RU2311991C2 - Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface - Google Patents
Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2311991C2 RU2311991C2 RU2004137691/02A RU2004137691A RU2311991C2 RU 2311991 C2 RU2311991 C2 RU 2311991C2 RU 2004137691/02 A RU2004137691/02 A RU 2004137691/02A RU 2004137691 A RU2004137691 A RU 2004137691A RU 2311991 C2 RU2311991 C2 RU 2311991C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- cutting
- cutting edge
- workpiece
- sphere
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к общему машиностроению, в частности к способам высокоточной обработки резанием сложнопрофильных поверхностей, а именно наружной и внутренней поверхностей сфер.The present invention relates to general engineering, in particular to methods of high-precision machining by cutting complex surfaces, namely the outer and inner surfaces of the spheres.
Известно множество различных способов высокоточной обработки резанием наружной и внутренней поверхностей сфер. Например, способы резания, реализованные по а.с. СССР №952442; 1340907, а также описанные в книге: "Приспособления и инструменты для токарных работ", авторы Семинский В.К. и др. "Техника", 1977 г., на стр.67, 68, 73, 75 и т.д. Применение этих способов позволяет обрабатывать внутренние или наружные поверхности сфер резанием, но геометрическая точность реализации профиля сферы и достигаемое при этом качество ее поверхности далеко не всегда позволяют получить задаваемые современным машиностроением показатели. Вследствие чего возникает необходимость после обработки поверхности сферы лезвийным инструментом выполнять дополнительные микрофинишные операции по доводке обработанной резцом сферы до необходимых значений параметров геометрической точности профиля и качества ее поверхности, например широко используемая в машиностроении притирка поверхности абразивными пастами. Дополнительные технологические операции увеличивают как время обработки заготовки, так и стоимость ее изготовления, а при использовании абразивных паст часть абразива шаржирует (внедряется) в сферическую поверхность, что снижает ресурс работы изготовленных таким способом контактных пар, например шаровых шарниров, шаровых пар плунжерных насосов, шаровых кранов и пр.Many different methods are known for precision machining by cutting the outer and inner surfaces of spheres. For example, cutting methods implemented by AS USSR No. 952442; 1340907, and also described in the book: "Devices and tools for turning works", authors Seminsky V.K. et al. "Technique", 1977, on p. 67, 68, 73, 75, etc. The application of these methods allows you to process the inner or outer surfaces of the spheres by cutting, but the geometric accuracy of the implementation of the profile of the sphere and the quality of its surface achieved by this does not always allow us to obtain the parameters specified by modern engineering. As a result, it becomes necessary, after processing the surface of the sphere with a blade tool, to perform additional microfinishing operations to fine-tune the sphere treated with the cutter to the required values of the parameters of the geometric accuracy of the profile and the quality of its surface, for example, grinding of the surface widely used in mechanical engineering with abrasive pastes. Additional technological operations increase both the processing time of the workpiece and the cost of its manufacture, and when using abrasive pastes, part of the abrasive is sharpened (embedded) in a spherical surface, which reduces the working life of contact pairs made in this way, for example ball joints, ball pairs of plunger pumps, ball cranes, etc.
Из известных способов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, реализованный в приспособлении для чистовой обточки сфер резцом, описанный в вышеупомянутой книге на стр.70. В устройстве, реализующем способ по прототипу, обработку наружной поверхности принудительно вращающейся сферической заготовки выполняют принудительно вращающимся резцом. Причем перед началом обработки оси вращения заготовки и резца устанавливают пересекающимися под прямым углом. Частоты вращения резца и заготовки устанавливают в зависимости, в том числе, от заданного диаметра сферы, после чего производят поступательное движение подачи вращающегося резца на глубину резания и осуществляют вращение заготовки на величину немногим более одного оборота.Of the known methods, the closest in technical essence to the proposed invention is the method implemented in the device for finishing turning spheres with a cutter, described in the aforementioned book on page 70. In the device that implements the prototype method, the processing of the outer surface of a forcibly rotating spherical billet is performed by a forcefully rotating cutter. Moreover, before starting processing the axis of rotation of the workpiece and the cutter set intersecting at right angles. The rotational speeds of the cutter and the workpiece are set, depending, inter alia, on the specified diameter of the sphere, after which the translational movement of the rotating cutter to the cutting depth is performed and the workpiece is rotated by a little more than one revolution.
Недостатком способа чистовой обработки сферической поверхности по прототипу являются относительно невысокие точность и качество обработанной резцом поверхности, что объективно присуще практически всем известным способам обработки сферы лезвийным инструментом. Другим недостатком способа обработки по прототипу является конструктивная сложность устройства для его реализации.The disadvantage of the method of finishing a spherical surface according to the prototype is the relatively low accuracy and quality of the surface machined by the cutter, which is objectively inherent in almost all known methods of processing a sphere with a blade tool. Another disadvantage of the processing method of the prototype is the structural complexity of the device for its implementation.
