Способ обработки наружных и внутренних поверхностей деталей многоугольной формы

(31) ДБ -609Опубликов 4 В 1 Ратюньб аататСССРль юзабратви 9н аткрытий(331 05.03.79,Б теи К 621.924 (088.8) Дата опубликовании опис и 08,03,7 ВНР Иностранпы Йозеф Тайнафей, Кароль Геллерт, Кароль Ласло Грибовски и Шандор Веконь(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВЛЕТАЛ Изобретение относится к металлообработке и, в частности, мохсет быть применено при изготовлении цилиндрических деталей с криволинейными поперечными сечениями, образующими некруглое соединение (К-профиль), заменяюшее шы-. цевое и шпоночное.В машиностроении все чаше возникает, необходимость изготавливать детали многоугольной формы (К-профиль или 10 "детали с равноосным контуромф), которые могут применяться, например, для соединения валов и связанных с ними конструктивных элементов. Основной трудностью прн изготовлении таких деталей являлось то, что существующие технология и оборудование не позволяли обрабатывать эти детали с . достаточной точностью и производитель- . ностью как по наружным, так и по внутренним поверхностям.Кроме того, перенастройка оборудования с одного размера или вида детаУЖНЫХ И ВНУТРЕННИХ МНОГОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ лей на другой связана с большой затратой времени и монтажных работ.Известны способы для обработки деталей К-профиля, при которых деталь вращается в центрах, а .шлифовальный круг или деталь совершают два взаимо- . связанных движения в вертикальном и горизонтальном направлениях, синхронизированных с врашением детали, в ре- . зультате которых ось круга ил с детали движется поступательно по эллиптическойтраекторий Я , 2 и ,ХВ этом техническомрешении масса шлифовальной бабки, совершающей движения, оказывается слишком большой, в результате чего в механизме привода ее движений возникают большие динамические нагрузки, отрицательно влипощие на точность обработки и не срок службы оборудования. Кроме того, этими способами обеспечивается обработка только лишь наружных поверхностей деталей, что не позволяет на одном станке изготавливать пару деталей, ко651673 е филиал е За Составитель И. Тихомировактор И. Гозфельд Техред 3, Фанта Корректор Е. Дичинская 1011 Подпиго комитета СССРй и открытийаушская наб., д. 4 849/86, Тираж ЦНИИПИ Государственно йо делам изобретен 13038, Москва, Ж, фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,торые в дальнейшем будут работать в сопряжении друг с другом.Известен также способ обработки деталей многоугольной формы, при кото ром деталь вращают вокруг ее оси, па-, раллельной осям шлифовальных кругов для обработки наружной и внутренней поверхностей, и одновременно ось вращения детали перемешают поступательно по круговой траектории с частотой, равной произведению частоты вращения детали вокруг ее оси на число граней многоугольного профиля 4.Этот способ позволяет обработку на одном станке и наружных и внутренних поверхностей, кроме того, при данном способе не возникает больших динамических нагрузок в кинематических цепях станка вследствие того, что дм прямолинейных движения заменены -двумя врашательными, причем эти два движения приложены к детали, а не к массивной шлифовальной бабке.Однако этот способ не обеспечивает независимости профиля обработанйой детали от диаметра шлифовального круга.Целью изобретения является повышение точности обработки путем избежания зарезания профиля из-за применения шлифовальных кругов различных диаметров.