Способ обработки отверстий мерным многолезвийным инструментом

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке отверстий мерным многолезвийным инструментом типа сверл, зенкеров, разверток. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности обработки близкорасположенных отверстий и повышения безопасности. Способ заключается в том, что вращение с необходимой скоростью инструмента, размещенного в технологической системе с возможностью свободного вращения, получают путем сообщения-его режущей части относительно детали принудительных круговых колебаний с расчетной частотой путем сообщения круговых колебаний с той же частотой одному из трех злементов системы инструмент - кондуктор - деталь, либо путем сообщения линейных гаомонических колебаний с той же частотой по крайней мере двум элементам указанной Системы, причем линии действия этих колебаний расположены под углом одна к другой, а сдвиг фаз этих гармонических колебаний равен их угловому расположению. 1 3. п. ф-лы. 11 ил.fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 В 35/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. (21) 4179854/63 (22) 12.01.87 (46) 07,02.92. Бюл. М 5 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) С.Г. Лакирев, Я,М. Хилькевич и С.В. Сергеев (53) 621,952.5 (088.8) (56) Куликов С.И„Волоценко В.П. и др. Сверлильные и хонинговальные станки. — M.:.Машиностроение, 1977, с. 11, табл. 1, и. 5-2,, Косов Н.П. Станочные приспособления. — М.: Машиностроение, 1868. с. 155-158.

Шатин В.П., Шатин Ю.В. Шпиндельйая рснастка: Справочник. — М.: Машиностроение, 1981, с. 12-14, табл. 1.

Авторское свидетельство СССР

N 1220881, кл, В 23 В 35/00, 1984. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ

МЕРНЫМ МНОГОЛЕЗВИЙНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обраИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обра - . ботке отверстий мерным многолезвийным инструментом типа сверл, зенкеров, разверток.

Известен способ последовательной обработки системы координированных отверстий, при котором обработку отверстий производят в кондукторе одним инструмен. том в следующей последовательности дей.ствий: деталь закрепляют в кондукторе, „„5U „„1710213A 1 ботке отверстий мерным многолезвийным инструментом типа сверл, зенкеров, разверток. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет возможности обработки близкорасположенных отверстий и повышения безопасности. Способ заключается в том, что вращение с необходимой скоростью инструмента, размещенного в технологической системе с воэможностью свободного вращения, получают путем сообщения его режущей части относительно детали принудительных круговых колебаний с расчетной частотой путем сообщения круговых колебаний с той же частотой одному иэ трех элементов системы инструмент — кондуктор— деталь, либо путем сообщения линейных гаомонических колебаний с той же частотой по крайней мере двум элементам укаэанной системы, причем линии действия этих колебаний расположены под углом одна к другой, а сдвиг фаз этих гармонических колебаний равен их угловому расположению. 1 з. и. ф-лы, 11 ил, ЬЭ обрабатывают 1-е отверстие, выводят инструмент из обработанного отверстия, пере- д двигают деталь (кондуктор) для обработки следующего отверстия. Далее вторую и третью операции повторяют и раз (где n —, 4 количество обрабатываемых отверстий в детали), а четвертую операцию повторяют и-1 раз (число переустановок детали или. кондуктора).

К недостаткам этого способа обработки отверстий можно отнести низкие првизво-

1710213

Kp(fvlg A 2 К пр

Y г.

+ (" Ург) п " ин та; где Cp — коэффициент, учитывающий условия обработки;

К1 — коэффициент, зависящий от величины переднего угла зуба инструмента;

Ку — коэффициент, зависящий от величины угла B плане инструмента-;

Кг- коэффициент, зависящий от величины радиуса в месте перехода заборного конуса и калибрующей части зуба инструмента;

Ки — коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала;

$ — величина подачи;

Z — число режущих зубьев инструмента путем варьирования величинами указанных составляющих.

Использование этого способа при обра-,. ботке систем отверстий предполагается в сочетании как с последовательным спосости резания дительность, связанную с большими потерями во вспомогательном времени, и точность расположения отверстий, связанную с погрешностями переустановки детали (кондуктора).

Известен способ одновременной обработки систем координированных отверстий, при котором обработку отверстий производят различными по конструкции многошпиндельными головками эа одну установку.

Недостатком этого способа обработки является ограниченность его применения.

