Устройство для фрезерования комплекта винтов

Устройство предназначено для одновременного фрезерования комплекта из двух винтов героторных винтовых насосов, имеющих винтовые поверхности с одинаковым количеством заходов, левого на одном винте и правого - на другом направлений, режущим инструментом в виде цилиндрической фрезы, предназначенной для обработки двух заготовок, и содержит два шпинделя для одновременной обработки двух закрепленных на них и установленных параллельно заготовок винтов, приводы шпинделей, механизмы вращения которых выполнены одинаковыми с возможностью сообщения заготовкам равных согласованных вращательных движений во взаимно противоположных направлениях, и индивидуальный привод главного движения цилиндрической фрезы, размещенной с возможностью возвратно-вращательного движения относительно поперечной оси, перпендикулярной главной продольной оси, проходящей через центр фрезы, согласованного с вращением заготовок. 3 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.

Известен способ и реализующее его устройство для 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 [1]. Резцовая планшайба совершает вращательное движение вокруг смещенной оси и поступательное движение вдоль оси обрабатываемой детали, кинематически связанное с вращением заготовки.

Недостатками известного устройства 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.

Известен способ и устройство для 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 являются: невысокая стойкостью фрезерной торцовой наладки, ведущая 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.

Известен способ и устройство для обработки винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов, включающий вращательные движения заготовки и режущего инструмента и прямолинейное движение продольной подачи режущего инструмента вдоль оси обрабатываемой заготовки, ось шпинделя режущего инструмента располагают под углом наклона винтовой линии, при этом в качестве режущего инструмента используют цилиндрическую фрезу, которой дополнительно сообщают колебательное движение с помощью кривошипно-шатунной головки, состоящей из кривошипа, которому сообщают вращение, равное и согласованное с вращением обрабатываемой заготовки, шатуна, который одним концом шарнирно соединяют с кривошипом, а другим концом - с ползуном, совершающим прямолинейные возвратно-поступательные движения, и жестко соединяют шатун с вилкой, в которой установлена упомянутая фреза с индивидуальным приводом главного движения [3].

Недостатками известного способа и устройства являются: невысокая точность из-за малой жесткости заготовок и их прогиба при одностороннем воздействии режущего инструмента, что вызывает биение и вибрации, а также снижение стойкости фрезерной наладки, ведущей к быстрой потере режущих свойств, большая трудоемкость процесса обработки и невысокая производительность.

Задачей изобретения является 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, повышение производительности, точности и качества обработки, а также увеличение стойкости инструментальной наладки.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для одновременного фрезерования комплекта из двух винтов героторных винтовых насосов, имеющих винтовые поверхности с одинаковым количеством заходов, левого на одном винте и правого - на другом направлений, режущим инструментом в виде цилиндрической фрезы, предназначенной для обработки двух заготовок, содержащее два шпинделя для одновременной обработки двух закрепленных на них и установленных параллельно заготовок винтов, приводы шпинделей, механизмы вращения которых выполнены одинаковыми с возможностью сообщения заготовкам равных согласованных вращательных движений во взаимно противоположных направлениях, и индивидуальный привод главного движения цилиндрической фрезы, размещенной с возможностью возвратно-вращательного движения относительно поперечной оси, перпендикулярной главной продольной оси, проходящей через центр фрезы, согласованного с вращением заготовок.

Сущность предлагаемого устройства одновременной обработки комплекта из двух винтов винтовых насосов поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена схема одновременной обработки комплекта из двух винтов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтового насоса цилиндрической фрезой с помощью предлагаемого устройства, где показано начальное положение инструмента и заготовок в поперечном сечении, угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной к плоскости, проходящей через оси заготовок, равен нулю; на фиг.2 - показано то же, но угол наклона оси инструмента к прямой, перпендикулярной к плоскости, проходящей через оси заготовок, равен максимальному значению; на фиг.3 - взаимное положение инструмента и заготовок, общий вид. На фиг.1-3 индексы

«^/» и «^//» обозначают левую и правую обрабатываемые заготовки.

Предлагаемое устройство предназначено для обработки комплекта из двух винтов

1^/ и 1^// с правым и левым направлением и одинаковым количеством заходов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной винтовых насосов высоко производительным инструментом - цилиндрической фрезой 2.

Формообразование поверхности винтов осуществляется по методу обката при согласованном движении режущего инструмента 2 и обрабатываемых заготовок 1^/ и 1^//, при этом инструменту 2 сообщают сложное планетарное движение, которое состоит из вращения относительно собственной продольной оси со скоростью главного движения резания V_И и возвратно-вращательное движение относительно поперечной оси, перпендикулярной главной продольной оси и проходящей через центральную точку С, со скоростью S_И.

В состав предлагаемого устройства входят два шпинделя с приводами (не показаны), в которых закреплены заготовки 1^/ и 1^// и которым сообщают вращательные движения вокруг их главных центральных продольных осей вращения О_З ^/ и О_З ^// со скоростью круговой подачи заготовок S_З. Для получения винтовой образующей по длине заготовок 1^/ и 1^// инструменту 2, который закреплен в инструментальном шпинделе и который приводится во вращение индивидуальным приводом (не показан), сообщают прямолинейное движение вдоль оси заготовок

1^/ и 1^// со скоростью продольной осевой подачи S_О, равной шагу t обрабатываемых винтов за один оборот заготовок.

