устройство для токарной обработки нежестких деталей

Формула изобретения

Устройство для токарной обработки нежестких деталей, содержащее базовый корпус, резцедержатель, установленный с возможностью перемещения на направляющих базового корпуса, упругий элемент и электромагнит с подвижным элементом, ориентированный параллельно упомянутым направляющим, при этом силовая характеристика упругого элемента и развиваемое на рабочем отрезке усилие электромагнита выбраны из условия постоянства их суммарного усилия на величине хода резцедержателя, отличающееся тем, что оно снабжено рычагом, связывающим электромагнит с резцедержателем, подвижный элемент электромагнита выполнен с конической формой рабочего конца, а базовый корпус предназначен для закрепления его в резцедержателе станка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки материалов резанием и может быть использовано при чистовой обработке на токарных станках нежестких деталей с повышенными требованиями к точности и шероховатости обработанных поверхностей.

Известно устройство для обработки нежестких деталей, содержащее специальный диск, жестко закрепленный на торце заготовки, на котором с помощью электромагнита создается дополнительный изгибающий момент, и люнет посередине заготовки, на котором с помощью другого электромагнита создается дополнительная радиальная сила, причем величины изгибающего момента и радиальной силы задаются следящей системой от датчика продольного положения инструмента и одновременно компенсируют упругие линейные и угловые деформации обрабатываемой заготовки, возникающие в месте приложения силы резания (а.с. № 1085674, МПК⁶ В 23 В 1/00, БИ № 14, 1984).

Недостатками известного устройства являются необходимость дополнительных экономических затрат на модернизацию универсальных токарных станков путем введения датчика продольного положения инструмента, люнета с электромагнитным силовым приводом и следящей системы с программируемым управлением двумя силовыми электромагнитными приводами; снижение производительности труда, обусловленное необходимостью жесткого крепления специального диска на торце каждой обрабатываемой заготовки для передачи на нее компенсирующего изгибающего момента.

Известно устройство для токарной обработки нежестких деталей, содержащее продольный двухкорпусной суппорт, верхний корпус которого несет резцедержатель и установлен с возможностью перемещения на направляющих базового корпуса и связан с ним упругим элементом, электромагнит, закрепленный на базовом корпусе и ориентированный параллельно направляющим с ярмом, закрепленным на верхнем корпусе, причем силовая характеристика упругого элемента и развиваемое на рабочем отрезке усилие электромагнита выбраны из условия постоянства их суммарного усилия на величине хода верхнего корпуса (патент РФ № 1400787, МПК ⁷ В 23 В 1/00, БИ № 21, 1988).

Недостатком известного устройства являются ограниченные технологические возможности, так как значительная крутизна и нелинейность силовой характеристики электромагнита с плоским ярмом обеспечивают малую величину (1…2 мм) рабочего хода устройства, на которой эффективно стабилизируется продольная составляющая силы резания при реальных условиях чистовой токарной обработки с глубинами резания до 2 мм.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и качества обрабатываемых точением поверхностей за счет стабилизации силы резания, расширение технологических возможностей устройства при токарной чистовой обработке с глубинами резания до 2 мм без дополнительных экономических затрат на модернизацию универсальных токарных станков.

Поставленная задача решается следующим образом: в устройстве для токарной обработки нежестких деталей, содержащем базовый корпус, резцедержатель, установленный с возможностью перемещения на направляющих базового корпуса, упругий элемент, электромагнит с подвижным элементом, ориентированный параллельно его направляющим, причем силовая характеристика упругого элемента и развиваемое на рабочем отрезке усилие электромагнита выбраны из условия постоянства их суммарного усилия на величине хода резцедержателя, причем подвижный элемент электромагнита выполнен с конической формой рабочего конца, базовый корпус закреплен в резцедержателе станка и дополнительно введен рычаг, связывающий электромагнит с резцедержателем.

На фиг.1 представлена схема устройства для токарной обработки нежестких деталей; на фиг.2 - силовые характеристики пружинно-электромагнитного привода устройства при различных напряжениях; на фиг.3 - сравнительные силовые характеристики электромагнитов с плоским ярмом и с подвижным элементом с конической формой рабочего конца; на фиг.4 - разрез электромагнита с конической формой рабочего конца подвижного элемента.