Такой способ не приемлем для обработки деталей с большим количеством близкорасположенных отверстий, перемычки между которыми соизмеримы или меньше их диаметральных размеров. Характерными представителями таких деталей являются детали типа "Разьем", предназначенные для переА—

Kp gg A (1-Y,} m .V.. где Чин — скорость резания; гин радиус инструмента;

Кипр — радиальная жесткость инструменm — приведенная масса инструмента;

Yp„- коэффициент, учитывающий метод обработки;

n — коэффициент, зависящий от числа зубьев Z показателя Ур„и отношения припуска на обработку к радиусу инструмента то/гин;

Крг = Ср Kj Кф Kr Км ()

S y дачи электрического тока от одного узла к другому при блочном исполнении какого-либо устройства, прибора и т, д. В зависимости от числа проводов в кабеле количество близкорасположенных отверстий в разьемах может колебаться от 2 до 400 шт, Невозможность одновременной обработки большого количества близкорасположенных отверстий объясняется невозможностью сближения до указанных пределов рабочих шпинделей многоинструментальной головки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ обработки отверстий мерным многолезвийным инструментом, при котором требуемый размер отверстия получают за счет регулирования амплитуды круговых автоколебаний инструмента, определяемой по формуле бом обработки, так и с одновременным. При этом первое сочетание способов характеризуется низкой производительностью обработки, связанной с большими потерями во вспомогательном времени и снижения точности расположения обрабатываемых отверстий из-за наличия погрешностей переустановки детали (кондуктора). Второе сочетание способов имеет ограниченное применение — невозможность одновременной обработки большого количества близкорасположенных отверстий.

Кроме того, использование указанного cnoco0a при обработке одиночных отверстий имеет также существенные недостатки: обработка одного.и того же размера отверстия в различных материалах требует затрат времени на пересчет величины амплитуды А, соответственно необходимо изменение по крайней мере одного иэ составляющих. например скороИмеются определенные трудности при использовании этого способа для обработки отверстий на имеющемся универсальном и специальном оборудовании. Так как способ требует бесступенчатого изменения скорости резания, а на имеющемся оборудовании это не всегда осуществимо, то изменение величины амплитуды А колебаний инструмента посредством других параметров требует значительного подготовительного времени.

1710213

Не менее важным недостатком известных. способов является отсутствие полной безопасности в работе, т. е; после выполнения цикла обработки для снятия обработанной детали и установки следующей заготовки согласно технике безопасности, с целью исключения случайных травм, требуется выключение привода главного движения, что существенно снижает произвбдительность обработки.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей эа счет возможности обработки близкорасположенных отверстий и повышение безойасности.

Указанная цель достигается тем, что инструмент устанавливают с возможностью свободного вращения относительно заготовки, а вращение инструменту относительно заготовки сообщают после ввода инструмента в контакт с заготовкой путем принудительных круговых колебаний вершины инструмента и заготовки относительно оси хвостовика инструмента в плоскости, перпендикулярнбй этой оси. Указанная цель достигается также за счет того, что круговые колебания создают путем сообщения согласованных гармонических колебаний вершине инструмента и заготовке, имеющих возможность перемещения в пло- 3 скости, перпендикулярной оси хвостовика инструмента, во взаимно перпендикуляр ных плоскостях, пересекающихся по оси .хвостовика инструмента, с одинаковой частотой и амплитудой и со сдвигом по фазе на 3

90о

На фиг. 1 изображена схема осуществления предлагаемого способа (случай сообщения принудительных круговых колебаний режущей части инструмента относительно 4 неподвижной заготовки, инструмент размещен в технологической системе с возможно стью свободного вращения); на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема осуществления способа (случай сообщения 4 принудительных круговых. колебаний режущей части инструмента относительно заготовки, последняя размещена -в технологической системе с возможностью свободного вращения); на фиг, 4 — то же, 5 случай сообщения принудительных круговых колебаний заготовке относительно режущей части инструмента, инструмент. размещен в технологической системе с возможностью свободного вращения; на фиг. 5 — то же; случай получения вращения инструмента за счет сообщения принудительных круговых колебаний кондукторной втулке относительно режущей части инструмента и заготовки, на фиг. 6 — то же, случай

I сообщения принудительных круговых колебаний заготовке относительно режущей части инструмента, круговые колебания образованы линейными гармоническими

5 колебаниями; на фиг. 7 — то же, случай сообщения принудительных круговых колебаний кондукторной втулке относительно режущей части инструмента и заготовки, круговые колебания. образованы линейными

10 гармоническими колебаниями; на фиг. 8 — то же, случай сообщения принудительных круговых колебаний режущей части инструмента относительно заготовки, круговые колебания образованы линейными гармо15 ническими колебаниями; на фиг. 9 — то же, случай сообщения линейных гармонических колебаний инструменту и кондукторной втулке; на фиг. 10 — то же, случай сообщения линейных гармонических колебаний инстру20 менту и заготовке; на фиг. 11 — то же, случай сообщения линейных гармонических колебаний заготовке и кондукторной втулке.

