Способ обработки резанием и устройство для его осуществления

-; рЕНИ 2 гг 10 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Московский автомеханический институт(56) Авторское свидетельство СССР Х564097, кл. В 23 В 5/24, 1974.(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ ИУСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению. Целью изобретения является расширение технологических возможностей иповышение точности обработки за счетобеспечения возможности рациональногоперемещения суппортов. Устройство снабжено механизмом перемещения суп портов,(19) ЯС (11) 182329(51) 6 В 23 В 5/24 выполненным в виде втулки, установленной с возможностью вращения на валу ротора, и сменного кулачка, размещенного на втулке. Кулачок жестко связан с плитой основания ротора посредством введенной в устройство зубчатой передачи. Механизм перемещения шпиндельных головок выполнен в виде сменного копира, пинолей и толкателей. При вращении инструментального барабана суппорты взаимодействуют с кулачком и приобретают наряду с вращением радиальное перемещение. Обработка деталей осуществляется при сочетании трех движений: вращения шпиндельной головки, продольного перемещения шпиндельной головки и радиального перемещения суппорта. 2 с.п. ф-лы, 10 ил.20 1823295 а ПодписноеРег. ЛР М 040720сква, Раушская наб.,4/5 1873, Москва, БеПро изводственн Заказ ВНИИП3834, ГСП,жковская наб., 24 стр.предприятие ПатентИзобретение относится к машиностроению.Цель изобретения - повышение точности обработки профиля кольца по форме свободного состояния.Достигается это за счет того, что в процессе обработки кольцо поворачивают с неравномерной скоростью, а инструмент - с равномерной скоростью в сторону, противоположную повороту кольца. В части устройства указанная цель достигается за счет того, что устройство снабжено механизмом преобразования движения.На фиг. 1 приведена схема образования улитки Паскаля и ее эквидистанты; на фиг, 2 - схема обработки требуемого профиля кольца по форме свободного состояния при равномерном вращении инструмента; на фиг.3 - то же, при неравномерном вращении инструмента; на фиг. 4 - схема механизма преобразования равномерного вращения в неравномерное при двух положительных эксцентриситетах (+(; +т); на фиг. 5 - то же, при положительном эксцентриситете (+1) и отрицательном эксцентриситете (-т); на фиг. 6 - то же, при отрицательном эксцентриситете (-1) и положительном эксцентриситете (+пт); на фиг. 7 - то же, при двух отрицательных эксцентриситетах (-1, -т); на фиг. 8 - кинематическая схема устройства, вид сверху; на фиг. 9 - вид по стрелке А на фиг, 8; на фиг, 10 - сечение Б-Б на фиг. 9.Способ осуществляется следующим образом. Согласно анализу размеров радиусов- векторов поршневых колец в свободном состоянии можно сделать вывод, что по своей форме к ним наиболее близки кривые типа улитки Паскаля или ее эквидистанты.Известно, что улитка Паскаля К 1 (фиг.1) является траекторией движения точки А, жестко связанной с колесом, катящимся без скольжения вокруг неподвижного колеса приг-- 1отношении радиусов. Известно, что нормаль п-п к кривой при любом центральном угле и проходит через образующую точку А и полюс зацепления Р колес. Если вдоль линии РА отложить отрезок АМ = 1 от точки А в одну или другу сторону, то точка М опишет кривую, эквидистантную улитке Паскаля.Если совместить с точкой О ось неподвижной детали, а с точкой А - вершину резца, то на детали образуется профиль улитки Паскаля. Если вершину резца совместить с точкой М, то на деталиентральн ыи уго -векто зуется ра сумма угл а = у + агссо Форма отличает эквидистН ф правило, или ее кольца, как ки Паскал вого улнты.г. 2 изображе дает с ули ая К 2, которая аскаля К 1 и мой кольца, ри обработке, вой К 2 на крив й П фо овп являет ов которую необходимо получить пПредположим, что у крицентральном угле и необходирадиус - вектор р 1 = р. Но рр, определяемый в соответствинием (1), получается на центи, определяемом в соответствинием (2), при повороте звенаи при повороте детали на уголэтом деталь дополнительно повеу, где у = и 1-и (3), то кривнаходится в положении К 2, а рр = р будет обработан не наугле и , а на требуемом центи(. При этом суммарный поопределится по выражениюР = (-р)+(-у). (4 мо полччить адиус-вектори с выражеальном углес выраже на угол р р. Если при нчть на гол будет векторцентральном альном чгле орот детал образуется профиль эквидистанты улитки Паскаля.