Способ ультразвуковой размерной обработки

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 4 фФ( 1 сК.е 3 ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТ(54) (57) СПОСОБ УЛЪТРАЗВУКОВОИ РАЗМЕР НОЯ ОБРАБОТКИ, по которому инструменту, приводимому во вращение, сообщают ультразвуковые колебания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обработки микропазов в хрупких материалах, предварительно режущую кромку инструмента устанавливают с зазором относительно заготовки, а процесс обработки ведут циклично, сообпьая инструменту амплитуду, равную максимально возможной для данного материала подаче, и по окончании каждого цикла увеличивают амплитуду на величну максимальной подачи.1 зобрсСИс отос 3 Гся к ультразвуковой рс)змсрной обработке без продольной подачи и может быть использовано в приборостроении цри изготовлении пазов и канавок, В том числе и криволинейной формы в нсметаллических заготовках.Известен способ ультразвуковой размерной обработки колеблю)нимся с ультразвуковой частотой инструментом с подачей в рабочий зазор абразивной суспензии. Ооработку при этом ведут с подачей, обсспсчивзоцей зазор, больший размера наиболее крупных зерен В абразивноЙ сусцензии, но мсцшций суммы величины размера этих зерен и амплитуды колебания тсрцз инструмента .Недостатком этого способа является сложность поддержания цостояц 310 й по ВсГпчинс цо;с 3 чи В зани).и)ости От Обра 02 ГыВз(: вОГО цроГ)иля, так зк требютсяройстВЗ (О слокноЙ исхзтикой, обссцс ц За ОНс й т рас Горию пс рсхешсцц 53 и цодвс сс ц 535 133 стр. "3(. нОорзбстывс) Ойности без нагрузки. бразвцая сспензия, омывая ццс Грх мсцт, снижаст е 0 стойкость и изменяет со п)офцлч меньшая точность обр 3 бот 33.И:)вест.и Гзкж(1 способ у,ьтразв; оной ООРсООТ 1 1.1 Мс 13 НЫ ВРсШЗЮЦЗИ;1 СЯ ИНСТ Н 1 ТОМ, ЦРИ КОТОРОМ ВРЗЦ 3 С)ЦСМ),Сяхзз(01 цсрумсц сОООшают цродо,ьцо.Л 1 т Р 33 Ь, 10 5 Ь С) 1 С 0 1 Н И 51 Ц 1) Р И К И М 3 ОТ 53 стрмсцт к заготвкс (. д 3155 сц)ц.1 13 - ;) 1)1(3, 3 В зиу обрасоткц поданг рз 0 ) К) ЖЦ )1 ОСТЬ Л)5) М СЗГСЦИ 5) ИРОДТВ Р)ЗРЦ 1 1 1 1 1-1 . С , 0 С 01 1 3 53 11 С 1 р " ) С1 1 М и 3 с Г 01 0 1 ))С 8,5 с 1 ИЯЦЫЕ ЦЕРСМСПССНИЯ, Можно ВЬЦ 0,1:Я: РсЗГ 1 ЦЧН ЫС ОЦ).Ран) И, ЦсШРИ)3 Р С) 3)(;5 СРО 52.цис пнз)ндр11(:,." н Г )1 -.101 о С 30 соба БОГ 5,1(.5,. 1, Ц),О)Н 1 Р Г 3 О(но 51: .);3) )105 Ц ,:1, ) ВЗГтовц инстрмм(нт, НО )ач) у;ьтразВмовых Гродогьых колебаний ца инструмент и ас)разивной сусцецзии в зазор между обрабатываемой повср:ностью заготовки и 5-.орцом кргз 4.Недостзтко известного способа являет(51 нспосрественнос касание инстру.",ентом обрабатываемой поверхности заготовки. Это цризодит к ому, что усилие рсжушего иц- С Р) МС 1 с 1 ЦСЕ СЗСТСЯ ЦЗ ЗЗГОТОВК)10 Поскольку предложенный способ предназначен для обработки тонкостенных заго 150 вок из хрхцких материалов, например керамики, то чсх еьце будет подача ам.