Целью предлагаемого изобретения "Способ высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности" является обеспечение высокой геометрической точности формы и качества обработки наружной и внутренней сферических поверхностей.The aim of the invention is the "Method of high-precision free-rolling processing of a spherical surface" is to ensure high geometric accuracy of the shape and quality of processing of the outer and inner spherical surfaces.
Поставленная цель достигается при выполнении нижеперечисленной последовательности действий с принудительно вращающейся заготовкой и с имеющим возможность свободного вращения в опорах инструментом.The goal is achieved by performing the following sequence of actions with a forcibly rotating workpiece and with the ability to freely rotate the tool in the supports.
Перед обработки внутренней сферической поверхности выбирают конструкцию инструмента такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента. А перед началом обработки наружной сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы его режущая кромка охватывала обрабатываемую поверхность. При этом для обработки и внутренней, и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше заданного диаметра сферы.Before machining the inner spherical surface, a tool structure is selected such that the surface to be machined covers the cutting edge of the tool. And before the start of processing the outer spherical surface, the design of the tool is chosen such that its cutting edge covers the surface to be treated. Moreover, for processing both the inner and outer spherical surfaces, the diameter of the cutting edge of the tool is chosen equal to or less than the specified diameter of the sphere.
Затем устанавливают ось свободновращающегося в опорах инструмента в одной плоскости с осью вращения заготовки под углом к ней, не кратным прямому. Конструкцию заготовки выполняют и величину угла между осями вращения инструмента и заготовки, не кратного прямому, устанавливают такими, чтобы в процессе обработки диаметрально противоположные точки режущей кромки, расположенные на характерной диаметральной линии, проходящей через центр ее осевой симметрии и ось вращения заготовки, не находились в контакте с поверхностью сферы.Then set the axis of the tool rotating freely in the supports in the same plane as the axis of rotation of the workpiece at an angle to it that is not a multiple of a straight line. The design of the workpiece is performed and the angle between the axes of rotation of the tool and the workpiece, not a multiple of the straight line, is set such that during processing the diametrically opposite points of the cutting edge located on a characteristic diametrical line passing through the center of its axial symmetry and the axis of rotation of the workpiece are not contact with the surface of the sphere.
Затем для обработки внутренней сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел ординату, равнуюThen, for processing the inner spherical surface, the tool is installed in the initial position so that the center of axial symmetry of its cutting edge has an ordinate equal to
где Y- ось ординат декартовой системы координат с началом в центре заданной сферы, направленная перпендикулярно оси вращения заготовки и пересекающая характерную диаметральную линию режущей кромки инструмента;where Y is the ordinate axis of the Cartesian coordinate system with the origin in the center of the given sphere, directed perpendicular to the axis of rotation of the workpiece and intersecting the characteristic diametrical line of the tool cutting edge;
ν - угол между осями вращения инструмента и заготовки;ν is the angle between the axes of rotation of the tool and the workpiece;
dS - заданный диаметр сферы;d S is the given diameter of the sphere;
di - диаметр режущей кромки инструмента.d i - the diameter of the cutting edge of the tool.
при этом знак "+" соответствует отрицательному конечному значению аппликаты центра осевой симметрии режущей кромки, а знак "-" соответствует положительному конечному значению этой аппликаты.wherein the “+” sign corresponds to the negative final value of the applicates of the center of axial symmetry of the cutting edge, and the “-” sign corresponds to the positive final value of this applicate.
В случае, если необходимо выполнить обработку наружной сферической поверхности, инструмент предварительно устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел аппликату, равнуюIf it is necessary to perform processing of the outer spherical surface, the tool is pre-installed in the initial position so that the center of axial symmetry of its cutting edge has an applicate equal to
где Z - ось аппликат декартовой системы координат с началом в центре заданной сферы, направленная в сторону от заготовки по оси ее вращения.where Z is the axis of the applicate of the Cartesian coordinate system with the beginning in the center of the given sphere, directed away from the workpiece along the axis of its rotation.
Затем принудительно вращают заготовку, а инструменту, имеющему возможность свободного вращения в опорах, сообщают движение подачи в сторону заготовки. После появления контакта режущей кромки инструмента с поверхностью сферы последняя начинает "вести" за собой инструмент - он начинает вращательное обкатное движение в том же направлении, что и заготовка.Then the workpiece is forcibly rotated, and the tool having the possibility of free rotation in the supports is informed of the feed movement towards the workpiece. After the contact of the cutting edge of the tool with the surface of the sphere, the latter begins to "lead" the tool behind it - it begins to rotate the obkatny movement in the same direction as the workpiece.
