Устройство для токарной обработки пакета поршневых колец

 

Изобретение относится к станкостроению, а именно к станкам для копирной обработки некруглых внутренних и наружных поверхностей, например пакетов поршневых или уплотнительных колец. Устройство для токарной обработки поршневых колец состоит из качающегося суппорта с закрепленным на нем режущим инструментом, кинематически связанным с роликом, взаимодействующим с копиром, и средства обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик - копир за полный оборот копира. Качающийся суппорт выполнен в виде равностороннего треугольника, центр качания которого совпадает с центром его масс, а ролик размещен на обращенной к копиру стороне треугольника с возможностью перемещения вдоль нее, при этом режущей инструмент закреплен у противолежащей упомянутой стороне вершине треугольника на стороне, обращенной к пакету обрабатываемых колец, а средство обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик - копир выполнено в виде пары регулируемых пружин сжатия, одним концом закрепленных на основании, а другим - на третьей свободной стороне треугольника с возможностью изменения их плеч, образованных точками крепления и осью, проходящей через центр качания суппорта и середину упомянутой стороны треугольника. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к станкам для копирной обработки некруглых внутренних и наружных поверхностей деталей, например пакетов поршневых или уплотнительных колец для двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для токарной обработки пакетов поршневых колец, в основе которого лежит вращение пакета заготовок колец и их одновременная обточка и расточка путем продольной подачи режущего инструмента с одновременным его перемещением, задаваемым копиром [1]. Максимальным радиус-вектором копира соответствуют минимальные радиус-вектора кольца и наоборот, т.е. данный способ формообразования кольца базируется на обратном копировании.

К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность обеспечения корректировки формы кольца с целью компенсации возможных погрешностей формы копира или кинематики станка, приводящих к появлению радиальных зазоров типа провис или подпор в гильзе цилиндра.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для токарной обработки пакета поршневых колец, в котором масштабно-копировальное устройство состоит из качающегося суппорта, несущего режущий инструмент, и соединенных через призму с двуплечим рычагом, на котором закреплен ролик, контактирующий с копиром, приводимым во вращение через суммирующий элемент от шпинделя станка, на котором установлен пакет обрабатываемых колец [2].

При механической обработке поршневых колец с помощью данного устройства центр вращения копира соответствует центру вращения заготовок поршневых колец и радиус-векторы копира в сечениях 0 и 180^о равны между собой. Максимальным приращениям радиус-векторов копира соответствуют максимальные приращения радиус-векторов кольца - данный способ формообразования кольца базируется на прямом копировании.

Уравнение моментов сил, действующих в масштабно-копировальном механизме станка, имеет следующий вид: ±M_ин + М_G + M_Fпр - M_R1 + M_R2 - M_N - M_Fтр= 0 или M_N= ±M_ин + M_G + M_Fпр - M_R1 + M_R2 - M_Fтр , (1) где M_ин - момент сил инерции в масштабно-копировальном механизме относительно оси качания; M_G - момент силы тяжести качающегося суппорта масштабно-копировального механизма; М_Fпр- момент силы сжатия пружины; М_R1 - момент результирующей силы резания обточного резца; M_R2 - момент результирующей силы резания расточного резца; M_Fтр - момент силы трения в подшипниках качения; M_N - момент силы давления ролика на копир.

Причем момент сил инерции представляет собой следующую сумму: M_ин= I+ m_il²_i, (2) где I - момент инерции качающегося суппорта относительно главной оси;
m_il²_i - момент инерции качающегося суппорта относительно оси качания (m_i - элементарные массы геометрических тел суппорта, l_i - расстояние между главной осью геометрического тела суппорта и осью качания).

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность конструкции масштабно-копировального механизма, наличие больших масс, качающихся относительно точек крепления суппорта и двуплечего рычага, приводящих к резкому возрастанию моментов силы тяжести M_G и сил инерции М_ин, действующих в системе в зоне максимальных радиус-векторов копира. Момент силы сжатия пружины, обеспечивающей замыкание кинематической цепи: копир - ролик-двуплечий рычаг - призма - качающийся суппорт - режущий инструмент складывается с увеличивающимся моментом силы инерции в зоне максимальных радиус-векторов копира, усугубляя его действие в этой зоне. Это приводит к увеличению погрешностей копирования.

