копировальное устройство для обработки деталей

Формула изобретения

1 1. Копировальное устройство для обработки деталей, содержащее основную копирную систему, включающую управляющее звено с копирным и считывающим средствами, и средство для преобразования движения управляющего звена в движение поперечной подачи инструмента, который связан с исполнительным элементом упомянутого средства для преобразования движения управляющего звена, отличающееся тем, что средство для преобразования движения управляющего звена в движение поперечной подачи инструмента выполнено в виде основного источника постоянного магнитного поля, включающего по меньшей мере одну часть, выполненную в виде постоянного магнита, и сердечника, функционально являющегося исполнительным элементом, по меньшей мере часть которого выполнена из магнитострикционного материала, при этом по меньшей мере одна часть основного источника магнитного поля, выполненная в виде постоянного магнита, и сердечник установлены с возможностью относительного перемещения и ориентированы один относительно другого таким образом, что в процессе упомянутого относительного перемещения обеспечивается изменение магнитного потока в сердечнике по заданному управляющим звеном циклическому закону. 2 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что считывающее средство управляющего звена основной копирной системы выполнено в виде механического копировального щупа и кинематически связано с основным источником магнитного поля с возможностью обеспечения упомянутого относительного перемещения основного источника магнитного поля и сердечника в виде возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля вдоль направления поперечной подачи инструмента. 2 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что считывающее средство управляющего звена основной копирной системы выполнено в виде механического копировального щупа и кинематически связано с основным источником магнитного поля с возможностью обеспечения упомянутого относительного перемещения основного источника магнитного поля и сердечника в виде возвратно-вращательного движения основного источника магнитного поля в пределах угла поворота, равного 90 относительно оси вращения, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента. 2 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что считывающее средство управляющего звена основной копирной системы выполнено в виде механического копировального щупа и кинематически связано с основным источником магнитного поля с возможностью обеспечения упомянутого относительного перемещения основного источника магнитного поля и сердечника в виде возвратно-поступательного движения, по меньшей мере одной части основного источника магнитного поля вдоль оси, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента, при этом основной источник магнитного поля дополнительно снабжен приводом вращательного движения относительно оси, ориентированной вдоль направления вышеупомянутого возвратно-поступательного движения, по меньшей мере этой упомянутой одной части основного источника магнитного поля. 2 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что копирным средством управляющего звена основной копирной системы функционально является непосредственно основной источник магнитного поля с приводом относительного перемещения по меньшей мере одной его части в виде вращательного движения относительно оси, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента, а считывающим средством функционально является сердечник. 2 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что сердечник снабжен профилированными выступами, расположенными в плоскости, пересекающей ось вращения основного источника магнитного поля, при этом профилированные выступы выполнены из магнитного материала. 2 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что рабочая поверхность основного источника магнитного поля, обращенная к сердечнику, выполнена неплоской формы. 2 8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что контур основного источника магнитного поля в плоскости, перпендикулярной оси его вращения, выполнен некруглой формы. 2 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной копирной системой, считывающее средство которой кинематически связано с основной копирной системой с возможностью перемещения последней вдоль направления поперечной подачи инструмента. 2 10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным неподвижным относительно сердечника источником постоянного магнитного поля, по меньшей мере один участок сердечника расположен вне зоны проекции основного источника магнитного поля на плоскость, параллельную образующей поверхности сердечника, расположенной со стороны основного источника магнитного поля, дополнительный источник магнитного поля включает по меньшей мере два установленных с зазором один относительно другого постоянных магнита, одна пара разноименных полюсов которых находится в контакте с вышеупомянутым участком сердечника, расположенным вне зоны проекции основного источника магнитного поля на плоскость, параллельную образующей поверхности сердечника, расположенной со стороны основного источника магнитного поля, а в зазоре между второй парой разноименных полюсов упомянутых постоянных магнитов размещено средство для изменения магнитного потока на участке сердечника, ограниченном вышеупомянутыми зонами его контакта с соответствующими разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля. 2 11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что средство для изменения магнитного поля на участке сердечника, ограниченном зонами его контакта с разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля, выполнено в виде полюсных наконечников упомянутых постоянных магнитов и расположенного между этими полюсными наконечниками дискового элемента с профилированной боковой поверхностью, который установлен на оси вращения с возможностью образования дискретно замкнутого магнитного контура между соответствующими разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области станкостроения и может быть использовано в станочных приспособлениях для обработки преимущественно некруглых в поперечном сечении деталей вращения, в частности поршней двигателей внутреннего сгорания (ДВС), например, на отделочно-обточных станках.

