Способ обработки цилиндрических заготовок и станок для его осуществления

 

Способ обработки цилиндрических заготовок и станок для его осуществления предназначены для механической обработки цилиндрических заготовок преимущественно из дерева. Сущность изобретения заключается в том, что для повышения производительности обработки в 10 и более раз используют многолезвийное долото, рабочая ширина которого в несколько раз превышает ширину известного однолезвийного долота, а рабочая подача долота, приходящаяся на один оборот заготовки, составляет 0,9-0,8 от этой увеличенной рабочей ширины (диаметра) многолезвийного долота. Но чтобы при этом, с одной стороны, не было бы пропорционального повышения сил резания, многолезвийное долото вращают в плоскости, перпендикулярной оси вращения заготовки, а чтобы, с другой стороны, на цилиндрической образующей заготовки не было бы погрешностей формы, что возможно, когда некоторый участок заготовки на мгновение оказывается между лезвиями вращающегося долота, параметры вращения и некоторые конструктивные признаки многолезвийного долота определяют в соответствии с зависимостью, чтобы указанные погрешности не превысили допуска на обработку заготовки по диаметру. Способ предусматривает также реверс вращения каждой последующей заготовки, что исключает холостые ходы, а в предлагаемом станке предусмотрены устройства для автоматического изменения подачи и отключения станка на прямом и обратном ходах при экстремальных перегрузках. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области механической обработки нетвердых заготовок резанием и может быть использовано для получения цилиндрических заготовок из дерева, пластических масс, легких сплавов и других нетвердых материалов. Наиболее предпочтительно применение предлагаемого способа и станка для обработки деревянных цилиндрических заготовок. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является широко известный способ обработки цилиндрических заготовок, принятый за прототип и для наглядности приведенный на фиг. 1, заключающийся в том, что цилиндрическую заготовку 1 вращают вокруг ее оси 2 и обрабатывают с помощью единичного плоского долота 3, которое перемещает относительно образующей цилиндрической заготовки 2 вручную с помощью специальных поставок, широко известных приводов механического перемещения и т.д. Недостатком известного способа является низкая производительноcть обработки.

Сущность изобретения выражается в том, что для повышения производительности обработки цилиндрических заготовок из нетвердых материалов два и более плоских долота жестко соединяют между собой, образуя многолезвийное долото, затем вращают многолезвийное долото вокруг оси, перпендикулярной оси вращения цилиндрической заготовки, и перемещают параллельно образующей цилиндрической заготовки, обеспечивая параметры перемещения и вращения в соответствии с зависимостями: параметры перемещения: S_об.з.≅0,9·D_м.д. где S_об.з. рабочая подача многолезвийного долота (мм/об), приходящаяся на 1 оборот заготовки; D_м.д. диаметр многолезвийного долота; параметры вращения: где T_ц.з. допуск на обработку цилиндрической заготовки по диаметру; D_ц.з. диаметр цилиндрической заготовки; D_м.д. диаметр многолезвийного долота.

где α_с средний угол расположения единичных долот в многолезвийном долоте с учетом его вращения;
Z число единичных плоских долот в многолезвийном долоте;
n_ц.з. частота вращения цилиндрической заготовки;
n_м.д. частота вращения многолезвийного долота.

При этом для исключения холостого хода в процессе обработки первую цилиндрическую заготовку вращают во встречном направлении относительно направления вращения многолезвийного долота, а после обработки первой заготовки не производят возвратного относительного перемещения многолезвийного долота и цилиндрической заготовки, а производят реверс вращения второй цилиндрической заготовки и таким образом производят обработку всей партии цилиндрических заготовок, при этом каждую следующую цилиндрическую заготовку вращают относительно предыдущей в противоположную сторону, обеспечивая каждый раз встречное врезание многолезвийного долота в цилиндрическую заготовку при его рабочем перемещении.

