RU2356720C2

RU2356720C2 - Device for finishing treatment

Info

Publication number: RU2356720C2
Application number: RU2006119418/02A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Петрович Сергиев (RU); Аркадий Петрович Сергиев; Игорь Олегович Матвеев (RU); Игорь Олегович Матвеев; Сергей Сергеевич Сергиев (RU); Сергей Сергеевич Сергиев; Денис Александрович Спицын (RU); Денис Александрович Спицын
Original assignee: Аркадий Петрович Сергиев; Игорь Олегович Матвеев; Сергей Сергеевич Сергиев; Денис Александрович Спицын
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2009-05-27
Also published as: RU2006119418A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention is related to the field of machine building and may be used for finishing treatment of parts by loose abrasive with application of alternating force field. There is rotary rotor and working chamber with technological medium installed in fixed body. Chamber is installed with the possibility of rolling due to friction contact of external surface of working chamber and internal surface of friction element secured on fixed body with provision of centrifugal-planetary motion of working chamber along cone. Rotor is arranged with openings that are located pairwise opposite to each other at the angle α_i to axis of fixed body and at the same distance R_i from rotation axis. In one of openings of mentioned pair having values α_i and R_i specified for this type of treatment, working chamber is installed, and balancing device is installed in the other opening. Inside working chamber there is replaceable chamber with openings arranged in its bottom along external diametre. System is provided for continuous flushing of process medium, having insert installed in working chamber bottom with groove along Archimedes spiral intended for removal of spent liquid through replaceable chamber openings with its displacement along groove to the center of working chamber.

EFFECT: treatment process is intensified due to provision of alternating centrifugal force field.

3 cl, 4 dwg

Description

Устройство предназначено для отделочной обработки деталей свободным абразивом с использованием переменного силового поля.The device is intended for finishing processing of parts with a free abrasive using an alternating force field.

Изобретение относится к технологии механической обработки, а именно к отделочно-зачистной обработке деталей свободным абразивом, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения и приборостроения.The invention relates to the technology of mechanical processing, namely, finishing and cleaning of parts with a free abrasive, and can be used in various industries of mechanical engineering and instrument making.

Известно устройство для объемной вибрационной обработки, представляющее собой контейнер, установленный на водиле, получающем вращение (а.с. №918051, М. Кл. В24В 31/06). Недостатком указанного устройства является ухудшение качества обрабатываемых деталей при интенсификации процесса обработки.A device for volumetric vibration processing, which is a container mounted on a carrier, receiving rotation (AS No. 918051, M. Cl. V24V 31/06). The disadvantage of this device is the deterioration of the quality of the workpiece during the intensification of the processing process.

Известно устройство (патент №1715560 A1, М. Кл. В24В 31/07) для объемной вибрационной обработки, содержащее камеру, подвешенную на упругом элементе, оснащенную электроприводом и системой вибровозбуждения. Недостатком известного устройства как динамической системы является наличие неуравновешенной массы подвижных частей М₀ с центром масс О, момент инерции которой J₀ испытывает существенные изменения за каждый период колебаний. Система требует динамической балансировки, что ограничивает возможности работы на интенсивных режимах из-за значительных колебаний корпуса устройства.A device is known (patent No. 1715560 A1, M. Cl. B24V 31/07) for volumetric vibration processing, containing a camera suspended on an elastic element, equipped with an electric drive and a vibration excitation system. A disadvantage of the known device as a dynamic system is the unbalanced mass of the moving parts M ₀ with the center of mass O, the moment of inertia of which J ₀ experiences significant changes for each period of oscillation. The system requires dynamic balancing, which limits the ability to work in intensive modes due to significant fluctuations in the body of the device.