Известно копировальное устройство для обработки деталей вращения некруглой в поперечном сечении формы, содержащее копирную систему, включающую управляющее звено с кинематически связанными копирными и считывающим средствами, и средство для преобразования движения управляющего звена в движение подачи инструмента, жестко связанного с исполнительным элементом упомянутого средства для преобразования движения управляющего звена. В известном устройстве копирное средство выполнено в виде объемного копира, считывающее средство выполнено в виде механического копировального щупа, а средство для преобразования движения управляющего звена в движение подачи инструмента (одновременно являющееся и исполнительным элементом) выполнено в виде установленного с возможностью ограниченного поворота вала с закрепленными на нем двумя передаточными механизмами, один из которых жестко связан с копировальным щупом, а второй - с режущим инструментом (авт. св. N 1255390, кл. B 22 Q 35/00, 1986).

Такое выполнение копировального устройства обуславливает значительную массу копирной системы и, следовательно, высокую инерционность системы.

Поскольку частота колебаний копирной системы в два раза больше частоты вращения обрабатываемой детали или копира, то вследствие высокой инерционности копирной системы возможно нарушение контакта резца с деталью и копира со щупом в процессе обработки, т.е. резко возрастает доля динамической погрешности формообразующей системы станка в общей погрешности формы обрабатываемой детали, следовательно, снижается результирующая точность обработки.

Уменьшить влияние данного фактора на снижение точности обработки можно посредством увеличения усилия поджатия щупа к копиру и соответственно инструмента к передаточному механизму. Однако это повлечет за собой и повышение износа копировального щупа и непосредственно копира, что согласно проведенным исследованиям еще в большей степени окажет негативное влияние на общую погрешность формы обрабатываемой детали, а следовательно, приведет к еще большему снижению точности обработки.

Известно, что улучшение эксплуатационных характеристик, например, ДВС в настоящее время невозможно без повышения качества обработки поршней, т.е. без "ужесточения" на 20 - 50% допусков на форму их наружной поверхности. Это предопределяет необходимость дальнейшего совершенствования отделочно-обточных операций обработки деталей вращения сложной (в частности, некруглой в поперечном сечении) формы.

Качество обработки деталей вращения сложной (некруглой в поперечном сечении) формы, например поршней ДВС, оценивается следующими показателями: диаметром поршня в нулевом сечении, точностью формы, шероховатостью обработанной поверхности.

Факторами, определяющими погрешность формообразования деталей вращения сложной формы при обработке, например, на вертикальных отделочно-обточных станках (на которые можно влиять, улучшая качество обработки, на известном оборудовании), являются погрешности, связанные со станком (геометрическая точность, кинематические погрешности, динамические погрешности, сила резания), погрешности измерения, износ резца, форма копира (определяемая точностью изготовления копира и способами его корректирования), износ щупа.

Как показывают исследования, 55% общей погрешности формы, например, для поршней ДВС, связано с погрешностью формы копира, 30% - с износом щупа, 10% - с динамическими и статическими погрешностями формообразующей системы станка (копировального устройства).

Таким образом, в основу изобретения была положена задача создания такого копировального устройства для обработки деталей вращения сложной (некруглой в поперечном сечении) формы, которое, при его использовании на известном из уровня техники отделочно-обточном оборудовании, позволило бы повысить результирующую точность обработки, за счет снижения влияния на общую погрешность формы обрабатываемой детали факторов, связанных с погрешностью формы копира, износом щупа, а также с динамическими погрешностями формообразующей системы станка.

Решение поставленной задачи обеспечивается посредством того, что в копировальном устройстве для обработки деталей, содержащем основную копирную систему, включающую управляющее звено, с копирным и считывающим средствами, и средство для преобразования движения управляющего звена в движение поперечной подачи инструмента, который связан с исполнительным элементом упомянутого средства для преобразования движения управляющего звена, согласно изобретению, средство для преобразования движения управляющего звена в движение поперечной подачи инструмента выполнено в виде основного источника постоянного магнитного поля, включающего по меньшей мере одну часть, выполненную в виде постоянного магнита, и сердечника, функционально являющегося исполнительным элементом, по меньшей мере часть которого выполнена из магнитострикционного материала, при этом по меньшей мере одна часть основного источника магнитного поля, выполненная в виде постоянного магнита, и сердечник установлены с возможностью относительного перемещения и ориентированы один относительно другого таким образом, что в процессе упомянутого относительного перемещения обеспечивается изменение магнитного потока в сердечнике по заданному управляющим звеном циклическому закону.