В дальнейшем обработку сферической поверхности выполняют одним инструментом одновременно свободнообкатным резанием обрабатываемой поверхности с отходом стружки и свободнообкатным выглаживанием уже обработанной резанием поверхности без отхода стружки одним и тем же инструментом за счет скорости проскальзывания его круговой режущей кромки относительно поверхности сферы в точках их контакта. При этом вектор скорости проскальзывания равен геометрической разности векторов окружных скоростей заготовки и режущей кромки инструмента в точках их контакта. Вращение инструмента при свободнообкатной обработке выполняют в направлении вращения заготовки за счет сил свободнообкатного резания и сил трения, которые возникают при свободнообкатном выглаживании в точках контакта режущей кромки с поверхностью сферы. Причем свободнообкатное резание выполняют той частью режущей кромки, в точках контакта которой с поверхностью обрабатываемой сферы вектор скорости проскальзывания направлен на переднюю поверхность инструмента. Текущее положение совокупности этих точек контакта на режущей кромке вращающегося инструмента находится в зоне резания, расположенной по одну сторону от характерной диаметральной линии. Одновременно свободнообкатное выглаживание без отхода стружки выполняют за счет проскальзывания режущей кромки в тех точках ее контакта с поверхностью обработанной резанием сферы, в которых вектор скорости проскальзывания направлен от передней поверхности инструмента. Текущее положение совокупности этих точек на режущей кромке находится в зоне выглаживания, расположенной с другой стороны от характерной диаметральной линии.Subsequently, the processing of the spherical surface is carried out with one tool at the same time as free-cutting cutting of the treated surface with chip waste and free-rolling smoothing of the surface already machined without cutting chips with the same tool due to the speed of slipping of its circular cutting edge relative to the surface of the sphere at their contact points. In this case, the slip velocity vector is equal to the geometric difference of the vectors of the peripheral velocities of the workpiece and the cutting edge of the tool at their contact points. The rotation of the tool during free-rolling processing is performed in the direction of rotation of the workpiece due to free-cutting cutting forces and friction forces that occur during free-rolling smoothing at the contact points of the cutting edge with the surface of the sphere. Moreover, free-wheel cutting is performed by that part of the cutting edge, at the points of contact of which with the surface of the workpiece, the slip velocity vector is directed to the front surface of the tool. The current position of the combination of these contact points on the cutting edge of a rotating tool is in the cutting zone, located on one side of the characteristic diametrical line. At the same time, free-rolling smoothing without chip evacuation is performed due to slipping of the cutting edge at those points of its contact with the surface of the machined sphere in which the slip velocity vector is directed from the front surface of the tool. The current position of the combination of these points on the cutting edge is in the smoothing zone, located on the other side of the characteristic diametrical line.
При обработке внутренней сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят вдоль ее оси вращения до положения, в котором аппликата центра осевой симметрии режущей кромки станет равнойWhen machining the internal spherical surface, the translational movement of the tool feed towards the machined sphere is carried out along its axis of rotation to a position in which the applicate of the center of axial symmetry of the cutting edge becomes equal
при этом знак "+" соответствует отрицательному конечному значению ординаты центра осевой симметрии режущей кромки, а знак "-" соответствует ее положительному конечному значению.the “+” sign corresponds to the negative final value of the ordinate of the center of axial symmetry of the cutting edge, and the “-” sign corresponds to its positive final value.
При обработке наружной сферической поверхности поступательное движение подачи инструмента в сторону обрабатываемой сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения, до положения, в котором ордината центра осевой симметрии его режущей кромки станет равнойWhen processing the outer spherical surface, the translational movement of the tool feed towards the sphere to be machined is performed in the direction perpendicular to the axis of its rotation to a position in which the ordinate of the center of axial symmetry of its cutting edge becomes equal
Обработку поверхности заготовки прекращают после полного прекращения отхода стружки из зоны резания, после чего производят отвод инструмента от заготовки.The processing of the surface of the workpiece is stopped after the cessation of the waste of the chips from the cutting zone, after which the tool is removed from the workpiece.
Предлагаемое изобретение как "способ" характеризуется следующей совокупностью существенных признаков, которая позволяет достичь цели изобретения при его реализации (см таблицу).The present invention as a "method" is characterized by the following set of essential features, which allows to achieve the purpose of the invention during its implementation (see table).
