RU2199419C2

RU2199419C2 - Apparatus for blade-abrasive working

Info

Publication number: RU2199419C2
Application number: RU2001113378A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афанасьев; В.В. Бородин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: machine engineering, namely combination type apparatuses for combined blade and abrasive working of outer cylindrical surfaces of parts such as shafts. SUBSTANCE: apparatus includes cutter holder with cutters mounted in it and abrasive portion mounted with possibility of radial motion. The last includes abrasive blocks mounted with possibility of lengthwise oscillation by action of rocking mechanism. Said mechanism includes disc mounted in thrust bearing assemblies, drum with tapered end and wheels engaging with worked shaft and elastically joined with disc through brackets and springs. Such construction allows to make parts such as shafts with high accuracy and surface quality at equalizing efforts of turning and abrasive cutting. EFFECT: improved design providing possibility for making shafts with high accuracy and enhanced surface quality. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к комбинированным устройствам для совмещенной токарно-абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей типа валов. The invention relates to mechanical engineering, in particular to combined devices for combined turning and abrasive processing of the outer cylindrical surfaces of parts such as shafts.

Известно устройство для токарно-абразивной обработки валов, которое содержит резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивную часть, установленную с возможностью радиального перемещения посредством привода радиальной настройки [1]. A device for turning and abrasive processing of shafts is known, which comprises a tool holder with cutters fixed in it and an abrasive part mounted with the possibility of radial movement by means of a radial adjustment drive [1].

Основным недостатком данного устройства является то, что в начальный момент и в течение определенного промежутка времени резцы производят обработку без захвата абразивной частью обрабатываемого вала, т.е. исключается функция неформирующей абразивной части как подвижной люнетной системы, что приводит к появлению дефектного участка на поверхности вала, а также к возможным вибрациям всей системы. При дальнейшей обработке, шлифуя дефектный участок, абразивная часть копирует имеющиеся погрешности, что приводят к появлению новых погрешностей от обработки резцом и т.д. Таким образом, суммарный дефектный участок может иметь размер длиной до четырех длин первоначального дефектного участка. Это увеличивает брак и снижает производительность. The main disadvantage of this device is that at the initial moment and for a certain period of time, the cutters perform processing without trapping the abrasive part of the processed shaft, i.e. the function of the non-forming abrasive part as a mobile lunette system is excluded, which leads to the appearance of a defective area on the shaft surface, as well as to possible vibrations of the entire system. During further processing, grinding the defective area, the abrasive part copies the existing errors, which lead to the appearance of new errors from processing with a cutter, etc. Thus, the total defective portion may have a size of up to four lengths of the original defective portion. This increases rejects and reduces productivity.

Задача изобретения - получение деталей типа валов высокой точности и качества поверхности посредством уравновешивания сил токарного и абразивного резания, увеличения жесткости технологической системы станок - приспособление - инструмент - деталь, а также расширение технологических возможностей, повышение производительности и качества обработки, снижение волнистости и кривизны обрабатываемой поверхности за счет применения совмещенной обработки резанием лезвийным и самоцентрирующим и осциллирующим абразивным инструментами. The objective of the invention is to obtain parts such as shafts of high accuracy and surface quality by balancing the forces of turning and abrasive cutting, increasing the rigidity of the technological system machine - tool - tool - part, as well as expanding technological capabilities, increasing productivity and quality of processing, reducing the waviness and curvature of the processed surface through the use of combined cutting cutting with blade and self-centering and oscillating abrasive tools.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для лезвийно-абразивной обработки валов, содержащего резцедержатель с закрепленными в нем резцами и абразивную часть, установленную с возможностью радиального перемещения, при этом абразивная часть содержит абразивные бруски, установленные с возможностью продольной осцилляции посредством механизма осцилляции, состоящего из смонтированного на упорных подшипниках диска, барабана с косым торцом и колес, контактирующих с обрабатываемым валом и упруго соединенных с диском посредством кронштейнов и пружин. The problem is solved using the proposed device for blade-abrasive machining of shafts, containing a tool holder with fixed cutters and an abrasive part mounted with the possibility of radial movement, while the abrasive part contains abrasive bars installed with the possibility of longitudinal oscillation through an oscillation mechanism consisting of mounted on thrust bearings of a disk, a drum with an oblique end face and wheels in contact with the work shaft and elastically connected to the disk by means of brackets and springs.

