Устройство для обработки криволинейных поверхностей

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к устройствам для обработки криволинейных поверхностей, преимущественно шаровых и круговых сегментов. Цель - расширение технологических возможностей. Устройство состоит из станины 1, суппорта 2, задней бабки 3 с кулисой 5, образующей поступательную пару со звеном 6, шарнирно связанным с рычагом 8, установленным на суппорте 2 с возможностью поворота и связанным с инструментом 13. Устройство снабжено дополнительной кулисой 20, жестко связанной со звеном 6 и несущей ползун 19, шарнирно связанный с двумя шатунами, один из которых - 21 шарнирно связан с суппортом, а другой - 17 шарнирно связан с рычагом 8 посредством плеча 16. 5 з.п. ф-лы,5 ил., 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 В 5/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 (гд

1 Ch аг,i

2 а( (21) 4787965/08 (22) 05.02.90 (46) 07.05.92. Бюл. М 17 (75) А.В.Сергеев (53) 621.921.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1255281,,кл. В 23 В 5/40, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ (57) Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к устройствам для обработки криволинейных поверхностей, преимущественно шаровых и круговых сегментов. Цель — расширение

ЯЛ,, 1731446 А1 технологических возможностей. Устройство. состоит из станины 1, суппорта 2, задней бабки 3 с кулисой 5. образующей поступательную пару со звеном 6, шарнирно связанным с рычагом 8, установленным на суппорте 2 с возможностью поворота и связанным с инструментом 13. Устройство снабжено дополнительной кулисой 20, жестко связанной со звеном 6 и несущей ползун

19, шарнирно связанный с двумя шатунами, один из которых — 21 шарнирно связан с суппортом, а другой — 17 шарнирно связан с рычагом 8 посредством плеча 16. 5 з.п. ф-лы 5.ил., 2 табл.

1731446

15

30

40

Изобретение относится к обработке металлов резанием, в частности к устройствам для обработки криволинейных поверхностей, преимущественно круговых и шаровых сегментов.

Известно устройство для обработки криволинейных поверхностей, выполненное в виде шарнирно соединенной с суппортом скалки, один конец которой имеет вильчатое окончание, посредством которого скалка взаимодействует с пальцем, закрепленным на задней бабке станка„а другой конец снабжен инструментом.

Известное устройство обеспечивает перемещение вершины инструмента по конхоиде, которая с невысокой точностью приближается к окружности, поэтому точность обработки шаровых и круговых сегментов является неудовлетворительной;

Известно устройство для обработки криволинейных поверхностей, содержащее установленный на суппорте с возможностью поворота рычаг, связанный с инструментом и средством компенсации, содержащим звено с прямолинейной направляющей, связанной шарнирно с рычагом и с возможностью поворота и перемещения вдоль прямолинейной направляющей с задней бабкой.

Данное устройство является наиболее близким к предлагаемому устройству по достигаемому результату и совокупности существенных признаков. Оно обладает более высокой точностью по сравнению с другими известными устройствами, однако эта точность обеспечивается при угле поворота рычага в пределах 30О, что сужает его технологические возможности, и, кроме того, присущая ему точность обработки все же является недостаточно высокой, Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение точности.