При выполнении считывающего средства управляющего звена основной копирной системы в виде механического копировального щупа его кинематическую связь с основным источником магнитного поля допустимо осуществлять с возможностью обеспечения вышеупомянутого относительного перемещения основного источника магнитного поля и сердечника в виде возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля вдоль направления подачи инструмента; возвратно-вращательного движения основного источника магнитного поля в пределах угла поворота, равного 90^o относительно оси вращения, непараллельной направлению подачи инструмента; возвратно-поступательного движения, по меньшей мере, одной части основного источника магнитного поля вдоль оси, непараллельной направлению подачи инструмента, при этом основной источник магнитного поля целесообразно дополнительно снабжать приводом вращательного движения относительно оси, ориентированной вдоль направления вышеупомянутого возвратно-поступательного движения по меньшей мере упомянутой одной части этого основного источника магнитного поля.

Допустимо в качестве копирного средства управляющего звена основной копирной системы функционально использовать непосредственно основной источник магнитного поля с приводом относительного перемещения по меньшей мере одной его (основного источника магнитного поля) части в виде вращательного движения относительно оси непараллельной направлению подачи инструмента, а в качестве считывающего средства функционально использовать непосредственно сердечник.

В некоторых из вышеупомянутых вариантов исполнения копировального устройства сердечник целесообразно снабжать профилированными выступами, расположенными в плоскости, пересекающей ось вращения основного источника магнитного поля, при этом профилированные выступы должны быть выполнены из магнитного материала; рабочую поверхность основного источника магнитного поля, обращенную к сердечнику, целесообразно выполнять неплоской, например, конической формы; контур основного источника магнитного поля, в плоскости перпендикулярной оси его вращения, целесообразно выполнять некруглой формы (например, крестообразной или иной другой неправильной формы).

Для увеличения поперечной подачи инструмента копировальное устройство разумно снабжать дополнительной копирной системой, считывающее средство (например, механический копировальный щуп) которой кинематически связано с основной копирной системой с возможностью перемещения последней вдоль направления поперечной подачи инструмента.

При необходимости дополнительной корректировки величины подачи инструмента копировальное устройство целесообразно снабжать дополнительным, неподвижным относительно сердечника, источником постоянного магнитного поля, в этом случае по меньшей мере один участок сердечника необходимо располагать вне зоны проекции основного источника магнитного поля на плоскость, параллельную образующей поверхности сердечника, расположенной со стороны основного источника магнитного поля, дополнительный источник магнитного поля должен включать по меньшей мере два установленных с зазором один относительно другого постоянных магнита, одна пара разноименных полюсов которых находится в контакте с вышеупомянутым участком сердечника, расположенным вне зоны проекции основного источника магнитного поля на плоскость, параллельную образующей поверхности сердечника, расположенной со стороны основного источника магнитного поля, а в зазоре между второй парой разноименных полюсов упомянутых постоянных магнитов должно быть размещено средство для изменения магнитного потока на участке сердечника, ограниченном вышеупомянутыми зонами его контакта с соответствующими разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля.

В этом случае средство для изменения (шунтирования) магнитного потока на участке сердечника, ограниченном зонами его контакта с разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля, может быть выполнено, например, в виде дискового элемента с профилированной боковой поверхностью, который должен быть установлен на оси вращения с возможностью образования дискретно замкнутого магнитного контура между соответствующими разноименными полюсами постоянных магнитов дополнительного источника магнитного поля.

На фиг. 1 изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства, согласно которому относительное перемещение основного источника магнитного поля и сердечника осуществляется в виде возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля вдоль направления поперечной подачи инструмента.

На фиг. 2 изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства, согласно которому относительное перемещение основного источника магнитного поля и сердечника осуществляется в виде возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля относительно оси вращения, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента.

