способ обработки поверхностей вращения и инструмент для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки поверхностей вращения, при котором заготовке и инструменту с подвижными в радиальном направлении посредством центробежных сил основными и расположенными в прерывистости основных остальными абразивными брусками сообщают вращательное движение в одну сторону и относительное продольное возвратно-поступательное перемещение, при этом остальным абразивным брускам сообщают радиальное перемещение при холостых подводе-отводе и контакте с обрабатываемой поверхностью независимо от основных абразивных брусков, отличающийся тем, что радиальное перемещение при контакте с обрабатываемой поверхностью заготовки сообщают поочередно основным после холостого отвода остальных, а затем - остальным после холостого отвода основных абразивных брусков, при этом при контакте с обрабатываемой поверхностью заготовки остальным абразивным брускам сообщают дополнительное движение вдоль образующей обрабатываемой поверхности.

2. Инструмент для обработки поверхностей вращения, содержащий корпус, смонтированный в нем комплект подвижных в радиальном направлении колодок с абразивными брусками и подвижными элементами, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль образующей обрабатываемой поверхности посредством шарнирных звеньев, связанных с приводом, отличающийся тем, что инструмент снабжен основным комплектом колодок с абразивными брусками и с продольными выступами с наружной конической поверхностью, установленных в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении, и подпружиненными соосно расположенными поршнями разного диаметра, размещенными в выполненных в корпусе центральных полостях, при этом на поршне большего диаметра выполнена внутренняя коническая поверхность, предназначенная для контакта с наружными коническими поверхностями продольных выступов колодок основного комплекта и перемещения их к оси корпуса, а поршень меньшего диаметра снабжен закрепленным соответственно на его заднем и переднем штоках золотником для регулирования подачи СОЖ к разным комплектам колодок и втулкой с внутренней конической поверхностью, предназначенной для контакта с наружными коническими поверхностями продольных выступов, выполненных на введенных в инструмент и связанных с колодками другого комплекта дополнительных подвижных в радиальном направлении элементах с размещенными в них с возможностью поворота и фиксации упомянутыми выше подвижными элементами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению. Может быть использовано при обработке точных поверхностей в деталях типа колец подшипников качения, гильз, клапанов, шпинделей и т.п.

Известны аналогичные способы обработки поверхностей вращения инструментом с радиально подвижными абразивными брусками, при которых заготовке и инструменту сообщают вращение в одну сторону и относительное осевое перемещение (а. с. 1450986, СССР МКИ B 24 B 33/02; а.с. 1794633, СССР, МКИ B 24 B 33/02, B 24 B 19/06, БИ, 6, 1993; а.с. 1803310, СССР, МКИ B 24 B 33/02, БИ, 11, 1993; патент 2028913, B 24 B 33/02, БИ, 5, 95). Недостатком аналогичных способов является ограниченная точность и производительность.

В качестве прототипа наиболее близко по своей технической сущности подходит способ обработки поверхностей вращения (положительное решение по заявке N 5062022/08 (041930), МКИ, B 24 B 33/02), при котором заготовке и инструменту с подвижными в радиальном направлении с помощью центробежной силы абразивными брусками сообщают вращательное движение в одну сторону и относительное осевое возвратно-поступательное движение. Способ обработки-прототип прост в осуществлении из-за отсутствия механизма радиальной подачи абразивных брусков. Кроме того, он имеет широкие технологические возможности благодаря применению комплекса абразивных брусков в одном инструменте. Однако способ-прототип имеет недостаток - ограниченные точность и производительность, т. к. чистовую и тонкую окончательную обработку выполняют в двух различных операциях.

Заявленный способ обработки поверхностей вращения позволяет устранить названный недостаток.

Известны аналогичные инструменты (положительное решение по заявке N 5062022/08; а. с. 856768, СССР МКИ B 24 B 33/02, БИ, 1981), содержащие корпус, сборные колодки с абразивными брусками. Аналогичные инструменты просты по конструкции и имеют широкие технологические возможности. Однако их недостаток в ограниченных точности и производительности.

