Способ высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности

Изобретение относится к области машиностроения, изготовлению, в частности, контактных пар шаровых шарниров, шаровых пар плунжерных насосов и шаровых кранов. Способ включает предварительную установку оси вращения режущего инструмента под углом к оси вращения заготовки, принудительное вращение и одновременное вращение инструмента, движение подачи инструмента на глубину резания. Для повышения точности и качества обработанной поверхности обработку выполняют одновременно свободнообкатным резанием и свободнообкатным выглаживанием одним инструментом за счет проскальзывания его круговой режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта. Инструмент предварительно устанавливают в опорах, обеспечивающих возможность его свободного вращения, а обкатное вращение инструмента при обработке выполняют в направлении вращения заготовки за счет сил свободнообкатного резания и сил трения свободнообкатного выглаживания в точках контакта режущей кромки инструмента с вращающейся поверхностью сферы заготовки. Подачу инструмента производят в сторону обрабатываемой поверхности до совмещения центра осевой симметрии режущей кромки с расчетным его положением относительно центра обрабатываемой сферы. При этом для обработки внутренней и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше диаметра сферы заготовки. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к общему машиностроению, в частности к способам высокоточной обработки резанием сложнопрофильных поверхностей, а именно наружной и внутренней поверхностей сфер.

Известно множество различных способов высокоточной обработки резанием наружной и внутренней поверхностей сфер. Например, способы резания, реализованные по а.с. СССР №952442; 1340907, а также описанные в книге: "Приспособления и инструменты для токарных работ", авторы Семинский В.К. и др. "Техника", 1977 г., на стр.67, 68, 73, 75 и т.д. Применение этих способов позволяет обрабатывать внутренние или наружные поверхности сфер резанием, но геометрическая точность реализации профиля сферы и достигаемое при этом качество ее поверхности далеко не всегда позволяют получить задаваемые современным машиностроением показатели. Вследствие чего возникает необходимость после обработки поверхности сферы лезвийным инструментом выполнять дополнительные микрофинишные операции по доводке обработанной резцом сферы до необходимых значений параметров геометрической точности профиля и качества ее поверхности, например широко используемая в машиностроении притирка поверхности абразивными пастами. Дополнительные технологические операции увеличивают как время обработки заготовки, так и стоимость ее изготовления, а при использовании абразивных паст часть абразива шаржирует (внедряется) в сферическую поверхность, что снижает ресурс работы изготовленных таким способом контактных пар, например шаровых шарниров, шаровых пар плунжерных насосов, шаровых кранов и пр.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, реализованный в приспособлении для чистовой обточки сфер резцом, описанный в вышеупомянутой книге на стр.70. В устройстве, реализующем способ по прототипу, обработку наружной поверхности принудительно вращающейся сферической заготовки выполняют принудительно вращающимся резцом. Причем перед началом обработки оси вращения заготовки и резца устанавливают пересекающимися под прямым углом. Частоты вращения резца и заготовки устанавливают в зависимости, в том числе, от заданного диаметра сферы, после чего производят поступательное движение подачи вращающегося резца на глубину резания и осуществляют вращение заготовки на величину немногим более одного оборота.

Недостатком способа чистовой обработки сферической поверхности по прототипу являются относительно невысокие точность и качество обработанной резцом поверхности, что объективно присуще практически всем известным способам обработки сферы лезвийным инструментом. Другим недостатком способа обработки по прототипу является конструктивная сложность устройства для его реализации.

Целью предлагаемого изобретения "Способ высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности" является обеспечение высокой геометрической точности формы и качества обработки наружной и внутренней сферических поверхностей.

Поставленная цель достигается при выполнении нижеперечисленной последовательности действий с принудительно вращающейся заготовкой и с имеющим возможность свободного вращения в опорах инструментом.

Перед обработки внутренней сферической поверхности выбирают конструкцию инструмента такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента. А перед началом обработки наружной сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы его режущая кромка охватывала обрабатываемую поверхность. При этом для обработки и внутренней, и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше заданного диаметра сферы.

