Устройство для фрезерования винтов с круглой винтовой поверхностью

Изобретение относится к области технологи машиностроения, обработке винтов винтовых насосов на токарных, шлифовальных станках и в обрабатывающих центрах. Устройство содержит шпиндель с режущим инструментом. Для повышения производительности точности и качества обработки режущий инструмент выполнен в виде цилиндрической фрезы, имеющей возможность колебательного движения с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, вращение которого согласовано с вращением обрабатываемой заготовки, шатуна, одним концом шарнирно соединенного с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединенным с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения. 11 ил.

 

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при обработке рабочих поверхностей винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов на токарных, шлифовальных станках и обрабатывающих центрах.

Известны устройство и способ обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной, при котором винтовую поверхность нарезают резцом, установленным в планшайбе шпинделя токарного станка, причем ось планшайбы отнесена от оси обрабатываемой заготовки на величину эксцентриситета сечения винта. Резцовая планшайба совершает вращательное движение вокруг смещенной оси и поступательное движение вдоль оси обрабатываемой детали, кинематически связанное с вращением заготовки [1].

Недостатками известного устройства и способа обработки являются: большая трудоемкость процесса обработки и низкая производительность, которая связана с невысокой стойкостью резцового инструмента, ведущей к снижению точности обработки и быстрой потере режущих свойств.

Известны устройство и способ обработки винтов героторных винтовых насосов, включающий вращательные движения обрабатываемой детали и режущего инструмента и прямолинейное движение подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой детали, причем обработку осуществляют торцевой поверхностью режущего инструмента, ось шпинделя которого расположена под острым углом ε к прямой, перпендикулярной оси вращения детали, при этом инструменту сообщают согласованное с вращением обрабатываемой детали вращательное планетарное движение из условия перемещения оси шпинделя инструмента вокруг упомянутой прямой, кроме того, вращательное планетарное движение режущего инструмента дополнительно согласовывают с вышеупомянутой прямолинейной подачей, причем обработку осуществляют частью боковой поверхности режущего инструмента, а величину угла ε определяют по формуле: ε=arcsin(h/D_o),где h - высота профиля винтовой поверхности детали; D_o - диаметр образующей поверхности инструмента [2].

Недостатками известного устройства и способа являются: невысокая стойкость фрезерной торцовой наладки, ведущей к быстрой потере режущих свойств из-за быстрого затупления острых углов между торцовой и боковой режущими поверхностями фрезы, и большая трудоемкость процесса переточек, ведущие к снижению точности обработки и производительности.

Задачами изобретения являются расширение технологических возможностей обработки открытых винтовых поверхностей, в частности винтов с круглой рабочей винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, увеличение стойкости инструментальной наладки, повышение производительности, точности и качества обработки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для обработки винтов с круглой винтовой поверхностью, с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, содержащего шпиндель с режущим инструментом, при этом режущий инструмент выполнен в виде цилиндрической фрезы, имеющей возможность колебательного движения с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, вращение которого согласовано с вращением обрабатываемой заготовки, шатуна, одним концом шарнирно соединенного с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединенным с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения.

Сущность предлагаемого устройства для обработки винтов винтовых насосов поясняется чертежами.

На фиг.1-9 приведены схемы обработки круглой винтовой поверхности с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винта винтового насоса цилиндрической фрезой с помощью предлагаемого устройства и показаны положения инструмента и заготовки через каждые 45° поворота заготовки в поперечном сечении; на фиг.10 - кинематическая схема предлагаемого устройства для фрезерования винтов, поперечное сечение; на фиг.11 - положение инструмента при обработке заготовки винта с помощью предлагаемого устройства, общий вид.

Предлагаемое устройство предназначено для обработки винтов 1 с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов высокопроизводительным инструментом - цилиндрической фрезой 2.

Формообразование поверхности винта осуществляется по методу обката при согласованном движении режущего инструмента 2 и обрабатываемой заготовки 1, при этом инструменту 2 сообщают сложное планетарное движение, которое состоит из вращения вокруг его оси со скоростью главного движения резания V_и и колебательного возвратно-вращательного движения вокруг точки контакта С осцилляции со скоростью S_и.

