Способ обработки отверстий и многошпиндельная головка для его осуществления

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при одновременной обработке отверстий различными инструментами либо одноименными инструментами различного диаметра. Целью изобретения является повышение точности за счет прямолинейного направления инструмента . Направляющие скалки 3 и 4 закреплены на столе 6 и проходят сквозь корпус, состоящий из верхней 8 и нижней 9 частей. В верхней части 8 корпуса установлена на коаксиально приводной шестерне 10 косозубая шестерня 12 с закрепленным на ней кулачком 13, При перемещении корпуса по направляющим скалкам 3 и 4 шестерня (Л с П о 4 QD Jiib

@g lit:, " т :,) ф союз совктсних

-.:=,„ф ф" "в со тидлистинксних Ж. ф РЕСПУБЛИК (50 4 В 23 Б 35/00 39/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ,ф Ф,-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /И,"

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

f (21) 4065343/31-08 (22) 06.05.86 (46) 23.06.88. Бюл. У 23 (71) Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) С. Г.Лакирев, С.В.Сергеев, Е.И.Морозов и В.Н. Клыков (53) 621.952.2 (088.8) (56) Матвеев В.Н. Агрегатные станки. — N. — Л.: Машиностроение, 1965, с. 122-!23.

Авторское свидетельство СССР .

1Ф 1042904, кл. В 23 В 39/16, 1981. (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЙ И

МНОГОШПИНДЕЛЬНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ СТВ ПЕ НИЯ

„„SU;, 4 94 А1 (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при одновременной обработке отверстий различными инструментами либо одноименными инструментами различного диаметра. Целью изобретения является повышение точности за счет прямолинейного направления инструмента. Направляющие скалки 3 и 4 закреплены на столе 6 и проходят сквозь корпус, состоящий из верхней

8 н нижней 9 частей. В верхней части

8 корпуса установлена на коаксиально приводной шестерне 10 косозубая шестерня E2 с закрепленным на ней кулачком 13. При перемещении корпуса по ц, Фнаправляющим скалкам 3 и 4 шестерня

1404194

12 поворачивается за счет взаимодействия с косозубой рейкой, закрепленной на скалке 3. Одновременно с шестерней 12 поворачивается кулачок 13.

Он воздействует в соответствии со своим профилем на подпружиненный к нему шпиндель 16 и передвигает его относительно корпуса. 3а счет возникшей разности скоростей осевых поИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано при одновременной обработке отверстий различными инструментами либо одноименными инструментами различ5 ного диаметра. Цель изобретения — повышение точности за счет прямолинейного направления инструмента. !

О

На фиг, 1 изображена схема уравновешивания асимметричного нагружения инструмеíToB в многошпиндельной головк 1осредством относительного изменения величин годач в случае совме- !5 щенной обработки стандартными и комбинированными инструментами, на фиг.2 — схема уравновешивания асимметричного нагружения инструментов посредством отно"ительного изменения величин подач в случае обработки одинаковыми по диаметру инструментами системы отверстий в деталях с переменной твердостью пс длине отверстия, когда инструменты обрабатывают раэнотвердь;е материалы; на фиг.3 — то же, при сверлении однородного по твердости материала; на фиг.4 — то же, когда один из инструментов закончил обработку, на фиг.5 — то же, 36 в конце обработки всей r:.истемы отверстий, на фиг.6 — схема уравновешивания аси;.ыетричного нагружения инструментов посредством перераспределения величин внешних сил в случае обработки -„азличиыми по диаметру инструментами системы отверстий в Нрравножестких деталях при сверлении двух отверстий -. одинаковой минут-. ной подачей, на фиг.7 — то же, когда один иэ инструментов закончил обработку, на фиг. 8 — схема уравноведач происходит уравновешивание осевых сил резания. В конце обработки эа счет разности осевых подач один инструмент закончит работу раньше.

В этот момент начинают работать приемники 21 инструментов 1 и 2, которые настроены на ту или иную уравновешивающую силу. 2 с. и 2 э.п. ф-лы, 12 ил. шивания асимметричного нагружения инструментов посредством перераспределения величин внешних сил в случае совмещенной обработки стандартным и комбинированным инструментами при работе двух сверл различного диаметра; на фиг. 9 - то же, когда сверление закончено и продолжается обработка одного из отверстий разверткой, на фиг. 10 — многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачи одного шпинделя, продольный разрез; на фиг. 11 — схема приемника инструмента, на фиг.12 — многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачи нескольких шпинделей, продольный разрез.

При одновременной обработке (фиг.1) системы отверстий в детали осевыми инструментами 1 и 2, размещенными в шпинделях многошпиндельной голонки, направляемой цилиндрическими скалками, возникает опрокидывающий момент.

