Шлифовальный станок

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкции шлифовальных станков, предназначенных для бесцентрового шлифования контуров дозирующих кромок шлицевого вала клапана силовой рулевой передачи. Станок содержит инструментальный шпиндель, предназначенный для размещения цилиндрического шлифовального круга, рабочая поверхность которого расположена параллельно оси обрабатываемого вала, а ширина круга задана в соответствии с шириной контура дозирующей кромки. Средства установки и закрепления обрабатываемого вала включают прижимные элементы для поджатия под прямым углом к рабочей поверхности шлифовального круга и корпус с двумя парами поддерживающих упоров, при этом упоры одной из пар расположены на корпусе по обе стороны шлифовального круга, а упоры другой пары расположены со смещением в осевом направлении под прямым углом к первой паре. При этом средства установки и закрепления обрабатываемого вала соединены с установленным в опоре рабочим шпинделем, который посредством кинематической связи взаимодействует с электродвигателем станка и средствами отвода-подвода обрабатываемого вала в зону шлифования. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройству для изготовления контура управления потоком жидкости в деталях вращающихся клапанов, использующихся в гидравлическом усилителе рулевого управления для транспортных средств. Такие вращающиеся клапана содержат входной вал, который по внешней поверхности имеет несколько простирающихся в осевом направлении шлицев ограниченной длины, разделенных пространствами между ними. На входном валу находится муфта, имеющая по внутренней поверхности также простирающиеся в осевом направлении шлицы ограниченной длины, согласованные со шлицами входного вала, но выполненные с таким зазором, что получается набор простирающихся в осевом направлении отверстий, которые открываются или закрываются при относительном повороте между входным валом и муфтой относительно нейтрального положения, причем величина такого относительного поворота далее будет именоваться рабочим углом клапана. Края шлицов входного вала имеют такой контур, чтобы получалась специальная конфигурация отверстий, часто называемая дозирующей конфигурацией. Эти отверстия соединены далее так, что они образуют наборы гидравлических мостов Уитстона, соединенных впараллель для передачи гдиравлической жидкости между канавками входного вала и шлицами муфты, а значит между гидравлическим насосом, приводными двигателем, и правым и левым сервоцилиндрами системы рулевого управления, определяя таким образом характеристику давления клапана.

Способ работы таких вращающихся клапанов хорошо известен в сервосистемах управления и подробно описывается не будет. Описание работы содержится в патенте (США N3022772, Цейглер), который считается "первоначальным" патентом, раскрывающим концепцию поворотного клапана.

Такие поворотные клапаны теперь обычно встраиваются в установленной на противопожарной перегородке двигателя автомашины механизмах управления, использующих шестерни и зубчатые рейки, и в таком положении любые звуки, такие, как шипение, идущие от клапана очень хорошо слышны водителю. Шипение возникает от кавитации гидравлической жидкости при протекании ее по отверстиям, определяемым дозирующими контурами краев шлицов входного вала и соседними краями шлицов в муфте, в особенности при активном пользовании рулевым управлением с высоким давлением жидкости, как например, при парковочных маневрах. Хорошо известно, что гидравлическая жидкость менее склонна к кавитации, если контур дозирующего края имеет высокое отношение ширины к глубине, заставляя гидравлическую жидкость протекать тонкой пленкой постоянной толщины по длине дозирующего контура одного края. Также важно, чтобы поток гидравлической жидкости равномерно делился по всей сети проходных отверстий, что еще увеличивает отношение длины к ширине.

Это требует очень точного углового расположения контуров у шлицов входного вала, а также и точности выполнения самих дозирующих контуров для обеспечения одинаковой глубины по их длине. Точность наиболее важна в той части дозирующего края шлица, которая управляет работой с высоким давлением в клапане при парковочных маневрах, где развиваемое давление достигается порядка 8 МПа, а глубина дозировочного контура составляет всего лишь 0,012 мм. Эта часть находится непосредственно рядом с участками внешнего диаметра входного вала, и действует при максимальных нормальных рабочих углах клапана. Однако точность контура нужна и при меньших рабочих углах, чтобы не возникало шипения при давлении порядка 2 МПа при глубине контура примерно 0,024 мм. Остальная часть контура дозирующего края ближе к центральному положению поворотного клапана важна в смысле реализации характеристики давления от поворота, но с точки зрения шума от клапана роли не играет.