Затем устанавливают ось свободновращающегося в опорах инструмента в одной плоскости с осью вращения заготовки под углом к ней, не кратным прямому. Конструкцию заготовки выполняют и величину угла между осями вращения инструмента и заготовки, не кратного прямому, устанавливают такими, чтобы в процессе обработки диаметрально противоположные точки режущей кромки, расположенные на характерной диаметральной линии, проходящей через центр ее осевой симметрии и ось вращения заготовки, не находились в контакте с поверхностью сферы.

Затем для обработки внутренней сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел ординату, равную

где Y- ось ординат декартовой системы координат с началом в центре заданной сферы, направленная перпендикулярно оси вращения заготовки и пересекающая характерную диаметральную линию режущей кромки инструмента;

ν - угол между осями вращения инструмента и заготовки;

d_S - заданный диаметр сферы;

d_i - диаметр режущей кромки инструмента.

при этом знак "+" соответствует отрицательному конечному значению аппликаты центра осевой симметрии режущей кромки, а знак "-" соответствует положительному конечному значению этой аппликаты.

В случае, если необходимо выполнить обработку наружной сферической поверхности, инструмент предварительно устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел аппликату, равную

где Z - ось аппликат декартовой системы координат с началом в центре заданной сферы, направленная в сторону от заготовки по оси ее вращения.

Затем принудительно вращают заготовку, а инструменту, имеющему возможность свободного вращения в опорах, сообщают движение подачи в сторону заготовки. После появления контакта режущей кромки инструмента с поверхностью сферы последняя начинает "вести" за собой инструмент - он начинает вращательное обкатное движение в том же направлении, что и заготовка.

В дальнейшем обработку сферической поверхности выполняют одним инструментом одновременно свободнообкатным резанием обрабатываемой поверхности с отходом стружки и свободнообкатным выглаживанием уже обработанной резанием поверхности без отхода стружки одним и тем же инструментом за счет скорости проскальзывания его круговой режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта. При этом вектор скорости проскальзывания равен геометрической разности векторов окружных скоростей заготовки и режущей кромки инструмента в точках их контакта. Вращение инструмента при свободнообкатной обработке выполняют в направлении вращения заготовки за счет сил свободнообкатного резания и сил трения, которые возникают при свободнообкатном выглаживании в точках контакта режущей кромки с поверхностью сферы. Причем свободнообкатное резание выполняют той частью режущей кромки, в точках контакта которой с поверхностью обрабатываемой сферы вектор скорости проскальзывания направлен на переднюю поверхность инструмента. Текущее положение совокупности этих точек контакта на режущей кромке вращающегося инструмента находится в зоне резания, расположенной по одну сторону от характерной диаметральной линии. Одновременно свободнообкатное выглаживание без отхода стружки выполняют за счет проскальзывания режущей кромки в тех точках ее контакта с поверхностью обработанной резанием сферы, в которых вектор скорости проскальзывания направлен от передней поверхности инструмента. Текущее положение совокупности этих точек на режущей кромке находится в зоне выглаживания, расположенной с другой стороны от характерной диаметральной линии.

При обработке внутренней сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят вдоль ее оси вращения до положения, в котором аппликата центра осевой симметрии режущей кромки станет равной

при этом знак "+" соответствует отрицательному конечному значению ординаты центра осевой симметрии режущей кромки, а знак "-" соответствует ее положительному конечному значению.

При обработке наружной сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения, до положения, в котором ордината центра осевой симметрии его режущей кромки станет равной

Обработку поверхности заготовки прекращают после полного прекращения отхода стружки из зоны резания, после чего производят отвод инструмента от заготовки.

Предлагаемое изобретение как "способ" характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, которая позволяет достичь цели изобретения при его реализации (см таблицу).

