Способ отрезания прутка многорезцовой головкой и устройство для его осуществления

)5 В 23 В 5/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСА ОБРЕТЕНИ АТЕНТ Изобретение относится к обработке ме- дительности опера таллов резанием и может быть использова- новременного ис но в заготовительном производстве для отрезных резцов отрезки прутков. щения длины рабо Целью изобретения является снижение Указанная це себестоимости операции отрезания прутка тем, что отреэани за счет повышения стойкости отрезных рез- помощью многор цов многорезцовой головки путем исключе- вращается вокруг ния разрушения резцов при их взаимном ленного в опорах контакте в конце отрезания. Целью иэобре- стороны зоны от тения является также повышение произво резания эа счет одвания нескольких ветственно сокрада каждого из них. особе достигается ка производится с й головки, которая а, жестко закреположенных по обе я, причем резание ции от пользо и соот чего хо ль в сп е прут езцовопрутк , расп резани(73) Ленинградский механический институтим.Маршала Советского Союза УстиноваДф(56) Авторское свидетельство СССР М 1546210; кл, В 23 В 5/12, 1987.(54) СПОСОБ ОТРЕЗАНИЯ ПРУТКА МНОГО- РЕЗЦОВОЙ ГОЛОВКОЙ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве дляотрезки прутка. Отрезка прутка производится с помощью многорезцовой головкикоторая вращается вокруг прутка, жестко закрепленнОго в опорах, Расположенных пообе стороны зоны отрезания. Резание производится ро об аэования шеики диаметром б2 Ру Оэ пр/сЛ , где б - диаметр шейки, Р - сига резания, Оэ-диаметр отрезаемого прутка, пр - количество резцов в головке, % - предел текучести материала, После образования шейки отводят резцы и производят разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки. Устройство содержит многоре"цовую головку, смонтированную на неподвижном основании на.опорах качения и снабженную приводом вращения в виде ременной передачи. Соосно с опорами качения установлены эажимные цанги по обе стороны эоны отрезания, которые снабжены . силовыми цилиндрами, один из которых жестко закреплен на основании, а другой установлен с возможностью разворота вокруг своей оси. На наружной поверхности этого цилиндра выполнен зубчатый венец, взаимодействующий с рейкой штока дополнительного силового цилиндра, установленного на основании. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил, 18347491834749 и Составитель И,МалкинТехред М МоргенталКорректор М.Шароши Редактор Заказ 2697 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбиыатЛ 2 атент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101произволтся до обраэооанйл шейки диаметрол, равным где 0 - диаметр шейки, Р - касательнал состаоллощол силы резания, Оз - диаметр отрезаемого прутка, пр - количество резцов о головко, гт - предел текучести материала,После образования шейки, рекомендооэногс диаметра, отводят резцы головки и производят оээимиый разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушенил шейки. Таким образом исключается взаимный контакт отрезных резцов о конце рабочего хода и предотвращается разрушение резУкаэанная цель достигается тем, что на неподвижном основании на опорах каченил смонтирована многорезцооая головка с воэможностью вращения с помощью привода в виде ремегной передачи, причем соосно с подшипниками многорезцовой головки по обе стороны эоны отрезания размещены опоры длинномерной заготовки о виде зажимных цанг, снабженных силовыми цилиндрами, устанооленными. соосно с опорами. Один из силовых цилиндров жестко закреплен на неподвижном оснооании, а другой силовой цилиндр установлен на .1 еподоижном основании с возможностью разворота вокруг своей оси, причем на наружной поверхности этого силового цилиндра выполнен зубчатый венец, взаимодействующий с резьбой, жестко связанной со дтоком дополнительного силового цилиндра, установленного на основании. ,Цля синхронизации поворота всех резце- держателей многорезцовой головки установлено кольцо, которое с помощью винтоввязано с каждым валом резцедержателей.Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что отрезание производится несколькими резцами одновременно, и при этом в конце рабочего хода каждого резца жесткость технологической системы остается достаточно вьсокой из-эа оставшейся шейки, скрепляющей между собой разделяемые части обрабатываемой детали, что исклочает разрушение резцов. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретенил "новизна".Анализ известных технологических решений (аналогов) в исследуемой области, т.е. в машиностроении, позволяет сделать . вывод об отсутствии в них признаков, сход 30 35 40 45 50 5 10 15 20 25 ых с сущестоевьми отличительными признаками способа отрезания прутка много. резцовой головкой, и признать эалвллемое рецение соответствующим критерию "существенные отличил",Сопоставление заявляемого решенил с прототипом показывает, что ээяоляемое устройство отличаетсл от известных технических решеий и соответствует критсрио "ооизна". Анализ иэвестьх технических решений (аналогов) о исследуемой области, т.е. в машиностроении, поэооллет сделать вывод об отсутстоц о их приэнакоо, сходных с существеиными отличительными признаками устройства длл отрезания прутков, и признать эалоллемое решение соответстоуощим критерио "существенноа отличия".Нэ фиг.1 изображео устройство длл осущестоленил способа отрезания прутка; а фиг,2 - разрез Б-.Б на фиг,1; на фиг.3 - разрез В-В а фиг.1; а фиг,4 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 - разрез Г-" на фиг.1.Устройство с одержит многорезцооую головку, которая состоит из флацео 1 и 2, соединеных жестко рас поры ми с 1 ойками 3, а на фланце 1 оыполнеприводной зламент о виде шкива 4 ремеиой передачи 5. флаць 1 и 2 установлены на еподоижых втулках 6 и 7 с помощью подшипников 8, 9, 10, 11. Втулка 6 прикреплена жестко к стойке 12, а отулка 7 установлена в отверстии стойки 13 с помощью подшигника 14. В фланцах 1 и 2 раономеро по окружности с центром на оси вращения оыполнены соосные отверстил, параллельно оси многорезцовой головки, о которых установлены валы 15, На валах 15 смонтировао кольцо 16, ось которого совпадает с осью оращеил много- резцовой головки, причем каждый оал 15 связан с кольцом 16 с помощью винта 17, конический участок которого установлен о коническое отверстие па валу 15. На валах 15 установлены резцедержатели 18 с резцами 19, полокение реэцедержателей 18 на валах 15 регулируетсл с помощью дистанционных втулок 20, На валах 15 жестко закреплены посредством шпонок 21 инерционныегрузы 22 С-образой формы с участками наружных цилиндрических поверхностей, оси. которых о исходном положении соопадают с осью многореэцооой головки. Против каждого резцедеркателя 18 к крышке 23, прикрепленной к фланцу 1, устаовлен кронштейн 24, о котором монтируетсл регулируемый упор 25 с контргайкой 26, ограичивающий фиишое полокение резцедержателей 18. Реэцедержатели 18, о которых посредством гитоо 27, 28 и контр гаек 29 закреплены резцы 19, установленына валах 15 с помощью болтов 30, Для автоматизации отвода инерционных грузов 22на участки цилиндрических поверхностейинерционных грузов 22 надето плоское резиновое кольцо 31.Заготовка в виде прутка 32 зажимаетсяв цангах 33 и 34, установленных во втулках6 и 7 соосно с осью вращения многорезцовой головки. Цанги 33 и 34 жестко связаны10со штоками 35 и 36 пневматических цилиндров 37, 38. Пневматический цилиндр 37жестко прикреплен к втулке 6 и стойке 12.Пневматический цилиндр,38 установлен на.втулке 7, с которой он жестко скреплен. Нанаружной поверхности корпуса пневматического цилиндра 38 выполнен зубчатый венец 39, который находится в зацеплении сзубчатой рейкой 40, установленной в отвер-.