устройство для ультразвуковой чистовой финишной обработки поверхностей

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой чистовой финишной обработки поверхностей, содержащее корпус, акустическую систему, состоящую из магнитострикционного преобразователя, соединенного с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы, стопор и систему охлаждения, отличающееся тем, что акустическая система размещена в открытом с одного торца корпусе, образуя зазор с закрытым торцем, и жестко связана с корпусом через нулевой бурт концентратора, корпус помещен в дополнительный корпус осесимметрично с ним по скользящей посадке, пружина установлена между торцами корпусов, причем в качестве пружины использована пружина с упругими свойствами, обеспечивающими прижим рабочего наконечника к обрабатываемой поверхности, в торце внешнего корпуса выполнено отверстие, через которое проходят штуцера системы охлаждения и электрические провода, а стопор выполнен в виде штифта, помещенного в продольный паз дополнительного корпуса и установленного на поверхности внутреннего корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхности корпусов, обращенные друг к другу, покрыты смазкой, выполняющей функцию демпфера.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что форма рабочего наконечника образована шаровой поверхностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для чистовой финишной обработки поверхностей с использованием ультразвуковых колебаний.

Известно устройство (RU патент №2124430) для ультразвуковой финишной обработки поверхностей. Это устройство содержит акустическую систему, включающую установленный в корпус магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука. Концентратор снабжен упругим элементом, предназначенным для демпфирования осевых нагрузок. Недостатком известного устройства является невозможность обработки поверхностей деталей, обладающих эксцентриситетом.

В значительной мере этого недостатка лишено “Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей” (RU патент №2201863). Известное устройство является наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков. Это устройство содержит размещенную в корпусе акустическую систему, включающую магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы, и стопорный элемент.

Недостатком этого устройства является его ограниченные технологические возможности - с его помощью практически невозможно обрабатывать детали, обладающие значительным эксцентриситетом. Это объясняется тем, что рабочий наконечник может отойти от центра обрабатываемой детали только на расстояние, равное величине сжатия “упругого элемента с большой инерционной способность” - резины. Также при работе устройства происходят большие потери ультразвуковой энергии из-за взаимодействия пружины и магнитострикционного преобразователя. При этом взаимодействии пружина гасит часть ультразвуковой энергии.

Задачей, решаемой изобретением, является расширение технологических возможностей устройства за счет расширение номенклатуры обрабатываемых деталей при уменьшении потерь.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство, также, как и известное, содержит корпус, акустическую систему, состоящую из магнитострикционного преобразователя, соединенного с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника, пружину, установленную вдоль продольной оси акустической системы, стопор и систему охлаждения. В отличие от известного, в предлагаемом устройстве акустическая система размещена в открытом с одного торца корпусе, образуя зазор с закрытым торцом, и жестко связана с корпусом через нулевой бурт концентратора, корпус помещен в дополнительный корпус, осесимметрично с ним, по скользящей посадке, пружина установлена между торцами корпусов, причем в качестве пружины использована пружина с упругими свойствами, обеспечивающими прижим рабочего наконечника к обрабатываемой поверхности, в торце внешнего корпуса выполнено отверстие, через которое проходят штуцера системы охлаждения и электрические провода, а стопор выполнен в виде штифта, помещенного в продольный паз дополнительного корпуса и установленного на поверхности внутреннего корпуса.

Использование в устройстве пружины с большой инерционной способностью, установленной между торцами двух корпусов, позволяет рабочему наконечнику отслеживать рельеф детали, выступы на поверхности которой не превышают половину длины продольного паза стопора. Причем обработка происходит с минимальными потерями ультразвуковой энергии, поскольку воздействие пружины на инструмент происходит только через корпус, жестко связанный только с нулевым буртом концентратора, т.е. воздействие происходит в точке нулевых колебаний преобразователя, а это означает, что воздействие будет вызывать только смещение, но не будет влиять на ультразвуковые колебания. При этом конструкция устройства предусматривает отсутствие взаимодействия акустической системы с иными деталями (кроме охлаждающей жидкости), которые приводят к потерям.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 2 формулы изобретения, характеризует устройство для ультразвуковой чистовой финишной обработки поверхностей, в котором поверхности корпусов, обращенные друг к другу, покрыты смазкой, выполняющей функцию демпфера.

