Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах

 

Изобретение относится к металлообработке и может бы.ть использовано при обработке резанием тел вращения на токарных автоматизированных станках в условиях безлюдной технологии, включенных в состав гибких производственных систем. Устройство работает следующим образом. Луч электроразрядного непрерывного лазера 28 направляется параллельно оси обрабатываемом детали 2. С помощью зеркал 21, 8 и 9 излучение фокусируется на поверхности резания в узкую полосу длиной, равной ширине срезаемого слоя. Зеркала 21,8 и 9 жестко стопорятся на своих направляющих. При вращении детали излучение лазера прерывается с помощью электродвигателя 22 и зубчатых колес 23 и 24. Частота прерывания излучения согласойана с частотой вращения детали 2 за счет подбора передаточного отношения зубчатых колес 23 и-24. При этом на поверхности резания за счет теплового воздействия сфокусированного лазерного излучения образуются риски или участки с измененными прочностными свойствами. Для предохранения от воздействия лазерного излучения обрабатываемой поверхности рычаг 26 с экраном 27 с защитным покрытием устанавливается так, чтобы экран 27 закрыл обрабатываемую поверхность . При обработке фасонной детали 2 резец 29 приближается к оси или удаляется от оси детали 2 вместе с поперечными салазками 4 и зубчатой рейкой 10. При этом поворачивается реечное колесо 14 и пере-, мещается зубчатая рейка 15, которая с помощью кронштейна 16 перемещает корпус 1 с зеркалами 8 и 9 так, что расстояния между текущим положением поверхности резания и цилиндрическим зеркалом 9 остается постоянным,- р§еным фокусному расстоянию. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (э1)5 В 23 В 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4828667! 08 (22) 23.05.90 (46) 07.07.92. Бюл, N 25 (71) Ленинградский механический институт им. Маршала Советского Союза Устинова

Д.Ф. (72) И.А.Маслеников, А,Ф.Леонов, Б.M.Ñoéкин и Д.Е;Зайцев (53) 621.8-209.3 (088.8) (56).Авторское свидетельство СССР

N- 1213602, кл. В 23 В 25/06„1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ

СТРУЖКИ ПРИ ЧИСТОВОМ ТОЧЕНИИ НА

ТОКАРНЫХ АВТОМАТАХ (57) Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при обработке резанием тел вращения нэ токарных автоматизированных станках в условиях безлюдной технологии, включенных в состав гибких производственных систем. Устройство работает следующим образом. Луч электроразрядного непрерывного лазера 28 направляется параллельно оси обрабатываемой детали 2. С помощью зеркал 21, 8 и 9 излучение фокусируется на поверхности ре,зания в узкую полосу длиной, равной ширине срезаемого слоя. Зеркала 21, 8 и 9 жестко стопорятся на своих направляющих. При

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при механической обработке резанием тел вращения на токарных автоматизиро,ванных станках в условиях безлюдной технологии, например, включенных в состав гибких производственных систем.

„„5U„„1745411 А1 вращении детали излучение лазера прерывается с помощью электродвигателя 22 и зубчатых колес 23 и 24, Частота прерывания излучения согласована с частотой вращения детали 2 за счет подбора передаточного отношения зубчатых колес 23 и 24, При этом на поверхности резания за счет теплового воздействия сфокусированного лазерного излучения образуются риски или участки с измененными и рочностн ыми свойствами.

Для предохранения от воздействия лазерного излучения обрабатываемой поверхности рычаг 26 с экраном 27 с защитным покрытием устанавливается так, чтобы экран 27 закрыл обрабатываемую поверхность. При обработке фасонной детали 2 резец 29 приближается к оси или удаляется от оси детали 2 вместе с поперечными салазками 4 и зубчатой рейкой 10. При этом поворачивается реечное колесо 14 и пере-. мещается зубчатая рейка 15, которая с помощью кронштейна 16 перемещает корпус 1 с зеркалами 8 и 9 так, что расстояния между текущим положением поверхности резания и цилиндрическим зеркалом 9 остается постоянным; равным фокусному расстоянию. 2 э.п.ф-лы, 4

При обработке деталей из пластичных материалов образуется сливная етружка, которую трудно удалить из зоны резания.

Такая стружка опутывает заготовку, инструмент, другие узлы станков -автоматов. Для работы станков в режиме безлюдной технологии необходимо обеспечить надежное стружколомание.