Кроме того, устройство снабжено механизмом радиальной подачи абразивных брусков, выполненным в виде диска с отверстием криволинейного профиля и рукояткой управления и диска с направляющими радиальными пазами, при этом абразивные бруски выполнены с планками, пружинами для прижима брусков к косому торцу барабана и шариками, установленными с торца планок на их наружной поверхности. In addition, the device is equipped with a radial feed mechanism for abrasive bars made in the form of a disk with a curved profile hole and a control handle and a disk with radial grooves, while the abrasive bars are made with straps, springs for pressing the bars to the oblique end face of the drum and balls installed with the ends of the strips on their outer surface.

На фиг.1 представлено устройство для лезвийно-абразивной обработки, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А - А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б - Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.1. Figure 1 presents a device for blade-abrasive processing, General view, a longitudinal section; figure 2 - section a - a in figure 1; figure 3 - section B - B in figure 1; figure 4 - view In figure 1.

Устройство устанавливается на суппорт токарно-винторезного станка и включает в себя обрабатывающую головку (корпус) 1, установленную в ней лезвийную токарную режущую часть (блок) 2 с резцами, абразивную часть 3 с осциллирующими абразивными брусками 4 и механизм осциллирующего движения 5. The device is installed on the support of a screw-cutting lathe and includes a processing head (housing) 1, a blade turning turning part (block) 2 mounted in it with cutters, an abrasive part 3 with oscillating abrasive bars 4 and an oscillating movement mechanism 5.

Абразивные бруски 4, имеющие возможность продольной осцилляции, одним торцом (например, левым, согласно фиг.1) контактируют через шарик 6 с косым торцом барабана 7. Барабан 7 смонтирован на диске 8, который установлен на упорных подшипниках 9 и приводится во вращение с помощью колес 10, упруго закрепленных на диске 8. Крепление контактирующих с деталью 11 колес 10 на вращающемся диске 8 осуществляется с помощью кронштейнов 12, в радиальных пазах которых установлены оси колес 10 с пружинами 13. Эта конструкция механизма привода осциллирующего движения брусков 4 позволяет передавать вращательное движение от детали 11 к барабану 7 за счет беззазорного обката колес 10 по обработанной поверхности детали. Abrasive bars 4, with the possibility of longitudinal oscillations, with one end (for example, left, according to Fig. 1) are in contact through the ball 6 with the oblique end of the drum 7. The drum 7 is mounted on the disk 8, which is mounted on the thrust bearings 9 and is rotated by wheels 10, elastically mounted on the disk 8. The wheels 10 in contact with the part 11 are mounted on the rotating disk 8 using brackets 12, in the radial grooves of which the axles of the wheels 10 with springs 13 are mounted. This design of the oscillating drive mechanism bars 4 allows you to transmit rotational motion from the part 11 to the drum 7 due to the clearance-free rolling of the wheels 10 along the machined surface of the part.

Радиальную подачу S_p абразивных брусков 4 осуществляют путем вращения диска 14 с помощью рукоятки управления 15, который имеет отверстие криволинейного профиля. Диск 14 охватывает абразивные бруски 4, которые контактируют с криволинейным профилем 16 отверстия диска через шарики 17, завальцованные в планке 18 брусков 4. Кроме того, радиальную подачу осуществляют по причине износа абразивных брусков 4. Благодаря криволинейному профилю 16 отверстия диск 14 постоянно оказывает силовое воздействие и обеспечивает равномерную радиальную подачу и самоцентрирование всех абразивных брусков 4 с учетом осцилляции последних.The radial feed S _{p of} abrasive bars 4 is carried out by rotating the disk 14 using the control handle 15, which has an opening of a curved profile. The disk 14 covers the abrasive bars 4, which are in contact with the curved profile 16 of the hole of the disk through the balls 17, rolled in the strip 18 of the bars 4. In addition, the radial feed is carried out due to wear of the abrasive bars 4. Due to the curved profile 16 of the hole, the disk 14 constantly exerts a force and provides uniform radial feed and self-centering of all abrasive bars 4, taking into account the oscillations of the latter.

