Устройство для финишной обработки

Изобретение относится к технологии машиностроения, к области алмазно-абразивной обработки и может быть использовано при финишной обработке валов со сложнофасонной поверхностью, винтовых поверхностей точных винтов, например винтов винтовых насосов, из трудношлифуемых материалов методом охватывающего шлифования. В устройстве использован инструмент в виде охватывающей заготовку торообразной упругой оболочки с алмазно-абразивным слоем на внутренней поверхности тора. Оболочка установлена в корпусе и имеет штуцер с ниппелем для подвода сжатого воздуха, приводящего оболочку в рабочее состояние. Корпус выполнен в виде статора встраиваемого исполнения трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с полюсами. Внутри статора на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала. В его отверстии закреплена упомянутая торообразная оболочка с помощью гайки, ввернутой с торца в резьбовую часть отверстия ротора. Ниппель имеет обратный клапан для удерживания давления сжатого воздуха, закаченного в оболочку. В результате повышаются качество, производительность и точность обработки за счет обеспечения демпфирования, сглаживания ударов и автоматической ориентации заготовки посредством упругой оболочки данной конструкции. 5 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения, к области алмазно-абразивной обработки и может быть использовано при финишной абразивной обработке винтовых поверхностей точных винтов, например винтов винтовых насосов, из трудношлифуемых материалов методом охватывающего шлифования.

Известно устройство для абразивной обработки винтов охватывающим инструментом, содержащее инструмент, выполненный в виде охватывающей заготовки торообразной упругой оболочки с абразивным слоем на внутренней поверхности тора, при этом торообразная упругая оболочка закреплена в корпусе головки и имеет штуцер с ниппелем для подвода сжатого воздуха, приводящего упомянутую оболочку в рабочее состояние, причем устройство предназначено для обработки винтов винтовых насосов [1].

Недостатками известного устройства являются: узкие технологические возможности, невысокая производительность ввиду того, что инструмент не вращается и не позволяет устанавливать и вести обработку с оптимальными скоростями резания.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей финишной обработки, повышение качества, производительности и точности обработки валов и винтов за счет использования вращающегося охватывающего алмазно-абразивного инструмента и устройства его крепления при финишной обработке и позволяющее интенсифицировать обработку цилиндрических, винтовых и других сложнофасонных поверхностей.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для финишной алмазно-абразивной обработки валов и винтов охватывающим инструментом, выполненным в виде охватывающей заготовку торообразной упругой оболочки с алмазно-абразивным слоем на внутренней поверхности тора, при этом оболочка установлена в корпусе и имеет штуцер с ниппелем для подвода сжатого воздуха, приводящего оболочку в рабочее состояние, при этом корпус выполнен в виде статора встраиваемого исполнения трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с полюсами, внутри которого на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала, в отверстии которого закреплена вышеупомянутая торообразная оболочка с помощью гайки, ввернутой с торца в резьбовую часть отверстия ротора, а ниппель имеет обратный клапан для удерживания давления сжатого воздуха, закаченного в оболочку.

Конструкция устройства для финишной алмазно-абразивной обработки валов и винтов охватывающим инструментом поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема обработки предлагаемым устройством, вид сбоку, продольный разрез; на фиг.2 - вид по А на фиг.1, вид с торца; на фиг.3 - общий вид сбоку, частичный продольный разрез, инструмент в нерабочем положении; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.1; на фиг.5 - торообразная упругая оболочка с алмазно-абразивным слоем на внутренней поверхности тора, общий вид, частичный продольный разрез.

Предлагаемое устройство предназначено для финишной алмазно-абразивной обработки нежестких сложнопрофильных валов и винтов 1 охватывающим инструментом, выполненным в виде охватывающей заготовку торообразной упругой оболочки 2 с алмазно-абразивным слоем 3 на внутренней поверхности тора. Оболочка 2 установлена в корпусе 4 и имеет штуцер 5 с ниппелем (не показан) для подвода сжатого воздуха под давлением Р, приводящего оболочку 2 в рабочее состояние.

