RU2199417C2 - Method for blade-abrasive working - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering, namely processes for combined blade and abrasive working of outer cylindrical surfaces of parts such as shafts. SUBSTANCE: method comprises steps of mounting one end of part in spindle of machine tool; rotating part and working it by means of turning portion of working head and radially moved abrasive portion of said head at simultaneously moving both portions in lengthwise direction; mounting other end of part in guiding sleeve; using as abrasive portion abrasive blocks mounted with possibility of lengthwise oscillation from mechanism of oscillatory motion in the form of drum with tapered end. Said mechanism is driven due to rotating part by means of wheels engaging with part and elastically joined with drum. EFFECT: enhanced efficiency of working, improved quality of part due to lowered waviness and curvature of its surface. 2 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам совмещенной лезвийно-абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей типа валов. The invention relates to mechanical engineering, in particular to methods of combined blade-abrasive machining of the outer cylindrical surfaces of parts such as shafts.

Известен способ токарно-абразивной обработки цилиндрических поверхностей, при котором осуществляют вращение детали, установленной одним концом в шпинделе станка, и ее обработку токарной и радиально перемещаемой абразивной частями, которые одновременно перемещают вдоль оси вращения детали. There is a method of turning and abrasive machining of cylindrical surfaces, in which the part mounted at one end in the machine spindle is rotated and machined by turning and radially moved abrasive parts that are simultaneously moved along the axis of rotation of the part.

Недостатком является то, что способ не обеспечивает высокого качества, которое проявляется в повышенной волнистости и кривизне обрабатываемых нежестких валов, возникающих из-за отсутствия, например, поддерживающего люнета и направляющей втулки заднего центра. Это увеличивает брак и снижает производительность. The disadvantage is that the method does not provide high quality, which is manifested in increased undulation and curvature of the processed non-rigid shafts arising from the absence, for example, of a supporting rest and a guide sleeve of the rear center. This increases rejects and reduces productivity.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей, повышение производительности и улучшение качества обработки, снижение волнистости и кривизны обрабатываемой поверхности за счет применения совмещенной обработки резанием лезвийным и осциллирующим абразивным инструментами. The objective of the invention is the expansion of technological capabilities, increasing productivity and improving the quality of processing, reducing the waviness and curvature of the treated surface through the use of combined processing by cutting with blade and oscillating abrasive tools.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа лезвийно-абразивной обработки цилиндрических поверхностей, включающего установку детали одним концом в шпинделе станка, ее вращение и обработку токарной и радиально перемещаемой абразивной частями обрабатывающей головки, которые одновременно перемещают в продольном направлении, причем другим концом деталь устанавливают в направляющей втулке, а в качестве абразивной части используют абразивные бруски, которые устанавливают с возможностью продольной осцилляции от механизма осциллирующего движения в виде барабана с косым торцом, при этом упомянутый механизм приводят в действие от вращения детали посредством контактирующих с деталью и упруго соединенных с барабаном колес. Кроме того, осуществляют постоянный прижим абразивных брусков к косому торцу барабана посредством пружин, а радиальное перемещение брусков осуществляют вращением диска с отверстием криволинейной формы, при этом бруски располагают в упомянутом отверстии диска с возможностью их контакта с поверхностью отверстия через шарики. The problem is solved using the proposed method of blade-abrasive machining of cylindrical surfaces, including the installation of the part at one end in the machine spindle, its rotation and processing of the turning and radially moved abrasive parts of the processing head, which are simultaneously moved in the longitudinal direction, with the other end being installed in the guide sleeve, and as the abrasive part using abrasive bars, which are installed with the possibility of longitudinal oscillations from the mechanical ma oscillating motion of the drum with an oblique end face, said mechanism is actuated by rotation of the part by contact with the workpiece and elastically connected with the wheel drum. In addition, the abrasive bars are continuously pressed to the oblique end of the drum by means of springs, and the bars are radially moved by rotating the disk with a curved hole, while the bars are placed in the said hole of the disk with the possibility of their contact with the surface of the hole through the balls.

На фиг.1 представлено устройство для реализации способа, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; фиг.4 - вид В на фиг.1. Figure 1 shows a device for implementing the method, General view, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3 is a section bB in figure 1; figure 4 - view In figure 1.

Способ лезвийно-абразивной обработки осуществляют следующим образом. The method of blade-abrasive processing is as follows.

Устройство устанавливается на суппорт токарно-винторезного станка и включает в себя обрабатывающую головку (корпус) 1, установленную в ней лезвийную токарную режущую часть (блок) 2 с резцами, абразивную часть 3 с осциллирующими абразивными брусками 4 и механизм осциллирующего движения 5. The device is installed on the support of a screw-cutting lathe and includes a processing head (housing) 1, a blade turning turning part (block) 2 mounted in it with cutters, an abrasive part 3 with oscillating abrasive bars 4 and an oscillating movement mechanism 5.