а для обработки наружной сферической поверхности инструмент устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки имел аппликату, равную 
and for processing the outer spherical surface, the tool is set in the initial position so that the center of axial symmetry of its cutting edge has an applicate equal to
Из перечисленных в таблице существенных признаков признаки, приведенные в п. 5-17, являются отличительными и их наличие при реализации заявляемого способа является достаточным во всех случаях, на которые распространяется объем правовой охраны.Of the essential features listed in the table, the features listed in paragraphs 5-17 are distinctive and their presence when implementing the proposed method is sufficient in all cases to which the scope of legal protection applies.
Анализ научно-технической и патентной литературы не выявил технических решений, которые обладают совокупностью подобных признаков и эффектом, который достигается. Это позволяет считать, что заявляемое изобретение удовлетворяет критериям "новизна" и "изобретательский уровень".The analysis of scientific, technical and patent literature did not reveal technical solutions that possess a combination of similar features and the effect that is achieved. This suggests that the claimed invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
На Фиг.1 показана схема взаимного расположения инструмента и заготовки с внутренней сферической поверхностью во время ее обработки. На схеме показаны в качестве примера треугольники скоростей, образованные векторами окружных скоростей заготовки инструмента и скорости проскальзывания в двух произвольных точках двух соответствующих совокупностей точек контакта режущей кромки и поверхности сферы. Эти совокупности, которыми выполняют свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание, расположены по разные стороны характерной диаметральной линии, соответственно в зонах свободнообкатного резания «Р» и свободнообкатного выглаживания «В».Figure 1 shows a diagram of the relative positioning of the tool and the workpiece with the inner spherical surface during its processing. The diagram shows, by way of example, velocity triangles formed by the vectors of the peripheral velocities of the tool blank and the slippage velocity at two arbitrary points of two corresponding sets of contact points of the cutting edge and the surface of the sphere. These aggregates, which perform free rolling cutting and free rolling smoothing, are located on different sides of the characteristic diametrical line, respectively, in the areas of free rolling cutting "P" and free rolling smoothing "B".
На Фиг.2 показана схема взаимного расположения инструмента и заготовки с наружной сферической поверхностью во время ее обработки. На схеме показаны в качестве примера треугольники скоростей, образованные векторами окружных скоростей заготовки, инструмента и скорости проскальзывания в двух произвольных точках двух соответствующих совокупностей точек контакта режущей кромки и поверхности сферы. Эти совокупности, которыми выполняют свободнообкатное резание и свободнообкатное выглаживание, расположены по разные стороны характерной диаметральной линии (зоны резания «Р» и выглаживания «В» на Фиг.2 не показаны).Figure 2 shows a diagram of the relative positioning of the tool and the workpiece with the outer spherical surface during its processing. The diagram shows as an example the velocity triangles formed by the vectors of the peripheral velocities of the workpiece, tool and slippage velocity at two arbitrary points of two corresponding sets of contact points of the cutting edge and the surface of the sphere. These aggregates, which perform free-rolling cutting and free-rolling smoothing, are located on opposite sides of the characteristic diametrical line (cutting zones “P” and smoothing “B” are not shown in FIG. 2).
На фигурах обозначены:In the figures indicated:
1. Опора инструмента.1. Tool support.
2. Инструмент.2. The tool.
3. Кромка режущая инструмента.3. Edge cutting tool.
4. Поверхность передняя инструмента.4. The front surface of the tool.
5. Поверхность сферическая заготовки.5. The surface is spherical billet.
6. Заготовка.6. Harvesting.
7. Конструктивные элементы заготовки:7. The structural elements of the workpiece:
- на Фиг.1 - отверстие осевое в заготовке поверхности сферической внутренней;- figure 1 - the axial hole in the workpiece surface of the spherical inner;
- на Фиг.2 - сегменты сферы осевые, передний и задний, отделенные от поверхности сферической наружной.- figure 2 - segments of the sphere axial, front and rear, separated from the outer spherical surface.
