Устройство для комбинированной абразивной обработки

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для чистовой комбинированной абразивной обработки металлов и сплавов, склонных к появлению прижогов и микротрещин в процессе обработки. Устройство содержит шлифовальный круг, жестко смонтированный на оправке с хвостовиком между полировальными кругами. Шейки, на которых шарнирно на подшипниках качения смонтированы полировальные круги, расположены диаметрально противоположно друг другу и эксцентрично к центральной шейке шлифовального круга. Оправка и хвостовик смонтированы под углом друг к другу таким образом, что центры симметрии трех шеек оправки принадлежат оси вращения хвостовика. При этом угол равен величине, при которой торцевое биение полировальных кругов и амплитуда осцилляции шлифовального круга вдоль оси хвостовика меньше высоты шлифовального круга. Предлагаемое изобретение позволяет повысить качество и эффективность абразивной обработки заготовок из материалов, предрасположенных к дефектообразованию. 4 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов абразивом в комбинации шлифования и полирования, и может быть использовано для чистовой обработки материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин.

Известна конструкция устройства для осцилляции шлифовального круга, имеющая консольную оправку со сферической головкой, на которой установлены основной и прижимной фланцы со стопорным кольцом для базирования и фиксации угла поворота инструмента [1].

Недостатками этого устройства являются сложность и трудоемкость изготовления сферической головки оправки и сопрягаемого с ней сферического отверстия фланца, невозможность регулировки с целью совмещения плоскости, параллельной торцу и проходящей через середину шлифовального круга, с центром сферической головки оправки при сборке, что неизбежно приведет к смещению центра масс и появлению дисбаланса, а это вызовет вибрации, которые резко снизят точность и качество обработки и которые невозможно устранить.

Известно устройство для абразивной обработки, содержащее коаксиально расположенные в корпусе и связанные с приводом вращения шпиндель и шток с оправками для абразивного инструмента и привод осевого перемещения штока относительно шпинделя без остановки вращения [2].

Необходимую силу поджима рабочих поверхностей инструментов к обрабатываемым поверхностям заготовки создают соответствующим прогибом инструментов в осевом направлении.

Недостатками этого устройства являются чрезмерная сложность конструкции и невозможность совместить черновую и чистовую абразивные обработки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для комбинированной абразивной обработки, содержащее смонтированные на оправке с хвостовиком три круга, крайние из которых имеют отличную от центрального круга характеристику, что позволяет осуществлять черновую и чистовую абразивную обработку без прижогов [3].

Недостатком данной конструкции является невысокая эффективность обработки, так как абразивные зерна всех кругов работают в параллельных плоскостях, что обуславливает попадание большинства из них в ранее прорезанные риски-царапины, не производя резание.

Задачей изобретения является повышение качества, снижение энергозатрат, увеличение стойкости инструмента и производительности при осциллирующей абразивной черновой и чистовой обработке за счет последовательного воздействия шлифовального и полировального кругов на обрабатываемую поверхность заготовок из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин.

Поставленная задача достигается устройством для комбинированной абразивной обработки, содержащим смонтированные на оправке с хвостовиком три круга, при этом шлифовальный круг жестко закреплен на оправке и размещен между двумя другими кругами, а оправка выполнена с тремя шейками, две крайние из которых расположены эксцентрично относительно центральной шейки для шлифовального круга и диаметрально противоположно друг другу и предназначены для установки посредством подшипников качения двух других кругов, в качестве которых выбраны полировальные круги, при этом оправка смонтирована под углом к хвостовику с расположением центров симметрии трех шеек оправки на оси вращения хвостовика, а величина угла выбрана из условия обеспечения торцевого биения полировальных кругов и амплитуды осцилляции шлифовального круга вдоль оси хвостовика меньше высоты шлифовального круга.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена конструкция устройства для комбинированной абразивной обработки в разрезе; на фиг. 2 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 3 - положение полировальных и шлифовального кругов в процессе обработки; на фиг. 4 - схематично последовательное положение режущих кромок полировальных и шлифовального кругов в зоне обработки. На фиг. 1, 2, 3, 4 приняты следующие обозначения: α -\угол наклона оси оправки к оси хвостовика; B - высота шлифовального круга; D - диаметр шлифовального круга; A_п - торцевое биение полировальных кругов; A_ш - амплитуда осцилляции шлифовального круга; O_ш/ - ось шлифовальной шейки оправки; O_ш// - ось шлифовальной шейки оправки при повороте хвостовика вокруг своей оси на 180^o; O_пл/, O_пп/ - оси соответственно левой и правой шеек оправки под левый и правый (согласно фиг. 1) полировальные круги; O_пл//; O_пп// - оси левой и правой полировальных шеек оправки при повороте хвостовика вокруг своей оси на 180^o; ε - эксцентриситет смещения осей O_пл/, O_пп/ шеек полировальных кругов 3 и 4 оправки 2 относительно оси O_ш/ шейки шлифовального круга; O_х - ось хвостовика; O_ш - центр симметрии шлифовального круга, точка пересечения осей шлифовальной шейки и хвостовика; O_пл, O_пп - центры симметрии соответственно левого и правого полировальных кругов, точки пересечения осей левой и правой полировальных шеек и хвостовика; S_пр - продольная подача заготовки в мм/дв. ход стола.