плитуда) и Иструента. те я меньше возможность цояв,ения трсПин на обрабатыьасмой заготовке. Например, получение спиральных канавок на окончательно обработ 33 цой дстаги аэродинамической опорыпоследняя ; ехацц)сская оцс")ация ВГсхио,0 ичсском 31 лс изготовления 3 иср;стрескинания тонкостенных деталей а)родинамцческой опоры приобретает искл)1 итсльцо Важ нос;3 цзченис.Крохс т(цо, цри касании ицсгрумснтом:01)с.рхцост 1:53 ГОГОВц снижзстс 53 ч с 5 тВисгп,ность и;стрх мента к :микропср( мсшс 2 с; ;ц ям мцкроцодаче цлц к 2 Илгуде), таккк Отстствус Г 130 зможцость и)(.двзрит(;1 ь)ОЙ ныса Ви 2)цлитуды ультрз 313 мкГ)въх колсб 3333 Й инструмента, Го цсобходимо, ца:рц)ер. при обработс мирц:и 50 в гл, би- ЗС)3.ОИ ДО ) )3 М.1 с,Ью и)обрстсния является повышение)ч М: 1 й 2):ИЛИ гудОй црц ГОрцЗОН ГЗЛЬ)ре я 1;).ИИ дЕТс,1 И.паз (кацавка) 7 (фиг. 3), подлежащий обработке, на глубину 1 При этом поверхность 4 выше поверхности 6 на величину 1Ультразвуковой инструмент 8 имеет алмазный наконечник 9 с главным режущим торцом 10 и вспомогательной режущей поверхностью 11. Инструмент 8 выполнен полым с отверстием 12 для подвода через него в зону обработки рабочей жидкости и для удаления продуктов обработки. Ультразвуковой инструмент 8 соединен с колебательной системой 13, которая сообшает инструменту 8 ультразвуковые продольные колебания с заданной амплитудой Б. Величину амплитуды Б подбирают в зависимости от свойств материала обрабатываемой заготовки 5 и прежде всего от хрупкости в сочетании с жесткостью ее геометрического профиля (тонкостенность, ажурность и т. д.).Режущая поверхность - торец0 обрабатывает паз 7 в направлении ультразвуковых колебаний по глубине 1 а режушая поверхность 11 - в поперечном направлении при поперечной подаче Ь стола 1 (фиг. 2).Способ осуществляют следующим образом.Подводят ультразвуковой инструмент 8 до касания с поверхностью 4 технологического упора 3. Фиксируют стол 1 в этом положении рукояткой 14. Затем горизонтальным перемещением Я стола 1 устанавливают поверхность - торец 10 инструмента 8 над обрабатываемой поверхностью 6 заготовки 5 (фиг, 2). При этом между режущим торцом 10 и обрабатываемой поверхностью 6 будет зазор 15, равный глубине 1. паза 7.Сообщают инструменту 8 вращение и продольные ультразвуковые колебания, амплитуду которых берут равной 2 1., что составляет величину зазора между торцом инструмента и заготовки и глубину паза. В этом случае режуший торец 10 будет наносить микроцарапины алмазными зернами наконечника 9 на обрабатываемой поверхности 5 с последующим увеличением ширины этих микроцарапин в зависимости от продолжительности обработки. Совокупность этих микроцарапин образует в конечном итоге паз (канавку) на обрабатываемой поверхности заготовки 5,Усилие резания при образовании микро- царапин направлено по касательной к оси врагцения инструмента и поверхности обрабатываемой заготовки 5, так как при продольных ультразвуковых колебаниях вектор