Погрешности обработки колец будут тем меньше, чем меньше относительные изменения суммарного момента, действующего в масштабно-копировальном механизме, а износ сопряженных деталей тем меньше, чем меньше абсолютная величина суммарного момента.

Целью изобретения является упрощением конструкции с одновременным снижением абсолютных и относительных величин суммарного момента сил, действующих в масштабно-копировальном механизме и расширением его функциональных возможностей.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем качающийся суппорт с закрепленным на нем режущем инструментом, кинематически связанным с роликом, взаимодействующим с вращающимся копиром, и средство обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик-копир за полный оборот копира, суппорт выполнен в виде равностороннего треугольника, центр качания которого совпадает с центром его масс, а ролик размещен на обращенной к копиру стороне треугольника с возможностью перемещения вдоль нее, при этом режущий инструмент закреплен у противолежащей упомянутой стороне вершине треугольника на стороне, обращенной к пакету обрабатываемых колец, а средство обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик-копир выполнено в виде пары с регулировкой их сжатия пружин, одним концом закрепленных на основании, а другим - на третьей свободной стороне треугольника с возможностью изменения их плеч, образованных точками их крепления и осью, проходящей через центр качания суппорта и середину упомянутой стороны треугольника.

На фиг. 1 показана кинематическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - изменение моментов сил сжатия пружин (кривая 1 - в прототипе и она же - от действия пружины 6 в предлагаемом устройстве, кривая 2 - от действия пружины 5 предлагаемого устройства; кривая 3 - результирующий момент сил сжатия в предлагаемом устройстве от действия моментов сил сжатия пружин 5 и 6); на фиг.3 - изменение суммарного момента сил в прототипе (кривая 1) и предлагаемом устройстве (кривая 2).

Устройство состоит из копира 1, опирающегося на него ролика 2, центр О₂ которого закреплен с возможностью перемещения из одного крайнего положения А в другое В на стороне С качающегося вокруг центра О суппорта 3, при этом, если центр О₂ ролика 2 расположен между А и А₁, то обеспечивается прямое копирование и, соответственно, применяется прямой копир, если центр О₂ ролика 2 расположен между В и В₁, то копирование - обратное и копир - обратный.

На стороне d качающегося суппорта 3 расположен режущий инструмент 4, а на стороне е закреплены две пружины 5 и 6 с точками крепления К и М к этой стороне, причем разность сил сжатия пружин 5 и 6 и плечи l₁ и l₂подобраны таким образом, чтобы обеспечить неразрывность кинематической цепи ролик 2 - копир 1 за полный оборот копира и снизить абсолютные и относительные величины суммарного момента за счет уменьшения результирующего момента сил сжатия пружин (фиг.2, кривая 3) к зоне максимального увеличения момента сил инерции М_ин (фиг.3, кривая 2). Точка качания О качающегося суппорта 3, выполненного в виде равностороннего треугольника, расположена в его центре масс, чтобы исключать влияние момента силы тяжести M_G и уменьшить на величину Σ m_il_i² момент сил инерции М_ин.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Вращательное движение копира 1, например, обратного - центр О₂ ролика 2 занимает положение между В и В₁ стороны С качающегося суппорта 3, посредством ролика 2 преобразуется в качательное движение режущего инструмента 4 относительно точки О качающегося суппорта 3.

