Устройство для крепления шлифовального круга

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке деталей шлифовальными и полировальными кругами, иглофрезами и раскатниками, дисковыми фрезами и другим подобным инструментом. Устройство содержит два съемных косых под углом α фланца, гайку и шлифовальный круг с центральным отверстием, выполненным под углом α к торцам. В отверстие шлифовального круга плотно входит втулка высотой, равной высоте круга. Во втулке запрессована шайба с отверстием в виде сферы радиусом R. На шпинделе плотно установлено кольцо, имеющее наружную поверхность в виде сферы радиусом R и расположенное в сферическом отверстии шайбы, образуя вместе с ней шарнир. При этом центры сферы шайбы и кольца размещены в точке пересечения плоскости симметрии шлифовального круга с осью шпинделя. Шлифовальный круг установлен на шпинделе на упругом элементе, состоящем из двух втулок с косыми под углом α буртиками. Во втулках завулканизированы металлические вкладыши. Упомянутый шарнир расположен между упругими втулками. При использовании устройства облегчаются съем материала и стружкообразование и полностью подавляются автоколебания, а также улучшается качество обработанной поверхности и повышается производительность обработки. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оснастке обрабатывающих станков, где применяется дисковый инструмент, и может быть использовано при обработке деталей шлифовальными и полировальными кругами, иглофрезами и раскатниками, дисковыми фрезами и другим подобным инструментом.

Известно устройство для крепления шлифовального круга, имеющее консольную оправку со сферической головкой, на которой установлены основной и прижимной фланцы со стопорным кольцом для базирования и фиксации угла поворота инструмента [1].

Недостатками этого устройства являются сложность и трудоемкость изготовления сферической головки оправки и сопрягаемого с ней сферического отверстия фланца, невозможность регулировки с целью совмещения плоскости симметрии шлифовального круга с центром сферической головки оправки при сборке, что приводит к смещению центра масс и появлению дисбаланса, вызывающего самовозбуждение автоколебаний, которые резко снижают точность и качество обработки. Устройство не позволяет возбуждать параметрические колебания, облегчающие съем материала, стружкообразование и улучшение самозатачивания зерен, тем более управлять вибрациями и устранять автоколебания.

В качестве прототипа выбрано устройство для крепления шлифовального круга на шпинделе под углом к плоскости его вращения, осуществляемое с помощью двух съемных косых под углом α фланцев и гайки, при этом центральное отверстие круга выполнено под углом α к торцу [2].

Недостатком этого устройства является невозможность повышения качества и производительности обработки, особенно трудношлифуемых склонных к прижогам материалов, которые можно улучшить, например, наложением вибраций. Устройство не позволяет возбуждать параметрические колебания, облегчающие съем материала, стружкообразование и улучшение самозатачивания зерен, тем более управлять вибрациями и устранять автоколебания.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей путем возбуждения нормальных вибраций и управление ими с использованием шлифовальных кругов с аксиально-смещенным режущим слоем, а также повышение качества и производительности обработки.

Это достигается с помощью предлагаемого устройства для крепления шлифовального круга под углом к плоскости вращения шпинделя, содержащего два съемных косых под углом α фланца, гайку и шлифовальный круг с центральным отверстием, выполненным под углом α к торцам, при этом устройство снабжено плотно входящей в отверстие шлифовального круга втулкой с высотой, равной высоте круга, запрессованной во втулке шайбой с отверстием в виде сферы и плотно сидящим на шпинделе кольцом, имеющим наружную поверхность в виде сферы и размещенным в сферическом отверстии шайбы с образованием вместе с ней шарнира, при этом сферы шайбы и кольца выполнены радиусом R с центром в точке пересечения плоскости симметрии шлифовального круга с осью шпинделя. Кроме того, устройство снабжено упругим элементом, состоящим из двух втулок с косыми под углом α буртиками и с завулканизированными металлическими вкладышами, при этом шлифовальный круг установлен на шпинделе посредством упругого элемента, а упомянутый шарнир расположен между втулками упругого элемента.