В связи с тем, что как в прямом, так и в обратном направлениях вращающееся многолезвийное долото перемещается относительно вращающейся цилиндрической заготовки на рабочем ходу и обрабатывает ее, в стояке для обработки цилиндрических заготовок, предназначенном для реализации предложенного способа обработки, ходовая гайка суппорта, предназначенного для перемещения вращающегося многолезвийного долота, подпружинена в осевом направлении с двух сторон относительно корпуса суппорта посредством двух предварительно сжатых пружин, причем по обе стороны от ходовой гайки в корпусе суппорта установлены два конечных выключателя, каждый из которых взаимодействует с соответствующим торцом гайки и срабатывает в конце рабочего хода каждой из пружин. Такое конструктивное выполнение станка позволяет в случае повышения рабочей нагрузки в процессе обработки, например при наличии больших сучков, наплывов на деревянной заготовки, либо твердых включений в заготовке из пластмасс, автоматически уменьшить рабочую подачу суппорта за счет дополнительного сжатия соответствующей пружины и тем самым исключить поломку многолезвийного долота и брак заготовок. После прохождения неблагоприятного участка суппорт снова будет перемещаться с заданной рабочей подачей. Если же несмотря на дополнительное сжатие соответствующей пружины нагрузка в экстремальных случаях будет нарастать, в конце рабочего хода каждой пружины торец ходовой гайки будет нажимать на соответствующий конечный выключатель и станок будет остановлен. Отметим, что величины предварительного сжатия пружин, их рабочего хода и расположение каждого конечного выключателя относительно соответствующего торца ходовой гайки устанавливаются в зависимости от конфигурации и физико-механических свойств каждой партии обрабатываемых заготовок.

На фиг. 1 представлена схема способа обработки цилиндрических заготовок единичным плоским долотом; на фиг.2, 3 то же, варианты (в соответствии с пп. 1,2 формулы изобретения); на фиг.4 схема мгновенного расположения цилиндрической образующей вращающейся заготовки между единичными лезвиями вращающегося многолезвийного долота; на фиг.5 расчетная схема для определения основных погрешностей и параметров обработки; на фиг.6. схема станка, предлагаемого для обработки цилиндрических заготовок в соответствии с п.3 формулы изобретения.

Для осуществления предлагаемого способа (фиг.2) цилиндрическую заготовку 1 вращают вокруг ее оси 2 с частотой вращения n_ц.з., а несколько однолезвийных долот 3 сначала жестко соединяют между собoй, образуя многолезвийное долото 4, рабочая ширина которого D_м.д. в несколько раз превышает ширину l_д известного однолезвийного долота. Обрабатывать цилиндрические заготовки таким широким долотом практически невозможно в связи с возрастанием пропорционально ширине долота действующих сил резания. Поэтому для обеспечения рабочей подачи, приходящейся на один оборот заготовки в пределах S_об.з.≅0,9·D_м.д., многолезвийное долото 4 вращают вокруг оси 5, перпендикулярной оси вращения 2 заготовки 1 с частотой вращения n_м.д., и перемещают многолезвийное долото 4 относительно заготовки 1 при прямом ходе справа налево относительно плоскости чертежа, изображенного на фиг.2.

Для сокращения вспомогательного времени путем исключения холостого хода в процессе обработки первую цилиндрическую заготовку 1 вращают вокруг ее оси 2 во встречном направлении относительно направления вращения многолезвийного долота 4, а после обработки первой заготовки производят реверс (изменение направления вращения на противоположное) вращения цилиндрической заготовки 1 (фиг. 3) вокруг ее оси 2 и перемещают многолезвийное долото 4, вращающееся совместно с однолезвийными долотами 3 вокруг оси 5 при его обратном ходе слева направо относительно плоскости чертежа, изображенного на фиг.3.

Отметим, что в некоторый момент времени участок цилиндрической образующей вращающейся заготовки 1, совпадающий с ее осью 2 (фиг.4), оказывается между лезвиями 3, расположенными друг относительно друга под углом α вращающегося вокруг оси 5 многолезвийного долота 4. Это приведет к погрешностям обработки заготовки. Оценим эти погрешности. Угол a между отдельными лезвиями, расположенными на торце многолезвийного долота, можно определить как:

где Z число лезвий у многолезвийного долота.