Радиальное направление перемещения брусков 4 обеспечивается пазами диска 19, в которых свободно располагаются и перемещаются бруски 4. Диск 19 неподвижно закреплен в корпусе устройства. Постоянный прижим брусков 4 в продольном направлении к косому торцу барабана 7 осуществляется упругими элементами - пружинами 20. The radial direction of movement of the bars 4 is provided by the grooves of the disk 19, in which the bars 4 are freely positioned and moved. The disk 19 is fixedly mounted in the device body. The constant clamping of the bars 4 in the longitudinal direction to the oblique end face of the drum 7 is carried out by elastic elements - springs 20.

Развод в радиальном направлении брусков при окончании обработки и при смене обрабатываемой детали может производиться с помощью пружин (не показаны), соединяющих каждую планку 18 бруска 4 с дисками 14 и 19. The radial divergence of the bars at the end of processing and when changing the workpiece can be done using springs (not shown) connecting each bar 18 of bar 4 with disks 14 and 19.

Деталь (вал) 11 устанавливается одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке 21. Диаметр втулки 21 не превышает диаметр обрабатываемой детали 11 после токарной обработки лезвийным инструментом. Part (shaft) 11 is installed at one end in the spindle of the machine, and the other in the guide sleeve 21. The diameter of the sleeve 21 does not exceed the diameter of the workpiece 11 after turning with a blade tool.

Резцы в режущей части (блоке) 2 предварительно настраиваются на размер обработки с учетом последующей абразивной обработки с помощью винтов 22. Абразивные бруски 4 упругой абразивной части 3 также предварительно устанавливаются на заданный размер обработки с помощью диска 14. The cutters in the cutting part (block) 2 are pre-adjusted to the processing size, taking into account the subsequent abrasive processing using screws 22. The abrasive bars 4 of the elastic abrasive part 3 are also pre-set to the specified processing size using the disk 14.

Настройка брусков 4 на размер обработки производится вручную рукояткой управления 15 путем вращения диска 14, позволяющий осуществить самоцентрирование брусков и использовать их в качестве подвижной опоры - люнета, повышающего точность обработки. The bars 4 are adjusted to the processing size manually by the control handle 15 by rotating the disk 14, which allows the bars to be self-centered and used as a movable support - a rest, increasing the accuracy of processing.

До начала обработки резцы режущей части (блока) 2 охватывают деталь 11, а колеса 10 и абразивные бруски 4 - направляющую втулку 21. Prior to processing, the cutters of the cutting part (block) 2 cover the part 11, and the wheels 10 and the abrasive bars 4 - the guide sleeve 21.

Включается СОЖ, вращение детали и продольная подача устройства. Резцы режущей части (блока) 2 начинают обрабатывать деталь 11. Колеса 10 привода механизма осцилляции и абразивные бруски 4 перемещаются по направляющей втулке 21. Функция колес 10 и абразивных брусков 4 в данный момент заключается в удержании детали 11 через втулку 21 от смещения вследствие действия сил резания токарной обработки, т.е. роль подвижного люнета. It includes coolant, part rotation and longitudinal feed of the device. The cutters of the cutting part (block) 2 begin to process the part 11. The wheels 10 of the drive of the oscillation mechanism and the abrasive bars 4 move along the guide sleeve 21. The function of the wheels 10 and abrasive bars 4 at the moment is to hold the part 11 through the sleeve 21 from displacement due to the action of forces turning turning, i.e. the role of a mobile lunette.