стии в стойке 13, ось которого перпендикулярно оси вращения многореэцовойголовки. Зубчатая рейка прикреплена к штоку 41 пневматического цилиндра 42, сглонтированного на стойке 13, В надпоршневыеполости пневматических цилиндров 37 и 38вмонтированы пружины сжатия 43 и 44.. Стойки 12 и 13 прикреплены к основанию45,еУстройство работает следующим обраэом,Пруток 32 вставляется в отверстие цанг33 и 34, которые находятся в свободномсостоянии, так как пружины 43 и 44, действующие на поршни пневмоцилиндров 37 и 3538, сдвигают их вместе со штоками 35 и 36и освобождают цанги 34 и 33, После выверки длины отрезаемого прутка 32 сжатыйвоздух от цеховой сети подается в штоковыеполости и невмоцилиндров 38,. 37, которые 40закрепляют пруток 32 с помощью цанг 33 и34. Одновременно сжатый воздух подаетсяв штоковую полость пневматического цилиндра 42, что препятствует перемещениюзубчатой рейки 40, и зубчатый венец 39 совместно с пневмоцилиндром 38 неподвижны.В исходном положении под действиемрезинового кольца 31 инерционные грузы22 приближены к оси вращения многорезцовой головки. Резцы 19 подводятся к поверхности прутка 32 за счет поворотарезцедержателей 18 на валах 15. При включении вращения многорезцовой головкипод действием центробежных сил инерционные грузы 22 вместе с валами 15 и резцедержателями 18 поворачиваются,перемещая резцы 19, которые врезаются впруток 32, В конце рабочего хода резцедержатели 18 останавливаются, дойдя до упора 25.По завершении обработки выключают вращение многорезцовой головки, в результате чео исчезают центробежные силы инерции, действующие на инерционные грузы 22, и резиновое кольцо 31 автоматически возвращает инерцибнные грузы 22, в вместе с ними резцедержатели 18 в исходное положение;По предлагаемому способу отрезание ведется до момента получения шейки заданного диаметра, После выключения вращения -; .многорезцовой головки в надпоршневую полость пневмоцилиндра 42 подается сжатый воздух, что вызывает перемещение штока 41, связанной с ним зубчатойрейки 40 и поворот зубчатого венца 39.Вместе с зубчатым венцом 39 поворачиваются корпус пневматического цилиндра 38 и втулка 7, Вместе со втулкой 7 повернется цанга 34, поворот которой образует крутящий момент нагружающий пруток по всей длине между цангами 33 и 34. Под действием крутящего момента происходит разрушение шейки. Величина допустимого крутящего момента зависит от усилия зажи-. ма цангами 33 и 34. Необходимо приложить такую нагрузку, чтобы она не вызвала проворот прутка 32 вцангах 33 и 34. Сила закрепления Р прутка 32 с диаметром Рз в самоцентрирующем приспособлении должна быть равна(Справочник технолога-машиностроителя, тол 1 2/Под ред. А.Г.Косиловой, - М,: Машиностроение, 1985, - 496 с, стр.81)Рз=2 МК/(Оз пл О,где М - крутящий момет, зависящий от Силы резания;К - коэффициент запаса;Оэ - диаметр заготовки;пл - число лепестков цанги;1 - коэффициент трения.Отсюда момет, обеспечивающий неподвижность детали в цанге от проворота, равенРз г Оз пл М, К2Коэффициент запаса К по рекомендации справочника технолога-машиностроителя должен быть равенК 2,5,Крутящий момент нагрузки определяется поформулеОз2Р О про 40 Рг ОзМпр К 2 пр где Рг - касательная составляющая силы резания;пр - количество одновременно работающих резцов,Величина касательной составляющей силы резания Рг может быть определена по формуле (см. Справочник технолога-машиностроителя, том 2, стр,271):Для конструкционной углеродистой стали (отрезание и прорезание): Р 4080 . 0,72, 0,8, Ро, К гден Кр - поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала,Для жаропрочной стали 12 Х 18 Н 9 Т Р 1 Ц 0.,0,73 . 50,67, Уо где с - глубина резания, мм;3 - подача, мм/об;Ч - скорость резания, м/мин.С учетом вышеизложенного момент, создаваемый зажимом цанги, равен Допустимая величина предельного моментадолжна быть выбрана из соотношения Кручение вызывает неравномерное распределение напряжений по сечению шейки. Переход в упругопластическую область происходит неодновременно по всему сечению, сначала пластически деформированная зона возникает у поверхности шейки и распространяется к центру по мере роста крутящего момета, По достижении крутящего момента величины, которая называется предельный момент Мпр, во всем поперечном сечении цилиндрической шейки возникают касательные напряжения, равные пределу текучести при сдвиге т (Малинин Н.