RU2150368C1

RU2150368C1 - Device for microfeed of blanks in process of grinding

Info

Publication number: RU2150368C1
Application number: RU97105802A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Худобин; Ю.В. Псигин; А.Н. Унянин
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2000-06-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: device has base, upper plate positioned in parallel to base and fitted with blank fastening appliance. Device also includes piezoelectric element, power element arranged in parallel to base and containing two wedges which serve as cores of electromagnets secured on power element body. Piezoelectric element and wedges enable variation of power element length. Power element moves upper plate relative to base through system of wedges secured on upper plate and base. EFFECT: enhanced rigidity and accuracy. 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для точной подачи заготовок при обработке резанием и может быть использовано на предприятиях машиностроения и приборостроения при окончательной обработке заготовок шлифованием. The invention relates to a device for the accurate supply of workpieces during machining and can be used at engineering and instrumentation enterprises in the final processing of workpieces by grinding.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении точности микроподач, реализуемых устройствами, применяемыми в металлообработке. The invention is aimed at solving the problem of improving the accuracy of micropods implemented by devices used in metalworking.

Известен механизм точной подачи (а. с. СССР N 764960, B 24 B 47/20, 1980), состоящий из супового элемента, взаимодействующего с ползуном и основанием и выполненного из биметаллической полосы дугообразной формы, слой материала которой на вогнутой поверхности имеет больший коэффициент, чем на выпуклой. The known exact feeding mechanism (A.S. USSR N 764960, B 24 B 47/20, 1980), consisting of a soup element interacting with a slider and a base and made of an arc-shaped bimetal strip, the material layer of which on a concave surface has a larger coefficient than on convex.

Недостатком описанного аналога является то, что перемещать приходится инерционные, обладающие большой массой узлы шлифовального станка (например, шлифовальную бабку), на что расходуется большое количество энергии. Кроме того, процесс температурных деформаций при нагревании невозможно остановить мгновенно по достижении заданного размера заготовки, что снижает точность ее об работки. The disadvantage of the described analogue is that it is necessary to move the inertial, having a large mass of the nodes of the grinding machine (for example, the grinding head), which consumes a large amount of energy. In addition, the process of temperature deformations during heating cannot be stopped instantly upon reaching a given workpiece size, which reduces the accuracy of its processing.

Известно также устройство для микроподачи заготовок при шлифовании (а.с. СССР N 1604582, B 24 B 47/20, 1990), содержащее основание, выполненное в виде шарнирно связанных подвижной пластины и нижней неподвижной плиты, образующих между собой угол, верхнюю плиту с установленным на ней приспособлением для закрепления заготовок, шарнирно связанную с подвижной в угловом направлении пластиной основания, два силовых элемента в виде полых гильз с нагревательной спиралью внутри, смонтированных на нижней неподвижной и на верхней подвижной плитах на противоположных концах устройства с возможностью контакта с подвижной пластиной основания. Also known is a device for microfeed workpieces during grinding (A.S. USSR N 1604582, B 24 B 47/20, 1990), comprising a base made in the form of articulated movable plates and a lower fixed plate, which form an angle between themselves, an upper plate with a fixture for securing workpieces installed on it, pivotally connected to a base plate movable in an angular direction, two power elements in the form of hollow sleeves with a heating spiral inside, mounted on the lower fixed and on the upper movable plates on the counter the ends of the device with the possibility of contact with the movable base plate.

Недостатком этого аналога можно считать недостаточную точность микроподачи заготовки из-за инерционности, малой жесткости устройства и наличия рычажно-шарнирных соединений. The disadvantage of this analogue can be considered the lack of accuracy of the microfeed workpiece due to inertia, low rigidity of the device and the presence of lever-articulated joints.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для микроподачи заготовок при шлифовании (а.с. СССР N 1773703, B 24 B 47/20, 1992), содержащее основание, выполненное в виде шарнирно связанных подвижной пластины и нижней неподвижной плиты, образующих между собой угол, верхнюю плиту с установленным на ней приспособлением для закрепления заготовки, шарнирно связанную с подвижной пластиной и установленную параллельно с нижней неподвижной плитой, два силовых элемента в виде полых цилиндров с нагревательной спиралью внутри, расположенных горизонтально и установленных на нижней и верхней подвижной плитах на противоположных от шарниров концах с возможностью контакта с подвижной пластиной, два механизма фиксации верхней плиты и подвижной пластины, плоские пружины для возврата верхней плиты в исходное положение и выборки люфтов, систему нагрева и охлаждения силовых элементов и кожух для ограждения всех элементов устройства. Closest to the technical nature of the claimed invention is a device selected for prototype micro-feeding of workpieces during grinding (as USSR N 1773703, B 24 B 47/20, 1992), containing a base made in the form of articulated movable plate and lower a fixed plate, forming an angle between themselves, an upper plate with a device for fixing the workpiece mounted on it, pivotally connected to the movable plate and installed in parallel with the lower fixed plate, two power elements in the form of hollow cylinders Indres with a heating spiral inside, located horizontally and installed on the lower and upper movable plates at opposite ends from the hinges with the possibility of contact with the movable plate, two mechanisms for fixing the upper plate and the movable plate, flat springs to return the upper plate to its original position and select backlash, heating and cooling system of power elements and a casing for enclosing all elements of the device.