На фиг. 3 изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства, согласно которому относительное перемещение основного источника магнитного поля и сердечника осуществляется в виде возвратно-поступательного движения, по меньшей мере, одной части основного источника магнитного поля вдоль оси, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента, при одновременном вращении всех частей этого источника относительно оси, ориентированной вдоль направления вышеупомянутого возвратно-поступательного движения указанной, по меньшей мере, одной части основного источника магнитного поля.

На фиг. 4 изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства, согласно которому копирным средством функционально является непосредственно основной источник магнитного поля с приводом относительного перемещения в виде вращательного движения относительно оси, непараллельной направлению поперечной подачи инструмента, а считывающим средством функционально является сердечник.

На фиг. 5 изображен вариант конструктивного выполнения сердечника (снабженного профилированными выступами), функционально являющегося считывающим средством, в проекции на рабочую поверхность основного источника магнитного поля, выполненного в виде диска, образованного двумя постоянными магнитами.

На фиг. 6, 7, 8 - изображены некоторые возможные варианты конструктивного выполнения основного источника магнитного поля, функционально являющегося копирным средством (в частности: с рабочей поверхностью неплоской формы - фиг. 7 и контуром некруглой формы - фиг. 6 и 8).

На фиг. 9, 10, 11 - виды А, Б, и В на фиг. 6, 7, 8 соответственно.

На фиг. 12 - изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства с дополнительной копирной системой.

На фиг. 13 - изображена общая схема варианта конструктивного исполнения патентуемого копировального устройства с дополнительным, неподвижным относительно сердечника, источником магнитного поля.

На фиг. 14 - вид Д на фиг. 13.

На фиг. 15 - вид Г на фиг. 13.

На фиг. 16 - изображена общая схема варианта конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства (аналогичная варианту выполнения по фиг. 4), в котором основной источник постоянного магнитного поля выполнен в виде ряда конструктивно идентичных пар роторов, последовательно расположенных вдоль оси перемещения исполнительного элемента.

На фиг. 17 - разрез Е-Е на фиг. 16.

На фиг. 18 - графически изображены функциональные зависимости теоретически заданного изменения линейного размера сердечника (соответствующее теоретически заданному изменению радиуса поперечного сечения обрабатываемой детали) и реального изменения линейного размера (длины) сердечника в зависимости от угла поворота детали и основного источника магнитного поля, соответственно, для примера конкретного исполнения патентуемого устройства согласно варианта исполнения по фиг. 16 и фиг. 17.

На фиг. 19 - графически изображена функциональная зависимость отклонения теоретически заданного изменения линейного размера сердечника от реального изменения этого размера (соответствующее отключению формы поперечного сечения детали после обработки по отношению к теоретически заданным параметрам формы этого сечения обрабатываемой детали).

Копировальное устройство (фиг. 1) для обработки деталей 1 вращения содержит корпус 2, основную копирную систему, включающую управляющее звено с копирным и считывающим средствами, и средство для преобразования движения управляющего звена в движение подачи инструмента 3.

Копирное средство управляющего звена может быть выполнено, например, в виде копира 4, кинематически связанного с приводом (на фиг. 1 условно не показан) вращения.

Считывающее средство управляющего звена выполнено в виде механического копировального щупа 5, наконечник 6 которого поджат к рабочей поверхности 7 и копира 4, например, посредством упругого элемента 8.

Средство для преобразования движения управляющего звена в движение подачи инструмента 3 выполнено в виде основного источника магнитного поля, включающего постоянные магниты 3, 10, 11, 12, и сердечника 13, который, с практической точки зрения, целесообразно выполнять за одно целое с толкателем 14, выполненным из материала, не обладающего магнитострикционными свойствами. Толкатель 14 может быть также поджат к сердечнику 13 посредством упругого элемента 15.

Для обеспечения возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля относительно сердечника 13 щуп 5 кинематически (например, посредством жесткой связи) взаимодействует с основным источником магнитного поля.

В данном конкретном случае основной источник магнитного поля выполнен в виде двух пар постоянных магнитов 9, 10 и 11, 12 (например, прямоугольной формы), которые расположены зеркально-симметрично относительно сердечника 13 и установлены на магнитопроводе 16 таким образом, что вектора 17 намагниченности смежных магнитов 9, 10 и 11, 12, а также оппозитно расположенных магнитов 9, 11 и 10, 12 направлены в противоположные стороны.

