Способ абразивной обработки сферических поверхностей

 

Изобретение относится к механической обработке оптических деталей и позволяет повысить размерную стойкость инструмента. На рабочей поверхности инструмента и заготовки намечают концентрические окружности , соответствующие друг другу по шагу расположения. В зонах, образованных концентрическими окружностями инструмента, размещают абразив с различной концентрацией . Скорость относительного перемещения выбирают из условия прямо пропорциональной зависимости средней скорости относительного перемещения каждой из кольцевых зон инструмента от концентрации абразива. Такой выбор концентрации абразива и его размещение позволяет повысить размерную стойкость инструмента и качество обработки. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

t !

j

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4079038/31-08 (22) 22.05.86 (46) 23.06.88. Бюл. № 23 (71) Белорусский политехнический институт (72) И. П. Филонов, П. П. Анципорович и В. М. Жилко (53) 621.922.079 (088.8) (56) Михнев P. А., Штандель С. К. Оборудование оптических цехов. М.: Машиностроение, 1981, с. 319. (54) СПОСОБ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к механической обработке оптических деталей и позволяет повысить размерную стойкость инструмента.

ÄÄSUÄÄ 1404284 А1 (5D4 В 24 В 11 00 В.24 В 7/14

На рабочей поверхности инструмента и заготовки намечают концентрические окружности, соответствующие друг другу по шагу расположения. В зонах, образованных концентрическими окружностями инструмента, размещают абразив с различной концентрацией. Скорость относительного перемещения выбирают из условия прямо пропорциональной зависимости средней скорости относительного перемещения каждой из кольцевых зон инструмента от концентрации абразива. Такой выбор концентрации абразива и его размещение позволяет повысить размерную стойкость инструмента и качество обработки. 4 ил.

1404284

Изобретение относится к области механической обработки оптиче< ких деталей и может найти применение в оптической промышленности, а также при изготовлении инструмента. предназначенного для обработки, например, сферических поверхностей

5 кинематических пар манипуляторов и шаров большого диаметра.

Целью изобретения является повышение качества обработки путем повышения размерной стойкости инструмента. tG

Предложенный способ обработки сферических поверхностей заключается в сообщении заготовке и инструменту с торцовой сферической рабочей поверхностью относительного перемещения. На рабочей поверхности инструмента выделяют кольцевые

15 зоны и заполняют их абразивом с различной концентрацией, которая пропорциональна времени обработки и средней скорости относительного перемещения заготовки и инструмента. Указанную скорость получают усреднением значений скоростей относительного перемещения, которые определяют в точках пересечения указанных кольцевых зон инструмента и заготовки. Кольцевые зоны на заготовке выбирают из условия касания своими окружностями окружностей кольцевых зон инструмента.

На фиг. 1 изображены обрабатываемая заготовка и инструмент в плоскости, совпадающей с осями их вращения, разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг. 3 — вид

А на фиг. 1 (вдоль оси инструмента с концентрическими окружностями на его рабочей поверхности и концентрическими окружностями на обрабатываемой поверхности); на фиг. 4 — схема устройства для осуществления предложенного способа.

Предложенный способ заключается в том что обработку заготовки 1 ведут инструментом с рабочей поверхностью 2, на которой намечают кольцевые зоны в виде концентрических окружностей с равным шагом. На фиг. 2 показаны их радиусы от rO г„„до 40 гз=г„„„. Центральные углы этих окружностей относительно оси симметрии инструмента обозначены 6;, гдеij=0, 1, 2, ... На обрабатываемой поверхности заготовки 1 выбирают окружности радиуса R; так, чтобы они имели общую точку касания в плоскости, совпадающей с их осями вращения. С этой целью после выбора значений r; определяют величину соответствующего центрального угла окружности инструмента по формуле

6;=агс з1пЯ-, (1)

50 Тс где, — радиус обрабатываемой сферы.

Затем определяют центральный угол Л ! на обрабатываемой поверхности по формуле

Л вЂ” 2 — w6 (2) где — — угол между осями симметрии

Ь (вращейия) инструмента и обрабатываемой заготовки (знак « — » соответствует точкам касания окружностей, расположенных между осями заготовки и инструмента; «+» соответствует значению Л;)Л/2.

После этого определяют значения радиусов окружностей R на обрабатываемой поверхности, которые касаются окружностей радиуса r„на рабочей поверхности инструмента в плоскости, совпадающей с осями их вращения по формуле

Rj=R,sinAj. (3)

Как видно из фиг. 1 и 2, и окружностям на инструменте соответствует m=2n окружностей на обрабатываемой поверхности. Количество точек касания равно количеству окружностей т радиуса R. В каждой точке пересечения окружностей определяют косинус угла а, межд радиусом r; и проекцией радиуса-вектора R на плоскость соответствующей окружности r; по формуле

Я/соЯ г) +r;grMBKc h rsin+)

2R г;сов-ф, (4) где hj=Ri;(l — созЛ,) — высота сегмента, образованного плоскостью окружности радиуса Я,.