Ось шпинделя инструмента 2 расположена под углом α_В ^/=α_В ^// наклона винтовой линии обрабатываемых винтов.

Цилиндрической фрезе 2 дополнительно сообщают возвратно-вращательное движение S_И, реализуемое с помощью дополнительного индивидуального привода (не показан), кинематически связанное с вращением S_З заготовок. Фреза 2 совершает вращательное движение S_И до тех пор, пока она не внедрится в обрабатываемые заготовки на полную высоту профиля h обрабатываемых винтов и угол наклона α_И достигнет максимального значения. Точка А начала обработки займет положение точки К конца внедрения, при этом точки А и К расположатся диаметрально противоположно (см. фиг.2). После прохождения точки К цилиндрическая фреза 2 сменит возвратно-вращательное движение S_И на противоположное и угол наклона α_И начнет уменьшаться до нуля и достигнет нулевого значения, когда заготовки повернутся на 360° относительно первоначальной точки А.

Движения круговых подач и осевой подачи согласованы между собой при помощи кинематических цепей устройства (не показаны).

Таким образом, при обкате инструментом поверхности винтов образуются эксцентричные винтовые поверхности с высотой профиля h, определяемой расстоянием между наиболее удаленной и наиболее приближенной по отношению к осям заготовок точками режущей кромки инструмента, а формирование винтовой поверхности заготовок осуществляется фрезерованием цилиндрической фрезой.

Предлагаемое устройство предназначено для обработки комплекта, состоящего из двух заготовок винтов с правым и левым направлением и одинаковым количеством заходов с круглой винтовой поверхностью с большим шагом и малым расстоянием между вершиной и впадиной. Для образования винтовой поверхности режущему инструменту сообщают прямолинейное движение осевой подачи вдоль осей винтов в направлении захода витков, причем величину подачи выбирают равной шагу винтов 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 и дробление стружки. Устройство обеспечивает регулирование угла наклона режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности.

Достоинством предлагаемого устройства для обработки винтов винтовых насосов является высокая производительность процесса, которая связана с высокой стойкостью многозубого инструмента и возможностью достижения высоких скоростей резания, а также комплектная обработка сразу двух заготовок одним инструментом.

Пример. Обрабатывался винт левый Н41.1016.01.001 и винт правый Н41.1016.01.002 винтового насоса ЭВН5-25-1500, которые имели 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=3,3 мм, шаг t=28±0,01 мм; винтовые поверхности однозаходные, левого и правого направлений; материал - сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-74, твердость НВ 207-228, масса 5,8 кг. Обработка производилась на модернизированном токарном станке мод. 16К20 при помощи предлагаемого устройства, обеспечивающего 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 инструментального шпинделя - 15°18'. Частота вращения инструментального шпинделя 250 об/мин, подача инструмента S_И=2,16 об/мин, круговая подача заготовок S_З=2 об/мин, подача инструмента вдоль осей заготовок на оборот детали S_О=28 мм/об. Основное время обработки одновременно двух винтов составило T_o=24,3 мин (против мин по базовому варианту при последовательном нарезании двух винтов резцовой головкой на токарном станке модели 16К20). Полученное снижение основного времени составило ΔT_o=24,4 мин.

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

Благодаря применению предлагаемого устройства улучшается качество обработанной поверхности за счет более равномерного распределения снимаемого припуска на зуб фрезы и сохранения размерной точности режущей части инструмента вследствие его высокой стойкости. Предлагаемое устройство позволяет интенсифицировать процесс резания и достигать высокой точности.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить значения осевой составляющей силы резания и тем самым мощность резания, а также повысить качество обработки путем обеспечения равных условий резания фрезой двух заготовок. Кроме того, равные условия резания (температуры, давление, усилие и т.п.) при обработке предлагаемым устройством исключают вибрации и повышают стойкость инструмента.

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, B23G 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.

3. Патент РФ 2306199, МПК В23С 3/00, B23G 1/32. Способ фрезерования винтов с круглой винтовой поверхностью. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Тарапанов А.С., Харламов Г.А., Бородин М.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Брусов С.И. Заявка 2006101248/02; 16.01.2006; 20.09.2007. Бюл. №26.

4. Патент РФ 2306200, МПК В23С 3/00, B23G 1/32. Устройство для фрезерования винтов с круглой винтовой поверхностью. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Тарапанов А.С., Харламов Г.А., Бородин М.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Брусов С.И. Заявка 2006101225/02; 16.01.2006; 20.09.2007. Бюл. №26.

Устройство для одновременного фрезерования комплекта из двух винтов героторных винтовых насосов, имеющих винтовые поверхности с одинаковым количеством заходов, левого на одном винте и правого - на другом направлении, режущим инструментом в виде цилиндрической фрезы, предназначенной для обработки двух заготовок, содержащее два шпинделя для одновременной обработки двух закрепленных на них и установленных параллельно заготовок винтов, приводы шпинделей, механизмы вращения которых выполнены одинаковыми с возможностью сообщения заготовкам равных согласованных вращательных движений во взаимно противоположных направлениях, и индивидуальный привод главного движения цилиндрической фрезы, размещенной с возможностью возвратно-вращательного движения относительно поперечной оси, перпендикулярной главной продольной оси, проходящей через центр фрезы, согласованного с вращением заготовок.