RU2125509C1

RU2125509C1 - Device for combined abrasive treatment

Info

Publication number: RU2125509C1
Application number: RU97115138A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афонасьев; М.А. Бурнашов; И.И. Гончаров; Е.А. Белкин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1999-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: this relates to devices intended for combined finishing abrasive treatment of metals and alloys liable to appearance of microcracks and burns in process of treatment. Device has grinding wheel which is rigidly mounted on arbor with tail-piece between polishing bobs. Journals which carry polishing bobs by means of pivoted joints and antifriction bearings are located diametrically opposite to each other and eccentrically with respect to central journal of grinding wheel. Arbor and tail-piece are installed at angle relative to each other so that centers of symmetry of three journals of arbor are lying on axis of tail-piece rotation. In this case, angle is equal to value at which end play of polishing bobs and amplitude of grinding wheel oscillations along axis of tail-piece is less than height of grinding wheel. Application of aforesaid embodiment of device allows for improving quality and efficiency of abrasive treatment of blanks made of materials predisposed to creation of defects. EFFECT: higher efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к механической обработке металлов абразивом в комбинации шлифования и полирования, и может быть использовано для чистовой обработки материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и трещин. The invention relates to mechanical engineering, namely to the machining of metals with an abrasive in a combination of grinding and polishing, and can be used for the finishing of materials susceptible to defect formation in the form of burns and cracks.

Известна конструкция устройства для осцилляции шлифовального круга, имеющая консольную оправку со сферической головкой, на которой установлены основной и прижимной фланцы со стопорным кольцом для базирования и фиксации угла поворота инструмента [1]. A known design of the device for oscillation of the grinding wheel having a cantilever mandrel with a spherical head, on which the main and clamping flanges with a snap ring for basing and fixing the angle of rotation of the tool [1] are installed.

Недостатками этого устройства являются сложность и трудоемкость изготовления сферической головки оправки и сопрягаемого с ней сферического отверстия фланца, невозможность регулировки с целью совмещения плоскости, параллельной торцу и проходящей через середину шлифовального круга, с центром сферической головки оправки при сборке, что неизбежно приведет к смещению центра масс и появлению дисбаланса, а это вызовет вибрации, которые резко снизят точность и качество обработки и которые невозможно устранить. The disadvantages of this device are the complexity and complexity of manufacturing the spherical head of the mandrel and the spherical hole of the flange mating with it, the inability to adjust to align the plane parallel to the end face and passing through the middle of the grinding wheel with the center of the spherical head of the mandrel during assembly, which will inevitably lead to a displacement of the center of mass and the appearance of an imbalance, and this will cause vibrations that will sharply reduce the accuracy and quality of processing and which cannot be eliminated.

Известно устройство для абразивной обработки, содержащее коаксиально расположенные в корпусе и связанные с приводом вращения шпиндель и шток с оправками для абразивного инструмента и привод осевого перемещения штока относительно шпинделя без остановки вращения [2]. A device for abrasive treatment is known, comprising a spindle and a rod with mandrels for an abrasive tool and an axial displacement of the rod relative to the spindle without stopping rotation [2], coaxially located in the housing and connected to the rotation drive;

Необходимую силу поджима рабочих поверхностей инструментов к обрабатываемым поверхностям заготовки создают соответствующим прогибом инструментов в осевом направлении. The necessary force of pressing the working surfaces of the tools to the workpiece surfaces is created by the corresponding deflection of the tools in the axial direction.

Недостатками этого устройства являются чрезмерная сложность конструкции и невозможность совместить черновую и чистовую абразивные обработки. The disadvantages of this device are the excessive complexity of the design and the inability to combine rough and finish abrasive machining.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для комбинированной абразивной обработки, содержащее смонтированные на оправке с хвостовиком три круга, крайние из которых имеют отличную от центрального круга характеристику, что позволяет осуществлять черновую и чистовую абразивную обработку без прижогов [3]. The closest in technical essence and the achieved effect is a device for combined abrasive machining, containing three circles mounted on a mandrel with a shank, the last of which have a characteristic different from the central circle, which allows roughing and finishing abrasive processing without burns [3].