В качестве прототипа наиболее близко по своей технической сущности подходит инструмент (а.с. 856768, СССР, МКИ, B 24 B 33/02, БИ, 1981), содержащий корпус, смонтированный в нем комплект колодок с абразивными брусками и подвижными элементами, установленные с возможностью возвратно-поступательного движения посредством шарнирных звеньев, связанных с приводом. Инструмент-прототип обладает расширенными технологическими возможностями. Однако он не позволяет увеличить точность и производительность.

Сущность изобретения-способа. В способе обработки поверхностей вращения, при котором заготовке и инструменту с подвижным в радиальном направлении посредством центробежных сил основными и расположенными в прерывистости основных дополнительных абразивными брусками сообщают вращательное движение в одну сторону и относительное продольное возвратно-поступательное перемещение, при этом дополнительным брускам сообщают радиальное перемещение при холостых подводах-отводах и контакте с обрабатываемой поверхностью независимо от основных абразивных брусков, радиальное перемещение при контакте с обрабатываемой поверхностью заготовки cообщают поочередно основным после холостого отвода вспомогательных, а затем - вспомогательным после холостого отвода основных абразивных брусков, при этом при контакте с обрабатываемой поверхностью заготовки дополнительным абразивным брускам сообщают дополнительное колебательное движение вдоль образующей обрабатываемой поверхности.

Сущность изобретения - инструмента. Инструмент для обработки поверхностей вращения, содержащий корпус, смонтированный в нем комплект подвижных в радиальном направлении колодок с абразивными брусками и подвижными элементами, установленными с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль образующей обрабатываемой поверхности посредством шарнирных звеньев, связанных с приводом, отличающийся тем, что инструмент снабжен основным комплектом колодок с абразивными брусками и с продольными выступами с наружной конической поверхностью, установленных в корпус с возможностью перемещения в радиальном направлении, и подпружиненными соосно расположенными поршнями разного диаметра, размещенными в выполненных в корпусе центральных полостях, при этом на поршне большего диаметра выполнена внутренняя коническая поверхность, предназначенная для контакта с наружными коническими поверхностями продольных выступов колодок основного комплекта и перемещения их к оси корпуса, а поршень меньшего диаметра снабжен закрепленными соответственно на его заднем и переднем штоках золотником для регулирования подачи СОЖ к разным комплектам колодок и втулкой с внутренней конической поверхностью, предназначенной для контакта с наружными коническими поверхностями продольных выступов, выполненных на введенных в инструмент и связанных с колодками другого комплекта дополнительных подвижных в радиальном направлении элементах с размещенными в них с возможностью поворота и фиксации упомянутыми выше подвижными элементами.

Отличительные признаки способа-обработки: введены новые действия - дополнительные колебательные движения абразивных брусков; известные действия выполняют по-иному и в другой последовательности - основные абразивные бруски для предварительной обработки вводят в контакт с обрабатываемой поверхностью заготовки в то время, как остальные абразивные бруски отводят от нее и, наоборот, абразивные бруски вводят в контакт, когда основные абразивные бруски отведены, т.е. основные и остальные абразивные бруски работают поочередно. Это означает возможность объединения двух различных технологических операций в одну при одной установке заготовки. Такое техническое решение позволяет достигнуть новый технический результат: повысить точность обработки, - т. к. исчезают два источника погрешностей обработки - одна установка заготовки и одна установка инструмента; повысить производительность, т.к. сокращается общее штучное время.

Анализ способа обработки-прототипа и известных аналогичных технических решений показал, что в них отсутствуют такие признаки. Признаки влияют на достигаемый технический результат, т.е. находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Следовательно, признаки являются существенными.

Отличительные признаки инструмента: изменена структура его введением новых конструктивных элементов - комплект дополнительных элементов в креплении других абразивных брусков, позволяющий им перемещаться в радиальном или близком к нему направлении; двух двигателей, выполненных в виде пневматических либо гидравлических поршней одностороннего действия; конусной втулки; золотника. Изменена форма некоторых элементов - на колодках абразивных брусков выполнены выступы. Предлагаемые технические решения позволяют автоматизировать подвод и отвод основных и остальных абразивных брусков к и от обрабатываемой поверхности в любой необходимой последовательности независимо друг от друга. Анализ инструмента-прототипа показал, что в нем не содержится таких решений. Отличительные признаки влияют на достигаемый технический результат и находятся в причинно-следственной связи с указанным результатом. Следовательно, признаки являются существенными.