Недостатком прототипа является весьма малая величина микроперемещения и недостаточная в ряде случаев точность микроподачи заготовки. The disadvantage of the prototype is a very small amount of micromotion and insufficient in some cases, the accuracy of microproduction of the workpiece.

Указанный недостаток обусловлен тем, что шарнирное соединение элементов устройства снижает его жесткость, рабочее перемещение силовых элементов осуществляется в радиальном направлении, а наличие двух независимых силовых элементов снижает точность плоскопараллельного подъема верхней плиты. Кроме того, недостаточная точность устройства обусловливается высокой инерционностью силовых элементов, рабочее перемещение которых регулируется температурными деформациями корпуса. This drawback is due to the fact that the articulation of the elements of the device reduces its rigidity, the working movement of the power elements is carried out in the radial direction, and the presence of two independent power elements reduces the accuracy of plane-parallel lifting of the upper plate. In addition, the lack of accuracy of the device is due to the high inertia of the power elements, the working movement of which is regulated by the temperature deformations of the housing.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение жесткости и точности устройства для микроподачи заготовок при шлифовании, а тем самым и улучшение качества обработанных деталей. Для достижения технического результата заявляемое изобретение "Устройство для микроподачи заготовок при шлифовании" - содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной, связанной с целью изобретения задачи:
- основание, выполненное в виде неподвижной плиты; верхнюю плиту с установленным на ней приспособлением для закрепления заготовки; силовой элемент; кожух для ограждения устройства; пружины для возврата верней плиты в исходное положение и выборки люфтов;
- четыре клина, имеющие на конической поверхности направляющие (пазы), жестко закрепленные на верхней и нижней плитах и контактирующие с шариками, установленными в планках, закрепленных на обоих концах силового элемента, содержащего пьезоэлектрический элемент и два клина, являющихся сердечниками электромагнитов, закрепленных на корпусе силового элемента; две цилиндрические направляющие.The technical result of the claimed invention is to increase the rigidity and accuracy of the device for microfeed workpieces during grinding, and thereby improve the quality of the machined parts. To achieve a technical result, the claimed invention "A device for microfeed workpieces during grinding" - contains the following general, expressed by certain concepts, essential features, the totality of which is aimed at solving only one problem associated with the purpose of the invention:
- the base, made in the form of a fixed plate; top plate with a fixture mounted on it for fixing the workpiece; power element; a casing for enclosing the device; springs to return the top plate to its original position and select backlash;
- four wedges having guides (grooves) on the conical surface, rigidly fixed on the upper and lower plates and in contact with balls installed in strips, fixed on both ends of the power element containing the piezoelectric element and two wedges, which are the core of electromagnets mounted on the housing power element; two cylindrical guides.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки. На верхней плите и основании напротив друг друга попарно жестко закреплены четыре клина, по направляющим которых могут перемещаться четыре шарика, установленные в двух планках, закрепленных на противоположных концах силового элемента. Силовой элемент расположен параллельно основанию и через систему клиньев осуществляет перемещение верхней плиты относительно основания по двум цилиндрическим направляющим. Силовой элемент содержит пьезоэлектрический элемент и два клина, являющихся сердечниками электромагнитов, закрепленных на корпусе силового элемента. In relation to the prototype of the claimed invention has the following distinctive features. Four wedges are rigidly fixed in pairs on the upper plate and the base opposite each other, along the guides of which four balls can be moved, installed in two slats fixed at opposite ends of the power element. The power element is parallel to the base and through the system of wedges moves the upper plate relative to the base along two cylindrical guides. The power element contains a piezoelectric element and two wedges, which are the cores of electromagnets mounted on the housing of the power element.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Наличие одного силового элемента, расположенного параллельно основанию, вместо двух независимых элементов, сообщающих верхней плите перемещение в направлении микроподачи, повышает точность микроподачи, так же как и наличие пьезоэлектрического элемента, исключающего инерционность, присущую силовым элементам, работающим на основе нагрева и температурных деформаций. Between the distinguishing features and the purpose of the invention there is the following causal relationship. The presence of one power element located parallel to the base, instead of two independent elements that tell the top plate to move in the direction of the micro feed, increases the accuracy of the micro feed, as well as the presence of a piezoelectric element that eliminates the inertia inherent in power elements operating on the basis of heating and temperature deformations.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в машиностроении и приборостроении с получением технического результата, заключающегося в повышении жесткости и точности устройства для микроподачи заготовок при шлифовании, обуславливающего достижение поставленной цели - улучшения качества шлифованных деталей, позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость". The set of essential features characterizing the essence of the invention, in principle, can be repeatedly used in mechanical engineering and instrumentation to obtain a technical result, which consists in increasing the rigidity and accuracy of the device for microfeed workpieces during grinding, which determines the achievement of the goal - improving the quality of polished parts, allows us to conclude compliance of the invention with the criterion of "industrial applicability".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображены:
на фиг. 1 - разрез устройства;
на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1.The invention is illustrated by graphic materials, which depict:
in FIG. 1 - section of the device;
in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Заявляемое изобретение "Устройство для микроподачи заготовок при шлифовании" содержит основание 1 и верхнюю плиту 2 с установленным на ней приспособлением 3 для закрепления заготовки; силовой элемент, состоящий из штока 4 с пьезоэлектрическим элементом 5, подключенным к ультразвуковому генератору (на фиг. не показан), пружины 6, корпуса 7, клиньев 8 и 9, пружин 10, 11 и двух электромагнитов 12; две планки 13, несущие шарики 14 и закрепленные винтами 15 на обоих концах силового элемента; клинья 16 и 17, закрепленные на верхней плите 2 и основании 1 винтами 18; кожух 19, закрепленный винтами 20 по периметру верхней плиты 2 и касающийся основания 1; две цилиндрические направляющие в виде скалок 21, неподвижно закрепленных в основании 1, и двух втулок 22, жестко связанных с верхней плитой 2; две пружины 23, одним концом закрепленные в скалках 21, а другим в винтах 24, ввернутых в верхнюю плиту 2 и служащих для натяжения пружин 23. The claimed invention "A device for microfeed workpieces during grinding" comprises a base 1 and an upper plate 2 with a device 3 mounted thereon for securing the workpiece; a power element consisting of a rod 4 with a piezoelectric element 5 connected to an ultrasonic generator (not shown in FIG.), a spring 6, a housing 7, wedges 8 and 9, springs 10, 11 and two electromagnets 12; two strips 13 carrying balls 14 and secured with screws 15 at both ends of the power element; wedges 16 and 17, mounted on the upper plate 2 and the base 1 with screws 18; a casing 19, fixed by screws 20 around the perimeter of the upper plate 2 and touching the base 1; two cylindrical guides in the form of rolling pins 21, fixedly mounted in the base 1, and two bushings 22, rigidly connected with the upper plate 2; two springs 23, one end fixed in rolling pins 21, and the other in screws 24, screwed into the upper plate 2 and used to tension the springs 23.