Недостатком данной конструкции является невысокая эффективность обработки, так как абразивные зерна всех кругов работают в параллельных плоскостях, что обуславливает попадание большинства из них в ранее прорезанные риски-царапины, не производя резание. The disadvantage of this design is the low processing efficiency, since the abrasive grains of all circles work in parallel planes, which causes most of them to fall into previously cut risk scratches without cutting.

Задачей изобретения является повышение качества, снижение энергозатрат, увеличение стойкости инструмента и производительности при осциллирующей абразивной черновой и чистовой обработке за счет последовательного воздействия шлифовального и полировального кругов на обрабатываемую поверхность заготовок из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин. The objective of the invention is to improve the quality, reduce energy consumption, increase tool life and productivity with oscillating abrasive roughing and finishing due to the consistent impact of the grinding and polishing wheels on the machined surface of workpieces made of materials predisposed to defect formation in the form of burns and microcracks.

Поставленная задача достигается устройством для комбинированной абразивной обработки, содержащим смонтированные на оправке с хвостовиком три круга, при этом шлифовальный круг жестко закреплен на оправке и размещен между двумя другими кругами, а оправка выполнена с тремя шейками, две крайние из которых расположены эксцентрично относительно центральной шейки для шлифовального круга и диаметрально противоположно друг другу и предназначены для установки посредством подшипников качения двух других кругов, в качестве которых выбраны полировальные круги, при этом оправка смонтирована под углом к хвостовику с расположением центров симметрии трех шеек оправки на оси вращения хвостовика, а величина угла выбрана из условия обеспечения торцевого биения полировальных кругов и амплитуды осцилляции шлифовального круга вдоль оси хвостовика меньше высоты шлифовального круга. The task is achieved by a device for combined abrasive machining containing three circles mounted on a mandrel with a shank, while the grinding wheel is rigidly mounted on the mandrel and placed between two other circles, and the mandrel is made with three necks, two of which are located eccentrically relative to the central neck for grinding wheel and diametrically opposite to each other and are intended for installation by means of rolling bearings of two other circles, for which the floor is selected flanges, while the mandrel is mounted at an angle to the shank with the location of the centers of symmetry of the three mandrel necks on the axis of rotation of the shank, and the angle value is selected from the condition for the end beating of the polishing wheels and the oscillation amplitude of the grinding wheel along the axis of the shank is less than the height of the grinding wheel.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена конструкция устройства для комбинированной абразивной обработки в разрезе; на фиг. 2 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 3 - положение полировальных и шлифовального кругов в процессе обработки; на фиг. 4 - схематично последовательное положение режущих кромок полировальных и шлифовального кругов в зоне обработки. На фиг. 1, 2, 3, 4 приняты следующие обозначения: α -\угол наклона оси оправки к оси хвостовика; B - высота шлифовального круга; D - диаметр шлифовального круга; A_п - торцевое биение полировальных кругов; A_ш - амплитуда осцилляции шлифовального круга; O_ш/ - ось шлифовальной шейки оправки; O_ш// - ось шлифовальной шейки оправки при повороте хвостовика вокруг своей оси на 180^o; O_пл/, O_пп/ - оси соответственно левой и правой шеек оправки под левый и правый (согласно фиг. 1) полировальные круги; O_пл//; O_пп// - оси левой и правой полировальных шеек оправки при повороте хвостовика вокруг своей оси на 180^o; ε - эксцентриситет смещения осей O_пл/, O_пп/ шеек полировальных кругов 3 и 4 оправки 2 относительно оси O_ш/ шейки шлифовального круга; O_х - ось хвостовика; O_ш - центр симметрии шлифовального круга, точка пересечения осей шлифовальной шейки и хвостовика; O_пл, O_пп - центры симметрии соответственно левого и правого полировальных кругов, точки пересечения осей левой и правой полировальных шеек и хвостовика; S_пр - продольная подача заготовки в мм/дв. ход стола.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a design of a device for combined abrasive processing in a section; in FIG. 2 is a view B in FIG. 1; in FIG. 3 - the position of the polishing and grinding wheels during processing; in FIG. 4 schematically shows the sequential position of the cutting edges of the polishing and grinding wheels in the processing zone. In FIG. 1, 2, 3, 4 the following notation is adopted: α - \ the angle of inclination of the axis of the mandrel to the axis of the shank; B is the height of the grinding wheel; D is the diameter of the grinding wheel; A _p - end beating of polishing wheels; A _W - the amplitude of the oscillations of the grinding wheel; O _w / - axis of the grinding neck of the mandrel; O _W // - the axis of the grinding neck of the mandrel when the shank is rotated around its axis by 180 ^o ; O _PL /, O _PP / - axis, respectively, of the left and right necks of the mandrel under the left and right (according to Fig. 1) polishing wheels; O _pl //; O _PP // - the axis of the left and right polishing necks of the mandrel when the shank is rotated around its axis by 180 ^o ; ε is the eccentricity of the displacement of the axes O _pl /, O _pp / necks of the polishing wheels 3 and 4 of the mandrel 2 relative to the axis O _w / neck of the grinding wheel; O _x - axis of the shank; O _W - the center of symmetry of the grinding wheel, the point of intersection of the axes of the grinding neck and shank; O _PL , O _PP - the centers of symmetry of the left and right polishing wheels, respectively, the intersection point of the axes of the left and right polishing necks and shank; S _CR - longitudinal feed of the workpiece in mm / dv. table move.