Известно устройство (патент №1509234 А1, кл. В24В 31/104) для центробежно-планетарной абразивной обработки деталей, содержащее вращающуюся посредством привода платформу, несущую вертикально размещенные рабочие камеры, установленные с возможностью вращения вокруг своих осей путем кинематической связи с центральным элементом, закрепленным посредством вала на основании. Рабочие камеры размещены на платформе шарнирно и связаны между собой введенным в устройство бандажным кольцом, при этом вал, связывающий центральный элемент с основанием, выполнен торсионным.A device is known (patent No. 1509234 A1, class B24B 31/104) for centrifugal planetary abrasive machining of parts, comprising a platform rotating by means of a drive, carrying vertically arranged working chambers mounted for rotation around their axes by kinematic connection with a central element fixed through the shaft on the base. The working chambers are pivotally mounted on the platform and interconnected by a retaining ring introduced into the device, while the shaft connecting the central element to the base is made torsion-shaped.

Известно устройство (патент РФ №2041048 С1, кл. В24В 31/02) для центробежной обработки, состоящее из цилиндрической формы основания с закрепленным на нем шпинделем, на котором установлен соосно с ним ротор. На роторе эксцентрично его оси вращения размещено в подшипниковой опоре ходовое колесо, на котором закреплен контейнер, установленный эксцентрично оси вращения ходового колеса, находящегося во фрикционном контакте с цилиндрической опорой, закрепленной соосно с осью вращения ротора на основании.A device is known (RF patent No. 2041048 C1, class B24B 31/02) for centrifugal treatment, consisting of a cylindrical base with a spindle mounted on it, on which a rotor is mounted coaxially with it. On the rotor, an eccentric axis of rotation is placed in the bearing support of the running wheel, on which a container is mounted, mounted eccentrically to the axis of rotation of the running wheel, which is in frictional contact with a cylindrical bearing, fixed coaxially with the axis of rotation of the rotor on the base.

Ближайшим техническим решением по технической сути и достигаемому результату является центробежно-планетарная установка для абразивной обработки деталей (патент РФ №1652044 А1, кл. В24В 31/104), принятое в качестве прототипа. Устройство представляет собой вращающиеся контейнеры и корпус, в котором установлено водило с шарнирно смонтированными шпинделями контейнеров, расположенными под углом к оси водила. Установка снабжена кольцом, установленным в корпусе, и бандажами, смонтированными на шпинделях, при этом внутренняя поверхность кольца и наружная поверхность бандажей, контактирующих между собой, выполнены под углом к оси водила, а продолжение образующих указанных поверхностей и осей шпинделей совмещены в одной точке на оси водила, причем контейнеры расположены в гнездах, выполненных в шпинделях.The closest technical solution in technical essence and the achieved result is a centrifugal planetary installation for abrasive machining of parts (RF patent No. 1652044 A1, class B24B 31/104), adopted as a prototype. The device consists of rotating containers and a housing in which a carrier is mounted with pivotally mounted spindles of containers located at an angle to the axis of the carrier. The installation is equipped with a ring mounted in the housing and bandages mounted on the spindles, while the inner surface of the ring and the outer surface of the bandages in contact with each other are made at an angle to the axis of the carrier, and the continuation of the generatrices of these surfaces and the axes of the spindles are aligned at one point on the axis drove, and the containers are located in the nests made in the spindles.

Недостатками данного устройства являются:The disadvantages of this device are:

- отсутствие возможности изменения угла наклона рабочей камеры, что приводит к невозможности изменения вертикальной составляющей ускорения для послойного перемешивания;- the inability to change the angle of inclination of the working chamber, which leads to the impossibility of changing the vertical component of the acceleration for layer-by-layer mixing;

- отсутствие системы непрерывной промывки технологической среды, что снижает интенсивность обработки за счет потери режущих свойств абразивных зерен при засаливании продуктами износа, кроме того, при обработке вязких материалов может происходить шаржирование поверхности деталей сколами абразивных частиц;- the absence of a system of continuous washing of the technological environment, which reduces the processing intensity due to the loss of the cutting properties of abrasive grains when greasy with wear products, in addition, when processing viscous materials, the surface of parts may be chipped off with chips of abrasive particles;

- наполнение двух камер одинаковым количеством рабочей массы затруднительно, поэтому это приводит к динамической неуравновешенности;- filling two chambers with the same amount of working mass is difficult, so this leads to dynamic imbalance;

- не установлен диапазон изменения параметров, что может привести к выбросу деталей и абразивных частиц из открытого контейнера;- the range of parameters has not been established, which can lead to the release of parts and abrasive particles from an open container;

- отсутствие системы регулирования амплитудно-частотных характеристик.- lack of a system for regulating amplitude-frequency characteristics.