Также известно, что кавитация менее вероятна, если контур дозирующей кромки имеет клиновидную конфигурацию с наклоном не более 1:12 относительно внешнего диаметра входного вала. Слабый наклон контура дозирующей кромки в области углов при парковке трудно реализовать с точки зрения упомянутой выше высокой необходимой точности углового расположения контуров дозирующего края, так как это угловое расположение, определяет рабочий угол и значит, не только шум клапана, но также и усилия в рулевом управлении при парковке.

Некоторые изготовители стремятся достичь указанной выше точности посредством шлифовки контура дозирующей кромки на специальных шлифовально-фасоночных станках, в которых входной вал крепится в центрах, ранее использовавшихся для окончательной шлифовки внешнего диаметра входного вала. Такие шлифовальные станки имеют шлифовальный круг большого диаметра с шириной, равной всей осевой длине контура дозирующей кромки, причем круг последовательно проходит по каждой дозирующей кромке, выполняя там серию плоских фасок. В некоторых случаях контур дозирующей кромки составлен из нескольких плоских участков, обычно из одного, двух или трех участков на каждую дозирующую кромку, что требует, например, до 36 отдельных подводов шлифовального круга, чтобы выполнить контуры дозирующей кромки на шести шлицах входного вала. Такой способ изготовления является поэтому малопроизводительным и дорогим.

Другие изготовители приспосабливают для этой цели шлифовальные станки, называемые кулачковыми шлифовальными станками, подобными тем, которые используются, например, при изготовлении кулачковых валов для автодвигателей, для изготовления метчиков для наезки резьбы, и контурной вырезки, где деталь крепится в центрах и непрерывно вращается, совершая одновременно периодическое возвратно-поступательное перемещение относительно шлифовального круга под действием главного кулачка. Требуемая толщина снимаемого материала постепенно снимается за счет подачи шлифовального круга к детали в ходе многих оборотов детали. Как и в шлифовально-фасовочных машинах, используется шлифовальный круг большого диаметра, что делает невозможной шлифовку той части контура, которая ближе к краю шлица, так как увеличивающаяся глубина вызвала бы касание шлифовального круга противоположного края шлица. Эта сильно наклоненная и сравнительно глубокая часть контура дозирующего края далее будет называться "внутренним" контуром дозирующего края, и геометрия его в общем определяет центральную часть характеристики давления клапана. Эту часть в общем случае выполняют на станках другого типа, не тех, которыми выполняли фаски "внешнего" контура дозирующей кромки. Там контур малого наклона определяет характеристики клапана при средних и высоких рабочих давлениях, а также определяют шумовые характеристики клапана.

Как в случае применения фасочных шлифовальных станков, так и кулачковых шлифовальных станков, внешний диаметр закаленного входного вала обычно шлифуется как цилиндр в центрах, в операции, непосредственно предшествующей шлифовке дозирующего контура и в тех же самых центрах. Это требуется потому, что эти центры опираются на отверстии во входном валу, выполненные еще до его закалки, и поэтому они уже не концентричны внешнему диаметру после закалки, вследствие металлургических деформаций.

Однако по тем же причинам, этот способ производства неминуемо дает набор шлицов на валу, который выполняется в тех же центрах фрезеровкой или добавлением до закалки, которые после закалки станут также несимметричными относительно внешнего диаметра выходного вала.

Изготовители, выполняющие фаски по способам, описанным выше, часто подправляют бока простирающихся в осевом направлении шлицов на входном валу с использованием шлифовального круга малого диаметра, вращающегося с высокими бортами, который погружается радиально в каждый шлиц. Такая правочная операция однако невыполнима на кулачковых шлифовальных станках. Другой способ применяемый иногда для правки получившейся несоосности шлицов после закалки, заключается в правке центров детали сразу после закалки, зажимая выходной вал по внешнему диаметру в приспособлении, которое опирается на внешнюю поверхность вала вблизи шлицов. Такой подправленный центр затем может надежно использоваться для последующей шлифовки по внешнему диаметру входного вала, а также для шлифовки контуров дозирующих кромок. Но какой был способ коррекции на эксцентричность набора шлицов входного вала не использовался, это дает значительное увеличение времени, а значит и стоимости обработки.