На фиг. 1 изображены инструмент и устройство для его крепления на шпинделе; на фиг.2 - вид Б на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.4 - элемент Д на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Е-Е на фиг. 1; на фиг. 6.7 и 8 изображены схемы съема припуска в различных положениях [соответственно (+α); α = 0; (-α)] шлифовального круга.

Устройство для крепления шлифовального круга 1 под углом α плоскости вращения шпинделя 2 содержит два съемных косых под углом α фланца 3 и 4 и гайку 5. Шлифовальный круг имеет конструктивную особенность в виде центрального отверстия, выполненного под углом α к плоскопараллельным торцам. Устройство снабжено втулкой 6, плотно входящей в отверстие шлифовального круга 1, и высотой, равной высоте наклонного круга; шайбой 7, запрессованной во втулке 6, причем отверстие шайбы 7 выполнено сферическим радиусом R с центром в точке О пересечения плоскости симметрии шлифовального круга 1 с осью шпинделя 2; кольцом 8, которое плотно сидит на шпинделе 2 и имеет сферическую наружную поверхность радиусом R с центром в точке пересечения плоскости симметрии шлифовального круга с осью шпинделя 2, и расположено в сферическом отверстии шайбы 7. Шайба 7, неподвижно связанная с шлифовальным кругом, и кольцо 8, неподвижно сидящее на шпинделе 2, образуют шарнир с центром в точке О, относительно которого шлифовальный круг может поворачиваться и изменять угол наклона α. Шлифовальный круг установлен на шпинделе 2 на упругом элементе, состоящем из двух резиновых втулок 9 и 10 с косыми под углом α буртиками. В местах, где буртики образуют острый угол с цилиндрической частью резиновых втулок, завулканизированы металлические вкладыши II и 12, которые имеют форму полумесяца круглого сечения и служат ограничителем при изменении угла наклона α шлифовальным кругом.

Втулки 9 и 10 расположены с двух торцов упомянутого шарнира и при зажиме гайки 5 заполняют пространство в отверстии шлифовального крута, центрируя последний относительно шпинделя 2.

Угол наклона шлифовального круга выбирают из расчета, во-первых, максимального плеча опрокидывающей силы P_у относительно центра О (фиг. 6) и, во-вторых, непрерывности процесса резания осциллирующим аксиально-смещенным режущим слоем в поперечном сечении по формуле α ≥ arctg(Bα/D_пр); где Bα и D_пр - высота и наружный диаметр шлифовального правленного круга, установленного под углом α к плоскости вращения.

При α = arctg (B α /D_пр) наружный периферийный слой осциллирует с амплитудой A = Bα. Работа шлифовального круга, закрепленного с помощью предлагаемого устройства, заключается в следующем.

В положении (+α), когда зона резания переместилась в крайнее левое положение, согласно фиг. 6, сила P_у, действующая в нормальном направлении, стремится повернуть круг относительно центра О пересечения плоскости симметрии шлифовального круга и оси шпинделя. Упругие втулки 9 и 10 и сферический шарнир, состоящий из шайбы 7 и кольца 8, способствуют действующей опрокидывающей силе P, и круг поворачивается на дополнительный угол Δα, зависящий от свойств упругих элементов, размера и характеристики шлифовального круга, глубины шлифования, твердости материала изделия и других факторов. При входе в это положение и выходе аксиально-смещенный режущий слой круга работает как заборный конус, осуществляя предварительное черновое шлифование.

При дальнейшем вращении круга относительно оси шпинделя при приближении его к положению α = 0 (фиг. 7) плечо опрокидывающего момента силы P_у стремится к нулю и производится чистовое обычное шлифование. За один оборот шлифовального круга таких положений два.

