Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для финишной обработки поверхностей с использованием энергии ультразвуковых колебаний. Устройство содержит акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и сквозным осевым отверстием для выхода шпильки. Она предназначена для соединения концентратора с излучателем ультразвука и выполнена с торцом в виде рабочего наконечника. Устройство содержит средство для перемещения акустической системы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепляющие пальцы, поверхности которых покрыты обладающим упругими свойствами материалом. При этом упомянутое средство для перемещения акустической системы выполнено в виде рамы с концами в форме вилок, продольные оси которых перпендикулярны к оси рамы, одна из вилок выполнена с пальцем, а вторая, расположенная со стороны концентратора - с двумя отверстиями, а корпус выполнен с эллипсовидным отверстием, предназначенным для ввода в него пальца первой вилки, и с отверстиями, оси которых перпендикулярны продольной оси акустической системы, предназначенными для ввода в них и в отверстия второй вилки закрепляющих пальцев. Использование такой конструкции позволяет расширить технологические возможности устройства за счет использования разных видов ультразвуковых колебаний. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для финишной обработки поверхностей с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Известна "Ультразвуковая головка" (см. описание изобретения к а.с. N 1749009, кл. В 24 В 39/04, опубл. в 1992 г.), содержащая акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен рабочий инструмент. Задача расширения технологических возможностей в известной ультразвуковой головке решается путем регулирования положения акустической системы. Это стало возможным в результате использования устройства вертикального перемещения преобразователя и устройства поворота преобразователя вокруг оси, перпендикулярной основанию.

Однако такое решение поставленной задачи, во-первых, значительно усложняет конструкцию ультразвуковой головки, а во-вторых, не обеспечивает обработку деталей сложного профиля из-за ограниченного перемещения акустической системы.

Известно также "Устройство для ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработки поверхностей" (см. описание изобретения к патенту РФ N 2124430, кл. В 24 В 39/00, опубл. в 1999 г.), которое выбрано в качестве прототипа к заявляемому изобретению.

Известное устройство для ультразвуковой упрочняюще-чистовой обработки поверхностей содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе магнитострикционный преобразователь, соединенный с концентратором, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и шпильку, торец которой выполнен в виде рабочего наконечника. Для обработки поверхностей деталей сложных профилей в данном устройстве предусмотрена замена прямой шпильки на шпильку с загнутым в радиальном направлении свободным концом.

Однако такой подход к решению задачи расширения технологических возможностей устройства недостаточно эффективен, так как акустическая система ограничена в перемещении двумя взаимно перпендикулярными плоскостями.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в расширении технологических возможностей устройства путем обеспечения финишной обработки поверхностей деталей сложных профилей за счет использования разных видов ультразвуковых колебаний.

Указанная задача решается за счет того, что устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей, содержащее акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и сквозным осевым отверстием для выхода шпильки, предназначенной для соединения концентратора с излучателем ультразвука и выполненной с торцом в виде рабочего наконечника, снабжено средством для перемещения акустической системы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепляющими пальцами, поверхности которых покрыты обладающим упругими свойствами материалом, при этом средство для перемещения акустической системы выполнено в виде рамы с концами в форме вилок, продольные оси которых перпендикулярны к оси рамы, одна из вилок выполнена с пальцем, а вторая, расположенная со стороны концентратора - с двумя отверстиями, причем корпус выполнен с эллипсовидным отверстием, предназначенным для ввода в него пальца первой вилки, и с отверстиями, оси которых перпендикулярны продольной оси акустической системы, предназначенными для ввода в них и в отверстия второй вилки закрепляющих пальцев.

Существенным отличительным признаком заявляемого изобретения является наличие средства для перемещения акустической системы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепляющих пальцев, при этом средство для перемещения акустической системы выполнено в виде рамы с концами в форме вилок, а в корпусе выполнено эллипсовидное отверстие для ввода в него пальца первой вилки.

Введение в устройство для ультразвуковой обработки поверхностей средства для перемещения акустической системы обеспечивает последней перемещение в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, что позволяет при финишной обработке в зависимости от формы обрабатываемой поверхности использовать разные виды колебаний, а именно: продольные, боковые (тангенциальные) или поперечные (изгибные). Использование в предлагаемом техническом решении разных видов колебаний позволяет осуществлять финишную обработку поверхностей деталей более сложного профиля для получения заданного класса шероховатостей, что в свою очередь приводит к расширению технологических возможностей устройства, а также к удешевлению технологического процесса в целом. Кроме того, предлагаемая конструкция средства для перемещения акустической системы значительно упрощает конструкцию самого устройства для ультразвуковой финишной обработки поверхностей по сравнению с аналогом.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает технический результат, выражающийся в расширении технологических возможностей.

Изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью отличительных признаков.

Изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано для финишной обработки поверхностей деталей сложных профилей с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено заявляемое устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей (продольный разрез), на фиг.2 - разрез корпуса по линии А-А, на фиг.3 - торцевая часть излучателя ультразвука (а - продольный разрез, б - поперечный) и шпилька, на торец которой навинчен резонирующий стержень.