Устройство работает следующим образом. Заготовку устанавливают и закрепляют в приспособлении 3, установленном на верхней плите 2. Включают станок и производят предварительное плоское шлифование заготовки. При этом работает механизм врезной подачи станка. На этом этапе цикла шлифования с заготовки снимается основная часть припуска. По окончании первого этапа цикла шлифования механизм врезной подачи станка отключается и на пьезоэлектрический элемент 5 силового элемента подается электрический импульс, в результате чего он удлиняется и перемещает шток 4 силового элемента и планки 13 с шариками 14 в пространство между клиньями 16 и 17 (фиг. 1), тем самым перемещая верхнюю плиту 2 вверх по цилиндрическим направляющим 21-22, производя тем самым микроподачу заготовок на окончательном этапе шлифования со скоростью, определяемой подаваемым напряжением на пьезоэлемент 5 и углом наклона клиньев 16 и 17. Одновременно с этим клин 8 под действием пружины 10 перемещается в сторону штока 4 (фиг. 2) и фиксирует шток в том положении, которое он получил в результате подачи на пьезоэлектрический элемент 5 одного импульса. Затем напряжение с пьезоэлемента 5 снимается, шток укорачивается, и под действием пружины 11 клин 9 также перемещается в сторону штока 4, фиксируя пьезоэлемент и шток. После этого на пьезоэлемент 5 вновь подается электрический импульс, весь цикл повторяется, и так до тех пор, пока силовой элемент не достигает определенной длины, обеспечив в результате ряда последовательных дискретных перемещений малого шага (доли микрометра), совершаемых с большой скоростью, подъем верхней плиты 2 вместе с заготовкой на заданную величину при высокой плавности микроподачи. Скорость и шаг микроподачи определяются частотой импульсов и величиной напряжения, подаваемого на пьезоэлектрический элемент 5. По окончании обработки на электромагниты 12 подается напряжение и клинья 8 и 9 возвращаются в исходное положение, приводя в исходное положение силовой элемент под действием пружины 6 и верхнюю плиту 2 под действием пружин 23. The device operates as follows. The workpiece is installed and fixed in the fixture 3 mounted on the upper plate 2. Turn on the machine and produce preliminary flat grinding of the workpiece. At the same time, the mortise feed mechanism of the machine works. At this stage of the grinding cycle, the main part of the stock is removed from the workpiece. At the end of the first stage of the grinding cycle, the mortise feed mechanism of the machine is turned off and an electric impulse is applied to the piezoelectric element 5 of the power element, as a result of which it lengthens and moves the rod 4 of the power element and the strap 13 with balls 14 into the space between the wedges 16 and 17 (Fig. 1 ), thereby moving the upper plate 2 up along the cylindrical guides 21-22, thereby producing microfeed workpieces at the final grinding stage at a speed determined by the applied voltage to the piezoelectric element 5 and the angle of inclination it is the wedges 16 and 17. At the same time, the wedge 8 under the action of the spring 10 moves towards the rod 4 (Fig. 2) and fixes the rod in the position that it received as a result of applying one pulse to the piezoelectric element 5. Then the voltage from the piezoelectric element 5 is removed, the rod is shortened, and under the action of the spring 11, the wedge 9 also moves towards the rod 4, fixing the piezoelectric element and the rod. After that, an electric impulse is again applied to the piezoelectric element 5, the whole cycle is repeated, and so on, until the power element reaches a certain length, providing, as a result of a series of successive discrete displacements of a small step (a fraction of a micrometer), performed at high speed, the lifting of the upper plate 2 together with the workpiece by a predetermined value with high smoothness of the micro feed. The speed and micro-feed pitch are determined by the frequency of the pulses and the magnitude of the voltage supplied to the piezoelectric element 5. At the end of the processing, the electromagnets 12 are energized and the wedges 8 and 9 return to their original position, restoring the power element under the action of the spring 6 and the upper plate 2 under the action of the springs 23.