№ пп	Существенные признаки	Наличие признака в прототипе	Характеристика признаков объекта изобретения "способ"
1	«...предварительную установку оси вращения режущего инструмента под углом к оси вращения заготовки в одной с ней плоскости...»	Есть	Характеризует действия над материальными объектами с условием их выполнения, в том числе во времени.
2	«...принудительное вращение заготовки...»	Есть	Характеризует действие над материальным объектом с условием его выполнения.
3	"...одновременное вращение инструмента..."	Есть	Характеризует действие над материальным объектом с условием его выполнения во времени.
4	«...движение подачи инструмента на глубину резания...»	Есть	Характеризует действие над материальным объектом с условием его выполнения.
5	"...обработку выполняют одновременно свободнообкатным резанием обрабатываемой поверхности и свободнообкатным выглаживанием уже обработанной резанием поверхности одним и тем же инструментом за счет проскальзывания его круговой режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта..."	Нет	Характеризуют действия над материальными объектами с условием их выполнения, в том числе во времени.
6	"...причем инструмент предварительно устанавливают в опорах, обеспечивающих возможность его свободного вращения, а вращение инструмента при обработке выполняют в направлении вращения заготовки за счет сил свободнообкатного резания и сил трения свободнообкатного выглаживания в точках контакта режущей кромки инструмента и вращающейся поверхности сферы..."	Нет	Характеризуют действия над материальными объектом с условием их выполнения.
7	"...подачу инструмента производят в сторону обрабатываемой поверхности до совмещения центра осевой симметрии режущей кромки с расчетным его положением относительно заданного положения центра обработанной сферы."	Нет	Характеризует действие над материальными объектами с условием его выполнения.
8	"...при обработке внутренней сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят вдоль ее оси вращения до положения, в котором аппликата центра осевой симметрии режущей кромки станет равной	Нет	Характеризует последовательность действий над материальными объектами с условием их выполнения с использованием оборудования.
9	"...при обработке наружной сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения, до положения, в котором ордината центра осевой симметрии его режущей кромки станет равной	Нет	Характеризует действие над материальным объектом с условием его выполнения.
10	"...для обработки внутренней сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел ординату, равную а для обработки наружной сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел аппликату, равную	Нет	Характеризуют действия над материальными объектами с условием их выполнения.
11	"...для обработки внутренней сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента, а для обработки наружной сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы его режущая кромка охватывала обрабатываемую поверхность, при этом для обработки и внутренней, и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше заданного диаметра сферы."	Нет	Характеризует действия над материальными объектами с условием их выполнения.
12	"...конструкцию заготовки выполняют и величину угла между осями вращения инструмента и заготовки, не кратного прямому углу, устанавливают такими, чтобы в процессе обработки диаметрально противоположные точки режущей кромки вращающегося инструмента, расположенные на характерной диаметральной линии, проходящей через центр ее осевой симметрии и ось вращения заготовки, не касались поверхности сферы."	Нет	Характеризуют действия над материальными объектами с условием их выполнения.
13	"...свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание выполняют за счет скорости проскальзывания режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта, причем вектор скорости проскальзывания в этих точках контакта равен геометрической разности векторов окружных скоростей поверхности сферы и режущей кромки в этих же точках контакта."	Нет	Характеризуют действия над материальными объектами с условиями их выполнения.
14	"...свободнообкатное резание с отходом стружки выполняют той частью режущей кромки, в точках контакта которой с поверхностью обрабатываемой сферы вектор скорости проскальзывания направлен на переднюю поверхность инструмента..."	Нет	Характеризует последовательность действий над материальными объектами с условием их выполнения с использованием оборудования.
15	"...свободнообкатное выглаживание без отхода стружки выполняют той частью режущей кромки, в точках контакта которой с уже обработанной резанием поверхностью сферы вектор скорости проскальзывания направлен от передней поверхности инструмента."	Нет	Характеризует последовательность действий над материальными объектами с условием их выполнения с использованием оборудования.
16	"...свободнообкатное резание выполняют частью режущей кромки, совокупность точек контакта которой в текущий момент времени расположена с одной стороны характерной диаметральной линии, а свободнообкатное выглаживание выполняют частью режущей кромки, совокупность точек контакта которой в этот же момент времени расположена с другой стороны характерной диаметральной линии."	Нет	Характеризует действие над материальным объектом с использованием оборудования.
17	"...после полного прекращения отхода стружки из зоны резания производят отвод инструмента от заготовки."	Нет	Характеризует последовательность действий над материальными объектами во времени с условием их выполнения.

Из перечисленных в таблице существенных признаков признаки, приведенные в п. 5-17, являются отличительными и их наличие при реализации заявляемого способа является достаточным во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.