Задача изобретения - создать устройство, реализующее переменное центробежное поле сил, многократно увеличивающее контактное взаимодействие в зоне обработки, обеспечивающее интенсивность процесса.The objective of the invention is to create a device that implements an alternating centrifugal field of forces, repeatedly increasing contact interaction in the processing zone, ensuring the intensity of the process.

Техническим результатом является интенсификация процесса обработки при одновременном улучшении качества поверхности и снижении величины шероховатости.The technical result is the intensification of the processing process while improving surface quality and reducing roughness.

Указанный технический результат достигается тем, что рабочая камера установлена на роторе под необходимым углом, обеспечивающим центробежно-планетарное коническое движение. Ротор приводится в движение от шпинделя и установленная на нем камера обкатывается за счет контакта фрикционного элемента (кольца), жестко закрепленного на неподвижном корпусе. При этом траектория любой произвольной точки наружной поверхности камеры совершает движение по закону гипоциклоиды.The specified technical result is achieved by the fact that the working chamber is mounted on the rotor at the required angle, providing centrifugal planetary conical movement. The rotor is driven by the spindle and the camera mounted on it is run-in due to the contact of the friction element (ring), rigidly fixed to the fixed housing. In this case, the trajectory of any arbitrary point on the outer surface of the chamber moves in accordance with the law of the hypocycloid.

На фиг.1 изображено центробежное устройство для отделочной обработки, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - геометрическая схема механизма; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1.Figure 1 shows a centrifugal device for finishing processing, General view; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a geometric diagram of the mechanism; figure 4 is a section bB in figure 1.

Устройство состоит из рабочей камеры 1, которая посажена на ось 2 через подшипниковый узел 3, внутрь которой вставлена сменная камера 4, в нижней части которой выполнены отверстия для слива жидкости. Ось 2 установлена в роторе 5 в отверстии с необходимыми для данного вида обработки углом наклона α_i и расстоянием до оси вращения R_i. Ротор 5 приводится во вращение шпиндельным узлом 6, расположенном в нижней части корпуса 7. На выходном конце шпиндельного вала жестко закреплен шкив 8. Вращение на шкив передается через клиноременную передачу от электродвигателя или вариатора (условно не показано).The device consists of a working chamber 1, which is mounted on an axis 2 through a bearing assembly 3, into which a replaceable chamber 4 is inserted, in the lower part of which holes are made for draining the liquid. The axis 2 is installed in the rotor 5 in the hole with the angle of inclination α _i necessary for this type of processing and the distance to the axis of rotation R _i . The rotor 5 is driven into rotation by a spindle unit 6 located in the lower part of the housing 7. A pulley 8 is rigidly fixed to the output end of the spindle shaft. Rotation is transmitted to the pulley via a V-belt drive from an electric motor or variator (not shown conditionally).

