Борштанга для обработки глубоких отверстий

 

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано при сверлении и расточке глубоких и точных отверстий. Целью изобретения является повышение производительности и точности обработки за счет снижения изгибных колебаний и уменьшения угловых поворотов головки. На стебле 2 между головкой 1 и нажимным узлом в виде гайки установлены кольца 3 и 4 с коническими торцовыми поверхностями б и в и продольными пазами г образующими упругие лепестки, смещенные по окружности колец с одного торца по отношению к лепесткам с другого торца. При воздействии на кольца 3 и 4 гайки создается их напряженное состояние в осевом направлении а т.к. торцы колец выполнены конусными, нагрузка действует в радиальном направлении, способствует выбору всех радиальных зазоров. 7 з.п.ф-лы, 16 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я(.1„„1553266 (51)5 В 23 В 29 03

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4285407/25-08 (22) 15.07.87 (46) 30.03.90. Бюл. № 12 (71) Ленинградский механический институт им. Маршала Советского Союза Устинова Д. Ф. (72) Н. С. Силин (53) 621.952.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 638428, кл. В 23 В 29/03, 1977. (54) БОРШТАНГА ДЛЯ ОБРАБОТКИ

ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ (57) Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при сверлении и расточке глубоких и точных отверстий. Целью изобретения является повы2 шение производительности и точности обработки за счет снижения изгибных колебаний и уменьшения угловых поворотов головки.

На стебле 2 между головкой 1 и нажимным узлом в виде гайки установлены кольца 3 и 4 с коническими торцовыми поверхностями б и в и продольными пазами г, образующими упругие лепестки, смешенные по окружности колец с одного торца по отношению к лепесткам с другого торца. При воздействии на кольца 3 и 4 гайки создается их напряженное состояние в осевом направлении, а так как торцы колец выполнены конусными, нагрузка действует в радиальном направлении, способствует выбору всех радиальных зазоров. 7 з.п.ф-лы, 16 ил.

1553266

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при сверлении и расточке глубоких и точных отверстий.

Целью изобретения является повышение производительности и точности обработки за счет снижения изгибных колебаний и уменьшения угловых поворотов головки.

На фиг. 1 представлена борштанга с головкой с одним резцом, работающая с внутренним подводом и отводом смазочно-охлаждавшей технологической среды (СОС); на фиг. 2 — задняя часть борштанги, закрепляемая в подающей каретке станка; на фиг. 3сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 4 -- сечение

Б — Б на фиг. 1; на фиг. 5 — — узел I на фиг. 1 (выполнение кольца с перепадом внутренней поверхности относительно прилегающих колец); на фиг. 6 — то же, выполнение колец с выступающими цилиндрическими поверхностями; на фиг. 7 — то же, выполнение колец борштанги, работающей при наружном подводе СОС; на фиг. 8 — нажимной узел; на фиг. 9 — расположение колец с чередующимися конусными поверхностями торцов; »а фи г. 10 — бор штанга с кол ьцами, имеющими смеШение оси конусных поверхностей торцов колец относительно оси стебля; на фиг. 11 — — схема действующего момента, вызывающего угловые повороты переднего конца стебля; на фиг. 12 — — графики зависимости статических угловых перемещений переднего конца стебля от соотношения поперечных сечений стебля и колец при различных длинах стебля и направлениях усилия, приложенного посредством нажимного узла к набору колец; на фиг. !3 —— пример исполнения торцов колец; на фиг. 14 - — разрез  — В на фиг. 13; иа фи r. 15 --- разрез à —;.«а фи г. 13; на фиг. 16 — — узел II на фи -. (зона контактирования колец) .

Борштанга для обработки глубоких отверстий содержит головку 1, стебель 2, на котором концентрично расположены между головкой 1 и нажимным узлом кольца 3 и 4.