Обрабатываемой заготовке 1 сообщают вращательное движение вокруг ее центральной оси вращения О_з со скоростью круговой подачи заготовки S_з. Для получения винтовой образующей по длине заготовки 1 инструменту 2 сообщают прямолинейное движение вдоль оси заготовки 1 со скоростью продольной осевой подачи S_o.

Ось шпинделя инструмента 2 расположена под углом α_в наклона винтовой линии.

Цилиндрической фрезе 2 дополнительно сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа ОО_з, равного высоте профиля h/2 обрабатываемой винтовой поверхности.

Кривошип ОО_з кинематически связан с обрабатываемой заготовкой и получает вращение S_з, равное и согласованное с ее вращением.

В состав головки входит шатун ОС, длина которого равна разности (r-h/2) радиуса г винта по выступам и половина высоты h/2 профиля винтовой поверхности, одним концом шарнирно соединенный с кривошипом, а другим концом шарнирно соединенный с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения в направляющих 3. Помимо этого шатун ОС жестко соединен в точке С под прямым углом с вилкой 4, на которой шарнирно закреплен инструмент - цилиндрическая фреза 2 с индивидуальным приводом главного движения V_и (на фиг.10 не показан).

Таким образом, при вращении заготовки 1 кривошип OO_з совершает вращательное движение относительно оси O_з, шатун ОС - колебательное, а ползун С - возвратно-поступательные прямолинейные движения в направляющих 3, при этом фреза дополнительно наклоняется к прямой, перпендикулярной оси заготовки на угол α_и, определяемый по формуле

α_и=±arccos[(r-h/2)/r],

где α_и - угол наклона оси фрезы к прямой перпендикулярной оси заготовки, град.;

r - радиус по вершинам винта обрабатываемой заготовки, мм;

h - высота профиля винтовой поверхности, мм;

(r-h/2) - длина шатуна, мм.

Движения круговых подач и осевой подачи согласованы между собой при помощи кинематических цепей станка и устройства.

Рассмотрим случай, когда инструмент занимает крайнее правое положение (фиг.1). Это начало обработки и угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки α=0°. Цикл обработки профиля винта начинается в момент касания наиболее удаленной от оси точки А заготовки режущей кромкой инструмента. Угол между кривошипом ОО_з и шатуном ОС равен 180°, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L - максимальное.

За одну восьмую оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.2. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет равен половине максимального α_и45=(α_и/_max)/2, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L уменьшится на h/4 по сравнению с предыдущим положением.

За одну четверть оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.3. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет увеличиваться и равен максимальному значению α_и90=α_{и max}, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L уменьшится на h/2 по сравнению с нулевым положением.

За три восьмых оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на (фиг.4. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет уменьшаться и равен половине максимального значения α_и135=(α_{и max})/2, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L уменьшится на 0,75 h по сравнению с нулевым положением.

За пол-оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.5. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет уменьшаться до нуля α_и180=0°, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L уменьшится на h по сравнению с нулевым положением и станет минимальным.

За пять восьмых оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.6. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет увеличиваться, но по другую сторону этой прямой, и равен половине максимального значения α_и225=-(α_{и max})/2, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L увеличится на 0,25 h по сравнению с предыдущим положением.

За три четверти оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.7. Угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной оси заготовки, будет увеличиваться, но по другую сторону этой прямой, и равен максимальному значению α_и270=-α_{и max} при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L увеличится на h/2 по сравнению с предыдущим положением.

За семь восьмых оборота заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.8. Угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки будет уменьшаться, но по другую сторону этой прямой, и равен половине максимального значения α_и315=-(α_{и max})/2, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L увеличится на 0,25 h по сравнению с предыдущим положением.

За полный оборот заготовки инструмент займет положение, показанное на фиг.9 как первоначальное положение (фиг.1). Это цикл обработки инструментом в данном поперечном сечении и угол наклона оси инструмента к прямой перпендикулярной оси заготовки α_и360=0°. В данном поперечном сечении цикл обработки профиля винта заканчивается в наиболее удаленной от оси точки контакта А заготовки с режущей кромкой инструмента. Угол между кривошипом ОО_з и шатуном ОС равен 180°, при этом расстояние между осью заготовки и осью инструмента L - максимальное.