1745411 сохранения расстояния между фокусирую5 щим элементом и поверхностью резания по20

Известны устройства, применяемые при обработке тел вращения для образования раздельной стружки в процессе резания. Так, с этой целью на поверхность резания наносятся стружкораэделительные канавки либо специальными роликами Са вилов A,Ä. Станки и инструмент, М 5, 1970, с, 27), либо создают их с помощью импульсного лазерного воздействия под углом, равным главному углу в плане режущего инструмента, в плоскости его передней поверхности (авт.св. М 1119614), Известна также конструкция резца (авт.св. N

1161261), содержащего оптическую систе- 1 му, обеспечивающую проход лазерного излучения вблизи режущей кромки резца и фокусирующую излучение на поверхности основания стружки, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для дробления стружки при чистовом точении (авт.св, и 1213602), принятое за прототип, имеющее узел для образования рисок на поверхности резания, выполненный в виде электроразрядного непрерывного лазера с затвором, оптически связанного с поворотно-фокусирующей системой, изготовленной B виде фокусирующего элемента, установленного на одном из концов двухппе«его рычага, опора которого установлена в направляющих параллельных оси его качания и снабжена приводом возвратнопоступательного движения, а второе плечо рычага поджато к поверхности копира, неподвижно установленного на кронштейне параллельно оси качания двухплечего рычага, Известные конструкции устройств для получения дробленой стружки при механическом воздействии на обрабатываемый материал с помощью накатных роликов требуют периодической смены и переточки накатных роликов, и не обладают достаточной универсальностью при использовании лазерного воздействия, так как требуют длительной настройки оптической системы и синхронизирующих устройств при смене режимов обработки. Устройства, применяющие лазерное воздействие для стружкодробления, затруднительно использовать . при изменении диаметра обрабатываемой поверхности в течение одного прохода, т.е. при обработке фасонных поверхностей, так как при обработке фасонных поверхностей 5 непрерывно изменяется расстояние между поверхностью резания и фокусирующим элементом оптической системы.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повышение надежности стружкодробления при точении фасонных деталей на токарных автоматах, станках с ЧПУ, в условиях гибких автоматизированных производств, путем стоянным, равным фокусному расстоянию фокусирующего.элемента оптической системы.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство снабжено механизмом, преднаэначенным для сохранения расстояния между фокусирующим элементом и поверхностью резания детали, выполненным в виде двух зубчатых реек, находящихся в защеплении с зубчатым колесом, установленным на введенном в устройство и закрепленном на продольных салазках автомата кронштейне, причем одна из реек закреплена на продольных салазках автомата. а другая на корпусе, установленном на поперечных салазках с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси шпинделя автомата. На корпусе устройства имеются дуговые направляющие с радиусом дуги, равным фокусному расстоянию фокусирующего элемента, Устройство снабжено экраном, установленным на корпусе и предназначенным для защиты обработанной поверхности от лазерного воздействия.

Данное устройство периодически направляет излучение непрерывного электроразрядного СО -лазера е зону резания, фокусирует это излучение в виде узкой полосы на поверхности резания, что обеспечивает плотность мощности светового потока на поверхности детали достаточную либо для удаления части материала детали за счет плавления или испарения, либо для изменения прочностных свойств материала эа счет рекристаллизации, так что в процессе точения на участках, подвергнутых воздействию лазерного излучения, происходит ломание сливной стружки.

На фиг. 1 изображены предлагаемое устройство для дробления стружки при чистовом точении (общий вид) и его оптическая схема; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4— распределение интенсивности излучения в фокусе цилиндрического зеркала нав образующей поверхности резания.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1, имеющий возможность перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения детали 2, по направляющим 3, закрепленным на поперечных салазках 4 токарного автомата с помощью узла крепления в виде кронштейнов 5. На поверхности

1 корпуса 1 выполнены направляющие б и 7, 1745411 по которым могут перемещаться основания поворотно-коллимирующего зеркала 8 оптической системы и фокусирующего элемента в виде вогнутого цилиндрического . зеркала 9. Круговые направляющие 7 вогнутого цилиндрического зеркала 9 выполнены по дуге окружности с радиусом, равным величине фокусного расстояния цилиндрического зеркала 9. Центр этой дуги находится на поверхности резания на детали 2. Направляющие 6 поворотно-коллимирующего зеркала 8 выполнены прямолинейными и расположены перпендикулярно оси вращения детали 2, т.е. оси шпинделя автомата, На боковой, поверхности поперечных салазок 4 закреплена зубчатая рейка 10. На продольных салазках 11 установлена планка 12, в которой выполнено отверстие под подшипник 13, а в отверстии подшипника 13 установлено реечное колесо 14. Реечное колесо 14 защепляется с зубчатыми рейками

10 и 15 Зубчатая рейка 15 с помощью кронштейна 16 жестко связана с корпусом 1, Для создания натяга в реечных передачах в зубчатой рейке 10 выполнено отверстие, в которое вмонтирован зксцентри.к 17, ввинчиваемый в резьбовое отверстие на боковой поверхности поперечных салазок 4.

