устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки и чистового точения поверхностей сложного профиля

Формула изобретения

Устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки и чистового точения поверхностей сложного профиля, содержащее акустическую систему в виде излучателя ультразвука с рабочим наконечником на его торце и корпуса, в котором установлены преобразователь и соединенный с последним концентратор, отличающееся тем, что оно снабжено державкой с осью, волноводом, закрепленным на торцевой части концентратора, поджимающей пружиной для создания усилия поджатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности, расположенной вдоль продольной оси акустической системы со стороны преобразователя, противоположной от концентратора, и расположенными паралельно друг другу двумя пружинами, установленными на противоположных сторонах державки, перпендикулярно продольной оси акустической системы и выполненными съемно-регулируемыми из условия обеспечения усилия поджатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности в зависимости от ее рельефа, при этом излучатель ультразвука выполнен со съемным рабочим наконечником на его торце для финишной обработки или чистового точения обрабатываемой поверхности и закреплен на конце волновода, преобразователь выполнен в виде магнитострикционного преобразователя или пьезопреобразователя, а акустическая система закреплена на державке с осью с возможностью изменения положения относительно последней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля и чистового точения.

Известно устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля (см. описание изобретения к патенту РФ №2147504, кл. В 24 В 1/04, опубл. в 2000 г.), содержащее колебательную акустическую систему, состоящую из корпуса, магнитострикционного преобразователя и волновода, на конце которого закреплен инструмент - излучатель ультразвука со съемным рабочим наконечником на его торце, и демпфирующие элементы, один из которых - поджимающая пружина - предназначен для создания усилия прижима и расположен вдоль оси колебательной системы, державку с осью, на которой с возможностью наклона относительно оси вращения обрабатываемой детали закреплена колебательная система, другой демпфирующий элемент - пружина - расположен на державке перпендикулярно оси колебательной системы.

Недостатком известного устройства является то, что использование регулирующего упора, расположенного на державке и предназначенного для получения необходимого усилия прижатия пружины, существенно ограничивает подъем волновода с излучателем ультразвука наверх относительно обрабатываемой поверхности, что приводит к ограничению степени свободы колебательной системы.

Известно устройство для чистового точения и финишной обработки поверхностей деталей ультразвуком (см. описание изобретения к патенту РФ №2238839, кл. В 24 В 39/00, 39/04, опубл. в 2004 г.), которое является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению.

Известное устройство содержит акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука с рабочим наконечником на его торце, шпильку, резец для чистового точения, упорный стержень, при этом резец для чистового точения расположен перед излучателем ультразвука по ходу их движения вдоль обрабатываемой поверхности.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет осуществлять чистовое точение и финишную обработку поверхностей с достаточно сложным профилем.

В предлагаемом изобретении решается задача расширения технологических возможностей устройства за счет увеличения степени свободы акустической системы относительно обрабатываемой поверхности.

Для достижения технического результата устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки и чистового точения поверхностей сложного профиля, содержащее акустическую систему в виде излучателя ультразвука с рабочим наконечником на его торце и корпуса, в котором установлены преобразователь и соединенный с ним концентратор, снабжено державкой с осью, волноводом, закрепленном на торцевой части концентратора, поджимающей пружиной для создания усилия поджатая излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности, расположенной вдоль продольной оси акустической системы со стороны преобразователя, противоположной от концентратора, и расположенными параллельно друг другу двумя пружинами, установленными на противоположных сторонах державки, перепендикулярно продольной оси акустической системы и выполненными съемно-регулируемыми из условия обеспечения усилия поджатия излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности в зависимости от ее рельефа, при этом излучатель ультразвука выполнен со съемным рабочим наконечником на его торце для финишной обработки или чистового точения обрабатываемой поверхности и закреплен на конце волновода, преобразователь выполнен в виде магнитострикционного преобразователя или пьезопреобразователя, а акустическая система закреплена на державке с осью с возможностью изменения положения относительно последней.

В отличие от аналогов в предлагаемом изобретении использованы две съемно-регулируемые пружины, закрепленные параллельно друг другу на разных концах державки.

В технологическом процессе, в зависимости от рельефа обрабатываемой детали, эти пружины работают: одна как восходящая, а другая - как нисходящая ветви, создавая так называемый "плавающий " характер акустической системы. Это обстоятельство позволяет увеличить степень свободы акустической системы и расширить технологические возможности устройства в целом.

Кроме того, использование двух пружин позволяет постоянно поддерживать исходное положение акустической системы в соответствии с технологической необходимостью и создает удобство для ввода в полость отверстия при обработке поверхности детали. Излучатель ультразвука, передающий энергию к обрабатываемой поверхности, работает как в режиме тангенциальных колебаний, так и резонанса, совершая изгибные или продольные колебания.

