Способ ультразвуковой размерной обработки
СПОСОБ УЛБТРАЗВУКОВОИ РАЗМЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, по которому инструменту, приводимому во BpanLcinic, сообп1ают ультразвуков151е колебания, отличающийся тем, что, с це.чью повьанения точности обработки микропазов в хрупких материалах , предварительно режущую кpo. инструмента устанавливают с зазором относительно заготовки, а пропесс обработки ведут циклично, сообпизя инструменту амплитуду , равную .максимально возможной для данного материала подаче, и по окончании каждого пикла увеличивают амплитуду па величину максимальной подачи. (Л о ;D оо 4 оо со
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
3(5g В 24 В 104
4 .., „13
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
liH5a c <;; y „.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
H ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 34.14742/25-08 (22) 01 04.82 (46) 23.05.84. Бюл. ¹ 19 (72) A. А. Коноваленко, В. Г. Моисеев, В. А. Кривега и А. С. Степанов (53) 621.9.048.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 722715, кл. В 23 Р 1/00, 1975.
2. Злектрофизические и электрохимические методы обработки. НИИмаш, вып. 9, 1977, с. 8 10.
3. Чилекторский Б. А. и др. Проектирование гироскопических электродвигателей.
М., «Машиностроение», 1968, с. 64.
4. Волосатов В. А. Ультразвуковая обработка. Лениздат, 1973, с. 213 †2 (прототип).
„,SU„„1093489 А (54) (57) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОИ
РАВМВРНОИ ОБРАБОТКИ, по которому инструменту, приводимому во вращение, сообщают ультразвуhoBhIc колебания, от.lllкающийся тем, ITo, с целью повышения точности обработки микропазов в хрупких материалах, предварительно режущую кромку инсгрумента устанавливают с зазором 0ТНосительно заготовки, а процесс обработки ведут циклично, сообпгая инструменту амплитуду, равную максимально возможной для данного материала подаче, и по окончании каждого цикла увеличивают амплитуду на велич»ну максимальной подачи.
11 (>Îp T fili OTiIOCH1 Ckf lC у.!Ьтразв > KOBO(l р((зчсрной обработке без продольной подачи и может быть использовано в приборостроении при изготовлсliHH пазов и канавок, В том числе и криволинейной формы в нсметаллических заготовках.
Известен способ ультразвуковой p33xfepной обработки колеблю!)нимся с ультразвуковой частотой инструментом с подачей в рабочий зазор абразивной суспензии. Ооработку при этом ведут с подачей, обсспсчиl3clloI1ipH зазор, болыпий размеры наиболее крупных зерен в абразивной суспензии. но мсныпий суммы величины размера этих зерен и ымплитуды колебания тсрцы инструмента (! ) .
Недостатком этого способа является сложность поддержания iiocTBHll f1(>kl по B(Г!Нчин((io;(3чи В зыни(, и)10(ти 01 oi)рыб<1 "ыВа(Bio(0 i!ро())иля, так I«3K Tf)p6xк<пcH
p0HcTBci c o c3o7Kkf(>É ки}!сх}атикой, 06ccilc IHBdiOlli(>if ТРЫСКГО()ИЮ ПСРС. 1(ШСНИЯ И ИОДВС IC:ИHH ин}стр« i(il (ы к Оор3бciòûВ3(. «!ОЙ 110Е3срхности без нагрузки. »«6) рази вн3 я с с пензия, омывая инс Гр(мент, с (,ижаст е!.О стойкосп> и изменяет ((о профиль, х!е!}ьн!}!31 точносп, обр ыбоп(и.