Заявляемое устройство (фиг.1) содержит акустическую систему, включающую установленный в корпусе 1 магнитострикционный преобразователь 2, соединенный с концентратором 3, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука 4. На периферии торца излучателя ультразвука 4 выполнены приливы 5, являющиеся контактными элементами. Излучатель ультразвука 4 имеет сквозное осевое отверстие, через которое выступает шпилька 6, соединяющая излучатель ультразвука 4 с концентратором 3, при этом на свободном торце шпильки 6 имеется рабочий наконечник 7. Устройство содержит также средство для перемещения акустической системы, выполненное в виде рамы 8, концы 9 и 10 которой имеют форму вилки. На торце корпуса 1 имеется отверстие 11 эллипсовидной формы, в которое введен палец (не показан), закрепленный в первой вилке 9, а внутри вилки 10 - отверстия 12 (фиг.1 и 2). В отверстия 12 (фиг.2) и в симметричные им отверстия 13 в корпусе 1 введены закрепляющие пальцы 14.

Поверхности пальцев 14 покрыты материалом, обладающим упругими свойствами, в качестве которого может быть использована, например, резина, выполненная в виде манжеты 15.

Рабочий наконечник 7 выполнен из термодинамически устойчивого материала, обладающего повышенной твердостью (относительно твердости обрабатываемого материала), например из карбидов вольфрама, карбидов титана и т.п. Из аналогичных материалов выполняются и приливы 5, присоединенные к излучателю ультразвука 4 пайкой, сваркой или иным образом. Шпилька 6 имеет прямую форму для передачи воздействия продольными ультразвуковыми колебаниями на обрабатываемую поверхность. При необходимости воздействия на обрабатываемую поверхность поперечными (изгибными) колебаниями используется резонансный стержень 16 (фиг.3а и б), наворачиваемый на торец шпильки 6. Воздействие боковыми (тангенцальными) колебаниями на обрабатываемую поверхность осуществляется приливами 5.

Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей закрепляется рамой 8 на токарном, шлифовальном, строгальном или ином станке.

Устройство работает следующим образом.

Для осуществления финишной обработки поверхностей необходимо поджать устройство к обрабатываемой поверхности. Подаваемое на обмотку магнитострикционного преобразователя 2 напряжение вызывает в нем колебания ультразвуковой частоты, передаваемые через концентратор 3 на излучатель ультразвука 4, шпильку 6, наконечник 7 и приливы 5 или резонансный стержень 16.

При поджатии устройства к обрабатываемой поверхности рабочий наконечник 7 (приливы 5 или резонансный стержень 16) соприкасается с ней и начинает воздействовать на нее ультразвуковыми колебаниями.

Вид колебаний, воздействующих на обрабатываемую поверхность выбирается в зависимости от формы детали. Смена колебаний в технологическом процессе позволяет обрабатывать как наружные, так внутренние и торцевые поверхности деталей сложных рельефов.

Это стало возможным благодаря возможности перемещения акустической системы в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях.

Возможность поворота излучателя ультразвука 4 на определенные углы явилась следствием использования в устройстве средства для перемещения акустической системы предлагаемой конструкции.

В такой конструкции перемещение акустической системе, а следовательно, и излучателю ультразвука 4 с рабочим наконечником 7 (приливами 5 или резонансным стержнем 16) обеспечивает то, что палец, закрепленный в первой вилке 9, введен в отверстие 11 эллипсовидной формы, выполненное в торце корпуса 1, а вторая вилка 10 с имеющимися в ней отверстиями 12, в которые введены закрепляющие пальцы 14, создает возможность перемещения в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом благодаря упругим свойствам материала 15, которым покрыты поверхности пальцев 14, передается усилие поджатия к обрабатываемой поверхности излучателя ультразвука 4 с рабочим наконечником 7, контактными элементами (приливами) 5 или резонансным стержнем 16.

В зависимости от формы обрабатываемой поверхности в роли контактного элемента, непосредственно воздействующего на объект ультразвуковыми колебаниями, могут выступать различные элементы конструкции: те или иные приливы 5 на периферии торца излучателя ультразвука 4, шпилька 6 с рабочим наконечником 7 или шпилька 6 с навинченным на ее торец резонансным стержнем 16.

В зависимости от технологической необходимости и выбранного в данный момент технологического процесса, контактного элемента, создаются и соответствующие виды ультразвуковых колебаний: продольные, поперечные (изгибные) или боковые (тангенцальные).

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить технологические возможности устройства и удешевить технологический процесс.

Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой финишной обработки поверхностей, содержащее акустическую систему в виде установленного в корпусе магнитострикционного преобразователя, соединенного с ним концентратора, на торце которого закреплен излучатель ультразвука с контактными элементами и сквозным осевым отверстием для выхода шпильки, предназначенной для соединения концентратора с излучателем ультразвука и выполненной с торцом в виде рабочего наконечника, отличающееся тем, что оно снабжено средством для перемещения акустической системы в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и закрепляющими пальцами, поверхности которых покрыты обладающим упругими свойствами материалом, при этом средство для перемещения акустической системы выполнено в виде рамы с концами в форме вилок, продольные оси которых перпендикулярны к оси рамы, одна из вилок выполнена с пальцем, а вторая, расположенная со стороны концентратора - с двумя отверстиями, причем корпус выполнен с эллипсовидным отверстием, предназначенным для ввода в него пальца первой вилки, и с отверстиями, оси которых перпендикулярны продольной оси акустической системы, предназначенными для ввода в них и в отверстия второй вилки закрепляющих пальцев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3