Способ токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра

Авторы патента:

B23B1/00 - Токарная обработка; сверление (устройства для копирования или управления B23Q)

Владельцы патента RU 2757776:

Общество с ограниченной ответственностью Управляющая компания "Алтайский завод прецизионных изделий" (RU)

Способ осуществляется на станках с числовым-программным управлением и включает обработку заготовки детали с прерыванием подачи инструмента. При обработке последовательно используют три одновременно установленных на станке инструмента, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением. При этом заготовку детали вращают с постоянной заданной частотой во время всего процесса обработки, который включает следующие последовательные действия: продольную подачу первого инструмента и точение заготовки детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер детали, отвод первого инструмента после завершения точения в исходное положение, радиальную подачу второго инструмента с врезанием в тело заготовки детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки заготовки детали для формирования заходной фаски и зачистки заусенца, останов радиальной подачи второго инструмента, выстой второго инструмента в течение заданного времени для зачистки заходной фаски, обработку детали давлением путем ударного воздействия на заготовку детали в радиальном направлении третьим инструментом для отламывания детали от заготовки и отвод третьего инструмента от заготовки детали в радиальном направлении. Обработку могут вести при частоте вращения заготовки детали не менее 3000 мин^-1. Продолжительность выстоя второго инструмента после врезания в тело заготовки детали может составлять от 2 до 5 с. Повышаются ресурс станка за счет его эксплуатации при постоянной частоте вращения заготовки и точность обработки детали. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к обработке металлов и сплавов резанием и может быть использовано при токарной обработке прецизионных деталей малого диаметра.

К числу проблем, возникающих при токарной обработке прецизионных деталей малого диаметра, относятся необходимость точного выполнения наружного диаметра при малом искривлении оси. Кроме того, в ряде случаев к деталям предъявляются высокие требования к отсутствию заусенцев на наружных поверхностях, сопрягаемых в процессе сборки изделий с поверхностями других деталей. Отрезка детали малого диаметра после завершения обработки часто приводит к искривлению оси и образованию заусенца и требует введения дополнительных операций по снятию, например, заходной фаски или иному удалению заусенцев. Если необходимая заходная фаска формируется непосредственно в процессе отрезки детали на станке, велика вероятность образования заусенцев на наружном диаметре детали в месте сопряжения заходной фаски с цилиндрической поверхностью, особенно при обработке деталей из вязких материалов, например, бронзовых сплавов. При этом поверхность заходной фаски может не соответствовать требованиям, установленным в конструкторской документации, в частности, по шероховатости.

Известен способ обработки деталей из углепластика, согласно которому подачу инструмента осуществляют дискретно, а заготовку подвергают предварительной обработке давлением в форме ударного воздействия на заготовку специальным телом (Пат. RU 2632299, опубл. 03.10.2017. Бюл. №28). По известному решению, обработка резанием происходит после обработки давлением.

Эта особенность является недостатком известного решения, так как делает невозможным его применение для токарной обработки высокоточных - прецизионных - деталей: технологическая наследственность перехода обработки давлением может проявиться в виде искривления оси обрабатываемой детали и последующего снижения точности обработки резанием.

Известен способ токарной обработки, при котором обработку детали ведут ступенчатым изменением одного из режимных параметров операции (А.С. SU №1371774, опубл. 07.02.1988. Бюл. №5). В качестве такого переменного режимного параметра авторы известного решения предлагают использовать частоту вращения детали, изменяя ее по заявленной математической зависимости при переходе на каждый новый обрабатываемый диаметр детали.

