Способ обработки отверстий и устройство для его осуществления

 

Использование: в области обработки металлов резанием. Сущность изобретения: способ обработки отверстий заключается в выборе отношения суммарной длины режущих кромок для кольцевой и центральной частей, которые вращают в противоположном направлении из расчета равенства на них моментов сил резания, что обеспечивает уравновешивание результирующих крутящих моментов. Устройство для обработки отверстий содержит водило 7, закрепленное в державке 8. Центральная 1 и кольцевая 2 части сверла установлены с возможностью контактирования. На контактных поверхностях 3 последних выполнены введенные в устройство фрикционные покрытия. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам и устройствам для получения отверстий резанием.

Известен способ обработки отверстий и устройства для глубокого сверления, состоящее из державки, связанной со сверлом, имеющим центральную и кольцевую части. Режущие пластины последней расположены в одной радиальной плоскости с разным эксцентриситетом смещения относительно оси сверла, а длина рабочих кромок режущих пластин обратно пропорциональна их эксцентриситету смещения.

Недостаток известного технического решения состоит в том, что при работе сверло вращают в одном направлении. Это создает крутящий момент, стремящийся повернуть заготовку и устройство привода вращения и затрудняющий обработку, например, в условиях невесомости при ручном сверлении. Эксцентричное расположение режущих пластин при любом соотношении длин рабочих кромок не обеспечивает уравновешивание радиальных сил и изгибающего момента на сверле, снижая его стойкость. Наличие спиральных ленточек у центрального сверла ухудшает дробление стружки и ее вывод из отверстия.

Цель изобретения - повышение точности обработки посредством уравновешивания результирующего крутящего момента, а также повышение надежности работы устройства за счет увеличения стойкости сверла.

На чертеже изображено устройство, реализующее способ обработки отверстий.

Способ заключается в следующем. Устройство крепится державкой в шпинделе и стаканом к неподвижной его части. Отношение суммарной длины режущих кромок для кольцевой и центральной частей определяют из соотношения из условия уравновешивания результирующего крутящего момента от обеих частей при их вращении в противоположные стороны.

Устройство содержит центральную часть 1, кольцевую часть 2, контактные поверхности 3, зубчатый венец 4, блок шестерен 5, стакан 6 с внутренним зубчатым венцом, водило 7, державку 8, режущие кромки 9. Ширина режущей кромки кольцевой части - b_к, ширина режущей кромки центральной части b_ц, наружный диаметр кольцевой части D_к, наружный диаметр центральной части - D_ц, внутренний диаметр кольцевой части - d_к.

Указанные элементы взаимосвязаны следующим образом.

На центральную часть 1 установлена кольцевая часть 2, контактные поверхности 3 между ними выполнены из фрикционного покрытия, например алмазной пленки. Зубчатый венец 4 ввинчен в кольцевую часть 2. Блок шестерен 5 установлен в зубчатом венце 4, имеет зацепление с внутренним зубчатым венцом стакана 6, установленного на неподвижной части шпинделя сверлильного станка, и насажен с возможностью вращения на водило 7. Водило 7 закреплено в державке 8, которая устанавливается на вращающейся части шпинделя сверлильного станка. Внутренний диаметр d_к кольцевой части 2 выполнен меньше наружного диаметра D_ц центральной части 1.

Описанное устройство работает следующим образом. При вращении державки 8 вращаются закрепленная в ней центральная часть сверла 1 и водило 7 с блоками шестерен 5. Последние, обегая по неподвижному зубчатому венцу стакана 6, вращаются и передают вращение зубчатому венцу 4 со скоростью, зависящей от передаточных отношений зубчатых пар блока шестерен 5 и зубчатых венцов 4 и стакана 6. Соответственно с той же скоростью вращается кольцевая часть сверла 2, причем вращается она в противоположном вращению центральной части сверла 1 направлении. Образующаяся при сверлении стружка отводится как по центральной части сверла 1 внутри кольцевой части 2, так и с внешней стороны последней. Стружка, образованная центральной частью 1, измельчается режущими кромками 9 кольцевой части 2, имеющей обратное вращение, отрывается от передних поверхностей центральной части 1. В результате существенно улучшается стружкоотвод, повышая стойкость сверла. Жесткое закрепление водила 7 в державке 8, отсутствие дополнительного привода к частям сверла, установка центральной 1 и кольцевой 2 частей с возможностью контактирования повышают виброустойчивость устройства, уменьшают его габаритные размеры, упрощают конструкцию. Выполнение контактных поверхностей 3 центральной 1 и кольцевой 2 частей из введенных в устройство фрикционных покрытий уменьшает образование налипов на контактных поверхностях 3, снижает трение и износ сверла.