DSкр - движение круговой подачи заготовки (принудительное вращательное движение);D Scr - movement of the circular feed of the workpiece (forced rotational movement);
Di - обкатное вращательное движение инструмента;Di - rolling rotation of the tool;
Ds - поступательное движение подачи инструмента;Ds is the translational movement of the tool feed;
ν - угол между пересекающимися осями вращения инструмента и заготовки;ν is the angle between the intersecting axes of rotation of the tool and the workpiece;
ds - диаметр сферы заданный;ds is the diameter of the sphere given;
di - диаметр режущей кромки инструмента;di is the diameter of the cutting edge of the tool;
m - произвольная точка контакта инструмента и заготовки в зоне резания;m is an arbitrary point of contact of the tool and the workpiece in the cutting zone;
n - произвольная точка контакта инструмента и заготовки в зоне выглаживания;n is an arbitrary contact point of the tool and the workpiece in the smoothing zone;
О - центр сферы;O is the center of the sphere;
Оi - центр осевой симметрии режущей кромки инструмента;About i is the center of axial symmetry of the cutting edge of the tool;
А и В - точки режущей кромки, находящиеся в текущий момент времени на характерной диаметральной линии АВ;A and B are the points of the cutting edge that are currently located on the characteristic diametrical line AB;
Зона "В" - зона совокупности точек контакта, в которых выполняется обработка свободнообкатным выглаживанием;Zone "B" - the zone of the set of contact points at which free-rolling smoothing is performed;
Зона "Р" - зона совокупности точек контакта, в которых выполняется обработка свободнообкатным резанием;Zone "P" - the zone of the set of contact points at which free-rolling cutting is performed;
ZOY - декартова система координат, у которой ось Z направлена в сторону от заготовки по оси ее вращения, а ось Y направлена перпендикулярно этой оси и пересекает характерную диаметральную линию режущей кромки инструмента;ZOY is a Cartesian coordinate system in which the Z axis is directed away from the workpiece along its rotation axis, and the Y axis is perpendicular to this axis and intersects the characteristic diametrical line of the tool cutting edge;
Yoi, Zoi - координаты центра осевой симметрии режущей кромки инструмента;Y oi , Z oi - coordinates of the center of axial symmetry of the cutting edge of the tool;
Vmi, Vni - векторы окружных скоростей инструмента соответственно в точках m и n;Vm i , Vn i are the vectors of the peripheral speeds of the tool, respectively, at points m and n;
Vms, Vns - векторы окружных скоростей сферы соответственно в точках m и n;Vm s , Vn s are the circumferential velocity vectors of the sphere at points m and n, respectively;
Vm - вектор скорости свободнообкатного резания в точке m (вектор скорости проскальзывания в точке m);Vm is the velocity vector of free-cutting cutting at point m (the slip velocity vector at point m);
Vn - вектор скорости свободнообкатного выглаживания в точке n (вектор скорости проскальзывания в точке n).Vn is the free-rolling smoothing speed vector at point n (the slip velocity vector at point n).
Реализацию способа высокоточной свободнообкатной обработки внутренней сферической поверхности (см. Фиг.1) или наружной сферической поверхности (см. Фиг.2) выполняют, например, в следующей последовательности действий над заготовкой и инструментом.The implementation of the method of high-precision free-rolling treatment of the inner spherical surface (see Figure 1) or the outer spherical surface (see Figure 2) is performed, for example, in the following sequence of actions on the workpiece and tool.
Предварительно, до начала обработки, последовательно выполняют следующие действия.Previously, before the start of processing, the following actions are performed sequentially.
1. Заготовку 6 с предварительно обработанной поверхностью внутренней сферы 5 (см. Фиг.1) конструктивно выполняют с отверстием 7 осевым. А заготовку 6 с предварительно обработанной поверхностью наружной сферы 5 (см. Фиг.2) конструктивно выполняют с отделенными от сферы 5 с двух сторон сферическими сегментами 7 осевыми, передним и задним.1. The workpiece 6 with a pre-treated surface of the inner sphere 5 (see Figure 1) is structurally performed with an
2. Для обработки внутренней сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы обрабатываемая поверхность охватывала режущую кромку инструмента (фиг.1), а для обработки наружной сферической поверхности конструкцию инструмента выбирают такой, чтобы режущая кромка инструмента охватывала обрабатываемую поверхность (фиг.2), при этом для обработки и внутренней, и наружной сферических поверхностей диаметр режущей кромки инструмента выбирают равным или меньше заданного диаметра сферы. Как показал опыт исследовательского применения предлагаемого способа, оптимальным является соотношение di=(0,6...1,0) ds.2. For processing the inner spherical surface, the tool structure is chosen such that the surface to be machined covers the cutting edge of the tool (Fig. 1), and for processing the external spherical surface, the tool structure is chosen such that the cutting edge of the tool covers the machined surface (Fig. 2), when for processing both internal and external spherical surfaces, the diameter of the cutting edge of the tool is chosen equal to or less than the specified diameter of the sphere. As the experience of the research application of the proposed method showed, the ratio di = (0.6 ... 1.0) ds is optimal.