К недостаткам известного решения относится повышенная нагруженность привода шпинделя станка, связанная с возникновением инерционных нагрузок при изменении частоты вращения.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков - прототипом заявляемого изобретения - является способ токарной обработки с дроблением стружки, осуществляемый на станках с числовым-программным управлением в несколько проходов и включающий прерывание подачи инструмента при обработке (А.С. SU 1556817, опубл. 15.04.1990. Бюл. №14). На первом проходе инструмента на теле детали формируются углубления в виде канавок, у которых, как следует из фиг. к описанию известного решения, по крайней мере, одна сторона имеет уклон относительно наружной цилиндрической поверхности детали. При втором проходе инструмента деталь окончательно протачивается по наружному диаметру так, что канавки исчезают. Применение известного решения требует определения величины упругих отжатий режущего инструмента и введения, при необходимости, коррекции в программу станка.

К недостаткам известного решения относится необходимость определения величины упругих отжатий инструмента, которая может различаться не только для разных марок материалов, но и для материалов одной марки, но разных партий поставки, как это часто бывает на практике. Определение каждый раз величины упругих отжатий усложняет технологию производства и удорожает конечную продукцию. К недостаткам относится также вероятность образования заусенцев на наружных поверхностях детали при ее отрезке от заготовки.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, устранение недостатков прототипа, а именно создание эффективного способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра, обеспечивающего выполнение заданных требований к точности детали - величине наружного диаметра, кривизне оси, шероховатости заходной фаски и отсутствию заусенцев.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет последовательного использования трех, одновременно установленных на станке инструментов, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением, сообщения детали постоянного вращения с заданной частотой во время всей обработки и осуществления обработки по предлагаемому алгоритму:

- продольная подача первого инструмента и точение детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер;

- отвод первого инструмента после завершения точения;

- радиальная подача второго инструмента с врезанием в тело детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки - формирование заходной фаски и зачистка заусенца;

- останов радиальной подачи второго инструмента;

- выстой второго инструмента в течение заданного времени - зачистка заходной фаски;

- обработка детали давлением путем ударного воздействия на деталь в радиальном направлении третьим инструментом - отламывание детали от заготовки;

- отвод третьего инструмента в исходное положение;

- радиальная подача второго инструмента из точки выстоя с перекрытием за ось вращения детали на величину от 0,1 до 0,5 мм - подрезка торца;

- отвод второго инструмента в исходное положение.

Новизной в предлагаемом способе является применение вышеописанного алгоритма выполнения токарной обработки.

Частота вращения обрабатываемой детали составляет не менее 3000 мин^-1. Продолжительность выстоя второго инструмента при его врезании в деталь составляет от 2 до 5 секунд.

Пример осуществления предлагаемого способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра.

Выполняли токарную обработки детали «гладкий контакт». Материал детали: сплав БрКМЦ3-1. Форма детали: ступенчатый цилиндр с двумя фасками на крайних торцах. Фаска на торце диаметра ∅1,6 является заходной (сопрягаемой с ответной деталью). Диаметры ступеней детали: ∅1,6 мм и ∅1_-0,1 мм. Протяженность участка ∅1 мм: от 3,9 до 4,1 мм. Допускаемая непрямолинейность оси всей детали: 0,2 мм. Наибольшая шероховатость фаски на диаметре ∅1,6 мм: Ra3,2.

Частота вращения шпинделя станка была постоянная и составляла 3000 мин^-1.

В качестве первого инструмента был использован проходной резец. Его выставили в окончательный размер для получения ∅1 за один проход.

В качестве второго инструмента использовали второй проходной резец, заточенный для формирования на торце детали заходной кромки под заданным углом. Подачу второго инструмента осуществляли до врезания в тело заготовки на глубину 0,7 мм. После этого радиальную подачу прекратили. В течение 3 секунд происходило вращение детали при нахождении второго инструмента в точке выстоя.

После этого, по команде системы управления станка, произошел подвод к детали третьего инструмента с ударом в радиальном направлении. Деталь отломилась от заготовки и упала в сборник, находящийся на столе станка.

Фактические значения параметров, измеренные после обработки, составили:

- ∅0,95 при заданном ∅1_-0,1;

- 4,05 при заданном от 3,9 до 4,1 мм;

- непрямолинейность оси 0,15 мм при заданной 0,2 мм;

- шероховатость фаски Ra2,85 при заданном Ra3,2.