Устройство состоит из закрепленной в хвостовике 1 оправки 2, имеющей три рабочие шейки и которая наклонена к оси хвостовика на угол α таким образом, что центры симметрии O_пл, O_ш, O_пп трех шеек принадлежат оси вращения хвостовика. На оправке 2 между полировальными кругами 3 и 4 с подшипниковыми узлами 5 с помощью гаек 6, эксцентричных фланцев 7, прокладок 8 и распорной втулки 9 установлен шлифовальный круг 10.The device consists of a mandrel 2 fixed in the shank 1, having three working necks and which is inclined to the axis of the shank by an angle α so that the centers of symmetry O _pl , O _w , O _{pp of} three necks belong to the axis of rotation of the shank. On the mandrel 2 between the polishing wheels 3 and 4 with the bearing assemblies 5 with the help of nuts 6, eccentric flanges 7, gaskets 8 and spacer sleeve 9 mounted grinding wheel 10.

Особенностью конструкции оправки является то, что она имеет центральную шейку под шлифовальный круг с центром симметрии O_ш и по обе стороны от нее две шейки под полировальные круги с центрами симметрии соответственно O_пл и O_пп - левая и правая, которые эксцентрично и диаметрально противоположно смещены на величину эксцентриситета ε, причем центры симметрии левой и правой шеек O_пл и O_пп равноудалены от центра O_ш.The design feature of the mandrel is that it has a central neck under the grinding wheel with a center of symmetry O _w and on both sides of it two necks for polishing wheels with symmetry centers O _pl and O _pp - left and right, which are eccentrically and diametrically opposed by the amount of eccentricity ε, and the centers of symmetry of the left and right necks O _PL and O _PP equidistant from the center O _W.