Корпус 4 выполнен в виде статора встраиваемого исполнения трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с полюсами 4^П. Внутри корпуса 4 в центральном отверстии на подшипниках 6 качения смонтирован ротор 7 в виде полого вала. В отверстии ротора 7 вставлена и закреплена торообразная оболочка 2 с помощью гайки 8, ввернутой с торца в резьбовую часть отверстия ротора 7. Для надежности крепления оболочки в роторе ее наружная поверхность может быть приклеена к внутренней поверхности отверстия ротора 7.

Приведение инструмента в рабочее состояние производится путем подвода сжатого воздуха под давлением Р в оболочку 2 через штуцер 5 с ниппелем (не показан), который снабжен обратным клапаном (не показан) для удерживания давления сжатого воздуха, закаченного в оболочку 2. Приведение инструмента в рабочее состояние производится перед обработкой и после того, как в инструмент вставлена заготовка.

При финишной алмазно-абразивной обработке винтов 1 (например, винтовых насосов, имеющих профиль и размеры D, D₁, t, e, е₁, показанные на фиг.1) предлагаемым устройством в охватывающую торообразную упругую оболочку 2 с алмазно-абразивным слоем 3 на внутренней поверхности тора вводят обрабатываемую заготовку 1. Диаметр внутренней поверхности отверстия оболочки 2, на которой нанесен абразивный слой 3, больше максимального диаметра выступов обрабатываемой заготовки 1. При таком соотношении диаметров заготовка 1 свободно входить в отверстие оболочки 2, которая находится в нерабочем состоянии. Для увеличения периода стойкости в качестве алмазно-абразивного материала используют эльбор, искусственные и природные алмазы на каучуковой связке, толщина абразивного слоя 3 составляет 1 мм и более. Заготовке 1 сообщают вращения вокруг своей оси со скоростью V_З в одном направлении, а инструменту - V_И в другом направлении, при этом скорость резания будет равна сумме скоростей. Суммарная скорость резания назначается согласно характеристике и режущим свойствам алмазно-абразивного слоя 3, закрепленного на внутренней поверхности тора охватывающей оболочки 2, как при обычной традиционной абразивной обработке. Оболочка 2 с абразивным слоем 3 на внутренней поверхности отверстия, установленная в корпусе 4 устройства, крепится на суппорте, например, токарного станка (не показан).

Обрабатываемая заготовка, например, винта 1 закрепляется в трехкулачковом самоцентрирующем патроне на шпинделе передней бабки, например, токарного станка и поджимается центром задней бабки (не показаны).

После того как заготовка 1 закреплена в патроне и поджата задним центром, включают главное движение - вращение V_З и упругую оболочку 2 приводят в рабочее состояние путем подачи через штуцер и ниппель (не показан) под давлением Р сжатого воздуха. Затем включают вращение инструмента V_И. Одновременно с этим устройству сообщают возвратно-поступательную продольную подачу S_ПР.

Упругая алмазно-абразивная оболочка 2 под давлением Р воздуха охватывает обрабатываемую заготовку 1 с усилием пропорционально давлению Р сжатого воздуха, обеспечивая радиальную подачу врезания S_P. Внутренняя поверхность оболочки 2 уменьшается в диаметре и принимает форму впадин и выступов винтовой поверхности обрабатываемой заготовки винта 1, ведя интенсивную алмазно-абразивную обработку по всей длине заготовки, захватываемой инструментом. Таким образом, упругая оболочка 2 позволяет в процессе алмазно-абразивной обработки радиальное перемещение абразивного слоя 3, способствуя равномерному снятию припуска.

Упругая оболочка 2, являясь демпфером, сглаживает удары и уменьшает вибрации, выполняет функции люнета, ориентирует заготовку 1 по линии центров станка и позволяет вести охватывающую обработку длинных нежестких заготовок 1 без поддержки задним центром.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - 27^-0,05 мм, D=30 мм, эксцентриситет e₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28^±0,01 мм, шероховатость Ra=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону - 0,25 мм.

Обработка проводилась с использованием разработанного устройства на базе электродвигателя встраиваемого исполнения IM5010, модель 4АВ132В6, имеющего частоту вращения вала ротора n=1000 мин^-1; наружный диаметр вала ротора - 157,3 мм; диаметр отверстия, расточенного под инструмент и заготовку с 54 мм до 115 мм; длина корпуса - статора - 253 мм; наружный диаметр корпуса - статора - 261 мм.