Таким образом, заявляемые способ и инструмент для обработки поверхностей вращения позволяют решить задачу создания технологической схемы последовательной работы нескольких инструментов, совмещенных в одном, каждый из которых предназначен для снижения периодических составляющих с определенным шагом в общем спектре. Причем, главное, это решение позволяет последовательно работать разным режущим элементам (теперь одного инструмента) при одной установке заготовки. Таким решением повышается точность обработки за счет устранения двух источников погрешностей обработки: 1) установки заготовки; 2) установки инструментов, и повышается производительность за счет сокращения вспомогательного времени (исключением затрат на одну установку и съем заготовки) и машинного времени (совмещением или перекрытием времени подвода и отвода разных инструментов).

В графических материалах заявки представлены: фиг. 1 - схема положения основных и остальных абразивных брусков при отведении их от обрабатываемой поверхности; фиг. 2 - то же, при подводе к обрабатываемой поверхности только основных абразивных брусков; фиг. 3 - то же, только остальных абразивных брусков; фиг. 4 - схема рабочих движений для фиг. 2 при обработке внутренних цилиндрических поверхностей; фиг. 5 - то же, что и на фиг. 4 - для фиг. 3; фиг. 6 - схема рабочих движений основных брусков (для фиг. 2) при обработке внутренних конических поверхностей, например наружных колец роликовых конических подшипников качения, в том числе с бомбинированным профилем; фиг. 7 - то же, что и на фиг. 6 (для фиг. 3) - для остальных абразивных брусков; фиг. 8 - график изменения положения абразивных брусков во времени; фиг. 9 - общий вид инструмента - разрез Б-Б; фиг. 10 - то же, разрез А-А.