И:3 BPC fP}! !T Кж< . C110CC>6 )1 ihT f) 33B; 1«ОЕ>014
ООР36OTI«H «<(P f f TO iaaf, l i P l i К От О Р 0 М В Р Ы П (Ы К:> Ц (С >Ч >, С Я;., I М ЫЗНО«1 «И ИСТР) Xl(! Г) СОООШс} ЮТ 11()ОДО I bi!()(. Ул ьт17«. !«ОВЬ!с к<) 1((7K è÷ >1!01 И!!Ст(7(«i(«iIT l«З .(ГA i ()13K(C (el!3 f C II! Ii,"«i (4 - 7 ) 1() !1cl, ci В з(и!у обработки !10 (ык>г рыбо.l) I(> ЖП > KOC Ü (чс(; ld i if if) ПРОД, К I (>B P>>3(7.".lit. Iili >I <..Оооil (3 и l! }IС1 f) )1(Н 1\ и Зс ГOTOliк> Взсl И М i! ЫP 11(>Р(>М(>ц(\ 1(И Я, М Îi!«1!0 (>ЬИI Г>,1 I Я1 P !33!! И С i! <> 3 0 H И :((7 ((7 ) 1 j c < . > i " i! Г 1((> « I o I o с и 0 с О 6 3 Я В. i 3! с I c )! 1> <»: it, I i ii»Г i:.> i„ i i I I if<. : Il«"!(), Хl(Н 1 3 0 B ct l l, . < > Н !. <> С 1 С И Н Ь! «„.«; р Х i i«H X И (.:Х}С!с(, f.>I ff i, ., . i <1 1(11,I C it kfrK ДОЛ ЬНЫ)! . >И i« > .:" . «>(. I (i I! I ji,,! I i i) ((C,TC E снижсilHIÎ T() .:.Ioсти об f (x17(»!p Гогu, тык !«;!!« .,;„. -;«, )» (,>7; ИРОДОЛЬНОй (ц>ДЫЧИ> Kcil ИР: з f)()BBHии, сообщакп;!ро ((>,!ы! ! Е ihHhl(> ИСР«МЕ!ЦСIIHji УЛЬтРИ il>C « фактор,(о!!Ол!(итег(ь;(О к пчсюц(с«i,;H ц аст точ!10(п. обработки ь цс,;0«i. т;--;;, II(. !f03 I3().:!ЯВТ ОбрсlбiiTI 133 ГЬ:-. «i!!. I il,,31<, 1(. C> c) Ii H kl i l H (Т (7 >> .>1>: i l Г Hf)<7(() ffCff> Гi)pi>OBOlt С(«!) 11 (> >(»>. . В B(f, ((« I:if () 3,11>i> bi:«K, .>:i (i Г,., Ь! ". . O(."i ci f3, . 5!( 0 ;1, » () В 1(() «> 1 j) с. i >3< : 1.1 « > >: ..; < > В, 13 K, 0-! 1 101 1. 1: I И (7 ."(И . .», Ы >, ilii, О!»;, !,.«!>) I ;! K 00. »<>!3(1 >::>;ii <>т >i3i«il .,:1, Ii ci f (>Ò 0 Á K i 1 K И Н С 1 Р «X! C Н 1 Ч ), I f O,>(3 × « У,1 Ь Т (7 3 3 В « коBI ix прод< IbHblx колебаний ii3 инстручснт 1i абразивной суспензии в зазор между обрабатываемой повср«:постыл заготовки и -. орцом круга (4) . Недостатком известного способа являетл! -и(посре((cTBpннос касание инстрi>.",fpkIToM обрабатываемой поверхности заготовки. Это призодит к (ому, что усилие рсжушего инС(РУЧСНтc! ИСРЕДыетСЯ На ЗаГОтОВКУ. (О Поскольку !!редложснный cBîñîá предназначен для обработки гонкостенных заго.оВоК из xp(HKHx чатериалов, например керычики, то чей мсныпе будет подача (ам.и,;«l(;(3) Hiicтрумента. те я меньше воз(5 можность иоян.!еHHH трсц(ин на обрабатыьасмой заготовке. Например, получение спиральных канавок на окончательно обра60ТНН!!с>Н дг(аг!и аэродинамической опоры („) последняя: еx3311(сскыя оис")ация В ! ГСХIH). IÎI ИЧС(.КО)! Il,i !КЛС ИЗ! ОТОВ,1PIIИF. H ИС2р КЛ(ОЧ<>!!if(< Pс>(ТРЕ(. К и Ны НИ Я TOHKOCTPH3 Bl Х lP. талей а-)р(>диначической опоры приобретает ! I(КЛIО 1:TC 1ЬПО Важ НО(7:3наЧЕН ИЕ. 1«,ро. !с T()I О, lI17H Кы(. 3Hlili ffifCT)7X ментом :I(!13(. .P;110СТ(i .: 33Г01 ОВКИ СНИiK3! TCЯ Ч) B(TВИГ(л},и<)сть (и!стрх чснта к <:)!Икр()перевес!цс2с; :iI яч» (микроподаче и ill к ычплигу(е), так К<1 К ОТС Т(. ТВУС I !30ЗМОЖНОС1 Ь ПР(:(BBPIiTL 1Üf >!! (j i 3 l >! С 1 3 и К И ci ) Н 1, И т ) Ы УГ I b T P 3 3 13 « Ê 0 B Û X колсб(>!3!3!й инструменты, >Го !!собходи«!о, па:!ри !ер. Ирн Oop360ткс ч икр(н:и 3()B гл;би30 l iOkl ДО 5 ЧКМ. 1(с,}ью н)обрстсния является повышение I(d(>còH llpl . <7<бр(!(>Отк(чикропаз()в В хруп«(с!1 ЕP ll -! I с! « 1 (0C f сlв. 1> ii if с) Я 11(, l 1> до(TH i 3(ТСЯ 1 с >1, ЧТО ((> f1 I 3CH0 СИОСОО«,,, l ьl РЫЗВ > КОВОИ Р3 3)1(Р НОЙ » 0 (7 сlООТКИ, I!0 I«OTOPOXi X И НС1 Р « . 1(li 3, !!Pl> .) > ! 30 (ff)fox!«, Во Врац;ение, сообщают ул.