Абразивные бруски 4, имеющие возможность продольной осцилляции, одним торцом (например, левым согласно фиг.1) контактируют через шарик 6 с косым торцом барабана 7. Барабан 7 смонтирован на диске 8, который установлен на упорных подшипниках 9 и приводится во вращение с помощью колес 10, упруго закрепленных на диске 8. Крепление контактирующих с деталью 11 колес 10 на вращающемся диске 8 осуществляется с помощью кронштейнов 12, в радиальных пазах которых установлены оси колес 10 с пружинами 13. Эта конструкция механизма привода осциллирующего движения брусков 4 позволяет передавать вращательное движение от детали 11 к барабану 7 за счет беззазорного обката колес 10 по обработанной поверхности детали. Abrasive bars 4, with the possibility of longitudinal oscillations, in one end (for example, the left one according to FIG. 1) are in contact through the ball 6 with the oblique end face of the drum 7. The drum 7 is mounted on the disk 8, which is mounted on the thrust bearings 9 and rotated by wheels 10, elastically mounted on the disk 8. The wheels 10 in contact with the part 11 are mounted on the rotating disk 8 using brackets 12, in the radial grooves of which the axles of the wheels 10 with springs 13 are mounted. This design of the oscillating drive mechanism Ruskov 4 can transmit rotational motion from the part 11 to the drum 7 due to the backlash-free running-wheels 10 on the treated surface of the part.

Радиальную подачу S_p абразивных брусков 4 осуществляют путем вращения диска 14 с помощью рукоятки 15, который имеет отверстие криволинейного профиля. Диск 14 охватывает абразивные бруски 4, которые контактируют с криволинейной формой 16 отверстия диска через шарики 17, завальцованные в планке 18 брусков 4. Кроме того, радиальную подачу осуществляют по причине износа абразивных брусков 4. Благодаря криволинейной форме 16 отверстия диск 14 постоянно оказывает силовое воздействие и обеспечивает равномерную радиальную подачу всех абразивных брусков 4 с учетом осцилляции последних.The radial feed S _{p of the} abrasive bars 4 is carried out by rotating the disk 14 using the handle 15, which has an opening of a curved profile. The disk 14 covers the abrasive bars 4, which are in contact with the curved shape 16 of the hole of the disk through the balls 17, rolled in the strip 18 of the bars 4. In addition, the radial feed is carried out due to wear of the abrasive bars 4. Due to the curved shape of the 16 holes, the disk 14 constantly exerts a force and provides a uniform radial feed of all abrasive bars 4, taking into account the oscillations of the latter.

Радиальное направление перемещения брусков 4 обеспечивается пазами диска 19, в которых свободно располагаются и перемещаются бруски 4. Постоянный прижим брусков 4 в продольном направлении к косому торцу барабана осуществляется упругими элементами - пружинами 20. The radial direction of movement of the bars 4 is provided by the grooves of the disk 19, in which the bars 4 are freely located and move. The constant clamping of the bars 4 in the longitudinal direction to the oblique end of the drum is carried out by elastic elements - springs 20.

Развод в радиальном направлении брусков при окончании обработки и при смене обрабатываемой детали может производиться с помощью пружин (не показаны), соединяющих каждый брусок с дисками 14 и 19. The radial divergence of the bars at the end of processing and when changing the workpiece can be done using springs (not shown) connecting each bar with disks 14 and 19.

Деталь (вал) 11 устанавливается одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке 21. Диаметр втулки 21 не превышает диаметр обрабатываемой детали 11 после токарной обработки лезвийным инструментом. Part (shaft) 11 is installed at one end in the spindle of the machine, and the other in the guide sleeve 21. The diameter of the sleeve 21 does not exceed the diameter of the workpiece 11 after turning with a blade tool.

Резцы в режущей части (блоке) 2 предварительно настраиваются на размер обработки с учетом последующей абразивной обработки с помощью винтов 22. Абразивные бруски 4 упругой абразивной части 3 также предварительно устанавливаются на заданный размер обработки с помощью диска 14. The cutters in the cutting part (block) 2 are pre-adjusted to the processing size, taking into account the subsequent abrasive processing using screws 22. The abrasive bars 4 of the elastic abrasive part 3 are also pre-set to the specified processing size using the disk 14.