Нажимной узел состоит из гайки 5, размещенной на наружной резьбовой поверхности а стебля 2. Внутренняя полость стебля 2 разделена перемычкой 6, с помощью которой осуществлено разделение на полости для подвода смазочно-охлаждаюгцей технологической среды (COC) и ее отвода из зоны резания резца 7 головки при обработке заготовки 8. На наружной поверхности стебля 2 вдоль eI.o оси размешен ряд колец 3 и 4, контактирук>щих между собой торцами. Торцы б и в этих колец выполнены конусными с углом (f:. При этом со стороны торцов на кольцах выполнены пазы г, котоpble расположены по окружности равномерно и выполнены вдоль стебля 2. Пазы г на каждом торце смещены относительно других пазов. На кольцах 3 и 4 угловое смешение в поперечной плоскости равно 45 при

55 выполнении на каждом торце по четыре паза г. Количество пазов и их размеры выбраны из условий создания радиальных перемещений прилегающей части кольца 3 или 4 и передачи через эти кольца разгружающего усилия, развиваемого нажимным узлом, на передний конец стебля. Углы р наклона торцов б и в с технологической точки зрения целесообразно выполнять одинаковыми в пределах 20 — 45 .

В зависимости от соединения головки 1 со стеблем 2 крайние ио длине стебля кольца 9 фиксированы от угловых поворотов, например, с помогцью штифтов 10, входящих в продольный паз кольца 9. Кольцо 9 имеет возможность продольного перемещения относительно стебля 2, что обеспечивает выбор зазоров и создание предварительного натяга в соединениях колец 3 и 4 и стебля 2 при креплении (завинчивании) головки 1 на стебель 2.

При настройке оорштанги для работы завинчиванием гайки 5 нажимного узла оказывают давление на ряд колец, расположенных по всей длине стебля 2. При этом коническая поверхность в кольца 4 расклинивает их упругие части, образованные за счет пазов г. При расклинивании ряда колец одно из них (кольцо 4) плотно охватывает стебель, а другое (кольцо 3) исключает или уменьшает зазор между наружной поверхностью борштанги и поверхностью обрабатываемого отверстия. Нажимным узлом обеспечивается регулировка радиального перемещения частей колец 3, прилегаюших к наклонным TopIIàì б и в.

В случае уменьшения диаметра обрабатываемого отверстия по причине притупления или выкрашивания резца 7 головки 1 кольца 3 и 4 выполнены с различной радиальной жесткостью. Различная жесткость установленных по длине стебля 2 колец достигается за счет перепада диаметров dI и а2 поверхностей колец или за счет выполнения пазов по количеству, отличному от количества пазов других колец.

Кольца 3 и 4-, расположенные со стороны головки 1, выполнены с большей радиальной жесткостью, чем радиальная жесткость колец, установленных со сторо н ы иажимного узла. Такое расположение колец иа стебле 2 обеспечивает равномерную регулировку диаметра в случае образования конусности глубокого отверстия из-за износа резца 7, а также перераспределение сил упругости колец, вызванное изменением диаметра отверстия, что исключает заклинивание переднего конца борштанги в процессе обработки заготовки. В связи с тем, что борштанга имеет угловые перемещения (крутильные колебания) в процессе ее работы, кольца могут быть выполнены из различных фрикционных материалов, увеличивающих потерю энергии колебаний головки 1. Так

1553266 как борштанга имеет по величине угловые колебания со стороны головки 1, большие по сравнению с величиной угловых колебаний, возникающих со стороны ее крепления в подающей каретке станка, то кольца на стебле 2 размешены с убыванием коэффициента трения используемых материалов от головки 1 к нажимному узлу борштанги.

Это обеспечивает не только эффективность гашения крутильных колебаний, но и более рациональное использование материалов, что сокращает стоимость изготовления инструмента в целом.

Борштанга может быть выполнена с распределенными по длине опорными участками Н, базирующимися равномерно по окружности на обрабатываемой поверхности отверстия заготовки 8. Для этого на наружной поверхности каждого кольца 3 или 4 выполнены выступающие цилиндрические участки н, армированные антифрикционным материалом.

Виброгасящее покрытие может быть также выполнено на одной из поверхностей сопряжения кольца со стеблем 2 и аналогично распределено по длине борштанги.

При осуществлении наружного подвода СОС на кольцах 3 и 4 выполнены дополнительные пазы и и к, которые соединены с пазами г. Пазы в и к выполнены с наклоном относительно последних пазов, образуя непрерывный канал для подвода СОС по ломаной винтовой линии, что обеспечивает 30 создание разгружающих усилий, обусловленных гидравлическими силами потока СОС.

Для использования борштанги при обработке глубоких отверстий с наложением продольных колебаний на головку 1 в нажимном узле выполнен блок из колец 9. Кольца 9 35 вЬшолнены из пьезоматериалов или их аналогов и соединены с помощью электрической цепи с генератором, возбуждающим в нажимном узле продольные колебания. Продольные колебания через ряд колец пере- 40 даются на резцовую головку.