После выборки зазора в реечных передачах (зубчатая рейка 10 — колесо 14 — зубчатая рейка 15) рейка 10 стопорится с помощью болтов 18 и 19. На продольных салазках 11 закреплен кронштейн 20, на котором установлено поворотно-коллимирующее зеркало 21 оптической системы. Около торца станины станка располагается электродви гатель 22 и зубчатые ведущее колесо 23 и ведомое колесо 24 прерывающего устройство. B зубчатом колесе 24 выполнена щель 25.

На корпусе 1 расположен рычаг 26 с экраном 27, покрытым теплопоглощающим . материалом. Злектроразрядный непрерывный лазер 28 устанавливается около торца станины станка так, что его оптическая ось параллельна направляющим станка. Резец

29 jjcTBHBsëèâàåTñë в резцедержателе 30.

Устройство работает следующим образо.м.

Луч электроразрядного непрерывного лазера 28 направляется параллельно оси обрабатываемой детали 2. С помощью зеркал 21, 8 и 9 излучение фокусируется, на поверхности резания в узкую полосу длиной, равной ширине срезаемого слоя. Зеркала 21, 8 и 9 жестко стопорятся на своих направляющих. При вращении детали излучение лазера прерывается с помощью электродвигателя 22 и зубчатых колес 23 и 24.

Частота прерывания. излучения согласована с частотой вращения детали 2 за счет подбора передаточного отношения зубчатых колес 23 и 24;- При этом на поверхности резания за счет теплового воздействия сфокусированного лазерного излучения образуются риски или участки с измененными прочностными свойствами. Для предохранения от воздействия лазерного излучения обрабатываемой поверхности рычаг 26 с эк10 раном 27 с теплозащитным покрытием устанавливается так, чтобы экран 27 закрывал обрабатываемую поверхность.

При обработке фосонной детали 2 резец

15 29 приближается к оси или удаляется от оси

35 ности, сопрягающийся с поверхностью резания на детали 2.

Проиллюстрируем физическую возможность реализации описываемого устройства при типичных значениях мощности излучения промышленных СОг-лазеров и режимах

40 чистового точения.

Пусть для определенности имеется лазер с выходной помощью Q»x. = 10 кВт и диаметром светового пучка d = 10 мм. Обрабатывается деталь с коэффициентом отражения р = 0,9. Пусть для примера скорость резания 150 и/мин и за один период обращения требуется создать 1 локальную зону термообработки или риску на поверхности резания. Предположим, для простоты), что

50 распределение интенсивности по поперечному сечению лазерного пучка равномерное, Тогда распределение интенсивности в фокальном пятне на поверхности резания имеет вид, показанный на фиг. 4, По оси OY интенсивность подчиняется распределе(.-- детали 2 вместе с поперечными салазками 4 и зубчатой рейкой 10. При этом поворачивается реечное колесо 14 и перемещается зубчатая рейка 15, которая с помощью

20 кронштейна 16 перемещает корпус 1 с зеркалами 8 и 9 так, что расстояние между текущим положением поверхности резания и цилиндрическим зеркалом 9 остается постоянным, равным фокусному расстоянию.

При установке в резцедержателе 30 резца 29 с другим значением главного угла в плане р фокусирующий элемент в виде цилиндрического зеркала 9 перемещается по

30 круговым направляющим 7 на угол 90 — ф . относительно оси детали и закрепляется в этой позиции. Рычаг 26 поворачивается так, чтобы экран с теплопоглощающим покрытием закрыл участок обрабатываемой поверх1745411 по оси ОХ распределению

Д вЂ” х х х, где R — радиус параллельного пучка, падающего на цилиндрическое зеркало, f — фокусное расстояние цилиндрического зеркала;

А-длина волны излучения 1=20,6мкм, Тогда положение первого минимума интенсивности по оси OY определяется иэ соотношения Y1M<> = Кя, а координата Х, обеспечивающая половинный уровень ингенсивности по линии Y = О,определяется из

Л соотношения X1/2 = -у R.

Пуст размер рабочего пятна на поверхности резания 2X1/2 2У1мин, и примем в дальнейших расчетах, что общая мощность, заключенная в боковых лепестках дифракционной картины по оси ОУ, пренебрежимо мала по сравнению с мощнбстью, заключенной в центральном пятне, Если требуемая глубина резания t.= 2 мм, а главный угол в плане р = 45О, то длина конической образу ощей поверхности резания L = t/sin <р=

--2,83 мм. Для того, чтобы интенсивность падающего излучения на краях образующей составляла 50% от интенсивности в центре, диаметр лазерного пучка, падающего на цилиндрическое зеркало, должен составлять D

2 2

= 2.Х1/2 тч-,== — = 3,28 мм. Если принять, что размер центральной яркой полосы

2У«ип 0,8 мм, то фокусное расстояние цилиндрического зеркала должно составлять 1 =- 124 мм, что является технически реализуемым. При всех принятых предположениях, считая также, что излучение до поверхности резания доставляется от лазера без потерь, имеем интенсивность в центре фокального пятна Оц = 1942 кВт/см, на г краю поверхности резания оп =971 кВт/cM .

