Способ отрезания прутка многорезцовой головкой и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутка. Отрезка прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закрепленного в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания. Резание проИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутков. Целью изобретения является снижение себестоимости операции отрезания прутка за счет повышения стойкости отрезных резцов многорезцовой головки путем исключения разрушения резцов при их взаимном контакте в конце отрезания. Целью изобретения является также повышение ьроизвоизводится до образования шейки диаметром d 2 VPZ Оз пр/CFr , где d - диаметр шейки. Pz-сила резания, Оз диаметр отрезаемого прутка, пр - количество резцов в головке, От - предел текучести материала. После образования шейки отводят резцы и производят разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки. Устройство содержит многорезцовую головку, смонтированную на неподвижном основании на .опорах качения и снабженную приводом вращения в виде ременной передачи. Соосно с опорами качения установлены зажимные цанги по обе стороны зоны 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-е. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. дительности операции отрезания за счет одновременного использования нескольких отрезных резцов и соответственно сокращения длины рабочего хода каждого из них. Указанная цель в способе достигается тем. что отрезание прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закреп ленного в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания, причем резание 00 со U 2 Ч) CJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 В 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ, 1 (21) 4949688/08 (21) 26,06.91 (46) 15.08.93. Бюл. ¹ 30 (71) Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Устинова

Д.Ф. (72) И.А.Маслеников, Б.М.Сойкин, В.Ф.Паляничка, А.H.Ðeaèçöeâ и И.С.Малкин (73) Ленинградский механический институт им.Маршала Советского Союза Устинова

Д.Ф. (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1546210; кл. В 23 В 5/12, 1987. (54) СПОСОБ ОТРЕЗАНИЯ ПРУТКА МНОГОРЕЗЦОВОЙ ГОЛОВКОЙ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутка. Отрезка прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закрепленнОго в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания. Резание проИзобретение относится к обработке металлов резанием и может быть использовано в заготовительном производстве для отрезки прутков.

Целью изобретения является снижение себестоимости операции отрезания прутка за счет повышения стойкости отрезных резцов многорезцовой головки путем исключения разрушения резцов при их взаимном контакте в конце отрезания. Целью изобретения является также повышение произво„, Ы„„1834749 А3 изводится ро об аэования шейки диаметром d 2 Pz . Оэ пр/(у,, где d — диаметр шейки, Р— сига резания, 0э — диаметр отрезаемого прутка, n> — количество резцов в головке, о — 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. дительности операции отрезания эа счет одновременного использования нескольких отрезных резцов и соответственно сокращения длины рабочего хода каждого из них.

Указанная цель в способе достигается тем, что отреэание прутка производится с помощью многорезцовой головки, которая вращается вокруг прутка, жестко закрепленного в опорах, расположенных по обе стороны зоны отрезания, причем резание

1834749

50 производится до образованйл шейки диаметро л, равны л где d — диаметр шейки, Р— касательнал саставлл>ощвл силы резания, Оз — диаметр отрезаемого прутка, AI> — количество резцов в головке, (, — предел текучести материала, После образования шейки, рекомендованного диаметра, отводят резцы головки и производят взаимный разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушенил шейки. Таким образом исключается взаимный контакт отрезных резцов в конце рабочего хода и предотвращается разрушение резцов.

Укаэанная цель достигается тем, что на неподвижном основании на опорах каченил смонтирована многорезцовая головка с возмо>кность|о вращения с помощью привода в виде ременной передачи, причем соосно с подшипниками многорезцовой головки по обе стороны эоны отрезания размещены опоры длинномерной заготовки в виде зажимных цанг, снабженных силовыми цилиндрами, установленными. соосно с опорами. Один из силовых цилиндров жестко закреплен на неподвижном основании, а другой силовой цилиндр установлен на . неподвижном основании с возможностью разворота вокруг своей оси, причем на наружной поверхности этого силового цилиндра выполнен зубчатый венец, взаимодействующий с резьбой, жестко связанной со штоком дополнительного силового цилиндра, установленного на основании. ,Цля синхронизации поворота всех резцедержателей многорезцовой головки установлено кольцо, которое с помощью винтов вязано с каждым валом резцедержателей.

Сопоставление заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, «ro отрезание производится несколькими резцами одновременно, и при этом в конце рабочего хода каждого резца жесткость технологической системы остается достаточно высокой из-за оставшейся шейки, скрепляющей между собой разделяемые части обрабатываемой детали, что исключает 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, сходIll lx с существенными отличительными признаками способа отрезания прутка многорезцовой головкой, tl признать эалвллемое решение соответствующим критерию "существенные отличил".

Сопоставление заявляемого решенил с прототипом показывает, ITo заявляемое устройство отличаетсл от известных технических решений и соответствует критерию

"новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т.е. в машиностроении, поэволлет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками устройства длл отрезания прутков, и признать залвллемое решение соответствующим критерию "существен ныа отличия".

