способ комбинированной игло-абразивно-алмазной обработки
Классы МПК: | B24B1/00 Способы шлифования или полирования; применение вспомогательного оборудования в связи с такими способами (способы, отличающиеся использованием особых станков или устройств, см соответствующие рубрики для этих станков или устройств) B23C5/00 Фрезы B24D17/00 Абразивные или полировальные инструменты, не отнесенные к группам 3/00 |
Автор(ы): | Степанов Ю.С. (RU), Харламов Г.А. (RU), Тарапанов А.С. (RU), Афанасьев Б.И. (RU), Болдин О.В. (RU), Фирсов Ю.В. (RU), Фомин Д.С. (RU) |
Патентообладатель(и): | Орловский государственный технический университет (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-02-06 публикация патента:
10.08.2004 |
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для эффективной отделочной чистовой обработки круглых и плоских поверхностей заготовок из различных материалов, предрасположенных к дефектообразованиям в виде прижогов и микротрещин. Для осуществления способа заготовке и комбинированному инструменту сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности. При этом используют игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочих поверхностей шлифовального круга и иглоинструмента. Последние располагают на оправке с устройством их крепления в виде четырех косых шайб, по две с каждого торца инструмента. Шлифовальный круг и иглоинструмент установлены с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, с последующей фиксацией из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости. Такие действия повышают стойкость инструмента, качество и производительность из-за многократного восстановления первоначального диаметра инструмента и ведения обработки на повышенных режимах резания. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Способ комбинированной обработки поверхностей вращения, включающий сообщение заготовке и комбинированному инструменту вращательных движений и движения подачи вдоль обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что используют игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочих поверхностей шлифовального круга и иглоинструмента, установленных на оправке с устройством их крепления в виде четырех косых шайб по две с торцов комбинированного инструмента, при этом шлифовальный круг и иглоинструмент установлены с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, с последующей фиксацией из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент, в котором иглоинструмент содержит шайбу с плоскопараллельными торцами, соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо, по концентрическим окружностям которого выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости, и установленные в них U-образные пучки проволочного ворса, причем боковые поверхности пучков ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов, а расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно L=(2,3,4...i) d, где d - диаметр пучков проволочного ворса; i - порядковый номер концентрической окружности.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, а именно к обработке материалов резанием, и может быть использовано на машиностроительных предприятиях для эффективной отделочной чистовой обработки круглых и плоских поверхностей заготовок из различных материалов, предрасположенных к дефектообразованиям в виде прижогов и микротрещин.Известен способ чистовой обработки поверхностей вращения шлифованием и поверхностным пластическим деформированием и инструмент для его реализации, состоящий из шлифовального круга, у которого периферийная режущая поверхность выполнена прерывистой, а деформирующие элементы размещены в секторах, величина и угловое расположение которых соответствует секторам впадин периферийной поверхности абразивного круга, обеспечивается прерывание контакта обрабатываемая поверхность - шлифовальный круг, что исключает образование прижогов на обрабатываемой поверхности [1].Недостатком данного способа является кратковременный срок службы инструмента и невозможность восстановления первоначального диаметра шлифовального круга при его износе. Эксплуатация инструмента потребует восстановления и режущих способностей шлифовального круга, которое достигается неоднократной правкой, а это уменьшает наружный диаметр круга и приводит к потере работоспособности комбинированного инструмента в целом. Единственным решением приведения рабочих поверхностей круга и деформирующих элементов в одну касательную плоскость - это отказ от правки и полная замена шлифовального круга, что значительно удорожает обработку и делает эксплуатацию круга кратковременной и нерентабельной. Кроме того, использование обратного хода как рабочего приводит к излишнему деформированию и шелушению поверхностного слоя, т.