Свяжем центры колес подвижным радиальным лучом ОВ. Рассмотрим улитку Паскаля как траекторию точки А, находящейся на конце одного из двух шарнирно связанных между собой звеньев а( = ОВ и а 2 = ВА, вращающихся с исходными угловыми скоростями и и 2 мДля создания кинематической схемы, отвечающей практическим условиям работы станков, воспользуемся преобразованием схемы, представленной на фиг. 1.Придадим детали, звеньям а) и а 2 дополнительную скорость ш (фиг. 2). При этом звено а), а вместе с ним полюс зацепления Р и ось вращения В будут неподвижны, деталь будет вращаться со скоростью в относительно оси О, звено а 2 будет вращаться со скоростью ш относительно оси В. Резец, расположенный по нормали и-и с вершиной в точке А, обрабатывает на детали профиль К 1 улитки Паскаля. Величина радиуса-вектора р улитки Паскаля на центральном угле и определяется из треугольника ОВА1823295 Подставив в из выражения выражения (2), учим г г г(-у 1) (14)ие (14) значениечение а 1 из выра вания полччим еооразованва: осл Подстав з Я неравен выражени (12), посл жение а ) г а ) г(8) ь ние тор ние тор в в выраж а (15= агссо адиуса-ве в выраж инимальн поршнево оль радиуса-в полччаем си р = а вах(9) значен кольца которое п+ Я = агсс 2 а емы опреде 2 двухзвенщения этои с В результ ляются в еличины звеньеванизма ткуд го= агссов2 а а я на г ин 1 между собои и инструментавномерное враи тот оронь при равномер- неравномерное устим инструа детальлн а неравномерждого отдель- определенным, ри воспроизвсщен ьного сегда нение выражение (4) значение у (3) и значение и из после преобразования полУгол Ч 1 поворота звена а определится из2 треугольника ОВА2 2 2 р -а -аг ф - агсс 05 2 а а(6)1 2 Таким образом, для получения на центральном угле и 1 требуемой величины радиуса- вектора р 1 необходимо при повороте звена относительно оси В на угол р, определяемый по выражению (6), осуществить поворот детали относительно оси О на угол Ч определяемый по выражению (5).Выражения (5) и (б) существуют соответственно при следующих условиях;2 2 2 Так как углы (р и Ч не равньто при равномерном вращенинеобходимо осуществить неращение детали или, наоборот,ном вращении деталивращение инструмента. Допмент вращается равномернонеравномерно. Характер заковращения детали для кного кольца будет вполнемогут возникать трудности и дении этого закона какими-либо механизмами. Для их преодоления необходимо иметь возможность менять характер закона неравномерного вращения детали с целью получения его с большой точностью при помощи специальных механизмов преобразования равномерного вращения в неравномерное. Это осуществляется вводом управляемого изменения скорости вращения звена а 2, т.с. звено а 2 будет вращаться неравномерно по известному закону. Предположим (фиг. 3), что поворот звена а 2 на угол р складывается из двух компонентов: угла Ч 11 равномерного вращения и угла р дополнительного поворота по известному закону, который с большой точностью можно воспроизвести каким-либо механизмом преобразования равномерного вращения в неравномерное. Тогда центральный угол и 1, на котором образуется радиус-вектор р , определяется как сумма угла р 1 иАОВ лностью соответствчет выражению жение (6) приобретает следующи Таким образом, для получен центральном угле и 1 требуемой вел радиуса-вектора р 1, необходимо при по детали и звена а 2 на какой-то один же угол (р, но в разные ст дополнительно повернуть деталь на у так чтобы суммарный поворот дет определялся по выражению (15), и до тельно повернуть звено а 2 на у Задаваясь законом неравномерного вра звена а 2, т.е. углом р дополните поворота звена а 2, из выражения (7) можно определить этот гол р . Измзакона неравномерного вращения звена д 2 меняет закон неравномерного вращения детали, что позволяет подобрать эти законы такими, чтобы их можно было с большой точностью обеспечить механизмами преобразования равномерного вращения, в неравномерное. Для получения симметричного профиля поршневого кольца относительно оси, проходящей через его замок, необходимо, чтобы сумма дополнительных поворотов детали и сумма дополнительных поворотов звена, были равны нулю при изменении угла р на участке от 0 до 180 и соответственно при изменении угла р на симметричном участке от 180 до 360.