устройство для комбинированной обработки винтов по копиру

Классы МПК:B23P23/04 для механической обработки со снятием стружки в сочетании с другими металлообрабатывающими операциями 
Автор(ы):, , , , , ,
Патентообладатель(и):Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2005-05-30
публикация патента:

Изобретение относится к области машиностроения, обработке точных винтов из труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит алмазно-абразивный круг с индивидуальным приводом. Для расширения технологических возможностей, повышения производительности, качества и точности обработки толщина копира выбрана равной шагу обрабатываемого винта, причем копир предназначен для закрепления на торце заготовки, а контактирующий с ним щуп выполнен в качестве инструмента для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, причем диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, при этом диск трения предназначен для использования в качестве подвижного люнета и нагружен силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом. 6 ил. устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829

устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829

Формула изобретения

Устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, содержащее алмазно-абразивный круг с индивидуальным приводом и щуп, контактирующий с копиром, отличающееся тем, что толщина копира равна шагу обрабатываемого винта, причем копир предназначен для закрепления на торце заготовки, а щуп выполнен в виде диска трения для фрикционного поверхностного упрочнения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, причем диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, диск трения предназначен для использования в качестве подвижного люнета и нагружен силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению к области станкостроения и технологии машиностроения, может быть использовано при финишной алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтовых поверхностей точных винтов из труднообрабатываемых материалов.

Известен способ и устройство для шлифования винтов дисковым однониточным шлифовальным кругом, которое включает установку круга на угол устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 в подъема витка обрабатываемого винта и сообщение ему независимого вращательного движения и продольной подачи, а детали - вращения и поступательного перемещения, кинематически связанного с продольной подачей круга, равной шагу обрабатываемого винта, при этом используют круг на одну степень твердости выше и один номер зернистости меньше, чем при традиционном шлифовании, высотой, равной половине шага обрабатываемого винта, и дополнительно наклоняют его под острым углом устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 АРС к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, для создания аксиально-смещенного режущего слоя, который определяют по формуле

устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829

где устройство для комбинированной обработки винтов по копиру, патент № 2288829 в=arc tg[t/(2D)] - угол подъема витка обрабатываемого винта, град;

t - шаг винта, мм; D - делительный диаметр винта, мм;

Dи - наружный диаметр шлифовального круга, мм [1, 2].

Применение известного способа и устройства для абразивной обработки улучшает качество, повышает производительность обработки и уменьшает расход абразива, однако способ и устройство имеют существенные недостатки.

Это ограниченность применения: только для обработки винтовых поверхностей винтов; сложность и трудоемкость настройки после правки по мере затупления и засаливания круга, а также быстрая потеря и длительное восстановление формы профиля фасонной периферийной поверхности круга, что снижает точность, качество и производительность чистовой алмазно-абразивной обработки.

Кроме того, невозможность варьировать продольной подачей, которая должна быть строго определенной и равной шагу обрабатываемого винта, и не позволяет устанавливать оптимальные режимы резания.

При этом способ и устройство не решают вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости обрабатываемой поверхности.

Известен способ и устройство для обработки кулачков, имеющих плавный переход криволинейных поверхностей, по обработанной поверхности и копиру небольшой толщины, который крепят к торцу заготовки [3]. По этому копиру лезвийным инструментом обрабатывают небольшой участок; далее ролик щупа перемещается по обработанному ранее участку поверхности.

Недостатками известного способа и устройства являются низкая точность обработки нежестких заготовок из-за больших односторонних усилий резания и усилий прижатия щупа, которые ведут к прогибу и бочкообразности обрабатываемой заготовки.

При этом ограниченность способа и устройства, которые реализуются в основном при работе лезвийным инструментом, не позволяет использовать их, например, при обработке алмазно-абразивными кругами.

Кроме того, способ и устройство не решают вопроса поверхностного упрочнения и повышения износостойкости обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства, заключающееся в комбинированной алмазно-абразивной обработке с одновременным фрикционным поверхностным упрочнением по копиру и обработанной поверхности, простота и минимальная трудоемкость настройки после правки, возможность устанавливать оптимальные режимы резания, а также повышение износостойкости, качества, производительности и точности обработки.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для комбинированной обработки винтов по копиру алмазно-абразивным кругом с индивидуальным приводом, причем толщина копира равна шагу обрабатываемого винта и копир закреплен к торцу заготовки, а контактирующий с ним щуп является инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, установленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, при этом диск трения установлен в диаметрально противоположном месте относительно алмазно-абразивного круга на расстоянии в продольном направлении, равном шагу обрабатываемого винта, при этом радиус рабочей поверхности в продольном сечении диска трения равен радиусу периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга, кроме того, диск трения, выполняющий роль подвижного люнета, нагружают силой прижима к заготовке, равной силе резания, развиваемой алмазно-абразивным кругом.