е. возникает противоречие: шлифование требует многократных проходов для достижения точности и качества обрабатываемой поверхности, а обработка поверхностно-пластическим деформированием - только одного прохода.Наиболее близким к изобретению является способ, осуществляемый комбинированным инструментом, содержащим шлифовальный круг с устройством его крепления на оправке и соосно установленным с ним цилиндрическим корпусом, в замкнутом ручье которого размещены рядом друг с другом деформирующие элементы, причем устройство крепления шлифовального круга выполнено в виде смонтированной на оправке с коническим отверстием и наружной сферической поверхностью с двумя лысками, двух пар основных и прижимных сегментов с расположенными между ними полуосями и двух пар основных и прижимных вкладышей, размещенных в корпусе круга, при этом сегменты с полуосями установлены со стороны лысок втулки, а вкладыши - с возможностью контакта со сферической поверхностью втулки, кроме того, шлифовальный круг установлен с возможностью поворота с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось круга, из условия расположения его рабочей поверхности в одной касательной плоскости с деформирующими элементами [2].Недостатком известного способа является то, что при использовании обратного хода как рабочего приводит к излишнему деформированию и шелушению поверхностного слоя, т.е. возникает противоречие: шлифование требует многократных проходов для достижения точности и качества обрабатываемой поверхности, а обработка поверхностно-пластическим деформированием - только одного прохода. Это противоречие требует применения специальных способов обработки, например глубинного шлифования, что значительно удорожает процесс и делает эксплуатацию инструмента, реализующего данный способ, нерентабельной.Задача изобретения - повышение стойкости инструмента, производительности и качества чистовой обработки путем многократного восстановления первоначального диаметра шлифовального круга и обеспечение бесприжогового прерывистого шлифования в комбинации с предварительной получистовой иглообработкой.Поставленная задача решается с помощью применения предлагаемого способа комбинированной обработки поверхностей вращения, включающего сообщение заготовке и комбинированному инструменту вращательных движений и движения подачи вдоль обрабатываемой поверхности, причем используют игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочих поверхностей шлифовального круга и иглоинструмента, установленных на оправке с устройством их крепления в виде четырех косых шайб по две с торцов комбинированного инструмента, при этом шлифовальный круг и иглоинструмент установлены с возможностью поворота в плоскости, проходящей через ось комбинированного инструмента, с последующей фиксацией из условия расположения их рабочих поверхностей в одной касательной к ним плоскости.Кроме того, используют игло-абразивно-алмазный комбинированный инструмент, в котором иглоинструмент содержит шайбу с плоскопараллельными торцами, соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо, по концентрическим окружностям которого выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости, и установленные в них U-образные пучки проволочного ворса, причем боковые поверхности пучков ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов, а расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно L=(2, 3, 4,...i)d, где d - диаметр пучков проволочного ворса; i - порядковый номер концентрической окружности.На фиг.1 изображена конструкция инструмента для реализации предлагаемого способа комбинированной игло-абразивно-алмазной обработки с максимальным углом наклона шлифовального круга и иглоинструмента к плоскости, перпендикулярной продольной оси; на фиг.2 - развертка следа комбинированного инструмента на обрабатываемой поверхности; на фиг.3 - вид сбоку, справа на фиг.1; на фиг.4 изображена конструкция игло-абразивно-алмазного комбинированного инструмента с нулевым углом наклона шлифовального круга и иглоинструмента к плоскости, перпендикулярной продольной оси.Предлагаемый способ предназначен для комбинированной игло-абразивно-алмазной обработки поверхностей вращения, при котором заготовке и игло-абразивно-алмазному комбинированному инструменту с расположенными в нем шлифовальным кругом 1 с устройством крепления на оправке и соосно установленным иглоинструментом 2 сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности.Способ может быть использован и при плоском шлифовании периферией комбинированного инструмента.