Смазка используется в конструкциях, предусматривающих использование мощных преобразователей, с большой амплитудой ультразвуковых колебаний (более 15 мкм). При обработке поверхностей такими устройствами происходит наклеп. В этом случае густая смазка ослабляет воздействие пружины, позволяя рабочему наконечнику отойти от детали и совершать удары по обрабатываемой поверхности.

Совокупность признаков, изложенная в пункте 3 формулы изобретения, характеризует устройство для ультразвуковой чистовой финишной обработки поверхностей, в котором форма рабочего наконечника образована шаровой поверхностью.

Выполнение рабочего наконечника в виде шаровой поверхности позволяет производить соударение с обрабатываемой поверхностью только в одной точке. Особенно это важно при выполнении операции “наклеп”.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематически показано предлагаемое устройство.

Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей состоит из корпуса 1, один из торцов которого открыт. В корпусе установлена акустическая система. Она установлена на некотором расстоянии от закрытого торца корпуса 1. Акустическая система состоит из магнитострикционного преобразователя 2, соединенного с концентратором 3, на торцевой части которого закреплен излучатель 4 ультразвука, торец которого выполнен в виде рабочего наконечника 5. Акустическая система жестко соединена с корпусом посредством нулевого бурта 6 концентратора. Корпус 1 установлен в дополнительный корпус 7 по скользящей посадке осесимметрично с ним.

Между торцами корпусов 1 и 7 размещена пружина 8. Внутренний корпус 1 снабжен штифтом 9, который установлен в продольном пазу 10 дополнительного корпуса 7.

Штуцера 11 и провода выведены через отверстие в торце наружного корпуса, которое может быть сформировано накидной гайкой.

Сопряженные поверхности корпусов могут быть покрыты смазкой, которая выполняет роль демпфера при выполнении операции “наклеп”, т.е. при использовании высокоамплитудной акустической системы. Для выполнение демпфирующей функции нужно, чтобы смазка была достаточно густой. Это может быть, например, смазка на основе кремнеорганического соединения.

Шаровая поверхность рабочего наконечника излучателя ультразвука выполняется из твердосплавного материала, например ВК-6 или ВК-8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Для осуществления чистовой финишной обработки поверхности изделия необходимо прижать рабочий наконечник излучателя ультразвука к обрабатываемой поверхности. Прижим обеспечивается пружиной 8, которая давит на закрытый торец корпуса 1. Так как корпус жестко связан с акустической системой через нулевой бурт 6 концентратора 3, прижимное усилие передается на рабочий наконечник. При этом штифт 9 упирается в край паза 10. После этого с помощью суппорта токарного станка (на чертеже не показан) прижимают рабочий наконечник ультразвукового излучателя к обрабатываемой поверхности так, чтобы штифт занял положение посредине паза. Подаваемый на обмотку магнитострикционного преобразователя 2 ток вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3 на излучатель ультразвука 4 и рабочий наконечник 5. При поджатии наконечника 5 к обрабатываемой поверхности он начинает воздействовать на нее колебаниями ультразвуковой частоты. Поскольку штифт 9 установлен посредине паза 10 рабочий наконечник за счет упругих свойств пружины может отслеживать отклонение рельефа поверхности от среднего уровня в размере длины паза, совершая возвратно-поступательные перемещения. Это дает возможность обрабатывать детали, обладающие эксцентриситетом. При выполнении наклепа штифт также устанавливается посредине паза. В этом случае демпфирующее действие смазки уменьшает влияние воздействия пружины и рабочий наконечник работает как “молоток”.

Описание работы показывает, что предлагаемое устройство позволяет обрабатывать поверхности деталей, обладающих большим эксцентриситетом, при этом происходят минимальные потери ультразвуковой энергии, благодаря минимальному взаимодействию акустической системы с другими элементами устройства.