Анализ научно-технической и патентной литературы не выявил технических решений, которые обладают совокупностью подобных признаков и эффектом, который достигается. Это позволяет считать, что заявляемое изобретение удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

На Фиг.1 показана схема взаимного расположения инструмента и заготовки с внутренней сферической поверхностью во время ее обработки. На схеме показаны в качестве примера треугольники скоростей, образованные векторами окружных скоростей заготовки инструмента и скорости проскальзывания в двух произвольных точках двух соответствующих совокупностей точек контакта режущей кромки и поверхности сферы. Эти совокупности, которыми выполняют свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание, расположены по разные стороны характерной диаметральной линии, соответственно в зонах свободнообкатного резания «Р» и свободнообкатного выглаживания «В».

На Фиг.2 показана схема взаимного расположения инструмента и заготовки с наружной сферической поверхностью во время ее обработки. На схеме показаны в качестве примера треугольники скоростей, образованные векторами окружных скоростей заготовки, инструмента и скорости проскальзывания в двух произвольных точках двух соответствующих совокупностей точек контакта режущей кромки и поверхности сферы. Эти совокупности, которыми выполняют свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание, расположены по разные стороны характерной диаметральной линии (зоны резания «Р» и выглаживания «В» на Фиг.2 не показаны).

На фигурах обозначены:

1. Опора инструмента.

2. Инструмент.

3. Кромка режущая инструмента.

4. Поверхность передняя инструмента.

5. Поверхность сферическая заготовки.

6. Заготовка.

7. Конструктивные элементы заготовки:

- на Фиг.1 - отверстие осевое в заготовке поверхности сферической внутренней;

- на Фиг.2 - сегменты сферы осевые, передний и задний, отделенные от поверхности сферической наружной.

D_Sкр - движение круговой подачи заготовки (принудительное вращательное движение);

Di - обкатное вращательное движение инструмента;

Ds - поступательное движение подачи инструмента;

ν - угол между пересекающимися осями вращения инструмента и заготовки;

ds - диаметр сферы заданный;

di - диаметр режущей кромки инструмента;

m - произвольная точка контакта инструмента и заготовки в зоне резания;

n - произвольная точка контакта инструмента и заготовки в зоне выглаживания;

О - центр сферы;

О_i - центр осевой симметрии режущей кромки инструмента;

А и В - точки режущей кромки, находящиеся в текущий момент времени на характерной диаметральной линии АВ;

Зона "В" - зона совокупности точек контакта, в которых выполняется обработка свободнообкатным выглаживанием;

Зона "Р" - зона совокупности точек контакта, в которых выполняется обработка свободнообкатным резанием;

ZOY - декартова система координат, у которой ось Z направлена в сторону от заготовки по оси ее вращения, а ось Y направлена перпендикулярно этой оси и пересекает характерную диаметральную линию режущей кромки инструмента;

Y_oi, Z_oi - координаты центра осевой симметрии режущей кромки инструмента;

Vm_i, Vn_i - векторы окружных скоростей инструмента соответственно в точках m и n;

Vm_s, Vn_s - векторы окружных скоростей сферы соответственно в точках m и n;

Vm - вектор скорости свободнообкатного резания в точке m (вектор скорости проскальзывания в точке m);

Vn - вектор скорости свободнообкатного выглаживания в точке n (вектор скорости проскальзывания в точке n).

Реализацию способа высокоточной свободнообкатной обработки внутренней сферической поверхности (см. Фиг.1) или наружной сферической поверхности (см. Фиг.2) выполняют, например, в следующей последовательности действий над заготовкой и инструментом.

Предварительно, до начала обработки, последовательно выполняют следующие действия.

1. Заготовку 6 с предварительно обработанной поверхностью внутренней сферы 5 (см. Фиг.1) конструктивно выполняют с отверстием 7 осевым. А заготовку 6 с предварительно обработанной поверхностью наружной сферы 5 (см. Фиг.2) конструктивно выполняют с отделенными от сферы 5 с двух сторон сферическими сегментами 7 осевыми, передним и задним.

2. Для обработки внутренней сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента (фиг.1), а для обработки наружной сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы режущая кромка инструмента охватывала обрабатываемую поверхность (фиг.2), при этом для обработки и внутренней, и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше заданного диаметра сферы. Как показал опыт исследовательского применения предлагаемого способа, оптимальным является соотношение di=(0,6...1,0) ds.

3. Устанавливают инструмент 2, имеющий возможность свободного вращения в опорах 1 таким образом, чтобы выполнялись следующие условия.