Таким образом, преимущество предлагаемого устройства заключается в том, что плоскопараллельное перемещение заготовки осуществляется одним силовым элементом, что обеспечивает повышение точности микроподачи по сравнению с приводом от двух независимых силовых элементов. Горизонтальное расположение и сама конструкция предлагаемого силового элемента в сочетании с системой клиньев значительно уменьшает габаритные размеры (высоту) устройства, повышает его жесткость и практически полностью исключает инерционность системы, что также увеличивает точность шлифования заготовок. Thus, the advantage of the proposed device lies in the fact that the plane-parallel movement of the workpiece is carried out by one power element, which provides an increase in the accuracy of the micro feed in comparison with the drive from two independent power elements. The horizontal arrangement and the design of the proposed power element in combination with a system of wedges significantly reduces the overall dimensions (height) of the device, increases its rigidity and almost completely eliminates the inertia of the system, which also increases the accuracy of grinding workpieces.

Заявляемое устройство по сравнению с прототипом позволяет повысить точность микроподачи до двух и более раз. Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды. The inventive device in comparison with the prototype allows to increase the accuracy of micro-feed up to two or more times. The claimed invention does not adversely affect the state of the environment.

Claims

A device for micro-feeding the workpiece during grinding, containing a base located parallel to the base of the upper plate with a device for securing the workpiece, a casing for guarding the device, a spring for returning the upper plate to its original position and selecting backlash, two rigidly connected to the cores of the electromagnetic wedge, characterized the fact that the device is equipped with a piezoelectric element, four oppositely rigidly pairwise fixed wedges with guides on the base and upper plate, two cylindrical guides located parallel to the base of the power element with two strips fixed to its opposite ends with balls installed in them, the balls are located in the guide wedges, the electromagnets are fixed on the body of the power element, the wedges connected to their cores and the piezoelectric element allow the length of the power element to be changed , the latter through a system of wedges provides movement along the cylindrical guides of the upper plate relative to the base tions.