3. Устанавливают инструмент 2, имеющий возможность свободного вращения в опорах 1 таким образом, чтобы выполнялись следующие условия.3. Install the
3.1. Оси вращения инструмента 2 и заготовки 6 должны пересекаться под углом ν, не кратным прямому углу. Это сделано вследствие того, что при углах ν, приближающихся по величине к 0° или к 180°, высота обрабатываемого шарового слоя уменьшается до нуля, а при углах ν, приближающихся по величине к 90° или к 270°, в процессе обработки, как показала практика, вращение инструмента начинает носить нестационарный характер и в конечном положении вращение прекращается.3.1. The axis of rotation of the
3.2. Поверхность 4 передняя инструмента 2 должна быть обращена к поверхности сферы 5.3.2. The front surface 4 of the
3.3. Диаметрально противоположные точки А и В кромки 3 режущей инструмента 2, лежащие на характерной диаметральной линии АВ, проходящей через центр Oi осевой симметрии кромки 3, режущей и ось вращения заготовки во время обработки не должны касаться сферической поверхности заготовки. Для этого перед обработкой заготовки 6 с внутренней сферой 5 точку А этой линии располагают, например, в отверстии 7 осевом заготовки 6, а точку В располагают вне заготовки (Фиг.1). Перед обработкой заготовки 6 с наружной сферой 5 (Фиг.2) точки А и В располагают вне поверхности 5 сферической заготовки 6, например на местах сегментов 7 сферических, осевых сферы 5, предварительно отделенных от нее с двух сторон.3.3. The diametrically opposite points A and B of the
3.4. Перед обработкой поверхности 5 внутренней сферической (Фиг.1) инструмент 2 устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии Oi его режущей кромки 3 имел ординату, равную (1), а перед обработкой поверхности 5 наружной сферической (Фиг.2) инструмент 2 устанавливают в начальном положении таким образом, чтобы центр осевой симметрии его режущей кромки 3 имел аппликату, равную (2).3.4. Before processing the surface 5 of the inner spherical (Figure 1)
4. После выставки инструмента 2 в начальное положение относительно заготовки 6 ей сообщают движение подачи Dsкр круговое (принудительное вращательное движение).4. After exposing the
5. Затем выполняют поступательное движение подачи Ds инструмента 2 по направлению к заготовке 6. После возникновения контакта кромки режущей 3 инструмента 2 с поверхностью 5 сферической заготовки 6 последняя за счет сил резания в точках контакта, расположенных в зоне свободнообкатного резания «Р» и сил трения в точках контакта, расположенных в зоне свободнообкатного выглаживания «В», начинает "вести" за собой инструмент 2, который в результате совершает обкатное вращательное движение Di в опорах 1 в направлении вращения заготовки 6. На Фиг.1 и 2 в качестве примера показаны произвольные точки контакта m и n, расположенные по разные стороны характерной диаметральной линии, соответственно в зонах «Р» резания и выглаживания «В». При наличии контакта эти точки принадлежат одновременно кромке 3 режущей и поверхности 5 сферы. В точках m и n, принадлежащих сфере 5, векторы окружных скоростей Vms и Vns направлены по касательной к поверхности сферы 5. В этих же точках m и n, но принадлежащих кромке 3 режущей инструмента 2, векторы окружных скоростей инструмента Vmi и Vni направлены по касательной к кромке 3 режущей. Поскольку в точке контакта m векторы Vms и Vmi, так же как в точке контакта n векторы Vns и Vni, не равны между собой по величине и отличаются по направлению, то в этих точках контакта происходит проскальзывание поверхности 5 сферической относительно кромки 3 режущей. Вектор скорости проскальзывания в точках m и n определяется как геометрическая разность векторов окружных скоростей поверхности 5 сферической и кромки режущей 3 в этих точках: Vm=Vms-Vmi и Vn=Vns-Vni.5. Then, the forward movement of the feed Ds of the
На кромке 3 режущей (Фиг.1) вектор окружной скорости во всех точках контакта изменяется только по направлению, а его модуль постоянный в силу постоянства расстояния этих точек (радиуса) от центра осевой симметрии Oi кромки 3 режущей. На поверхности 5 сферической модуль вектора окружной скорости в точках контакта изменяется как по направлению, так и по величине в зависимости от величины радиус-вектора в этих же точках.At the cutting edge 3 (FIG. 1), the peripheral velocity vector at all points of contact changes only in the direction, and its modulus is constant due to the constant distance of these points (radius) from the center of axial symmetry Oi of the
Точки А и В, принадлежащие кромке 3 режущей, находятся в текущий момент времени на связывающей их характерной диаметральной линии. От других точек кромки 3 режущей они отличаются тем, что в них при наличии контакта векторы окружных скоростей сферы 5 и кромки 3 режущей меняют свое направление на противоположное в системе координат YOZ. По этой причине меняется на противоположное направление векторов скорости проскальзывания и одновременно меняется вид обработки, которую выполняют точками контакта кромки 3 режущей до пересечения характерной диаметральной линии АВ и после ее пересечения. При направлении вектора скорости проскальзывания на поверхность 4 переднюю инструмента 2 (в зоне резания "Р") выполняют обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки. При направлении вектора скорости