Такое расположение основного источника магнитного поля относительно сердечника 13 обеспечивает возможность изменения магнитного потока в сердечнике 13 в процессе возвратно-поступательного перемещения основного источника магнитного поля вдоль направления "S" подачи инструмента вследствие относительного циклического перемещения центра масс сердечника 13 между двумя соседними экстремумами напряженности магнитного поля, создаваемого основным источником магнитного поля. При этом известно, что цилиндрическое изменение по заданному закону магнитного потока в сердечнике 13, который выполнен из магнитострикционного материала, влечет за собой циклическое изменение геометрических размеров сердечника также по заданному закону. На этом и основан принцип работы патентуемого копировального устройства.

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 2 отличается от варианта выполнения по фиг. 1 тем, что основная магнитная система установлена на общем валу 18 вращения, а возвратно-вращательное движение основного источника магнитного поля относительно сердечника 13 осуществляется посредством закрепленной на валу 18 шестерни 19, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой 20, которая кинематически (например, посредством жесткой связи) взаимодействует со щупом 5. В этом варианте выполнения магнитопроводы и зеркально-симметрично расположенные пары магнитов 9, 10 и 11, 12 целесообразно выполнять в форме дисков, а магниты 9, 10 и 11, 12 идентичными по форме (т.е. в форме полудисков).

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 3 отличается от варианта выполнения по фиг. 2 тем, что вал 18 кинематически связан с приводом вращательного движения основного источника магнитного поля (выполненным, например, в виде двигателя 21), по меньшей мере, одна пара постоянных магнитов 9, 10 с магнитопроводом 16 (на котором эти магниты 9, 10 расположены) установлена на валу 18 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси вала 18, непараллельной (в данном конкретном случае - перпендикулярной) направлению "S" поперечной подачи инструмента 3, а относительное перемещение основной магнитной системы и сердечника в виде возвратно-поступательного движения, по меньшей мере, одной пары постоянных магнитов 9, 10 осуществляется посредством упругой связи (например, пружины 22 растяжения) упомянутой пары постоянных магнитов 9, 10 с корпусом 2 и кинематического взаимодействия (например, посредством стакана 23) щупа 5 с вышеупомянутой парой магнитов 9, 10. При этом соответствующий участок вала 18 установлен в полости стакана по скользящей посадке, например, посредством подшипника 24 скольжения.

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 4 отличается от варианта выполнения по фиг. 3 тем, что обе пары постоянных магнитов 9, 10 и 11, 12 (с магнитопроводами 16) основного источника магнитного поля закреплены на валу 18 жестко. В этом конкретном случае относительное перемещение основной магнитной системы и сердечника осуществляется исключительно в виде вращательного движения основной магнитной системы. В данном конкретном варианте выполнения копировального устройства основной источник магнитного поля с приводом его вращения функционально можно рассматривать в качестве копирного средства (копира) управляющего звена основной копирной системы, а сердечник 13 функционально можно рассматривать в качестве считывающего средства (щупа), поскольку источником создается в области сердечника 13 неоднородное по величине напряженности и/или направлению магнитное поле, а в процессе относительного перемещения сердечника 13 в этом неоднородном магнитном поле его материал (обладающий магнитострикционными свойствами) как бы считывает вышеуказанные циклические изменения (по величине напряженности и/или направлению) магнитного поля, преобразуя их в линейные изменения длины сердечника (или, что эквивалентно, в величину подачи инструмента) по определенному циклическому закону, регламентируемому магнитным полем в зоне сердечника 13, создаваемым основным источником магнитного поля.

В данном конкретном варианте выполнения устройства величиной изменения линейного размера сердечника 13 (а, следовательно, и величиной подачи инструмента 3) можно дополнительно варьировать посредством изменения формы сердечника (фиг. 5, где сердечник выполнен с профилированными выступами 25), т.к. в этом случае можно изменять размагничивающий фактор в направлении необходимых осей.

Величиной изменения линейного размера сердечника 13 можно также варьировать посредством изменения формы профиля (фиг. 7 и фиг. 10) рабочей поверхности основного источника магнитного поля (например, путем выполнения ее неплоской, в частности - конической, формы), поскольку в этом случае изменяется зазор между взаимообращенными поверхностями источника магнитного поля и сердечника 13, следовательно, зависимость изменения магнитного потока в сердечнике от угла поворота источника магнитного поля будет иной по отношению к источнику магнитного поля с плоскими рабочими поверхностями.