В качестве примера механизма преобразования равномерного вращения в неравномерное используются механизмы, схемы которых представлены на фиг. 4, 5, 6 и 7.Звено 01 К длиной 1. вращается равномерно вокруг оси 0. В точке К звена ОК установлено шарнирно зубчатое колесо 22, которое обкатывает неподвижное зубчатое колесо Х с осью 0). С колесом Х 2 жестко связано звено КМ длиной т, которое через вращательно-поступательную пару связано со звеном ОМ, имеющим возможность вращаться вокруг оси О, расположенной на расстоянии 1 от оси 0). Передаточное22и 2отношение колес Х и При повороте звена 01 К на угол р звено КМ повернется на угол (и+1) р , а звено ОМ - на угол Р, определяемый по следующей зависимости:Ф = агс 1 да в 1 иу+щ я 1 и 1(и+1)ра соьр+гсоы 1(и+1)у-(,При 1 = 0 и т = О,Ч = р, т.е. звено ОМ вращается равномерно. Меняя в механизме величины 1, 1, в, и, причем величины 1 и т могут быть как отрицательными, так и положительными, можно добиться разных законов неравномерного вращения ведомого звена ОМ.Использование нескольких последовательно соединенных механизмов расширяет диапазон изменения законов неравномерного вращения.Изобретение не ограничивается описанным примером преобразования равномерного вращения в неравномерное, исходя из него могут быть предусмотрены и другие виды преобразований.Схемы обработки, представленные на фиг. 2 и 3, при необходимости позволяют обрабатывать модифицированные профили, что достигается смещением полюса Р вдоль звена д 1, а также эквидистантные профили путем выдвижения режущего инструмента вперед или назад от точки А по линии и-и на величину эквидистантности,Такой способ может быть осуществлен устройством (фиг, 8, 9 и 10), содержащим станину 1, на которой установлена передняя бабка 2, в корпусе 3 которой на подшипниках смонтирован шпиндель 4, несущий жестко связанные с ним с одной стороны чашку 5, а другой - планшайбу 6. Привод на шпиндель 4 осуществляется от электродвигателя (на фиг. 4 не показан) через ременную передачу 7, механизм преобразования движения, обеспечивающий неравномерное вращение шпинделя 4 и состоящий из ведущего вала 8, установленного на подшипниках в корпусе 9, водила 10, жестко закрепленного на валу 8, установленного в подшипниках на водиле 10 эксцентрикового вала 11, на котором с одной стороны жестко закреплено сателлитное зубчатое колесо 12, обегающее жестко связанное с корпусом 9 и соосное ведущему валу 8 центральное зубчатое колесо 13, с другой стороны с эксцентриситетом установлен в подшипниках ползун 14, который перемещается в пазу 15 планшайбы 6. Корпус 9 имеет возможность с помощью микровинта 16 перемешаться по скачкам 17, жестко закрепленным в корпусе 3 передней бабки 2, в направлении, перпендикулярном оси вращения шпинделя 4. К корпусу 3 передней бабки 2 жестко крепятся две штанги 18, на которых установлен корпус 19 с возможностью перемещения вдоль оси вращения шпинделя 4.В корпусе 19 на подшипниках установлен полый вал 20, несущий сферическую чашку 21. Вал 20 кинематически связан со шпинделем 4 при помощи зубчатых колес 22 и 23, шлицевого вала 24, установленного на подшипниках в корпусе 3 передней бабки 2, шлицевой втулки 25, установленной на подшипниках в корпусе 19, зубчатых колес 26 и 27. Общее передаточное отношение колес 22, 23, 26 и 27 1 = 1. Корпус 19 под действием гидроцилиндров 28 и тарельчатых пружин 29 имеет возможность перемещаться вдоль оси вращения шпинделя 4, что обеспечивает зажим и разжим пакета 30 деталей, расположенного между чдшками 5 и 21. Осевые нагрузки воспринимаются упорными подшипниками 31 и 32. На передвижном столе ЗЗ, перемешаемся для осуществления рдбочей подачи ио ндпрдвляющим станины 1 вдоль оси вращения шпинделя 4 при помощи гидроириводд (нд фиг. 5 не иокдздн), рдсположенд инструмен 1823295 10тальная бабка 34, которая может перемещаться по направляющим стола 33 в направлении, перпендикулярном оси вращения шпинделя 4, с помощью микровинта 35, В корпусе 36 инструментальной бабки 34 смонтирован на подшипниках приводной шпиндель 37 с эксцентрично расположенным в нем на подшипниках инструментальным шпинделем 38, несущим режущие инструменты 39 и 40.