Способ точения наружных сферических поверхностей

Изобретение относится к области обработки материалов резанием, изготовлению шарниров. Способ заключается в том, что заготовке и лезвийному режущему инструменту сообщают вращательные движения вокруг собственных осей, причем режущему инструменту сообщают движение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности. Для повышения производительности и точности обработки используют режущий инструмент в виде двух кинематически связанных между собой резцовых головок, имеющих одинаковое количество, но не менее двух, резцов. Резцовые головки, из которых одну настраивают на предварительную черновую обработку, а другую - на окончательную чистовую обработку за счет осевой подачи, располагают друг против друга под определяемым по приведенной формуле углом к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферической поверхности и с траекториями вращения вершин резцов головок, имеющими общую точку, расположенную на продольной оси заготовки. Головки вращают от одного привода с одинаковой частотой для синхронизации движения резцов, заключающейся в последовательном прохождения упомянутой общей точки поочередно резцами черновой и чистовой головок. 2 ил.

 

Изобретение относится к обработке материалов резанием и может быть использовано при точении наружных сферических поверхностей.

Известен способ токарной обработки наружных сферических поверхностей, при котором заготовке и лезвийному режущему инструменту сообщают вращательные движения вокруг собственных осей, причем режущему инструменту сообщают движение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности [1].

Способ отличается низкой производительностью ввиду последовательного выполнения чернового и чистового переходов одним и тем же резцом, что увеличивает машинное время обработки, и большой затратой времени на холостые ходы.

Задача изобретения - повышение производительности обработки наружных сферических поверхностей путем применения многорезцовой обработки с одновременным выполнением чернового и чистового переходов, а также повышение точности обработки, получаемой за счет вращения инструмента, где точность формообразования сферы определяется не профилем инструмента и точностью поворотного приспособления, а точностью траектории движений заготовки и инструмента, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокого качества и точности.

Поставленная задача решается предлагаемым способом точения наружных сферических поверхностей, при котором заготовке и лезвийному режущему инструменту сообщают вращательные движения вокруг собственных осей, причем режущему инструменту сообщают движение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, причем используют режущий инструмент в виде двух кинематически связанных между собой резцовых головок, имеющих одинаковое количество, но не менее двух, резцов, причем резцовые головки, из которых одну настраивают на предварительную черновую обработку, а другую - на окончательную чистовую обработку за счет осевой подачи, располагают друг против друга под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферической поверхности и с траекториями вращения вершин резцов головок, имеющими общую точку, расположенную на продольной оси заготовки, а головки вращают от одного привода с одинаковой частотой для синхронизации движения резцов, заключающейся в последовательном прохождении упомянутой общей точки поочередно резцами черновой и чистовой головок, при этом угол β определяют по формуле:

β=arc sin (h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости вращения вершин резцов головок относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм.

Особенности предлагаемого способа точения наружных сферических поверхностей поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена схема точения наружных сферических поверхностей лезвийным режущим инструментом в виде двух синхронно работающих резцовых головок; на фиг.2 - ступенчатый разрез А - А на фиг.1.

Предлагаемый способ предназначен для высокопроизводительного точения наружных сферических поверхностей лезвийным режущим инструментом в виде двух синхронно работающих резцовых головок ГР1 и ГР2.

Резцовые головки ГР1 и ГР2 имеют в своем составе одинаковое количество, но не менее двух резцов. Резцовая головка ГР1 имеет резцы 1 и 2, контактирующие с обрабатываемой заготовкой 5, соответственно в точках В и С. Резцовая головка ГР2 имеет резцы 3 и 4, контактирующие с обрабатываемой заготовкой 5 в других диаметрально противоположных точках.

Резцовая головка ГР1 является черновой и настроена на предварительную обработку, резцовая головка ГР2 - чистовая и настроена на окончательную обработку. Настройка головок ГР1 и ГР2 на нужную глубину резания осуществляется за счет осевых подач, соответственно S₁ и S₂. Резцовые головки расположены друг против друга так, что их продольные оси вращения находятся под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки 5, и проходят через центр сферической поверхности, при этом траектории вращения ВС и ВД вершин, соответственно 1, 2 и 3, 4 резцов головок, соответственно ГР1 и ГР2 соприкасаются в точке В сферической поверхности, находящейся на продольной оси заготовки.