Аналогичное влияние на величину изменения линейного размера сердечника 13 в зависимости от угла поворота магнитной системы оказывает и изменение формы основного источника магнитного поля в плане, т.е. при выполнении его контура некруглой формы (например, крестообразным или какой-либо другой неправильной конфигурации), как показано на фиг. 6, 9 и фиг. 8, 11.

Для изменения формы основного источника магнитного поля в плане для варианта по фиг. 8, 11 целесообразно постоянные магниты 9 и 10 на магнитопроводе 16 устанавливать с возможностью относительного регулирования перемещения.

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 12 отличается от варианта выполнения по фиг. 1 тем, что в нем предусмотрена дополнительная копирная система, которая, принципиально, может быть выполнена по типу любой известной из уровня техники копирной системы, например, системы с вращающимся копиром 26 и контактирующим с рабочей поверхностью копира 26 механическим копировальным щупом 17, кинематически связанным с корпусом копирной системы с возможностью возвратно-поступательного перемещения последней в направлении подачи инструмента 3. Возвратное движение основной магнитной системы в данном варианте выполнения может быть обеспечено, например, посредством пружины 28.

В данном конкретном варианте выполнения посредством дополнительной копирной системы задается величина поперечной подачи инструмента в зависимости от угла поворота с низкой точностью, а корректировка величины поперечной подачи инструмента (в зависимости от угла поворота), обеспечивающая получение профиля обрабатываемой поверхности в пределах необходимого допуска, осуществляется посредством основной копирной системы.

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 13 отличается от варианта выполнения, например, по фиг. 14 тем, что в нем предусмотрен дополнительный неподвижный относительно сердечника 13 источник постоянного магнитного поля. При этом участок 29 сердечника 13 расположен вне зоны магнитного поля, создаваемого основным источником магнитного поля, а дополнительный источник магнитного поля включает два, установленных с зазором один относительного другого, постоянных магнита 30, 31, одна пара разноименных полюсов которых находится в контакте с участком 29 сердечника 13, а в контакте с другими разноименными полюсами магнитов 30, 31 установлены полюсные наконечники 32, 33, в зазоре между которыми размещено средство для изменения магнитного потока на участке 29 сердечника 13. Средство для изменения магнитного потока на участке 29 сердечника 13 может быть выполнено, например, в виде дискового элемента 34 с профильной боковой поверхностью 35, который установлен на валу 36, кинематически связанном с приводом вращения дискового элемента 34, выполненным, например, в виде двигателя 37.

Изменение магнитного потока (создаваемого дополнительным источником магнитного поля) на участке 29 сердечника 13 осуществляется за счет образования дискретного замкнутого магнитного контура (участок 29 - магнита 30 - наконечник 32 - дисковый элемент 34 - наконечник 33 - магнит 31 - участок 29) посредством прерывистого перекрытия выступающими участками 38 дискового элемента 34 зазора между полюсными наконечниками 32, 33 дополнительного источника магнитного поля.

Вариант конструктивного выполнения патентуемого копировального устройства по фиг. 16 отличается от варианта выполнения, например, по фиг. 4 тем, что в нем основной источник магнитного поля выполнен в виде ряда последовательно расположенных вдоль направления перемещения исполнительного элемента пар роторов, каждая из которых (пар роторов) включает в себя по четыре зеркально-симметрично расположенных относительно сердечника 13 постоянных магнита 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, закрепленных на валах 51, 52, 53. Привод ротора во вращательное движение осуществляется от двигателя 21 через вал 54 и зубчатые пары 55, 56, 57.

Этот вариант конструктивного выполнения патентуемого устройства позволяет:

- во-первых, увеличить диапазон изменения линейных размеров сердечника 13 за счет обеспечения возможности практически неограниченного увеличения его длины (т.к. количество пар роторов может быть и более трех);

- во-вторых, обеспечить возможность коррекции изменения длины сердечника в зависимости от угла поворота основной магнитной системы, поскольку в данном варианте имеется возможность до начала осуществления обработки провести соответствующую настройку источника магнитного поля, например, за счет фазового смещения вращательного движения роторов один относительно другого, или за счет обеспечения разной скорости вращения роторов или за счет изменения расстояния (зазора) между рабочими поверхностями основного источника магнитного поля и сердечника 13.