проскальзывания от поверхности 4 передней инструмента 2 (в зоне выглаживания "В") выполняют обработку свободнообкатным выглаживанием без отхода стружки. Например, для каждой точки кромки 3 режущей (Фиг.1), пересекшей характерную диаметральную линию АВ в месте расположения точки А, после появления контакта в точке Т обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки заменяют обработкой свободнообкатным выглаживанием без отхода стружки, которую выполняют во всех точках контакта в зоне выглаживания "В" до точки С. В точках контакта в зоне выглаживания (в том числе в точке n) вектор скорости проскальзывания направлен в сторону от поверхности 4 передней инструмента 2. Одновременно в каждой точке контакта кромки 3 режущей (Фиг.1), пересекшей характерную диаметральную линию АВ в месте расположения точки В, после появления контакта в точке L и далее (в том числе и в точке m) до точки К вектор скорости проскальзывания направлен на поверхность 4 переднюю инструмента 2 (в зоне резания "Р"). В этих точках контакта выполняют обработку свободнообкатным резанием с отходом стружки.Points A and B, belonging to the
Опыт исследовательского применения заявляемого способа показывает, что (при наличии контакта) в окрестности точек А и В кромки 3 режущей (на Фиг.1 и 2 не показано) при изменении направления вектора скорости проскальзывания на противоположное резание и выглаживание выполняют при модуле скорости проскальзывания стремящемся к нулю, что обуславливает неблагоприятные условия резания. В результате качество обработанной поверхности в этих местах реализуется низкое. Именно поэтому диаметрально противоположные точки А и В кромки 3 режущей, лежащие на характерной диаметральной линии, а также точки, близкие к ним (зоны точек кромки 3 режущей: К-А-Т и C-B-L), конструктивными мерами при изготовлении заготовки 6 и установкой оси инструмента 2 относительно оси заготовки 6 при обработке выводят из контакта с поверхностью 5 сферической.The research experience of the proposed method shows that (in the presence of contact) in the vicinity of points A and B of the cutting edge 3 (not shown in FIGS. 1 and 2), when the direction of the slip velocity vector is reversed and the smoothing is performed, the slip velocity module tends to zero, which causes adverse cutting conditions. As a result, the quality of the treated surface in these places is low. That is why diametrically opposite points A and B of the
6. При обработке внутренней поверхности 5 сферической (Фиг.1) поступательное движение подачи инструмента 2 в сторону сферы производят вдоль оси вращения заготовки 6 до положения, в котором центр осевой симметрии кромки 3 режущей будет иметь аппликату (3), а при обработке поверхности 5 сферической, наружной (Фиг.2), поступательное движение подачи инструмента в сторону сферы производят в направлении, перпендикулярном оси ее вращения до положения, в котором центр осевой симметрии кромки 3 режущей будет иметь ординату (4).6. When machining the inner surface 5 of a spherical (Figure 1), the translational movement of the
7. После остановки поступательного движения подачи Ds инструмента 2 в вышеуказанном положении продолжают производить принудительное вращательное движение подачи Dskp круговое заготовки 6 до полного прекращения отхода стружки из зоны резания. После чего инструмент 2 отводят от заготовки 6 и процесс обработки поверхности 5 сферической заканчивают.7. After stopping the translational movement of the feed Ds of the
Таким образом, отличием предлагаемого способа высокоточной свободнообкатной обработки сферической поверхности от известных способов, в том числе от способа обработки по прототипу, является то, что при принудительном вращении заготовки и обусловленном им вращении инструмента обработку производят одним и тем же режущим инструментом, при этом выполняют процесс резания с откодом стружки и одновременно процесс выглаживания без отхода стружки уже обработанной резанием поверхности, что определяет высокое качество обработанной поверхности сферы. При обработке по данному способу круговой режущей кромкой обкатывают профиль сферы, что определяет ее высокую геометрическую точность. Кроме того, способ осуществляют лезвийной обработкой без использования абразивных материалов, что повышает ресурс изделий с контактными сферическими парами, изготовленными по данному способу, т.к. отсутствует их шаржирование абразивом.Thus, the difference between the proposed method of high-precision free-rolling processing of a spherical surface from known methods, including the processing method of the prototype, is that when the workpiece is forced to rotate and the tool rotates due to it, the processing is performed by the same cutting tool, and the process cutting with chip evacuation and at the same time the process of smoothing without waste chips already machined surface, which determines the high quality of the processed surface sphere. When processing by this method, a sphere profile is rolled around with a circular cutting edge, which determines its high geometric accuracy. In addition, the method is carried out by blade processing without the use of abrasive materials, which increases the resource of products with contact spherical pairs made by this method, because there is no cartooning with an abrasive.