На хвостовике инструментального шпинделя 38 жестко закреплен рычаг 41, входящий своим цилиндрическим концом в отверстие 42 упора 43 с возможностью перемещения вдоль оси отверстия 42. Упор 43 установлен на подшипниках в стакане 44, закрепленном на корпусе 36 инструментальной бабки 34, и имеет возможность регулировки его положения в направлении, перпендикулярном оси вращения шпинделя 4. Приводной шпиндель 37 инструментальной бабки 34 получает вращение от ведущего вала 8 через зубчатое колесо 45, жестко закрепленное на валу 8, зубчатые колеса 46 и 47, жестко закрепленные на валах 48 и 49, установленных на подшипниках в корпусе 9, карданно-шлицевой вал 50, зубчатые колеса 51, 52 и 53, жестко закрепленные на валах 54, 55 и 56, установленных на подшипниках в корпусе 57, механизм преобразования движения, обеспечивающий неравномерное вращение приводного шпинделя 37 и состоящий из ведущего вала 56, водила 58, жестко закрепленного на валу 56, установленного в подшипниках на водиле 58 эксцентрикового вала 59, на котором с одной стороны жестко закреплена шестерня 60, обегаюшая жестко связанное с корпусом 57 соосное ведущему валу 56 зубчатое колесо 61, с другой стороны с эксцентриситетом установлен в подшипниках ползун 62, который перемещается в пазу 63 планшайбы 64, жестко закрепленной на валу 65, установленном на подшипниках в корпусе 36 инструментальной бабки 34. Вал 65 связан с приводным шпинделем 37 зубчатой передачей, состоящей из колес 66 и 67, с передаточным отношением 1 = -1. Общее передаточное отношение зубчатых колес 45, 46, 47, 51, 52 и 53 1 = 1.Корпус 57 имеет возможность с помощью микровинта 68 перемещаться по скалкам 69, жестко закрепленным в корпусе 36 инструментальной бабки 34, в направлении, перпендикулярном оси вращения шпинделя 4.Работа устройства осуществляется следующим образом. Для зажима пакета 30 поршневых колец подается давление в полость а гидроцилиндра 28, в результате чего он перемешается к передней бабке 2, Тарельчатые пружины 29, предварительно сжатые, освобождаются и перемешают корпус 19 по направляющим шлангам 18 к передней бабке 2. Усилие пружин 29 через корпус 19, упорный подшипник 31, вал 20 и сферическую чашку 21 передается на пакет 30 поршневых колец, который прижимается к чашке 5, закрепленной на шпинделе 4. Корпус 3 передней бабки 2 воспринимает осевое усилие через упорный подшипник 32.После зажима пакета 30 включается рабочая подача стола ЗЗ с закрепленной на нем инструментальной бабкой 34. Одновременно включается вращение шпинделя 4 изделия от вала 8 через механизм преобразования движения, обеспечивающий неравномерное вращение шпинделя 4, Синхронно со шпинделем 4 вращается полый вал 20, получающий вращение от шпинделя 4 через зубчатые колеса 22, 23, 26 и 27 с общим передаточным отношением 1 = 1. При этом через зубчатые колеса 45, 46 и 47, кардано-шлицевую передачу 50, зубчатые колеса 51, 52 и 53, механизм преобразования движения, обеспечивающий неравномерное вращение шпинделя 37, зубчатые колеса 66 и 67 вращение передается на приводной шпиндель 37, вместе с которым вращается инструментальный шпиндель 38 с установленными на нем режущими инструментами 39 и 40. При этом рычаг 41 перемещается относительно упора 43, установленного на расстоянии а/2 от оси вращения приводного шпинделя (т.е. в воображаемом полюсе зацепления), и осуществляет корректировку положения режуших инструментов таким образом, что они всегда располагаются по нормали к обрабатываемой поверхности.После завершения рабочего хода происходит выключение привода вращения, и стол 33 быстро отводится в исходное положение. В полость д гидроцилиндра 28 подается давление, гидроцилиндр 28, преодолевая усилие пружины 29, перемешает корпус 19 вместе с валом 20 и сферической чашкой 21 от передней бабки 2, в результате чего происходит разжим пакета 30 поршневыхколец.Для получения профиля поршневого кольца, описанного по улитке Паскаля или ее эквидистанте, необходимо, чтобы величины 1 в, и т в механизме преобразования движения, обеспечивающем неравномерное вращение шпинделя 4, и величины 1 ив и паин в механизме преобразования движения, обеспечивающем неравномерное вращение приводного шпинделя 37, были равны нулю.12 1823295 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ- а В этом случае передаточное отношение между шпинделем 4 изделия и приводным шпинделем 37 постоянно и равно, 1 = -1. Если при этом вершина инструмента 39(40) расположена на оси вращения инструментального шпинделя 38, то профиль обрабатывается по улитке Паскаля. Если вершина инструмента 39(40) смещена с оси вращения инструментального шпинделя 38, то профиль обрабатывается по эквидистанте улитки Паскаля.