RU2228240C1

RU2228240C1 - Apparatus for finishing screws

Info

Publication number: RU2228240C1
Application number: RU2002127097/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов; Б.И. Афанасьев; ков А.И. Пол; А.И. Поляков; Д.С. Фомин; Д.Л. Кобзев
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-05-10

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly abrasive finish working of shafts with variable cross section and helical surfaces of precise screws, for example screws of screw pumps of hard-to-form materials by embracing grinding process. SUBSTANCE: apparatus includes tool with abrasive layer applied onto its surface and it is provided with individual drive for rotating tool around its own axis. Tool is in the form of flexible wire-abrasive shaft having abrasive layer on its whole periphery. EFFECT: enhanced quality, efficiency and accuracy of working, intensified process for working screw surfaces of shafts with variable cross section. 5 cl, 3 dwg

Description

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

Известен шлифовальный круг, выполненный в виде кольцеобразного корпуса с закрепленным на нем абразивным слоем, при этом корпус представляет собой цилиндрическую пружину сжатия и витки пружины снабжены элементом фиксации их в сомкнутом положении [1].Known grinding wheel, made in the form of an annular body with an abrasive layer fixed on it, while the body is a cylindrical compression spring and the turns of the spring are equipped with an element for fixing them in the closed position [1].

Недостатками известного инструмента являются ограниченность применения, а именно только для обработки отверстий некруглой формы, минимальная площадь контакта инструмента с заготовкой, не позволяющая интенсифицировать режимы обработки, и сложность реализации, требующая специального оборудования.The disadvantages of the known tool are the limited use, namely, only for processing holes of non-circular shape, the minimum contact area of the tool with the workpiece, which does not allow to intensify the processing modes, and the complexity of implementation, requiring special equipment.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является абразивный кольцеобразный охватывающий круг, состоящий из выполненного в виде цилиндрической пружины корпуса и закрепленного на нем абразивного слоя, при этом для обработки винтов он снабжен закрепленными на наружной поверхности корпуса кронштейнами с пазами, а абразивный слой закреплен на внутренней поверхности корпуса, кроме того, рабочая поверхность круга имеет профиль впадины обрабатываемого винта, а шаг цилиндрической пружины составляет половину шага обрабатываемого винта.The closest in technical essence and the achieved result is an abrasive ring-shaped enclosing circle, consisting of a shell made in the form of a coil spring and an abrasive layer fixed on it, while for processing screws it is equipped with brackets fixed to the outer surface of the case, and the abrasive layer is fixed on the inner surface of the housing, in addition, the working surface of the circle has a profile of the hollow of the machined screw, and the step of the coil spring is half the step brabatyvaemogo screws.

Недостатками известного инструмента являются невысокая эффективность шлифования, т.к. абразивный слой узкой полосой закреплен только на внутренней поверхности корпуса при этом не вращающегося инструмента; минимальная площадь контакта инструмента с заготовкой, особенно при обработке выступов винта, не позволяющая интенсифицировать режимы обработки, кроме того, неподвижное не вращающееся состояние инструмента требует большой (на порядок выше) скорости вращения обрабатываемой детали, которую не в состоянии обеспечить имеющееся в эксплуатации оборудование.The disadvantages of the known tool are the low grinding efficiency, because the abrasive layer with a narrow strip is fixed only on the inner surface of the case with a non-rotating tool; the minimum contact area of the tool with the workpiece, especially when processing screw protrusions, which does not allow intensifying the processing modes, in addition, the stationary, non-rotating state of the tool requires a large (an order of magnitude higher) rotation speed of the workpiece, which the equipment in use is not able to provide.

Задачей изобретения является повышение качества, производительности и точности обработки за счет использования устройства для охватывающего шлифования и вращения самого инструмента, увеличивающее площадь контакта инструмента и заготовки и скорость резания и позволяющее интенсифицировать обработку винтовых и с переменным сечением поверхностей валов.The objective of the invention is to improve the quality, productivity and accuracy of processing by using a device for covering grinding and rotation of the tool itself, increasing the contact area of the tool and the workpiece and cutting speed and allowing to intensify the processing of screw and with a variable cross-section of the surfaces of the shafts.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством для отделочной обработки винтов, содержащим инструмент с закрепленным на его поверхности абразивным слоем, причем оно снабжено индивидуальным приводом вращения инструмента относительно собственной оси, при этом инструмент выполнен в виде гибкого проволочного вала, а абразивный слой закреплен по всей его периферии.The problem is solved by the proposed device for finishing processing of screws, containing a tool with an abrasive layer fixed on its surface, and it is equipped with an individual drive for rotating the tool about its own axis, while the tool is made in the form of a flexible wire shaft, and the abrasive layer is fixed around its entire periphery.

При этом устройство предназначено для обработки винтов винтовых насосов путем их схватывания на 360° и более.At the same time, the device is designed to handle the screws of screw pumps by setting them to 360 ° or more.

Кроме того, устройство снабжено неподвижным основанием и шарнирно-стопорным устройством, предназначенным для соединения упомянутого привода вращения с неподвижным основанием из условия расположения гибкого проволочно-абразивного вала с приводом под углом подъема витка резьбы обрабатываемого винта к плоскости, перпендикулярной оси его вращения.In addition, the device is equipped with a fixed base and a hinge-locking device designed to connect the aforementioned rotary drive with a fixed base from the condition of the location of the flexible wire-abrasive shaft with the drive at an angle of elevation of the thread of the screw being machined to a plane perpendicular to its axis of rotation.

При этом устройство снабжено шарниром с пружиной сжатия, расположенной на свободном конце проволочного вала, для соединения последнего с неподвижным основанием после охватывания обрабатываемого винта, причем устройство снабжено механизмом натяжения свободного конца гибкого проволочно-абразивного вала для регулирования в процессе обработки усилия врезания упомянутого вала в поперечном направлении посредством пружины сжатия.The device is provided with a hinge with a compression spring located on the free end of the wire shaft for connecting the latter with a fixed base after embracing the screw being machined, and the device is equipped with a mechanism for tensioning the free end of the flexible wire-abrasive shaft to regulate the lateral cutting force of the said shaft during processing direction by means of a compression spring.

Сущность устройства поясняется чертежами.The essence of the device is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена схема обработки предлагаемым устройством; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - элемент Б на фиг.2, второй вариант крепления конца гибкого проволочно-абразивного вала.Figure 1 shows the processing scheme of the proposed device; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 - element B in figure 2, the second option for attaching the end of a flexible wire-abrasive shaft.

При финишной абразивной обработке валов с переменным сечением 1 (например, винтовых насосов, имеющих профиль и размеры D, D₁, t, e, e₁, показанные на фиг.1) предлагаемым устройством их закрепляют в патроне 2 шпинделя 3 бабки 4 и обрабатываемому валу сообщают вращательное движение. Скорость вращения детали задают в зависимости от режущих свойств абразивного инструмента 5, которому сообщают возвратно-поступательную продольную подачу S_пp, при этом в качестве инструмента используют гибкий проволочный вал с закрепленным на нем абразивным слоем.When finishing abrasive machining of shafts with a variable cross-section 1 (for example, screw pumps having a profile and dimensions D, D ₁ , t, e, e ₁ shown in figure 1), the proposed device they are fixed in the cartridge 2 of the spindle 3 of the headstock 4 and processed rotational motion is reported to the shaft. The rotational speed of the part is set depending on the cutting properties of the abrasive tool 5, to which a reciprocating longitudinal feed _{Spr is communicated} , while a flexible wire shaft with an abrasive layer fixed to it is used as a tool.

Гибкий проволочно-абразивный вал 5 располагают под углом α подъема резьбы обрабатываемого винта 1 к плоскости, перпендикулярной оси вращения последнего.A flexible wire-abrasive shaft 5 is positioned at an angle α of thread elevation of the machined screw 1 to a plane perpendicular to the axis of rotation of the latter.

Гибким проволочно-абразивным валом 5 охватывают обрабатываемый винт 1 не менее чем на 360° (см. фиг.1 и 2), а свободный конец шарнирно соединяют с помощью пружины 6 сжатия с основанием 7, где закреплен индивидуальный привод 8 вала 5.A flexible wire-abrasive shaft 5 embraces the machined screw 1 by at least 360 ° (see Figs. 1 and 2), and the free end is pivotally connected by means of a compression spring 6 to the base 7, where the individual drive 8 of the shaft 5 is fixed.

При этом гибкому проволочно-абразивному валу 5 дают вращение относительно собственной оси с помощью индивидуального привода 8, а поперечная подача врезания обеспечивается усилием натяжения пружины 6 сжатия. Это вариант крепления вала 5, работающего в одном режиме.In this case, the flexible wire-abrasive shaft 5 is rotated around its own axis using an individual drive 8, and the lateral feed of the plunge is provided by the tension force of the compression spring 6. This is an option for mounting a shaft 5 operating in the same mode.

Для быстрого перехода с режима чернового шлифования, которое производится при значительном натяжении пружины 6, в режим получистового, а затем - чистового и выхаживания, которые производятся при среднем и минимальном натяжении пружины, т.e. для регулирования усилия врезания в поперечном направлении используется (второй вариант крепления) специальный механизм 9 натяжения свободного конца вала 5 через пружину 6 (фиг.3). Механизм 9 натяжения представляет собой червячный редуктор, на входном валу которого закреплен маховичок 10 ручной настройки усилия поперечной подачи S_пoп, а на выходном - барабан натяжения пружины 6.For a quick transition from the rough grinding mode, which is performed with significant spring tension 6, to the semi-finished mode, and then - finishing and nursing, which are performed with an average and minimum spring tension, i.e. to regulate the cutting force in the transverse direction, a special mechanism 9 of tensioning the free end of the shaft 5 through the spring 6 is used (the second mounting option) (Fig. 3). The tensioning mechanism 9 is a worm gear, on the input shaft of which a handwheel 10 for manually adjusting the lateral feed force S _{pop is fixed} , and on the output - the spring tension drum 6.

На наружную поверхность гибкого проволочного вала нанесен абразивно-алмазный слой, например, на гибкой вулканитовой или резиновой связке или другим известным способом.An abrasive diamond layer is applied to the outer surface of the flexible wire shaft, for example, on a flexible vulcanite or rubber bond or in another known manner.

Одновременно с главным движением резания, которым является вращение инструмента относительно своей продольной оси, сообщают возвратно-поступательную продольную подачу S_пp относительно вращающейся детали с помощью суппорта (если обработка ведется на токарном станке, не показан), на котором закреплено неподвижное основание 7, служащее для установки на него индивидуального привода 8 и устройства крепления свободного конца вала 5, причем крепление индивидуального привода 8 осуществляется с помощью шарнирно-стопорного устройства 11, относительно оси которого поворачивается привод при настройки на тот или иной угол α.Simultaneously with the main cutting movement, which is the rotation of the tool relative to its longitudinal axis, a reciprocating longitudinal feed _Spr relative to the rotating part is reported using a support (if processing is carried out on a lathe, not shown), on which a fixed base 7 is used, which serves to installing on it an individual drive 8 and a fastening device for the free end of the shaft 5, and the fastening of the individual drive 8 is carried out using a hinge-locking device 11, relates the axis of which the drive rotates when adjusted to a certain angle α.

Охватывая обрабатываемый винт 1 и благодаря пружинящим свойствам гибкого проволочно-абразивного вала 5, его виток (или несколько витков), перемещаясь вдоль оси и копируя профиль обрабатываемого винта, изменяет (изменяют) свои размеры в радиальном направлении, обеспечивая радиальную подачу S_пoп. Виток (витки) увеличивается и уменьшается в диаметре, в поперечном сечении принимая форму круга, когда проходит по впадине обрабатываемого винта, или форму эллипса, когда проходит по вершине, и наружной вращающейся абразивно-алмазной рабочей поверхностью, в сечении имеющей профиль круга радиусом, равным радиусу впадины винтовой поверхности обрабатываемого винта, производит (производят) интенсивную абразивную обработку по всей длине винта благодаря продольной подаче.Covering the screw being machined 1 and due to the spring properties of the flexible wire-abrasive shaft 5, its turn (or several turns), moving along the axis and copying the profile of the screw being machined, changes (changes) its dimensions in the radial direction, providing a radial feed S _p . The turn (turns) increases and decreases in diameter, taking a cross-section in the form of a circle when it passes along the cavity of the screw being machined, or in the form of an ellipse when it passes along the top, and an external rotating abrasive-diamond working surface, in cross section having a circle profile with a radius equal to the radius of the depression of the helical surface of the machined screw, produces (produce) intensive abrasive processing along the entire length of the screw due to the longitudinal feed.

Наружная абразивно-алмазная рабочая поверхность вала, заправленная первоначально по форме цилиндра и поддерживающая этот профиль благодаря самозаточке, в процессе обработки занимает положение как во впадине, так и на выступе. При этом, находясь во впадине, виток вала контактирует с заготовкой всей режущей поверхностью, снимая одинаковый припуск металла, что и на выступе, благодаря упругим свойствам натяжной пружины 6.The outer abrasive-diamond working surface of the shaft, initially tucked in the shape of a cylinder and supporting this profile due to self-sharpening, occupies a position both in the cavity and on the protrusion during processing. At the same time, while in the cavity, the shaft turn contacts the workpiece with the entire cutting surface, removing the same metal allowance as on the protrusion, due to the elastic properties of the tension spring 6.

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, эксцентриситет e₁=1,65 мм, е=3,3 мм, шаг t=28±^0,01мм, шероховатость R_a=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, гибкий проволочно-абразивный вал из 2 витков с наружным диаметром d=10 мм, с толщиной абразивного слоя h=2 мм, марки 44А12С18В ГОСТ 2424-83, окружная скорость заготовки v_д=169,56 м/мин (2,82 м/с), n_д=2000 об/мин, продольная подача S_пp=2,8 мм/об, окружная скорость вала v_и= 1,57 м/с (n_и=3000 об/мин), при этом скорость резания составляла 2,82²+1,57²=3,22 м/с, требуемая шероховатость и точность винтовой поверхности была достигнута через Т_м=5,35 мин (против Т $\binom{баз}{м}$ =16,75 мин по базовому варианту при традиционном шлифовании с помощью шлифовальной головки, с последующим полированием абразивной лентой ЛВТ 2200×55 Э4, 5-8-10 ГОСТ 12439-79 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.Example. The left screw H41.1016.01.001 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, 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. The allowance on the side of 0.25 mm. Processing was carried out on a mod screw-cutting machine. 16K20, flexible wire-abrasive shaft of 2 turns with an outer diameter of d = 10 mm, with an abrasive layer thickness h = 2 mm, grade 44A12C18V GOST 2424-83, peripheral workpiece speed v _d = 169.56 m / min (2.82 m / s), n _d = 2000 rpm, longitudinal feed S _pp = 2.8 mm / rev, _peripheral shaft speed v _and = 1.57 m / s (n _and = 3000 rpm), while cutting was 2.82 ² +1.57 ² = 3.22 m / s, the required roughness and accuracy of the helical surface was achieved after T _m = 5.35 min (against T $\binom{bases}{m}$ = 16.75 min according to the basic version with traditional grinding using a grinding head, followed by polishing with an abrasive belt LVT 2200 × 55 E4, 5-8-10 GOST 12439-79 on a lathe 1K62 at AO Livhydromash). 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 обработки проволочно-абразивным охватывающим инструментом являются возможность абразивной обработки валов с переменным сечением, в частности винтов, легко достижима нужная скорость резания, высокая производительность.The advantages of the proposed device for processing wire-abrasive covering tool are the possibility of abrasive machining of shafts with a variable cross-section, in particular screws, the desired cutting speed, high productivity are easily achieved.

Преимущества предлагаемого устройства для абразивной обработки проволочно-абразивным охватывающим инструментом: отсутствие стыков; более плавное вращение; 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 кольцевому 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; свободный доступ смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания между витками также положительно влияет на производительность.The advantages of the proposed device for abrasive processing with a wire-abrasive covering tool: no joints; smoother rotation; 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 the deflection of the rest (as with traditional round grinding); the quality and accuracy of processing is improved due to the ring covering the surface of the tool with a tool when 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 the reduction in the number of passes; free access of cutting fluid (coolant) to the cutting zone between the turns also has a positive effect on productivity.

Благодаря применению предлагаемого устройства для абразивной обработки винтовых поверхностей винтов проволочно-абразивным охватывающим инструментом улучшается качество и повышается производительность за счет снижения теплонапряженности процесса и гарантированной бесприжоговой обработки.Thanks to the use of the proposed device for abrasive processing of screw surfaces of screws with a wire-abrasive covering tool, the quality is improved and productivity is improved by reducing the heat stress of the process and guaranteed non-baking processing.

Источники информацииSources of information

1. А.с. СССР 960002, кл. В 24 В 37/02, В 24 D 5/06. Шлифовальный круг. /Маков Н.П. № 3004758/25-08, заяв. 17.11.80, опубл. 23.09.82. Бюл. № 35.1. A.S. USSR 960002, class B 24 V 37/02, B 24 D 5/06. Grinding wheel. / Makov N.P. No. 3004758 / 25-08, application. 11.17.80, publ. 09/23/82. Bull. Number 35.

2. Патент РФ 2179503, МКИ В 24 D 5/02. Абразивный кольцеобразный охватывающий круг. Степанов Ю.С., Афанасьев Б.И., Коськин А.В. № 99122549/02. 27.10.99. 20.02.2002. Бюл. № 5 - прототип.2. RF patent 2179503, MKI B 24 D 5/02. Abrasive ring-shaped covering circle. Stepanov Yu.S., Afanasyev B.I., Koskin A.V. No. 99122549/02. 10.27.99. 02/20/2002. Bull. No. 5 is a prototype.

Claims

1. Device for finishing processing of screws, containing a tool with an abrasive layer fixed on its surface, characterized in that it is provided with an individual drive for rotating the tool about its own axis, the tool being made in the form of a flexible wire-abrasive shaft, and the abrasive layer is fixed throughout its periphery.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is designed to handle the screws of screw pumps by setting them at 360 ° or more.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with a fixed base and a pivot-stop device designed to connect the aforementioned rotation drive with a fixed base from the location of the flexible wire-abrasive shaft with the drive at an angle of elevation of the thread of the screw being machined to a plane perpendicular to the axis of its rotation.

4. The device according to claim 3, characterized in that it is provided with a hinge with a compression spring located on the free end of the wire shaft, for connecting the latter with a fixed base after embracing the screw being machined.

5. The device according to claim 3, characterized in that it is equipped with a mechanism for tensioning the free end of the flexible wire-abrasive shaft for adjusting during processing the cutting force of the said shaft in the transverse direction by means of a compression spring.