов по его периферии, и кожуха, служащего опорой для средств изменения положения режущих элементов в процессе резания, режущие элементы выполнены в виде плоских ножей с заточкой на концах и с цилиндрическими шарнирами на противоположных концах, установленных с возможностью поворота в плоскости, пересекающей ось инструмента в цапфах, укрепленных по периферии его корпуса на равном расстоянии от оси инструмента. В поверхностях ножей на одинаковом расстоянии от их концов и соосно с их режущими концами выполнены сквозные отверстия, в которые установлены в обоймах шарики или на осях ролики, а на внутренних поверхностях кожуха по трассе требуемого движения шариков или роликов, определяемой необходимым наклоном ножей на угол , установлены две направляющие.

Направляющие могут быть выполнены либо монолитными, либо в виде гибких полос, регулируемых винтами, установленными в кожухе по трассе направляющих. При этом в наружной части кожуха относительно обрабатываемой круговой прорези установлены прижимные винты, а во внутренней - винты с захватными устройствами на концах, контактирующими с полосой, между которыми также установлены прижимные винты. Это позволяет перенастраивать направляющие в зависимости от изменения размеров обрабатываемого отверстия или детали.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства по кожуху; на фиг.2 - схема расположения шарика в ноже; на фиг.3 - схема расположения роликов в ноже; на фиг. 4 - схема взаимодействия шарика с направляющими; на фиг.5 - схема расположения винтов для изгиба направляющей; на фиг.6 - продольное сечение устройства с изогнутой направляющей; на фиг.7 - схема взаимодействия винтов с гибкими направляющими.

Для обработки круглых отверстий диаметром D_o или круговых деталей диаметром D_д, глубиной или толщиной S, значительно меньшей их диаметров, применяют инструмент с корпусом в виде диска диаметром d, по периферии которого расположены режущие элементы, каждый длиной t, установленные с возможностью поворота относительно плоскости корпуса в плоскостях, пересекающихся с осью инструмента.

Устройство для обработки круговых отверстий и деталей состоит из корпуса 1, в котором помещен редуктор 2, на валу 3 которого установлен прорезной инструмент, состоящий из диска 4, по периферии которого на одинаковом расстоянии от оси расположены цапфы 5, в которых на осях 6 и с помощью петель 7 установлены с возможностью поворота плоские ножи 8 с заострениями на концах 9. Ножи 8 могут поворачиваться на осях 6 в направлении к оси инструмента в одну или обе стороны.

На равном расстоянии от осей 6 в поверхностях ножей выполнены отверстия 10, в которых с помощью обойм 11 установлены с возможностью вращения шарики 12 или на осях 13 ролики 14, диаметром d_ш. К верхней части корпуса через кронштейн 15 прикреплен кожух 16, охватывающий своими боковыми сторонами 17 и 18 прорезной инструмент. К внутренним поверхностям боковых сторон кожуха в районе трассы движения шариков 12 или роликов 14 прикреплены две эквидистантные направляющие 19 и 20, осуществляющие наклон ножей на требуемый угол при повороте корпуса инструмента на угол . Изгиб и наклон направляющих должен быть симметричен относительно продольной оси устройства: с одной стороны в зоне резания, а с другой - в зоне свободного прохождения ножей в выполненной прорези. Далее направляющие постепенно переходят в параллельные друг другу и диску корпуса инструмента плоскости.

Деталь или заготовка 21, в которой нужно вырезать круговое отверстие или из которой нужно вырезать круг, установлена на круглом столе 22, расположенном в свою очередь на продольном столе 23 устройства.

В случае применения предложенного устройства для круглого прорезания, когда диаметр и глубина часто изменяются, целесообразно использовать направляющие, способные на месте изменять свою конфигурацию. Такими направляющими могут быть два плоских гибких кольца 24 и 25, расположенных друг против друга и в верхней 26 и нижней 27 точках, жестко соединенных с кожухами, а по трассе района резания изогнутых (28 и 29). Изгиб и наклон таких направляющих осуществляется с помощью винтов 30, ввинченных в обе поверхности кожухов в месте требуемого движения шариков 12 или роликов 14. Ввинченные с наружной стороны кожуха винты 31 (относительно круговой прорези) изгибают направляющую 28 упором своих концов, а установленные с противоположной стороны кожуха винты 32 изгибают направляющую 29 оттягиванием с помощью захватов 33, присоединенных к их концам шарнирами Гука 34. Для стабилизации положения оттянутой направляющей между оттягивающими винтами 32 установлены фиксирующие прижимные винты 35.

Положение кромки острия ножа, прилегающей к поверхности вырезаемого отверстия, при повороте инструмента на угол в системе координат с плоскостью XO_oY, касающейся поверхности цилиндра отверстия с центром в точке пересечения ее с осью инструмента и направлением оси Z к центру вырезаемого отверстия, определяется координатами

(1)

При вырезке круговой детали с плоскостью координат, касающейся цилиндра детали, т. е. смещенной к центру круговой прорези относительно первой на величину B, положение кромки острия ножа определяется координатами

(2)

В общем обозначении (1) и (2) можно записать как

(3)

Точки касания шарика или ролика направляющих, соответствующих положению конца ножа, по формуле (3) в тех же координатах определяются для наружной направляющей:

(4) для внутренней направляющей:

(5)

В общей записи для наружной и внутренней направляющих:

(6)

"Жесткие" направляющие 19 и 20 могут изготовляться при обработке их контактных поверхностей по координатам, указанным в формуле (6), но для настройки направляющих из гибких колец 24 и 25 в связи с практической невозможностью их точного наклона на угол следует производить проверку настройки ножей непосредственно по координатам их кромок, указанных в формуле (3).