Под временем теплового воздействия в точке можно понимать время перемещения детали на половину минимального размера фОКаЛЬНОй ПОЛОСЫ, т.Е. Íà У1пп .

У1мин 0,4 10 60 1 6 10 — 4 г

V 150 — 1,6 10 с.

Оценим температуру на поверхности полубесконечного тела на краю поверхности резания (в точке с наименьшей падающей интенсивностью);

t=t,+ - =" Va ю, 2qп Й вЂ” >), У л где то — начальная температура обрабатываемой поверхности,tn = 100"С;

А — теплопроводность конструкционной стали, л, = 45 Вт/мк; а — температуропроводность, а = 1,26х х10 мг/с;

t- 100+

2 971 10 0,1

+ 1091 1191 С.

Глубина прогретого слоя д= /ат = 44,9 мкм.

Такие условия теплового воздействия достаточны для изменений в структуре материала, что приводит при резании к стружколоманию. При этом допустимая глубина расфокусировки

Zs = 2 38.У 1мин/ = 35 мм, 2 что позволяет не применять специальных мер по виброизоляции зеркал.

В связи с отсутствием какого-либо силового контакта между устройством для стружкодроблении с помощью лазерного

25 излучения и обрабатываемой деталью, а также за счет сохранения постоянства расстояния между поверхностью резания на детали и зеркалом, равным фокусному, до-. стигаются универсальность конструкции и надежность стружколомания в условиях обработки фасонных поверхностей, создаются надежные условия работы токарных автоматов, станков с ЧПУ и других средств автоматизации. Формула изобретения

1. Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах, содержащее установленный на поперечных салазках автомата корпус с размещенным на нем фокусирующим элементом, а также оптическую систему с электроразрядным непрерывным лазером и прерывающим механизмом, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения технологических воэможностей и повышения надежности стружкодробления при об-. работке фасонных деталей, оно снабжено механизмом, предназначенным для сахранения расстояния между фокусирующим

50 элементом и поверхностью резания детали, выполненным в виде двух зубчатых реек, находящихся в зацеплениис зубчатым колесОм, установленным на. введенном B устройство и закрепленном на продольных салазках автомата кронштейне, причем одна из реек закреплена на продольных салазках автомата, а другая на корпусе, установленном на поперечных салазках с возможностью перемещения в направле1745411

10 нии, перпендикулярном оси шпинделя автомата.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что фокусирующий элемент установ- 5 . лен на дуговых направляющих, выполнен ных в корпусе, причем радиус направляющих равен фокусному расстоянию фокусирующего элемента .

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения качества обработки, оно снабжено экраном, установленным на корпусе и предназначенным для защиты обработанной поверхности от лазерного воздействия.

1745411

Составитель А. Корнилов .

Техред М,Моргентал Корректор А,Осэуленко

Редактор Т. Зубкова

- здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Производственно-изд аказ Подписное

ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ

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

Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах Устройство для дробления стружки при чистовом точении на токарных автоматах 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и, может быть использовано при изготовлении полых деталей, например шестерен

Изобретение относится к станкостроению и металлообработке и может быть использовано при точении валов и других деталей из вязких материалов

Изобретение относится к станкостроению , в частности к устройствам для кинематического дробления стружки, и может быть использовано на тогэрных и сверлильных многошпиндельнык станках

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при токарной обработке заготопок

Изобретение относится к обработке материалов резанием, в частности к обработке металлов

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано для дробления стружки при выполнении токарных работ

Изобретение относится к станкостроению и может быть использовано в токарных станках

Изобретение относится к обработке металлов со снятием стружки, в частности к обточке или расточке поверхностей деталей из вязких материалов с одновременным дроблением стружки

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для кинематического дробления стружки посредством сообщения инструменту осциллирующего движения в направлении подачи при сверлении

Изобретение относится к области обработки материалов резанием

Изобретение относится к обработке металлов резанием, а именно к устройствам для дробления стружки

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам для обработки резанием

Изобретение относится к области техники по переработке отходов производства, точнее к измельчению стоужки, как на обрабатывающих станках, так и автономно

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано для дробления и удаления стружки при обработке торцевыми фрезами преимущественно легких сплавов

Изобретение относится к токарной обработке , а именно к устройствам для дробления стружки на токарных станках, и может быть использовано для дробления стружки при обработке деталей на токарных станках с числовым программным управлением
Наверх