RU2211118C1

RU2211118C1 - Method for working bodies of revolution with non-round cross section

Info

Publication number: RU2211118C1
Application number: RU2001133178/02A
Authority: RU
Inventors: И.П. Клевцов; С.И. Брусов; А.С. Тарапанов; Г.А. Харламов
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: machine engineering, namely working bodies of revolution with rectilinear and helical generatrices in lathes. SUBSTANCE: method comprises steps of rotating worked part and of cutting tool and providing rectilinear feed motion of cutting tool along axis of worked part; imparting to tool in accordance with rotation of worked part and with rectilinear feed motion of tool additional rocking motion (in plane normal relative to rotation axis of worked part) by acute angle whose value is determined according to given formula. EFFECT: enlarged manufacturing possibilities, enhanced efficiency and accuracy of working. 5 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке тел вращения некруглого сечения с прямолинейными и винтовыми образующими на токарных станках. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the processing of bodies of revolution of non-circular cross section with rectilinear and screw components on lathes.

Известен способ обработки тел вращения некруглого сечения, при котором движения инструмента и заготовки находятся в определенном соотношении в зависимости от числа граней обрабатываемой поверхности, причем обработку осуществляют вращающейся инструментальной головкой, которую располагают под углом к оси вращения заготовки и отношение угловых скоростей инструментальной головки и заготовки выбирают равным целому, а в случае косых граней - дробному числу [1]. A known method of processing bodies of revolution of non-circular cross section, in which the movement of the tool and the workpiece are in a certain ratio depending on the number of faces of the workpiece, the processing is carried out by a rotating tool head, which is positioned at an angle to the axis of rotation of the workpiece and the ratio of the angular velocities of the tool head and the workpiece is selected equal to an integer, and in the case of oblique faces - a fractional number [1].

Недостатками приведенного способа обработки являются его ограниченные технологические возможности, так как способ не позволяет производить обработку эксцентричных поверхностей, деталей с поперечным сечением в виде эллипса и граненых поверхностей со скругленными вершинами. The disadvantages of the above processing method are its limited technological capabilities, since the method does not allow the processing of eccentric surfaces, parts with a cross section in the form of an ellipse and faceted surfaces with rounded vertices.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ обработки тел вращения некруглого сечения, включающий кинематически связанные между собой вращения обрабатываемой детали и режущего инструмента, а также движение подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой детали, причем обработку осуществляют круглым резцом, режущую кромку которого устанавливают под углом к его оси вращения, не равным 90^o [2]. Указанный способ принят в качестве прототипа.The closest in technical essence and the achieved result is a known method of processing bodies of revolution of non-circular cross section, including kinematically connected among themselves the rotation of the workpiece and the cutting tool, as well as the movement of the feed of the cutting tool along the axis of the workpiece, and the processing is carried out by a circular cutter, the cutting edge of which is set at an angle to its axis of rotation, not equal to 90 ^o [2]. The specified method is adopted as a prototype.

Указанный прототип имеет следующие недостатки: ограниченные технологические возможности, поскольку способ не позволяет производить обработку многолезвийным инструментом, большая трудоемкость процесса обработки и низкая производительность, которая связана с невысокой стойкостью резцового инструмента, ведущей к снижению точности обработки и быстрой потере режущих свойств. Недостатком способа также является невозможность регулирования угла наклона режущей кромки, поскольку этот угол определяется конструкцией инструмента. The specified prototype has the following disadvantages: limited technological capabilities, since the method does not allow multi-blade processing, the high complexity of the processing process and low productivity, which is associated with the low resistance of the cutting tool, leading to a decrease in machining accuracy and a quick loss of cutting properties. The disadvantage of this method is the inability to adjust the angle of inclination of the cutting edge, since this angle is determined by the design of the tool.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа, повышение производительности обработки, повышение точности обработки. The objective of the invention is to expand the technological capabilities of the method, increasing processing productivity, improving processing accuracy.

Поставленная задача решается предлагаемым способом обработки тел вращения некруглого сечения с прямолинейными и винтовыми образующими, включающим вращательные движения обрабатываемой детали и режущего инструмента, а также прямолинейное движение подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой детали, причем режущему инструменту дополнительно сообщают согласованное с вращением обрабатываемой детали и вышеупомянутой прямолинейной подачей осциллирующее качательное движение на острый угол в плоскости, перпендикулярной оси вращения обрабатываемой детали. В качестве режущего инструмента в предлагаемом способе используют торцовую, дисковую, концевую фрезу. The problem is solved by the proposed method of processing bodies of revolution of non-circular cross section with straight and screw components, including the rotational movement of the workpiece and the cutting tool, as well as the linear motion of the feed of the cutting tool along the axis of the workpiece, and the cutting tool is additionally informed about the rotation of the workpiece and the aforementioned straight line feed oscillating oscillating motion at an acute angle in a plane perpendicular to the axis of rotation side of the workpiece. As a cutting tool in the proposed method use a face, disk, end mill.