Для этого по предлагаемому способу отношение угловых скоростей вращения детали вокруг ее собственной оси и поступательного движения оси детали по круговой траектории периодически изменяют с частотой, в два раза превышающей частоту поступательного движенияоси детали по круговой траектории, при" чем в течение каждого периодаизменения угловую скорость последнего упомянутого движейия увеличимют до ее максимального значения и затем уменьшают до номинального значения; ось шлифовального круга для обработки наружной поверхности устаиавлимют неподвижно, а оси шлифовального круга для обработки внутренней поверхности сообщают либо возвратно-качательные дви жения вокруг оси круга дла наружного шлифования, либо прямолинейноевоз.вратно-поступательное движение параллельно торцовой рабочей поверхности; направление поступательного перемещения оси детали по круговой траектории, может быть попутным и встречным вращению детали вокруг ее собственной осие45 50 55 Деталь 1 имеет многоугольную форму с наружной или внутренней поверхностями, подлежащими обработке. Точкой 2 обозначена проекция оси врашения детали на плоскость чертежа. Этаточка перемешается по круговой траектории радиуса Я вокруг точки 3 с угловой скоростью Ык . Деталь вращается вокруг своей оси со скоростью Ю.Отношение определяет число угловфк.с,многоугольного профиля (на фиг. 1, 2,3 и 4 К=З).Для обработки наружных поверхностей деталей используется шлифовальныйкруг 4, а для внутренних - шлифовальный круг 5. Способ поясняется чертежами, гдена фиг. 1 изображена кинематическаясхема с попутным вращением детали;на фиг. 2 - то же, со встречным вра шением детали; на фиг. 3 - кинемати-,ческая схема с попутным вращением исо шлифовальным кругом для обработкинаружных поверхностей детали, имеющимвнутреннюю рабочую поверхность; на О фиг. 4 - то же, со встречным вращением детали; на фиг. 5 - схема изменения формы профиля детали в зависимостиот изменения диаметра шлифовальногокруга; на фиг. 6 - схема изменения 15 отклонений профилей детали, обработанных инструментом с бесконечным радиу .сом и инструментом, имеющим конечныйрадиус; на фиг. 7 - кинематическая схема с попутным вращением детали и со о шлифомльным кругом для обработкинаружных поверхностей детали; имеющимрабочую поверхность с бесконечным ра,диусом; на фиг. 8 - то же, что и нафиг. 7, но со встречным вращением де-тали; на фиг. 9 и 10 - мрианты кинематических схем направляющих устройствдля кулисы, несущей шлифомльный кругдля внутреннего шлифования, перемещающейся прямолинейно возвратно-поступаЗй тельно, как в схемах на фиг. 7 и 8; нафиг. 11 и 12 - различные положенияобрабатымюших инструментов при обработке,одной грани детали, имеющей четырехугольное поперечное сечение; на З 5 фиг, 13 и 14 - условные схемы, показывающие совокупности движений отнесенных к шлифовальному кругу при остановленной детали, имеюшей четырехугольный профиль; на фиг. 15 - пучоккривых профиля детали, обработаннойинструментами различного диаметра.5 6При шлифовании наружной поверхности ось 6 шлифовального круга 4 неподвижна, а деталь вращается вокруг своей оси со скоростью Ю и ось ее вращения совершает круговое движение вокруг точки 3 со скоростью Юи.При шлифовании внутренней поверхности деталь совершает аналогичныедвижения, а шлифовальный круг 5 совершает качательные движения вокруг оси 6 посредством кривошипно-кулисногомеханизма. Шлифовальный круг 5 устанавливается на кулисе 7. Кривошип 8, имеющий ось. вращения в точке 3 и Вращающийся со скоростью (Юсооощает посредством кулисного камня качательные движения кулисе 7. Длина Е кривошипа 8 равна (К - 1). Ъ Ось 2 вращении детали расположена на про- должении кривошипа 8.Шпиндель шлифовального круга 5 установлен на кулисе 7 с воэможностью его перемещения вдоль кулисы.Изображенный на фиг. 2 вариант схемы обработки принципиально анадогичен -, описанному выше с той лищь разницей, что направление кругового движения оси 2 детали 1 вокруг точки 3 противопо ложно направлению вращения детали вокруг ее оси 2, т.