RU2164852C1

RU2164852C1 - Device for vibration abrasive machining

Info

Publication number: RU2164852C1
Application number: RU99115505A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афонасьев; Н.Н. Самойлов; Г.П. Жилин; А.И. Ушаков
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-04-10

Abstract

FIELD: machining of metals hard-to-grind and disposed for burns. SUBSTANCE: device may be used for grinding, grinding-and-honing, honing and polishing. Device has abrasive wheel with axially-shifted cutting layer obtained due to installation of it at an angle to axis of rotation by means of taper washers and slanting end of flange. Taper washers are provided with nonparallel ends made at an angle α,. They allow continuous variation of wheel slope angle from 0 to 2α. Assembled wheel is secured on flange positioned on spindle for axial reciprocating motion by means of involute-splined joint. Rubber shock absorbers promoting the wheel reciprocating axial oscillations are installed at flange ends. Oscillations are produced by end cam mounted on tail spindle and transmitted through roller which contacts cam and is mounted on one end of spring-loaded pusher installed loosely in guide body fixed on spindle. It is spring-loaded to ensure permanent contact of roller with end cam. Other end of pusher is hinge-connected in flange recess. As a result of device operation, rotary and axial oscillatory motions are superimposed, and it improved quality of machining. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к механической обработке трудношлифуемых, склонных к прижогам металлов абразивным инструментом и может быть использовано при шлифовании, шлифохонинговании, хонинговании и полировании. The invention relates to the machining of hard-to-grind metals prone to burns with an abrasive tool and can be used in grinding, grinding, honing and polishing.

Известен способ шлифования с наложением колебаний на шлифовальный шпиндель с кругом в направлении, нормальном к плоскости шлифования с ультразвуковой частотой [1]. Устройство, реализующее способ, содержит вибратор, выполненный в виде магнитострикционного сердечника, и генератор тока с ультразвуковой частотой. A known method of grinding with the imposition of oscillations on the grinding spindle with a circle in the direction normal to the grinding plane with an ultrasonic frequency [1]. A device that implements the method includes a vibrator made in the form of a magnetostrictive core, and a current generator with an ultrasonic frequency.

Однако, сообщение нормальных к плоскости шлифования колебаний вызывает переменную глубину шлифования и повышение шероховатости обработанной поверхности при работе незатупленным кругом. Это существенно проявляется при обработке в режиме выхаживания. Кроме того, в процессе шлифования при сообщении колебаний возникают зоны пониженной виброустойчивости. Это объясняется тем, что при сообщении колебаний создается переменное давление и трение в контакте круга и детали, которые при неблагоприятных соотношениях частот собственных и сообщаемых колебаний вызывают сужение области устойчивости. При этом автоколебания могут возникать не только в связи с самим процессом шлифования, но и из-за переменного давления и трения, что существенно ухудшает качество обработанной поверхности, повышает расход инструмента и снижает производительность обработки. However, the communication of vibrations normal to the grinding plane causes a variable grinding depth and an increase in the roughness of the treated surface when working with a blunt circle. This is significantly manifested when processing in nursing mode. In addition, during grinding, when vibrations are reported, zones of reduced vibration resistance arise. This is due to the fact that when the oscillations are reported, alternating pressure and friction are created in the contact of the circle and the part, which, with unfavorable ratios of the frequencies of natural and reported vibrations, cause a narrowing of the stability region. In this case, self-oscillations can occur not only in connection with the grinding process itself, but also due to variable pressure and friction, which significantly worsens the quality of the processed surface, increases tool consumption and reduces processing productivity.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для вибрационной абразивной обработки поверхностей периферией круга, содержащее связанный со шпинделем станка шлифовальный круг, торцевой кулачок и ролик [2]. Closest to the invention in technical essence is a device for vibrational abrasive surface treatment by the periphery of a circle, containing a grinding wheel, an end cam, and a roller [2] connected to the machine spindle.