Сущность предлагаемого способа обработки тел вращения некруглого сечения поясняется чертежами. The essence of the proposed method for processing bodies of revolution of non-circular cross section is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена схема обработки по предлагаемому способу и показано положение инструмента и детали в середине цикла обработки некруглого профиля; на фиг.2 показано положение инструмента и детали в начале и конце цикла обработки. In FIG. 1 shows a processing diagram of the proposed method and shows the position of the tool and part in the middle of a non-circular profile processing cycle; figure 2 shows the position of the tool and part at the beginning and end of the machining cycle.

Формообразование поверхности осуществляется при согласованном движении режущего инструмента обрабатываемой детали (фиг.1), при этом инструменту сообщают сложное движение, которое состоит из вращения вокруг его оси со скоростью главного движения резания V_и и осциллирующего качательного движения в плоскости, перпендикулярной оси вращения обрабатываемой детали, со скоростью осциллирующей подачи инструмента S_и. Обрабатываемой детали сообщают вращательное движение вокруг ее оси вращения со скоростью круговой подачи детали S_d. Для получения винтовой образующей по длине детали инструменту сообщают прямолинейное движение вдоль оси детали со скоростью осевой подачи S_o.Surface shaping is performed with coordinated movement of the cutting tool of the workpiece (1), the tool reports a complex motion, which consists of a rotation around its axis at a speed V cutting primary motion _and rocking motion and oscillating in a plane perpendicular to the rotational axis of the workpiece, with the oscillating feed rate of the tool S _and . The workpiece is reported to rotate about its axis of rotation with a circular feed rate of the part S _d . To obtain a helical generatrix along the length of the part, the tool is informed of a rectilinear movement along the axis of the part with an axial feed rate S _o .

Движения подач согласованы между собой при помощи кинематических цепей станка. Рассмотрим случай, когда за один оборот детали инструмент совершает полную осцилляцию (фиг. 2). Цикл обработки некруглого профиля начинается в момент касания наиболее удаленной от оси заготовки точки режущей кромки инструмента с поверхностью обрабатываемой детали (точка А). За половину оборота детали инструмент совершит качание на угол ε и займет положение, показанное на фиг. 1. При этом с деталью будет контактировать наиболее приближенная к оси заготовки точка режущей кромки (точка В). В данном положении инструмент врежется в тело детали на максимальную величину е. The movements of the feeds are coordinated with each other using the kinematic chains of the machine. Consider the case when, in one revolution of the part, the instrument makes a complete oscillation (Fig. 2). The machining cycle of a non-circular profile begins when the point of the cutting edge of the tool furthest from the axis of the workpiece touches the surface of the workpiece (point A). In half a turn of the part, the tool will swing at an angle ε and take the position shown in FIG. 1. In this case, the point of the cutting edge closest to the axis of the workpiece will contact the part (point B). In this position, the tool crashes into the body of the part by the maximum value of e.

При дальнейшем вращении детали и осцилляции инструмента в обратном направлении режущая кромка будет удаляться от оси заготовки и закончит цикл образования профиля при полном повороте детали на 360^o (фиг.2). Инструмент при этом совершит качание на угол ε в противоположном направлении. Далее циклы будут повторяться.With further rotation of the part and the oscillation of the tool in the opposite direction, the cutting edge will move away from the axis of the workpiece and end the profile formation cycle when the part is completely rotated 360 ^o (Fig.2). The tool will swing at an angle ε in the opposite direction. Further cycles will be repeated.

Таким образом, при соотношении

,
где ε - угол осцилляции инструмента, образуется эксцентричная поверхность с величиной эксцентриситета е, определяемой расстоянием между наиболее удаленной и наиболее приближенной по отношению к оси заготовки точками режущей кромки. Для получения многогранной поверхности необходимо принять отношение

,
где К - целое число, равное числу граней.Thus, with the ratio

,
where ε is the angle of oscillation of the tool, an eccentric surface is formed with the eccentricity value e, determined by the distance between the points of the cutting edge that are farthest and closest to the workpiece axis. To obtain a multifaceted surface, it is necessary to take the relation

,
where K is an integer equal to the number of faces.

Таким образом, при отношении

инструмент совершит две полные осцилляции за оборот детали, и обработанная поверхность будет эллипсной (фиг.3). При

,
получится трехгранник (фиг.4), при

,
- четырехгранник (фиг.5) и т.д.Thus, with respect

the tool will make two complete oscillations per revolution of the part, and the machined surface will be ellipse (figure 3). At

,
get a trihedron (figure 4), with

,
- tetrahedron (figure 5), etc.

Величина эксцентриситета е регулируется с помощью изменения угла осцилляции инструмента ε и связана с ним следующим соотношением:

,
где D_и - наружный диаметр инструмента.The magnitude of the eccentricity e is regulated by changing the oscillation angle of the tool ε and is associated with it by the following ratio:

,
where D _and is the outer diameter of the tool.