Внутри заготовки 1 расположен инструмент, включающий корпус 2 с основными 3 и остальными 4 абразивными брусками. Заготовка 1 имеет обрабатываемую поверхность 5. Основное абразивное бруски 3 установлены на комплекте колодок 6 посредством державок 7 и болтов 8. Комплект колодок 6 установлен жестко на направляющих 9. Направляющие 9 соединены с корпусом 2 по подвижной посадке с возможностью перемещения своих осей. Колодки 6 соединены с корпусом 2 посредством пружин, условно не показанных. Основные абразивные бруски 3 таким образом имеют возможность с колодками 6 перемещаться под действием центробежной силы к обрабатываемой поверхности 5. В корпусе 2 размещены поршень 10 большего диаметра - в полости 11 и поршень 12 меньшего диаметра - в полости 13. Полости 12 и 13 являются центральными относительно корпуса 2. При этом поршень 12 меньшего диаметра снабжен штоками: задним 14 и передним 15. Задний шток 14 входит внутрь поршня 10 большего диаметра, подпружинен пружиной 16 относительно хвостовика 17 и соединен посредством резьбы и гайки 18 с золотником 19, которым снабжен поршень 12 малого диаметра. Передний шток 15 соединен жестко со снабженной им втулкой 20. Поршень 10 большего диаметра снабжен продольными выступами 21, имеющими внутреннюю коническую поверхность 22, и штифтами 23, входящими по подвижной посадке в хвостовик 17, предназначенными для предотвращения поворота их вокруг собственной оси. Колодки 6 снабжены также продольными выступами 24, имеющими наружную коническую поверхность 25, предназначенную для взаимодействия с внутренней конической поверхностью 22 продольных выступов 21 переднего штока 15. Поршень 10 большего диаметра выполнен с пазом 26, в который имеет возможность входить шпонка 27, предназначенная для предотвращения поворота заднего штока 14 вокруг собственной оси. Кроме того, колодки 6 выполнены с отверстиями 28, соединенными с трубками (условно не показанными), неподвижно соединенными с колодками 6 и выходящим к зоне контакта основных абразивных брусков 3 с обрабатываемой поверхностью 5 заготовки 1 и предназначенными для пропуска СОЖ в зону резания. В корпусе 2 и хвостовике 17 выполнены отверстия 29 - 33, предназначенные также для пропускания СОЖ. Остальные абразивные бруски 4 установлены в колодки (условно не показаны), которые, в свою очередь, установлены на подвижном элементе 34, соединенном через шарнирные звенья 35, 36, муфту 37 с приводом (условно не показан). Таким образом, абразивные бруски 4 имеют возможность совершать вместе с подвижным элементом 34 колебательные движения от привода вдоль образующей обрабатываемой поверхности 5 заготовки 1. Подвижный элемент 34 установлен на вилке 38, которая своим хвостовиком 39 вставлена в дополнительный подвижный элемент 40 с возможностью установочного поворота на нем вокруг оси хвостовика 39 на заданный угол по шкале (условно не показанной) и фиксации посредством болта 41. Дополнительный подвижный элемент 40 расположен в направляющих, выполненных в корпусе 2, с возможностью перемещение в них под действием центробежной силы в сторону обрабатываемой поверхности 5 и посредством пружины 42 - в обратном направлении. Ось хвостовика 39 и направляющих расположены перпендикулярно образующей обрабатываемой поверхности 5. Дополнительный подвижный элемент 40 снабжен продольным выступом 43 с наружной конической поверхностью 44, имеющей возможность контактировать с внутренним конусом 46 втулки 20, для возврата абразивных брусков 4 в исходное положение - в сторону оси ОО. Поршень 10 большего диаметра подпружинен пружинами 46, закрепленными на корпусе 2. В хвостовике 17 имеется отверстие 47 для подачи сжатой среды при приведении в действие поршня 10 большего диаметра. В корпусе 2 имеются отверстия 49, 50, а в хвостовике 17 - отверстие 51 для подачи сжатой среды при приведении в действие поршня 12 меньшего диаметра. Втулка 20 снабжена трубками 52 для подачи СОЖ в зону контакта абразивных брусков 4 с обрабатываемой поверхностью 5 заготовки 1. Штоки 14:15 и поршень 12 меньшего диаметра снабжены центральным каналом 53, предназначенным также для подачи СОЖ. Золотник 19 имеет возможность перемещаться вместе с задним штоком 14 вдоль оси ОО под действием пружины 16 либо давления сжатой среды на поршень 12 малого диаметра, при этом - открывать либо закрывать отверстие 33 для изменения потока СОЖ к основным и остальным абразивным брускам 3,4.