Обработка проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью охватывающей упругой оболочки с алмазным слоем на внутренней поверхности отверстия диаметром 40 мм и длиной 150 мм, толщина алмазоносного слоя 1,0 мм, содержание алмазов при 100%-ной концентрации - 56 карат. Упругая оболочка изготовлялась на тканерезиновой основе и каучукосодержащей связке (аналог - алмазная бесконечная бесшовная лента АЛШБ, используемая на базовом предприятии). Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол.

Окружная скорость заготовки - V₃=169,56 м/мин (2,82 м/с), n₃=2000 об/мин, окружная скорость инструмента - V_и=94,2 м/мин (1,57 м/с), n_И=1000 об/мин, суммарная скорость резания (2,82+1,57)=4,39 м/с, продольная подача S_ПР=2,8 мм/об, требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=4,5 мин (против Т_м ^баз=16,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки с последующим полированием алмазной лентой на токарном станке 1К62 на ОАО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.

Достоинствами предлагаемого устройства для алмазно-абразивной обработки охватывающим инструментом являются: возможность абразивной обработки валов с переменным сечением, в частности винтов винтовых насосов, легко достижима нужная скорость резания, высокая производительность.

Преимущества предлагаемого устройства для абразивной обработки охватывающим инструментом: отсутствие стыков; более плавная обработка; большая жесткость технологической системы, нет необходимости поддерживать от прогиба люнетом обрабатываемый нежесткий, имеющий большую длину при малом диаметре вал (как при традиционном круглом шлифовании); повышаются качество и точность обработки благодаря охватыванию инструментом обрабатываемой поверхности при снятии больших неравномерных припусков; в 2-3 раза повышается производительность обработки благодаря увеличенной скорости резания, большой площади контакта инструмента с заготовкой и сокращению количества проходов. Увеличение скорости резания, как известно, ведет к увеличению стойкости инструмента.

Благодаря применению предлагаемого устройства для алмазно-абразивной обработки валов и винтовых поверхностей винтов охватывающим инструментом улучшается качество и повышается производительность за счет увеличенной площади контакта инструмента и заготовки, позволяющей интенсифицировать обработку винтовых и других сложнофасонных поверхностей и равномерно распределить снимаемый припуск.

Конструктивно простой привод снижает себестоимость обработки, увеличивает производительность, улучшает качество обрабатываемой поверхности, не требует сложной и длительной настройки.

Передача вращательного движения V_И валу ротора с алмазно-абразивной оболочкой осуществляется с помощью электрических сил, наводимых в корпусе - статоре электродвигателя, и является минимальной по протяженности и сложности и исключает использование промежуточных ременных, зубчатых и других передач и редукторов, поэтому устройство имеет минимальные энергетические потери и высокий КПД.

Охватывающий инструмент в виде упругой оболочки, являясь демпфером, сглаживает удары и позволяет вести безвибрационную обработку, выполняет функции люнета, автоматически ориентирует заготовку по линии центров станка и позволяет вести охватывающую обработку длинных нежестких валов и винтов без поддержки задним центром.

Источники информации

1. Патент РФ 2203798, МКИ 7 В24D 17/00, В23G 9/00. Устройство для абразивной обработки винтов охватывающим инструментом. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Кобзев Д.Л., Бородин В.В. Заявка №2001117665/02, 25.06.2001; 10.02.2003; Бюл. №13 - прототип.

Устройство для финишной алмазно-абразивной обработки валов и винтов охватывающим инструментом, выполненным в виде охватывающей заготовку торообразной упругой оболочки с алмазно-абразивным слоем на внутренней поверхности тора, при этом оболочка установлена в корпусе и имеет штуцер с ниппелем для подвода сжатого воздуха, приводящего оболочку в рабочее состояние, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде статора встраиваемого исполнения трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя с полюсами, внутри которого на подшипниках качения смонтирован ротор в виде полого вала, в отверстии которого закреплена выше упомянутая торообразная оболочка с помощью гайки, ввернутой с торца в резьбовую часть отверстия ротора, а ниппель имеет обратный клапан для удерживания давления сжатого воздуха, закаченного в оболочку.