Устройство для суперфинишной обработки деталей
Использование: в станкостроении, в частности при суперфинишной обработке деталей , например, в виде колец подшипников. Сущность: механизм изменения усилия прижима инструмента снабжен электрически управляемым электромагнитным распределителем, расположенным на основании. Он включен между устройством регулирования и одноштоковым силовым цилиндром с возможностью переключения рабочей среды в течение продольного хода инструмента с верхней поршневой полости рабочего цилиндра на обе полости: поршневую и штоковую, и наоборот, а диаметры штока и поршня связаны определенным соотношением . 3 ил„ 1 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК,;50 „„1757803 А2 (я)з В 24 В 35/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ЗВМ®%®ON< s
644®ИМ%НА
К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 " 2 (61)1404300 . подшипников.Сущность:механизмизмене(21) 4907732/08 - ния .усилия прижима инструмейта снабжен (22) 26.12.90 .: электрически управляемым электромагнит(46) 30,08.92. Бюл.М32я: ным распределителем, расположенным на (71) Специальное конструкторское бюро основании, Он включен междуустройством прецизионногостанкостроения регулирования и одноштоковым силовым (56) Авторское свидетельство СССР..., цилиндром с возможностьа переключения
М 1404300, кл. В 24 В 35/00. 1986.. рабочей среды в течение продольного хода (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУПЕРФИНИШ- инструмента с верхней поршневой полости
НОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ рабочего цилиндра на обе полости: поршне(57) Исг«ользование, в станкостроении, в ча- вую и штоковую, и наоборот, а диаметры стности при суперфинишной обработке де- штока и поршня связаны определенным соталей, например, в виде колец- отношением. 3 ил., 1 табл.
: Изобретение относится к машйнострое- копира установлены на свободном конце
НиЮ, в частности к суперфинишнойобработ-- рычага, а радиус их цилиндрической йоверке деталей, например, в виде колец хности описан из цейтра оси рычага к осноподшипников, .;: -. вению. по основному авт.св. N- 1404300, кл. В
24 В"35/00 от 30.04.86 r. известно устройст- В известном устройстве механизм усиво для суперфинишйой обработки деталей, лия прижима не обеспечивает индивидуальсодержащее основание, держатель инстру-: ного изменения усилия прижима мента. привод его зйакопеременных пере- . инструмента к детали, что сказывается на мещений и механизм изменения усилия искажении профиля обработанной поверхприжима, выполненный в виде двух злемен- ности в ходе обработки, особенно таких детов копира, установленных зеркально на талей как беговые дорожки колец оси с возможностью взаимодействия с ро- подшипников и не дает возможности усталиком ведомого рычага, связанного с реги- новить изменение усилия прижима инструлятором давления. Нз общем основании -: мента в зависимости от профиля установлены механизм изменения усилия конкретнойобрабатываемойповерхностии прижима и привод знакопеременных пере- индивидуальным требований к обработке. мещений, который выполнен в виде криво- Устройство разработано из предположения шипно-шатунного механизма с приводным — об однозначном соответствии между усиливалом и эксцентриком, рычаг механизма из- ем прижима инструмента и схемам металла. менения усилия прижима смонтирован на На практике такое йаблюдается не всегда и основании с возможностью поворота и вза- в этом случае целесообразно дополнить . имодействия с эксцентриком кривошипйо- конструкцию прототипа устройством, пошатунного механизма, при этом элемент зволяющим перейти скачком на другой, бо1757803
30
40 лее аффективный уровень давления инструмента.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно изменение усилия прижима инструмента посредством автоматического ступенчатого управления механизмом регулирования усилия прижима инструмента в зависимости от профиля обрабатываемой поверхности гребованиц,к обработке. оставленная цельдостигаетсятем, что в устройстве для суперфинишной обработки деталей по,а,с.;М 1404300 механизм изменения усилия прижима инструмента. дополнительно снабжен электрически управляемым электромагнитным распределителем, расположенным на основании и включенным между устройством регулирования и одноштоковым силовым цилиндром, переключающим рабочую среду в течение одного продольного хода инструмента с верхней поршневой полости paGoчего цилиндра на обе полости, поршневую и штоковую, и наоборот, а диаметры штока
d и поршня D,ñBÿçàíû соотношением - 2
%Г где К вЂ” коэффициент изменения усилия прижима инструмента при переключении, который принимается равным 1,5 — 2,5 для чернового инструмента и 2-3 для чистового инструмента.
На фиг,1 представлена общая компоковка станка для обработки цилиндрических поверхностей; на фиг.2 — сечение А — А 3 на фиг.1; на фиг.3 — пневмо-(гидро)-схема устройства управления усилием прижима инструмента к иэделию.