В технологической системе инструмент

1 — кондуктор 2 — деталь (заготовка) 3 инструменту 1 (либо заготовке 3) посредством подшипников 4 сообщают лишнюю степень подвижности вокруг собственной оси поворотной симметрии;.Это означает, что инструмент имеет возможность свободного вращения относительно любой системы от- счета, в том числе и любого звена технологической системы..

Наряду с этим вместе с рабочей площадью S режущей части инструмента сообщают принудительные поперечные колебания с частотой м ; при которых центр

Оин инструмента описывает замкнутую круговую траекторию 5 (фиг. 2) в направлении, противоположном необходимому врэщер нию инструмента 1. Центр праворежущего инструмента должен перемещаться по tpaектории 5 против вращения часовой Стрелки, а центр леворежущего инструмента — по часовой стрелке. В результате этого при соприкосновении режущих лезвий с входной поверхностью загдтовки 3 (в начале обработки) либо с поверхностью резания (в процессе обработки) инструмент 1 начинает самопроизвольно вращаться вокруг своей

0 оси в сторону, противоположную направлению принудительного перемещения центра инструмента по круговой траектории, и соответственно резать заготовку, В какой-то момент времени один из зубьев инструмента, например лезвие 6, вдавливается в заготовку больше, чем другие лезвия 7 — 9, тэк кэк в зто время центр инструмента (фиг. 1), двигаясь по круговой траектории 5, смещен в.крайнее левое положение относительно оси предварительного

171 0213 — (1 — cos Z) )dZ =051 отверстия заготовки 3. При дальнейшем пе- ту. При этом линии действия этих колебаний ремещении центра инструмента по траекто- могут быть расположены под любым, напририи 5 против часовой стрелки инструмент 1 мер 90, углом друг к другу. Важно только то, начинает поворачиваться в противополож- чтобы линии действия этих колебаний не нуюсторону,"обкатываясь" вокруглезвияб, 5 совпадали, а сдвиг фаз гармоничепри этом остальныелезвия 7 — 9 режутзаго- ских колебаний был равен и только ра-товку, поскольку сила, препятствующая по- вен угловому расположению линий их вороту инструмента, в данный момент действия, т. е. тоже 90 . Таким образом, времени на лезвие 6 больше, чем на осталь- если на одной линии действия колебания ных лезвиях 7 — 9 вместе взятых(инструмент 10 сообщают, по синусоидальной з1пв t завизасчетпринудительныхколебанийй)всегда симости, то по другой линии действия прижат к одной стороне отверстия сильнее), колебания необходимо сообщать по косинут. е. в данный момент времени лезвие 6 соидальнойсозв1=з1п(ас+90 )эависимоявляется центром мгновенного качения ин- сти. струмента, так как кинематически фактиче- 15 В общем случае величина частоты приская скорость резания на нем равна нулю нудительных колебаний может и не совпаЧфь = О. дать полностью с частотой автоколебаний

В следующий момент времени, посколь- (самовозбуждающихся колебаний), вознику центр инструмента принудительно пере- кающих при обычном способе обработки с мещается по траектории 5 против часовой 20 принудительным вращением инструмента, стрелки, аналогичное произойдет по следу- т, е. самопроизвольное вращение инстру.ющим лезвием 7, т. е, оно вдавливается в мента происходит всегда (даже при очень

-1 заготовку сильнее, чем остальные лезвия 6, малой, например 1 с, частоте принуди8 и 9, и перестает резать заготовку. Поворот тельных поперечных колебаний). С измеинструмента в этот момент времени проис-, 25 нением частоты этих колебаний ходит уже относительно лезвия 7. Таким об- соответственно изменяется скорость саморазом, самопроизвольный поворот произвольного вращения инструмента, а инструмента происходит последовательно при полном прекращении колебаний инстотносительно каждого его зуба на всем про- румента самопроизвольно прекращается тяжении обработки. 30 его вращение, и, соответственно, обработка

Поперечные колебания инструмента отверстия. могут быть образованы либо плоскопарал- Несмотря на наличие круговых поперечлельным движением, например, кривошип- ных колебаний, пока не происходит контакт ного механизма 10 (фиг. 3), либо за счет инструмента с деталью, не происходит и группы пьезоэлементов (не показаны). 35 .самопроизвольное вращение инструмента.