Однако главным недостатком обработки, как по внешнему диаметру входного вала, так и контуров дозирующих краев в центрах, является то, что первый из этих двух этапов, т.е. цилиндрическая шлифовка по внешнему диаметру в центрах, гораздо менее производительна, чем чаще используемая бесцентровая шлифовка валов. Бесцентровая шлифовка является в общем случае и более точной, она может использоваться "в сквозном проходе", т.е. в непрерывном режиме работы, что значительно снижает время обработки. Кроме того, ожидаемый выигрыш в точности при шлифовке в центрах внешнего диаметра и контуров дозирующего края не всегда реализуется, и набор дозирующих контуров при шлифовке в центрах все же может остаться эксцентричный относительно внешнего диаметра входного вала. Этот остаточный эксцентриситет может быть вызван повреждением нежных центровых отверстий в валике, которые обычно бывают незакаленными.

Очевидно, что большое число недостатков обработки закаленного входного вала в центрах может быть устранено проведением всех операций обработки после закалки вала бесцентровым способом, т.е. бесцентровой цилиндрической шлифовкой входного вала по внешнему диаметру и бесцентровой шлифовкой дозирующих краев. В ходе последнего процесса так называемого управляющее колесо подавалось бы внутрь и обратно при шлифовке координированным образом с вращением входного вала, прогрессивно шлифуя таким образом все контуры вокруг внешней окружности входного вала. Однако, как упоминалось выше, необходимым требованием является точное выполнение рабочего угла клапана, а значит точное выдерживание углового расположения точек пересечения контура дозирующего края с внешним диаметром входного вала. При использовании такого способа бесцентровой шлифовки контуров дозирующего края входного вала, глубина шлифуемого контура определяется расстоянием между таким контуром и диаметрально противоположной частью внешнего диаметра (соответствующего точке контакта с управляющим колесом). Глубина контуров дозирующей кромки, шлифуемых таким образом, изменялась бы не толкло с ошибками операции шлифовки, но также и с абсолютными ошибками выполнения внешнего диаметра от предыдущей бесцентровой шлифовки, которая велась по внешнему диаметру входного вала.

Насколько известно, такая бесцентровая шлифовка контуров дозирующих кромок никогда в коммерческих масштабах не проводилась, вероятно вследствие ограничения, связанного с суммированием ошибок.

Данное изобретение использует способ поддержки входного вала во время его бесцентровой шлифовки по контурам дозирующих кромок и позволяет эти контуры точно расположить относительно соседнего внешнего диаметра входного вала, в отличие от диаметрально противоположной части внешнего диаметра. Абсолютная глубина и угловое расположение контуров дозирующего края может таким образом поддерживаться без сложения ошибок, о котором говорилось выше. Поэтому возможно использовать все преимущества бесцентровой обработки входного вала.

Изобретение представляет собой станок для шлифовки контуров дозирующего края, по краям простирающихся в осевом направлении шлицев входного вала клапанов силовой рулевой передачи, имеющей устройство поддержки этого входного вала для вращения, практически цилиндрический шлифовальный круг, рабочая поверхность которого выполнена параллельно оси входного вала, привод для вращения входного вала, устройство для периодического увеличения расстояния между осью входного вала и шлифовальным кругом для шлифовки контуров дозирующего края, причем каждый контур дозирующей кромки, шлифованный таким образом, имеет контур, являющийся зеркальным отображением по меньшей мере одного контура дозирующего края вокруг периферии этого входного вала, что дает симметричные наборы контуров дозирующего края в направлении по часовой стрелке и против часовой стрелки, отличающийся тем, что устройство поддержки содержит поддерживающие поверхности, тангенциально контактирующиеа по внешнему диаметру этого входного вала, первые две из этих поддерживающих поверхностей смещены в осевом направлении по обе стороны концов этого шлица, и расположены по одной с каждой стороны шлифовального круга, а другая поддерживающая поверхность, или другие поддерживающие поверхности, расположены практически под прямым углом к первым поддерживающим поверхностям для удерживания входного вала против движения в направлении, параллельном первым двум поддерживающим поверхностям, пару прижимных элементов, контактирующих с внешним диаметром входного вала, причем каждый с осевым смещением по обе стороны от концов шлицев и нагруженных так, чтобы прижимать этот входной вал в основном в направлении к первым двум поддерживающим поверхностям, поддерживая таким образом без центров входной вал при шлифовке контуров дозирующей кромки.

