Иглофреза с автоматическим изменением жесткости

 

Изобретение относится к инструментам для механической обработки материалов резанием - иглофрезерованием, а также для зачистки сварных швов и очистки поверхностей металлов и других материалов, например, от коррозии и окалины. Иглофреза с автоматическим изменением жесткости содержит шпиндель с установленными на нем дисками, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия для крепления V-образных пучков проволочного ворса и неподвижные фланцы для фиксации дисков на шпинделе, причем она содержит механизм осевого перемещения подвижного фланца, состоящий из цилиндра, неподвижно закрепленного на шпинделе, подвижного в осевом направлении поршня, к торцу которого закреплен упомянутый дополнительный подвижный фланец, и возвратные пружины сжатия. Изобретение обеспечивает высокопроизводительную и качественную обработку поверхностей. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к инструментам для механической обработки материалов резанием - иглофрезерованием, а также для зачистки сварных швов и очистки поверхностей металлов и других материалов, например, от коррозии и окалины.

Известна цилиндрическая щетка, содержащая втулку с установленными на ней дисками, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия для крепления V-образных пучков проволочного ворса и фланцы для фиксации дисков на втулке [1].

Недостатками известной конструкции щетки являются невысокая эффективность использования из-за низкой плотности набивки ворса и ненадежное крепление его, поэтому щетка обладает малой жесткостью, что не позволяет добиться высокой производительности и качественно удалять значительные припуски, при этом узкие технологические возможности ограничивают область применения.

Известна цилиндрическая щетка, содержащая втулку с установленными на ней дисками, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия для крепления V-образных пучков проволочного ворса и фланцы для фиксации дисков на втулке, при этом каждый пучок ворса закреплен на диске таким образом, что участок его сгиба размещен между парой отверстий, а его свободные концы проходят через отверстия и расположены радиально по отношению к оси втулки, при этом расстояние между осями каждой пары отверстий диска не превышает удвоенного диаметра отверстия, диски установлены со смещением один относительно другого так, что пучки ворса одного из них расположены между пучками другого, а расстояние между осями отверстий двух расположенных по длине втулки дисков равно половине расстояния между осями пары отверстий в диске [2].

Недостатками известной щетки являются невысокая степень механизации наладочных работ иглофрезерования, требующая больших ручных затрат сил и времени на изменение и регулирование жесткости щетки и плотности набивки ворса при изменении характера работ при переходах с легких на тяжелые силовые условия работ и наоборот, кроме того, не представляется возможным быстро реагировать на изменение твердости и прочности обрабатываемого материала и т.д.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей инструмента за счет применения автоматического устройства изменения жесткости иглофрезы и плотности ворса, позволяющее изменять эффективность обработки с надежным креплением ворса при высокопроизводительном и качественном снятии значительных припусков и работать в тяжелых силовых условиях.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой иглофрезы с автоматическим изменением жесткости, которая содержит шпиндель с установленными на нем дисками, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия для крепления V-образных пучков проволочного ворса и неподвижные фланцы для фиксации дисков на шпинделе, причем она содержит механизм осевого перемещения подвижного фланца, состоящий из цилиндра, неподвижно закрепленного на шпинделе, подвижного в осевом направлении поршня, к торцу которого закреплен упомянутый дополнительный подвижный фланец, и возвратные пружины сжатия.

При этом упомянутый шпиндель имеет центральное осевое отверстие для подвода рабочей среды от источника давления, соединенное с помощью поперечного отверстия с механизмом осевого перемещения.

Кроме того, иглофреза снабжена косыми неподвижными и подвижными фланцами для получения осциллирующей режущей зоны резания с амплитудой осцилляции А₀≤ B_min, при этом торцы фланцев выполнены под углом, определяемым по формуле

α ≤ arc tg (В_min/D),

где B_min - высота иглофрезы в сжатом состоянии с максимальной жесткостью;

D - наружный диаметр иглофрезы.

На фиг.1 представлена конструкция иглофрезы с автоматическим изменением жесткости; на фиг.2 - схема сборки иглофрезы; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - иглофреза с максимальной жесткостью для черновой обработки; на фиг.5 - вариант устройства для крепления иглофрезы с автоматическим изменением жесткости; на фиг.6 - иглофреза с осциллирующей зоной резания с минимальной жесткостью для чистовой обработки; на фиг.7 - иглофреза с осциллирующей зоной резания с максимальной жесткостью для черновой обработки.

Предлагаемая иглофреза предназначена для чернового (снятие больших припусков) и чистового иглофрезерования при ее вращении и перемещении относительно обрабатываемой заготовки.

Особенностью иглофрезы является то, что черновое и чистовое иглофрезерование производят при различной жесткости иглофрезы и различной плотности набивки ворса, изменение которых производиться на ходу при непрерывности процесса.