Угол α выбирают таким, чтобы центры симметрии инструментов O_пл; O_ш; O_пп лежали на оси O_х вращения хвостовика, а также с учетом выполнения условия
A_п= A_ш≤ B, где A_п= A_ш= D•tgα.
Расстояние между центрами симметрии полировальных и шлифовального кругов O_пл; O_ш; O_пп по оси вращения хвостовика O_х вычисляют с учетом угла наклона инструментов α и эксцентриситета ε по формуле
O_плO_ш= O_ппO_ш= ε/sinα.
Устройство для комбинированной абразивной обработки собирается следующим образом.The angle α is chosen so that the centers of symmetry of the tools O _PL ; O _w ; O _pp lay on the axis O _x rotation of the shank, and also subject to the conditions
A _p = A _w ≤ B, where A _p = A _w = D • tgα.
The distance between the centers of symmetry of the polishing and grinding wheels O _PL ; O _w ; O _pp along the axis of rotation of the shank O _{x is} calculated taking into account the angle of inclination of the tools α and the eccentricity ε according to the formula
O _PL O _W = O _PP O _W = ε / sinα.
A device for combined abrasive processing is assembled as follows.

На центральную шейку оправки 2 устанавливается шлифовальный круг 10. С торцев шлифовального круга устанавливаются прижимные фланцы 7 с отверстиями, выполненными эксцентрично с эксцентриситетом ε, и прокладки 8. На левую шейку (фиг. 1) монтируется полировальный круг 3, предварительно собранный на подшипниковом узле 5, который состоит из основного и прижимного фланцев, между которыми винтами закрепляется полировальный круг, подшипника и пружинного кольца. A grinding wheel 10 is mounted on the central neck of the mandrel 2. From the ends of the grinding wheel, clamping flanges 7 are installed with holes made eccentrically with eccentricity ε, and gaskets 8. A polishing wheel 3 mounted on the bearing assembly 5 is mounted on the left neck (Fig. 1) , which consists of the main and clamping flanges, between which the screws are fixed polishing wheel, bearing and snap ring.

Далее на оправку устанавливается распорная втулка 9 и навинчивается хвостовик 1. Правый полировальный круг 4 собирается и монтируется на оправке 2 в такой же последовательности, как и левый 3. Гайками 6 производится окончательное крепление оправки 2 в сборе с инструментами 3, 4, 10 на хвостовике 1. Перед работой производят правку устройства известными способами. Next, the spacer sleeve 9 is installed on the mandrel and the shank 1 is screwed on. The right polishing wheel 4 is assembled and mounted on the mandrel 2 in the same sequence as the left 3. The nuts 6 are used for final fastening of the mandrel 2 assembly with tools 3, 4, 10 on the shank 1. Before work, edit the device by known methods.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Устройство устанавливают в шпиндель кругло-, внутри-, или плоскошлифовального станка, заготовку - в соответствующее приспособление. Сообщают вращение шпинделя V_и и продольную подачу S_пр заготовке, а также для кругло- и внутришлифовальных работ - вращение заготовки V_з. За полный оборот инструмента шлифовальный круг 10 плавно меняет по отношению к изделию 11 свое угловое положение влево и вправо от нормали на угол α.
Полировальные круги обкатываются по обрабатываемой и обработанной поверхностям слева и справа от шлифовального круга.The device is installed in the spindle of a circular, internal, or surface grinding machine, the workpiece in the appropriate device. Report the rotation of the spindle V _{and the} longitudinal feed S _{pr to the} workpiece, and also for circular and internal grinding work - the rotation of the workpiece V _s . For a full revolution of the tool, the grinding wheel 10 smoothly changes with respect to the product 11 its angular position to the left and to the right of the normal by the angle α.
Polishing wheels are rolled on the machined and machined surfaces to the left and right of the grinding wheel.

Кроме того, благодаря наклону осей шеек O_пл/ и O_пп/ оправки рабочие поверхности полировальных кругов 3 и 4 в зоне контакта с заготовкой 11 совершают возвратно-поступательные осциллирующие колебательные движения вдоль продольной оси вращения.In addition, due to the inclination of the axes of the necks _Opl / and _Opp / mandrel, the working surfaces of the polishing wheels 3 and 4 in the contact zone with the workpiece 11 make reciprocating oscillating oscillatory movements along the longitudinal axis of rotation.