Для уравновешивания результирующих крутящих моментов отношение суммарной длины режущих кромок 9 для центральной 1 и кольцевой 2 частей сверла должно быть определенным. Выведем расчетную формулу данного отношения. Пусть заданы окружные силы резания кольцевой части P_к и центральной части P_ц, приходящиеся на единицу длины лезвия. Силы различны из-за возможности разной геометрии (передних углов) обеих частей. Тогда суммарная окружная сила для кольцевой части определяется как произведение силы резания P_к на ширину режущей кромки b_к и на число режущих кромок Z_к по окружности этой части. Аналогично находится окружная сила для центральной части - как P_ц b_ц Z_ц. Крутящие моменты от окружных сил определяются умножением последних на плечо приложения, то есть на радиусы точек приложения сил. Эти радиусы равны для кольцевой части с наружным диаметром D_к и внутренним диаметром d_к - (D_к + d_к)/4, для центральной части с наружным диаметром D_ц - D_ц/4. Условие уравновешивания крутящих моментов будет: P_к b_к Z_к (D_к + d_к)/4 = P_ц b_ц Z_ц D_ц/4.

После сокращения знаменателей дроби и решения относительно суммарной длины режущих кромок получаем искомое соотношение = .

Например, пусть диаметр центральной части D_ц = 20 мм, наружный диаметр кольцевой части D_к = 23 мм и внутренний диаметр d_к = 20 мм, количество режущих кромок (зубьев) центральной части - две, кольцевой - четыре. Зададим угол при вершине центральной части 120^о, при этом ширина режущей кромки b_ц = 10/cos30^o = 11,5 мм. Передний угол центральной части примем 0^о, а кольцевой - 20^о. При обработке стали 45 твердостью σ_B = 500 МН/м² сила резания на единицу длины лезвия для центральной части при подаче 0,4 мм/об Р_ц = 500 КН/м, а для кольцевой части Р_к = 350 КН/м.

Подставляем приведенные данные в расчетное соотношение = , из которого получаем b_к = 3,82 мм.

Чтобы обеспечить такую длину режущих кромок кольцевой части при разности радиусов (D_к - d_к)/2 = 3 мм, следует угол в плане в соответствии с очевидным соотношением (D_к - d_к)/2 = b_к sin ϕ принять равным ϕ= 51^о40' или же выполнить режущие кромки ломаной формы.

Таким образом, предлагаемый способ обработки отверстий позволяет уравновешивать результирующий крутящий момент при сверлении, а устройство для обработки отверстий обеспечивает повышение стойкости сверла, уменьшение габаритных размеров и упрощение конструкции. (56) Авторское свидетельство СССР N 573266, кл. B 23 B 51/04, 1977.

Формула изобретения

СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1. Способ обpаботки отвеpстий, пpи котоpом свеpлу с центpальной и кольцевой частями сообщают вpащение и осевое пеpемещение, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обpаботки посpедством уpавновешивания кpутящего момента, центpальной и кольцевой частям свеpла сообщают вpащение в пpотивоположных напpавлениях, пpи этом кольцевую часть вpащают со скоpостью, меньшей скоpости вpащения центpальной части, а соотношение суммаpной длины pежущих кpомок для кольцевой и центpальной частей опpеделяют из следующего соотношения: = , где b_к - ширина режущей кромки кольцевой части сверла; b_ц - ширина режущей кромки центральной части сверла;
Z_к - число режущих кромок кольцевой части сверла;
Z_ц - число режущих кромок центральной части сверла;
P_к - сила резания кольцевой части сверла;
P_ц - сила резания центральной части сверла;
D_к - наружный диаметр кольцевой части сверла;
D_ц - наружный диаметр центральной части сверла;
d_к - внутренний диаметр кольцевой части сверла.

2. Устpойство для обpаботки отвеpстий, содеpжащее коаксиально установленные с возможностью вpащения кольцевую и центpальную части свеpла, пpичем последняя закpеплена в деpжавке, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в pаботе устpойства за счет увеличения стойкости свеpла, устpойство снабжено пpедназначенным для кинематической связи кольцевой и центpальной частей свеpла планетаpным механизмом, блок шестеpен котоpого жестко связан с водилом и установлен с возможностью взаимодействия с выполненным на кольцевой части свеpла внутpенним зубчатым венцом, пpи этом водило закpеплено в деpжателе, а центpальная и кольцевая части свеpла установлены с возможностью контактиpования, пpичем на контактных повеpхностях последних выполнены введенные в устpойство фpикционные покpытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1