На фиг.1 изображено устройство длл осуществленил способа отрезания прутка;

Ita фиг,2 — разрез 5-.5 на фиг,1; на фиг.З— разрез В-В на фиг.1; на < >иг.4 — разрез А-А на фиг.2; на фиг.5 — разрез Г-Г на фиг.1.

Устройство с одержит многорезцовую

cofloDKó, которая состоит из фланцев 1 и 2, соединенных жестко распори ы ми с1 ойками

3, а на >ланце 1 ut ttlonttett приводной зламент D виде L êèoà 4 ременной передачи 5.

Фпанцы 1 и 2 установлены на неподвижных втулках G и 7 с помощью подшипников 8, 9, 10, 11. Втулка 6 прикреплена жестко к стойке 12, а втулка 7 установлена в отверстии стойки 13 с помощью подшипника 14. В фланцах 1 и 2 равномерно по окружности с центром на оси вращения выполнены соос ные отверстил, параллельна оси лногорезцовой головки, в которых установлены валы

15. На валах 15 смонтировано кольцо 16, ось которого совпадает с осью вращения многорезцовой головки, причем каждый оап 15 связан с кольцом 16 с помощью винта 17, конический участок которого установлен в коническое отверстие па валу 15. На валах

15установлены резцедержатели 18 с резцами 19, поло>кение резцедержателей 18 на валах 15 регулируетсл с по лощью дистанционных втулок 20, На валах 15 жестко закреплены посредством шпонок 21 инерционные грузы 22 С-образной формы с участками наружных цилиндрических поверхностей, оси. которых в исходном положении совпадают с осью многорезцовой головки. Против каждого резцедер>кателя 18 к крышке 23, прикрепленной к фланцу 1, установлен кронштейн 24, в котором монтируетсл регулируемый упор 25 с контргайкой 26, ограничивающий финишное попо>кение резцедержателей 18. Резцедержатели 18, в которых посредством гинтов 27, 28 и контр1834 !4И гаек 29 закреплены резцы 19, установлены на валах 15 с помощью болтов 30. Для автоматизации отвода инерционных грузов 22 на участки цилиндрических поверхностей . инерционных грузов 22 надето плоское резиновое кольцо 31.

Заготовка в виде прутка 32 зажимается в цангах 33 и 34, установленных во втулках

6 и 7 соосно с осью вращения многорезцовой головки. Цанги 33 и 34 жестко связаны 10 со штоками 35 и 36 пневматических цилиндров 37, 38. Пневматический цилиндр 37 жестко прикреплен к втулке 6 и стойке 12.

Пневматический цилиндр,.38 установлен на. втулке 7, с которой он жестко скреплен. На наружной поверхности корпуса пневматического цилиндра 38 выполнен зубчатый венец 39, который находится в зацеплении с зубчатой рейкой 40, установленной в отвер-. стии в стойке 13, ось которого перпендикулярно оси вращения многореэцовой головки. Зубчатая рейка прикреплена к штоку 41 пневматического цилиндра 42, смонтированного на стойке 13. В надпоршневые полости пневматических цилиндров 37 и 38 вмонтированы пружины сжатия 43 и 44. . Стойки 12 и 13 прикреплены к основанию

45, Устройство работает следующим обра- 30 эом, Пруток 32 вставляется в отверстие цанг

33 и 34, которые находятся в свободном состоянии, так как пружины 43 и 44, действующие на поршни пневмоцилиндров 37 и 35

38, сдвигают их вместе со штоками 35 и 36 и освобождают цанги 34 и 33. После выверки длины отрезаемого прутка 32 сжатый воздух от цеховой сети подается в штоковые полости пневмоцилиндров 38,.37, которые 40 закрепляют пруток 32 с помощью цанг 33 и

34. Одновременно сжатый воздух подается в штоковую полость пневмати- еского цилиндра 42, что препятствует перемещению зубчатой рейки 40, и зубчатый венец 39 со- 45 вместно с пневмоцилиндром 38 неподвижны.

В исходном положении под действием резинового кольца 31 инерционные грузы

22 приближены к оси вращения многорезцовой головки. Резцы 19 подводятся к поверхности прутка 32 за счет поворота резцедержателей 18 на валах 15. При включении вращения многорезцовой головки 55 под действием центробежных сил инерционные грузы 22 вместе с валами 15 и резцедержателями 18 поворачиваются, перемещая резцы 19, которые врезаются в пруток 32. В конце рабочего хода резцедержатели 18 останавливаются, дойдя до упора

25.

