RU2230651C1

RU2230651C1 - Combination type method for needle-abrasive working

Info

Publication number: RU2230651C1
Application number: RU2003113944/02A
Authority: RU
Inventors: Ю.С. Степанов (RU); Ю.С. Степанов; Г.А. Харламов (RU); Г.А. Харламов; А.В. Киричек (RU); А.В. Киричек; Б.И. Афанасьев (RU); Б.И. Афанасьев; Д.С. Фомин (RU); Д.С. Фомин; О.В. Болдин (RU); О.В. Болдин
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: working materials by cutting, possibly removing large allowances and finishing blanks of different metals with trend for occurring flaws such as burnouts and microcracking.

SUBSTANCE: method comprises steps of imparting to combination tool head rotation and feed motion. Combination tool head includes grinding disc and working members in the form of U-shaped bundles of needles. As wear of grinding disc increases said needles move in radial direction as they are arranged in holder in the form of coil spring mounted along one axis with housing of tool head. End portions of spring are rigidly joined with stationary flange and with intermediate movable disc.

EFFECT: enlarged manufacturing possibilities, improved efficiency of working due to elimination of rough and semifinished grinding operations, enhanced quality of worked surface.

3 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Способ относится к машиностроению, а именно к обработке материалов резанием, и может быть использован на машиностроительных предприятиях для снятия больших припусков и эффективной чистовой обработки заготовок из различных металлов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин.The method relates to mechanical engineering, namely to the processing of materials by cutting, and can be used at machine-building enterprises for removing large allowances and effective finishing of workpieces made of various metals predisposed to defect formation in the form of burns and microcracks.

Известен способ очистки поверхностей от продуктов коррозии, окалины и т.д. с помощью устройства, содержащего приводной диск с поочередно размещенными по его окружности пучками ворса и установленными в сквозных отверстиях диска абразивными цилиндрами [1].A known method of cleaning surfaces from corrosion products, scale, etc. using a device containing a drive disk with tufts of pile alternately arranged around its circumference and installed in the through holes of the disk by abrasive cylinders [1].

Недостатками известного способа являются узкая специализация, которая ограничивает применения его для обработки тел вращения, при этом свободное вращение абразивных цилиндров только за счет сил трения не позволяет интенсифицировать процесс обработки, кроме того, по мере износа абразива цилиндры будут с меньшим усилием прижиматься к обрабатываемой поверхности из-за свойств прижимных пружин, причем способ и устройство не позволяют полностью использовать режущие свойства абразива, который требует очень большой скорости вращения (порядка нескольких тысяч оборотов при таких малых диаметрах цилиндров) диска, что трудно осуществить по динамическим соображениям, тем самым будет снижаться производительность и качество обработки.The disadvantages of this method are the narrow specialization, which limits its application to the treatment of bodies of revolution, while the free rotation of the abrasive cylinders only due to friction forces does not allow to intensify the processing process, in addition, as the abrasive wears, the cylinders will be pressed against the work surface with less force from -for the properties of the clamping springs, moreover, the method and device do not allow the full use of the cutting properties of the abrasive, which requires a very high speed of rotation (order several thousand revolutions with such small cylinder diameters) of the disk that it is difficult to carry out for dynamic reasons, thereby reducing productivity and processing quality.

Задача изобретения - расширение технологических возможностей, повышение производительности, качества обработки и долговечности инструмента.The objective of the invention is the expansion of technological capabilities, increasing productivity, processing quality and tool life.

Это достигается предлагаемым комбинированным способом иглоабразивной обработки поверхностей вращения, при котором заготовке и комбинированной инструментальной головке с расположенными в ней шлифовальным кругом и рабочими элементами в виде U-образных пучков игл сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности, причем по мере износа шлифовального круга U-образные пучки игл перемещают в радиальном направлении благодаря тому, что они расположены на держателе в виде спиральной пружины, установленной коаксиально с корпусом, при этом концы ее жестко связаны с неподвижным фланцем и промежуточным подвижным диском.This is achieved by the proposed combined method of needle-abrasive machining of surfaces of revolution, in which the workpiece and the combined tool head with the grinding wheel and working elements in the form of U-shaped bundles of needles give rotational movements and feed movement along the surface to be machined, and as the grinding wheel wears U -shaped beams of needles are moved in the radial direction due to the fact that they are located on the holder in the form of a spiral spring mounted by axially with the housing, while its ends are rigidly connected with the fixed flange and the intermediate movable disk.