И. "Прикладная теория пластичности и ползучести". Учебник для студентов втуэов. М.; Машиностроение, 1968, с.400 - стр.182). Величина предельного момента равна где Мпр - предельный крутящий момент;О - диаметр шейки;т, - предел текучести материала присдвиге,Из неравенства 15 определяется диаметр шейки, для разрушения которой прикладывается крутящий момент, не превосходящий момента зажима детали цангой При коэффициенте запаса К = 2,5 допустимый диаметр шейки равен Предел текучести материала при сдвиге по энергетическому усл овию пластич ости (см.Малинин Н,И. "Прикладная теория пластич ности и ползучести", стр,128) 35 где (т - предел текучести материала, С учетом этой эависи;лости допустимый диаметр шейки рассчитывается по формуле В табл,1 представлены результаты расчетов допустимого диаметра шейки для различных марок сталей при отрезке заготовки 4 диаметром Оэ = 50 мм с глубиной резанияс4 мм, подачей Я = 0,1 мм/об, количестворезцов пр = 3Расчет показал, что размер диаметрашейки, который допустимо оставить при отрезании прутка, достаточен, чтобы обеспечить безопасность вращения отрезных резцов в конце рабочего хода, При этом рабочий ход каждого резца сократился по сравнению с однореэцовой обработкой и римерно в два раза, что показывает, что предлагаемый способ отрезания прутков более производительный. Стойкость резцов повышается, так как время работы каждого резца при совершении одного отрезания эначи 1834749Средний диаметр зубчатого венца Оь - в юг, тогда ход рейки (. да Е р/3600 . Модуль зубчатого венца определяют по формуле (М.С.Мовин и др. Основы технической механикй. Учебник для немашиностроительных специальностей техникумов. - Л,: Машиностроение, 1978, - 288 с. стр.215). рмы зуба;ирины зуб оэффициент оэффициент 625;М- мом Е - числ0 о 1 - до Предполага полнен из с аваемый колес ент, перео зубьев;пустимоеем, что зубтали 45,иба напряжениеатый венец етвы 0 6 260= Оц=006 О - 1 Ф Задаем число зу коэффициент форм 5 ся коэффициентом да для б = 8 ммн/м бьев Е -50. Для такого ы зуба У =0,457, задае ширины зуба ф= 6, То 1780,457506156 Берем п 1 = 3 мм. Тогда О = п 1 г = 3 50 мм. Ход рейки 3 л 3 50 90/360 мм. Для диаметра шейки б - 12 мм 0 9 2,90= 235 мм Усилие на штоке ичивающего зубчатформуле вмоцил венец,о а, раэвораделяется по 2 М. ный крутящий моментаэрушения шейки,аметр зубчатого венца где Мпр - предель необходимый для рОь - средний ди Для шейки б - 8 м 2 60 1 .3 50 Он б =12 мм тельно меньше, чем при однорезцовой обработке,Возможность реализации предлагаемого способа отрезания прутка с помощьюмногорезцовой головки была проверена 5экспериментально.Предварительно были определены силырезания, возникающие при отрезании прутка. Опыты проводились при обточке заготовок на токарно-винторезном станке 1 К 62одним отрезным резцом, установленным вуниверсальный динамометр УДМ. Длярегистрации пкаэаний динамометра использовалась тензостанция УТи осциллограф Н. Отрезные резцы, оснащенныетвердым сплавом, имели передний угол у=15 О, главный задний-угол а = 8 О, ширинарезца 4,5 мм. Результаты измерения силырезания при отрезании прутков из материала сталь ЭП 836 представлены в табл.2.Для изучения процесса отрезания прутков был изготовлен макет многорезцовойголовки, общий вид котрой представлен нафотографии на фиг.1(Актиспытаний эаявляемого изобретения), где многорезцовая головка установлена в шпинделетокарно-винтореэного станка модели 1 К 62(фланец 2 снят). Многорезцовая головка закреплялась в трехкулачковом патроне, заготовка устанавливалась одним концом вотверстии подшипника в центральном отверстии головки, а второй конец заготовкизакреплялся в патроне, установленном в пиноле задней бабки. Отрезание производиРлось при частоте вращения головки и = 315,об/мин, что соответствовало скорости резания при отрезании Ч = 37,5 м/мин. Отрезание прекращалось при достижении размера.