ультразвуковых колебаний направлен по касательной к оси вращения инструмента 8 и обрабатываемой поверхности заготовки 5, а при поперечной подаче заготовки 5 вектор ультразвуковых колебаний направлен цод малым углом к обрабатываемой боковой поверхности паза, поэтому усилие резания будет практически незначительным и равным величине силы трения алмазных зерен наконечника 9 о материал обрабаты 5 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 ваемой заготовки 5. Фактическую велцчицу этой силы полбцрают экспериментально в зависимости от режима обработки, характеристики алмазного наконечника 9 в сочетании со свойством хрупкости ц ажурности (тонкостенности) геометрического профи,обрабатываемого материала заготовки 5. Совмещая продольные ультразвчковые колебания инструмента 8 с различными поперечными траекториями перемещения заготовки 5, изменяя диаметр и форму алмазного наконечника 9 можцо получить пазы, канавки ц лр. сложные формы в тонкостеццых деталях из хрупких цеметаллическцх материалов, например изкварцевого стеклд, синталла, мцнералоксрамики и т. Л.Причиной снижения усилия резания является возможность создавать регулируемые ультразвуковые колебания инструмента с амплитудой от долей микрона ло нескольких десятков микрон, при этом точность выставки требуечой величины амплитуды зависит в основном от технических возможностей ультразв ковой колебательной системы 16, а не от кинематики станка, содержащей зазоры в кинематических звеньях, поскольку первоначально выстдвлеццый (исходное положение) зазор между торцом инстручента и обрабатываемым торцом заготовки изменяется - увеличивается прц изменении длины инструмента. Изменение амплитуды колебаний инструмента позволяет регулировать усилие резания.После первого прохода происходит съем материала заданной глубины, например (фиг. 3). Это ведет к увеличению зазора 15 между инструментом 8 и обрабатываемой поверхностью 6. Так как увеличивать величину съема материала за один проход более, чем на глубину 1. нельзя, учитывая свойства материала данной заготовки, то чтобы получить глубину обработки прц втором проходе так же равной 1., сохраняя взаимное расположение заготовки ц инстручентд, увеличивают амплитуду на допустимую для данного материала величину, равную в данном случае 1 Хотя амплитуда возросла по сравнению с первоначальной на величину 1., съем материала за олин проход практически остается без изменений, т. е. величина с ьема материала в процессе обработки при каждом проходе всегда равномерна, несмотря цд возростание ачплцтуды.В случае, если необходимо обрабатывать полость с глубиной больше, чем максимальное зцачсние величины допустимой амплитуды продольных колебаний инструмента 8, то обработку ведут ступенчато с дискретной вертикальной полачей, например, стола 1, каждый раз контролируя вертикальную подачу цо величине вертикального перемещения базовой плоскости. При этом, каждый раз межлу режущей поверхностью -- тор348 с)(юм 10 и ужс обработанной повсркностью 0 Т и В,1 51 ЮТ 3 Я 3 0 Р, Н с 1 П Р И М С Р, Р Я В Н Ы Й 0 1 10 Й трсги от максимальной величины я.