Кроме того, регулировку и установку наружного диаметра U-образных игл производят вращением промежуточного подвижного диска, в котором имеется радиальный паз с расположенным нем концом спиральной пружины, при этом второй конец ее расположен в радиальном пазу неподвижного фланца.In addition, the adjustment and installation of the outer diameter of the U-shaped needles is carried out by rotating the intermediate movable disk, in which there is a radial groove with the end of the coil spring located therein, while its second end is located in the radial groove of the fixed flange.

При этом комбинированную инструментальную головку берут с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочих слоев шлифовального круга и U-образных пучков игл, причем величина аксиального смещения определяется с помощью косых шайб, установленных с торцов головки.In this case, the combined tool head is taken with axial displacement in the direction of the longitudinal feed of the working layers of the grinding wheel and U-shaped bundles of needles, and the magnitude of the axial displacement is determined using oblique washers installed from the ends of the head.

Сущность предлагаемого комбинированного способа поясняется чертежами.The essence of the proposed combined method is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена комбинированная инструментальная головка, реализующая предлагаемый способ и имеющая минимальный наружный диаметр (максимум изношенная и прошедшая последнюю переточку), частичный продольный разрез; на фиг.2 - иглофрезерная часть головки, изометрия; на фиг.3 - комбинированная инструментальная головка, реализующая предлагаемый способ и имеющая максимальный наружный диаметр (неизношенная и прошедшая первую правку), частичный продольный разрез; на фиг.4 — вариант комбинированной инструментальной головки с аксиальным смещением режущих слоев.Figure 1 presents the combined tool head that implements the proposed method and having a minimum outer diameter (maximum worn and past the last regrind), a partial longitudinal section; figure 2 - needle milling part of the head, isometry; figure 3 - combined tool head that implements the proposed method and having a maximum outer diameter (worn and past the first editing), a partial longitudinal section; figure 4 is a variant of a combined tool head with axial displacement of the cutting layers.

Предлагаемый комбинированный способ является совмещенной обработкой абразивным кругом и иглофрезерованием поверхностей вращения, при котором заготовке и комбинированной инструментальной головке сообщают вращательные движения и движение подачи вдоль обрабатываемой поверхности. Способ также применим и для плоского шлифования периферией данной инструментальной головкой.The proposed combined method is the combined abrasion and needle-milling of the surfaces of revolution, in which the workpiece and the combined tool head are informed by rotational movements and the feed movement along the surface to be treated. The method is also applicable for flat grinding by the periphery of this tool head.

Комбинированная инструментальная головка содержит установленный на корпусе 1 между неподвижным фланцем 2 и промежуточным подвижным диском 3 держатель U-образных пучков игл 4 в виде спиральной пружины 5 с загнутыми концами 5¹, установленной коаксиально с корпусом 1 [2]. Промежуточный диск 3 выполнен подвижным, установлен с возможностью поворота, определяет расстояние между двумя инструментами и имеет радиальный паз, в который входит загнутый конец 5¹ спиральной пружины 5.The combined tool head comprises a holder of U-shaped bundles of needles 4 in the form of a coil spring 5 with bent ends 5 ¹ mounted coaxially with the housing 1 [2] mounted on the housing 1 between the fixed flange 2 and the intermediate movable disk 3. The intermediate disk 3 is made movable, mounted for rotation, determines the distance between the two tools and has a radial groove, which includes the bent end 5 ^{1 of the} coil spring 5.