Устройство содержит основание 1 (фиг 1), несущее средство базирования и вращения иэделия, условно представленные в виде планшайбы 2, кривошипный механизм 3 знакопеременных перемещений, связанный шатуном 4 с суппортом 5, оснащенным инструментом 6, а также с механиз- 4 мом 7 изменения усилия прижима инструмента 6 к изделию, Суппорт 5 смонтирован на направляющих 8, которые для обработки конических поверхностей устанавливаются под углом к оси изделия. При- 5 жим инструмента к иэделию осуществляется механизмом 9, смонтированном на направляющих 10, Положение инструмента 6 в двух взаимно перпендикулярных направлениях регистрируется с по- 5 мощью измерительных линеек 11 (продольное положение) и 12 (поперечное положение) посредством фиксирующих головок 13 и 14 соответственно, связанных с положениями суппорта 5 и механизма прижима 9, Информация о положении инструмента регистрируется, отображается и перерабатывается в направлении выработки командных сигналов в устройстве ЧПУ 15, состоящем из 3-х частей; режимной части
16, снабженной переключателями, кнопками, манометрами, задающими режимы обработки (число оборотов шпинделя, давление прижима бруска, число двойных ходов в минуту, время обработки); информационной части 17 — экрана, на который выводится результат электронной обработки сигналов преобразователей 11 и 12 в форме световой линии (осциллограммы), отображающей геометрическое состояние обрабатываемой поверхности в двухкоординатной сетке: в продольном направлении в натурной или в незначительно (лишь в несколько раз) измененной размерности, в поперечном направлении со значительным (в несколько тысяч раз) увеличением; наконец программной части 18, подготовленной предварительно разработанной и введенной технологической программой к работе.
Станок оснащается механизмом короткоходовой осцилляции (не показан) инструмента 6 по касательной к профилю изделий.
Привод 3 знакопеременных перемещений (фиг.2) содержит смонтированный в подшипниках вал 19, установленное на котором червячное колесо 20 входит в зацепление с червяком 21, который связан с приводом 22 (фиг.1) посредством шкивов 23 и ремня 24,.
На торце вала 19 закреплена втулка 25 с диаметральной направляющей для установочно-подви>кного полэуна 26 с осью(кривоши пом) 27, с которой посредством подшипника 28 связан шатун 4.
Устройство ЧПУ 15 (фиг,1) связано электрически (см, поз.29) с распределительной коробкой 30, имеющей электрические связи
31 с электромагнитами 32 (фиг.1 и 3) пятилинейного трехпозиционного эолотникового распределителя 33, который в среднем положении обе полости цилиндра 9 сообщает с подводом рабочей среды. Механизмом 7 давление рабочей среды настраивается по манометру 34.
Диаметры поршня О (фиг.3) и штока б выбраны таким образом, чтобы при переключении распределителя 33 усилие прижима инструмента изменялось в 1,5 — 2,5 раза при работе черновым инструментом с хорошей режущей способностью (пример: брусок марки 24М14 производства
Московского абразивного завода) и в 2 — 3 раза при работе чистовым инструментом с ограниченной режущей способностью (при1757803 мер: брусок марки 63CM7). Такое изменение усилия прижима инструмента для практически применяемых диаметрах поршня Д обеспечивает выбор диаметра штока d no формуле d -, где К - принятый коэфО
К фициент изменения усилия прижима ийструмента при переключении К - 1,5 — 2,5 для чернового инструмента и К = 2 — 3 — для чистового инструмента. 10
Рассмотрим вопрос выбора диаметра штока в зависимости от принятого диаметра поршня более подробно.
Примем следующие обозначения (согласно фиг.З): 15
D — диаметр поршня
d — диаметр штока
При подаче рабочей среды в поршневую полость усилие на штоке:
<9 20
P = — ° p ° .4 где р — давление рабочей среды, установленное механизмом 7;
f — коэффициент полезного действия.
При подаче рабочей среды в обе поло- 25 сти цилиндра усилие на штоке: с 2 D2 — 2)
P1 =(р- р) 61=
Д P(CP D2+d2) f — г .. . 30 где f> — коэффициент полезного действия.
Коэффициент изменения усилия на игго- -— ке при переключении распределителя 35 поз.33:
< г
Р1 у р — — P г1 40
Приняв f = f< получим К = —, откуда
D ,г
= = к
К
Ниже в таблице приводятся конкретные рекомендации по выбору диаметров штоков б в зависимостй от практически применяемых диаметров поршня 0 в диапазоне Д
-32 — 80 мм (принято f б1 = 0,9). 50
Устройство работает следующим образом.
После завершения обработки очередного изделия отводят инструмент 6 от обработанной поверхности путем подачи 55 воздуха в нижнюю (штоковую) полость цилиндра 9, отводят, если это необходимо, суппорт 5, заменяют готовое изделие очередной заготовкой, снова подводят суппорт и прижимают инструмент 6 к изделию путем подачи воздуха в обе полости цилиндра 9.
Положение суппорта 5, в данный момент времени фиксируется с высокой точностью (до/мкм) линейкой индукционного или фотоэлектрического преобразователя 11 с rioмощью головки 13. а положение бруска 6 с помощью аналогичных преобразователя 12 и головки 14. Электрические сигналы о положении суппорта 5 и бруска 6 (фактически о продольном и поперечном положении бруска 6), вырабатываемые преобразователями
11 и 12 поступают в устройство ЧПУ 15.
Продольное и поперечное. положение бруска 6 по существу задается формой обрабатываемой поверхности, ввиду упругого прижатия бруска 6 пневмо- или гидроцилиндром 9. T.î. форма обрабатываемой поверхности определяет положение бруска 6 в 2-х взаимоперпендйкулярнмх направлениях, это положение фиксируется преобразователями 11 и 12, которые вырабатывают электрические сигналы, поступающие в блок 15.
В процессе работы механизм 3 посредством шатуна 4 сообщает суппорту 5 с инструментом 6 знакоп ереме нное, возвратно-поступательное движение с частотой 30 — 60 дв.х/мин. При этом движении, в сочетании с упругим прижимом инструмента 6, посредством измерительных лине ек 11 и 12 в устройстве ЧПУ 15 перерабатывается информация об истинном профиле обрабатываемой поверхности изделия и в соответствии с требованиями к этой поверхности после обработки вырабатываются командные сигналы, управляющие переключением распределителя 33, который передает силовую среду (жидкость или воздух) к цилиндру 9 в поршневую (верхнюю) полость его или в обе рабочие полости цилиндра.
Возможны три варианта работы:
1. После отображения исходной поверхности заготовки на экран оператор набирает программу обработки этой поверхности варьируя усилием прижима инструмента на различных участках этой поверхности, напр. на выпуклых участках поверхности устанавливается большее усилие, соответствующее подаче рабочей среды только в верхнюю, поршневую полость цилиндра 19 (фиг.4), на вогнутых участках — меньшее усилиЕ прижима, соответствующее подаче рабочей среды в обе полости цилиндра 19. Т.о. имеет место преимущественный съем с выпуклых участков по сравнению с вогнутыми, чем достигается спрямление исходной поверхноСти заготовки, если ставится цель достигнуть прямолинейность образующей. В зависимости от поставленной задачи устанавливает1757803 ся различное номинальное усилие прижима бруска по манометру 20 с учетом выбранного конструктивного соотношения диаметров поршня и штока цилиндра 19 и коэффициента К. Этим достигается реше- 5 ние поставленной задачи.
2. При стабильном исходном качестве заготовок, идущих, например, последовательно с одного шлифовального станка, нет необходимости изменять усилие прижима 10 бруска на различных участках обрабатывае-. мой поверхности индивидуально для каждого обрабатываемого кольца, В этом случае изменение усилия прижима бруска на различных участках поверхности подбирается 15 способом укаэанным в п.1 на нескольких первых кольцах, убеждаются в стабильном качестве шлифуемых деталей в соответствии с требованиями обработки и в дальнейшем станок включается на автоматическое 20 выполнение отработанной технологической программы;
3. В соответствии с индивидуальными особенностямй каждой заготовки технологическая программа обработки управляет 25 изменением усилия прижима бруска в соответствии с заложенным в станок программным обеспечением. Форма продольного сечения обрабатЫваемой поверхности детали выводится на экран для контроля за хо- 30 дом обработки.
При желании сохранить исходный профиль на заготовке устройства ЧПУ 15 может не переключать распределитель 33 и давление настроенное регулятором 7 будет 35 соответствовать технологически необходимому усилию прижима инструмента 6, находящемуся в пределах 5 — 10 xrc/cì (по отношению к площади поперечного сечения инструмента — бруска). 40
При необходимости увеличить усилие прижима инструмента 6 в одном из концов хода этого инструмента, например для исправления погрешности угла конуса в программное устройство 15 закладывается 45 необходимость переключения, начиная от среднего положения и до конца хода инструмента на подачу давления рабочей среды только в верхнюю полость цилиндра, чем увеличивается усилие прижима инструмен- 50 та 6.Для исправления корсетности программное устройство 15 вырабатывает сигналы на увеличение усилия прижима инструментов по обе стороны от среднего положения инструмента.