Цилиндрическая иглофреза содержит диски 1, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия 2 для крепления V-образных пучков 3 проволочного ворса и фланцы 4 и 5 для фиксации дисков 1 на шпинделе 6. Каждый V-образный пучок 3 ворса закреплен на диске 1 так, что участок его сгиба размещен между парой отверстий 2, а его свободные концы проходят через эти отверстия и расположены радиально по отношению к оси шпинделя 6. Расстояние между осями каждой пары отверстий диска 1 не превышает удвоенного диаметра d отверстия. Диски 1 установлены со смещением относительно друг друга так, что пучки 3 ворса одного из них расположены между пучками другого. Расстояние l между осями отверстий 2 двух рядом расположенных по длине шпинделя 6 дисков 1 равно половине расстояния L между осями пары отверстий 2 в диске.

На шпинделе 6 между фланцем 4, неподвижно установленным с помощью гаек 7, и механизмом осевого перемещения 8 установлен подвижный фланец 9, который имеет возможность перемещаться в осевом направлении по шпинделю 6.

На шпинделе 6 с наружной стороны неподвижного фланца 5 установлен механизм 8 осевого перемещения с подвижным элементом - поршнем 10, к которому крепится подвижный фланец 9 или, как показано на фиг.1, подвижный фланец 9 выполнен за одно целое с поршнем 10. В отверстии поршня 10 на шпинделе 6 между неподвижным фланцем 5 и поршнем 10 установлены пружины 11 сжатия.

Механизм 8 осевого перемещения может быть выполнен в виде силового цилиндра, соединенного с муфтой 12, установленной на нерабочем конце шпинделя 6. Муфта 12 в этом случае соединена с источником давления рабочей среды, например с гидростанцией или пневмосетью.

Как вариант (см. фиг.5) иглофреза монтируется на шпиндель 6, который с помощью подшипников 13 и 14 установлен с возможностью вращения в корпусе 15. Для вращения шпинделя служит шкив 16, соединенный бесконечным ремнем 17 со шкивом 18 приводного электродвигателя 19, установленного, например, на корпусе 15.

Шпиндель 1 имеет центральное осевое отверстие 20 для подвода рабочей среды от источника давления, соединенное с помощью поперечного отверстия 21 с механизмом осевого перемещения 8.

Сборка иглофрезы осуществляется следующим образом.

Нарезается проволока из бухты и набираются пучки диаметром, близким к диаметру отверстия 2. Затем пучки перегибаются и концами продеваются в соседние отверстия 2 диска 1, после чего они вторично перегибаются уже в радиальном направлении диска. Затем диски 1 надеваются на рабочий конец шпинделя 6 до упора во фланец 5 и фиксируются с противоположной стороны другим фланцем 4 с последующей затяжкой гайками 7. Диски 1 устанавливаются на шпинделе таким образом, что пучки ворса на одном диске располагаются между пучками ворса на рядом стоящем диске.

Иглофрезу используют следующим образом.

Иглофреза устанавливается на шпиндель, которому сообщается вращение, и подводится к обрабатываемой поверхности. Концы проволочного ворса, взаимодействуя с обрабатываемой поверхностью, осуществляют микрорезание.

Черновую обработку с удалением значительных припусков ведут более жесткой иглофрезой, при этом дополнительная жесткость обеспечивается дополнительным фланцем 9, который приближают к фланцу 4, изменяя высоту до В_min, благодаря включению в работу механизма 8 осевого перемещения (см. фиг.4, 7), который как под прессом повышает плотность набивки ворса и жесткость иглофрезы.

Чистовое иглофрезерование, а также другие легкие виды работ: очистка поверхностей металлов и других материалов, например, от коррозии, окалины, зачистка сварных швов и заусенцев, ведут иглофрезой с минимальной жесткостью, для чего на ходу, не останавливая процесс, выключают механизм 8 осевого перемещения и под действием пружин 11 подвижный фланец 9 отводится от иглофрезы, при этом высота иглофрезы становится равной В_max (см. фиг.1, 5, 6).

При замене фланцев 4, 5 и 9 с паралеллельными торцами на косые фланцы с торцами, выполненными под острым углом α (фиг.6 и 7), иглофреза приобретает осциллирующую зону резания. Известно, чтобы не прерывался процесс резания для данного поперечного сечения обрабатываемой заготовки, амплитуда осцилляции А₀ должна быть не более минимальной высоты B_min иглофрезы, т.е. А₀<B, при этом торцы фланцев выполняют под углом, определяемым по формуле

α <arc tg (B_min/D),

где B_min - высота иглофрезы в сжатом состоянии с максимальной жесткостью;

D - наружный диаметр иглофрезы.