Далее цикл будет повторяться, но для других поперечных сечений заготовки, смена которых осуществляется благодаря использованию продольной осевой подачи S_o.

Таким образом, при обкате инструментом поверхности винта образуется эксцентричная винтовая поверхность с высотой профиля h, определяемой расстоянием между наиболее удаленной и наиболее приближенной по отношению к оси заготовки точками режущей кромки инструмента, а формирование винтовой поверхности заготовки осуществляется фрезерованием цилиндрической фрезой.

Предлагаемое устройство предназначено для обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов. Для образования винтовой поверхности режущему инструменту сообщают прямолинейное движение осевой подачи вдоль оси винта в направлении захода витка, причем величину подачи выбирают равной шагу винта за один оборот заготовки.

Предлагаемое устройство позволяет в полной мере использовать преимущества многолезвийной обработки при нарезании рабочих поверхностей винтов винтовых насосов. Реализуется принцип разделения снимаемого припуска на зуб инструмента, и облегчается деление стружки. Способ обеспечивает регулирование угла наклона режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Достоинством предлагаемого устройства для обработки винтов винтовых насосов является высокая производительность обработки, которая связана с высокой стойкостью многозубого инструмента и возможностью достижения высоких скоростей резания.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 винтового насоса ЭВН5-25-1500, который имел следующие размеры: общая длина - 1282 мм, длина винтовой части - 1208 мм, диаметр d поперечного сечения винта - ⊘27_-0,05 мм, наружный диаметр заготовки D=30,3 мм, высота профиля h=1,65 мм, шаг t=28±0,01 мм; винтовая поверхность однозаходная, левого направления; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса 5,8 кг. Обработка производилась на модернизированном токарном станке мод. 16К20 при помогли кривошипно-шатунной головки, обеспечивающей регулирование угла наклона инструментального шпинделя относительно оси обката. Инструмент - фреза концевая ГОСТ 17026-71, наружный диаметр - 25 мм, число зубьев z=4, материал - сталь быстрорежущая Р6М5 ГОСТ 19265-73, угол наклона осциллирующей оси ускорительной головки - 15°18'.

Частота вращения инструментального шпинделя n_и=250 об/мин, осциллирующая подача инструмента S_и=2,16 об/мин, круговая подача заготовки S_д=2 об/мин, подача инструмента вдоль оси заготовки на оборот детали S_o=28 мм/об. Основное время обработки винта составило T_o=21,3 мин (против =38,7 мин по базовому варианту при нарезании винта резцовой головкой на токарном станке модели 16К20). Полученное снижение основного времени составило ΔT_o=17,4 мин.

При обработке были отмечены благоприятные условия резания, минимальный износ режущей части инструмента, удобство управления процессом обработки.

Благодаря применению предлагаемого устройства улучшилось качество обработанной поверхности за счет более равномерного распределения снимаемого пропуска на зуб фрезы и сохранения размерной точности режущей части инструмента вследствие его высокой стойкости. Предлагаемое устройство позволяет интенсифицировать режимы резания и достигать высокой точности. Устройство легко вписывается в автоматический цикл обработки.

Источники информации

1. Винтовые насосы. Д.Ф.Балденко, М.Г.Бидман, В.Л.Калишевский и др. - М.: Машиностроение, 1982. - С.122-123, рис.73.

2. Патент РФ 2209129, МПК⁷ В23С 3/00, В23G 1/32. Способ обработки винтов героторных винтовых насосов. Клевцов И.П., Брусов С.И., Тарапанов А.С., Харламов Г.А. Заявка 2001135579/02; 21.12.2001; 27.07.2003. Бюл. №21 - прототип.

Устройство для обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, содержащее шпиндель с режущим инструментом, отличающееся тем, что режущий инструмент выполнен в виде цилиндрической фрезы, имеющей возможность колебательного движения с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, вращение которого согласовано с вращением обрабатываемой заготовки, шатуна, одним концом шарнирно соединенного с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения и жестко соединенным с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения.