RU2203798C2

RU2203798C2 - Apparatus for abrasive working of screws by embracing tool

Info

Publication number: RU2203798C2
Application number: RU2001117665/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афанасьев; Д.Л. Кобзев; В.В. Бородин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly finishing screw surfaces of accurate screws, for example screw pump screws made of hard-to-grind materials by embracing grinding method. SUBSTANCE: apparatus includes tool in the form of tore-like elastic envelope embracing part and having abrasive layer on inner surface of tore. Elastic envelope allows to realize radial motion of abrasive layer at grinding process in order to provide uniform distribution of removed allowance. EFFECT: enhanced quality, efficiency of working high-accuracy screws due to increased contact area of tool and blank, intensified working modes of screw surfaces. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, к области станкостроения и может быть использовано при финишной абразивной обработке винтовых поверхностей точных винтов, например винтов винтовых насосов, из трудношлифуемых материалов методом охватывающего шлифования. The invention relates to mechanical engineering, to the field of machine tool engineering and can be used in the final abrasive treatment of screw surfaces of precision screws, for example, screw pumps, from hard-to-grind materials using the method of covering grinding.

Известен способ финишной абразивной обработки винтов, включающий сообщение шлифовальному кругу, установленному под углом, равным углу подъема витка винтовой поверхности, вращения, перемещения в поперечном направлении и поступательного движения с продольной подачей, равной шагу винта, а детали - вращения вокруг своей оси со скоростью, связанной со скоростью продольной подачи круга, при этом в качестве круга используют охватывающий деталь шлифовальный круг, который устанавливают с эксцентриситетом относительно оси обрабатываемой детали, а перемещение круга в поперечном направлении осуществляют увеличением эксцентриситета на каждый двойной ход продольной подачи, кроме того, вращение круга и обрабатываемой детали производят в разных направлениях с разными скоростями [1]. Причем осуществляют последовательную обработку выступа и впадины винтовой поверхности, для чего используют охватывающий шлифовальный круг, имеющий в поперечном сечении внутреннюю рабочую поверхность соответственно в виде впадины и в виде выступа. A known method for the final abrasive processing of screws, comprising communicating to a grinding wheel installed at an angle equal to the angle of elevation of the winding of the screw surface, rotation, displacement in the transverse direction and translational motion with a longitudinal feed equal to the pitch of the screw, and the details of rotation around its axis with speed, associated with the speed of the longitudinal feed of the circle, while the grinding wheel covering the part is used as a circle, which is set with eccentricity relative to the axis of the workpiece and, and the movement of the circle in the transverse direction is carried out by increasing the eccentricity for each double stroke of the longitudinal feed, in addition, the rotation of the circle and the workpiece is produced in different directions with different speeds [1]. Moreover, sequential processing of the protrusion and the depressions of the helical surface is carried out, for which a female grinding wheel is used, having an inner working surface in cross section in the form of a depression and in the form of a protrusion.

Недостатками приведенного способа шлифования являются: невысокая точность, качество и производительность обработки из-за одностороннего действия поперечной силы резания, которая будет прогибать нежесткий обрабатываемый вал и требует применения подвижного люнета, при этом сложность конструкции головки (необходим индивидуальный привод вращения инструмента) для реализации этого способа удорожает отделочную обработку. The disadvantages of the above grinding method are: low accuracy, quality and machining productivity due to the one-sided action of the transverse cutting force, which will bend the non-rigid machined shaft and require the use of a movable lunette, while the head design is complex (an individual rotation tool is required) to implement this method increases the cost of finishing.

Задачей изобретения является повышение качества, производительности и точности обработки винтов за счет использования охватывающего абразивного инструмента и устройства его крепления при шлифовании, увеличивающее площадь контакта инструмента и заготовки и позволяющее интенсифицировать обработку винтовых поверхностей. The objective of the invention is to improve the quality, performance and accuracy of processing screws through the use of a covering abrasive tool and a device for attaching it during grinding, increasing the contact area of the tool and the workpiece and allowing to intensify the processing of screw surfaces.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для абразивной обработки винтов охватывающим инструментом, при этом оно содержит инструмент, выполненный в виде охватывающей деталь торообразной упругой оболочки с абразивным слоем на внутренней поверхности тора. Кроме того, торообразная упругая оболочка закреплена в корпусе головки и имеет штуцер с ниппелем для подвода сжатого воздуха, приводящего упомянутую оболочку в рабочее состояние, при этом устройство предназначено для обработки винтов винтовых насосов. The problem is solved by the proposed device for abrasive processing of screws with a covering tool, while it contains a tool made in the form of a covering part of a toroidal elastic shell with an abrasive layer on the inner surface of the torus. In addition, a toroidal elastic shell is fixed in the head housing and has a fitting with a nipple for supplying compressed air, bringing said shell into working condition, while the device is designed to handle the screws of screw pumps.

Конструкция устройства для абразивной обработки винтов охватывающим инструментом поясняется чертежами. The design of the device for abrasive processing of screws with a female tool is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена схема обработки предлагаемым устройством; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - охватывающий инструмент - торообразная упругая оболочка с абразивным слоем на внутренней поверхности тора. Figure 1 shows the processing scheme of the proposed device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - covering the tool - a toroidal elastic shell with an abrasive layer on the inner surface of the torus.

При финишной абразивной обработке винтов 1 (например, винтовых насосов, имеющих профиль и размеры D, D₁, t, e, e₁, показанные на фиг.1) предлагаемым устройством в охватывающую торообразную упругую оболочку 2 с абразивным слоем 3 на внутренней поверхности тора вводят обрабатываемую деталь - винт 1. Диаметр внутренней поверхности тора оболочки 2, на котором нанесен абразивный слой 3, равен максимальному диаметру выступов обрабатываемой детали 1. При таком соотношении диаметров деталь 1 свободно входить в отверстие оболочки 2, которая находится в нерабочем состоянии. Для увеличения периода стойкости в качестве абразивного материала используют эльбор, искусственные и природные алмазы на каучуковой связке, толщина абразивного слоя 3 составляет 1 мм и более. Винту 1 сообщают вращение вокруг своей оси со скоростью V_д=V_и, равной скорости инструмента при абразивной обработки. Скорость назначается согласно характеристике и режущим свойствам абразивного слоя 3, закрепленного на внутренней поверхности тора охватывающей абразивной оболочки 2, как при обычной традиционной абразивной обработке.When finishing abrasive treatment of screws 1 (for example, screw pumps having a profile and dimensions D, D ₁ , t, e, e ₁ shown in FIG. 1) by the proposed device in a female toroidal elastic shell 2 with an abrasive layer 3 on the inner surface of the torus introduce the workpiece - screw 1. The diameter of the inner surface of the torus of the shell 2, on which the abrasive layer 3 is applied, is equal to the maximum diameter of the protrusions of the workpiece 1. With this ratio of diameters, the part 1 is free to enter the hole of the shell 2, which is not in the condition. To increase the durability period, elbor, artificial and natural diamonds with a rubber bond are used as abrasive material, the thickness of abrasive layer 3 is 1 mm or more. The screw 1 is informed of rotation around its axis with a speed of V _d = V _and equal to the speed of the tool during abrasive machining. The speed is assigned according to the characteristics and cutting properties of the abrasive layer 3, mounted on the inner surface of the torus surrounding the abrasive shell 2, as in conventional conventional abrasive processing.

Охватывающая торообразная упругая оболочка 2 с абразивным слоем 3 на внутренней поверхности тора установлена в корпусе 4 головки, которая крепится на суппорте, например, токарного станка (не показан). A female toroidal elastic envelope 2 with an abrasive layer 3 on the inner surface of the torus is installed in the head housing 4, which is mounted on a support, for example, a lathe (not shown).

Обрабатываемую деталь - винт 1 закрепляют в патроне 5 шпинделя 6 передней бабки 7, например, токарного станка и поджимают центром 8 задней бабки 9. The workpiece - screw 1 is fixed in the cartridge 5 of the spindle 6 of the front headstock 7, for example, a lathe and is pressed by the center 8 of the tailstock 9.

После того, как деталь 1 закреплена в патроне 5 и поджата центром 8, включают главное движение - вращение детали 1, а упругую оболочку 2 приводят в рабочее состояние путем подачи через штуцер и ниппель (не показан) под давлением Р сжатого воздуха. After the part 1 is fixed in the cartridge 5 and is tightened by the center 8, the main movement is turned on - the part 1 is rotated, and the elastic shell 2 is brought into operation by supplying compressed air through the nozzle and nipple (not shown) under pressure P.