тра. !3) новые к<>.! (73tiifj предварительно режу, () Io крочк, ииструм(нта уста!(авли(3ак>т с >ал<>РОМ <71 НОСИтЕЛЬНО ЗЗГОТ(7!3!«И, ci и;7ОЦЕСС (>О i) o o 1 к и В с, («": I i H к. и ч н О, с 0 06 i 1 (3 H и н с т }) ч">:j >f(.fò) 3)!!!Г(;(-.уду, равную максим <лы:(> Воз 10>!«НОИ д 1Я, !311HOI О М 3Т(рИ 3,13 }IO ld Чt. И 110 >)КО;I IB(ГI И Ч И Б3 ЮТ 3. (— II3 i3< .1H IHHХ XfdKCH «!ddt>НОЙ, 13 H I, («1 > >1 с н и я: t )1 3 Г) В с f f p (7 p «< (H I! ь> >! ! 0 !1еf>(I:i l,i)1 C."i< iii!(«! ОО(7360< К",f (70if3130. (ЯТ С < i>(»: 1> i!(i 1 i 3 «: II, IiiT«>ДОЙ f117 И ГО:)п ЗОН Гы, l h1 > 1)с I! i!;». I if и деты,1и. > . »! i). 1 .I3f!!3 ИрИИИИИИ 1, lblic!H СХ(.Х 3 ! с 1, >» i) C< ..11!33 i(iill i;> С<>< >i-,, ЬТрс!.3ВЧ,i(,i >1 i . ..,- i I, >;; )« ,>.,! .::1> > - »!»:,.!!! . :ке, 1093489 паз (канавка) 7 (фиг. 3), подлежащий обработке, на глубину L. При этом поверхность 4 выше поверхности 6 на величину L. Ультразвуковой инструмент 8 имеет алмазный наконечник 9 с главным режущим торцом 10 и вспомогательной режуmeA поверхностью 11. Инструмент 8 выполнен Нолым с отверстием 12 для подвода через него в зону обработки рабочей жидкости и для удаления продуктов обработки. Ультразвуковой инструмент 8 соединен с колебательной системой 13, которая сообшает инструменту 8 ультразвуковые продольные колебания с заданной амплитудой Б. Величину амплитуды Б подбирают в зависимости от свойств материала обрабатываемой заготовки 5 и прежде всего от хрупкости в сочетании с жесткостью ее геометрического профиля (тонкостенность, ажурность и т. д.). Режущая поверхность — торец 0 обрабатывает паз 7 в направлении ультразвуковых колебаний по глубине L, а режущая поверхность 11 — в поперечном направлении при поперечной подаче S стола 1 (фиг. 2). Способ осуществляют следуюшим образом. Подводят ультразвуковой инструмент 8 до касания с поверхностью 4 технологического упора 3. Фиксируют стол 1 в этом положении рукояткой 14. Затем горизонтальным перемещением S стола 1 устанавливают поверхность — торец 10 инструмента 8 над обрабатываемой поверхностью 6 заготовки 5 (фиг. 2). При этом между режущим торцом I0 и обрабатываемой поверхностью 6 будет зазор 15, равный глубине L паза 7. Сообщают инструменту 8 вращение и продольные ультразвуковые колебания, амплитуду которых берут равной 2 L, что составляет величину зазора между торцом инструмента и заготовки и глубину паза. В этом случае режуший торец 10 будет наносить микроцарапины алмазными зернами наконечника 9 на обрабатываемой поверхности 5 с последующим увеличением ширины этих микроцарапин в зависимости от продолжительности обработки. Совокупность этих микроцарапин образует в конечном итоге паз (канавку) на обрабатываемой поверхности заготовки 5. Усилие резания при образовании микроцарапин направлено по касательной к оси вращения инструмента и поверхности обрабатываемой заготовки 5, так как при продольных ультразвуковых колебаниях вектор ультразвуковых колебаний направлен по касательной к оси вращения инструмента 8 и обрабатываемой поверхности заготовки 5, а при поперечной подаче заготовки 5 вектор ультразвуковых колебаний направлен под малым углом к обрабатываемой ооковой поверхности паза, поэтому усилие резания будет практически незначительным и равным величине силы трения алмазных зерен наконечника 9 о материал обрабаты5 ! О ! 