3.1. Оси вращения инструмента 2 и заготовки 6 должны пересекаться под углом ν, не кратным прямому углу. Это сделано вследствие того, что при углах ν, приближающихся по величине к 0° или к 180°, высота обрабатываемого шарового слоя уменьшается до нуля, а при углах ν, приближающихся по величине к 90° или к 270°, в процессе обработки, как показала практика, вращение инструмента начинает носить нестационарный характер и в конечном положении вращение прекращается.

3.2. Поверхность 4 передняя инструмента 2 должна быть обращена к поверхности сферы 5.

3.3. Диаметрально противоположные точки А и В кромки 3 режущей инструмента 2, лежащие на характерной диаметральной линии АВ, проходящей через центр Oi осевой симметрии кромки 3, режущей и ось вращения заготовки во время обработки не должны касаться сферической поверхности заготовки. Для этого перед обработкой заготовки 6 с внутренней сферой 5 точку А этой линии располагают, например, в отверстии 7 осевом заготовки 6, а точку В располагают вне заготовки (Фиг.1). Перед обработкой заготовки 6 с наружной сферой 5 (Фиг.2) точки А и В располагают вне поверхности 5 сферической заготовки 6, например на местах сегментов 7 сферических, осевых сферы 5, предварительно отделенных от нее с двух сторон.

3.4. Перед обработкой поверхности 5 внутренней сферической (Фиг.1) инструмент 2 устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии O_i его режущей кромки 3 имел ординату, равную (1), а перед обработкой поверхности 5 наружной сферической (Фиг.2) инструмент 2 устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки 3 имел аппликату, равную (2).

4. После выставки инструмента 2 в начальное положение относительно заготовки 6 ей сообщают движение подачи Ds_кр круговое (принудительное вращательное движение).

5. Затем выполняют поступательное движение подачи Ds инструмента 2 по направлению к заготовке 6. После возникновения контакта кромки режущей 3 инструмента 2 с поверхностью 5 сферической заготовки 6 последняя за счет сил резания в точках контакта, расположенных в зоне свободнообкатного резания «Р» и сил трения в точках контакта, расположенных в зоне свободнообкатного выглаживания «В», начинает "вести" за собой инструмент 2, который в результате совершает обкатное вращательное движение Di в опорах 1 в направлении вращения заготовки 6. На Фиг.1 и 2 в качестве примера показаны произвольные точки контакта m и n, расположенные по разные стороны характерной диаметральной линии, соответственно в зонах «Р» резания и выглаживания «В». При наличии контакта эти точки принадлежат одновременно кромке 3 режущей и поверхности 5 сферы. В точках m и n, принадлежащих сфере 5, векторы окружных скоростей Vm_s и Vn_s направлены по касательной к поверхности сферы 5. В этих же точках m и n, но принадлежащих кромке 3 режущей инструмента 2, векторы окружных скоростей инструмента Vm_i и Vn_i направлены по касательной к кромке 3 режущей. Поскольку в точке контакта m векторы Vm_s и Vm_i, так же как в точке контакта n векторы Vn_s и Vn_i, не равны между собой по величине и отличаются по направлению, то в этих точках контакта происходит проскальзывание поверхности 5 сферической относительно кромки 3 режущей. Вектор скорости проскальзывания в точках m и n определяется как геометрическая разность векторов окружных скоростей поверхности 5 сферической и кромки режущей 3 в этих точках: Vm=Vm_s-Vm_i и V_n=Vn_s-Vn_i.

На кромке 3 режущей (Фиг.1) вектор окружной скорости во всех точках контакта изменяется только по направлению, а его модуль постоянный в силу постоянства расстояния этих точек (радиуса) от центра осевой симметрии Oi кромки 3 режущей. На поверхности 5 сферической модуль вектора окружной скорости в точках контакта изменяется как по направлению, так и по величине в зависимости от величины радиус-вектора в этих же точках.