Шлифовальный круг 1 имеет некоторые особенности его крепления на оправке 3 и соосно установлен с иглоинструментом 2. Устройство крепления шлифовального круга 1 выполнено в виде четырех косых шайб 4 и 5 попарно с торцов комбинированного инструмента и гайки 6. При этом шлифовальный круг 1 установлен с возможностью поворота на угол с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось инструмента, из условия расположения его рабочей поверхности в одной касательной плоскости с иглоинструментом 2. Такая установка круга 1 и плавное регулирование его угла наклона возможна благодаря относительному развороту одной косой шайбы 4, 5 относительно другой в каждой паре относительно оси вращения. Угол между непараллельными торцами косых шайб 4, 5 при этом должен быть равен /2, где - максимальный угол поворота круга и иглоинструмента относительно продольной оси.Иглоинструмент 2 также установлен с возможностью поворота на угол с последующей фиксацией в плоскости, проходящей через ось инструмента, из условия расположения его рабочей поверхности в одной касательной плоскости с шлифовальным кругом 1. Иглоинструмент 2 содержит шайбу 7 с плоскопараллельными торцами и соосно закрепленное на оправке по меньшей мере одно кольцо 8 [3]. По концентрическим окружностям кольца 8 выполнены отверстия, смещенные относительно друг друга в радиальной плоскости с установленными в них U-образными пучками проволочного ворса 9. Боковые поверхности пучков 9 ворса, расположенных в первом от оси оправки ряду 10, контактируют с основанием и боковыми поверхностями пучков ворса последующих рядов 11 и 12, при этом расстояние L между осями отверстий, начиная с последующего после первого от оси оправки ряда, равно L=(2, 3, 4,...i)d, где d - диаметр пучков проволочного ворса; i - порядковый номер концентрической окружности.В среднем ряду 11 между отверстиями расположен пучок проволоки внутреннего ряда 10, т.е. расстояние между осями отверстий среднего ряда 11 равно 2d, при этом боковые поверхности пучков внутреннего ряда 10 контактируют с боковой поверхностью и основанием пучков среднего ряда 11. В наружном ряду 12 между отверстиями расположены два пучка проволоки (внутреннего и среднего рядов), которые контактируют между собой, с основанием и боковой поверхностью пучков наружного ряда 12.Благодаря наличию зазора между пучками проволоки внутреннего ряда и цилиндрической поверхностью оправки 3 центрирование пучков проволоки всех рядов эффективно осуществляется с помощью косой шайбы 4, 5.Для предотвращения проворачивания колец 8 относительно оправки 3 или относительно друг друга они могут быть зафиксированы усилием сжатия гайки 6, шлицами на цилиндрической поверхности оправки 3, установочными штифтами и т.п.Способ комбинированной игло-абразивно-алмазной обработки осуществляется следующим образом.Игло-абразивно-алмазный инструмент закрепляется на шпинделе кругло- или внутришлифовального станка, приводится во вращение и подводится к обрабатываемой поверхности, затем включается движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности. При вступлении первым в работу иглоинструмента 2 усилие резания передается через косые шайбы 4, 5 кольцам 8 и пучкам 9 проволоки всех рядов, концы которой осуществляют резание обрабатываемой поверхности.Благодаря наличию определенного смещения отверстий наружного ряда относительно отверстий внутреннего и среднего рядов осуществляется взаимная фиксация пучков проволоки под строго определенным углом к обрабатываемой поверхности, что обеспечивает их незначительный изгиб при обработке и оптимальные положительные углы резания, т.е. пучки внутреннего ряда опираются при работе на основание пучков наружного ряда. которые, в свою очередь, опираются на боковые поверхности внутреннего ряда, что обеспечивает их строго определенное положение при работе, повышая производительность и осуществляя более эффективное резание.Вслед за иглоинструментом 2 в работу вступает шлифовальный круг 1, который, соприкасаясь периферийным аксиально-смещенным режущим слоем круга, установленного под углом к оси вращения, снимает оставшийся припуск, производя окончательную чистовую обработку.Аксиально-смещенный режущий слой иглоинструмента 2 и близлежащий аксиально-смещенный режущий слой шлифовального круга 1 исключают образование прижогов на поверхности обработки, обеспечивают непрерывность получистового и чистового резания поверхности изделия, уменьшают шероховатость обработанной поверхности, при этом гасятся колебания и ликвидируются вибрации комбинированного инструмента.По мере износа шлифовального круга он уменьшается в диаметре и подвергается правке, при этом иглоинструмент 2 также будет изнашиваться в такой же степени. Это происходит потому, что скорость резания комбинированным инструментом выбирается в зависимости от режущих свойств алмазно-абразивного круга, которая на порядок выше, чем лезвийная обработка. Поэтому износ торцов пучков проволоки, который также зависит от материала проволоки иглоинструмента, экспериментально подбирается равный износу алмазно-абразивного круга.