Для достижения поставленной цели устройство для обработки криволинейных поверхностей, содержащее установленный на суппорте с возможностью поворота рычаг, связанный с инструментом и средством компенсации, содержащим звено с прямолинейной направляющей, связанное шарнирно с рычагом и с возможностью поворота и перемещения вдоль прямолинейной направляющей с задней бабкой, снабжено механизмом коррекции траектории движения инструмента, кинематически связанным с рычагом и суппортом, при этом механизм коррекции может быть выполнен в виде кулисы, закрепленной на звене с прямолинейной направляющей, в направляющей которой установлен ползун, шарнирно связанный с двумя шатунами, один из которых шарнирно связан с суппортом, а второй с рычагом, в виде узла поворота звена с прямолинейной направляющей, связанного посредством двух гидроцилиндров с одинаковым соотношением площадей поперечных сечений соответственно поршневых и штоковых полостей, сообщенных между собой герметично одноименными полостями посредством гибких трубопроводов в замкнутую систему, с рычагом, в виде двух пар конических колес, при этом рычаг установлен с возможностью дополнительного поворота вокруг продольной оси, кроме того, конические колеса выполнены с канавками на конической поверхности, в которых размещены введенные в устройство ленты, расположенные в каждой паре конических колес крест-накрест и закрепленные концами каждая на двух конических колесах, образующих пару, причем ленты имеют дугообразные боковые кромки в плане. радиус кривизны которых равен расстоянию от точки пересечения осей конических колес до этих кромок, и выполнены клинообразными в поперечном сечении с углом при вершине клина, равным телесному углу лент, измеренному при исхождении его лучей из точки пересечения осей конических колес, На фиг,1 — 3 представлены примеры выполнения предлагаемого устройства с различными вариантами механизма коррекции; на фиг.4 — пара конических колес, образующих ленточную коническую передачу, вид сбоку; на фиг.5 — сечение А-А на фиг.4.

Устройство по п.1 состоит из станины 1, суппорта 2, шпинделя (не показан), задней бабки 3 с установленным на ней шарниром

4 кулисы 5. В прямолинейной направляющей кулисы 5 установлено звено 6, образующее с кулисой 5 поступательную пару, направляющая которой расположена на звене 6. Средство компенсации образовано элементами 3-6. На суппорте 2 посредством шарнира 7 установлен рычаг 8, связанный одним концом посредством шарнира 9 со звеном 6 средства компенсации, а другим — посредством шарнира 10 и ползуна 11, с ползуном 12, несущим рабочий инструмент 13 с вершиной в точке А, Направляющая 14 ползуна 12 расположена на суппорте 2 перпендикулярно направлению его перемещения, Рычаг 8 снабжен шарниром 15, расположенным на плече 16, которое посредством шатуна 17 и шарнира

18 связано с ползуном 19, образующим по1731446

20

40

55 ступательную пару с кулисой 20, закрепленной на звене 6. Направляющая кулисы

20 проходит через шарнир 9. Ползун 19 посредством шарнира 18 связан также с шатуном 21, который посредством шарнира 22 и элемента 23, закрепленного на суппорте 2, связан с суппортом 2. Элементы 15 — 22 образуют механизм коррекции.

Центр (ось) шарнира 4 лежит на линии Π— О центров станка, совпадающей с осью шпинделя. Направляющая 24 суппорта 2 расположена перпендикулярно линии 0-0.

Прямая, проходящая через центры шарниров 9 и 15, расположена перпендикулярно прямой, проходящей через центры шарниров 7 и 9.

Параметрами устройства являются: а— расстояние между центрами шарниров 7 и

9, б — расстояние между центрами шарниров 7 и 22, в — расстояние между центрами шарниров 18 и 22, г — расстояние между центрами шарниров 15 и 18,д — расстояние между центрами шарниров 7 и 10, е — расстояние между центрами шарниров 9 и 15, j3 — угол между линией, проходящей через центры шарниров 7 и 22, и направляющей

24 суппорта 2.

В исходном положении оси шарниров 4, 9, 7 и 10 расположены на одной прямой 0-0.

Угол Q равен нулю. При перемещении суппорта 2 полэун 12 перемещается относительно суппорта 2 в направлении, перпендикулярном направлению перемещения суппорта 2, При этом вершина А режущего инструмента 13 в результате сложения этих двух движений перемещается по кривой, параметры и вид которой зависят от параметров устройства.

В табл.1 приведены данные, характеризующие точность обработки предлагаемым устройством по сравнению с известным, при следующих параметрах: для предлагаемого устройства а = 300 мм, б = 36 мм, в=300,24 мм, r=38,1 мм, д=10 мм, е=9,9 мм, P = 30, расстояние от оси шарнира 4 до прямой, проходящей через ось шарнира 7 параллельно направляющей 24 суппорта 2 в плоскости чертежа, равно 300 мм, для известного устройства а = 300 мм, д = 5,0014 мм.

