устройство для крепления шлифовального круга со статико-импульсным нагружением

Формула изобретения

Устройство для крепления шлифовального круга, содержащее установленную на шейке шпинделя планшайбу с закрепленным на ней шлифовальным кругом, отличающееся тем, что оно снабжено механизмом импульсного нагружения шлифовального круга в продольном направлении в виде гидравлического генератора импульсов, волноводом с закрепленной на нем вилкой, расположенной с одного торца круга, кольцом, смонтированным посредством подшипника на установленной на шейке шпинделя втулке и имеющим кольцевой паз, в котором размещена вилка, и расположенными с другого торца круга диском, закрепленным на торце шпинделя, и винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, опирающимися на торец диска, при этом шейка шпинделя сопряжена с планшайбой и втулкой по шлицевой поверхности, кольцо своими торцами контактирует с подшипниками, закрепленными на торцах планшайбы и соседней шейки шпинделя, а боек гидравлического генератора импульсов установлен с возможностью воздействия на волновод с обеспечением осевых колебаний планшайбы со шлифовальным кругом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии машиностроения к механической обработке трудношлифуемых металлов и сплавов, склонных к прижогам и микротрещинам, абразивным инструментом и может быть использовано при шлифовании и полировании в конструкциях оснастки, шлифовальных и полировальных станков.

Известен привод шлифовального круга, содержащий установленную с возможностью осцилляции на шейке приводного вала планшайбу с расположенным на ней корпусом шлифовального круга и торцовый кулачковый механизм осцилляции планшайбы, связанный с отдельным приводным шкивом, расположенным соосно планшайбе, причем кулачковый механизм имеет наклонный опорный элемент и контактные ролики [1].

Этот привод имеет ограниченные технологические возможности, не обеспечивает повышенное качество обработки, так как зерна круга работают главным образом передними гранями, не позволяет регулировать амплитуду и частоту осцилляции, что снижает производительность обработки и ведет к большому расходу дорогостоящего алмазно-абразивного материала.

Известен привод шлифовального круга, содержащий планшайбу с кругом, которая установлена на сферической шейке приводного вала и торцовый кулачковый механизм осцилляции с приводным шкивом [2].

Известный привод является громоздкой и сложной конструкцией, требующей дополнительного привода шкива торцового кулачкового механизма осцилляции, при этом из-за того, что периферийная поверхность шлифовального круга является сферой, зона контакта круга с заготовкой минимальна и в поперечном сечении теоретически представляет собой точку, а большинство зерен периферийного режущего слоя одновременно не участвуют в резании.

Привод имеет ограниченные технологические возможности, не обеспечивает повышенное качество обработки, так как зерна круга работают главным образом передними гранями, не позволяет регулировать амплитуду и частоту осцилляции, что снижает производительность обработки и ведет к большому расходу дорогостоящего алмазно-абразивного материала.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для абразивной обработки с крутильно-осевыми вибрациями, содержащее установленную с возможностью осцилляции на шейке шпинделя планшайбу с закрепленным на ней шлифовальным кругом и торцовый кулачок, смонтированный с возможностью контакта с роликом, при этом оно снабжено упругими шайбами, установленными с торцов планшайбы, а шейка шпинделя и планшайба сопряжены по винтовой поверхности с углом наклона около 45° к оси вращения шлифовального круга, имеющего аксиально-смещенный режущий слой, при этом контактный ролик установлен на торце планшайбы, а торцовый кулачок - на пиноли шпинделя [3].

Известное устройство имеет ограниченные технологические возможности, т.к. не позволяет плавно регулировать амплитуду и частоту осцилляции и устанавливать оптимальные значения, что снижает производительность обработки и ведет к большому перерасходу дорогостоящего алмазно-абразивного материала, не обеспечивает повышенное качество обработки, так как зерна круга работают главным образом передними и лишь частично боковыми гранями.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, повышение качества и производительности обработки за счет сообщения инструменту низкочастотных, не зависящих от частоты вращения круга осевых колебаний, повышение интенсификации процесса шлифования за счет приложения к кругу продольной импульсной силы, позволяющей осуществлять резание не только передними, но и боковыми гранями зерен, а также за счет увеличения зоны контакта круга с заготовкой, позволяющей экономно расходовать алмазно-абразивный материал.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для крепления шлифовального круга, содержащее установленную на шейке шпинделя планшайбу с закрепленным на ней шлифовальным кругом, причем оно снабжено механизмом импульсного нагружения шлифовального круга в продольном направлении в виде гидравлического генератора импульсов, волноводом с закрепленной на нем вилкой, расположенной с одного торца круга, кольцом, смонтированным посредством подшипника на установленной на шейке шпинделя втулке и имеющим кольцевой паз, в котором размещена вилка, и расположенными с другого торца круга диском, закрепленным на торце шпинделя, и винтовыми цилиндрическими пружинами сжатия, опирающимися на торец диска, при этом шейка шпинделя сопряжена с планшайбой и втулкой по шлицевой поверхности, кольцо своими торцами контактирует с подшипниками, закрепленными на торцах планшайбы и соседней шейки шпинделя, а боек гидравлического генератора импульсов установлен с возможностью воздействия на волновод с обеспечением осевых колебаний планшайбы со шлифовальным кругом.