55 ваемой заготовки 5. Фактическую величину этой силы подбирают экспериментально в зависимости от режима обработки, x3ðûêтеристики алма3ного наконечника 9 в cî÷ñта гни со свойством хрупкости и ажурности (тонкостенности) геометрического профи, i>! обрабатываемого материала заготовки 5. Совмещая продольные ультразвуковые колебания инструмента 8 с различными поперечными траекториями перемещения заготовки 5, изменяя диаметр и форму алмазного наконечника 9 можно получить пазы, канавки и др. сложные формы B тонкостенных деталях из хрупких неметаллических материалов, например из кварцевого стекла, синталла, минералоксрамики и т. д. Причиной снижения усилия резания является возможность создавать регулируемые ультразвуковые колебания инструмента с амплитудой оТ долей микрона до нескольких десятков микрон, при этом точность «выставки» требуемой величины амплитуды зависит в основном от технических возможностей ультразвуковой колебательной системы 16, а не от кинематики станка, содержащей зазоры в кинематических звеньях, поскольку первоначально выставленный (исходное положение) зазор между торцом инструмента и обрабатываемым торцом заготовки изменяется — увеличивается при изменении длины инструмента. Изменение амплитуды колебаний инструмента позволяет регулировать усилие резания. После первого прохода происходит съем материала заданной глубины, например L (фиг. 3). Это ведет к увеличению зазора 15 между инструментом 8 и обрабатываемой поверхностью 6. Так как увеличивать величину съема материала за один проход, более, чем на глубину L нельзя, учитывая свойства материала данной заготовки, то чтобы получить глубину обработки при втором проходе так же равной 1., сохраняя взаимное расположение заготовки и инструмента, увеличивают амплитудb на допустимуlo для данного материала величину, равную в данном случае L. Хотя амплитуда возросла по сравнению с первоначальной на величину L, съем материала за один проход практически остается без изменений, т. е. величина с ьема материала в процессе обработки при каждом проходе всегда равномерна, несмотря на возростание амплитуды. В случае. если необходимо обрабатывать полость с глубиной больше, чем максимальное значение величины допустимой амплитуды продольных колебаний инструмента 8, то обработку ведут ступенчато с дискретной вертикальной подачей, например, стола 1, каждый раз контролируя вертикальную подачу по величине вертикального перемещения базовой плоскости. При этом, кaæäûé раз между режущей поверхностью — — тор! (В3<(8Г! I!0 !i f O и у >кс обработа(illo< повсj)K Iiocтью OCT 2 f3, (Я(01 3230<>, и<(ПРИ М(. Р, Р 1 !ЗН Ы Й 0( Tp(ги от максимальной величины 3 filëèT>„7,!,K а 3 пем производят еп;с глубже обрабо.гку полости паза 7 до максимальHой величи-Iû ЯМПЛ ИТУДЫ IIPO>OJI h JihlX >< . !hTPH3B>i КО!3 Ь(Х КОлсбаний инструмента 8 и так повторяют дo полной ооработки всей глубины 1. заготовKH О. ! ЛЯ ПО,(; ЧС:! ИЯ П ЯЗОВ С IIC()CÌCIf J(Û,f Г OIIcpñ ным сечением о(7(7(!ботк (!роизно (ят «переi7lcífiîé «мплитудой iipH гориз(>нтальIl;>3f пс рсмсгцсHèè столы !. Няли (и(тскн(>,.:Ol ического уIIOpcl 3 с Оазо вой ГО(>изОпталь ной H, 10ñKOcòüê> IIOHB >(ЯЕГ. искл!очпть мсханич(скос давлсii!i(. Н(1сгммепfH 8 ня крунк(ло заготовку 5 и -".м СH > 1 1>I. 1 I сl/)с(И Ги Ро()с! h 3 2 ГOTÎ >К :7 (>! СЛ, Iclé!>Ь(. ; НOB()- И<.. ILН(;1 . "C cl,(i!33!!I(>li>i !!