Способ и инструмент для обработки поверхностей вращения в динамике. Для выполнения технологической операции заявляемым способом отбирают необходимые основные и остальные абразивные бруски 3, 4. Основные абразивные бруски 3, имеющие форму сегментов с большой дугой охвата ~100...120^o, устанавливают на колодках 6 и закрепляют посредством державок 7 и болтов 8. Остальные абразивные бруски 4, имеющие форму длинных параллелепипедов, устанавливают на подвижном элементе 34 и закрепляют посредством державок и винтов, условно не показанных. При этом в зависимости от формы обрабатываемой поверхности 5 заготовки 1 рабочую поверхность абразивных брусков 3 располагают параллельно оси ОО инструмента - при обработке цилиндрических поверхностей, либо под углом к оси ОО - при обработке конических поверхностей, равном углу наклона образующей обрабатываемой поверхности. Далее производят правку рабочих поверхностей абразивных брусков 3, 4. При обработке поверхностей с прямолинейными образующими дополнительный подвижный элемент 39 устанавливают в нулевое положение по угловой шкале (условно не показана) и фиксируют посредством болта 41. При обработке бомбинированного профиля дополнительный подвижный элемент 39 поворачивают по угловой шкале на заданный угол и также фиксируют. Устанавливают заготовку 1 в приспособление для ее установки (условно не показано). Вводят вместе со шпинделем инструмент во внутрь отверстия заготовки 1 до положения, обеспечивающего совпадение плоскостей симметрии обрабатываемого отверстия и рабочего профиля абразивных брусков, а также совпадения осей вращения инструмента ОО и заготовки 1 (фиг. 1). Включают вращение заготовки 1 с угловой скорость _з, например, по часовой стрелке, и вращение инструмента в ту же сторону с угловой скоростью _и. Значение угловой скорости _и инструмента выбирают такое, которое обеспечивает необходимое значение центробежной силы определенное из условия обеспечения требуемого давления абразивных брусков на обрабатываемую поверхность. Значение угловой скорости _з заготовки выбирают из условия обеспечения необходимой скорости резания. Таким образом, скорость резания равна разности линейных скоростей рабочих поверхностей абразивных брусков и обрабатываемой поверхности заготовки в точках их контакта. До начала вращательного движения вокруг оси ОО через распределитель (условно не показан) и муфту 48 подают сжатую среду, например масло, в линию питания поршня 12 малого диаметра через отверстия 51, 50, 49. Под действием сжатой среды поршень 12 малого диаметра перемещается в сторону хвостовика 17, а с ним и втулка 20. При перемещении втулки 20 ее внутренний конус 45 контактирует с наружной конической поверхностью 44 на продольном выступе 43, имеющемся на дополнительном подвижном элементе 40. Происходит силовое замыкание дополнительного подвижного элемента 40 на корпус 2, исключающее возможность перемещения абразивных брусков 4 в сторону обрабатываемой поверхности. Одновременно в линии питания поршня 10 большего диаметра отсутствует сжатая среда. Поршень 10 большего диаметра под действием пружины 46 прижат к хвостовику 17. Основные абразивные бруски 3 вместе с колодками 6 и державками 7 под действием возвратной пружины (условно не показанной) находятся в наиболее удаленном положении от обрабатываемой поверхности 5. С включением вращательного движения инструмента основные абразивные бруски 3 под действием центробежных сил перемещаются вместе с колодками 6 и направляющими 9 в отверстиях корпуса 2 в сторону обрабатываемой поверхности 5. На это радиальное перемещение основных абразивных брусков 3 затрачивается время подвода (отрезок аб на фиг. 8). Рабочее положение основных абразивных брусков 3 при обработке цилиндрических и конических поверхностей вращения показано на фиг. 4 и 6 соответственно. При этом главное движение D_г имеют основные абразивные бруски 3, вращательное (вспомогательное первое) движение D_в1 имеет заготовка 1 и вспомогательное второе - возвратно-поступательное перемещение D_в2 основные абразивные бруски 4. Одновременно через распределитель, муфту 48, отверстия 33, 32, 31, 30 и далее к трубкам (не показанным) подается СОЖ в зону контакта основных абразивных брусков 3 с заготовкой 1. После съема материала на обрабатываемой поверхности 5 в начале отрезка прямой бв (фиг. 8) до получения требуемого размера на обрабатываемой поверхности 5 уменьшаются погрешности формы и низкочастотная волнистость. Основные абразивные бруски 3 отводят от обрабатываемой поверхности 5 (отрезок вг фиг. 8) в течение времени Этот отвод осуществляется подачей сжатой среды через распределитель, муфту 48, отверстие 47, т. е. линию питания поршня 10 большего диаметра. Под действием сжатой среды поршень 10 перемещается от хвостовика 17. При этом перемещении внутренняя коническая поверхность 22 продольных выступов 21 на поршне 10 взаимодействует с наружной конической поверхностью 25 продольных выступов 24 на колодках 6. В итоге основные абразивные бруски 3 вместе с колодками 6 и направляющими 9 перемещаются в радиальном направлении от обрабатываемой поверхности 5. Происходит силовое замыкание основных абразивных брусков 3 и колодок 6 на корпус 2. До этого удаляется сжатая среда из линии питания и полости поршня 12. Поршень 12 малого диаметра под действием пружины 16 перемещается в сторону от хвостовика 17 вместе с втулкой 20. Тем самым абразивные бруски 4 и дополнительные подвижные элементы 40 освобождаются от силового замыкания и они под действием центробежной силы перемещаются в сторону обрабатываемой поверхности 5. Этому движению соответствует отрезок еж (фиг. 8) и время подвода абразивных брусков 4. Абразивные бруски 4 займут положение, изображенное на фиг. 3, 5, 7. Золотник 19 становится перемычкой между отверстиями 33 и 32. Поток СОЖ меняет свое направление. Через центральное отверстие 53, трубку 52 подается СОЖ в зону контакта абразивных брусков 4 с заготовкой 1. От дополнительного привода (не показанного) через муфту 37, шарнирные звенья 35, 36 абразивным брускам 4 сообщают колебательное движение - вспомогательное движение D_в3 вдоль образующей обрабатываемой поверхности 5. Таким образом, абразивные бруски 4 получают главное рабочее движение D_г, вращение вокруг оси ОО, и три вспомогательных рабочих движения: D_в1 - вращение вокруг оси ОО (с любой из трех скоростей: равной, меньшей или большей скорости основных абразивных брусков); D_в2 - возвратно-поступательное движение вдоль оси ОО; D_в3 - колебательное движение вдоль образующей обрабатываемой поверхности. Задача, решаемая работой абразивных брусков 4 на отрезке времени жи (фиг. 8), состоит в уменьшении высоты шероховатости и высокочастотной волнистости на обрабатываемой поверхности, оставшихся на ней после этапа обработки основными абразивными брусками. После окончания обработки абразивными брусками 4 их отводят от обрабатываемой поверхности в течение времени по отрезку ик (фиг. 8). Осуществляют этот этап путем пуска сжатой среды через муфту 48, отверстия 51, 50, 49 в рабочую полость поршня 12 малого диаметра. Под давлением сжатой среды поршень 12, втулка 20 и золотник 19 перемещаются в сторону хвостовика 17. При этом внутренний конус 46 взаимодействует с конической поверхностью 44 дополнительных подвижных элементов 40 и они возвращаются в исходное положение, перемещаясь от обрабатываемой поверхности 5. Поток СОЖ отключается. Процесс обработки заготовки 1 закончен. Она удаляется из приспособления после вывода из нее инструмента в продольном направлении. При необходимости получения бомбинированного профиля обрабатываемой поверхности 5 при настройке инструмента абразивные бруски 4 поворачивают на угол вокруг оси хвостовика 39. В этом случае третье вспомогательное рабочее движение D_в3, колебательное движение абразивных брусков 4 осуществляют под названным углом к первоначальной образующей обрабатываемой поверхности. Данный способ обработки может быть осуществлен и без второго вспомогательного рабочего движения D_в2, т.е. методом врезания.