е. угловые скорости (ю и Ж имеют противоположные направления. Различие заключается также в том, что длина кривошипа 8 составляет 6 =(К+1) Й, а также в расположении оси 2 вращения детали на кривошипе 8.Вариант схемы обработки на фиг. 3 характеризуется тем, что направления угловых скоростей И) и О одинаковы и наружная поверхность детали 1 обра-батывается шлифовальным кругом 10 с внутренней рабочей поверхностью, охватывающей деталь 1. Кривошипно-кулис ный механизм привода качатедьного дви- жения шлифовальяого крута 5 для обработки внутренних поверхностей имеет в этом случае следующие параметры; Е=(К) Р, ось 2 вращения детали" расположена на кривошипе 8 по отноше нию к камню 9 по другую сторону отно- сительно оси 3 поворота кривошипа, а ось качания кулисы совмещена с;осью : вращения шлифовального круга 10.В изображенном на фиг. 4 варианте схемы обработки направления угловых скоростей(в и(юкпротивоположны, радиус кривошипа 8 Е=(К+1) й, а точка 2 расположена на кривошипе 8 относи 51673 отельно оси 3 его вращения по ту жесторону, что и камень кулисы 9.Подача на врезание бэр. осуществляется перев.ешением оси 6 вращения шли фовального круга 4.Изменение формы профиля детали взависимости от диаметра инструментаоказывается при описанном способе нас- только незначительным, что практичес 16 ки не влияет на точность получаемогосопряжения деталей.Виды изменения профилей в случаедетали треугольной формы, т.е, когдаК=3, показаны на фиг. 5, При одном и.И том же диаметре профиля и одной эксцентричности точки А, В, С, 3, Е и Рмогут принадлежать различным профилям. С увеличением диаметра шдифовального круга иди его радиуса Япропорф ционально увеличивается зарезание профиля шлифовальным кругом, и поэтомукривая профиля смешается внутрь.Максимальная разница 1в нормальном напрамении между профилями, обра ботанными с помощью инструмента сбесконечным радиусом и с помощьюинструмента с конэчйым"радиусом Яизменяется в- случае детади треугольнойформы в соответствии со схемой, по 3 казанной на фиг. 6, где 8 эксцентричность,- половина расстоянияА, др показанного на фиг 11, 6равносторонняя гипербола, ,- ее асимптоты, 1 п - разница ординат между3 2юиФункция 1 (й,)в случае Р, 121 окаэывается ужеочейь плоской и вследствие этого изменение 6 йк в районе ЙКприводит лишь к очень небольшому из 4 пменению ЬФ п 1. Вследствие этого, например, при шдифовальном круге с радиусом Вк =150 мм даже при шлифовании детали диаметром 100 мм меяь 45шение радиуса шлифовального круга на7 мм вызывает отклонение профиля только на 1 мк; а при шлифовании деталис поперечным сечением четырехугольнойформы с меньшим диаметром йроисходит50 .еше меньшее отклонение,Воспроизведение деталей К-профилявзамен изготовлейных после определенного периода работы является важным процессом, выполняющимся легко тогда, когда новая деталь изготавливается .шлифовальяым кругом того жерадиуса, которым была выполнена и первоначаль- ная деталь , или внутренняя поверхность"отверстия новой детали обрабатываетсяс помошью шлифовального круга, установленного на таком же расстоянии отоси 6 поворота кулисы 7, на которомон был установлен при обработке первоначальной детали. Для.облегчениянастройки оборудования величина Я можеть быть маркирована на наружныхповерхностях деталей, а расстояние отоси шлифовального круга для внутреннего шлифования до оси 6 поворота кулисы7 может быть маркировано на обработанной внутренней поверхности полностьюизношенной детали четырехугольной формы. Б случае, если эти величины намаркировках прочесть невозможно, онимогут быть быстро определены путемизмерений.