Недостатками известного устройства является то, что вращающий момент, идущий на преодоление сопротивлению резания, передается через привод колебательного вращательного движения, в котором неизбежны люфты и зазоры, появляющиеся при сборке и эксплуатации и которые снижают виброустойчивость процесса шлифования, ухудшают качество обработанной поверхности и ведут к быстрому износу и отказу в работе устройства в целом. The disadvantages of the known device is that the torque going to overcome the cutting resistance is transmitted through an oscillatory rotational motion drive, in which backlash and gaps appearing during assembly and operation are inevitable and which reduce the vibration resistance of the grinding process, worsen the quality of the processed surface and lead to fast wear and tear of the device as a whole.

Помимо сложного по конструкции и малоэффективного в работе возбудителя колебаний, узкая специализация известного устройства ограничивает область применения конструкции. In addition to the structurally complex and ineffective oscillator, the narrow specialization of the known device limits the scope of the design.

Задача изобретения - повышение качества и производительности обработки за счет сообщения инструменту низкочастотных, равных частоте вращения круга, колебаний. The objective of the invention is to improve the quality and productivity of processing by reporting the tool low-frequency equal to the frequency of rotation of the circle, oscillations.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для вибрационной абразивной обработки поверхностей периферией круга, содержащего связанный со шпинделем станка шлифовальный круг, торцевой кулачок, смонтированный на пиноли с возможностью контакта с роликом, при этом оно снабжено направляющим корпусом, неподвижно закрепленным на шпинделе, фланцем, установленным с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения на шпинделе с помощью эвольвентно-шлицевого соединения и несущим шлифовальный круг, установленный под углом к оси вращения с получением аксиально-смещенного режущего слоя, резиновыми амортизаторами, установленными с торцов фланца, подпружиненным толкателем, установленным с возможностью свободного возвратно-поступательного перемещения в направляющем корпусе и шарнирно связанным одним концом с фланцем, а на другом конце несущим ролик. The problem is solved using the proposed device for vibrational abrasive surface treatment by the periphery of the wheel, containing a grinding wheel connected to the machine spindle, an end cam mounted on the pin with the possibility of contact with the roller, while it is equipped with a guide body fixedly mounted on the spindle, a flange mounted with the possibility of axial reciprocating movement on the spindle using involute-spline connection and bearing a grinding wheel, installed d at an angle to the axis of rotation to obtain an axially offset cutting layer, rubber shock absorbers mounted on the ends of the flange, a spring-loaded pusher mounted with the possibility of free reciprocating movement in the guide body and pivotally connected at one end to the flange, and on the other end bearing a roller .

На фиг. 1 изображено устройство для вибрационной абразивной обработки поверхностей периферией круга, общий вид; на фиг. 2 - вид по Б на фиг. 1, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 2. In FIG. 1 shows a device for vibration abrasive surface treatment by the periphery of a circle, a general view; in FIG. 2 is a view according to B in FIG. 1, a longitudinal section; in FIG. 3 is a section along AA in FIG. 2.

Устройство для вибрационной абразивной обработки поверхностей периферией круга содержит абразивный круг 1 с аксиально-смещенным режущим слоем, полученным благодаря установке его под углом к оси вращения с помощью косых шайб 2 и косого торца 3 фланца 4. Косые шайбы 2, имеющие непараллельные торцы, изготовленные под углом α, позволяют плавно изменять угол наклона круга от 0 до 2α. A device for vibrational abrasive treatment of surfaces by the periphery of a circle contains an abrasive wheel 1 with an axially offset cutting layer obtained by installing it at an angle to the axis of rotation using oblique washers 2 and oblique end face 3 of flange 4. Oblique washers 2 having non-parallel ends made under angle α, allow you to smoothly change the angle of the circle from 0 to 2α.