Угол наклона рабочей камеры обеспечивается конструктивным исполнением ротора, который представлен на фиг.2. Ротор представляет собой круглый диск с 6 выполненными в нем отверстиями, расположенными под углом α_i на расстоянии от оси вращения диска R_i. Отверстия выполнены попарно (одно напротив другого) с одним и тем же углом наклона и расстоянием до оси вращения ротора. Такое расположение обуславливается тем, что в одно отверстие устанавливается ось рабочей камеры, а в другое - ось балансировочного устройства. Соотношение α_i и R_i должно обеспечивать постоянное сопряжение наружной поверхности камеры и внутренней поверхности фрикционного элемента для осуществления обкатывания и поясняется геометрической схемой, представленной на фиг.3. Функциональная зависимость расстояния до оси ротора R_i от угла наклона рабочей камеры α_i определяется из соотношений:The angle of inclination of the working chamber is provided by the design of the rotor, which is presented in figure 2. The rotor is a circular disk with 6 holes made in it, located at an angle α _i at a distance from the axis of rotation of the disk R _i . The holes are made in pairs (one opposite the other) with the same angle of inclination and the distance to the axis of rotation of the rotor. This arrangement is determined by the fact that the axis of the working chamber is installed in one hole and the axis of the balancing device in the other. The ratio of α _i and R _i should ensure constant coupling of the outer surface of the chamber and the inner surface of the friction element for rolling, and is illustrated by the geometric diagram shown in Fig.3. The functional dependence of the distance to the axis of the rotor R _i from the angle of inclination of the working chamber α _i is determined from the relations:

Установка снабжена статической и динамической балансировкой 9, которая осуществляется за счет равенства масс и моментов инерции балансира и суммарной массы и момента инерции рабочей камеры. Угол наклона рабочей камеры и балансира в каждой из рабочих позиций принимается равным, что обеспечивает уравновешивание момента прецессии от возникающего момента от кориолисова ускорения.The installation is equipped with static and dynamic balancing 9, which is carried out due to the equality of masses and moments of inertia of the balancer and the total mass and moment of inertia of the working chamber. The angle of inclination of the working chamber and the balancer in each of the working positions is taken to be equal, which ensures balancing of the precession moment from the arising moment from Coriolis acceleration.

Статическая балансировка устройства осуществляется за счет равенства суммарной массы загруженной камеры и массы балансира. Динамическая балансировка осуществляется при условии равенства моментов инерции загруженной камеры и балансира.Static balancing of the device is carried out due to the equality of the total mass of the loaded camera and the mass of the balancer. Dynamic balancing is carried out provided that the moments of inertia of the loaded camera and the balancer are equal.

Устройство снабжено системой непрерывной промывки деталей в рабочей камере. Жидкость подается через патрубок, расположенный в центральной части крышки. Слив жидкости осуществляется через отверстия, выполненные по наружному диаметру в дне сменной камеры 4, через которые она попадает в желоб, нарезанный по спирали Архимеда во вставке 10, показанный на фиг.4. Уравнение спирали в полярных координатах имеет следующий вид:The device is equipped with a system of continuous washing of parts in the working chamber. Liquid is supplied through a nozzle located in the central part of the cover. The liquid is drained through openings made on the outer diameter in the bottom of the interchangeable chamber 4, through which it enters the trench cut in a spiral of Archimedes in insert 10, shown in Fig.4. The spiral equation in polar coordinates has the following form:

ρ=aφ, где

(точка движется с постоянной скоростью V по лучу (радиусу ρ), вращающемуся вокруг центра О с постоянной угловой скоростью ω). Радиус кривизны в каждой точке

ρ = aφ, where

(the point moves with a constant speed V along a ray (radius ρ) rotating around the center O with a constant angular velocity ω). Radius of curvature at each point

Такая форма обеспечит перемещение жидкости к центру вращающейся камеры и дальнейший ее вывод через отверстие в оси 2, преодолевая центробежные силы. Кроме того, конструкция спирали допускает возможность легкого доступа при изъятой камере для осмотра и прочистки канала.This form will ensure the movement of fluid to the center of the rotating chamber and its further withdrawal through the hole in axis 2, overcoming centrifugal forces. In addition, the design of the spiral allows easy access with a removed camera for inspection and cleaning of the channel.

Упрощение выгрузки обработанных деталей осуществляется введением вставной сменной камеры 4 внутрь рабочей камеры 1, которую после завершения процесса можно извлечь из камеры 1.The simplification of the unloading of the machined parts is carried out by introducing an interchangeable interchangeable chamber 4 into the working chamber 1, which, after completion of the process, can be removed from the chamber 1.