При указанных параметрах оба устройства при вращении заготовки вокруг оси Π— О обрабатывают сферическую поверхность, при отсутствии вращения заготовки — цилиндрическую поверхность с радиусом кривизны R = 9000 мм.

Устройство по фиг.2 состоит из станины

1, суппорта 2, шпинделя (не показан), задней бабки 3 с установленным на ней шарниром 4, связанным с кулисой 5. В прямолинейной направляющей кулисы 5 установлено звено 6, образующее с кулисой поступательную пару, направляющая которой расположена на звене 6. На суппорте 2 посредством шарнира 7 установлен рычаг 8, связанный одним концом посредством шарнира 9 со звеном 6, а другим — посредством шарнира 10 и ползуна 11 с ползуном 12, несущим рабочий инструмент 13 с вершиной в точке А. Суппорт 2 установлен с возможностью поперечного перемещения от привода(не показан) и продольного настроечного перемещения посредством ползуна

25. Рычаг 8 имеет относительно короткое плечо 26. Направляющая звена 6 выполнена с возможностью расположения ее в кулисе так, что шарниры 4 и 9 располагаются на одной, перпендикулярной плоскости черте,жа оси,при этом шарниры 4, 7, 9 и 10 в исходном положении располагаются на одной прямой Π— О, совпадающей в плане с линией центров станка. Линия Π— О оасположена перпендикулярно направляющей 24 суппорта 2. Расстояние между линией, проходящей через центр шарнира 7 параллельно направляющей 24 суппорта 2, и центром шарнира 4 определяется как R< и равно расстоянию между центрами шарниров 7 и

9. Расстояние между центрами шарниров 7 и 10 определяется как г. Угол а —.угол наклона рычага 8 к линии Π— О. Угол)3 — угол наклона звена 6 к линии Π— О.

Средство компенсации угла повороты рычага 8 в соответствии с перемещением суппорта 2 содержит звено 6 и кулису 5.

Механизм коррекции содержит колесо 27, связанное зубчатой или ленточной передачей с рейкой 28, установленной в направляющей 29 станины 1 и закрепленной на штоке гидроцилиндра 30, установленного с возможностью продольного перемещения и фиксации относительно станины 1. На рычаге 8 закреплен сектор 31, кинематически связанный с рейкой 32, установленной в направляющей 33 суппорта 2 и закрепленной на штоке гидроцилиндра 34, установленного на суппорте 2. Поршневые полости гидроцилиндров 30 и 34 сообщены между собой гибким трубопроводом 35, Штоковые полости этих гидроцилиндров сообщены между собой гибким трубопроводом 36. Жидкостью заполняются полностью под давлением, превышающим атмосферное, все полости гидроцилиндров и трубопроводы.

Таким образом, получается замкнутая гидравлическая система, в которой перемещение поршня одного гидроцилиндра соответствует перемещению поршня другого гидроцилиндра в противоположную сто1731446 рону. Соотношение площадей поперечных сечений поршневых полостей гидроцилиндров равно соотношению площадей поперечных сечений штоковых полостей гидроцилиндров. В частном случае отноше- 5 ние поперечных сечений указанных полостей равно единице, тогда гидроцилиндры могут быть абсолютно одинаковыми. Узел поворота звена 6 содержит две рейки 28 и

32, колесо 27 и сектор 31. 10

Передаточное отношение между рычагом 8 и звеном 6 (отношение угловых скоростей) определяется по формуле

И8 пц26 < Sn30

1 ш6 Впц31 X Sn34 где вв — угловая скорость (вращения) рычага

8; в6 — угловая скорость звена 6; 20

i — передаточное отношение;

Rnq27 — радиус подвижной центроиды колеса 27;

Rnö31 — РаДИУС ПОДВИжНОй ЦЕНтРОИДЫ сектора 31; 25

Sïç0 — площадь поперечного сечения гидроцилиндра 30;

Snç4 — площадь поперечного сечения гидроцилиндра 34.

Устройство работает следующим обра- 30 зом.