В зависимости от конкретных условий Помимо прочего, это повышает безопасвозможны различные схемы реализации ность работы, т. е. даже в случае невыклюспособа. Например, при обработке одного чения привода главного движения после отверстия можно сообщать принудитель- цикла обработки исключено получение слуные поперечные колебания любому из эле- 40 чайных травм. ментов технологической системы Пример, Необходимо в заготовке 3 инструмент-кондуктор — деталь(фиг. 1 — 5), из стали 45 с предварительно просверленпричем возможен случай, когда кондуктор ным отверстием ф 29,5 мм обработать отможет вообще отсутствовать, в связи с этим верстие зенкером ф 30 мм из стали Р6М5 с колебания сообщают либо инструменту, ли- 45 числом зубьев Z = 4. При этом скорость ребо детали. В случае, если Деталь больших зания V = 9 м/мин, подача S = 1,0 мм/об.. габаритов и соответственно имеет большую приведенная масса инструмента m = 1,0 кг, массу, а кондуктор отсутствует, принуди- радиальная жесткость инструмента тельные круговые колебания сообщают Kynp=21,4 кг/мм. только инструменту. 50 Первоначально определим значение коКруговое перемещение центра инстру- эффициента и, зависящего от числа. зубьев, мента можно обеспечить путем сообщения показателя Y+ (Y+ 0,75) и отношения принудительных согласованных линейных припуска на обработку к радиусу инстругармонических колебаний равных частот и мента to/r» по формуле амплитуд либо одному из элементов систе- 55 мы инструмент — кондуктор — деталь (фиг.

6- 8) в двух направлениях, либо по крайней мере двум элементам этой системы одновременно, например в одном направлении детали, а в другом направлении инструмен1710213

Далее определим значение коэффициента

KpÄ по формуле

Kpr Cpr Кщ K fr Krr К г х х — Р =511 и ри Ср 355; Ky„= 2,2 (у - Оо); К, 2,26 (гр

-.15 ): Krr 0,82 (г 10 мм); Yp - 0,75; 10 к

Затем определяем величину частоты со принудительных колебаний по известной формуле

Kp„ги A

2 ьп.

Кр гин и . К р 20

+ — у. . г

При приведенных данных величина частоты принудительных круговых колебаний, ю=2849с .

Таким образом, найдена величина частоты принудительных круговых колебаний, которую необходимо сообщить размещенному в технологической системе с возможностью свободного вращения мерному лезвийному инструменту для того, чтобы по. следний под действием рабочей подачи после соприкосновения с заготовкой начал вращаться со скоростью, требуемой для ре-зания.

Таким образом, эа счет сообщения режущей части инструмента относительно заготовки принудительных круговых колебаний получают вращение инструмента со скоростью, необходимой для резания. Использование этого способа обработки в конструкциях многошпиндельных головок, предназначенных для одновременной обра-, ботки большого количества близкорасположенных отверстий, позволяет исключить приводные шестерни и инструментальные шпиндели, Вращение инструмента осуществляется за счет его "переката" по поверхности резания заготовки. Следовательно, становится возможным максимально приблизить инструменты, а в конечном итоге одновременно обрабатывать любое количество как угодно близкорасположенных отверстий, в том числе и в шахматном порядке.

Формула изобретения

1. Способ обработки отверстий мерным многолезвийным инструментом, при котором инструменту и заготовке сообщают относительное вращение и поступательное вдоль оси инструмента перемещение,. о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения технологических воэможностей за счет возможности обработки близкорасположенных отверстий и повышения безопасности, инструмент устанавливают .с возможностью свободного вращения относительно заготовки, а вращение инструменту относительно заготовки сообщают после ввода инструмента в контакт с заготовкой путем принудительных круговых колебаний вершины инструмента и заготовки относительно оси хвостовика инструмента в плоскости, перпендикулярной этой оси.

2. Способ по и. 1, о т л и ч à ю щ и и о я тем, что круговые колебания создают путем сообщения согласованных гармонических колебаний вершина инструмента и заготов-. ке, имеющих возможность свободного перемещения в плоскости, перпендикулярной оси хвостовика инструмента, во взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси хвостовика инструмента, с одинаковой частотой и амплитудой и со сдвигом по фазе на 90 .

1710233

1 710213

1710213

Составитель Л.Боброва

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор И.Горная

Заказ 294 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101