Устройство состоит из закрепленной в хвостовике 1 оправки 2, имеющей три рабочие шейки и которая наклонена к оси хвостовика на угол α таким образом, что центры симметрии O_пл, O_ш, O_пп трех шеек принадлежат оси вращения хвостовика. На оправке 2 между полировальными кругами 3 и 4 с подшипниковыми узлами 5 с помощью гаек 6, эксцентричных фланцев 7, прокладок 8 и распорной втулки 9 установлен шлифовальный круг 10.

Особенностью конструкции оправки является то, что она имеет центральную шейку под шлифовальный круг с центром симметрии O_ш и по обе стороны от нее две шейки под полировальные круги с центрами симметрии соответственно O_пл и O_пп - левая и правая, которые эксцентрично и диаметрально противоположно смещены на величину эксцентриситета ε, причем центры симметрии левой и правой шеек O_пл и O_пп равноудалены от центра O_ш.

Угол α выбирают таким, чтобы центры симметрии инструментов O_пл; O_ш; O_пп лежали на оси O_х вращения хвостовика, а также с учетом выполнения условия A_п= A_ш≅ B, где A_п= A_ш= D·tgα. Расстояние между центрами симметрии полировальных и шлифовального кругов O_пл; O_ш; O_пп по оси вращения хвостовика O_х вычисляют с учетом угла наклона инструментов α и эксцентриситета ε по формуле O_плO_ш= O_ппO_ш= ε/sinα. Устройство для комбинированной абразивной обработки собирается следующим образом.

На центральную шейку оправки 2 устанавливается шлифовальный круг 10. С торцев шлифовального круга устанавливаются прижимные фланцы 7 с отверстиями, выполненными эксцентрично с эксцентриситетом ε, и прокладки 8. На левую шейку (фиг. 1) монтируется полировальный круг 3, предварительно собранный на подшипниковом узле 5, который состоит из основного и прижимного фланцев, между которыми винтами закрепляется полировальный круг, подшипника и пружинного кольца.

Далее на оправку устанавливается распорная втулка 9 и навинчивается хвостовик 1. Правый полировальный круг 4 собирается и монтируется на оправке 2 в такой же последовательности, как и левый 3. Гайками 6 производится окончательное крепление оправки 2 в сборе с инструментами 3, 4, 10 на хвостовике 1. Перед работой производят правку устройства известными способами.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в шпиндель кругло-, внутри-, или плоскошлифовального станка, заготовку - в соответствующее приспособление. Сообщают вращение шпинделя V_и и продольную подачу S_пр заготовке, а также для кругло- и внутришлифовальных работ - вращение заготовки V_з. За полный оборот инструмента шлифовальный круг 10 плавно меняет по отношению к изделию 11 свое угловое положение влево и вправо от нормали на угол α. Полировальные круги обкатываются по обрабатываемой и обработанной поверхностям слева и справа от шлифовального круга.

Кроме того, благодаря наклону осей шеек O_пл/ и O_пп/ оправки рабочие поверхности полировальных кругов 3 и 4 в зоне контакта с заготовкой 11 совершают возвратно-поступательные осциллирующие колебательные движения вдоль продольной оси вращения.

Перемещаясь по обрабатываемой и обработанной шлифовальным кругом 10 поверхностям заготовки 11, полировальные круги 3 и 4 в зоне контакта производят срезание микронеровностей в направлении, перпендикулярном рискам-царапинам, прорезанным шлифовальным кругом. Благодаря эластичной связке в полировальных абразивных кругах каждое режущее абразивное зерно как бы подпружинено и под действием силы поджима рабочих периферийных поверхностей инструментов к обрабатываемой поверхности заготовки частично углубляется в связку. Особенно велика сила поджима в положении, когда ось симметрии полировального круга параллельна образующей обрабатываемой поверхности заготовки (фиг. 2).

Кроме того, степень углубления зерна зависит от вида обрабатываемой поверхности. На выступающих участках обрабатываемой, например фасонной, поверхности абразивные зерна углубляются сильнее, сохраняя исходный профиль обрабатываемой поверхности.

Таким образом, применение данного инструмента позволяет снизить параметр шероховатости на плоских, цилиндрических и фасонных поверхностях без изменения профиля и геометрических параметров обрабатываемой поверхности.

Применение устройства предлагаемой конструкции позволяет вести обработку на повышенных режимах с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования для чистовой обработки материалов, предрасположенных к появлению прижогов и микротрещин.

Предлагаемое устройство обеспечивает снижение величины шероховатости обработанной поверхности на 2 класса, повышает производительность обработки в 2...2,5 раза, снижает расход абразивного материала.

Источники информации: 1. А. с. СССР N 1611714, B 24 B 45/00, 1990.

2. А. с. СССР N 1085771, B 24 B 5/00, 1984.

3. Патент РФ N 2069483, B 24 D 5/14, 1996 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для комбинированной абразивной обработки, содержащее смонтированные на оправке с хвостовиком три круга, при этом шлифовальный круг жестко закреплен на оправке и размещен между двумя другими кругами, отличающееся тем, что оправка выполнена с тремя шейками, две крайние из которых расположены эксцентрично относительно центральной шейки для шлифовального круга и диаметрально противоположно друг другу и предназначены для установки посредством подшипников качения двух других кругов, в качестве которых выбраны полировальные круги, при этом оправка смонтирована под углом к хвостовику с расположением центров симметрии трех шеек оправки на оси вращения хвостовика, а величина угла выбрана из условия обеспечения торцевого биения полировальных кругов и амплитуды осцилляции шлифовального круга вдоль оси хвостовика меньше высоты шлифовального круга.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4