Во всех вышеописанных вариантах выполнения патентуемого устройства плотный контакт инструмента 3 с толкателем 14 осуществляется посредством упругого элемента 58.

Общий принцип работы копировального устройства для обработки деталей некруглой в поперечном сечении формы, согласно изобретения, для всех вышеописанных вариантов выполнения копировального устройства заключается в следующем.

С физической точки зрения, как ранее указывалось, величина и функциональный (в рамках патентуемого изобретения - циклический) закон изменения величины радиальной (относительно оси вращения обрабатываемой детали) подачи инструмента (т. е. его режущей кромки) в зависимости от угла поворота обрабатываемой детали функционально регламентируется посредством изменения величины и/или направления магнитного потока, т.е. потока вектора магнитной индукции (Политехнический словарь. /Под ред. академика И.И.Артоболевского. М.: Советская энциклопедия, с.269, 1976) в той части сердечника (выполненной из магнитострикционного материала), которая расположена в зоне магнитного поля, создаваемого источником магнитного поля.

В соответствии с ранее приведенными примерами конкретного исполнения патентуемого копировального устройства, а также на основании известных из уровня техники теоретических и практических знаний известно, что вышеупомянутое циклическое изменение величины и/или направления магнитного потока (применительно к настоящему изобретению) в сердечнике 13 можно осуществлять посредством нижеприведенных динамически обеспечиваемых способов использования известных из уровня техники источников постоянного магнитного поля, а также посредством нижеприведенных конфигураций формы и профиля сердечника 13 и основного источника магнитного поля в совокупности с вышеупомянутыми способами.

Динамически обеспечиваемые способы изменения магнитного потока (т.е. потока вектора магнитной индукции) в материале сердечника 13: относительное перемещения основного источника магнитного поля и сердечника 13 осуществляется посредством возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля вдоль направления подачи инструмента 3; относительное перемещение основного источника магнитного поля и сердечника 13 осуществляется посредством возвратно-поступательного движения основного источника магнитного поля относительно оси вращения, непараллельной направлению подачи инструмента; относительное перемещение по меньшей мере одной части основного источника магнитного поля и сердечника 13 осуществляется посредством возвратно-поступательного движения по меньшей мере одной части основного источника магнитного поля вдоль оси, непараллельной направлению подачи инструмента, при этом все части основного источника магнитного поля могут дополнительно совершать вращательное движение относительно оси, ориентированной вдоль направления вышеупомянутого возвратно-поступательного движения, упомянутой по меньшей мере одной части основного источника магнитного поля; относительное перемещение по меньшей мере одной части основного источника магнитного поля и сердечника 13 посредством исключительно вращательного движения вокруг определенным образом ориентированных осей ( в частности, для вариантов выполнения копировального устройства, когда копирным средством управляющего звена основной копирной системы функционально является непосредственно основной источник магнитного поля с приводом вращательного движения по меньшей мере одной его (источника) части относительно оси, непараллельной (фиг. 4 и 16) направлению подачи инструмента, а считывающим средством функционально является сердечник 13).

Конфигурация и/или конструктивное выполнение сердечника 13 и основного источника магнитного поля, обеспечивающие изменение магнитного потока (т.е. потока вектора магнитной индукции) в материале сердечника 13 при обеспечении относительного перемещения основного источника магнитного поля и сердечника 13 согласно вышеописанным способам относительного перемещения: выполнение сердечника 13 с профилированными выступами 25, расположенными в плоскости, пересекающей ось вращения основного источника магнитного поля, и при этом выполнение профилированных выступов 25 из магнитного материала; выполнение рабочей поверхности (обращенной к сердечнику 13) основного источника магнитного поля неплоской формы, например, конической; выполнение контура основного источника магнитного поля, в плоскости, перпендикулярной оси его перемещения относительно сердечника 13 (например, перемещения в виде вращательного движения), некруглой формы, например, крестообразной или иной неправильной формы.

Совершенно очевидно, что наиболее точную коррекцию величины подачи инструмента 3 в пределах одного оборота обрабатываемой детали 1 (по отношению к теоретически заданному изменению радиуса поперечного сечения детали 1 в зависимости от угла ее поворота относительно точки первоначального контакта вершины режущей кромки инструмента 3) можно осуществлять посредством комбинирования вышеописанных способов и конструктивных средств (позволяющих изменять магнитный поток в сердечнике 13 по заданным циклическим законам) в любых возможных сочетания, а также посредством количественного увеличения однотипных источников магнитного поля.

