способ чистовой обработки и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ чистовой обработки, при котором детали с обрабатываемым отверстием сообщают вращение, а оправку с абразивным инструментом связывают с шпинделем и располагают из условия пересечения ее оси и оси вращения детали под острым углом , отличающийся тем, что связь оправки с шпинделем осуществляют посредством шарнира с фиксацией положения, угол определяют по формуле

= arcsin[(D - d_ш- 2c)/(2l₀+ H)],

где D - диаметр обрабатываемого отверстия;

H - высота абразивного инструмента;

d_ш - диаметр шарнира;

с - гарантированный зазор между шпинделем и обрабатываемым отверстием;

l_о - длина оправки,

а в качестве инструмента берут абразивный круг с двумя диаметрально расположенными лысками и сообщают оправке с кругом перемещение вдоль оси обрабатываемого отверстия и периодический поворот по мере износа круга относительно точки пересечения осей оправки и детали из условия изменения угла до значения, определяемого по формуле

= -arcsin[(D - d_ш- 2c)/(2l₀+ H)],

при этом после первоначальной установки оправки с кругом под углом , а также после каждого ее поворота и изменения угла производят правку круга в размер диаметра обрабатываемого отверстия, причем лыски на круге располагают параллельно плоскости поворота оправки на расстоянии одна от другой

B = 2[D²/4 - (0,5Htg + c)²]^0,5.

2. Державка абразивного инструмента, содержащая оправку, несущую абразивный инструмент и связанную с шпинделем, отличающаяся тем, что оправка установлена с возможностью изменения углового положения и связана с шпинделем посредством винтовой пары болт - гайка, при этом на торцовых контактирующих поверхностях оправки и шпинделя выполнены рифленые поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и применяется при обработке высокоточных внутренних поверхностей вращения.

Известен способ чистовой обработки внутренних поверхностей вращения, заключающийся в обработке абразивными брусками, которые устанавливают в головке оппозитно обрабатываемой детали, поджимают к ней и сообщают круговое движение головке и детали вокруг их осей, пересекающихся в плоскости симметрии профиля детали [1]. Причем круговое движение головки осуществляют в прямом и обратном направлениях с переменной скоростью, обратно пропорциональной величине требуемого съема припуска на каждом соответствующем участке профиля детали.

Недостатками известного способа и устройства головки являются сложность осуществления движений и сложность конструкции головки, невозможность использования стандартного абразивного инструмента, как наиболее дешевого.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому является способ чистовой обработки, при котором обработку ведут инструментальной головкой с расположенными в ней абразивными брусками, ось которой устанавливают из условия пересечения под острым углом, в точке, лежащей в плоскости симметрии профиля обрабатываемой поверхности [2].

Недостатками этого способа и устройства для его осуществления является невысокое качество детали, так как независимо от требуемой формы профиля детали при обработке внутренней поверхности профиль приобретает выпуклую круговую форму, что часто приводит к снижению долговечности детали. Кроме того, сложность в осуществлении движений, сложность в конструкции головки и невозможность использования стандартного абразивного инструмента приводит к удорожанию и увеличению трудоемкости способа чистовой обработки и устройства для его осуществления.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа путем обеспечения формирования заданного профиля внутренних поверхностей вращения и эффективного использования стандартного инструмента.

Поставленная задача достигается тем, что обработку обеспечивают неподвижным абразивным кругов, установленным под углом к оси вращения обрабатываемого отверстия, который первоначально определяют из условия

= arcsin [D - d_ш - 2c)/(2l_о + H)]

и периодически по мере износа и правки изменяют до

= -arcsin [(D - d_ш - 2c)/(2l_о + H)],

где D - диаметр обрабатываемого отверстия;

H - высота абразивного круга;

d_ш - диаметр шарнира;

c - гарантированный зазор между шпинделем и обрабатываемой поверхностью отверстия;

l_о - длина оправки;

и имеющим две диаметрально расположенные на расстоянии

B = 2[D²/4 - (0,5H tg + C)²]^0,5

друг от друга лыски, параллельные плоскости разворота при изменении угла . Кроме того, державка абразивного инструмента, позволяющая устанавливать стандартный абразивный круг под углом , выполнена составной из двух частей: оправки, несущей абразивный круг, и шпинделя, взаимодействующих и контактирующих торцовыми рифлеными поверхностями и соединенных винтовой парой болт-гайка.

Обработка внутренней поверхности становится возможной потому, что при предлагаемом способе абразивный круг осуществляет лишь простое движение, а именно поворот относительно точки оправки с абразивным кругом и заготовки. Причем вся периферийная режущая часть абразивного круга всегда находится в одновременном контакте с обрабатываемой поверхностью, что существенно повышает эффективность обработки.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого способа чистовой внутренних поверхностей вращения в плоскости разворота и изменения угла ; ; на фиг. 2 - вид по стрелке А (повернуто на 90^o) на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Д-Д на фиг. 2 узла крепления оправки на шпинделе (повернуто на 90^o); на фиг. 4 - вид по стрелке Б параллельной оси вращения заготовки в поперечном направлении на фиг. 1; на фиг. 5 - вид по стрелке Г параллельной оси установки абразивного круга на фиг. 1; на фиг. 6 - схема предлагаемого способа чистовой обработки с углом наклона = 0 абразивного круга при его 50%-ном износе; на фиг. 7 - схема предлагаемого способа чистовой обработки и устройство для его осуществления с углом наклона = = -arcsin[(D - d_ш - 2c)/(2l_o + H)] абразивного круга при его полном износе; на фиг. 8, 9, 10 - развертки следа абразивного круга при его установке соответственно под углом = _max нового круга, под углом = 0 изношенного на 50% круга, и под углом = -_max полностью изношенного круга.