Точки А и В, принадлежащие кромке 3 режущей, находятся в текущий момент времени на связывающей их характерной диаметральной линии. От других точек кромки 3 режущей они отличаются тем, что в них при наличии контакта векторы окружных скоростей сферы 5 и кромки 3 режущей меняют свое направление на противоположное в системе координат YOZ. По этой причине меняется на противоположное направление векторов скорости проскальзывания и одновременно меняется вид обработки, которую выполняют точками контакта кромки 3 режущей до пересечения характерной диаметральной линии АВ и после ее пересечения. При направлении вектора скорости проскальзывания на поверхность 4 переднюю инструмента 2 (в зоне резания "Р") выполняют обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки. При направлении вектора скорости проскальзывания от поверхности 4 передней инструмента 2 (в зоне выглаживания "В") выполняют обработку свободнообкатным выглаживанием без отхода стружки. Например, для каждой точки кромки 3 режущей (Фиг.1), пересекшей характерную диаметральную линию АВ в месте расположения точки А, после появления контакта в точке Т обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки заменяют обработкой свободнообкатным выглаживанием без отхода стружки, которую выполняют во всех точках контакта в зоне выглаживания "В" до точки С. В точках контакта в зоне выглаживания (в том числе в точке n) вектор скорости проскальзывания направлен в сторону от поверхности 4 передней инструмента 2. Одновременно в каждой точке контакта кромки 3 режущей (Фиг.1), пересекшей характерную диаметральную линию АВ в месте расположения точки В, после появления контакта в точке L и далее (в том числе и в точке m) до точки К вектор скорости проскальзывания направлен на поверхность 4 переднюю инструмента 2 (в зоне резания "Р"). В этих точках контакта выполняют обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки.

Опыт исследовательского применения заявляемого способа показывает, что (при наличии контакта) в окрестности точек А и В кромки 3 режущей (на Фиг.1 и 2 не показано) при изменении направления вектора скорости проскальзывания на противоположное резание и выглаживание выполняют при модуле скорости проскальзывания стремящемся к нулю, что обуславливает неблагоприятные условия резания. В результате качество обработанной поверхности в этих местах реализуется низкое. Именно поэтому диаметрально противоположные точки А и В кромки 3 режущей, лежащие на характерной диаметральной линии, а также точки, близкие к ним (зоны точек кромки 3 режущей: К-А-Т и C-B-L), конструктивными мерами при изготовлении заготовки 6 и установкой оси инструмента 2 относительно оси заготовки 6 при обработке выводят из контакта с поверхностью 5 сферической.

6. При обработке внутренней поверхности 5 сферической (Фиг.1) поступательное движение подачи инструмента 2 в сторону сферы производят вдоль оси вращения заготовки 6 до положения, в котором центр осевой симметрии кромки 3 режущей будет иметь аппликату (3), а при обработке поверхности 5 сферической, наружной (Фиг.2), поступательное движение подачи инструмента в сторону сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения до положения, в котором центр осевой симметрии кромки 3 режущей будет иметь ординату (4).

7. После остановки поступательного движения подачи Ds инструмента 2 в вышеуказанном положении продолжают производить принудительное вращательное движение подачи Ds_kp круговое заготовки 6 до полного прекращения отхода стружки из зоны резания. После чего инструмент 2 отводят от заготовки 6 и процесс обработки поверхности 5 сферической заканчивают.

Таким образом, отличием предлагаемого способа высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности от известных способов, в том числе от способа обработки по прототипу, является то, что при принудительном вращении заготовки и обусловленном им вращении инструмента обработку производят одним и тем же режущим инструментом, при этом выполняют процесс резания с откодом стружки и одновременно процесс выглаживания без отхода стружки уже обработанной резанием поверхности, что определяет высокое качество обработанной поверхности сферы. При обработке по данному способу круговой режущей кромкой обкатывают профиль сферы, что определяет ее высокую геометрическую точность. Кроме того, способ осуществляют лезвийной обработкой без использования абразивных материалов, что повышает ресурс изделий с контактными сферическими парами, изготовленными по данному способу, т.к. отсутствует их шаржирование абразивом.

Дополнительным положительным эффектом заявляемого способа является также то, что его выполняют всего за несколько оборотов заготовки, что определяет высокую производительность в сравнении, например, с высокоточными способами абразивной обработки сфер. Езде одним положительным эффектом заявляемого способа является дополнительное упрочнение поверхности сферы, которое реализуется при ее выглаживании вращающимся инструментом.