Предлагаемый способ позволяет в полной мере использовать преимущества многолезвийной обработки при нарезании многогранных и эксцентричных поверхностей с прямолинейными и винтовыми образующими. Реализуется принцип разделения снимаемого припуска на зуб инструмента и облегчается деление стружки. Способ обеспечивает регулирование угла наклона режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности. The proposed method allows you to fully use the advantages of multi-blade processing when cutting multi-faceted and eccentric surfaces with straight and screw components. The principle of separation of the removed allowance into the tooth of the tool is realized and chip division is facilitated. The method provides adjustment of the angle of inclination of the cutting edge of the tool relative to the work surface.

Достоинством предлагаемого способа обработки тел вращения некруглого сечения является высокая производительность процесса обработки, которая связана с высокой стойкостью многозубого инструмента и возможностью достижения высоких скоростей резания. The advantage of the proposed method for processing bodies of revolution of non-circular section is the high productivity of the processing process, which is associated with the high resistance of a multi-tooth tool and the ability to achieve high cutting speeds.

Пример. 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 е=3,3 мм, шаг t=28±0,01 мм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса 5,8 кг. Обработка производилась на модернизированном токарном станке мод. 16К20 при помощи инструментальной головки с кулачковым механизмом, обеспечивающим регулирование угла качания и частоту осцилляции инструментального шпинделя. Инструмент - фреза концевая ГОСТ 17026-71, наружный диаметр - 25 мм, число зубьев z=4, материал - сталь быстрорежущая Р6М5 ГОСТ 19265-73, угол осцилляции инструментального шпинделя - 30^o36'.Example. 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 = 3.3 mm, pitch t = 28 ± 0.01 mm; single-helical screw surface, left direction; material - steel 18HGT GOST 4543-74, hardness HB 207-228, weight 5.8 kg. Processing was carried out on a modernized lathe mod. 16K20 using a tool head with a cam mechanism that provides control of the swing angle and the oscillation frequency of the tool spindle. Tool - end mill GOST 17026-71, outer diameter - 25 mm, number of teeth z = 4, material - high-speed steel Р6М5 GOST 19265-73, oscillation angle of the tool spindle - 30 ^o 36 '.

Частота вращения инструментального шпинделя n_и=250 об/мин, осциллирующая подача инструмента S_и=0,0356 рад/с, круговая подача заготовки S_д=2 об/мин, подача инструмента вдоль оси заготовки на оборот детали S_о=28 мм/об. Основное время обработки винта составило T_о=22,8 мин (противТ_о ^баз=43,2 мин по базовому варианту при нарезании винта резцом на токарном станке модели 16К20). Полученное снижение основного времени составило ΔТ_о=20,4 мин.The frequency of rotation of the tool spindle n _and = 250 rpm, the oscillating feed of the tool S _and = 0.0356 rad / s, the circular feed of the workpiece S _d = 2 rpm, the feed of the tool along the axis of the workpiece per part revolution S _about = 28 mm / about. The main screw processing time was T _o = 22.8 min (against T _o ^base = 43.2 min according to the basic version when cutting the screw with a cutter on a model lathe 16K20). The resulting decrease in the main time was ΔТ _о = 20.4 min.

При обработке были отмечены благоприятные условия стружкообразования, минимальный износ режущей части инструмента, удобство управления процессом резания. During processing, favorable chip formation conditions, minimal wear of the cutting part of the tool, ease of control of the cutting process were noted.

Благодаря применению предлагаемого способа обработки улучшается качество обработанной поверхности за счет более равномерного распределения снимаемого припуска на зуб фрезы и сохранения размерной точности режущей части инструмента вследствие его высокой стойкости. Предлагаемый способ обработки позволяет интенсифицировать режимы резания и достигать высокой точности. Способ легко поддается автоматизации. Thanks to the application of the proposed processing method, the quality of the machined surface is improved due to a more uniform distribution of the removed allowance on the cutter tooth and the dimensional accuracy of the cutting part of the tool is maintained due to its high resistance. The proposed processing method allows to intensify cutting conditions and achieve high accuracy. The method is easy to automate.

Claims

A method of processing bodies of revolution of non-circular cross section with rectilinear and screw components, including rotational movements of the workpiece and the cutting tool, as well as the rectilinear motion of the feed of the cutting tool along the axis of the workpiece, characterized in that the cutting tool is additionally informed about the rotation of the workpiece and the aforementioned rectilinear feed oscillating motion in a plane perpendicular to the axis of rotation of the workpiece by an acute angle ε, the value of which th is determined by the formula
ε = 2arcsin (e / D _and ),
where ε is the eccentricity of the non-circular section of the workpiece;
D _and - the outer diameter of the cutting tool.