При перемещении суппорта 2 в поперечном направлении вершина А режущего инструмента перемещается вместе с суппортом в поперечном направлении и атно- 35 сительно суппорта в продольном направлении. B результате сложения этих двух движений точка А перемещается по криволинейной траектории, и при вращении заготовки происходит обработка ее по- 40 верхности. При обработке сферической поверхности ось шпинделя должна проходить через ось шарнира 4, при этом она не должна обязательно совпадать с линией 0—

О. В случае разворота оси шпинделя под 45 углом к линии 0 — 0 возможна обработка сферического сегмента с большим диаметром основания. Если ось шпинделя в плоскости чертежа расположена параллельно линии

0-0, то обработанная поверхность является тором.

В процессе работы устройства неиз,бежны утечки жидкости из гидросистемы через уплотнения. Для компенсации утечек можно использовать гидроаккумулятор, ус- 55 тановленный на трубопроводе 36 или в одной из штоковых полостей. С той же целью можно использовать подключенный в тех же местах источник давления. Возможно использование поворотных гидроцилиндров, связанных непосредственно с рычагом 8 и кулисой 5 и не имеющих штоковых полостей, Вследствие утечек жидкости через уплотнения поршней может измениться положение поршней в исходном состоянии.

Для восстановления исходного положения поршней гидроцилиндр 30 смещают в продольном направлении и фиксируют в новом положении, Для регулировки параметров механизма плечи рычага 8 выполнены раздвижными. Для осуществления подачи режущего инструмента на врезание, его устанавливают с возможностью продольного перемещения и фиксации относительно ползуна 12.

При i = 1 предлагаемым устройством обрабатывается та же поверхность, что и в прототипе, — с образующей в виде конхоиды. При i = 4 предлагаемым устройством обрабатывается сферическая поверхность или при невращающемся шпинделе и вращающемся инструменте круговой цилиндр, либо конус при наклонном расположении инструмента к плоскости чертежа, Устройство по фиг.3 — 5 состоит из станины 1, суппорта 2, шпинделя (не показан), задней бабки 3 с установленным на ней шарниром 4 кулисы 5. В прямолинейной направляющей кулисы 5 установлено звено 6, образующее с кулисой поступательную пару, направляющая которой расположена на звене 6. На суппорте 2 посредством шарнира 7 установлен рычаг 8, связанный одним концом посредством шарнира 9 со звеном

6, а другим — посредством шарнира 10 и ползуна 11 — с ползуном 12, несущим режущий инструмент 13 с вершиной в точке А, Направляющая 14 ползуна 12 расположена на суппорте 2 перпендикулярно направлению его перемещения, Рычаг 8 установлен с возможностью вращения как в плоскости чертежа вокруг шарнира 7, так и вокруг собственной продольной оси и кинематически связан с суппортом 2 и звеном 6 посредством двух пар конических колес 37, 38 и 39, 40. Колесо 37 закреплено неподвижно на суппорте 2 концентрично шарниру 7. Колеса

38 и 39 установлены на рычаге 8 и зафиксированы одно относительно другого в угловом положении. Колесо 40 закреплено неподвижно на звене 6 концентрично шарниру 9. Рычаг 8 может быть выполнен. из двух частей, подвижно соединенных в продольном направлении, например, посредством шлицевого соединения со средствоь фиксации в продольном положении, В этом случае вторая часть 41 рычага 8 должна быть зафиксирована в осевом направлении посредством рычага 42, связанного с шарни1731446

10 ром 9. Рычаг 8 также может иметь ограничитель 43 осевого перемещения. Рычаг 8 установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси в шарнире 7 и связан с ползуном 11 посредством двухповоротного или шарового шарнира. Конические колеса могут быть выполнены зубчатыми, образуя зубчатые конические передачи, или связаны между собой лентами 44 и 45, установленными в соответствующих кольцевых канавках конических колес (канавки 46 и 47).

Концы лент закреплены на двух сопряженных колесах. Канавки имеют боковые стороныы 48-50, расстояние между которыми равно ширине лент. Ленты могут быть выполнены клинообразными в поперечном сечении с углом при вершине клина, равным телесному углу лент, измеренному при исхождении его лучей из точки пересечения осей конических колес.