Конические поверхности торцов б и в колец 3 и 4 выполнены с последовательным чередованием соединений по длине. Соединение образовано наружной конусной поверхностью на одном торце б кольца 4 и 45 внутренним конусом на другом торце в. Такое последовательное соединение может обеспечивать равномерное охватывание стебля 2 по всей его длине при создании нажимного усилия от нажимной гайки 5.

Для уменьшения изгибаюшего момента 50

Мизг. соответственно угловым перемещениям

О наклонные торцы б и в колец 3 и 4 выполнены в виде конической поверхности. При этом ось 01 — Oi этой поверхности имеет смещение е относительно оси Π— О стебля.

Смещение е оси Oi — Oi для каждого кольца 3 размещают при настройке борштанги в одной плоскости, проходящей через ось стебля 2. При этом в данной плоскости раз6 мешена также и вершина резца 7. Смешение конусных поверхностей колец, расположенных на длине стебля 2, для головки 1 должно быть расположено в противоположном направлении расположения вершины резца головки 1.

В случае применения многорезцовой головки 1, состоящей из равномерно закрепленных по окружности режущих лезвий, смещение набора колец расположено в плоскости действия изгибающего момента М- от равнодействующей силы резания и поперечного прогиба f стебля 2. Смешение е так же, как и для головки 1 с одним резцом 7, направлено в противоположном направлении поперечному прогибу стебля.

В зависимости от диаметров обрабатываемого отверстия и технологических требований, предъявляемых к ним, это смещение е конической поверхности колец выполнено для каждого кольца отличным от смещений других колец, расположенных в одном ряду, и эти смешения колец установлены по длине стебля 1 с постепенным убыванием их величины от резцовой головки 1 к гайке 5 нажимного узла. В случае, когда стебель совершает изгибные колебания второй формы, то большее смещение конусной поверхности колец размещено в средней по длине части стебля и в плоскости резца 7 головки 1.

Толщина кольцевого сечения колец 3 и 4 выбирается такой, чтобы момент инерции !„ поперечного сечения кольца составлял 0,2—

0,3 от момента инерции 1, поперечного сечения стебля 2, т. е. I„=0,2 — 0,3 I,. Выбор такого соотношения моментов инерций колец и стебля обусловлен тем, что при выполнении данного соотношения наблюдаются в процессе обработки отверстий меньшие значения угловых перемещений О-, чем при других соотношениях. Ширина каждого кольца 3 или 4 в наборе борштанги выбрана из соотношения собственной частоты колебаний для каждого кольца, отличной от собственной частоты стебля, т. е. о в,.

Для увеличения площади действующих сил трения на борштанге в зоне головки 1 кольца 3 и 4 могут быть выполнены с переменной шириной. В этой зоне возникновения максимальных крутильных колебаний стебля 2 устанавливают кольца, имеющие меньшую длину li, чем длина у колец, размешенных в зоне нажимного узла, т. е.

l (Ь(1з(....

Соединение наклонных торцов б и в может быть образовано за счет выполнения выступов с кольца 3 и заниженных участков д другого кольца 4. Выступы с и участки д равномерно расположены по окружности. В процессе обработки отверстий данное соединение колец 3 я 4 обеспечивает большую передачу крутящего момента, т. е. более полно используется поперечное сечение отверстия. в котором размещена эта борштанга. Благодаря выполнению торцов б

15532бб

7 и в наклонными, возможно изменять диаметр поверхности j, так как выступы с колец могут изменять свое радиальное расположение относительно оси стебля. Боковые стороны ж пазов по торцам этих колец могут быть также выполнены наклонными.

Для самоустанавливания каждого кольца 3 относительно сопрягаемых поверхностей кольца 4 и обрабатываемого отверстия заготовки поверхности торцов колец

3 и 4 выполнены в поперечном сечении с точечной зоной их контактирования, которая образована с помощью конической поверхности б одного кольца 3 и сферической поверхности т другого кольца 4.

Борштанга для обработки глубоких отверстий работае следующим образом.