Причиной его возникновения служит несимметричное расположение (1„ ф1 ) инструментов 1 и 2 относительно оси головки, а также разница осевых сил, действующих на инструменты 1 и 2 диаметром d и 1

Под действйем опрокидывающего момента оси инструментов смещаются с номинального положения, что в конечном итоге приводит к низкой то ности обработки всей системы отверстий.

В процессе обработки отверстий по и:ре углубления инструментов в деталь на участках асимметричного нагружения головки изменяют величины рабочих подач каждого иэ участвующих инструментов 1 и 2, тем самым перераспределяют соотношения сил резания, з ) / 0 обеспечивая исключение суммарного опро кидыв ающе го мом е и та .

В случае совмещенной обработки отверстий стандартным и комбинированным инструментами (фиг.1) при 1< =1

d> > d< > d на участке сверления ин— струментами d < и d< с целью исклю— чения опрокидывающего момента подачу

Б, назначают меньшей S . .На участке, когда начинает резать развертка d, осевая сила Р резко возрастает на этом шпинделе, поэтому, исключая вновь образовавшийся опрокидывающий момент, подачу S„ d< увеличивают.

На следующем участке, когда сверло закончит свою работу, осевая сила Р резко уменьшается, поэтому подачу S, инструмента d< уменьшают либо увеличивают подачу Б инструмента d . При этом изменение величин подач инструментов следует выбирать в пределах допустимого, по возможности соблюдая условие одновременного завершения работы всех инструментов.

В случае одновременной обработки системы отверстий в деталях с переменной твердостью по длине отверстия (сборные заготовки) сверление в детали с твердостью НВ, (фиг.2) производится инструментами d<=d при 11=1 с одинаковой подачей S =S . На участке врезания инструмента d, в деталь с твердостью НВ2 сборки осевая сила Р, возрастает, поэтому с целью исключения опрокидывающего момента величину $, уменьшают по сравнению с величиной S . Затем на участке (фиг. 3) врезания второго инструмента в деталь с твердостью НВ уменьшают и величину подачи S т.е. на этом участке $<=$ .

Далее на участке перехода инструмента Й из детали с твердостью НВ в деталь с твердостью НВ, осевая сила Р на этом инсгрументе уменьшает2 ся, поэтому величину подачи S увели- чивают, При прохождении такого же участка инструментом d< увеличивают величину его подачи до $;=Б . При этом несмотря на то, что глубины отверстий одинаковы, инструмент d закончит свою работу раньше, поэтому на выходе из обработанного отверстия, исключая опрокидывающий момент, к нему несбходимо приложить силу Р

=- Р<, На участке выхода из отверстия инструмента к последнему прилагают силу P.,: — Р,„.

Для того, чтобы определить, какие величины осевых сил нужно назначить на каждом инструменте с цель« исключения опрокидывающего момента, не5 обходимо по известной формуле определить фактические величины осевых сил, действующих на инструменты при их одинаковой подаче S „0„, причем

S „„, выбирают по лимитирующему минимальному диаметру инструмента. Далее определяют, какими должны быть величины осевых сил, чтобы опрокидывающий момент был исключен.

В случае одновременной обработки системы отверстий, диаметры которых

d, Pd при 1 1 в неравножестких деталях минутная подача инструментов одинакова. На первом участке (фиг.б) их совместной работы опрокидывающий головку момент от сил Р< и Р уравновешивают внешней силой P . Ha втором участке (фиг. 7), когда инструмент d закончил работу, а инстру25 мент d, ее продолжает, опрокидывающий головку момент от сил Р, и Р> уравновешивают внешней силой Р .

В случае совмещенной обработки системы отверстий стандартными и комбинированными инструментами (фиг.8) обработка отверстий проводится сверлом d < и сверлом-разверткой d< и Й причем Й y d ) d, при 1, =1 . На первом участке одновременно работают два сверла d, и d<. Опрокидывающий

35 головку момент, образованный осевыми силами Р и Р, уравновешивают внешней силой Р>. На втором участке (фиг.9) при врезании развертки d> и выходе сверл Й< и d иэ обработанных отверстий на развертку действует осевая сила Р4. Опрокидывающий головку момент, образованный последней, уравновешивают силой Р, увеличенной до Р5 °

Для нахождения величины и направления действия опрокидывакаего момента определяют значения осевых сил, лри этом соблюдают:следующее соотношение

50 ре>

ЕР (Б;.+ЬБ, ) Х,+Y,, +

1=

К Р <х +7; = o, Ф

55 ре> где Р; - осевая сила резания i-ro инструиента, как функция е го подачи, S; — подача i-ro. инструмента

1404194

Д S; — дополнительная подача

i-го инструмента

Х;, У, - координаты расположения

i-го инструмента, доп 5

P . — дополнительная осевая

1 сила

Х, Y — координаты расположения

1 -й внешней силы.