Заявляемый способ можно реализовать на универсальных металлорежущих станках, оснащенных специальным устройством для закрепления инструмента в опорах, обеспечивающих его свободное вращение. Это устройство конструктивно значительно проще устройства, используемого при реализации способа по прототипу, т.к. в устройстве для реализации заявляемого способа отсутствует дополнительный привод для вращения инструмента.

Специальный анализ качества и геометрической точности сферической поверхности, обработанной предлагаемым способом, показал, что:

- шероховатость поверхности сферы не превышает Rz 01 (Ra 0,02), что соответствует шероховатости 12 класса по ГОСТ 2789-73;

- волнистость поверхности не превышает 0,3 мкм;

- отклонение от геометрической точности профиля сферы в сечении, перпендикулярном оси вращения заготовки, не превышает 4 мкм.

1. Способ высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности, включающий предварительную установку оси вращения режущего инструмента под углом к оси вращения заготовки в одной с ней плоскости, принудительное вращение заготовки и одновременное вращение инструмента, движение подачи инструмента на глубину резания, отличающийся тем, что обработку сферической поверхности заготовки выполняют одновременно свободнообкатным резанием и свободнообкатным выглаживанием обработанной резанием поверхности одним инструментом за счет проскальзывания его круговой режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта, причем инструмент предварительно устанавливают в опорах, обеспечивающих возможность его свободного вращения, а обкатное вращение инструмента при обработке выполняют в направлении вращения заготовки за счет сил свободнообкатного резания и сил трения свободнообкатного выглаживания в точках контакта режущей кромки инструмента с вращающейся поверхностью сферы заготовки, при этом подачу инструмента производят в сторону обрабатываемой поверхности до совмещения центра осевой симметрии режущей кромки с расчетным его положением относительно центра обрабатываемой сферы заготовки, при этом для обработки внутренней и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше диаметра сферы заготовки, а конструкцию заготовки и величину угла между осями вращения инструмента и заготовки, некратного прямому углу, выбирают из условия, что в процессе обработки диаметрально противоположные точки режущей кромки вращающегося инструмента, расположенные на ее характерной диаметральной линии, проходящей через центр осевой симметрии режущей кромки и ось вращения заготовки, не касались поверхности сферы, при этом свободнообкатное резание с отходом стружки выполняют частью режущей кромки, в точках контакта которой с поверхностью сферы обрабатываемой заготовки вектор скорости проскальзывания направлен на переднюю поверхность инструмента, а свободнообкатное выглаживание без отхода стружки выполняют частью режущей кромки, в точках контакта которой с обработанной резанием поверхностью сферы заготовки вектор скорости проскальзывания направлен от передней поверхности инструмента.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке внутренней сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы заготовки производят вдоль ее оси вращения до положения, в котором аппликата центра осевой симметрии режущей кромки станет равной

где Z - ось аппликат декартовой системы координат с началом в центре заданной сферы, направленная в сторону от заготовки по оси ее вращения;

ν - угол между осями вращения инструмента и заготовки;

d_s - диаметр сферы;

d_j - диаметр режущей кромки инструмента, а при обработке наружной сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения до положения, в котором ордината центра осевой симметрии его режущей кромки станет равной

где Y - ось ординат декартовой системы координат с началом в центре сферы заготовки, направленная перпендикулярно оси ее вращения и пересекающая характерную диаметральную линию режущей кромки инструмента.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для обработки внутренней сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел ординату, равную

а для обработки наружной сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении с аппликатой центра осевой симметрии его режущей кромки, равной

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что для обработки внутренней сферической поверхности заготовки конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента, а для обработки наружной сферической поверхности заготовки конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы его режущая кромка охватывала обрабатываемую поверхность.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание выполняют за счет скорости проскальзывания режущей кромки инструмента относительно поверхности сферы в точках их контакта, причем вектор скорости проскальзывания равен геометрической разности векторов окружных скоростей поверхности сферы и режущей кромки в точках контакта.

6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что свободнообкатное резание выполняют частью режущей кромки, совокупность точек контакта которой в текущий момент времени расположена с одной стороны характерной диаметральной линии, а свободнообкатное выглаживание выполняют частью режущей кромки, совокупность точек контакта которой, в этот же момент времени, расположена с другой стороны характерной диаметральной линии.

7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что после полного прекращения отхода стружки из зоны резания выполняют отвод инструмента от заготовки.