Круг 1 в сборе закрепляется на фланце 4 гайкой 5. Эвольвентное шлицевое подвижное в осевом направлении соединение фланца 4 со шпинделем 6 (выполненное, например, с размерами и посадкой 35 x 2 x 9H/9g ГОСТ 6033-80) обеспечивает передачу вращающего момента и осевые возвратно-поступательные колебательные движения кругу. Осевые колебания создаются торцовым кулачком 7, который смонтирован на пиноли 8, и передаются через ролик 9, контактирующий с кулачком 7 и смонтированный на одном конце подпружиненного толкателя 10. The complete assembly 1 is fixed to the flange 4 by a nut 5. An involute spline axially movable joint of the flange 4 with the spindle 6 (made, for example, with dimensions and fit 35 x 2 x 9H / 9g GOST 6033-80) provides torque transmission and axial reciprocating oscillatory motion circle. Axial vibrations are created by the end cam 7, which is mounted on the pins 8, and transmitted through a roller 9 in contact with the cam 7 and mounted on one end of the spring-loaded pusher 10.

Направляющий корпус 11, в котором подвижно установлен толкатель 10, закреплен на шпинделе 6 неподвижно с помощью штифтов 12 и винтов 13. Пружина 14 обеспечивает постоянный контакт ролика 9 с торцовым кулачком 7. Другой конец толкателя 10 шарнирно закреплен в пазу 15 фланца 4 с помощью оси 16. Амортизационные, например, резиновые шайбы 17, установленные с торцов фланца 4, способствуют возвратно-поступательным осевым колебательным движениям круга 1. The guide body 11, in which the pusher 10 is movably mounted, is fixed to the spindle 6 fixedly using pins 12 and screws 13. The spring 14 provides constant contact of the roller 9 with the end cam 7. The other end of the pusher 10 is pivotally fixed in the groove 15 of the flange 4 with an axis 16. Shock-absorbing, for example, rubber washers 17, installed from the ends of the flange 4, contribute to the reciprocating axial oscillatory movements of the circle 1.

Гайки 18 с шайбами 19 позволяют подвижно с возможностью осевых колебаний закрепить фланец 4 с кругом 1 на шпинделе 6 и обеспечить необходимое усилие амортизации. Nuts 18 with washers 19 allow the flange 4 with a circle 1 to be mounted on the spindle 6 movably with the possibility of axial vibrations and provide the necessary cushioning force.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При вращении шпинделя 6 получают вращение фланец 4 и круг 1. Одновременно происходит обкатывание ролика 9 по неподвижной профильной беговой дорожке кулачка 7. В результате подпружиненный в сторону кулачка толкатель 10 совершает осевое возвратно-поступательное движение, приводя в колебательное продольное движение круг 1 через фланец 4. Чтобы уменьшить силы трения в эвольвентном шлицевом соединении, необходимо фланец изготовить, например, из антифрикционного чугуна марки АЧС-1 или АЧС-2 ГОСТ 1585-70. When the spindle 6 is rotated, the flange 4 and the circle 1 are rotated. At the same time, the roller 9 is rolled around the stationary profile treadmill of the cam 7. As a result, the pusher 10 spring-loaded toward the cam makes an axial reciprocating motion, leading the oscillating longitudinal motion of the circle 1 through the flange 4 To reduce the friction forces in an involute spline connection, it is necessary to make the flange, for example, from antifriction cast iron of the AChS-1 or AChS-2 brand GOST 1585-70.

В результате наложения вращательного и осевого колебательного движений создается перекрестное движение абразивных зерен круга относительно вектора скорости подачи заготовки и периодически изменяется скорость резания и сила трения. As a result of superposition of the rotational and axial oscillatory motions, a cross movement of the abrasive grains of the circle is created relative to the feed vector of the workpiece and the cutting speed and friction force periodically change.

Благодаря этому облегчается съем металла и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания, вследствие чего полностью подавляются автоколебания и сила трения уменьшается до 4 раз. Due to this, metal removal and chip formation are facilitated, grain self-sharpening is improved, and variable forces are actively redistributed in the cutting plane, as a result of which self-oscillations are completely suppressed and the friction force is reduced up to 4 times.