Изменение формы профийя в зависимости от диаметра шлифовального кругаможет устраняться применением шлифовальных кругов одного и тогб же -диаметра или изменяюшвся тольков: оченьузких пределах. Это измененйе Можетустраняться и в результате примененияалмазного инструмента, а также,применевием шлифовальных. кругов с бесконечным радиусом, т.е. работаоших своейторйовой поверхйостью,Схемы устройств по фиг. 1 и 3 применительно к случаю обработки инструментом с, Я=.О показаны на фиг, 7 и8. Измененйя заключаются только в том,что кулиса 7; несушая кру для внутреннего шлифования, совершавшая на.,фиг, 1-4 качательное движениена фиг.7и 8 совершает прямолинейное поступа-тельное движение.Для кулисы 7 могут быть использованы в этом случае обычные направлявшие.устройства, например, типа фЛасточкина хвостами, Другими вариантаминаправляюших устройств длякулисй 7 момгут быть варианты конструктивного исполнения, изображенные на фиг. 9 и 10,причемв последнем случаедан вариант,с викмСледует иметь и виду,"что качатель-ное (всего на несколько градусов), какна фиг. 1-4,вти небольшое прямолинейное поступательное, как на фиг 7-10,движенця кулисы 7, несушей круГ длявнутреннего шлифования, не являютсянеобходимыми,как уже упоминалось,для обработки районов вокруг фугловыхфточек Е профиля, а использ)чотсн для приведения в соответствие профилей валови отверстий К-профиля. Сушественно более вьсокая точностпри обработке наружных и внутреннихповерхностей может быть достигнутаблагодаря тому, что участки гипопиклоид 5 ного профиля детали, имеюшие небольшуюкривизну, обрабатываются шлифованиембез зарезания или с минимальным зарезанием, как если бы деталь обрабатывалась точеным. иструментом (н "пример,10 токарным резпом). Для этой цели вводится корректировка равномерного вращения детали вокруг своей оси и коррекировка равномерного поступательногодвижения оси детали по круговой траекИ торин. Благодаря этим корректировкамполучающиеся при обработке профили независят от диаметра шлифовального круга,В случае детали четырехугольной форф мы, показаиной на фиг. 11, профиль детали в точках с минимальным и максиМальнйм радиусами кривизны (соответствующих точкам касания профиля с описанной и вписанной окружностями) не2 завйсит от диаметра шлифовального круга по той причине, что в этих точках,например Р и Р,радиусы, проведенныеиз центра детали, перпендикулярны касательным к профилю и инструмент соп рикасается с деталью в тех же самыхточках профиля Р и Ря, будь это резец или шлифовальный круг большогояли малого диаметра.На переходном участке, соединяюшем3точки Р и Ря , касательная располагается не перпендикулярно к радиусу проведенному в точку каеания, в результа-те чего шлифовальный круг меньшегорадиуса снймет меньше материала с40предварительно обработанного на токарном станке профиля, в тоъремякаккругбольшего радиуса снимет большематериала, что проиллюстрировано на45фиг. 12;Для детали одного и того же экспентриситета и диаметра при шлифовании еекругами различных диаметров на иереходном участке будет образоиьватьсяпелый пучок кривых, отиовяюшихоя другот дру 1 а на максимальную величину до0,1 мм.Искажения профиля могут исключаться благодаря использованию рабочейповерхности шлифовального круга, радиускривизны которой не Изменяется в пропессе обработки. Такой поверхностьюявляется, например, торповая поверхностьчашечных шлифовальных кругов. Зтимпримером может решаться проблемаустранения зарезания или же его уменьшения до минимума, Однакона практикеиспользование етого приема встречаеттрудности, связанные либо с недостатком места для установки круга необходимого диаметра, либо с необходимостьюсущественной переделки существующихкруглошлифовальных станков,Второй путь исключения зарезаниапрофиля - введение корректирующегодвижения в кинематичеокой схеме, причем,такого движения, которое не затрагивает больших масс станка и не увеличивает напряжений в системе СПИД.,Корректировка является необходимойвследствие того, что, как вто уже былоупомянуто в связи с фиг. 11, 12 и 13,профиль детали, образованный при ееравномерном вращении и равномерйомпоступательйом круговом движении осидетали планетарное движение), в нез-.