На фиг. 2 показан угол между векторами

70з и Рзз в точке пересечения нулевой окружности инструмента радиуса гO=I03 и третьей окружности обрабатываемой поверхности радиуса Ro — — Рзз. Во второй точке пересечения этих окружностей угол а„=360 — а».

Формула (4) получена из треугольника, например, Оз, Оз, С (фиг. 3). Треугольник, образованный сторонами r;, R cos Л/2 и

r..., 6;;з1пЛ/2 (на фиг. 3 — сторонами г0з, Рззсоз — и rO — Йззз1п — ) располагается

A 6 а 2 плоскости соответствующей окружности r; (на фиг. 3 — в плоскости окружности r0= гчакс) °

Как видно из фиг. 2 и 3, угол а между векторами Г"0з и V5 скоростей точек 3, О, принадлежащих обрабатываемой поверхности и инструменту, совпадающих с точками пересечения выбранных окружностей, связан с углом 0, соотношением а „=180 — а,. (5)

В одних точках касания при вращении инструмента со скоростью со„и заготовки со скоростью ь в направлениях, указанных на фиг. 2, угол o:„=0, а в других а„=180 .

Распределение скоростей в этих точках, приведенное на фиг. 2, показывает, что в некоторой точке поверхности заготовки на дуге ас имеется точка, отстоящая от оси вращения детали на расстоянии R„, в которой V„"=V„", т. е. jr «,— V" — 1 =0. Это означает, что в этой точке отсутствует скорость относительного перемещения (скорость резания), т. е. съема припуска теоретически нет при наличии дав1404284 ления. Такое сочетание приводит к образованию микротрещин на обрабатываемой поверхности. Записывая условие равенства скоростей точки касания окружностей радиусов г„и Rx B виде ю,г,=о дЯ, или с учетом формул (1) — (3) в виде ь„з!п(Л,— >)=

=а з1пЛ„после преобразований величина угла Л„соответствующего зоне возможного трещинообразования, определится из выражения (6)

В уравнении (6) знак «+» соответствует одинаковому направлению вращения заготовки и инструмента, « †» — противоположному, как указано на фиг. 2. Величина радиуса окружности инструмента, на которой имеется точка, где скорость резания (про- 20 скальзывания) равна нулю, определяется из выражения

r„=R,sin(Ë„+ ). (7)

Если Л„(, то точка, в которой проскальзывание отсутствует, располагается на дуге ас обрабатываемой поверхности (фиг. 1, 2).

Это будет в случае противоположного направления угловых скоростей заготовки и 30 инструмента. Если же Л„) -, то такая точка

Ь располагается на дуге асе (фиг. 1, 2) ближе к периферии обрабатываемой поверхности.

Этот случай соответствует одинаковому направлению а„и ю.. Как видно из уравнения (6), при ад=О такая точка, расположенная на оси вращения инструмента, находится в точке С (фиг. 3). Уравнения (6) и (7) позволяют выбрать минимальное значение внутреннего диаметра инструмента, при ко- 40 тором отсутствуют неблагоприятные условия съема припуска. Как видно, значение его определяется не только геометрией, но и кинематикой. Таким образом, после определения г,„)г„=г„„„ определяют скорости 45 относительного перемещения (износа) в каждой точке ij пересечения окружностей инструмента на его рабочей поверхности и обрабатываемой заготовке по формуле (8)

Выражение (8) позволяет определить величину износа U;" в каждой точке пересечения и касания U;" окружностей в зависимости от времени 1" вращения инструмента, как U»= V,„ t". Учитывая, что V»=à„r», V";=â, Я», то t„=2zrN/а„, где N — количест- 55 во оборотов инструмента. Из выражения (8) с учетом ранее полученных соотношений имеем и — = " — © sink»ñîsà„)2ë N (9)

Ri R

Уравнение (9) позволяет определить относительную величину износа (/ в каждой точке пересечения окружностей за любое время работы инструмента, определяемую его количеством оборотов.

Абсолютную величину износа можно определить, используя уравнения (9) с учетом интенсивности износа, определяемой давлением. После определения относительной величины износа инструмента в каждой точке пересечения определяют суммарный относительный износ вдоль каждой окружности, как сумму износов в точках пересечения и касания каждой окружности инструмента со всеми окружностями радиуса на обрабатываемой поверхности по формуле

Х u,",п 2

ij (!О)

ij=1 х где U — относительныи износ в двух точках касания каждой окружности, определяемый с учетом того, что в них

a,„=0 или а„=180 .

Указанная методика расчета геометрии и износа рабочей поверхности инструмента сравнительно проста, позволяет использовать ЭВМ для анализа протекания износа как поверхности инструмента, так и обрабатываемой поверхности и определить скорость относительного перемещения вдоль окружности инструмента (вдоль касательной к ней) . Формулы (4), (5) позволяют определить угол между этими векторами, используя только геометрические параметры и предлагаемый способ разбивки сопряженных сферических поверхностей.