Передаточное отношение (отношение угловых скоростей) между рычагом 8 и звеном 6 определяется по формуле ае Езв х Z4o

1 ве 2зэ Х2зт где вв — угловая скорость (скорость вращения) рычага 8; в — угловая скорость звена 6 относительно рычага 8;

i — передаточное отношение;

Езт — количество зубьев колеса 37 или радиус подвижной центроиды этого колеса;

Язв — количество зубьев колеса 38 или радиус подвижной центроиды этого колеса, касающийся подвижной центроиды колеса

37;

Zzg — количество зубьев колеса 39 или радиус подвижной центроиды этого колеса;

Zap — количество зубьев колеса 40 или радиус подвижной центроиды этого колеса, касающийся подвижной центроиды колеса 39.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении суппорта 2 в поперечном направлении вершина А режущего инструмента перемещается вместе с суппортом в поперечном направлении и относительно суппорта в . продольном направлении. В результате сложения этих двух движений точка А перемещается по криволинейной траектории, и при вращении заготовки вокруг оси 0 — 0 (линии 0 — О) происходит обработка ее поверхности.

При i = 1 предлагаемым устройством обрабатывается эллипсоидная поверхность, при i = 4/3 — сферическая поверхность.

Радиус сферы определяется по формуле

Вм2 R =—

В табл.2 приведены данные по точности обработки сферических поверхностей

R = 9000 мм устройствами по фиг,2 и 3 при следующих параметрах устройств: для изве"0 стного RM = 300 мм, r =. 5;0014 мм, для предлагаемых RM = 300 мм, r = 10 мм.

Поскольку жесткость предлагаемого устройства при увеличении угла ауменьшается, то незначительное увеличение R может быть компенсировано за счет уменьшения жесткости (деформации) устройства под действием сил резания, Формула изобретения

1. Устройство для обработки криволинейных поверхностей, содержащее установленный на суппорте с возможностью поворота рычаг, связанный с инструментом и средством компенсации, содержащим звено с прямолинейной направляющей, 25 связанное шарнирно с рычагом и с возмож- ностью поворота и перемещения вдоль прямолинейной направляющей с задней бабкой, отличающееся тем,что,с целью расширения технологических возможностей и повышения точности, устройство снабжено механизмом коррекции траектории движения инструмента, кинематически связанным с рычагом и суппортом.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е35 с я тем, что механизм коррекции выполнен в виде кулисы, закрепленной на звене с прямолинейной направляющей, в направляющей которой установлен ползун, шарнирно связанный с двумя шатунами, один

40 из которых шарнирно связан с суппортом, а второй — с рычагом.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что механизм коррекции:выполнен в виде узла поворота звена с прямолиней45 ной направляющей, связанного посредством двух гидроцилиндров с одинаковым соотношением площадей поперечных сечений соответственно поршневых и штоковых полостей, сообщенных между собой герме50 тично Одноименными полостями посредством гибких трубопроводов в замкнутую систему с рычагом.

4, Устройство по п,1, отn ич а ю ще ес я тем, что механизм коррекции выпол55 нен в виде двух пар конических колес, при этом рычаг установлен с возможностью дополнительного поворота вокруг продольной оси.

1731446

Таблица 1

Таблица 2

5. Устройство по пп.1 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что конические колеса выполнены с канавками на конической поверхности, в которых размещены введенные в устройство ленты, расположенные в каждой паре конических колес крест-накрест и закрепленные концами каждая на двух конических колесах, образующих пару, причем ленты имеют дугообразные боковые кромки в плане, радиус кривизны которых равен расстоянию от точки пересечения осей конических колес до этих кромок.

6. Устройство по пп.1, 4 и 5, о т л и ч а ю5 щ e e с я тем, что ленты выполнены клинообразными в поперечном сечении с углом при вершине клина, равным телесному углу лент, измеренному при исхождении его лучей иэ точки пересечения осей конических

10 колес.

1731446

Фиг.2 и8.

1731446

Составитель А.Сергеев

Редактор И.Горная Техред М.Моргентал Корректор А.Ротман

Заказ 1539 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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