Пример конкретного выполнения. Подлежит окончательной обработке поверхность беговой дорожки наружного кольца подшипника 32310, размеры которой: диаметр 97 мм, длина 17 мм. Выбирают скорость резания основных абразивных брусков 135 м/мин, зернистость М28. Необходимая скорость абразивных брусков, исходя из величины максимального удельного давления, равна 380 м/мин. Скорость заготовки составит 245 м/мин при частоте вращения ее 803 мин^-1. Выбирают скорость резания абразивных брусков 4 в 30 м/мин и зернистость их М10. Тогда скорость заготовки равна 360 м/мин при частоте вращения 1200 мин^-1. Устанавливают указанные выше абразивные бруски на инструмент. Устанавливают инструмент и заготовку на внутришлифовальный станок фирмы "Морара". Вводят инструмент в отверстие заготовки до совпадения их осей симметрии и ведут обработку согласно заявленному способу. Сначала работают основные абразивные бруски в течение 25 с, затем остальные абразивные бруски в течение 20 с. При этом частоту вращения заготовки изменяют до выбранной. После обработки обработанная поверхность имела огранку 0,2 - 0,8 мкм, волнистость 0,1 - 0,2 мкм, шероховатость 0,05 мкм. Штучное время составило 67 с. Ранее на две операции затрачивалось 40 и 45 с соответственно.

Заявляемый способ позволяет по сравнению с прототипом повысить точность и производительность. Экономическая эффективность может быть вычислена из определения разницы себестоимости при обработке в две операции и по прелагаемому способу обработки.