(пд)итдь(, а з пем производят е(цс глубже обрабогку полости паза 7 до максимальной величи)(ы амплитуды продольных ультразвуковь(к колебаний инструмента 8 и так повторяют до полной ооработки всей глубины 1, заготов- КИ О.ДЛЯ ПО;1 ЧСНИ 5: П ЯЗОВ С ПСРСМСННЫ) (С(- и(рсс(гп.1)1 ссси(1 ем Оорс 1 ботку пр 03(з 015 т с 1 ременной мплитудой при гс)ризнталь(к)м (тсрсмс(цснии стола .)1 СЯХ сс30 И ОорЯОЯТЫБЯ(.МОЙ 3.110 ТОВЕИ 0;Контро,ИрОБс(ТЬ фак Г 1(СК) К( БС,3 ПЧИ ПМвртпкс(л(.нсп о ирсмс 1151335 с Голаи:3 и дскРтнЙ БРтиксд дьн 03 Подсдчс 3111 Г, Р) ме(", -/3/)(лс). 11 с 1 З ГлмОинОЙ О мкм в )1 инерс(- Л О К Е Р 53 М Н 1 С К 01 3 Я Г 0 Т й 13 К С 0 Ь( Л И 3 Г ОТ 0 В 1 ( Ц а У,:1 ьтРсдзВУкОВ 011 стс 333(с. аГота ко 102) с)11 И И(3 СТр, М(ПТсд СОТа 3,351 Лс 1 - К ц, с1 НГ 1: - Гс:дсд быг(с 1 Бзнта0 е(к)1, чи 10 Ос)ОРОтое) 3000 01),дмип.В П 1 Н 1 ДЕГ Ь У,т ЬТ Р Я 3 Б У КО 8 010 (ГГ а ( К сд 3 ЯКР( ПЛ 53(и ИНСТРУМСНТ С Нс)КОНсН 3(КО(с ИЗ 2,1. МаЗа ЛСс, 3)500, а На СТОЛЕ СтаКЯ ЗЯКрЕГс)30 лс)(и ческийПО;)Ог(ок плиток)и Обрабатываемую з;дготовку Разность по высоте между ними была Взята 5 мкм. Торсц 2,1 мазного инструмента подводим до касания с поверхностью блока плиток. Гиризонтал)н(ы) 3(еремин(Ие) стола установил 3 3311 тр.3 пт над место) ООРЯООтки:1232 ь 3(ОГОкс г зазо,)0(м 5 мкм и зсдфиксиро.(г 53;то Бзаим) ос ра 1(олои(ение инструмента И ЗЯГО ОВКИ. БКГО 33(Л 33 ПОДас( РаООЧЕй )ки,дкосд и - Бо,ды в зону обработки; инстру м(нту сс(ОО(циг и Вра)денис и л ьтрязВм- КВЫС КО.(гбс 1(ИЯ, ЗЯТЕМ С 3 сТО) СВОЙСТВ ,О(пкос. и м;3.рддла и и(сткости 3 (.Омстри- :1( (ко 0 про11,15 Обрао 33 ываемой за(отоки 35тол инной 2 мм увеличили амплитуду до О мкм, что равно у(е величин: зазор -5 мкм и глубина обрабатызяемоп) паза 5 )дкм и. ирсмсда 5 далев горизс)нтальной Ч, 30 С КОСТИ Зс 1 О 03)К( ОТНОСИТсЬ 330 И Н(ТР (- ,3( (та, про(дзедсли Ооряоотк) П 232.. Оп этс)м Г,1(0 На ОбРс 100 тки НРЯктичссКИ ра 1;с 1 В(, П(ЧИН( а (1 П,1 И (ДЫ 1)1 ИН( С 32 - 1)р 5 .3 км) 3(ОГ(еб(3(ий рабочего;Орца алмазно(0 3(цс(мм 3 Тя тяк как износ 3(нстрм 1:(т(д Ос(Нь,32,1. С.корост г)бработки, ца(пцр. исг:3 3:азов глубиной 5 мк) в од 71,;:. ДС(а.ди ИЗ 33(ц)аЛ 03 РЯМКИ ГОГ)ПД)(1303( :) мм сос)яви(амип, при;-".Ом точ(ость Об)200 ткн 1)ь,13(а на Б псд 512.мкм.Процесс )брботк(3 предложенным спосо Оси .гко по;дастся анто(3 тизяцд 1(лмби 132 Паза РГМ,33 О 5 СТСЯ И ООССПЕЧ ИВсзс СЯОЧ:Ость(0 (п)д.(;)жапия вели .Нны ампл(дт)ды и )Одоп иь(.( у)дь(развукогды; колебании 1(н;" румснта и нс зависит от кинсматики станВ ЦЛОМ.1093489 г.Ф Составитель М. КлимоТехред И. ВерееТираж 737 омитета СССР открытий кая наб., д. 4/5 д, ул. Проектная,ПИ Государственного делам изобретений Москва, Ж - 35, Рауш П Патент, г. Ужгор