Перед обработкой отверстий борштангу крепят на станке. Осевое сжатие ряда колец 3 и 4, размещенных на стебле, осуществляется с помощью нажимного узла при ввинчивании гайки 5, размещенной на резь- 20 бовой части а стебля 2. При этом наклонные торцы б и в колец плотно прилегают друг к другу. Одновременно с этим преодолеваются силы упругости участков колец, образованных с помощью пазов г. Так как торцы выполнены конусными (под углом y), то нагрузка, действующая в радиальном направлении, способствует выбору всех радиальных зазоров. Поэтому в случае увеличения этого усилия разла гающаяся одновременно и на осевую составляющую сил З0 осевая составляющая действует»а передний конец стебля 2, на котором закреплена головка 1 с резцом 7. Величиной усилия, развиваемого нажимным узлом, можно в процессе образования отверстия в заготовке

8 выбирать кольцевые зазоры между поверх- З5 ностью колец 3 и 4 и отверстием заготовки 8.

Стебель 2 в процессе обработки может также базироваться своими опорными участками Н на поверхности отверстия заготовки с заранее заданным натягом.

Таким образом, при действии усилия от нажимного узла обеспечиваются предварительные разгрузки стебля, которые направлены в противоположном направлении осевой силе резания режущей головки, что повышает в целом статическую и динамическуlo устойчивость борштанги и создает условия для дальнейшего повышения производительности обработки.

В случае возникноения крутильных колебаний резца 7 борштанги эти колебания гасятся за счет возникаюгцих на увеличенных поверхностях торцов б и в сил трения, увеличение которых можно достичь также за счет выбора фрикционных материалов для колец или подбора демпфирующих покрытий поверхностей элементов оорштанги.

С увеличением силы трения между кольцами и стеблем 2 борштанги создается возможность уменьшения механических коле» баний стебля и угловых перемещений 8 переднего конца стебля.

Формула изобретения !. Борштанга для обработки глубоких отверстий, содержащая головку с резцом, несущий стебель с установленными на его наружной поверхности кольцами с коническими поверхностями торцов, предназначенными для взаимодействия друг с другом по упомянутым поверхностям, и нажимной узел, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и точности обработки, с обоих торцов колец выполнены продольные пазы, которые образуют упругие лепестки по окружности колец, при этом лепестки с одного торца кольца смещены в окружном направлении по отношению к упругим лепесткам другого торца.

2. Борштанга llo п. 1, отличающаяся тем, что продольные пазы выполнены шириной, равной ширине упругого лепестка, при этом на дне продольных пазов выполнены дополнительные конические поверхности, предназначенные для взаимодействия с коническими поверхностями упругих лепестков.

3. Борштанга по п. 1, отличающаяся тем, что конические поверхности на торцах колец, предназначенных для взаимодействия между собой, выполнены одна с наружной стороны кольца, а другая — с внутренней.

4. Борштанга по п. 1, отличающаяся тем, что кольца установлены на стебле с эксцентриситетом, при этом ось конических поверхностей смещена в плоскости, проходящей через вершину резца и ось стебля в направлении, противоположном вершине резца, кольца с большим эксцентриситетом установлены со стороны головки, а кольца с меньшим эксцентриситетом — co стороны нажимного узла.

5. Борштанга llo п. 1, отличающаяся тем, что, с целью осуществленйя наружного подвода технологической среды, на наружной поверхности колец выполнены наклонные канавки, предназначенные для соединения продольных пазов, образуя непрерывный канал вдоль стебля по ломаной винтовой линии.

6. Борштанга по и. 1, отличающаяся тем, что кольца выполнены с различной радиальной жесткостью, причем кольца с большей радиальной жесткостью установлены со стороны головки, а с меньшей, со стороны нажимного узла.

7. Борштанга по п. 1, отличающаяся тем, что кольца выполнены из фрикционных материалов с различным коэффициентом трения, причем кольца с большим коэффициентом трения материала установлены со стороны головки, а с меньшим — со с--ороны нажимного узла.

8. Борштанга по и. 1, отличающаяся тем, что кольца выполнены разной ширины. причем кольца меньшей ширины установлены со стороны головки, а большей ширины — со стороны нажимного узла.

1553266

1553266

1553266

О

08 ог а7 075 ЦВ 085 ЦУ В

0-L "05ì; Х-1=10м;D l = 1 ; 1-IY=0;

2-У=+ 10004) 5-У= 1000//

При 2 = Юмм; gf = 75рш3!с, Мии =1ЧНи, Р=1010Ц

<=085

ЙiЕ 17

1553266

Составитель С. Бер

Редактор А. Лежнина Техред И. Верес Корректор О. Ципле заказ 422 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101