11ногошпиндельная головка с меха- 10 низмом регулирования осевой подачи одного шпинделя оснащена направляющими скалками 3 и 4, жестко закрепленными посредством болтов 5 на столе 6 станка или эажимном приспособлении 7. Иногошпиндельная головка выполнена в виде корпуса, состоящего из верхней 8 и нижней 9 частей. В верхней части 8 корпуса соосно приводной шестерне 10 посредством под.шипника 11 установлена дополнительная косоэубая шестерня 12, на торце которой установлен сменный профильный кулачок 13. В нижней части корпуса 9 выполнены выступы, в которых посредством подшипников 14 и крышек I5 размещены инструментальные шпиндели 16 головки.

ЗО

На одних концах шпинделей установлень. . шестерни 17, связанные с приводной шестерней 10, а на других— осевые инструменты 1 и 2. Шпиндель

16 с инструментом 1.,нагруженным большей осевой силой (инструмент большего диаметра), выполнен с возможностью осевого перемещения и подпружинен пружиной 18 относительно нижней части 9 корпуса головки к профильному кулачку 13. Возможность

4О вращения и осевого перемещения шпинделя 16 в корпусе может быть достигнута посредством подшипника скольжения (не показано), либо путем беээазорного чередования конических колец

1 ,9 и ша.риков 20. Кроме того, одна

45 иэ цилиндрических скалок 4 выполнена с продольной лыской, а скалка 3 — н виде косозубой рейки, обраэующе. .:. кчнематическое соединение с косоэубай шестерней 12. 5U

В корпусе зажимно го приспособления 7 соосно инструментам 1 и 2 на их вьгходе из обрабатываемой детали установлены регулируемые приемники 21 иэ обработанных отверстий детали 22, 5

Приемник 21 выполнен в виде подпружиненчых сменной пружиной 23 телескопических стаканов 24 и 25, в одном из которых посредством подшипника 26 установлен приемный элемент 27, а в другом — регулировочная гайка 28.

Многошпиндельная головка с механизмом регулирования осевой подачи нескольких шпинделей содержит размещенные в корпусе посредством подшипников 29 и 30 скольжения инструментальные шпиндели 16 с инструментами

1 и 2, а посредством подшипников 11 качения размещена приводная шестерня 10.

На шпинделях 16 жестко закреплены шестерни 17, а при помощи подшипников

31 качения установлены круглые рей" ки 32. Шпиндели 16 подпружинены в осевом направлении относительно корпуса пружинами 18, а шестерни 17 образуют кинематическое соединение с приводной шестерней 10. В корпусе на горизонтальных осях 33 установлены шестерни 34 — 36, образующие кинематические соединения, причем шестерни

34 и 35 образуют соединение между рейкой 32 крайнего шпинделя 16 и скалкой 3, а шестерня 36 — между рейками

32 инструментальных шпинделей 16.

Кроме того, на рейках 32 выполнены выступы 37 с прорезями под фиксирующие от проворота штифты 38. Штифты

38 соединены с корпусом посредством резьбы.

Головка с механизмом регулирования осевой подачи одного шпинделя работает следующим образом.

Крутящий момент от шпинделя станка через хвостовик, приводную шестерню 10, шестерни 17 и шпиндели 16 передается инструментам 1 и 2.

При сообщении головке рабочей подачи она скользит по направляющим скалкам 3 и 4. Са стороны обрабатываемой детали 22 на каждьй инстр;— мент 1 и 2 во время обработки действует своя осевая сила, зависящая, например, от величины диаметра инструмента. В результате на головку действуют неуравновешенные нагрузки, стремящиеся опрокинуть ее. В предлагаемом устройстве происходит компенсация этих.нагрузок за счет того,что один из шпинделей 16 имеет скорость рабочей подачи головки, а другому со:.бщается иная скорость (в данном случае меньшая). Это происходит за счет того, что при перемещении головки вниз косозубая шестерня 12 поворачивается вокруг своей оси иэ-за соеди1404194 кения с косозубой рейкой скалки 3.

Шестерня 12 поворачивает кулачок 13, а подпружиг нный к нему шпиндель 16 передвигается в осевом направлении согласно профилю кулачка 13. В ре—

5 зультате за счет разности скоростей рабочих подач происходит уравновешивание осевых сил (осевая сила находится в степенной зависимости с ра— бочей подачей инструмента).