С целью синхронизации движения резцов, заключающейся в строгой последовательности прохождения точки В (находящейся на продольной оси заготовки) сферической поверхности, например, резцом 1 черновой головки ГР1, затем резцом 3 чистовой головки ГР2, затем резцом 2 черновой головки ГР1, затем резцом 4 чистовой головки ГР2 и так далее, частота вращения головок осуществляется от одного привода (не показан), является одинаковой V₂=V₃ и кинематически связанной. В состав привода головок входят электродвигатель и по необходимости коробка переключения скоростей (не показаны), передающие вращение со скоростью V₁ на центральную шестерню Z₁. Резцовая головка ГР1 кинематически связана с приводом посредством зубчатого колеса Z₂, входящего в зацепление с центральной шестерней Z₁.

Резцовая головка ГР2 кинематически связана с приводом посредством зубчатого колеса Z₅, входящего в зацепление с зубчатым венцом Z₄ блока Z₃/Z₄, который своим зубчатым венцом Z₃ входит в зацепление с центральной шестерней Z₁. Зубчатые колеса Z₂ и Z₅ установлены на своих шлицевых валах с помощью шлицевых подвижных соединений, благодаря которым резцовые головки ГР1 и ГР2 имеют возможность осевых перемещений S₁ и S₂.

Угол β установки продольных осей головок ГР1 и ГР2 к плоскости, перпендикулярной оси заготовки 5 и проходящих через центр сферической поверхности, определяется по формуле:

β=arc sin (h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости вращения вершин резцов головок относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности заготовки, мм.

Предлагаемый способ основан на свойстве сферической поверхности, заключающемся в том, что ее любое сечение плоскостью, включая плоскости, смещенные относительно центра сферической поверхности, дает окружность. Это позволяет представить процесс формообразования неполной сферической поверхности методом точения как движение образующей линии окружности, описанной режущими элементами, плоскость которой смещена относительно центра сферической поверхности, по направляющей линии - окружности, полученной за счет вращения обрабатываемой заготовки. Таким образом, точность формообразования сферической поверхности определяется не профилем инструмента, а точностью траектории этих движений, т.е. кинематикой процесса, что позволяет получить сферические поверхности высокой точности.

Точение наружных сферических поверхностей по предлагаемому способу осуществляется в следующей последовательности. Способ точения реализуют на токарном станке, например, мод. 16К20. Заготовку - штамповку 5 с предварительно подготовленными поверхностями для базирования и крепления (например, коническая поверхность и резьбовой хвостовик заготовки, приведенной на фиг.1) закрепляют в специальном приспособлении 6, установленном на шпинделе токарного станка.

Режущий инструмент, установленный на суппорте токарного станка, состоящий из двух резцовых головок с резцами, подводят к обрабатываемой заготовки так, чтобы точка пересечения продольных осей головок совпала с центром сферической поверхности заготовки. При этом головки максимально разведены, т. е. радиально удалены от центра сферической поверхности заготовки. Далее включают привод вращения инструментов и головкам сообщают вращательные движения вокруг собственных осей со скоростью V₂=V₃, зависящей от марки материала резцов и свойств материала заготовки и определяемой известными способами. Затем осуществляют радиальную осевую подачу, делая пробное врезание (например, вручную, пользуясь лимбом (не показан)), сначала черновой головки S₁, а затем чистовой головки S₂, причем заготовка неподвижна.

После установки резцов головок на нужную глубину резания включают шпиндель с заготовкой, которой сообщают вращательное движение со скоростью V_заг вокруг собственной оси.

Предлагаемая схема расширяет технологические возможности обработки сферических поверхностей и позволяет обрабатывать сферические поверхности одновременно в двух плоскостях ВС и ВД, расположенных под углом β к оси заготовки.

Работа головок может осуществляться как с двумя, так и с большим количеством резцов, которые в момент обработки проходят через общую точку В двух траекторий в следующем порядке 1-3-2-4.

Одновременная работа двух головок позволяет уравновесить систему, а расположение пар резцов во взаимно пересекающихся плоскостях - повысить равномерность, устойчивость процесса резания и значительно снизить степень вибрации технологической системы.

Способ позволяет сократить машинное время благодаря:

- одновременному проведению черновой и чистовой обработки сферической поверхности;

- точению сферической поверхности с двух противоположных сторон;

- уменьшению количества оборотов заготовки, необходимых для полной обработки.

Для полной обработки сферической поверхности достаточно 0,75 оборота заготовки.