Устройство ЧПУ 15 управляет положением трехпозиционного распределителя 33, переключающего в течение одного рабочего хода инструмента 6 поток в верхнюю или обе полости цилиндра 9. Так для исправления ранее описанной погрешности угла конуса, начиная от среднего положения инструмента 6 и до конца его хода устройство ЧПУ 15 должно скомандовать на переключение силовой среды распределителя 33 на верхнюю полость цилиндра 9. Вследствие определенной инерционности системы, особенно при рабочей среде — воздух, скачки давления и, соответственно, усилия прижима инструмента 6 будут сглажены во времени. Для исправления корсетности верхняя полость цилиндра 9 должна включаться на протяжении рабочего хода два раза, по краям хода инструмента 6. а в средней части изделий должны быть включены обе полости цилиндра 9, Инерционность системы сгладит и здесь скачки усилия прижима, Формула изобретения
Устройство для суперфинишной обработки деталей по авт.св. М 1404300, о т л ич а ю щ е е с я тем,.что, с целью повышения качества обработки путем автоматического ступенчатого управления усилием прижима инструмента, устройство снабжено смонтированным на основании электрически управляемым электромагнитным распределителем, соединяющим регулятор давления с одноштоковым цилиндром с возможностью переключения рабочей среды с верхней поршневой полости на обе полости, при этом диаметр d штока выбран из условия
0 К где Π— диаметр поршня;
К- коэффициент изменения усилия при жиме инструмента, равный 1,5-2,5 для чернового инструмента и 2 — 3 для чистового инструмента.
1757803
l
1
1
1
1
0 3
L О
1 - сО ъО
I
1
I !
I
О 3
I СЧсчсЧ с
I а
I C
1 Э
1 Э Э
З S л с
1 Х X
Э U
1 K 0
I X
3 а с
I !D
1 Э Э
l "-3 S
1 л
С) )С Х
Z 1 О
= 3:
О I а.О
С I I! Э Щ
К I Z М
el ЭО и I S )- X о)=.эх
)U I I1 Z
=3 t ЭК
I X Z
3 =1Х
1 S Э
3 $.Х
3 А Х
3 О и
3 Y X
И 4
Z )
Ф о с ф м
Ю И
0 — сч л м СЧ
X с ш м
t0 !1 а о х
Х 1
Ю t ф ммм
)о з
)о
S о о
X о
S и e о
Y о
)з
t
I !
I
1
1
l
1
1
1 !
1
l
1
3
l
l
3 счсэоО
1 сЧ СЧ
00 )4 -!
СЧ сЧ сЧ
В сЧ ОО ммсч ао.о
-.=г м
1
I
I
3
I М\
Ю
) счсчм.
X 3
CL Э
C 3
tt
М (D
S Q.S
oez
C Z
I ° d
)=
1 Э
I Э Ф
1 И X
1 0
Х S
*. Э U
I K >
1 а
l Ф
I Э
l З X
1 л С
= 1 СК
ml > о е а-ь и t Iф t Э tg
Ш I
О) ЕО х а) ЧЗ
Э
:3"
)1 Z
3 Ф K
I X Х
3 =Т Х
S Э
1 8 Z ! Ж Э о с)
I hC S
I
l
1
О 1
3— — 1
I
I !
I
U 3 ! 3 сч
Y СЧ
I
I
I
I Ч:)
3 с 4
1
I ! !
I
I
1 LA а
3 е с
Ф и )I с а
mn о
О. IZ 1
1- Z
Э 3 1 а е о
X C 1
О. I о
)О I
2 3
1 о
Е !
X i
S I
=Т I и I
ef 1 Z !
Э 1
1 о
Q l
0- 1
i.I
I
3
) 3
). аО
М С 4 С 4
LA - сЧ сл т). м
S cv
SUZ о
ID c с
m м и П
3 -4.Ф ммм ммм
СЛ СС\ LA
3 - -л
ОЭ 00 СО сч О сЧ сч сЧСО а о.сл сч сч а о м сч сч . м м сл- - .
z
S Z а э с
Я
IL
S с э
S Q.
О Э
О 1: ао а е, ° A
- СЧ сЧ ао а
° ° а
-сЧ СЧ
1
1
I
I сЧ
1 М
Ф
Q.
)- IL
Ф Z
Z 3
rg
sos :Г C X, сс\ с/
A O счсчм счсчм оа аоа
A ° Ф, В ° сЧ сЧ СЧ сЧ
1
1
t О м с) 3 О И1 - 3 1
t
3
t шшсу1 ) ммм 1 с:с;! ° a!
I
ООО 3
Ю Ю) 3
I !... l 3
lA е счсЧм 3
l! .!
1 аОМ
0ЪiО LA t
I.I
; I
mme 3
МММ 3
° ° е
1 „!
3 ело О LA LA;II
I
I
3 аО а 3 в е а
-сЧ сЧ I
1
l о
CO 1
1757803
1757803
Составитель Е. Левертов
Редактор Л. Павлова Техред M.Mîðãåêòàë Корректор М, Шарощи
Заказ 2959 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