По прошествии определенного промежутка времени резцы режущей части (блока) 2 создают участок поверхности определенной длины с заданной точностью и за счет предварительно выставленного размера обработки продолжают процесс резания с заданной точностью. Колеса 10 наезжают на вращающуюся деталь и приводят во вращение относительно продольной оси барабан 7 механизма осцилляции. Косой торец барабана 7, набегая на планку 18, и пружина возврата 20, которая постоянно прижимает брусок к барабану, заставляют продольно осциллировать абразивные бруски 4. Абразивная часть 3 с брусками 4, находящаяся в одной головке 1 с токарной частью 2, начинает абразивную обработку детали 11. При этом переход брусков 4 на деталь 11 происходит плавно, так как минимальный диаметр направляющей втулки 21 не превышает по величине диаметр детали 11 после токарной обработки. After a certain period of time, the cutters of the cutting part (block) 2 create a surface area of a certain length with a given accuracy and, due to the previously set processing size, continue the cutting process with a given accuracy. The wheels 10 run over a rotating part and rotate relative to the longitudinal axis of the drum 7 of the oscillation mechanism. The oblique end face of the drum 7, running onto the bar 18, and the return spring 20, which constantly presses the bar against the drum, force the abrasive bars 4 to oscillate longitudinally. The abrasive part 3 with the bars 4, located in the same head 1 with the turning part 2, starts abrasive processing of the part 11. In this case, the transition of the bars 4 to the part 11 occurs smoothly, since the minimum diameter of the guide sleeve 21 does not exceed the diameter of the part 11 after turning.

По мере абразивной обработки бруски изнашиваются и за счет поворота рукоятки 15 с диском 14 будет осуществляться самоцентрирующая радиальная подача брусков 4 при их продольной осцилляции. Амплитуда осцилляции зависит от расстояния точки контакта шаровой опоры 6 планки 18 с барабаном 7 до оси вращения и угла наклона косого торца барабана 7. In the process of abrasive processing, the bars wear out and due to the rotation of the handle 15 with the disk 14, a self-centering radial feed of the bars 4 will be carried out during their longitudinal oscillation. The oscillation amplitude depends on the distance of the contact point of the ball joint 6 of the bar 18 with the drum 7 to the axis of rotation and the angle of inclination of the oblique end face of the drum 7.

В результате наложения вращательного движения детали и осевого колебательного движения абразивных брусков создается перекрестное движение абразивных зерен брусков относительно вектора скорости подачи головки и периодически изменяются скорость резания и сила трения. As a result of superposition of the rotational movement of the part and the axial oscillatory motion of the abrasive bars, a cross movement of the abrasive grains of the bars is created relative to the head feed vector and the cutting speed and friction force are periodically changed.

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.

Совмещенная токарная и вибрационная абразивная обработка позволяет увеличить число активно работающих абразивных зерен и интенсифицировать срезание выступов неровностей поверхности. Combined turning and vibration abrasive processing allows to increase the number of actively working abrasive grains and to 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 абразивного инструмента возрастает в 2 раза по сравнению со стойкостью при традиционной абразивной обработке без наложения колебаний. Full 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 compromising the quality of the processed surface. In addition, under such conditions, the resistance of an abrasive tool increases by 2 times compared with the resistance in traditional abrasive machining without imposing vibrations.

С помощью разработанной головки проводилась лезвийно-абразивная обработка с наложением продольных вибраций на абразивные бруски на токарно-винторезном станке мод. 16К20. Обрабатывали участок ходового валика ⌀ 40 h7 мм и длиной l=1210 мм; длина валика 1260 мм. Шероховатость обработанной поверхности Ra= 1,25 мкм. Припуск на сторону 2...3 мм. Материал заготовки - сталь 40Х. Способ крепления заготовки - одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке. Диаметр втулки не превышает диаметр обрабатываемой детали после токарной обработки. В качестве абразивных брусков взяты шлифовальные выпукло-вогнутые сегменты типа 1С 60•85•60•75 14А С1-33Б ГОСТ 2464-82; режимы резания: скорость и частота вращения детали v_д=125,6 м/мин (≅ 2,1 м/с); n_д= 1000 об/мин; продольная подача S_пр=0,195 мм/об; поперечная подача S_p - ручная.Using the developed head, blade-abrasive machining was performed with longitudinal vibrations applied to the abrasive bars on a mod screw-cutting machine. 16K20. A section of the roller ⌀ 40 h7 mm and a length l = 1210 mm was machined; roller length 1260 mm. The roughness of the treated surface Ra = 1.25 microns. The allowance on the side is 2 ... 3 mm. The workpiece material is 40X steel. The workpiece is secured by one end in the machine spindle and the other in the guide sleeve. The diameter of the sleeve does not exceed the diameter of the workpiece after turning. Grinding convex-concave segments of the type 1C 60 • 85 • 60 • 75 14A S1-33B GOST 2464-82 were taken as abrasive bars; cutting conditions: speed and frequency of rotation of the part v _d = 125.6 m / min (≅ 2.1 m / s); n _d = 1000 rpm; longitudinal feed S _ol = 0.195 mm / rev; lateral feed S _p - manual.