Особенности конструкции устройства поясняются чертежами.

На фиг.1 изображено устройство для крепления шлифовального круга импульсным нагружением, частичный продольный разрез; на фиг.2 - общий вид по А на фиг.1 и схема, действующих сил; на фиг.3 - поперечный разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг.1.

Предлагаемое устройство служит для крепления шлифовального круга 1 для работы периферией и позволяет нагружать его в поперечном направлении статической Р_ст, а в продольном импульсной Р_им нагрузкой. Устройство содержит установленную с возможностью осевых колебаний на шейке 2 шпинделя 2 планшайбу 3 с закрепленным на ней с помощью гайки 4 шлифовальным кругом 1.

На шпинделе с одного торца круга 1 (согласно фиг.1, справа от круга) расположена вилка 5, входящая в круговой паз кольца 6, смонтированного на подшипнике 7, который установлен на втулке 8. Кольцо 8 торцами контактирует с подшипниками 9 и 10, закрепленными, соответственно, на торцах планшайбы 3 и соседней шейке 2 шпинделя 2.

С другого торца круга 1 (согласно фиг.1, слева от круга) на шпинделе расположены винтовые цилиндрические пружины сжатия 11, опирающиеся на торец диска 12, который жестко закреплен на торце шпинделя 2.

Шейка 2 шпинделя 2, планшайба 3 и втулка 8 сопряжены по шлицевой поверхности, благодаря которой имеется возможность передавать вращающий момент и осевое перемещение.

Вилка 5 закреплена на волноводе 13, который воспринимает на себя удары бойка 14 гидравлического генератора импульсов (ГГИ) (не показан) [4, 5], который является механизмом импульсного нагружения Р _им устройства.

Для предохранения от попадания шлама и смазочно-охлаждающей жидкости на шлицевую поверхность шпинделя 2 и пружины 11 на периферийные поверхности диска 12 и гайки 4 установлена гофрированная тканевая прорезиненная обечайка 15, закрепленная проволочными кольцами 16.

Устройство работает следующим образом.

Устройство применимо как для плоского (см. фиг.2), так и для круглого шлифования при работе периферией круга.

Статическая нагрузка Р_ст, действующая по нормали на обрабатываемую поверхность заготовки создается механизмами станка, как при традиционном шлифовании. Выбор величины Р_ст зависит от конкретных условий обработки и технических требований к обрабатываемой поверхности.

В качестве механизма импульсного нагружения круга применяется гидравлический генератор импульсов [4, 5]. При плоском шлифовании заготовка вместе со столом совершает возвратно-поступательные движения S_пр, при этом устройству с кругом сообщают вращательное движение V_M и поперечную подачу S_поп на каждый двойной ход стола.

Периодическую импульсную Р_им нагрузку создает ГГИ и посредством бойка 14 передает ее волноводу 13 в направлении оси шпинделя. Импульсная ударная нагрузка Р _им посредством вилки и кольца воздействует на круг, перемещая его вдоль оси шпинделя (согласно фиг.1-2, справа налево) на величину амплитуды А_А. После окончания действия удара круг с планшайбой, кольцом, вилкой и волноводом 13 отводится с помощью пружин 11 в первоначальное положение (согласно фиг.1-2, вправо).

В результате удара бойка 14 по торцу волновода 13 в бойке и волноводе возникают ударные и противоположно направленные импульсы одинаковой амплитуды и продолжительности, каждый из которых будет воздействовать на круг и обрабатываемую поверхность с цикличностью, равной двойной продолжительности импульсов.

Дойдя до круга, ударный импульс распределяется на проходящий и отражающий. Проходящий импульс формирует динамическую составляющую силы резания. Возможность рационального использования энергии ударных волн определяется размерами предлагаемого устройства.