В крайнем правом положении зоны резания (фиг. 8) при угле наклона (-α) шлифовальный круг не будет поворачиваться на дополнительный угол Δα, как в положении (+α). Во-первых, потому что опрокидывающий момент силы P_у не действует, т.к. припуск уже снят или будет минимальный, и опрокидывающий момент не способен преодолеть упругость втулок 9 и 10. Во-вторых, металлические вкладыши 11 и 12, которые служат ограничителями, заполняя зазор в отверстии шлифовального круга между втулкой 6 и шпинделем 2, воспрепятствуют дополнительному повороту круга.

В этом положении идет процесс выхаживания ранее обработанной поверхности. Здесь на этапе выхаживания вступает в работу неизношенная и незасаленная предшествующим шлифованием часть циклично повторяющегося участка круга, чем обеспечивается точность обработки и улучшение шероховатости поверхности.

Как видно, устройство позволяет осуществить послойный съем припуска и совместить черновые и чистовые проходы, что повышает производительность и одновременно на половину снижает теплонапряженность процесса шлифования благодаря осцилляции зоны резания.

Предлагаемое устройство является как бы возбудителем параметрических колебаний с частотой, равной частоте вращения круга, а процесс шлифования можно отнести к вибрационному высокоэффективному энергосберегающему способу, периодически изменяющему глубину шлифования, но не изменяющему нормальное давление в зоне обработки по причине ее осцилляции. Послойный съем металла облегчает резание, не уступает по производительности высокоскоростному шлифованию и обеспечивает более высокое качество обработанной поверхности и позволяет в несколько раз сократить расход энергии на резание и трение в опорах шпинделя.

Возбуждение колебаний при традиционном вибрационном шлифовании обычно осуществляется с помощью магнитострикционных и электромагнитных вибраторов. Предлагаемое устройство способствует возбуждению параметрических нормальных колебаний силой, действующей в осциллирующей зоне контакта инструмента и заготовки при использовании кругов с аксиально-смещенным режущим слоем без затрат энергии на возбуждение колебаний.

Устройство для крепления шлифовального круга позволяет вести обработку с использованием всей периферийной рабочей части инструмента с сохранением преимуществ процесса прерывистого шлифования. Использование всей периферийной рабочей части инструмента повышает его размерную и общую стойкость, а в совокупности с совмещением чернового и чистового проходов и выхаживания - производительность и качество обработки.

Таким образом, при использовании предлагаемого устройства, обеспечивающего наложение нормальных колебаний на процесс шлифования, облегчается съем материала и стружкообразование и полностью подавляются автоколебания, благодаря чему улучшается качество обработанной поверхности, в несколько раз повышается производительность обработки и уменьшается расход энергии на резание и трение по сравнению с аналогичными показателями при традиционном шлифовании.

Предлагаемое устройство эффективно может реализоваться на малых и средних станках малой жесткости и заменять высокоскоростное шлифование.

Устройство наиболее целесообразно использовать при обработке заготовок мачтой жесткости из труднообрабатываемых сплавов на малых станках вместо традиционного шлифования, при котором возбуждаются интенсивные автоколебания.

Формула изобретения

1. Устройство для крепления шлифовального круга под углом к плоскости вращения шпинделя, содержащее два съемных косых под углом α фланца, гайку и шлифовальный круг с центральным отверстием, выполненным под углом α к торцам, отличающееся тем, что оно снабжено плотно входящей в отверстие шлифовального круга втулкой с высотой, равной высоте круга, запрессованной во втулке шайбой с отверстием в виде сферы и плотно сидящим на шпинделе кольцом, имеющим наружную поверхность в виде сферы и размещенным в сферическом отверстии шайбы с образованием вместе с ней шарнира, при этом сферы шайбы и кольца выполнены радиусом R с центром в точке пересечения плоскости симметрии шлифовального круга с осью шпинделя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено упругим элементом, состоящим из двух втулок с косыми под углом α буртиками и с завулканизированными металлическими вкладышами, при этом шлифовальный круг установлен на шпинделе посредством упругого элемента, а упомянутый шарнир расположен между втулками упругого элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8