Одновременно с главным движением резания, которым является вращение детали 1, инструменту 2 сообщают возвратно-поступательную продольную подачу S_пр.Simultaneously with the main cutting movement, which is the rotation of the part 1, the tool 2 is informed of the reciprocating longitudinal feed S _pr

Упругая абразивная оболочка 2 под давлением Р воздуха охватывает обрабатываемый винт 1 с усилием пропорционально давлению Р сжатого воздуха, обеспечивая радиальную подачу врезания Sp. Внутренняя поверхность оболочки 2 увеличивается и уменьшается в диаметре и принимает форму впадин и выступов винтовой поверхности обрабатываемого винта 1, ведя интенсивную абразивную обработку по всей длине винта, захватываемой инструментом. Таким образом, упругая оболочка 2 позволяет в процессе абразивной обработки радиальное перемещение абразивного слоя 3, способствуя равномерному распределению снимаемого припуска. An elastic abrasive shell 2 under pressure P of air covers the work screw 1 with a force proportional to the pressure P of compressed air, providing a radial infeed of Sp. The inner surface of the shell 2 increases and decreases in diameter and takes the form of depressions and protrusions of the helical surface of the treated screw 1, conducting intensive abrasive processing along the entire length of the screw captured by the tool. Thus, the elastic shell 2 allows the radial movement of the abrasive layer 3 during abrasive processing, contributing to a uniform distribution of the removed allowance.

Упругая оболочка 2, являясь демпфером, сглаживает удары и уменьшает вибрации, выполняет функции люнета, ориентирует винт 1 по линии центров станка и позволяет вести охватывающую обработку длинных нежестких винтов 1 без поддержки задним центром 8. The elastic shell 2, being a damper, smoothes out impacts and reduces vibrations, acts as a lunette, orients screw 1 along the line of machine centers and allows covering the processing of long non-rigid screws 1 without support from the rear center 8.

Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр поперечного сечения винта - ⌀27^-0,05 мм, D=30 мм, эксцентриситет e₁= 1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t = 28^±0,01 мм, шероховатость R_а=0,4 мкм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса - 5,8 кг. Припуск на сторону - 0,25 мм. Обработка проводилась на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью охватывающей головки, состоящей из корпуса и упругой оболочки с алмазным слоем на внутренней поверхности отверстия ⌀30 мм и длиной 200 мм, толщина алмазоносного слоя 1,0 мм, содержание алмазов при 100%-ной концентрации - 56 карат. Упругая оболочка изготовлялась на тканерезиновой основе и каучукосодержащей связке (аналог - алмазная бесконечная бесшовная лента АЛШБ, используемая на базовом предприятии). Смазочно-охлаждающая жидкость - сульфофрезол.The left screw N41.1016.01.001 of the screw pump EVN5-25-1500 was processed, which had the following dimensions: total length - 1282 mm, length of the screw part - 1208 mm, screw cross-section diameter - ⌀27 ^-0.05 mm, D = 30 mm, eccentricity e ₁ = 1.65 mm, e = 3.3 mm, pitch t = 28 ^{± 0.01} mm, roughness R _a = 0.4 μm; single-helical screw surface, left direction; material - steel 18HGT GOST 4543-74, hardness HB 207-228, weight - 5.8 kg. Side allowance - 0.25 mm. The processing was carried out on a mod screw-cutting machine. 16K20 with the help of a female head consisting of a body and an elastic shell with a diamond layer on the inner surface of the hole ⌀30 mm and a length of 200 mm, the thickness of the diamond layer is 1.0 mm, the diamond content at 100% concentration is 56 carats. The elastic shell was fabricated on a fabric-rubber basis and a rubber-containing ligament (analogue is the diamond endless seamless tape ALSHB used at the base enterprise). Cutting fluid - sulfofresol.