По завершении обработки выключают вращение многорезцовой головки, в результате че о исчезают центробежные силы инерции, действующие на инерционные грузы 22, и резиновое кольцо 31 автоматически возвращает инерционные 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 зубчатой рейки 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 асей длине между цангами 33 и 34. Под действием крутящего момента происходит разрушение шейки. Величина допустимого крутящего момента зависит от усилия зажи-. ма цан гами 33 и 34. Необходимо приложить такую нагрузку, чтобы она не вызвала проворот прутка 32 в цангах 33 и 34. Сила закрепления Р прутка 32 с диаметром Рз в самоцентрирующем приспособлении должна быть ранна(Справочник технолога-машиностроителя, том 2/Под ред. А.Г.Косиловой, — М,: Машиностроение, 1985, — 496 с, стр.81)

Рз = 2М К/(D3 пд . f), где М вЂ” крутящий момет, зависящий от силы резания;

К вЂ” коэффициент запаса;

Оэ — диаметр заготовки; п — число лепестков цанги;

f — коэффициент трения.

Отсюда момет, обеспечивающий неподвижность детали в цанге от проворота, равен

Рз f Оз ° n, 2

Коэффициент запаса К по рекомендации справочника технолога-машиностроителя должен быть равен

К 2,5, Крутящий момент нагрузки определяется по формуле

1834749

Pz ОЗ

М

2 пр

„з

Mnp = тт

12 л- г1

12 2

4080 . 0,72, $0,8 . /о

Y6 е Р2 03 пр

Я T$

Кр (Ов /750)

25 .

Г7г гт =-д

М=К

2 P Dn о

Pz 0з

М"р ак 2 пр где Pz — касательная составляющая силы резания; пр — количество одновременно работающих резцов, Величина касательной составляющей силы резания Рт может быть определена по формуле (см. Справочник технолога-машиностроителя, том 2, стр,271):

Для конструкционной углеродистой стали (отрезание и прорезание): гден Кр — поправочный коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого матери8ll8, Для жаропрочной стали 12Х18Н9Т

Р = 1730 <0,73 50 87 Чо где t — глубина резания, мм;

3 — подача, мм/об;

V — скорость резания, м/мин.

С учетом вышеизложенного момент, создаваемый зажимом цанги, равен

Допустимая величина предельного момента должна 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 тт (Малинин

H.È. "Прикладная теория пластичности и ползучести". Учебник для студентов втуэов.

M. Машиностроение, 1968, с.400 — стр.182).

Величина предельного момента равна где Мр — предельный крутящий момент;

d — диаметр шейки; тт — ПРЕДЕЛ тЕКУЧЕСтИ МатЕРИаЛа ПРИ сдвиге, 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 0 ности и ползучести", стр,128) З5 где o — 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

45 диаметром Оэ = 50 мм с глубиной резания

t 4 мм, подачей S = 0,1 мм/об, количество резцов пр =- 3.

Расчет показал, что размер диаметра шейки, 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 эначи1834749 тельно меньше, чем при однорезцовой обработке.

Возможность реализации предлагаемого способа отрезания прутка с помощью . многорезцовой головки была проверена 5 экспериментально.

Предварительно были определены силы резания, возникающие при отрезании прутка. Опыты проводились при обточке заготовок на токарно-винторезном станке 1KG2 одним отрезным резцом, установленным в универсальный динамометр УДМ-600. Для регистрации пкаэаний динамометра использовалась тензостэнция УТ-4 и осциллограф Н-117. Отрезные резцы, оснащенные твердым сплавом, имели передний угол у=

15О, главный задний-угол а = 8О, ширина резца 4,5 мм. Результаты измерения силы резания при отрезании прутков из материа- 20 лэ сталь ЭП836 представлены в табл.2.

Для изучения процесса отрезания прутков был изготовлен макет многорезцовой головки, общий вид котрой представлен на фотографии на фиг.1 (Акт испытаний эаявля- 25 емого изобретения), где многорезцовая головка установлена в шпинделе токарно-винтореэного станка модели 1К62 (фланец 2 снят). Многорезцовая головка закреплялась в трехкулачковом патроне, эаго- 30 товка устанавливалась одним концом в отверстии подшипника в центральном отверстии головки, а второй конец заготовки закреплялся в патроне, установленном в пиноле задней бабки. Отрезание производи- 35 лось при частоте вращения головки n = 315 . об/мин, что соответствовало скорости резания при отрезании V = 37,5 м/мин. Отрезание прекращалось при достижении размерадиаметра шейки d = 8 — 12 мм. 40

Предельный крутящий момент. Мпр, до- . статочный для разрушения шейки из материала ЭП836, определялся экспериментально. Для этой цели одна часть разрезаемой детали закреплялась в трехкулачковом патроне в шпинделе токэрно-винторезного станка. На другую часть разрезаемой детали монтировался хомутик, который упирался в динамометр сжатия типа ДОСМ-З, установленный на станинестанка, При вращении вручную шпинделя станка фиксировалэсь нагрузка на динамометре P и угол поворота шпинделя р .