начительной степени зависит от диаметра шлифовального круга, Как было упомянуто, наиболее предпочтительнымспособом исключения зареэания профилиявляется введение корректирующего движения в кинематической схеме.Для определения типа необходимыхвспомогательных движений служат показанные на фиг, 13 и 14 принципиальные варианты. На фиг, 13 и 14 всеотносительные движения отнесены кшлифовальному кругу, чтобы выполнятьобразование профиля в его неподвижном положении. Шлифовальный круг вращается вокруг своей оси 11 с угловойскоростью Жш, причем это вращениеявляется основным движением резания,Кроме того, деталь 1 вращаетсявокруг своей оси 2 со скоростью Ф за ось 11 шлифовального круга совершает поступательное круговое движение.со скоростью юк вокруг оси 12, Нафиг. 13 можно видеть, что ось 11 шля:фовального круга при шлифовании точкиР располагается на минимальном расстоянии от оси 2, а при шлифовании точки Р - на максимальном расстоянии.Разница между самым близким и самымдальним положениями (измеренная подлине, радиусов, исходящих от оси 2)равняется 2 ЙНа фиг, 14 шлифовальный круг изображен в положении, когда он обрабатывает середину переходного участка между точками Р и Р, В атом случаерадиус, соединяющий оси 11 и 12, или же соответствующая прямая оказываетсяперпендикулярнойпрямой, соединяющейоси 2 и 12. Если необходимо, чтобышлифовальный круг не врезался во вра 5 шаюшийся профиль, ось .круга 11 следуетудалять в радиальном направлении направление 2-11),Поскольку в показанном ка фиг. 14положении ось 1 1 шлифовального круга6 уже имеет компоненту движения в укаэанном направлении (вектор 7) вследствие ее поворота вокруг оси 12 соскоростью Ю , то оказывается достаточным для исключения зарезания увели 15 чить величину скорости Ч . Для такогоувеличения скорости не нужно вводитьновое усилие в кинематическую схему,достаточно только увеличить угловуюскорость М. Поскольку величина уда0 ления шлифовального круга составляет0,1-0,2 мм, в то время как расстояниемежду осями 11 и 12 составляет 25 мм, то увеличение вектора У оказывается приблизительно нрямо пропорпио.нальным увеличейию угла поворота оси11 щлифовального круга вокруг оси 12,так как при небольших углахВдойАПри шлифовании переходного участка профиля между точ.ками Р и Р иэЗа менение угловой скорости ю происходит в соответствии с зависимостью:Ы 3= аСООТГ+ Ыык,д в точке Р равнд О, иэс етой точки, она. увеличивается, последостижения максимальной величины онауменьшается, ив точке Р она опятьравна О. Сумма увеличения оказываетсяравной сумме уменьшения, т.е.:40 и 6 т1 ьциа=ьы.:шж,Фвгде , - время шлифования точки Р про 5 филя;- врема шлифования точки Р профиля;время осуществления изменениялот момента увеличения угловой скорости5 Одо момента уменьшения угловой скорости,Максимальная величина суммы Ьо,углового смешения, вызванного изменением угловой скорости, оказывается различной в зависимости от изменения диа 55. метра шлифовального круга. Максимальная величина ЬА оказывается небольшой,когда профиль, изготовленный инструментом среднего диаметра, принимается зааталонный, и профили, обрабатываемые-инструментами другого диаметра коррек-. тируютса в соответствии с эталонным. Величина Ьд. оказывается большей, когда за эталонный припимаетса профиль, изготовленный инструментом с рабочей поверхность 1 о бесконечного радиуса или с радиусом, равным нулю (точечным инструментом). Еше большей оказыметса величина ЛсС, когда каждое из пригонаемых отверстий и валов К-профиля выподнается шлифомнием.