Еще одно преимущество использования только что описанного станка относится к широкоиспользуемой практике селективной сборки при изготовлении управляющих мощностью клапанов сервосистемы. Вследствие необходимости очень точно контролировать диаметральную посадку между входным валом и окружающей его муфтой (обычно от 0,007 до 0,012 мм по диаметру) обычной практикой является изготовление, как муфты так и входного вала в несколько более широком диапазоне диаметров, порядка 0,025 мм, затем подбирать пары при сборке клапана. При использовании бесцентровой шлифовальной машины с указанными поддерживающими поверхностями по изобретению, получается точное размещение контуров дозирующей кромки независимо от абсолютного диаметра конкретного шлифуемого входного вала. Это невозможно по известным способам, описанным выше, где операцию шлифовки требовалось бы непрерывно согласовывать по глубине, чтобы обеспечить точное угловое расположение контуров дозирующих кромок.

Также устраняются ошибки по эксцентриситету между внешним диаметром входного вала и контурами дозирующей кромки.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показано трехмерное перспективное изображение шлифовального станка; на фиг. 2 сечение в увеличенном масштабе в плоскости DD (фиг. 1 перпендикулярно оси входного вала с иллюстрацией поддержки входного вала в шлифовальном станке); на фиг. 3 - разрез плоскостью DD фиг. 1 шлифовального станка; на фиг. 4 вид кулачка, показанного на фиг. 1 в плоскости, перпендикулярной его оси; на фиг. 5 - увеличенное изображение контура дозирующей кромки, шлифуемого на краю одного шлица входного вала.

Фиг. 1 схематически изображает основные признаки шлифовального станка, в которой шлифовальный круг 1 установлен на шпинделе с осью 2, вращающемся в подшипнике 3, установленном на ползуне 4, который может двигаться в направляющей 5, являющейся частью станины 6 станка.

На фиг. 2 и 3, входной вал 7 поддерживается при вращении на двух парах износоустойчивых поддерживающих упоров, причем первая пара 8 и 8а распложена по бокам шлифовального круга и с осевым смещением относительно концов шлицев, а вторая пара 9 и 9а (заслоненных фиг. 1) находится снизу входного вала 7, они служат поддержкой в направлении, параллельном поверхности первой пары упоров 8 и 8а. Ролики 10 и 11 вращаются на валике 14 в раздвоенном поддерживающем бруске 15, который также служит для установки поддерживающих упоров 8, 8а и 9, 9а. Пружина 16 поддерживает давление между роликами 10 и 11 и внешним диаметром входного вала 7, но в то же время позволяет оттянуть назад ярмо 13, чтобы вынуть входной вал по окончании шлифовки. Раздвоенный поддерживающий блок 15 закреплен на качающейся платформе 52, которая качается относительно валов 17, 18, т.е. относительно оси 19. Валы 17 и 18 удерживаются пьедесталами 20 и 21, являющимися частью станины 6 станка.

Входной вал 7 имеет две лыски 22, выполненные на нем, которые захватываются щечками патрона 23, которые качаются на осях на передней плоскости диска 24 муфты сцепления типа Олдхэм, задний элемент которой имеет фланец 25 главного шпинделя детали 26. Способ зажима и отпускания щечек патрона 23 обычный. Главный шпиндель детали 26 вращается в пьедестале 27, являющемся частью качающейся платформы 52, и приводится во вращение червячной шестерней 28, закрепленной на нем. Червяк 29, выполненный заодно с валом 30, находится в зацеплении с червячной шестерней 28 без люфта и вращается в подшипниках, но закреплен против осевого перемещения в пластинах 31 и 32, простирающихся вертикально из качающейся платформы 52. Червячный вал 30 простирается вперед за пластину 31 (фиг. 1) и имеет нарезанные на конце зубья 33, а сзади пластины 32а вал несет шестерню 34, находящуюся в зацеплении с малой шестерней 35 электромотора 36. Электромотор 36 установлен на скобе 37, являющейся составной частью качающейся платформы 52, и поэтому качается вместе с ней относительно валов 17 и 18. Шестерня 38 установлена на валу 39 и входит в зацепление с зубьями 33 на червячном валу 30. Вал 39 также вращается в подшипниках пластин 31 и 32, но осевое перемещение предотвращено.

