Способ растачивания цилиндрических отверстий деталей

Изобретение относится к области механической обработки металлов и предназначено для использования при растачивании цилиндрических отверстий деталей на станках токарной группы. Способ растачивания цилиндрических отверстий деталей включает сообщение детали вращения вокруг оси обрабатываемого цилиндрического отверстия и ее обработку режущим инструментом, перемещающимся внутри вдоль оси обрабатываемого отверстия и вращающимся вокруг оси, пересекающейся с осью вращения обрабатываемого цилиндрического отверстия под острым углом. Используют режущий инструмент, по крайней мере, с четырьмя режущими кромками, установленными равномерно по окружности в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения режущего инструмента. Величину угла пересечения оси вращения обрабатываемой поверхности и оси вращения режущего инструмента определяют из выражения:

где d - диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм; ρ - величина снимаемого слоя припуска, мм. Обеспечивается повышение производительности и уменьшение износа режущего инструмента. 2 ил.

 

Изобретение относится к области механической обработки металлов и может быть использовано при растачивании цилиндрических отверстий деталей, например, колец подшипников на станках токарной группы.

Известен способ растачивания поверхности детали (Патент РФ №2196027), заключающийся в том, что детали придают вращение вокруг оси обрабатываемой поверхности, а обработку осуществляют посредством расточной головки с двусторонним плавающим резцом, перемещающимся вдоль обрабатываемой поверхности, с возможностью его свободного перемещения под действием сил резания в радиальном направлении к обрабатываемой поверхности.

Недостатками известного способа являются низкая производительность и низкая стойкость режущего инструмента, так как режущие кромки резца в процессе расточки непрерывно находятся в контакте с обрабатываемой поверхностью, что создает неблагоприятные условия для их охлаждения.

Наиболее близким по своей технической сути и достигаемому эффекту (прототипом) к заявляемому является способ растачивания поверхности отверстий детали непрофилированным резцом (Патент РФ №2133656), при котором изделию сообщают вращение вокруг оси отверстия, а резцу - вокруг оси, проходящей через центр сферы под углом к оси отверстия, при этом резец вращают с частотой, большей чем частота вращения изделия в радиальной плоскости, образующей угол α с осью обрабатываемого отверстия, и перемещают его в этой же плоскости до образования сферической поверхности заданного радиуса, при этом угол α определяют из следующего соотношения:

где В - ширина сферической части обрабатываемой поверхности отверстия;

R - радиус сферы.

Недостатками известного способа являются низкая производительность и низкая стойкость режущего инструмента.

Задачей изобретения является повышение производительности и уменьшение износа режущего инструмента.

Поставленная задача решается тем, что в способ растачивания цилиндрических отверстий деталей детали сообщают вращение вокруг оси обрабатываемого цилиндрического отверстия и осуществляют ее обработку режущим инструментом, перемещающимся внутри вдоль оси обрабатываемого отверстия и вращающимся вокруг оси, пересекающейся с осью вращения обрабатываемого цилиндрического отверстия под углом α. При этом используют режущий инструмент, по крайней мере, с четырьмя режущими кромками, установленными равномерно по окружности в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения режущего инструмента. Величину угла α пересечения оси вращения обрабатываемой поверхности и оси вращения режущего инструмента является острым и определяется из выражения:

где d - диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм;

ρ - величина снимаемого слоя припуска, мм.

Сообщение режущему инструменту вращения вокруг оси, пересекающейся с осью вращения детали под определенным острым углом, позволяет периодически выводить режущие кромки из зоны обработки и тем самым обеспечить повышенное охлаждение инструмента, что уменьшает его износ и повышает производительность обработки. Использование четырех режущих кромок позволяет повысить производительность обработки и снизить износ инструмента. Равномерное расположение режущих кромок вдоль окружности позволяет уравновесить силы резания, снизить вибрацию инструмента и тем самым повысить производительность обработки и уменьшить износ. Перемещение режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой поверхности позволяет обрабатывать поверхности большой протяженности.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема осуществления способа, на фиг.2 - то же, но вид сбоку.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - режущие кромки, 2 - режущий инструмент, 3 - ось вращения режущего инструмента, 4 - ось вращения обрабатываемой цилиндрической поверхности, 5 - внутренняя поверхность цилиндрической детали, 6 - цилиндрическая деталь, 7 - механизм перемещения режущих кромок, 8 - шток.

Для осуществления предлагаемого способа используют режущий инструмент 2, например расточную оправку с четырьмя режущими кромками 1 (резцами), закрепленными на оправке с одинаковым угловым шагом и расположенными в одной плоскости, перпендикулярной оси 3 режущего инструмента 2. Режущий инструмент 2 размещают внутри обрабатываемого отверстия детали 6 таким образом, что ось 3 режущего инструмента 2 образует острый угол α с осью 4 обрабатываемой цилиндрической поверхности 5 детали 6, определяемый из выражения:

где d - диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм;

ρ - величина снимаемого слоя припуска, мм.

При выполнении угла α меньше этой величины режущая кромка будет находиться постоянно в контакте с деталью и стружка будет непрерывна.