Комбинированная головка имеет средство для скрепления диска 3 и фланца 2 между собой, выполненное в виде гайки 6, навернутой на резьбовой конец корпуса 1.The combined head has a means for fastening the disk 3 and the flange 2 to each other, made in the form of a nut 6, screwed onto the threaded end of the housing 1.

Вторым инструментом помимо иглофрезы на корпусе 1 установлен шлифовальный круг 7, который торцом прижимается к диску 3 и крепится с помощью фланца 8 гайкой 9.The second tool, in addition to the needle cutter, is equipped with a grinding wheel 7 on the body 1, which is pressed against the disk 3 by the end and fastened with a nut 9 using the flange 8.

Концы 5¹ спиральной пружины 5 связаны с фланцем 2 и диском 3 и расположены в радиальных пазах 10 и 11.The ends 5 ^{1 of the} coil spring 5 are connected to the flange 2 and the disk 3 and are located in the radial grooves 10 and 11.

Сборку комбинированной инструментальной головки осуществляют следующим образом.Assembling a combined tool head is as follows.

После набора пучков игл 4 на спиральную пружину 5 ее концы вставляют в радиальные пазы 10 и 11 фланца 2 и диска 3, последние поворачивают один относительно другого и сближают таким образом, чтобы пучки 4 плотно сбазировались на временной втулке 12 и были бы сжаты фланцем 2 и диском 3. Предварительное и окончательное сжатие фланца и диска и пучков игл 4 производят гайкой 6.After a set of bundles of needles 4 onto the coil spring 5, its ends are inserted into the radial grooves 10 and 11 of the flange 2 and the disk 3, the latter rotate one relative to the other and bring together so that the bundles 4 fit tightly on the temporary sleeve 12 and are compressed by flange 2 and disk 3. Preliminary and final compression of the flange and the disk and the bundles of needles 4 produce nut 6.

Затем устанавливают шлифовальный круг 7, как обычно используя картонные прокладки (не показаны) между кругом, диском 3 и фланцем 8, и закрепляют гайкой 9.Then set the grinding wheel 7, as usual using cardboard gaskets (not shown) between the wheel, the disk 3 and the flange 8, and fix the nut 9.

По мере износа шлифовального круга он уменьшается в диаметре и некоторое время (которое устанавливают экспериментально) продолжают комбинированную обработку до тех пор, пока эффективно работают иглы.As the grinding wheel wears out, it decreases in diameter and for some time (which is established experimentally) continue the combined treatment until the needles work efficiently.

При большой разнице (устанавливаемой экспериментально) диаметров круга и иглофрезы комбинированный инструмент начинает работать неэффективно (иглы не режут торцами) и его переналаживают.With a large difference (experimentally established) of the diameters of the circle and the needle cutter, the combined tool starts to work inefficiently (the needles do not cut the ends) and it is re-set.

Разборку инструмента производят в обратном порядке.Dismantling the tool is carried out in the reverse order.

Временную втулку 12 заменяют на втулку меньшего наружного диаметра, который позволяет уменьшить диаметр иглофрезы до диаметра изношенного круга, и производят сборку в той последовательности, которая описана выше. Перед обработкой переналаженный комбинированный инструмент правят методом шлифования.The temporary sleeve 12 is replaced with a sleeve of a smaller outer diameter, which allows you to reduce the diameter of the needle cutter to the diameter of the worn circle, and produce the assembly in the sequence described above. Before processing, the retuned combination tool is corrected by grinding.

Наиболее эффективно предлагаемый способ будет осуществляться комбинированной инструментальной головкой с аксиальным смещением в направлении продольной подачи рабочих слоев шлифовального круга и U-образных пучков игл (см. фиг.4). Благодаря наклону комбинированного инструмента к обрабатываемой поверхности рабочий торец иглы устанавливается под углом (называемый задним), а цилиндрическая поверхность иглы - под острым передним углом, которые позволяют более эффективно производить резание и увеличить производительность обработки.Most effectively, the proposed method will be carried out by a combined tool head with axial displacement in the direction of the longitudinal feed of the working layers of the grinding wheel and U-shaped bundles of needles (see figure 4). Due to the inclination of the combined tool to the work surface, the working end of the needle is set at an angle (called the rear), and the cylindrical surface of the needle is set at an acute rake angle, which allows more efficient cutting and increased productivity.

Величина аксиального смещения А зависит от конструкции косых шайб 13 и 14, установленных с торцов головки, в одной из которых также выполнен радиальный паз 15.The magnitude of the axial displacement A depends on the design of the oblique washers 13 and 14 installed at the ends of the head, in one of which a radial groove 15 is also made.

Работа иглоабразивной головки по предлагаемому комбинированному способу осуществляется следующим образом.The work of the needle-abrasive head according to the proposed combined method is as follows.

Подачу инструмента вдоль обрабатываемой заготовки обеспечивают таким образом, что вначале поверхность обрабатывают абразивным кругом и окончательно - пучками игл 4 таким образом, что весь припуск, оставленный под иглоабразивную обработку, распределяется между абразивом и упругими резцовыми элементами в виде игл, которые окончательно калибруют и “выхаживают” обрабатываемую поверхность.The supply of the tool along the workpiece is ensured in such a way that first the surface is treated with an abrasive wheel and finally with beams of needles 4 so that the entire allowance left under the needle-abrasive treatment is distributed between the abrasive and the elastic cutting elements in the form of needles that are finally calibrated and “groomed” ”The processed surface.

Абразивный круг оставляет после себя риски, которые состоят из впадин и выступов, величина которых зависит от величины абразивного зерна. Идущие вслед за абразивным кругом пучки игл срезают выступы рисок, улучшая шероховатость и качество обработки.The abrasive wheel leaves behind risks that consist of depressions and protrusions, the magnitude of which depends on the size of the abrasive grain. Following the abrasive wheel, the bundles of needles cut off the ridges of the pictures, improving the roughness and quality of processing.

При обработке крупнозернистыми кругами с целью интенсификации процесса черновую обработку ведут с большим углом наклона режущего слоя абразивного круга 7 и пучков игл 4 к плоскости, перпендикулярной оси вращения.When processing coarse circles in order to intensify the process, roughing is carried out with a large angle of inclination of the cutting layer of the abrasive wheel 7 and the bundles of needles 4 to a plane perpendicular to the axis of rotation.

С целью улучшения качества обработки предпочтительно чистовую обработку вести с минимальным углом наклона круга и резцовых элементов в виде игл или равным нулю.In order to improve the quality of processing, it is preferable to carry out finishing with a minimum angle of inclination of the circle and the cutting elements in the form of needles or equal to zero.

Частота колебательного движения аксиально-смещенного режущего абразивного слоя и резцовых элементов в виде игл будет равна частоте вращения шпинделя, на котором закреплена комбинированная иглоабразивная головка. Использование комбинированного инструмента, работающего по предлагаемому способу, позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимущества процесса прерывистой иглоабразивной обработки. Производительность такого способа чистовой комбинированной обработки повышается в 2...2,5 раза, а шероховатость поверхности - на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снижается на 25...35%.The frequency of the oscillatory movement of the axially displaced cutting abrasive layer and the cutting elements in the form of needles will be equal to the spindle speed on which the combined needle-abrasive head is fixed. The use of a combined tool operating according to the proposed method allows processing using the entire peripheral working part of the tool while maintaining the advantages of the intermittent needle-abrasive process. The performance of this method of finishing combined processing increases by 2 ... 2.5 times, and the surface roughness - by 1-2 classes. At the same time, the consumption of an abrasive tool is reduced by 25 ... 35%.

Пример. На внутришлифовальном станке мод. 3К228В обрабатывали сквозное отверстие диаметром 60Н7^(+0,03) и длиной 60 мм. Параметр шероховатости обрабатываемой поверхности R_а=0,63 мкм. Припуск на сторону 0,4 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердость HRC 45. Станок оснащен устройством для активного контроля обрабатываемых заготовок. Абразивный круг марки 24А25П25К8А диаметром 50 мм, иглоабразивная головка - диаметр игл 1 мм.Example. On the internal grinding machine mod. 3K228B was treated with a through hole with a diameter of 60H7 ^(+0.03) and a length of 60 mm. The roughness parameter of the treated surface R _a = 0.63 microns. The allowance on the side of 0.4 mm. The workpiece material is steel 45, hardened, hardness HRC 45. The machine is equipped with a device for active control of workpieces. An abrasive wheel of grade 24A25P25K8A with a diameter of 50 mm, a needle-abrasive head - a needle diameter of 1 mm.

Обработка проводилась при следующих режимах резания. Частоту вращения круга принимали 13000 мин^-1; частоту вращения заготовки - 200 мин^-1. Продольная подача - 5390 мм/мин. Поперечная подача для обычных шлифовальных кругов рекомендуется 0,004 мм/дв.ход; для данного специального комбинированного инструмента принимали - 0,008 мм/дв.ход. Охлаждающая жидкость - эмульсия. Угол наклона - 10°, амплитуда А при этом составила 8 мм. Для обеспечения необходимого качества и размерной точности обработки потребовалось основного времени 0,6 мин, что в 2 раза быстрее, чем при обычной абразивной обработке.Processing was carried out under the following cutting conditions. The rotational speed of the circle was taken 13000 min ^-1 ; the rotation frequency of the workpiece is 200 min ^-1 . Longitudinal feed - 5390 mm / min. Cross feed for conventional grinding wheels is recommended 0.004 mm / dv.hod; for this special combined tool was taken - 0,008 mm / dv.hod. Coolant - emulsion. The angle of inclination is 10 °, the amplitude A in this case was 8 mm. To ensure the required quality and dimensional accuracy of processing, the main time was 0.6 min, which is 2 times faster than with conventional abrasive processing.

Применение данного комбинированного способа иглоабразивной обработки позволяет исключить операцию чернового и получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса. При этом расход абразивного инструмента снижается в среднем на ~30%.The use of this combined method of needle-abrasive processing eliminates the operation of roughing and semi-grinding due to the improvement of surface roughness by 1-2 classes. At the same time, the consumption of an abrasive tool is reduced by an average of ~ 30%.

Источники информацииSources of information

1. А. с. СССР 1493248, МКИ А 46 В 7/08 // В 24 В 45/00. Устройство для обработки поверхностей. Перепичка Е. В. и Скалько Н. С. Заявка № 3984461/31-12, заяв. 04.12.85, опуб. 15.07.89, БИ № 26 - прототип.1. A. p. USSR 1493248, MKI A 46 V 7/08 // 24 V 45/00. Device for surface treatment. Perepichka E.V. and Skalko N. S. Application No. 3984461 / 31-12, application. 12/04/85, publ. 07/15/89, BI No. 26 - prototype.

2. Патент США № 4353143, кл. 15-162, опубл. 1982 г.2. US patent No. 4353143, CL. 15-162, publ. 1982 g.

Claims

1. The combined method of needle-abrasive processing of surfaces of revolution, in which the workpiece and the combined tool head with a grinding wheel and working elements in the form of U-shaped bundles of needles give rotational movements and a feed movement along the surface to be treated, characterized in that as wear of the grinding wheel U-shaped bundles of needles are moved in the radial direction due to the fact that they are located on the holder in the form of a spiral spring mounted coaxially with the body mustache, while its ends are rigidly connected with a fixed flange and an intermediate movable disk.

2. The combined method according to claim 1, characterized in that the adjustment and installation of the outer diameter of the U-shaped needles is carried out by rotating the intermediate movable disk, in which there is a radial groove with the end of the spiral spring located in it, while its second end is located in the radial groove fixed flange.

3. The combined method according to claim 1 or 2, characterized in that the combined tool head is taken with axial displacement in the direction of the longitudinal feed of the working layers of the grinding wheel and U-shaped bundles of needles, while the magnitude of the axial displacement is determined using oblique washers installed with end faces of the head.