Предложенное устройство для токарной обработки нежестких деталей содержит базовый корпус 1, закрепляемый в продольном пазу стандартного резцедержателя 2 универсального токарного станка. В базовом корпусе 1 на продольных направляющих качения 3 установлен резцедержатель 4 с жестко закрепленным резцом 5. Между резцедержателем 4 и базовым корпусом 1 установлен силовой привод, состоящий из упругого элемента 6 с винтом 7 регулировки ее усилия и электромагнита 8 с усиливающим рычагом 9, максимальный ход которых ограничен винтом 10.

Работает предложенное устройство для токарной обработки нежестких деталей следующим образом.

Устройство для токарной обработки нежестких деталей как автономный узел устанавливается в стандартный резцедержатель 2 (фиг.1) токарного станка в продольном направлении с помощью призматического хвостовика на базовом корпусе 1. В базовом корпусе 1 выполнены шариковые направляющие качения 3, по которым может перемещаться резцедержатель 4 с пазом под резец 5. В статическом состоянии резцедержатель 4 поджимается к ограничительному винту 10 силовым приводом, состоящим из двух частей: упругого элемента 6 с винтом 7 регулировки его начального усилия и электромагнита 8 с усиливающим рычагом 9. Каждая часть силового привода обеспечивает на резцедержателе 4 соответствующие коллинеарные силы Р_П и Р_М, т.е. суммарно силовой привод развивает усилие Р_п+Р_м, которое определяет реакцию устройства на продольную составляющую силы резания.

В устройстве предусмотрена возможность использования от одного до трех упругих элементов 6, а также одного или двух электромагнитов 8 в соответствующих частях силового привода в зависимости от условий обработки конкретных партий деталей.

Силовой привод устройства настраивается на номинальное значение продольной составляющей силы резания R_X, рассчитанной по типовым нормативам режимов резания или определенной экспериментальным путем для номинальных глубины резания t и физико-механических свойств (твердости) материала заготовки при установленной величине подачи S_c: р_п+р_м=-р_х.

При этом величина силы реакции устройства Р_П+р_м=const, так как упругий элемент 6 привода имеет линейно возрастающую силовую характеристику а (фиг.2) как функцию относительного перемещения резцедержателя 4 (фиг.1), а электромагнит привода - нелинейно убывающую силовую характеристику b (фиг.2), на которой можно выделить квазилинейный рабочий участок _рав.

В устройстве используется электромагнит 8 с замкнутым магнитопроводом и подвижным элементом с конической формой рабочего конца (фиг.4). Если электромагнит с плоским ярмом при различных напряжениях имеет силовые характеристики f, g (фиг.3) с рабочим участком 1,5…2,5 мм, то электромагнит 8 с конической формой рабочего конца при аналогичных размерных и энергетических параметрах имеет квазилинейный участок от 5,5 до 7,5 мм, т.е. в 3…4 раза больший (фиг.3, h, k).

Увеличение рабочего участка электромагнита 8 использовано для увеличения абсолютного значения составляющей Р_м силового привода за счет усиливающего рычага 9 (фиг.1) с коэффициентом усиления, равным двум. Использование рычажно-электромагнитной подсистемы в силовом приводе обеспечивает работоспособность устройства в реальных условиях чистовой токарной обработки сталей и сплавов с глубинами резания до 2 мм.

При точении заготовки с номинальным припуском резцедержатель 4 (фиг.1) находится в статическом состоянии относительно базового корпуса 1 и стандартного резцедержателя 2 станка, так как продольная составляющая силы резания Р_х уравновешена усилием привода Р_п+р_м. При мгновенном отклонении глубины резания или (и) твердости материала от номинальных значений изменяется сила резания, в том числе ее продольная составляющая, на величину дифференциала силы Р_Х. Нарушается силовой баланс в технологической системе, и резцедержатель 4 смещается относительно базового корпуса 1 на величину, которая составляет дифференциал подачи dS, при этом знак дифференциала подачи противоположен знаку дифференциала силы резания. Таким образом, реальная подача при резании становится равной S_c+dS, что вызывает соответствующее изменение силы резания и ее продольной составляющей, то есть происходит силовая стабилизация процесса резания и, как следствие, - повышение точности обрабатываемых поверхностей.

Важной характеристикой устройства является величина быстродействия как промежутка времени от возникновения возмущающего воздействия по глубине резания до компенсации изменения продольной составляющей силы резания, составившая в экспериментальном устройстве 0,0004 с (0,4 мс) и расширяющая технологические возможности устройства.