Детали 6 придают вращение вокруг оси 4 обрабатываемой поверхности 5 с частотой n_z, а режущему инструменту 2 придают вращение вокруг его оси 3 с частотой n_g и движение подачи S_v вдоль оси 4 обрабатываемой поверхности 5.

При этом необходимо соблюдение одного из двух условий: скорость вращения режущего инструмента и обрабатываемой детали не должны совпадать по величине или по направлению.

Установку режущих кромок 1 режущего инструмента на заданный размер осуществляют, например, с помощью механизма перемещения 7, имеющего конусную направляющую. При движении штока 8 влево режущие кромки 1 выдвигаются из режущего инструмента до достижения требуемого положения.

Так как ось 3 режущего инструмента 2 расположена под углом α к оси 4 вращения обрабатываемой поверхности 5, то каждая режущая кромка 1 осуществляет резание в течение своего одного оборота с разной глубиной t. Максимальная глубина резания равна величине снимаемого припуска: t_max=ρ, а минимальная глубина резания t_min=0. Таким образом, режущие кромки дважды за один свой оборот выходят из контакта с обрабатываемой поверхностью. Этим обеспечивается постоянное охлаждение режущих кромок, освобождение от стружки, а следовательно, снижение износа и возможность повышения режима обработки.

Переменная глубина резания приводит к переменной силе резания, а следовательно, способствует возникновению в технологической системе автоколебаний. Однако наличие четырех или большего числа режущих кромок 1, равномерно расположенных вдоль окружности, уравновешивает силы резания и снижает автоколебания технологической системы. Поэтому наличие четырех или большего числа режущих кромок не только повышает стойкость режущего инструмента и способствует повышению производительности обработки, но и устраняет вредное воздействие на технологическую систему переменной силы врезания режущих кромок в обрабатываемую поверхность.

Обработка цилиндрических отверстий описанным способом не требует специальных станков и приспособлений и может успешно осуществляться на обычных универсальных станках токарной группы. При этом деталь 6, как обычно устанавливают в токарный патрон шпинделя станка, а режущий инструмент 2 - на поворотной части суппорта станка в бабке, шпиндель которой имеет принудительное вращение.

В качестве примера рассмотрим процесс растачивания отверстия роликового буксового подшипника 42726 из ст.ШХ15, применяемого на железнодорожном транспорте. Исходный диаметр отверстия d=130 мм, высота h=80 мм. Снимаемый припуск ρ=1 мм. Требуемая шероховатость поверхности Ra=1,25 мкм.

Применили режущий инструмент с четырьмя режущими кромками из твердого сплава Т30К4. Ось режущего инструмента устанавливали под углом к оси обрабатываемой поверхности, равным:

По справочным данным (Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4 изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. С.265-273) подача на одну режущую кромку исходя из заданной шероховатости составляет S_1ν=0,12 мм. Допустимая подача намного выше и составляет S_доп=1,3 мм. Так как использовали режущий инструмент с четырьмя режущими кромками, то приняли S_ν=4·5_1ν=0,48 мм, что намного меньше допустимой величины. Скорость резания для ст.ШХ15 равна υ=150 мм/мин. Тогда частота вращения детали

Приняли n_z=370 об/мин.

Время обработки составило:

Если бы резание осуществлялось одной режущей кромкой, то время обработки составило бы τ=1,84 мин, так как подача режущего инструмента в четыре раза меньше.

Так как режущие кромки периодически выходили из контакта с обрабатываемой поверхностью, то стойкость режущего инструмента возросла. По данным технической литературы (Режимы резания металлов: Справочник. Ю.В.Барановский, Л.А.Брахман, А.И.Гдалевич и др. - М.: НИИТавтопром, 1995, с.18) при отношении максимальной глубины резания к минимальной t_min/t_max, как в нашем случае, стойкость режущего инструмента повышается в 2 раза по сравнению с равномерным резанием. Еще в большей степени стойкость резания зависит от колебания величины подачи режущей кромки инструмента, которая в нашем случае превышает 2. Значение стойкости резания за счет неравномерности подачи повышается более чем в 5 раз.

Таким образом, при использовании предлагаемого способа производительность обработки возрастает в 4 раза, а стойкость режущего инструмента повышается более чем в 10 раз по сравнению с известными способами точения.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа растачивания заключается в следующем:

1. Обеспечивается более высокая производительность обработки.

2. Уменьшается износ инструмента, повышается его стойкость.

3. Повышается точность обработки вследствие уменьшения износа режущих кромок инструмента.

Способ растачивания цилиндрических отверстий деталей, включающий сообщение детали вращения вокруг оси обрабатываемого цилиндрического отверстия и ее обработку режущим инструментом, перемещающимся внутри вдоль оси обрабатываемого отверстия и вращающимся вокруг оси, пересекающейся с осью вращения обрабатываемого цилиндрического отверстия под углом α, отличающийся тем, что используют режущий инструмент, по крайней мере, с четырьмя режущими кромками, установленными равномерно по окружности в одной плоскости, перпендикулярной оси вращения режущего инструмента, при этом режущий инструмент устанавливают с острым углом α пересечения оси вращения обрабатываемой поверхности и оси вращения режущего инструмента и величину которого определяют из выражения:

где d - диаметр обрабатываемой поверхности детали, мм;
ρ - величина снимаемого слоя припуска, мм.