При шлифовании с применением коррекции между точками Р, н Р профиля может быть получен пучок криВыхр приближаюшихсЯ .к растянутой гипоцик доиде и отстоящих друг от друга в ра диальном направлении на несколько де-сятых долей миллиметра.Йла получения этого пучка кривых или же любой отдельной кривой из етого пучка могут применяться корректирующие механизмы с плавной регудировкой, которые будут плавно изменять кривизу профиж ду мчкв Ри РДля корректировки переходногЬ участка 11 рофиля между тоЧКами Р,1 и. Р Ъ случае небольшой величины ЬА могут применяться также такие корректирую-.1 пиемеханизмы, которые устанавлимют точный радиальный размер в какой-нибудь определенной точке переходного участка, например в его середине в точке Р 1 (фиг, 3;5). В случае примене- ния таких корректирующих механизмов профиль будет задан не только точками Ри Р,но и точкой Р и тогда в остальных точках переходного участка отклонения прсфнда будут намеряться нескблькими микронами, так что изготовленные таким образом профили будут полностью соответствомть требованиям по точности.Описанный счособ может примениться помимо шлифования также и дда других видов обработки, например ддя фрезеро ваниа..формула изобретения рии с частотой, равной произведениючастоты вращения детали вокруг ее Осина число граней многоугольного профиля,отдичаюшийс я тем, чо 3, с целью повышения точности изготовления Путем искл 1 очениа зарезания профи.да, отношение угловых скоростей двухуказанных вращательныхдвижений периодически изменяют.19 2. Способно п. 1, от ли чаюи и й с а тем, что угловую скоростьдивкения оси детали по круговой траек-;тории изменяют с частотой, в два разапревышающей частоту движения по кру- И гоиой трактории, причем в течение каждого периода изменения угловую скорость увеличимют до ее максимального . значения и затем уменьшают до номинального значения.263, Способ по пп. 1 и 2, о т и ич а ю ш и й с ятем, что ось шдифовадьного круга ддя обработки наружйь 1 хповерхностей, имеющего наружную идивнутреннюю цилиндрические рабочие"по верхности иди торцовую рабочую поверх.- ность, устанавливают неподвижно.4, Способ по пп. 1 и 2, о т д ич а 1 о ш и й с а тем, что оси шлифовадьного круга для обработки внутренф них поверхностей сооб 1 цают возвратнокачательные движения вокруг оси, являющейся Осью шдифовального круга ддяобработки наружнйх поверхностей.5. Способ по пп. 1 и .2, о т д из ч а 1 О щ и й с я тем, что оси шдифомльного круга ддя обработки внутрен. них поверхностей сообщают прямолинейные возвратно-постудатедьные движенияпараллельно торцовой рабочей поверхнос О ти шлифомльного круга для обработкинаружных поверхностей.6. Способ по пп. 1-5, о т д и ч аю ш и й с .а тем, что направление пос-тупатедьногб перемещения оси детали ф по круговой траектории выбирают попутным направлению вращения детали вокруг ее собственной оси.7. Способпо пп. 1-5, о т л и ч аю щ и й с я тем, что направление посф тупатедьного перемещения оси детали1, Способ обработки наружных и вну 1 ъ ренннх поверхностей деталей многоугольной .формы, при котором деталь вращают вокруг ее оси, параллельной осям Шдифомльных кругов для обработки наружной и внутренней поверхностей, и однов ременно ось вращения детали перемещают поступательно по круговой траектопо круговой траекториивыбирают противоположным направлению врац 1 ения детали вокруг ее собственной оси,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе3., Патент фРГ М:759350,кд, 67 а 31/03, 3.951.13 651673 2. Патент Швеции % 135540,кл. 67 а 31/03, 1952. 3, Патент Великобритании% 1282010,кл. В 3 Р, 1972. 1 л4. Карелин Н. М. Бескопирная обработка цилиндрических деталей с криволинейными поперечными сечениями. М., фМашиностроениеф, 1966, с, 123, рис, 101,