Перемещаясь по обрабатываемой и обработанной шлифовальным кругом 10 поверхностям заготовки 11, полировальные круги 3 и 4 в зоне контакта производят срезание микронеровностей в направлении, перпендикулярном рискам-царапинам, прорезанным шлифовальным кругом. Благодаря эластичной связке в полировальных абразивных кругах каждое режущее абразивное зерно как бы подпружинено и под действием силы поджима рабочих периферийных поверхностей инструментов к обрабатываемой поверхности заготовки частично углубляется в связку. Особенно велика сила поджима в положении, когда ось симметрии полировального круга параллельна образующей обрабатываемой поверхности заготовки (фиг. 2). Moving along the surfaces of the workpiece 11 processed and processed by the grinding wheel 10, the polishing wheels 3 and 4 in the contact zone cut microroughnesses in the direction perpendicular to the scratch risks cut by the grinding wheel. Thanks to the elastic bond in the polishing abrasive wheels, each cutting abrasive grain is spring-loaded, as it were, and under the action of the pressing force of the working peripheral surfaces of the tools to the workpiece surface being machined, it is partially deepened into the bond. The clamping force is especially great in the position when the axis of symmetry of the polishing wheel is parallel to the generatrix of the workpiece’s machined surface (Fig. 2).

Кроме того, степень углубления зерна зависит от вида обрабатываемой поверхности. На выступающих участках обрабатываемой, например фасонной, поверхности абразивные зерна углубляются сильнее, сохраняя исходный профиль обрабатываемой поверхности. In addition, the degree of deepening of the grain depends on the type of surface being treated. On the protruding sections of the machined, for example shaped, surface, the abrasive grains deepen more strongly, preserving the original profile of the machined surface.

Таким образом, применение данного инструмента позволяет снизить параметр шероховатости на плоских, цилиндрических и фасонных поверхностях без изменения профиля и геометрических параметров обрабатываемой поверхности. Thus, the use of this tool allows you to reduce the roughness parameter on flat, cylindrical and shaped surfaces without changing the profile and geometric parameters of the processed surface.

Применение устройства предлагаемой конструкции позволяет вести обработку на повышенных режимах с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования для чистовой обработки материалов, предрасположенных к появлению прижогов и микротрещин. The use of the device of the proposed design allows processing at elevated speeds while maintaining the advantages of the intermittent grinding process for finishing materials that are prone to the appearance of burns and microcracks.

Предлагаемое устройство обеспечивает снижение величины шероховатости обработанной поверхности на 2 класса, повышает производительность обработки в 2...2,5 раза, снижает расход абразивного материала. The proposed device provides a decrease in the roughness of the treated surface by 2 classes, increases processing productivity by 2 ... 2.5 times, reduces the consumption of abrasive material.

Источники информации:
1. А. с. СССР N 1611714, B 24 B 45/00, 1990.Sources of information:
1. A. p. USSR N 1611714, B 24 B 45/00, 1990.

2. А. с. СССР N 1085771, B 24 B 5/00, 1984. 2. A. p. USSR N 1085771, B 24 B 5/00, 1984.

3. Патент РФ N 2069483, B 24 D 5/14, 1996 - прототип. 3. RF patent N 2069483, B 24 D 5/14, 1996 - prototype.

Claims

A device for combined abrasive processing, comprising three circles mounted on a mandrel with a shank, wherein the grinding wheel is rigidly mounted on the mandrel and placed between two other circles, characterized in that the mandrel is made with three necks, two of which are eccentric relative to the central neck for grinding wheel and diametrically opposite to each other and are intended for installation by means of rolling bearings of two other circles, as selected polishing cr w, wherein the mandrel is mounted at an angle to the shank with the location on the axis of symmetry points of the three necks of rotation of the mandrel shank and the angle selected to provide runout polishing wheels and the oscillation amplitude of the grinding wheel along the axis of the shank is less than the height of the grinding wheel.