Угол закручивания до разрушения шейки р определяет длину хода штока пневмоцилиндра, разворачивающего правую цангу. При среднем диаметре зубчатого венца, равном Db, шток вместе с рейкой должен иметь ход 1 .

Средний диаметр зубчатого венца Оь - mi z, тогда ход рейки (>arm 2 ° p/360О, Модуль зубчатого венца определяют по формуле (М.С.Мовин и др. Основы технической механикй. Учебник для немашиностроительных специальностей техникумов. — Л.:

Машиностроение, 1978, — 288с. стр.215).

m> где Y — коэффициент формы зуба; ф- коэффициент ширины зуба, ф

6...25;

М - момент, передаваемый колесом;

2 — число зубьев; (о; )- допустимое напряжение изгиба.

Предполагаем, что зубчатый венец будет выпол нен из стали 45, (оц)= 0,06 o — 1 = 0.6 260 = 156 н/мм .

Задаем число зубьев 2 - 50. Для такого Z. коэффициент формы зуба Y --=0,457, задаемся коэффициентом ширины зуба ф= 6. Тогда для d = 8 мм

1 78

0,457 50 б 156

Берем m =3 мм. Тогда D = m z = 3 50 150 мм. Ход рейки 1 h e 3 50 90/360 - 119 мм. Для диаметра шейки d - 12 мм

Л

m = — 2,90MM . 0.457 50 6 156

Берем модуль m = 3 мм. B этом случае ход рейки

1 o z 3 50 180О/360 = 235 мм

Усилие на штоке пневмоцилиндра, разворачивающего зубчатый венец, определяется по формуле

>2 Мор

Ц вЂ” р ь где Mnp — предельный крутящий момент, необходимый для разрушения шейки;

0ь — средний диаметр зубчатого венца.

Для шейки d 8 мм

2 ..60.„0э

3 50 800 н

Для шейки d = 12 мм

1034749

2 264 10 3520 н

3 50 Газ — 1 р

O I

Таблица 1

Допустимый диаметр шейки

По справочнику (2), а именно по табл.17, стр.91 выбирае i параметры поршневого пневмоцилиндра толкательного типа при давлении в сети сжатого воздуха P - 0,4

УПа, Для силы Рц - 4200 Н рекомендуют использовать пневмоцилиндр с диаметром цилиндра Оч= 125 мм, диаметр штока 32 мм, Ход поршня можно уменьшить до величины

Lrr 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 шийся 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 d — диаметр шейки;

Р— касательная составляющая силы резания;

Оз — диаметр прутка;

n> — количество резцов в головке;

or — предел текучести материала прутка, 4I затем отводят резцы головки и производят взаимный разворот опор вокруг их общей оси до момента разрушения шейки, 2. Устройство для отрезания прутка многорезцовой головкой, содержащее мно-. горезцовую головку с приводом, выполненную в виде установленных в

5 цилиндрическом корпусе на параллельных его оси валах резцедержателях, рэзмещенных равномерно по окружности, соосной корпусу, и механизма разворота резцедержателей, выполненного в виде жестко закрепленных нэ валах инерционных грузов . С-образной формы с участками наружных цилиндрических поверхностей, оси которых в исходном положении совпадают с осью корпуса, и упругого элемент та в виде резинового кольца, установленного с возможностью охвата инерционных грузов по цилиндрическим поверхностям, и регулируемых упоров, установленных в корпусе про>0 тив каждого резцедержателя, о т л и ч а ю ще е с я тем, что, с целью повышения стойкости резцов при одновременном повышении производительности, устройство снабжено неподвижным основанием с опорами качения, зажимными цангами с приводными силовыми цилиндрами и дополнителыlûì силовым цилиндром с выполненным нэ его штоке зубчатой рейкой, при этом головка установлена на опорах основэния,.зажим30 ные цанги размещены по обе стороны зоны отрезания соосно с опорами основания, один из силовых цилиндров жестко закреплен нэ основании, э другой установлен на основании с воэможностью поворота вокруг

35 своей оси и взаимодействия с рейкой дополнительного силового цилиндра посредством выполненного на его наружной поверхности зубчатого венца, 3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ а е40 с я тем, что,.с целью повышения надежности, головка снабжена кольцом, устано"ленным на валах резцедержателей и связанным с каждым из них посредством введенных в головку винтов.

1834749

14

Таблица 2

Касательная составляйщая силы резания Р, Н

ТаблицаЗ

Предельный крутящий момент Мпр для разрушения шейки из материала ЭП836

Примечание: Расстояниеот ! = 60 мм = 0,06 м.

1834749

1834749

1834749

1834749

Составитель И.Малкин

Техред М Моргентал Корректор M.Øàðoøè

Редактор

Производственно-издательский комбинат ЛЛатент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2697 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/S