Дополнительным положительным эффектом заявляемого способа является также то, что его выполняют всего за несколько оборотов заготовки, что определяет высокую производительность в сравнении, например, с высокоточными способами абразивной обработки сфер. Езде одним положительным эффектом заявляемого способа является дополнительное упрочнение поверхности сферы, которое реализуется при ее выглаживании вращающимся инструментом.An additional positive effect of the proposed method is that it is performed in just a few turns of the workpiece, which determines high productivity in comparison, for example, with high-precision methods of abrasive processing of spheres. Riding one positive effect of the proposed method is the additional hardening of the surface of the sphere, which is realized when it is smoothed with a rotating tool.
Заявляемый способ можно реализовать на универсальных металлорежущих станках, оснащенных специальным устройством для закрепления инструмента в опорах, обеспечивающих его свободное вращение. Это устройство конструктивно значительно проще устройства, используемого при реализации способа по прототипу, т.к. в устройстве для реализации заявляемого способа отсутствует дополнительный привод для вращения инструмента.The inventive method can be implemented on universal metal-cutting machines equipped with a special device for fixing the tool in the supports, ensuring its free rotation. This device is structurally much simpler than the device used in the implementation of the prototype method, because in the device for implementing the proposed method there is no additional drive for rotating the tool.
Специальный анализ качества и геометрической точности сферической поверхности, обработанной предлагаемым способом, показал, что:A special analysis of the quality and geometric accuracy of the spherical surface processed by the proposed method showed that:
- шероховатость поверхности сферы не превышает Rz 01 (Ra 0,02), что соответствует шероховатости 12 класса по ГОСТ 2789-73;- the surface roughness of the sphere does not exceed Rz 01 (Ra 0.02), which corresponds to a roughness of class 12 according to GOST 2789-73;
- волнистость поверхности не превышает 0,3 мкм;- the surface undulation does not exceed 0.3 microns;
- отклонение от геометрической точности профиля сферы в сечении, перпендикулярном оси вращения заготовки, не превышает 4 мкм.- the deviation from the geometric accuracy of the profile of the sphere in the cross section perpendicular to the axis of rotation of the workpiece does not exceed 4 microns.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137691/02A RU2311991C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004137691/02A RU2311991C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004137691A RU2004137691A (en) | 2005-07-10 |
| RU2311991C2 true RU2311991C2 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=35838131
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004137691/02A RU2311991C2 (en) | 2004-12-23 | 2004-12-23 | Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2311991C2 (en) |
-
2004
- 2004-12-23 RU RU2004137691/02A patent/RU2311991C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004137691A (en) | 2005-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5522569B2 (en) | Roller manufacturing method | |
| US5149337A (en) | Lens grinder and method of grinding lens | |
| US7882633B2 (en) | Method for machining shaft bearing seats | |
| CN104608046B (en) | The superfine processing method on the bearing roller face of cylinder | |
| JP6509163B2 (en) | Method for finishing bevel gears in the tip region, machine for bevel gears processing, and grinding tools designed accordingly | |
| KR20040084641A (en) | Point superabrasive machining of nickel alloys | |
| US3494013A (en) | Processes and devices for the cutting or machining and burnishing of ball surfaces of workpieces | |
| CN102152193B (en) | Method for grinding superhard mini-hemispheric coupling parts | |
| JPH07121502B2 (en) | How to cylindrically grind a workpiece | |
| CN106346378A (en) | Grinding wheel | |
| RU2311991C2 (en) | Method for high-accuracy free-rolling around working of spherical surface | |
| CN108127128A (en) | A kind of thin-walled gear ring periphery smart car method | |
| CN104400634B (en) | The grinding attachment and method of a kind of thin-wall bearing end face | |
| JPH089124B2 (en) | Free curved surface processing method | |
| WO2005039821A1 (en) | Method for machining aspherical surface, method for forming aspherical surface, and system for machining aspherical surface | |
| US9969058B2 (en) | System and method for contoured peel grinding | |
| US20160236321A1 (en) | Truing method and truing device | |
| JP2013043255A (en) | Finish machining tool and machining method using the tool | |
| WO2021192144A1 (en) | Method for manufacturing fresnel lens mold, machining apparatus, and cutting tool | |
| JP2006289871A (en) | Method for manufacturing ring zone optical element and method for manufacturing mold for ring zone optical element | |
| JP5425570B2 (en) | Processing method and apparatus for trunnion of tripod type constant velocity joint | |
| CN108032188A (en) | A kind of camshaft roughly grinds fixture | |
| JP2001353645A (en) | Cutting edge forming method and grinding machining device of machining tool | |
| TW202132129A (en) | Manufacturing method of vehicle wheel and vehicle wheel | |
| JP2005028556A (en) | Machining method of free curved surface |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081224 |