Необходимые точность и шероховатость были достигнуты за два прохода, на которые потребовалось основное машинное время
Т_м=1220•2/(1000•0,195)=12,51 мин.The necessary accuracy and roughness were achieved in two passes, which required the main machine time
T _m = 1220 • 2 / (1000 • 0.195) = 12.51 min.

Это в 3,9 раза быстрее, чем при традиционном раздельном способе точения и круглого шлифования, при этом прижогов и микротрещин не обнаружено. This is 3.9 times faster than with the traditional separate method of turning and round grinding, while burns and microcracks were not found.

Совмещенная токарная и вибрационная обработка абразивными брусками обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности, при этом снижение силы трения позволяет уменьшить мощность привода, металлоемкость и размеры оборудования. Это указывает на эффективный путь энергосбережения при комбинированной обработке. Combined turning and vibration processing with abrasive bars provides an improvement in the quality of the processed surface, while reducing friction forces reduces drive power, metal consumption and equipment size. This indicates an efficient way to save energy in combination processing.

Возбуждение колебаний с помощью предлагаемой головки 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 vibrations using the proposed head allows you to abandon the expensive magnetostrictive and electromagnetic vibrators, reduce energy consumption for excitation of vibrations, reduce dynamic loads on the bearings of the spindle bearings and increase the durability of the equipment.

Предлагаемое устройство для лезвийно-абразивной обработки с наложением вибраций на абразивные бруски позволяет расширить технологические возможности, повысить производительность и качество обработки, снизить волнистость и кривизну обрабатываемой поверхности за счет применения совмещенной обработки резанием лезвийным и абразивным инструментами, а также увеличить режимы обработки и повысить стойкость абразивного инструмента благодаря самоцентрированию абразивных брусков и работе их в качестве подвижного люнета и путем обеспечения лучшего охлаждения. The proposed device for blade-abrasive processing with the imposition of vibrations on the abrasive bars allows you to expand technological capabilities, increase productivity and quality of processing, reduce the waviness and curvature of the processed surface by using combined cutting with blade and abrasive tools, as well as increase processing modes and increase the resistance of abrasive tool due to the self-centering of the abrasive bars and their work as a movable lunette and by I better cooling.

Источники информации
1. Авторское свидетельство SU, МКИ В 23 В 1/0. Способ токарно-абразивной обработки цилиндрической поверхности. 05.11.1978 - прототип.Sources of information
1. Copyright certificate SU, MKI 23 V 1/0. The method of turning and abrasive processing of a cylindrical surface. 11/05/1978 - a prototype.

Claims

1. Device for blade-abrasive machining of shafts, comprising a tool holder with fixed cutters and an abrasive part mounted with the possibility of radial movement, characterized in that the abrasive part contains abrasive bars mounted with the possibility of longitudinal oscillation by means of an oscillation mechanism consisting of mounted on thrust bearings of a disk, a drum with an oblique end face and wheels in contact with the work shaft and elastically connected to the disk by means of brackets and springs.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with a radial feed mechanism of abrasive bars made in the form of a disk with a curved profile hole and a control handle and a disk with radial grooves, while the abrasive bars are made with strips, springs for pressing the bars to the oblique end of the drum and balls installed from the end of the strips on their outer surface.