Абразивный круг закрепляется на оправке 1 как обычно, с помощью боковых фланцев в виде шайб и гайки. На оправке 1 и шпинделе 2 имеются торцовые рифленые поверхности 3 и 4, служащие для фиксации угла поворота оправки относительно шпинделя и предохраняющие их от взаимного поворота. Для придания жесткости державки, состоящей из оправки и шпинделя, служат болт 5, гайка 6 и шайбы 7.

Абразивный круг, жестко закрепленный под углом на державке, под действием механизма (не показан) силовой круговой подачи P прижимается верхней и нижней режущими периферийными частями, расположенными на оси с вершинами M и N, к обрабатываемой поверхности заготовки. Заготовка вращается вокруг своей оси со скоростью V₂.

Предлагаемый способ чистовой обработки и устройство для его осуществления позволяет реализовать принцип неповторяющегося следа путем постоянной круговой силовой подачи P и поворота абразивного круга относительно центра симметрии O. Это дает возможность повысить режущую способность абразивного круга и значительно улучшить шероховатость обработанных поверхностей.

Зерна режущих частей абразивного круга при развороте его не попадают в ранее прорезанные риски-царапины, т.к. с одновременным углублением в металл на определенную величину они перемещаются вдоль обрабатываемого отверстия.

Предлагаемое устройство для чистовой обработки отличается простотой конструкции, повышенной жесткостью, обеспечивает работу без вибраций и предотвращает поломку и выкрашивание частей абразивного круга.

Наличие двух лысок, диаметрально расположенных на расстоянии B друг от друга и параллельных плоскости разворота круга, обеспечивает прерывание контакта круга с обрабатываемой поверхностью, как это видно на фиг. 8, 9, 10, и надежную очистку режущих частей круга от стружки и шлама, поддерживает их режущую способность, что создает хорошие условия для обеспечения требуемого съема металла на различных участках профиля детали.

Определим угол наклона абразивного круга, который зависит от конкретных конструктивных параметров устройства для крепления и размеров применяемого стандартного инструмента.

Очевидно, что для того, чтобы при наклоне абразивного круга (фиг. 1) оправка 1, имеющая определенную длину l_о и размер шарнира d_ш, не касалась обрабатываемого отверстия при входе в него, максимально возможный угол наклона круга не превышал

_max = arcsin FQ/OQ, но FQ = D/2 - d_ш - c; OQ = l_o + H/2,

где c - гарантированный зазор между шарниром, соединяющим оправку со шпинделем;

H - высота абразивного круга;

D - диаметр обрабатываемого отверстия;

d_ш - диаметр шарнира;

l_o - длина оправки;

_max = arcsin [(D/2 - d_ш/2 - c)/(l_о + H/2)] = arcsin[(D - d_ш - 2c)/(2l_о + H)].

Для ввода абразивного круга в обрабатываемое отверстие необходим некоторый зазор и две лыски, параллельные плоскости разворота при изменении угла , диаметрально распложенные на расстоянии B, которое зависит от диаметра обрабатываемого отверстия, высоты круга и гарантированного зазора между шпинделем и обрабатываемым отверстием и которое несложно определить (фиг. 1)

b = H/2 tg,

то величина хорды 2b по эксплуатационным и конструктивным соображениям будет равна

2b = H tg + 2C.

Откуда несложно определить расстояние между лысками (фиг. 4)

B/2 = (D²/4 - b²)^0,5; B = 2[D²/4 - (0,5H tg + C)²]^0,5.

Таким образом, при указанных _max и B возможна эффективная обработка внутренних поверхностей вращения данным способом.

Перед началом эксплуатации нового абразивного круга необходимо на нем снять лыски любым из известных методов правки, выдержав предварительно рассчитанное расстояние B.

Оправку 1 с закрепленным абразивным кругом устанавливают на шпинделе 2 под углом _max, таким образом, чтобы лыски были параллельны плоскости разворота державки и изменения угла , закрепляют болтовым соединением 5, 6, 7 и производят правку в размер D по периферии круга.

По мере износа круга, его засаливаемости и потери режущих свойств обработку прерывают и производят изменение угла наклона путем раскручивания гайки 6 болтового соединения и перестановки оправки в рифлях шпинделя. Абразивный круг на вновь собранной державке подвергают правке. Устройство готово к дальнейшей обработке.

В качестве примера рассматривалась обработка детали - втулки, из материала сталь ШХ15 HRC_э50, диаметр шлифуемого отверстия D = 40 мм. Шлифовальный круг марки 24A25C16- 5K, высота H = 40 мм, диаметр отверстия круга под оправку 10 мм, продольная подача S_пр = 6 мм/об, скорость заготовки V_з = 20 м/мин = 0,33 м/с - усилие P = 200 Н. Конструктивные параметры устройства для крепления абразивного круга: d_ш = 15; C = 3 мм, l_о = 30 мм, тогда _max = arcsin [(40 - 15 - 23)/(230 + 40)]; _max = 10^o45"

Расстояние между лысками будет равно

B = 2[40²/4 - (0,540tg 10^o45" + 3)²]^0,5 = 37 мм.

Применение данного способа чистовой обработки и устройства для его осуществления позволило повысить производительность обработки в 1,4 - 1,6 раза, исключит операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1 класс. При этом расход абразивного инструмента снизился на 20%.