Указанная методика учитывает проекцию суммарной скорости относительного перемещения на касательную к траектории точки инструмента, расположенной на окружности радиуса r;. В общем случае

2 ., „ м

V,„=(У,„) + (V,,) "— 2V,-„V„ñosà

И А где V„=1г; sino..

Однако с учетом того, что со„))сод, т. е. V„))

)) „(например, при л =150 об/мин принимают n„=3000 об./мин или h — — 6000 об/

/мин), можно с небольшой погрешностью считать V„= V„.

Указанная методика расчета инструмента позволяет также решить вопрос о выборе рационального соотношения внутреннего диаметра инструмента и повысить качество обработки путем определения закона размещения различной концентрации алмазного порошка по рабочей поверхности инструмента. Именно так можно обеспечить

1404284 более равномерный износ рабочей поверхности инструмента, а не толщиной алмазного слоя таблетки, так как от его величины коэффициент износостойкости не изменяется, Он может быть изменен, например за счет

1 5 изменения концентрации в нем алмазного порошка. После расчета величины внутреннего диаметра и среднего износа вдоль всех средних окружностей выделенных кольцевых зон рабочей поверхности инструмента вдоль них формируют алмазный слей, а концентрацию в этих зонах алмазного порошка распределяют пропорционально средней скорости относительного перемещен. я вдоль каждой окружности и времени обработки, измеряемого количеством оборотов инструмента при определенном (заданном) соотношении угловых скоростеи заготовки h инструмента

Для достижения большей степени точности ориентации алмазоносно:.о слоя и прочности его сцепления с корпусом инструмента шихту с соответствующей концентрацией алмазного порошка размещают в цилиндрических оболочках диаметром, соответствующим выделенным кольцевым зонам, при этом внутренние и наружные с".енки цилиндрических оболочек выполнены из легкоплавкого металла, способного соединяться с ме- 25 таллом связки в размягчением состоянии.

Формула изобретения

Способ абразивной обработки сферических поверхностей, при котором заготовке и инструменту с торцовой рабочей поверхностью сообщают относительное перемещение, отличающийся тем, что, с целью повышения качества обработки путем повышения размерной стойкости инструмента, на рабочей поверхности инструмента и заготовки намечают соответствующие друг другу по шагу. расположения концентрические окружности и в зонах, образованных концентри40 ческими окружностями инструмента размешают абразив с различной концентрацией, а скорость относительного перемещения выбирают из условия прямо пропорциональной зависимости средней скорости относительного перемещения каждой из кольцевых зон инструмента к их концентрации абразива.

Устройство для осуществления способа (фиг. 4) содержит поддон 3, служащий для установки его в печь при спекании, цилиндрические оболочки 4 из легкоп..авкого материала с размещенной внутри них шихтой, корпуса инструмента 5, пуансона 6, болта 7 с гайками 8 и 9 для крепления центрирующей детали 10 и прижатия сферических поверхностей дополнительного 11 и основного 12 вкладышей.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

На поддон 3 устанавливается основной вкладыш 12, собранный с болтом 7 и нижней гайкой 9. На болт 7 сверху устанавливается дополнительный вкладыш 11, затем собранные (вставленные друг в друга) цилиндрические оболочки 4 с шихтой. После этого на дополнительный вкладыш 11 надевается корпус 5 инструмента, на болт 7 — центрирующая деталь 10, она стягивается верхней гайкой 8 и сверху собранных деталей надевается обойма. После этого готовая прессформа размещается в рабочей зоне нагревательного устройства, вводится между обоймой и центрируюгцей деталью 10 пуансон б и производится соединение корпуса 5 с цилиндрическими оболочками 4, которые оплавляются, внедряясь в спиральные канавки, выполненные на торце корпуса инструмента.

Под воздействием давления и температуры происходит окончательное формирование алмазоносного слоя.

Указанная методика разбивки рабочей зоны учитывает геометрию соприкасающихся поверхностей, а методика расчета позволяет при этом учесть характер (закономерность) износа рабочей поверхности инструмента как вдоль выделенных кольцевых поверхностей, так и между ними и реализовать качественное крепление и точное расположение алмазоносного слоя по рабочей поверхности инструмента. При этом, изменяя концентрацию алмазного порошка в соответствии с выявленным характером износа, предложенный способ позволяет управлять коэффициентом износостойкости отдельных кольцевых зон инструмента. Это позволяет решить некоторые проблемы повышения размерной стойкости инструмента и повысить качество обработанной поверхности.

1404284

ЧЪг. 2

1404284

ВиР А

7К /а

Составитель T. Никанорова

Редактор В. Данко Техред И. Верес Корректор В. Гирняк

Заказ 3035/15 Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., n. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4