Учитывая то, что при выполнении основной копирной системы, согласно патентуемому изобретению, вносимая копиром 4 закономерность обработки преобразуется в движение подачи режущего инструмента в уменьшенном на несколько порядков (например, 1: 200) масштабе, можно сделать вывод о том, что даже значительные отклонения формы копира 4 от номинала (вызванные неточностью его изготовления или износом), практически не будут оказывать влияния на точность обработки, что весьма существенно с экономической точки зрения.

Кроме того, при выполнении основной копирной системы согласно патентуемому изобретению обеспечивается возможность переналадки копировального устройства для обработки деталей различных типоразмеров без замены копира, что в значительной степени снижает себестоимость продукции в мелкосерийном производстве.

Следует также отметить, что посредством использования патентуемого копировального устройства можно обеспечить высокую точность обработки деталей переменного профиля не только в поперечном сечении (относительно оси вращения данной детали в процессе обработки), но и продольном сечении (относительно вышеуказанной оси) при использовании известных из уровня техники средств и способов обработки (патент СССР N 544359, кл. B 23 Q 35/00, 1977).

Работа не описанных выше механических узлов патентуемого устройства однозначно вытекает из вышеизложенного описания вариантов патентуемого копировального устройства в статике, прилагаемых графических материалов и известного уровня техники (а.с. СССР N 1255390, N 1371867, патент СССР N 544359, кл. B 23 Q 35/00, 1986, 1988 и 1977 соответственно), в связи с чем в материалах настоящей заявки более подробно не раскрывается, поскольку не является объектом изобретения.

Проверка достижения заданного результата в отношении повышения точности обработки детали с профилем поперечного сечения в виде эллипса с максимальной разницей диаметров, составляющей 402 мкм, была осуществлена при использовании копировального устройства, выполненного в соответствии с конструктивным вариантом, изображенным на фиг. 16 и 17. Рабочие поверхности роторов (обращенные к сердечнику) были расположены с одинаковым зазором относительно сердечника, при этом все три ротора вращались с одинаковой частотой и в одинаковой фазе.

Геометрические размеры магнитопроводов и установленных на них пар постоянных магнитов основного источника магнитного поля составляли: диаметр 45 мм, толщина 8 мм. Сердечник был выполнен из сплава с гигантской магнитострикцией Tb_o, 27Dy_o, 73Fe_i, 95 со следующими геометрическими размерами: длина - 135 мм, ширина - 8 мм, толщина - 8 мм. Частоты (₀) вращения детали, копира и трех роторов основной магнитной системы составляли 3000 об/мин. Максимальная амплитуда возвратно-поступательного движения основной магнитной системы составляла 201 мкм.

На фиг. 18 (кривая "а") графически изображена требуемая (теоретическая) зависимость изменения линейного размера (L) сердечника в зависимости от угла поворота основного источника магнитного поля, соответствующая требуемому (теоретическому) изменению радиуса поперечного сечения обрабатываемой детали от угла поворота этой детали, а также эмпирически полученная зависимость изменения линейного размера (L¹) сердечника от угла поворота основного источника магнитного поля (кривая "в"). Кривая "с" (фиг. 19), полученная путем вычитания кривой "в" из кривой "а", характеризует отклонение (²L) требуемых (теоретически заданных) изменений линейных размеров (L) сердечника от практически (эмперически) полученных изменений его линейных размеров (L¹), соответствующее величине отклонения радиуса поперечного сечения детали после обработки по отношению к требуемым (номинальным) размерам этого сечения.

Из приведенных графических зависимостей видно, что максимальное отклонение размеров поперечного сечения обработанной детали по отношению к номиналу составляет 44 мкм. Совершенно очевидно, что для более точной обработки деталей необходимо использовать резервные возможности этого патентуемого варианта выполнения копировального устройства, которые обеспечивают возможность высокоточной подстройки изменения линейного размера сердечника по углу поворота основной копирной системы в соответствии с заданным профилем обрабатываемой детали.

Таким образом, патентуемое копировальное устройство может быть промышленно реализовано посредством его использования в станочных приспособлениях для высокоточной копирной обработки деталей вращения сложной формы, например, на отделочно-обточных станках, в том числе - для повышения качества обработки поршней двигателей внутреннего сгорания.