С учетом вращения многолезвийного долота и цилиндрической заготовки средняя величина этого угла αс может быть приблизительно определена:

где n_ц.з. частота вращения цилиндрической заготовки;
n_м.д. частота вращения многолезвийного долота.

Сведя обозначения основных параметров обработки к обозначению параметров эллипса (фиг.5), образуемого многолезвийным долотом 4 на поверхности цилиндрической заготовки 1 с учетом мгновенного расположения единичного лезвия многолезвийного долота 4 относительно цилиндрической образующей 2 заготовки 1 под углом , из уравнения эллипса имеем:
откуда

Записав это выражение в параметрах процесса обработки, имеем:

Используя приближенные соотношения при малых

и с учетом того, что погрешность обработки в предельном случае не должна превышать допуска на обработку заготовки по диаметру T_ц.з., а он в свою очередь (фиг.5) равен

окончательно имеем

Эту зависимость следует использовать для определения основных параметров обработки заготовок по предлагаемому способу с учетом гарантированного обеспечения заданного допуска обработки заготовок по диаметру.

Станок, предлагаемый для обработки цилиндрических заготовок, состоит (фиг. 6) из рамы 6, на которой размещена передняя бабка 7 со шпинделем 8 и шипованной ведущей головкой 9, задняя бабка 10 с винтом 11, маховиком 12 и установленной на винте 11 с возможностью вращения шипованной головкой 13. Между шипованными головками 9 и 13 устанавливается обрабатываемая цилиндрическая заготовка 1. Параллельно оси цилиндрической заготовки 1 на раме 6 установлены две продольные цилиндрические направляющие 14 и ходовой винт 15. На продольных цилиндрических направляющих 14 установлен с возможностью перемещения корпус 16 суппорта, на поперечных направляющих 17 которого установлено многолезвийное долото 4 с установленными на его торцовой поверхности двумя и более однолезвийными долотами 3. Многолезвийное долото 4 приводится во вращение с помощью привода 18. Рабочее продольное перемещение корпуса 16 суппорта осуществляется ходовым винтом 15. Вращение ходового винта 15 и кинематически связанного с ним шпинделя 8 осуществляется от привода 19 через планетарную 20 и цепную 21 передачи. Ходовая гайка 22 ходового винта 15 установлена в корпусе 16 суппорта между двумя предварительно сжатыми пружинами 23. В случае предельного сжатия пружин при прямом и обратном движениях суппорта соответствующие торцы ходовой гайки 22 могут взаимодействовать с соответствующими конечными выключателями 24, смонтированными в корпусе 16 суппорта. Величины предварительного сжатия пружин 23, величины их предельных перемещений под действием экстремальных нагрузок и расположение конечных выключателей 23 относительно торцов ходовой гайки 22 выбираются предварительно в зависимости от конфигурации и физико-механических свойств соответствующих партий обрабатываемых заготовок. Величины продольных перемещений корпуса суппорта 16 по направляющим 14 ограничиваются двумя конечными выключателями 25.