В результате наложения на вращательное движение круга его импульсного осевого перемещения по шпинделю создается перекрестное движение абразивных зерен круга относительно вектора скорости продольной подачи заготовки S_пр и периодически изменяется скорость резания и сила трения. Причем происходит изменение направления скольжения круга относительно обрабатываемой заготовки, абразивные зерна начинают работать как передними, так и боковыми гранями, изменяется в сторону увеличения ширина обработки за один проход В_1пр и интенсивность съема материала. При этом облегчается съем металла и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания, вследствие чего полностью подавляются автоколебания и сила трения уменьшается до 4 раз. Кроме того, это позволяет увеличить число активно работающих абразивных зерен и интенсифицировать срезание выступов неровностей поверхности.

В результате совмещения импульсного возвратно-поступательного осевого и вращательного движений круга на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты, улучшается качество поверхностного слоя детали и гасятся автоколебания. Причем улучшаются условия работы абразивных зерен, уменьшается их износ, повышается интенсивность съема материала и размерная стойкость круга, создается благоприятная кинематика движения абразивных зерен относительно заготовки, что также снижает шероховатость обработанной поверхности.

Снижение силы трения и гашение автоколебаний шлифовального шпинделя с кругом позволяет улучшить качество обработанной поверхности при одновременном увеличении режимов и производительности. Полное подавление автоколебаний и уменьшение силы трения при использовании предлагаемого устройства позволяет повысить режимы и производительность обработки в 3 раза без ухудшения качества обработанной поверхности.

Кроме того, в таких условиях стойкость инструмента возрастает до 2 раз, а в процессе шлифования жесткими кругами - до 5 раз и более, по сравнению со стойкостью при традиционной абразивной обработке без наложения колебаний.

Предлагаемое устройство позволяет повысить производительность также благодаря совмещению черновой и чистовой обработки.

При шлифовании мягкими кругами обеспечивается однотонная зеркально чистая поверхность с малой высотой неровностей.

Шлифование жесткими абразивными кругами с применением устройства не уступает по производительности высокоскоростному шлифованию, но обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности.

Таким образом, происходит, интенсивно воздействующее на обрабатываемую поверхность, шлифование с импульсным нагружением круга, которая существенно улучшает качество обработанной поверхности и повышает в несколько раз производительность.

Проведены производственные испытания с использованием специального стенда. Значения технологических факторов (частоты ударов, величины подач) выбирались таким образом, чтобы обеспечить кратность ударного воздействия на элементарную площадку обрабатываемой поверхности в диапазоне 6...10. Дальнейшее увеличение кратности воздействия ведет к возникновению больших инерционных сил и вибраций.

Величина силы статического поджатия инструмента к обрабатываемой поверхности составляла Р_ст 25...40 Н; Р_имп=255...400 Н.

Производственные испытания показали, что предложенное устройство обеспечивает осцилляцию теплового поля, интенсифицирует процесс обработки вследствие прироста площади контакта заготовки с кругом за один проход, позволяет получить пересечение под углом траекторий движения шлифовального круга с направлением исходной шероховатости, обуславливая сетку следов и характер микрогеометрии как при хонинговании, шлифохонинговании с наложением вибраций. Улучшаются условия самозатачивания круга.

Устройство может быть использовано, кроме шлифовальных станков, также на токарных, фрезерных, отрезных и т.д. В качестве инструмента может быть установлен накатник, иглофреза, зубчатый хон, лепестковый круг и другой дисковый инструмент.

Опытное шлифование нежестких валков листопрокатных станов с предложенным устройством позволяет стабильно получать шероховатость Ra=0,32 мкм по всей длине с 95% вероятностью и полном отсутствии следов «рубленности».

Преимуществом устройства является расширение технологических возможностей, использование обычного стантартного инструмента. Возможность плавного регулирования амплитуды осевых колебаний позволяет легко оптимизировать процесс обработки в производственных условиях при изменении обрабатываемого материала, химико-термической операции, режущего инструмента, технических условий, режимов резания.

Источники информации

1. А.с. СССР №672001, МКИ В24В 47/00, 1977.

2. А.с. СССР №1054034 А, МКИ В24В 47/04, опубл. 15.11.1983.

3. Патент РФ 2164853, МКИ⁷ В24В 5/00, 7/00, 45/00. Устройство для абразивной обработки с крутильно-осевыми вибрациями. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Самойлов Н.Н. и др. 99117084/02, 04.08.1999; 10.04.2001, Бюл. №10 - прототип.

4. Киричек А.В., Лазуткин А.Г., Соловьев Д.Л. Статико-импульсная обработка и оснастка для ее реализации // СТИН, 1999, №6. - С.20-24.

5. Патент РФ 2090342. Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием, 1997, Бюл. №34.