С уменьшением диаметра инструмента уменьшается скорость резания и производительность обработки. С целью сохранения первоначальной скорости и производительности способа желательно восстанавливать первоначальный размер комбинированного инструмента. Это свойство обеспечивается данным способом.Для регулировки размера наружного диаметра инструмента в радиальном направлении и восстановления первоначального размера поворачивают шлифовальный круг и иглоинструмент, уменьшая угол , с помощью проворота одной косой шайбы относительно другой в каждой паре шайб на одинаковый угол.Величину элементарного угла t, на который надо повернуть круг, чтобы восстановить первоначальный диаметр, определяют по формуле t=arc cos D/(D+2t), где D - наружный рабочий диаметр комбинированного инструмента; t - толщина снимаемого абразивно-алмазного слоя за одну правку.Максимальный угол наклона круга и иглоинструмента назначают из условия непрерывной зоны шлифования при одном обороте круга, т.е. амплитуда осцилляции Аa должна быть не более высоты круга Hmin, и определяют по формуле =arc sin (Нmin/D), где Hmin - высота шлифовального круга.После длительной работы и затупления алмазно-абразивных зерен и засаливания круга, а также после каждой регулировки комбинированного инструмента необходимо осуществлять его правку целесообразно методом шлифования, а именно принудительным вращением правящего инструмента - алмазного ролика.По мере износа шлифовального круга и уменьшения угла наклона с каждой последующей правкой ширина шлифования будет уменьшаться с Hmax до Hmin.При работе по способу игло-алмазно-абразивной обработки комбинированным инструментом можно различить несколько зон обработки: зону предварительной обработки иглоинструментом; переходную зону совмещенной прерывистой обработки, где одномоментно попеременно прерывисто производится резание иглами и абразивно-алмазными зернами; зону окончательной чистовой абразивно-алмазной обработки (фиг.2).В переходной зоне вслед за иглорезанием, где поверхностный обрабатываемый слой разогревается, производится абразивно-алмазная обработка с меньшими энергозатратами и эффективным снижением высоты микронеровностей.Пример. На внутришлифовальном станке мод. 3К228В обрабатывали сквозное отверстие диаметром 60Н7(+0,03) мм и длиной 6 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности Ra=0,63 мкм, припуск на сторону - 0,3 мм, материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Комбинированный инструмент состоял из шлифовального круга и иглоинструмента. Полная характеристика круга, рекомендованная для этой стали, 24А25ПС25К8А. Диаметр комбинированного инструмента 50 мм. Иглоинструмент из светлой канатной проволоки диаметром 1,0 мм, высшей марки - В, т.т. - по ГОСТ 3241-60, ГОСТ 3062-69. Охлаждающая жидкость - эмульсия. Угол наклона =10, амплитуда при этом составляла Аа=8 мм. Режимы резания: частота вращения инструмента - 13000 мин-1; частота вращения, заготовки - 200 мин-1; продольная подача - 0,008 мм/дв.ход.Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени То=0,6 мин, это в два раза быстрее, чем при обычном шлифовании.Предлагаемый способ, реализуемый комбинированным инструментом, осуществляется на режимах резания, назначаемых из условий абразивно-алмазной обработки, которые на порядок выше, чем при лезвийной обработке, обеспечивает более высокое качество игло-абразивно-алмазной обработки, увеличивает производительность и срок службы инструмента более чем в 2 раза.Комбинированный игло-абразивно-алмазный способ, осуществляемый инструментом с аксиально-смещенным режущим слоем, снижает вероятность образования прижогов и микротрещин на поверхности изделия, обеспечивает непрерывность получистовой и чистовой обработки, исключает колебания и вибрации инструмента и уменьшает шероховатость обработанной поверхности.Источники информации, принятые во внимание:1 А.с. СССР 1296391, МКИ В 24 D 5/00, 1987.2 Патент РФ 2100177, МКИ В 24 В 45/00, 39/02, В 24 D 5/02. Комбинированный инструмент. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И. и др. Заяв. 96101389/02, заявл. 23.01.96, опубл. 27.12.97. Бюл. №36 - прототип.3 А.с. СССР 1489710, МКИ А 46 В 7/10. Щетка для очистки металлических поверхностей. / Крюков В.В. Заяв. №4329523/27-12, завл. 17.11.87, опуб. 30.06.89. Бюл. №24.Класс B24B1/00 Способы шлифования или полирования; применение вспомогательного оборудования в связи с такими способами (способы, отличающиеся использованием особых станков или устройств, см соответствующие рубрики для этих станков или устройств)
Класс B24D17/00 Абразивные или полировальные инструменты, не отнесенные к группам 3/00