Способ позволяет производить обработку сферической поверхности поочередно, сначала черновой головкой, а потом чистовой головкой. Это увеличит стойкость инструмента за счет уменьшения температурного режима обработки при перераспределении припуска между головками и резцами при соответствующей настройке головок.

Предлагаемый способ позволяет повысить степень точности геометрической сферической поверхности за счет кинематики обработки и отказа от метода копирования.

Способ позволяет повысить класс шероховатости обрабатываемой сферической поверхности благодаря наличию угла пересечения траекторий движения резцов головок, обуславливая сетку следов и характер микрогеометрии, как при наложении вибраций.

В зоне обработки в районах точек С и Д наблюдается уменьшение величины срезаемого слоя, что при обработке одним резцом (согласно прототипа [1]) ведет к искажению геометрии обрабатываемой поверхности и, кроме того, припуск на сферической поверхности неравномерный (заготовка, полученная, например, высадкой, имеет смещение по разъему штампов, а также недоштампованные элементы припуска т.п.), который ведет к копированию технологической наследственности. Обработка черновой и чистовой резцовыми головками по предлагаемому способу позволяет резко снизить величину технологической наследственности и повысить геометрическую точность обрабатываемой поверхности.

Пример. Установленную в специальном электромеханическом приспособлении в шпинделе передней бабки токарного станка мод. 16К20Ф3 заготовку-штамповку пальца шарового верхнего 2101-2904187, изготовленную из стали 20Х ГОСТ 1050-74 с диаметром заготовки сферы 40 мм, обрабатывают сферическую поверхность диаметром 32,7±0,1; исходный параметр шероховатости заготовки Ra=80 мкм, достигнутый - Ra=3,2 мкм; режущим инструментом в виде двух головок с двумя резцами каждая; величина смещения плоскости вращения вершин резцов головок относительно центра обрабатываемой сферической поверхности h=5 мм; угол установки продольных осей головок β=17°50' к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферической поверхности. Обработка проводилась на следующих режимах: черновая головка настроена на предварительную обработку - глубина резания 3,35 мм, скорость резания 106 м/мин, подача врезания S₁ и S₂ - ручные, частота вращения заготовки 1,06 м/мин; чистовая головка настроена на окончательную обработку - глубина резания 0,3 мм. Требуемая шероховатость и точность сферической поверхности были достигнуты через Т_м=0,2 мин (против Т_м ^баз=2,75 мин по базовому варианту при традиционной обработке по копиру на Орловском сталепрокатном заводе ОСПАЗ). Контроль проводился индикаторной скобой с индикатором ИЧ 10 Б кл. 1 ГОСТ 577-68 и на профилометре мод. 283 тип АП ГОСТ 19300-86. В обработанной партии (равной 100 штук) бракованных деталей не обнаружено. Отклонение обработанной поверхности от сферичности составило не более 0,02 мм, что допустимо ТУ.

Сравнение полученных результатов с данными обработки, производимой по прототипу, показало повышение производительности, точности форм и размерной точности обработки в 2,5 раза, а также снижение себестоимости изготовления.

Источники информации

1. Патент GB 911779 В 23 С 3/04. Способ точения наружных сферических поверхностей. 1962 - прототип.

Способ точения наружных сферических поверхностей, при котором заготовке и лезвийному режущему инструменту сообщают вращательные движения вокруг собственных осей, причем режущему инструменту сообщают движение по окружности, лежащей в плоскости, смещенной относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, отличающийся тем, что используют режущий инструмент в виде двух кинематически связанных между собой резцовых головок, имеющих одинаковое количество, но не менее двух, резцов, причем резцовые головки, из которых одну настраивают на предварительную черновую обработку, а другую - на окончательную чистовую обработку за счет осевой подачи, располагают друг против друга под углом β к плоскости, перпендикулярной оси заготовки и проходящей через центр сферической поверхности и с траекториями вращения вершин резцов головок имеющими общую точку, расположенную на продольной оси заготовки, а головки вращают от одного привода с одинаковой частотой для синхронизации движения резцов, заключающейся в последовательном прохождении упомянутой общей точки поочередно резцами черновой и чистовой головок, при этом угол β определяют по формуле

β=arc sin (h/R_сф),

где h - величина смещения плоскости вращения вершин резцов головок относительно центра обрабатываемой сферической поверхности, зависящая от конструктивных параметров заготовки, мм;

R_сф - радиус обрабатываемой сферической поверхности, мм.