Сущность устройства поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема комбинированной обработки начального участка заготовки-винта по копиру с помощью предлагаемого устройства с установкой заготовки в патроне токарного станка и поджатием задним центром новым алмазно-абразивным кругом, вид сверху; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, устройство крепления щупа, являющегося инструментом для фрикционного поверхностного упрочнения в виде диска трения, закрепленного через упругий элемент с помощью фланцев на валу индивидуального электропривода, на суппорте; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг 1, устройство крепления алмазно-абразивного круга и установки его на суппорте; на фиг.4 - элемент В на фиг.1; на фиг.5 - элемент Г на фиг.1; на фиг.6 - схема комбинированной обработки последующего участка винта по обработанному ранее участку с помощью предлагаемого устройства максимально изношенным алмазно-абразивным кругом, вид сверху.

Предлагаемое устройство предназначено для комбинированной алмазно-абразивной обработки с одновременным фрикционным поверхностным упрочнением заготовок винтов 1 по копиру 2. Устройство позволяет сообщать алмазно-абразивному кругу 3 и диску трения 4 независимые друг от друга вращательные движения Vк и Vф и продольную подачу Sпр, а заготовке 1 - независимое вращения Vз. Поперечная подача Sпоп инструментов обеспечивается копиром 2, толщина lк которого равна шагу t обрабатываемого винта 1, и обработанной поверхностью.

Копир 2 закрепляется с торца заготовки и соосно ей таким образом, что является продолжением обрабатываемого винта.

Диск трения 4, выполняющий роль щупа, первоначально контактирующий с копиром 2, а затем с обработанной поверхностью заготовки, устанавливают в диаметрально противоположном месте относительно круга 3 на расстоянии в продольном направлении, равном шагу t обрабатываемого винта 1.

Диск трения 4 для фрикционного поверхностного упрочнения закрепляют через упругий элемент 5 с помощью фланцев 6 на валу 7 индивидуального электропривода 8.

Радиус R Ф рабочей поверхности в продольном сечении диска трения 4 равен радиусу RK периферийной рабочей поверхности в продольном сечении алмазно-абразивного круга 3.

Для повышения точности обработки необходимо стремится к минимальным значениям радиусов RФ и RK.

Диск трения 4, выполняющий роль подвижного люнета при обработке нежестких заготовок винтов, нагружают силой PФ прижима к заготовке, равной силе Ру резания, развиваемой кругом 3.

Работа предлагаемым устройством для комбинированной алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру производится в следующей последовательности.

На заготовку винта 1, предварительно прошедшую черновую обработку, с торца устанавливают копир 2 таким образом, чтобы не нарушилось базирование заготовки и продольная ось винта совпала с осью центров станка, на котором производится обработка.

К установленной, например, в патроне 9, оснащенном кулачками 10, и поджатой задним центром 11 токарного станка заготовке винта сзади подводят диск трения 4 с помощью маховичка 12, который смонтирован на винте 13 поперечного суппорта 14 станка. Винт 13 воздействует на подвижную плиту 15 через пружину 16, создавая определенное усилие Рф на диске трения 4. Далее маховичком 17, который установлен на винте 18, связанном с верхней подвижной плитой 19, к заготовке подводится алмазно-абразивный круг 3, смонтированный на шпинделе шлифовальной головки 20, которая установлена на верхней подвижной плите 19. По лимбу (не показан) маховичком 17 устанавливается глубина шлифования и включается продольная подача Sпр .

При чистовой обработке винта 1 по предлагаемому комбинированному способу по копиру 2 шлифуют небольшой начальный участок заготовки, равный длине шага t; далее диск трения 4 перемещается по обработанному ранее участку поверхности заготовки.

Принудительное встречное вращательное движение с целью фрикционного поверхностного упрочнения сообщается диску трения 4 только после прохождения копира 2 в момент вступления в контакт с заготовкой.