Заусенец на ∅1,6 и фаске отсутствует.

Остаток (недорез) ∅0,2, сформированный в результате обламывания в виде слегка изогнутого отрезка длиной 0,4 мм, не является браковочным показателем.

Полученная по предлагаемому способу деталь соответствует требованиям конструкторской и технологической документации.

Техническим результатом осуществления предлагаемого способа токарной обработки прецизионных деталей малого диаметра является повышение ресурса станка за счет его эксплуатации при постоянной частоте вращения, а также технологическое обеспечение выполнения заданных технических требований к точности детали.

Предлагаемый способ применяется при производстве электромагнитных актуаторов форсунок Common Rail на Алтайском заводе прецизионных изделий.

1. Способ токарной обработки прецизионной детали малого диаметра, осуществляемый на станках с числовым-программным управлением, включающий обработку заготовки детали с прерыванием подачи инструмента, отличающийся тем, что последовательно используют три одновременно установленных на станке инструмента, из которых два предназначены для обработки резанием, а третий предназначен для обработки давлением, при этом заготовку детали вращают с постоянной заданной частотой во время всего процесса обработки, который включает следующие последовательные действия:

- продольную подачу первого инструмента и точение заготовки детали по наружному диаметру в один проход в окончательный размер детали,

- отвод первого инструмента после завершения точения в исходное положение,

- радиальную подачу второго инструмента с врезанием в тело заготовки детали на глубину от 0,35 до 0,45 от радиуса детали в месте отрезки заготовки детали для формирования заходной фаски и зачистки заусенца,

- останов радиальной подачи второго инструмента,

- выстой второго инструмента в течение заданного времени для зачистки заходной фаски,

- обработку детали давлением путем ударного воздействия на заготовку детали в радиальном направлении третьим инструментом для отламывания детали от заготовки,

- отвод третьего инструмента от заготовки детали в радиальном направлении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку ведут при частоте вращения заготовки детали не менее 3000 мин^-1.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что продолжительность выстоя второго инструмента после врезания в тело заготовки детали составляет от 2 до 5 секунд.

Способ включает измерение частотной характеристики системы, предварительную обработку заготовки из заданного материала при разных скоростях, измерение сигнала виброускорения датчиком, преобразование сигнала в спектр частот. В спектре частот определяют гармонику с максимальной амплитудой, определяют частоту, соответствующую максимальной амплитуде гармоники - f0, относительно этой частоты определяют полосу частот Δf=f0+fc, где fc - половина полосы частот, равная значению среднеквадратичного отклонения частоты образования сдвиговых деформаций Δх, определяемой по стружкам.

Способ точения открытой границы цилиндрической или конической поверхностей заготовки с её торцевой поверхностью и инструмент для осуществления способа // 2756056

Способ относится к завершающей стадии обработки – формообразованию границы между цилиндрическими или коническими поверхностями заготовки и её торцевой поверхностью. Способ включает черновую, получистовую и чистовую обработки, которые выполняют одновременно одним инструментом и при одной подаче инструмента, которую выбирают из диапазона 0,3–0,8 мм/об, с глубиной резания черновой обработки в 2–3 раза больше подачи, получистовой обработки - в 2–3 раза меньше подачи, а чистовую обработку ведут с глубиной резания не меньше остаточной высоты неровностей на обработанной поверхности после получистовой обработки.

Способ восстановления профиля поверхности катания колес рельсового транспорта // 2754627

Изобретение относится к области машиностроения. Способ включает нагрев поверхностного слоя вращающегося колеса фрикционным элементом и обточку упомянутого поверхностного слоя вращающегося колеса резцом, где в качестве фрикционного элемента используют тормозную колодку, соответствующую упомянутому колесу рельсового транспорта, а нагрев поверхностного слоя вращающегося колеса осуществляют с усилием прижима от 0,5 до 2 МПа.