В том случае, если хотя бы одна ВЕЛИЧИНа 1 из, П 1 из, 1 ин, 1 Пин НЕ раВНа НУЛЮ передаточное отношение между шпинделем 4 изделия и приводным шпинделем 37 будет переменным на участке от 0 до 180 и симметричном участке от 180 до 360, приобретая значение 1 = -1 только на углах поворота 0, 180, 360 и т.д. Если не равны нУлю 1 из или п 1 из, то шпинДель 4 изДелиЯ будет вращаться неравномерно.ЕСЛИ НЕ раВНЫ НУЛЮ 1 ин ИЛИ 1 Пин, ТО приводной шпиндель 37 будет вращаться неравномерно. Неравномерное вращение 1. Способ обработки резанием, заключающийся в том, что обработку осуществляют при согласованном вращении кольца и инструмента в противоположных направлениях, причем по меньшей мере одно из вращений неравномерное, отличающийся тем, что, с целью повышения точности профиля при обработке поршневого кольца по форме свободного состояния, при повороте инструмента на угол2 2 2 р -а -а1 1 2 р = агссов 2 а аг кольцо поворачивают на угол2 2 2 р +а -а1 1 2 Ф = агссоВ 2 а р1 где р - угол поворота инструмента, град;угол поворота кольца, град;а - заданный центральный угол, град; р, - заданный радиус-вектор профиля кольца на центральном угле и, мм;а 1 - расстояние между осью вращения кольца и осью вращения инструмента, мм; а 2 - радиус вращения инструмента, мм.2, Устройство для обработки резанием, содержащее станину с направляющими, установленную на станине переднюю бабку, стол с направляющими, размещенный с возможностью перемещения на направляющих станины, инструментальную бабку,шпинделя 4 изделия и приводного шпинделя 37 приводит к изменению профиля на участке от 0 до 180 и симметричном участке от 180 до 360. Регулировка величины 1 из осуществляется перемещением корпуса 9 по скалкам 17 при помощи микровинта 16. Регулировка величины 1 ин осуществляется перемещением корпуса 57 по скалкам 69 при помощи микровинта 68,РегУлиРовка величины п 1 из осУшествлЯ- ется применением комплекта эксцентриковых валов 11 с различным эксцентриситетом. Регулировка величины п 1 ин осуществляется применением комплекта эксцентриковых валов 59 с различным эксцентриситетом. РаЗЛИЧНЫЕ КОМбИНацИИ ВЕЛИЧИН 1 иЗ, П 1 иЗ, 1 ин, п 1 иа также применение сменных зубчатых колес 12 и 13 с равными передаточными отношениями и сменных зубчатых колес 60 и 61 с разными передаточными отношениями, позволяет получать широкую гамму профилей поршневых колец, описанных по форме свободного состояния. установленную с возможностью перемещения на направляющих стола, шпиндель изделия, размещенный в передней бабке, приводной шпиндель, размещенный в инструментальной бабке эксцентрично шпинделю изделия, инструментальный шпиндель, размещенный с эксцентриситетом в приводном шпинделе, средство ориентации режущего инструмента, размещенное в инструментальной бабке, и механизм преобразования движения резания, при этом шпиндель изделия, инструментальный шпиндель и приводной шпиндель кинематически связаны между собой посредством зубчатых передач, отличающееся тем, что, с целью повышения точности обработки поршневых колец, средство ориентации режущего инструмента выполнено в виде рычага, установленного на хвостовике инструментального шпинделя, и упора, размещенного в инструментальной бабке, а механизм преобразования движения резания выполнен в виде планшайбы, установленной на хвостовике шпинделя изделия, корпуса, установленного на передней бабке, и ведущего вала, размещенного в корпусе с эксцентриситетом относительно оси план- шайбы, причем планшайба и ведущий вал кинематически связаны между собой посредством введенных в устройство водила, центрального зубчатого колеса, сателлитного зубчатого колеса и ползуна, при этом водило жестко закреплено на ведущем валу, цент 18232951314ральное зубчатое колесо установлено на корпусе, сателлитное зубчатое колесо размешено на водиле, а ползун размешен с эксцентриситетом на сателлитном зубчатом колесе и предназначен для взаимодействияс выполненным на планшайбе пазом.