Упругий элемент 5, посредством которого диск трения 4 закреплен на валу 7, служит для гашения вибраций, возникающих от погрешности формы диска и копира при их обкатывании и контакте, а также для возможности регулирования усилия прижатия диска трения к обрабатываемой поверхности. Изменение жесткости упругого элемента 5 зависит от степени сжатия фланцев 6, между которыми расположены упругий элемент с диском трения.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имеет следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта D=27-0,05 мм, эксцентриситет e1=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=25±0,01 мм, шероховатость Ra=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону - 0,25 мм.

Обработка проводилась на модернизированном токарно-винторезном станке мод. 16К20 с инструментальной шлифовальной головкой и головкой для фрикционного поверхностного упрочнения, установленных соответственно спереди и сзади заготовки на поперечном суппорте станка с абразивным дисковым однониточным кругом типа ПП 200×16×32 ГОСТ 2424-83 44А 8-16 ВМ1-ВМ2 8-12 К. При правке периферийная рабочая поверхность круга спрофилирована торообразно с радиусом RK=5 мм, скорость круга vK=31,42 м/с, n K=3000 об/мин, окружная скорость заготовки vЗ =15,1 м/мин, nЗ=160 об/мин, продольная подача S пр=2 мм/об. Копир, изготовленный толщиной lк =28 мм, равной шагу обрабатываемого винта, был установлен на заготовке на цилиндрическую шейку, предусмотренную конструкцией винта, и сбазирован с заготовкой по фаске.

Диск трения для фрикционного поверхностного упрочнения выполнен из титанового сплава ВТ-5 с шириной рабочей поверхности 10 мм, наружным диаметром 200 мм и рабочей поверхностью в продольном сечении RФ =5 мм. Частота вращения диска nФ=3000 мин-1 , vФ=31,42 м/с.

Давления фрикционного диска и круга на заготовку, создаваемые механизмами поперечной подачи станка, составляли РФУ=0,05...0,1 кН. В зоны обработки подавали СОЖ.

Требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Тм =7,6 мин (против Тм баз=16,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании винтов на модернизированном токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш").

Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени в 2 раза меньше, чем при раздельном шлифовании и фрикционном поверхностном упрочнении.

При этом глубина и микротвердость упрочненного слоя (белой зоны) составляла соответственно 0,17...0,19 мм и 8...9 ГПа с постепенным понижением микротвердости по глубине до исходного состояния 2,3...2,7 ГПа.

Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Благодаря применению предлагаемого устройства для комбинированной алмазно-абразивной обработки совместно с фрикционным поверхностным упрочнением винтовых поверхностей винтов по копиру и обработанной поверхности расширились технологические возможности, улучшилось качество, повысилась износостойкость и долговечность обрабатываемых заготовок за счет поверхностного упрочнения, повысилась производительность обработки за счет выбора оптимальных режимов обработки, упростилась правка, снизилась трудоемкость настройки и уменьшился расход абразива.

Источники информации

1. Патент РФ 2176179, МКИ7 В 23 G 1/36. Способ шлифования винтов дисковым однониточным шлифовальным кругом. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №99122990/02, заяв. 29.10.99, опуб. 27.11.2001. Бюл. №33.

2. Патент РФ 2170655, МКИ7 В 24 D 17/00, В 23 G 1/36. Дисковый однониточный круг для шлифования винтов. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка №99122994/02, заяв. 29.10.99, опуб. 20.07.2001. Бюл. №20.

3. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.232, рис.17,б - прототип.

Класс B23P23/04 для механической обработки со снятием стружки в сочетании с другими металлообрабатывающими операциями 

станок многоцелевой с числовым программным управлением, лазерной оптической головкой и автоматической сменой инструмента -  патент 2443534 (27.02.2012)
изготовление валков и плит, имеющих твердосплавное покрытие -  патент 2424350 (20.07.2011)
способ получения глубоких отверстий малого диаметра в деталях из мягкого материала -  патент 2416496 (20.04.2011)
комбинированный способ алмазно-абразивной обработки с фрикционным поверхностным упрочнением винтов по копиру -  патент 2288828 (10.12.2006)
портативный многофункциональный станок -  патент 2264903 (27.11.2005)
способ комбинированной режуще-деформирующей обработки и устройство для его осуществления -  патент 2247016 (27.02.2005)
способ обработки заготовок точением -  патент 2243064 (27.12.2004)
способ токарно-абразивной обработки -  патент 2201315 (27.03.2003)
устройство для токарно-абразивной обработки валов -  патент 2201314 (27.03.2003)
Наверх