Частота вращения ротора регулируется за счет изменения передаточного отношения привода (например, путем смены шкивов клиноременной передачи) или частотным преобразователем, изменяющими частоту вращения электродвигателя в необходимом диапазоне, что позволяет подбирать оптимальные технологические режимы и осуществлять как черновую, так и чистовую обработку деталей.The rotor speed is controlled by changing the gear ratio of the drive (for example, by changing the V-belt pulleys) or by a frequency converter that changes the speed of the electric motor in the required range, which allows you to select the optimal technological conditions and carry out roughing and finishing of parts.

С целью упрощения конструкции и обеспечения необходимой жесткости рабочая камера закреплена в усиленном подшипниковом узле, который монтируется непосредственно на роторе, что сводит систему к двухзвенному механизму.In order to simplify the design and provide the necessary rigidity, the working chamber is fixed in a reinforced bearing unit, which is mounted directly on the rotor, which reduces the system to a two-link mechanism.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

В сменную камеру 4 загружают обрабатываемые детали и технологическую среду, заполняя 70% ее объема (2/3 высоты камеры Н). Устройство закрывают прозрачной крышкой, позволяющей производить визуальное наблюдение за процессом. Включают электродвигатель и систему непрерывной промывки деталей. Электродвигатель через клиноременную передачу 8 и шпиндельный узел 6 передает вращение на ротор 5, в результате чего рабочая камера 1, свободно посаженная на ось 2, начинает обкатываться по внутренней поверхности фрикционного элемента. Обрабатываемые детали и технологическая среда в рабочей камере 4 совершают сложное движение: под действием центробежных сил прижимаются к стенкам камеры и при обкатывании по фрикционному элементу любая произвольная точка внутренней поверхности сменной камеры совершают движение по закону гипоциклоиды, что позволяет производить обработку в интенсивно изменяющемся силовом поле. Конструктивное исполнение устройства обеспечивает интенсивное послойное перемешивание деталей и технологической среды за счет наличия горизонтальных и вертикальных градиентов скоростей и ускорений.The workpiece and process medium are loaded into the interchangeable chamber 4, filling 70% of its volume (2/3 of the height of chamber H). The device is closed with a transparent cover, allowing visual observation of the process. They include an electric motor and a continuous washing system for parts. The electric motor through the V-belt transmission 8 and the spindle unit 6 transmits rotation to the rotor 5, as a result of which the working chamber 1, freely mounted on the axis 2, starts to run on the inner surface of the friction element. The workpieces and the technological environment in the working chamber 4 make a complex movement: under the action of centrifugal forces they are pressed against the walls of the chamber and when rolling around the friction element, any arbitrary point on the inner surface of the interchangeable chamber moves in accordance with the hypocycloid law, which allows processing in an intensively changing force field. The design of the device provides intensive layer-by-layer mixing of parts and the technological environment due to the presence of horizontal and vertical gradients of speeds and accelerations.

Claims

1. Device for finishing processing of parts, comprising a stationary body, a rotating rotor and a working chamber with a process medium, which is installed with the possibility of running-in due to frictional contact of the outer surface of the working chamber and the inner surface of the friction element fixed to the stationary case with the provision of centrifugal-planetary movement of the working chamber cone, characterized in that the rotor is made with holes located in pairs opposite each other at an angle α _i to the axis of the fixed body and at the same distance R _i from the axis of rotation, in one of the holes of the aforementioned pair having the values α _i and R _i set for this type of processing, a working chamber is installed, and in the other a balancing device, while the working chamber is equipped with a removable chamber located inside it with openings made in its bottom-diameter hole, as well as a continuous flushing system for the process medium, with an insert located in the bottom of the working chamber with a trough in a spiral of Archimedes, designed to be removable through openings measures to the waste liquid moving her down the chute to the working center of the chamber.

2. The device according to claim 1, characterized in that the balancing device is made with the possibility of balancing static, dynamic and gyroscopic imbalances.

3. The device according to claim 1, characterized in that the rotor is configured to change its speed.