Перед началом работы такой иглофрезы проводят правку рабочей поверхности проволочного ворса путем и шлифования в собранном виде.

В процессе обработки осциллирующей иглофрезой снижается высокотемпературное воздействие инструмента на обрабатываемую поверхность, при этом твердость обработанной поверхности не повышается, в результате улучшается качество обработки, шероховатость обрабатываемой поверхности, а также увеличивается производительность обработки и долговечность инструмента.

Проводилась обработка заготовки из горячекатаной полосы из стали 20 с помощью предлагаемой иглофрезы, установленной на модернизированном горизонтально-фрезерном станке мод. 6Р82Г. Модернизация заключалась в оснащении шпинделя пневмоцилиндром для дополнительного повышения жесткости иглофрезы. В качестве ворса применяли стальную пружинную проволоку диаметром 0,5... 1,0 мм из стали 65Г. Использовали иглофрезу с соотношением h/i, где h - длина вылета ворса над фланцами; i - наименьший радиус инерции поперечного сечения проволочных элементов, находящимся в пределах 50... 100, а коэффициент К_п плотности проволочного ворса - в пределах 0,6... 0,7 для чистовой обработки и 0,8... 0,9 для черновой обработки; при этом натяг составлял Н=0,7... 1,0 мм для чистовой обработки и Н=1,2... 1,5 мм для черновой обработки [3].

Режимы работы: окружная скорость для черновой обработки 2... 3 м/с, для чистовой - 4... 5 м/с. Продольная подача определялась по формуле S=h· n (мм/мин), где n - частота вращения устройства, мин^-1; значение h (мм) зависит от натяга и диаметра диска и определяли опытным путем.

Обработка показала, что иглофреза при черновой обработке срезает с обрабатываемой поверхности окалину вместе с упрочненным слоем; при чистовом иглофрезеровании - улучшается шероховатость на один класс, усилие прижатия иглофрезы к обрабатываемой поверхности заготовки составляло 200... 300 Н и 400... 600 Н на 10 мм ширины рабочей поверхности иглофрезы соответственно при чистовой и черновой обработке, а тангенциальная составляющая силы резания при этом составляла 150... 250 Н и 450... 550 Н соответственно при чистовой и черновой обработке.

При обработке предлагаемой иглофрезой соблюдалось условие:

для чистовой обработки

К_р=р/σ _в=1,5... 1,7;

для черновой обработки

К_р=р/σ _в=1,8... 2,0;

где р - давление иглофрезы на обрабатываемую поверхность, МПа;

σ _в - предел прочности материала обрабатываемой заготовки, МПа.

Выбор соответствующего давления р зависит от физико-механических свойств материала проволочного ворса, от жесткости и плотности последнего, а также от натяга Н [3].

Использование предлагаемой иглофрезы позволяет расширить технологические возможности иглофрезерования, повысить эффективность использования иглофрезы с надежным креплением проволочного ворса за счет повышения плотности набивки ворса и повышения жесткости. Надежность крепления ворса и управление жесткостью позволяет также высокопроизводительно удалять значительные припуски, т.е. работать в тяжелых силовых условиях, прогнозировать шероховатость и качество обрабатываемой поверхности.

Источники информации

1. Патент США №2983940, кл. 15-181, 1961.

2. А.с. СССР №1431726, кл. А 46 В 7/10, 1988 (прототип).

3. Гавриленко И.Г. Способ совмещения предварительной и окончательной иглофрезерной зачистки цилиндрических деталей // Автоматизация и современные технологии. 1992, №9, с. 27-30.

Формула изобретения

1. Иглофреза с автоматическим изменением жесткости, содержащая шпиндель с установленными на нем дисками, каждый из которых имеет размещенные по периферии отверстия для крепления V-образных пучков проволочного ворса и неподвижные фланцы для фиксации дисков на шпинделе, отличающаяся тем, что она содержит механизм осевого перемещения подвижного фланца, состоящий из цилиндра, неподвижно закрепленного на шпинделе, подвижного в осевом направлении поршня, к торцу которого закреплен упомянутый дополнительный подвижный фланец, и возвратные пружины сжатия.

2. Иглофреза по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый шпиндель имеет центральное осевое отверстие, для подвода рабочей среды от источника давления, соединенное с помощью поперечного отверстия с механизмом осевого перемещения.

3. Иглофреза по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что имеет косые неподвижные и подвижный фланцы для получения осциллирующей зоны резания с амплитудой осцилляции А₀≤ B_min, при этом торцы фланцев выполнены под углом α , определяемым по формуле

α ≤ arctg(B_min/D),

где B_min - высота иглофрезы в сжатом состоянии с максимальной жесткостью;

D - наружный диаметр иглофрезы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7