Окружная скорость заготовки - V_д= 169,56 м/мин (2,82 м/с), n_д=2000 об/мин, продольная подача S_пр=2,8 мм/об, требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=5,5 мин (против Т_м ^баз=16,5 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием алмазной лентой на токарном станке 1К62 на АО "Ливгидромаш"). Контроль проводился скобой индикаторной с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68. Накопленная погрешность между любыми не соседними шагами была не более 0,1 мм, просвет при контроле лекальной линейкой образующих по диаметру выступов - не более 0,07 мм, что допустимо по ТУ.The peripheral speed of the workpiece - V _d = 169.56 m / min (2.82 m / s), n _d = 2000 r / min, the longitudinal feed S _CR = 2.8 mm / rev, the required roughness and accuracy of the screw surface was achieved after T _m = 5.5 min (against T _m ^bases = 16.5 min according to the basic version with traditional grinding using a grinding head, followed by polishing with a diamond belt on a 1K62 lathe at Livhydromash JSC). The control was carried out by an indicator bracket with an indicator ICh 10 B cells. 1 GOST 577-68. The cumulative error between any non-adjacent steps was not more than 0.1 mm, the clearance during the control by the straightedge of the protrusions forming in diameter was not more than 0.07 mm, which is permissible according to the technical specifications.

Достоинствами предлагаемого устройства для абразивной обработки охватывающим инструментом являются возможность абразивной обработки валов с переменным сечением, в частности винтов винтовых насосов, легко достижима нужная скорость резания, высокая производительность. The advantages of the proposed device for abrasive machining with a female tool are the possibility of abrasive machining of shafts with a variable cross-section, in particular screw pump pumps, the desired cutting speed, high productivity are easily achieved.

Преимущества предлагаемого устройства для абразивной обработки охватывающим инструментом: отсутствие стыков; более плавная обработка; большая жесткость технологической системы, нет необходимости поддерживать от прогиба люнетом обрабатываемый нежесткий, имеющий большую длину при малом диаметре, винт (как при традиционном круглом шлифовании); повышается качество и точность обработки благодаря охватыванию инструментом обрабатываемой поверхности при снятии больших неравномерных припусков; в 2-3 раза повышается производительность обработки благодаря большой площади контакта инструмента с заготовкой и сокращению количества проходов. The advantages of the proposed device for abrasive machining with a covering tool: no joints; smoother processing; high rigidity of the technological system; there is no need to support a machined non-rigid screw having a large length with a small diameter from deflection by a rest (as with traditional round grinding); the quality and accuracy of processing are improved due to the tool covering the treated surface while removing large uneven allowances processing productivity is increased by a factor of 2–3 due to the large contact area of the tool with the workpiece and a reduction in the number of passes.

Благодаря применению предлагаемого устройства для абразивной обработки винтовых поверхностей винтов охватывающим инструментом улучшается качество и повышается производительность за счет увеличенной площади контакта инструмента и заготовки, позволяющей интенсифицировать обработку винтовых поверхностей и равномерное распределение снимаемого припуска. Thanks to the use of the proposed device for abrasive processing of screw surfaces of screws with a covering tool, the quality is improved and productivity is increased due to the increased contact area of the tool and the workpiece, which makes it possible to intensify the processing of screw surfaces and the uniform distribution of the removed allowance.

Охватывающий инструмент в виде упругой оболочки, являясь демпфером, сглаживает удары и позволяет вести безвибрационную обработку, выполняет функции люнета, автоматически ориентирует деталь - винт по линии центров станка и позволяет вести охватывающую обработку длинных нежестких винтов без поддержки задним центром. The female tool in the form of an elastic shell, being a damper, smooths out impacts and allows vibration-free processing, performs the function of a backrest, automatically orientates the part — the screw along the line of the machine’s centers, and allows covering the processing of long non-rigid screws without back center support.

Способ, реализованный с помощью предлагаемого устройства, легко поддается автоматизации. The method implemented using the proposed device is easily amenable to automation.

Источники информации
1. Патент РФ 2167748, МКИ В 23 G 1/36. Способ финишной обработки винтов. Степанов Ю. С., Афанасьев Б.И. и др. Заявка 99121764/02, заявл. 12.10.1999, опубл. 27.05.2001. БИ 15 - прототип.Sources of information
1. RF patent 2167748, MKI B 23 G 1/36. The method of finishing the screws. Stepanov Yu.S., Afanasyev B.I. et al. Application 99121764/02, claimed. 10/12/1999, publ. 05/27/2001. BI 15 is a prototype.

Claims

1. Device for abrasive processing of screws with a female tool, characterized in that it contains a tool made in the form of a female toroidal elastic shell with an abrasive layer on the inner surface of the torus.

2. The device according to p. 1, characterized in that the toroidal elastic shell is fixed in the head housing and has a fitting with a nipple for supplying compressed air, bringing said shell into working condition, while the device is intended for processing screw pump screws.