Величина подъема беговой дорожки кулачка 7, определяющая величину амплитуды колебательного движения, и положение подъема беговой дорожки кулачка относительно углового положения круга могут быть выбраны так, чтобы эти положения совпали при максимальной амплитуде. Это позволит увеличить число активно работающих абразивных зерен и интенсифицировать срезание выступов неровностей поверхности. The lifting amount of the cam treadmill 7, which determines the amplitude of the vibrational movement, and the lifting position of the cam treadmill relative to the angular position of the circle can be selected so that these positions coincide at the maximum amplitude. This will increase the number of actively working abrasive grains and intensify the cutting of the protrusions of surface irregularities.

При этом на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты. At the same time, a wear-resistant regular microrelief is formed on the treated surface with the cross direction of the patterns and roughnesses of small and uniform height.

Полное подавление автоколебаний и уменьшение силы трения при использовании предлагаемого устройства позволяет повысить режимы и производительность обработки в 2-4 раза без ухудшения качества обработанной поверхности. Кроме того, в таких условиях стойкость инструмента возрастает до 2 раз, а в процессе шлифования жесткими кругами - до 9 раз и более, по сравнению со стойкостью при традиционной абразивной обработке без наложения колебаний. The complete suppression of self-oscillations and a decrease in the friction force when using the proposed device allows to increase the processing modes and productivity by 2-4 times without deteriorating the quality of the processed surface. In addition, under such conditions, the tool life increases up to 2 times, and during grinding with hard circles - up to 9 times or more, compared with the resistance in traditional abrasive machining without imposing vibrations.

Предлагаемое устройство позволяет повысить производительность также благодаря совмещению черновой и чистовой обработки. При шлифовании мягкими кругами обеспечивается однотонная зеркально чистая поверхность с малой высотой неровностей. The proposed device can improve productivity also by combining roughing and finishing. When grinding with soft circles, a plain, mirror-clean surface with a low unevenness is provided.

Вибрационное шлифование с применением устройства жесткими абразивными кругами с аксиально-смещенным режущим слоем не уступает по производительности высокоскоростному шлифованию, но обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности. При этом снижение силы трения позволяет уменьшить мощность электропривода, металлоемкость и размеры оборудования. Это указывает на эффективный путь энергосбережения при обработке вибрационным шлифованием. Vibration grinding using the device with hard abrasive wheels with an axially offset cutting layer is not inferior in performance to high-speed grinding, but it improves the quality of the processed surface. At the same time, a decrease in the friction force makes it possible to reduce the electric drive power, metal consumption, and equipment dimensions. This indicates an efficient way to save energy when machined by vibration grinding.

Возбуждение колебаний с помощью предлагаемого устройства позволяет отказаться от дорогостоящих магнитострикционных и электромагнитных вибраторов, уменьшить расход энергии на возбуждение колебаний, уменьшить динамические нагрузки на подшипники опор шпинделя и повысить долговечность оборудования. The excitation of oscillations using the proposed device eliminates the cost of magnetostrictive and electromagnetic vibrators, reduce energy consumption for excitation of oscillations, reduce dynamic loads on bearings of the spindle bearings and increase the durability of the equipment.

Источники информации, принятые во внимание
1. Патент США N 3579927, кл 51-281,1971.Sources of information taken into account
1. US patent N 3579927, CL 51-281.1971.

2. А. С.СССР N 1371893 A1, МКИ B 24 D 5/00. Институт сверхтвердых материалов АН УССР.- заявл. 07.02.1988 г. - прототип. 2. A. C. USSR no. 1371893 A1, MKI B 24 D 5/00. Institute of Superhard Materials, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. 02/07/1988 - a prototype.

Claims

A device for vibrational abrasive treatment of surfaces by the periphery of a circle, comprising a grinding wheel associated with a machine spindle, an end cam mounted on pins with the possibility of contact with a roller, characterized in that it is provided with a guide body fixedly mounted on the spindle, a flange mounted axially reciprocally - translational movement on the spindle using an involute spline connection and bearing a grinding wheel mounted at an angle to the axis of rotation to obtain ax an orally-displaced cutting layer, with rubber shock absorbers mounted from the ends of the flange, a spring-loaded pusher, mounted with the possibility of free reciprocating movement in the guide body and pivotally connected at one end with the flange and at the other end bearing a roller.