Способ и устройство управления термоэлементом // 2752492

Изобретение относится к области высокоскоростной обработки деталей на оборудовании с числовым программным управлением (ЧПУ), в частности к устройствам повышения производительности при механической обработке за счет управления охлаждения режущего инструмента. Для повышения быстродействия процесса управления термоэлементом и увеличения скорости обработки деталей на станках с ЧПУ устройство управления термоэлементом содержит датчик температуры в зоне резания, датчик скорости подачи изделия, датчик скорости резания, деталь, заднюю бабку, переднюю бабку, режущую пластину, короб со сплавом Розе, термоэлемент Пельтье, державку, источник питания, генератор постоянного тока, содержащий резистор, биполярный транзистор, операционный усилитель, потенциометр, программируемую логическую интегральную схему, состоящую из блока преобразования тока в напряжение и блока расчета силы тока, компьютер.

Способ изготовления тонкостенных цилиндрических деталей и зажимное приспособление для его реализации // 2751400

Данное изобретение относится к области механической, термической обработки металлов. Способ включает выполнение упрочняющей термической обработки детали и зажимного приспособления.

Способ обработки титана, титановых сплавов и сплавов на основе никеля // 2749596

Группа изобретений относится к обработке материалов резанием и может быть использована при обработке титана, титановых сплавов и сплавов на основе никеля в криогенных условиях. Раскрыто применение режущего инструмента с основой из цементированного карбида, содержащей карбид вольфрама и связующую фазу с содержанием от 1 до 5 мас.

Способ зажима тонкостенной цилиндрической детали // 2745597

Изобретение относится к области механической и термической обработки металлической тонкостенной цилиндрической детали. Проводят упрочняющую или со снятием внутренних напряжений термическую обработку трубы и бандажа.

Способ механической обработки резанием осесимметричных деталей // 2742759

Способ включает воздействие под усилием режущего инструмента на вращающуюся деталь. Предельную глубину резания определяют по приведенной формуле в зависимости от критического значения разности температур поверхностного и центрального слоев обрабатываемой детали, приводящего к появлению термопластических деформаций в поверхностных слоях детали и образованию остаточных напряжений, эмпирических коэффициентов процесса резания, определяемых опытным путем в процессе резания, скорости резания, и подачи.

Способ повышения чистоты поверхности обрабатываемых металлических изделий // 2740584

Изобретение относится к области лезвийной обработки материалов. Способ упрочнения поверхностного слоя режущей кромки сверла или концевой фрезы, используемых для обработки поверхности металлических изделий, включает упрочнение поверхностного слоя режущей кромки сверла или концевой фрезы воздействием импульсного лазерного излучения.

Способ обработки на токарном станке, имеющем узел с вращающимся валом, и устройство для его реализации // 2739461

Способ заключается в том, что деталь обрабатывают дополнительной фрезой и основным режущим резцом. При этом первоначально с поверхности обрабатываемой детали перед обработкой основным режущим резцом операцией обдирки снимают припуск материала детали в виде дробленой стружки дополнительной фрезой, выполненной в виде многолезвийного резца, вращающегося вокруг оси вращения параллельной оси вращения обрабатываемой детали.

Снабженный покрытием режущий инструмент // 2760426

Изобретение относится к снабженному покрытием режущему инструменту для механической обработки металлов: для токарной обработки, фрезерования или сверления металлического материала: легированной, углеродистой или труднообрабатываемой твердой стали. Режущий инструмент содержит подложку, покрытую многослойным износостойким покрытием, включающим в себя слой альфа–Al2O3 и слой карбонитрида титана TixCyN1–y с 0,85≤x≤1,3, предпочтительно 1,1≤x≤1,3 и 0,4≤y≤0,85, осажденный на слой альфа–Al2O3, причем TixCyN1–y имеет коэффициент текстуры TC(hkl), равный или более 3. Режущий инструмент имеет слой карбонитрида титана с повышенной твердостью, а соответственно, улучшенную износостойкость в применениях машиномеханической обработки. 9 з.п. ф-лы, 10 табл., 2 пр.