0 ((т (7 ОЛ И P 0 13 H T h 1 С К, I l ((Ñ И.> М С l (C 11 H C (P IIOL I Ь 6 МОЖ< 1 ОЫ(ь, ii «;! К() Ь!Т I (.;ВО, (01 H
Т3 IF)(è 11!) H H(3ll cl Ч НТ(. .1< Ь(iЫ." ct 03 f>1IT!Il >. P 3IÑ !>с1 Х C(ОИ ОО РЯОHТЫ13 HЕ( I jj)!f,!(cj). ! сl 3 Гл v>6(f I! OH О м к."<(13 )l li ll(.()НЛОКерам И 1 CKÎH 3ЯГОТОI)К(< ОЬ(Л ИЗГ(!TOB,1(H н:,1 X;I ьтр;(3 1>CKOB(71(I Ст;1 !(К(. (H 01 3 <><> ((П И И В (T f ) 3 М (I I T ci C O (т i(1 t I H;i ci . — К I„cl 31 Н Л 1:— ГС:(с) 6Ы, I;! В;>Ят<1 (),I K II, Ч ИС. 10 060РОТС>В 3040 06! !и!1, В iil ll li il j(P. Ü >11 ЬТ(7 ЯЗВ < KOВО I 0 (ГГс(нкс(;3 с(VP(I1Л и, I И И НCTP <<МCHТ С НЯ KÎН(.Ч НИ КОМ Из 3,1маза ЛС:К 175((00, à id сто,lс станка закреIIИ,1И ГС. .!IОЛОI И Ч(. СKИЙ 110,) (О.! ОК П,7ИТОК) и Обрабатываемую заготовку. Разность по высоте между ними была Взята 5 мкм. TOS p«(и,!мазно-п инструмента подводим до касания с поверхностью блока H IHToK. Горизонтал(н! ы 3! Пере3!ицснием стол а устHlfOBHли инстр()(СIIT HH.l 1сстом Oáp360Tvii .1333 ь з Ii(>lc)BKc Г зазо,)ом 5 мкм и зафиKcироВас(И ТО ВЗ
>кидкос! и — воды В зонъ об(заоотки; ин",Т(>ум(Н1 ", C(!00!Il f(,IH ВРЯ!ДЕНИС И,1ЬТРЯЗВ <К013 ЫС KO.(г6 ci!(И Я, ЗЯТЕМ С Ъ и(.ТОМ СВОЙСТВ .и;! . BÐÈ<1.73 H >KC TKOCTH I C0>(TPH ft IC0I (7 П!)0((>и,. (я 06 f7ctÎcl I Ыв асмой 3 H I OTOI3KH lS тол ниной ". мм увеличили амплитуду до (() мкм, что равно ..(л(ме величин: за 30p— 5 паза 5 мкм Н, иерем(чцая далее в горизонтальной ., () С КО С Т (1 3 d I О 0 В (>."(0 Т Н О С И T C. . 1 Ь Н О И Н С Т JP >i 1((TH, f1 p(iIf3E3Lли (>6j7H60TK(паз2. . l I7l l ЭТ<)М Г,(>. 01 I!el Об()с(ООТК И 11 f) Я КТИЧСCК : РЯВН<1 f3t. П(ЧИI((Я ((П,IИ I МД!>! (»IHII < C 32 с«>р .IK)i, КОЛЕ63! Ий рабО ILГ„Орца аЛ";cidtI0 О ИH(! (>ММСП1 ci I HK KЯК ИЗНОС ИI!C P>, 25 мс I;:;:-I дс. Hли из ми:!CðàëÎKcрамики толц(иной :> ММ OCT 0t)i>Ь(, I(>Рж3 12 В Г! ()СДC< 13. ; М КМ. j1 f70I(L cc >0pc160тки ll pcд. Ioit(cн н.:>1:<1 сп ОсоЗ0 о(нi легко f!0;>дястся авто(1((тизации, Греби;!.H 11ЯЗ2 I7ÑÃW . f I! P (ЕТСЯ И ООССПЕ i И В3<. СЯ (ОЧ (ОС1ЬК: .(ОДДС.)>KciHHH ВЕЛИ:ИНЫ !.; ПHIiTXIIhi i1 )0 f o. >I I x (л 1ь ГpH ц3(ко(31>! (Кос (>63 HHè, I н;". румснта и !!L зависит от кин(мятики станВ ЦС IOÌ. 1093489 Составитель М. Климовская Техред И. Версс Корректор А. Тяско Тираж 737 Подписное Редактор Г. Волкова Заказ 3351/12 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