Использование съемных регулируемых пружин, которые подбираются в зависимости от необходимого усилия поджатая излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности и при соответствующем изменении длины пружины, позволяет расширить диапазон обрабатываемых поверхностей сложного профиля с различной глубиной кривизны.

Предложенная конструкция позволяет использовать предлагаемое устройство для операций точения и финишной обработки поверхностей, осуществляя при этом только замену рабочего наконечника на резец. Это позволяет исключить необходимость замены всего устройства в целом. В этом случае продольные колебания наконечника не могут изменить заданный диаметр при чистовом точении, а тангенциальные колебания позволят эффективно использовать энергию ультразвука.

Предложенная конструкция удобна также в работе с перемещающейся вперед и назад кареткой.

Таким образом, совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в расширении технологических возможностей устройства за счет увеличения степени свободы акустической системы относительно обрабатываемой поверхности.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогичных технических решений с подобной совокупностью отличительных признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано в машиностроении и любой другой отрасли народного хозяйства.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 представлено заявляемое устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки наружных поверхностей сложного профиля;

на фиг.2 - заявляемое устройство для безабразивной ультразвуковой финитной обработки внутренних поверхностей сложного профиля.

Устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля (фиг.1) содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе 1 преобразователь 2, соединенный с концентратором 3, на торцевой части которого закреплен волновод 4, на другом конце которого закреплен излучатель ультразвука 5 со съемным рабочим наконечником 6 на его торце, поджимающую пружину 7, расположенную вдоль продольной оси акустической системы с противоположной от концентратора 3 стороны преобразователя 2, а также державку 8 с осью 9, на которой закреплена акустическая система с возможностью изменения положения относительно своей оси, и, расположенные на противоположных сторонах державки параллельно друг другу, первую 10 и вторую 11 съемно-регулируемые пружины. Державка 8 расположена на резцедержателе 12, установленном на каретке станка с возможностью перемещения вперед и назад. Обрабатываемая поверхность детали обозначена позицией 13.

В качестве преобразователя 2 может быть использован как пьезопреобразователь, так и магнитострикционный.

Излучатель ультразвука 5, передающий энергию от волновода 4 к обрабатываемой поверхности 13, может быть как нерезонансным, так и резонансным. Форма съемного рабочего наконечника 6 может быть различной, например сферической поверхности, в виде "усеченной бочки" или в виде сплошного резонансного диска, или стержней, работающих в режиме резонансных колебаний с геометрическими размерами в зависимости от технологической необходимости и расчетных соотношений.

В случае обработки внутренних поверхностей глубоких отверстий в металлах, например 1, 2, 3 или 5 метров, при сравнительно малых диаметрах, предусмотрена возможность выполнения волновода 4 в виде системы из n волноводных звеньев, как это описано в патенте РФ №2229371.

Устройство для безабразивной ультразвуковой финишной обработки поверхностей сложного профиля работает следующим образом.

Для осуществления технологического процесса с помощью пружин 10 и 11 выставляется исходный уровень в зависимости от технологической необходимости положения акустической системы, закрепленной на оси 9 державки 8. Характеристики пружин 10 и 11 выбираются в соответствии с технологическими особенностями обрабатываемой поверхности 13.

Затем рабочий наконечник 6 поджимается к обрабатываемой поверхности 13 (фиг.1) с заданным усилием и тем самым уровнем энергии, которая поступает на обрабатываемую поверхность металла.

Подаваемое на обмотку преобразователя 2 (пьезо- или магнитострикционного) напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3, волновод 4, излучатель ультразвука 5 и рабочий наконечник 6, выполненного из термодинамически устойчивого материала, на обрабатываемую поверхность 13.

Рабочий наконечник 6, соприкасаясь с обрабатываемой поверхностью 13, начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями. При этом в зависимости от рельефа обрабатываемой поверхности 13 пружина 10 начинает сжиматься, а другая 11 растягиваться, то есть одна работает как восходящая ветвь - как передающая (усиливающая) прижим, а другая - как нисходящая ветвь усилия прижатия. Таким образом устройство работает по принципу копира.

В зависимости от технологических требований в процессе обработки поверхностей сложных рельефов в предложенной конструкции предусмотрена замена рабочего наконечника 6 различной формы. Предусмотрена также возможность замены рабочего наконечника, выполняющего операцию финишной обработки поверхности, на резец для выполнения операции чистового точения. Для этого съемные пружины 10 и 11 могут быть заменены на штанги с регулировочными резьбами и сгонными гайками для их крепления. При этом осуществляется только замена рабочего наконечника на резец. Также возможно использование излучателей ультразвука, передающих энергию излучения с резонансными и нерезонансными размерами.

Аналогично взаимодействие акустической системы с обрабатываемой деталью при обработке внутренней ее поверхности (фиг.2).

Все это позволяет улучшить технические характеристики устройства в целом и расширить его технологические возможности, обеспечивая достижение технического результата.