Вследствие различия величин подач инструментов один из них заканчивает работу быстрее, поэтому в конце обработки начинают работать при-, емники 21 инструментов, настроенные на ту или иную уравновешивающую силу. На выходе из обработанного отверстия на своем пути вращающийся инструмент встречает приемный элемент 27. Элемент 27, увлекаемый инструментом,. начинает вращаться и перемещаться вместе с подвижным стаканом 25, при этом пружина 23 начинает сжиматься, создавая уравновешивающую головку осевую силу.,При обратном ходе головки все подвижные части устройства возвращаются в исходное положение.

Головка с механизмом регулирования осевой подачи нескольких шпинделей работает следующим образом.

От шпинделя станка через хвостовик, приводную шестерню 10 и шестерни 17 вращение передается рабочим шпинделям 16 и инструментам 1 и 2. 35

При сообщении головке рабочей подачи она перемещается по направляющей скалке 3. Со стороны обрабатываемой детали на каждый инструмент 1 и 2 во время обработки действует своя осевая сила. Разница осевых сил способствует возникновению acmmeтричных нагрузок, действующих на головку. Для совмещенной обработки различными инструментами предусмотрено то, что диапазон рабочих подач при развертывании находится выше, чем при сверлении, поэтому в конструкции головки предусмотрено уравновешивание осевых сил, действующих на раз- 50 личные по конструкции инструменты за счет уменьшения величины рабочей подачи одного инструмента 1 (сверла) и увеличения подачи другого инструмента 2 (развертки). Это происходит 55 следующим образом.

При перемещении головки вниз по скалке 3 с рейкой приводятся во враПредлагаемая конструкция головки позволяет сообщать инструментальным шпинделям существенно различные величины подач, что обеспечивает уравновешивание осевых сил при совмещенной обработке группы отверстий различными по конструкции осевыми инструментами.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Способ обработки отверстий инструментами, при котором последним сообщают подачу различной величины и в зависимости от подачи нагружают инструменты различными силами резания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности посредством исключения суммарного опрокидывающего момента, на инструменты воздействуют различными по величине дополнительными осевыми силами, причем на инструменты с меньшей подачей действуют большей дополнительной осевой силой, а на инструменты с большей подачей действуют меньшей дополнительной осевой силой, при этом соблюдают следующее соотношение ген

Где Р

1 — осевая сила резания i-го инструмента, как функция его пода m подача i-го инструмента, дополнительная подача

i-ro инструмента, коо i!, :наTbi расположения

i- го ш струмента, S„

ЛЯ;

Х;, У; щение шестерни 34 и 35, которые через рейку 32 перемещают крайний шпиндель 16 в осевом направлении, задавая ему и инструменту 1 отставание от скорости рабочей подачи всей головки. Перемещение крайнего шпинделя вызывает вращение шестерни 36 и перемещение второго шпинделя 16 с инструментом 2, но уже со скоростью, большей величины рабочей подачи головки, и крайнего шпинделя 16 с инструментом

Пружины 18 предназначены для исключения зазоров в зубчатом механизме перемещения шпинделей, а также для облегчения возврата подвижных частей головки в исходное состояние, 1404194

Р Р" - дополнительная осевая

3 сила;

Х, Y — координаты расположения Ф

j-й внешней силы.

2. Иногошпиидельная головка для обработки отверстий, в корпусе которой размещены приводная шестерня, кинематически связанная с шестернями инструментальных шпинделей, и на- 1О правляющая скалка, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью повышения точности, Головка снабжена механиз,мом регулирования осевой подачи по

;крайней мере одного шпинделя и жестко 5 связанной со скалкой зубчатой рейкой, ;установленной с возможностью взаимо действия с механизмом, причем по

::крайней мере один из шпинделей выполнен подпружиненным и установлен с возможностью осевого перемещения относительно корпуса.

3. Головка по п. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что механизм регулирования осевой подачи шпинделя выполнен в виде размещенной 1.оаксиально приводной шестерне касоэубой шестерни, предназначенной для взаимодействияя с зубчатой рейкой скалки, которая выполнена косоэубой, и закрепленного на косоэубой шестерне соосно последней кулачка, причем указанный шпиндель установлен с возможностью взаимодействия с кулачком.

4. Головка по и. 2, о т л и ч аю щ а я с я тем, что механизм регулирования осевой подачи шпинделей выполнен в виде расположенных коаксиально им круглых зубчатых реек, предназначенных для установки последних подшипников, размещенных на шпинделях валов расположенных в корпусе перпендикулярно осям шпинделей и установленных на валах шестерен, кинематически связывающих зубчатую рейку на скалке и круглые зубчатые рейки.

1404i94

i404194

T 4041g у

Составитель Г. Сиро тов ская

Редактор П. Гереши Техред Л.Сердюкова Ко рре ктб р 0. Кравцов а

Заказ 3023/10

Тираж 880 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СCCP по делам изобретений и открь тий

1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул, Проектная, 4