Отношение числа зубьев 33, шестерни 38, передаточное число червячной передачи 29 и 28 таковы, что при шлифовке шестишлицевого входного вала вал 39 делает шесть оборотов на один оборот главного шпинделя детали 26.

Кулачок 42 контактирует с обкатывающим штифтом 40, установленным в ползуне 41, находящемся во втулке 43, простирающейся из качающейся платформы 52. На нижнем конце ползун 41 упирается в штифт 44, укрепленный в станине 6 станка. Пружина 45, также закрепленная на станине 6 штифтом с головкой 53, прижимает кулачок 42 для контактирования с обкатывающим штифтом 40 и ползуном 41, упирающимися в штифт 44, и обеспечивает положительное и безлюфтовое колебание качающейся платформы 52 соответственно профилю кулачка 42 (деталь фиг. 4).

При пуске электромотора 36, главный шпиндель детали 26 и входной вал 7 начинают вращаться в показанном направлении, а ползун 4 сразу подается ненамного вперед, чтобы начать шлифовку входного вала 7. Ширина шлифовального круга 1 такова, что он шлифует всю ширину контура дозирующей кромки.

На фиг. 5 в увеличенном масштабе видно положение, показанное на фиг. 2, в котором один из предварительно выполненных осевых шлицев 46 согласован с осью 2 шлифовального круга 1. Профиль кулачка 42 такой, что шлифовальный круг 1 создал практически плоский контур дозирующей кромки между точками 47 и 48 и криволинейный контур дозирующей кромки между точками 48 и 49. Точка 50 соответствует точке контура дозирующей кромки глубиной 0,012 мм, нормально определяющей максимальные давления в клапане при парковке.

Кулачок 42 поворачивается шесть раз для обработки всех 12 контуров дозирующих краев шести шлицев входного вала (показано на фиг.), или восемь раз для завершения всех 6 контуров дозирующей кромки входного вала с восемью шлицами, (не показано).

Специалисты поймут, что возможны многочисленные варианты и/или модификации изобретения, показанного на этом конкретном примере, без выхода за рамки или идею изобретения, как оно широко описано. Данные воплощения следует, таким образом, считать во всех смыслах иллюстрирующими, но не ограничивающими.

Формула изобретения

1. Шлифовальный станок для шлифования внешних контуров дозирующих кромок на краях продольных шлицев входного вала клапана силовой рулевой передачи, содержащий инструментальный шпиндель, предназначенный для размещения цилиндрического шлифовального круга, рабочая поверхность которого расположена параллельно оси обрабатываемого вала, а средства его установки и закрепления включают прижимные элементы для поджатия под прямым углом к рабочей поверхности шлифовального круга и соединены с установленным в опоре рабочим шпинделем, который посредством кинематической связи взаимодействует с электродвигателем станка и средствами отвода-подвода обрабатываемого вала в зону шлифования, выполненными с возможностью циклического изменения расстояния от оси его вращения до оси вращения шлифовального круга, отличающийся тем, что средства установки и закрепления обрабатываемого вала снабжены корпусом с двумя парами поддерживающих упоров, которые размещены с возможностью контактирования с наружным диаметром обрабатываемого вала, при этом упоры одной из пар расположены на корпусе по обе стороны шлифовального круга, ширина которого задана в соответствии с шириной контура дозирующей кромки, а упоры другой пары расположены со смещением в осевом направлении под прямым углом к первой паре.

2. Станок по п.1, отличающийся тем, что прижимные элементы выполнены в виде двух роликов, размещенных с возможностью вращения на продольной оси, установленной в корпусе параллельно оси обрабатываемого вала.

3. Станок по пп.1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен платформой, на которой размещены средства установки и закрепления обрабатываемого вала, включающие корпус с упорами и прижимными элементами, опора, несущая рабочий шпиндель, электродвигатель станка и элементы кинематической связи между ними, и копирным механизмом, при этом платформа установлена с возможностью качания относительно продольной оси, параллельной оси обрабатываемого вала, установленной со смещением от плоскости расположения оси обрабатываемого вала и оси вращения шлифовального круга, а копир установлен с возможностью синхронного вращения с рабочим шпинделем, причем толкатель, выполненный в виде ролика, размещен с возможностью взаимодействия с платформой и элементом, закрепленным на неподвижной части станка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5