Свободное прохождение ножей в образуемую ими прорезь, которая вдоль их продольных осей при обработке имеет эллиптичную форму, обеспечивается утонением ножей и поднутрением их режущих концов.

В поперечном направлении минимальная величина утонения определяется радиусом отверстия или детали и шириной ножа Н и равна B_п=D/2- . Утонение должно быть произведено по задней кромке ножа и может быть заменено скосом от лезвия на угол, определяемый из выражения t_п > .

Минимальный угол поднутрения в продольном направлении, смежный с внутренней стороны прорези , гарантирует свободное прохождение лезвия, если он определен при повороте инструмента на угол _max. Требуемый угол определяется из выражения = ₁ - , где ₁ - угол касательной к эллипсу сечения прорези при _max. В данном случае ширину реза - B, значительно меньшую, чем диаметр прорези в расчет не принимают.

Из уравнения касательной к эллипсу + при значениях

x_o= + tcos; y_o = - tsin; a = ; b =

Общее уравнение касательной имеет вид

(d/2 + tcos )sin² _maxX + (D/2 - tsin )Y - (D/2)² = 0. Это же уравнение, преобразованное в уравнение с угловым коэффициентом имеет вид

Y = - X + (7) Здесь угловой коэффициент K=tg(180-₁) = - , отсюда ₁= arctg (8)

Минимальная глубина продольного поднутрения и соответственно величина утонения ножа с внутренней стороны прорези определяется расстоянием между линией наклона ножа под углом при _max и линией, параллельной ей и касательной к эллипсу сечения цилиндра диаметром D под углом _max.

Линия по внутренней кромке ножа под углом определяется из уравнения прямой в отрезках = , где X1 = d/2; Y1 = D/2; X₂ = d/2 + tcos ; Y2 = D/2 - tsin .

После подстановки указанных значений координат уравнение прямой примет вид

sin X + cos Y - 0,5(Bcos +

+dsin ) = 0 (9)

Уравнение касательной к эллипсу сечения

+ = 1.

Это же уравнение касательной в общем виде

X_osin² X + Y_oY - (D/₂)² = 0. (10) Из условия параллельности прямых (9) и (10) по пропорциональности коэффициентов

= (11)

Из системы двух уравнений (10) и (11)

X_o = и Y_o =

По формуле для определения расстояния от точки до прямой B₁ = X_ocos(90^o - ) + Y_osin(90^o - ) - p, где p - расстояние от этой прямой до начала координат. После подстановки значений X_o и Y_o определяется глубина поднутрения

B₁=0,5Dcos - 1 - dsin, (12)

Устройство работает следующим образом. При вырезке отверстий и круглых деталей в листе толщиной 30 мм диаметрами D = 1000, 500 и 300 мм используется дисковый инструмент с поворотными ножами, расположенными на расстоянии от центра d/2 = 50 мм и имеющими каждый длину от оси поворота до конца лезвия, равную t = 50 мм, с направляющими шариками диаметрами d_ш = 10 мм, находящимися на расстоянии l = 15 мм от осей цапф ножей с шириной лезвия B = 5 мм.

Для определения трасс движения шариков или роликов по направляющим необходимо определить углы наклона ножей при заданных значениях углов поворота инструмента вокруг своей оси от нижнего положения по вертикали, равных 10, 20, 30, 40 и 50^о, а также определить значения _max и _max при заданных диаметрах. Затем по заданным значениям и углов поворота ножей к оси инструмента по формуле (3) определяются координаты кромки лезвия как при обработке отверстия, так и при вырезке круглой детали. По формуле (6) рассчитаны для заданных углов поворота ножей при вращении корпуса инструмента координаты перемещения шариков или роликов по направляющим.

Указанные данные рассчитаны с точностью до тысячных долей градуса и мм и приведены в табл.1. Как видно из табл.1, несмотря на относительно большой диапазон изменения диаметров отверстий или круговых деталей, (от 1000 до 300 мм) координаты направляющих по X и Y для каждого угла разворота диска инструмента от вертикали различаются в пределах 0,5 мм. Это позволяет при использовании гибких направляющих применять настроечные винты, установленные в кожухе по средним значениям допустимых диаметров обработки. Из табл.1 видно, что существенные изменения претерпевают координаты концов ножей и трасс направляющих по оси Z.

Значения требуемой минимальной глубины утонения ножей и углов поднутрения их режущих концов при обработке отверстий или деталей заданных размеров приведены в табл.2.

Из табл. 2 видно, что при заданных размерах отверстий глубина и углы поднутрения малы. Уменьшение толщины ножей незначительно.