Перемещением точек крепления К и М пружин 5 и 6 к стороне е качающегося суппорта 3 и изменением сил сжатия пружин M_Fпр5 и М_Fпр6добиваются обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик 2 - копир 1 и снижения абсолютных и относительных изменений суммарного момента от действия сил сжатия пружин 5 и 6 (фиг. 2, кривая 3), с уменьшением его к зоне максимального увеличения момента сил инерции М_ин для частичной компенсации момента сил инерции М_ин суммарным моментом сил сжатия пружин 5 и 6:
M=Fl₁-Fl₂ (3)
Поскольку точка О - точка качания качающегося суппорта 3 совпадает с центром масс суппорта, то момент силы тяжести M_G приблизительно равен нулю:
M_G ≈0 (4) а второе слагаемое момента сил инерции М_ин в уравнении (2) тоже обращается в ноль:
m_il²_i =0, M_ин^* = I (5)
Поэтому уравнение (1) моментов сил, действующих в масштабно-копировальном механизме предлагаемого устройства с учетом уравнений (2)-(5) будет выглядеть следующим образом:
M^*_N= ± M^*_ин+ M- M+ M- M, (6) где М_ин* - момент сил инерции качающегося суппорта относительно главной оси (т. О), меньший момента сил инерции М_ин прототипа на величину m_il²_i ;
M_Fпр^*- результирующий момент сил сжатия пружин с учетом положения их точек крепления на стороне качающегося суппорта;
M_Fтр, M_R1, M_R2 - те же, что и в уравнении (1);
M_N^* - момент силы давления ролика на копир в предлагаемом устройстве.

Сопоставление уравнений (1) и (6) позволяет сделать вывод о том, что относительные и абсолютные изменения суммарного момента сил, действующих в масштабно-копировальном механизме предлагаемого устройства (фиг.3, кривая 1) меньше суммарного момента сил, действующих в прототипе (фиг.3, кривая 1), на величину:
ΔM= M_N - M^*_N = m_il²_i+ M_G (7)
Расчет, произведенный с использованием уравнения (7), показывает, что отношение составляет величину порядка 40%.

При необходимости регулировки формы кольца, связанной, например, с изменением химического состава материала колец 7 того же типоразмера, необходимо произвести одновременное перемещение копира 1 и ролика 2 параллельно стороне С качающегося суппорта 3 на необходимую величину в сторону метки В или В₁, при этом изменится передаточное отношение плеч (фиг.1) с до и соответственно приращение радиус-векторов на пакете заготовок колец 7.

Изменение диаметра обрабатываемых заготовок колец 7 производится путем перемещения режущего инструмента 4 в сторону центра или от центра вращения пакета заготовок колец 7.

Все вышесказанное применимо и для прямого копира 1. В этом случае центр О₂ ролика 2 располагают между А и А₁ стороны С качающегося суппорта 3, а установленный прямой копир 1 смещают до касания его с роликом 2. Регулировка формы колец производства совместным смещением копира 1 и центра О₂ ролика 2 параллельно стороне С качающегося суппорта 3 в сторону метки А или А₁.

Таким образом предлагаемое устройство для токарной обработки поршневых колец позволяет снизить относительные и абсолютные изменения суммарного момента сил, действующих в масштабно-копировальном механизме на величину порядка 40% за счет выполнения качающегося суппорта в виде равностороннего треугольника с осью качания, проходящей через его центр масс и двух пружин, закрепленных на одной из сторон суппорта, результирующий момент сил сжатия которых уменьшается с увеличением момента сил инерции. Кроме того, в предлагаемом устройстве допускается установка как прямых копиров, применяемых на станках типа МК-6026, так и обратных, применяемых на станках типа МК-611.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ПАКЕТА ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ, содержащее установленный на основании качающийся суппорт с закрепленным на нем режущим инструментом, кинематически связанным с роликом, установленным с возможностью взаимодействия с вращающимся копиром, и средство обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик - копир за полный оборот последнего, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции при одновременном расширении функциональных возможностей устройства, суппорт выполнен в виде равностороннего треугольника, центр качания которого совпадает с центром его масс, ролик размещен на обращенной к копиру стороне треугольника с возможностью перемещения вдоль нее, при этом режущий инструмент закреплен у противолежащей упомянутой стороне вершину треугольника на стороне, обращенной к рабочей зоне, а средство обеспечения неразрывности кинематической цепи ролик - копир выполнено в виде регулируемой пары пружин, одним концом закрепленных на основании, а другим - на третьей стороне треугольника с возможностью изменения их плеч, образованных точками их крепления на основании и осью, проходящей через центр качания суппорта и середину упомянутой стороны треугольника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3