диаметра шейки б = 8 - 12 мм, 401 жПредельный крутящий момент. Мпр, достаточный для разрушения шейки из материала ЭП 836, определялсяэкспериментально. Для этой цели одначасть разрезаемой детали закреплялась втрехкулачковом патроне в шпинделе токарно-винторезного станка. На другую частьразрезаемой детали монтировался хомутик,который упирался в динамометр сжатия типа ДОСМ-З, установленный на станине .станка, При вращении вручную шпинделястанка фиксировалась нагрузка на динамометре Р и угол поворота шпинделя р .Угол закручивания до разрушения шейки р определяет длину хода штока пневмоцилиндра, разворачивающего правуюцангУ ПрисРеднемдиаметРезУбчатоговен- для ш икица, равном Оь, шток вместе с рейкой должениметь ход 1Таблица 1 Допустимый диаметр шейки2 264 10 3520 нц 3 50 По справочнику (2), а именно по табл.17, стр.91 выбираем параметры поршневого пневмоцилиндра толкательного типа при давлении в сети сжатого воздуха Р - 0,4 УПа, Для силы Рц" 4200 Н рекомендуют использовать пневмоцилиндр с диаметром цилиндра Рц= 125 мм, диаметр штока 32 мм, Ход поршня можно уменьшить до величины Ь ф" 400 мм.Расчет и эксперименты показали возможность практической реализации предложенного способа резки прутка. формула изобретения 1, Способ отрезания прутка многорезцовой головкой, включаюший жесткое закрепление прутка в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания, и резание вращающейся многореэцовой головкой, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения стойкости отрезных резцов головки путем исключения разрушения резцов при их контакте в конце операции, резание производится до образования шейки диаметром, равным где 0 - диаметр шейки;Р - касательная составляющая силы резания;Рз - диаметр прутка;пр - количество резцов в головке;Ог - предел текучести материала прутка,затем отводят резцы головки и производят взаимный разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки,2, Устройство для отрезания пруткамногорезцовой головкой, содержащее мно-. горезцовую головку с приводом, выполненную в виде установленных в 5 цилиндрическом корпусе на параллельных его оси валах резцедержателях, размещенных равномерно по окружности, сооснойкорпусу, и механизма разворота резцедержателей, выполненного в виде жестко закрепленных на валах инерционных грузов, С-образной формы с участками наружныхцилиндрических поверхностей, оси которыхв исходном положении совпадают с осьюкорпуса, и упругого элемент та в виде резинового кольца, установленного с возможностью охвата инерционных грузов поцилиндрическим поверхностям, и регулируемых упоров, установленных в корпусе про 2тив каждого резцедержателя, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения стойкости резцов при одновременном повышениипроизводительности, устройство снабженонеподвижным основанием с опорами качения, зажимными цангами с приводными силовыми цилиндрами и дополнительнымсиловым цилиндром с выполненным на егоштоке зубчатой рейкой, при этом головкаустановлена на опорах основания,.зажим 30 ные цанги размещены по обе стороны зоныотрезания соосно с опорами основания,один из силовых цилиндров жестко закреплен нэ основании, а другой установлен наосновании с воэможностью поворота вокруг35 своей оси и взаимодействия с рейкой дополнительного силового цилиндра посредством выполненного на его наружнойповерхности зубчатого венца,3. Устройство по и 2, о тл и ч а ю ща е 40 с я тем, что, с целью повышения надежности, головка снабжена кольцом, устано"леннь 1 м на валах резцедержателей и связаннымс каждым из них посредством введенных вголовку винтов.1834749 13 14 Таблица 2 Касательная составляйщая силы резания Р, Н ТаблицаЗ Предельный крутящий момент Мир для разрушения шейки из материала ЭП 836 Примечание: Расстояниеот