Описанный выше станок для обработки цилиндрических заготовок работает следующим образом. Сначала в соответствии с зависимостями, приведенными в предлагаемом способе обработки цилиндрических заготовок, определяются основные параметры обработки и главные конструктивные особенности многолезвийного долота, т. е. его диаметр и число однолезвийных долот, установленных на его торцовой поверхности. Затем в процессе наладки станка и обработки пробных заготовок основные параметры обработки уточняются и при необходимости корректируются. После чего осуществляется обработка всей партии цилиндрических заготовок. Для чего в размещенную на раме 6 переднюю бабку 7 со шпинделем 8 и шипованной ведущей головкой 9 с одной стороны и заднюю бабку 10 с винтом 11, вращаемым маховиком 12, посредством установленной на винте 11 шипованной головки 13 с другой стороны, устанавливают и закрепляют с возможностью вращения обрабатываемую цилиндрическую заготовку 1. На установленном с возможностью продольного перемещения по двум цилиндрическим направляющим 14 и перемещаемом при вращении ходового винта 15 корпусе суппорта 16 посредством поперечных направляющих 17 может перемещаться для изменения снимаемого с цилиндрической заготовки 1 припуска многолезвийное долото 4, оснащенное однолезвийными долотами 3 и приводимое во вращение приводом 18. Ходовой винт 15 и кинематически связанный с ним шпиндель 8 приводятся во вращение от привода 19 через планетарную 20 и цепную 21 передачи. Таким образом, цилиндрическая заготовка 1 и многолезвийное долото 4 вращаются во встречном направлении и относительно перемещаются в процессе обработки посредством ходовой гайки 22, установленной в корпусе 16 суппорта между двумя предварительно сжатыми пружинами 23. В случае перегрузки, когда на цилиндрической заготовке появляется местный наплыв, включение или большой сучок, рабочая подача корпуса 16 суппорта автоматически уменьшается, а после прохождения неблагоприятного участка снова достигает заданной величины. Если же нагрузка продолжает возрастать и достигает экстремальной величины, правая (фиг. 6) пружина 23 максимально сжимается и правый торец ходовой гайки 22 нажимает на правый конечный выключатель 24, что приводит к остановке станка.

После обработки первой цилиндрической заготовки 1 корпус суппорта остается в крайнем левом (фиг.6) положении. А после установки второй заготовки осуществляется реверс привода 19, при этом изменяется на противоположное направление вращения цилиндрической заготовки 1 (согласно п.2 способа.) и рабочее движение корпуса суппорта 16 также реверсируется, т.е. суппорт перемещается в этом случая (фиг.6) слева направо.

Использование предлагаемого способа и станка для обработки цилиндрических заготовок из дерева, пластических масс, легких сплавов и других нетвердых материалов позволяет в 10 и более раз повысить производительность обработки (см. акт испытаний) и получить значительный экономический эффект.

Формула изобретения

1. Способ обработки цилиндрических заготовок, включающий вращение цилиндрической заготовки, вращение многолезвийного инструмента вокруг оси, перпендикулярной оси вращения цилиндрической заготовки, и перемещение многолезвийного инструмента параллельно образующей цилиндрической заготовки, отличающийся тем, что вращение цилиндрической заготовки и многолезвийного инструмента и перемещения многолезвийного инструмента осуществляют в соответствии с зависимостями
S_об.з 0,9 D_м.д.

где S_об.з рабочая подача многолезвийного долота, мм/об. приходящаяся на 1 оборот цилиндрической заготовки;
D_м.д. диаметр многолезвийного долота;
Т_ц.з. допуск на обработку цилиндрической заготовки по диаметру;
Z число единичных плоских долот в многолезвийном долоте;
ц.з. частота вращения цилиндрической заготовки;
м.д. частота вращения многолезвийного долота;

α_с средний угол расположения единичных долот в многолезвийном долоте с учетом его вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что каждую следующую цилиндрическую заготовку вращают относительно предыдущей в противоположную сторону с возможностью встречного врезания многолезвийного инструмента в цилиндрическую заготовку.

3. Станок для обработки цилиндрических заготовок, включающий раму, переднюю и заднюю бабки, привод вращения заготовки, суппорт с многолезвийным инструментом, привод вращения многолезвийного инструмента, размещенный в корпусе суппорта, и привод перемещения суппорта с многолезвийным инструментом, отличающийся тем, что привод перемещения имеет две цилиндрические направляющие, ходовой винт, ходовую гайку и два конических выключателя, при этом ходовая гайка установлена в корпусе суппорта и подпружинена в осевом направлении относительно последнего посредством двух предварительно сжатых пружин, конические выключатели размещены по обе стороны ходовой гайки с возможностью взаимодействия с соответствующим торцом гайки в конце рабочего хода каждой из пружин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6