Настройка брусков 4 на размер обработки производится вручную рукояткой 15 путем вращения диска 14, позволяющего осуществить самоцентрирование брусков и использовать их в качестве подвижной опоры - люнета, повышающего точность обработки. The bars 4 are adjusted to the processing size manually by the handle 15 by rotating the disk 14, which allows the bars to be self-centered and used as a movable support - a rest, which increases the accuracy of processing.

До начала обработки резцы режущей части (блока) 2 охватывают деталь 11, а колеса 10 и абразивные бруски 4 - направляющую втулку 21. Prior to processing, the cutters of the cutting part (block) 2 cover the part 11, and the wheels 10 and the abrasive bars 4 - the guide sleeve 21.

Включается СОЖ, вращение детали и продольная подача устройства. Резцы режущей части (блока) 2 начинают обрабатывать деталь 11. Колеса 10 привода механизма осцилляции и абразивные бруски 4 перемещаются по направляющей втулке 21. Функция колес 10 и абразивных брусков 4 в данный момент заключается в удержании детали 11 через втулку 21 от смещения вследствие действия сил резания токарной обработки, т. е. - роль подвижного люнета. It includes coolant, part rotation and longitudinal feed of the device. The cutters of the cutting part (block) 2 begin to process the part 11. The wheels 10 of the drive of the oscillation mechanism and the abrasive bars 4 move along the guide sleeve 21. The function of the wheels 10 and abrasive bars 4 at the moment is to hold the part 11 through the sleeve 21 from displacement due to the action of forces cutting turning, i.e. - the role of a mobile rest.

По прошествии определенного промежутка времени резцы режущей части (блока) 2 создают участок поверхности определенной длины с заданной точностью и за счет предварительно выставленного размера обработки продолжают процесс резания с заданной точностью. Колеса 10 наезжают на вращающуюся деталь и приводят во вращение относительно продольной оси барабан 7 механизма осцилляции. Косой торец барабана 7, набегая на планку 18, заставляет продольно осциллировать абразивные бруски 4 с помощью пружины возврата 20, которая постоянно прижимает брусок к барабану. Абразивная часть 3 с брусками 4, находящаяся в одной головке 1 с токарной частью 2, начинает абразивную обработку детали 11. При этом переход брусков 4 на деталь 11 происходит плавно, так как минимальный диаметр направляющей втулки 21 не превышает по величине диаметр детали 11 после токарной обработки. After a certain period of time, the cutters of the cutting part (block) 2 create a surface area of a certain length with a given accuracy and, due to the previously set processing size, continue the cutting process with a given accuracy. The wheels 10 run over a rotating part and rotate relative to the longitudinal axis of the drum 7 of the oscillation mechanism. The oblique end face of the drum 7, running onto the bar 18, makes the abrasive bars 4 longitudinally oscillate with the help of the return spring 20, which constantly presses the bar against the drum. The abrasive part 3 with the bars 4, located in the same head 1 with the turning part 2, begins the abrasive treatment of the part 11. In this case, the transition of the bars 4 to the part 11 proceeds smoothly, since the minimum diameter of the guide sleeve 21 does not exceed the diameter of the part 11 after the turning processing.

По мере абразивной обработки бруски изнашиваются и за счет поворота рукоятки 15 с диском 17 будет осуществляться самоцентрирующая радиальная подача брусков 4 при их продольной осцилляции. Амплитуда осцилляции зависит от расстояния от точки контакта шаровой опоры 6 планки 18 с барабаном 7 и угла наклона косого торца барабана 7. In the process of abrasive processing, the bars wear out and due to the rotation of the handle 15 with the disk 17, a self-centering radial feed of the bars 4 will be carried out during their longitudinal oscillation. The oscillation amplitude depends on the distance from the point of contact of the ball joint 6 of the bar 18 with the drum 7 and the angle of inclination of the oblique end face of the drum 7.

В результате наложения вращательного движения детали и осевого колебательного движения абразивных брусков создается перекрестное движение абразивных зерен брусков относительно вектора скорости подачи головки и периодически изменяется скорость резания и сила трения. As a result of superposition of the rotational motion of the part and the axial oscillatory motion of the abrasive bars, a cross movement of the abrasive grains of the bars is created relative to the head feed vector and the cutting speed and friction force periodically change.

Благодаря этому облегчается съем металла и стружкообразование, улучшается самозатачивание зерен, а переменные силы активно перераспределяются в плоскости резания, вследствие чего полностью подавляются автоколебания и сила трения уменьшается до 4 раз. Due to this, metal removal and chip formation are facilitated, grain self-sharpening is improved, and variable forces are actively redistributed in the cutting plane, as a result of which self-oscillations are completely suppressed and the friction force is reduced up to 4 times.

Совмещенная токарная и вибрационная абразивная обработка позволяет увеличить число активно работающих абразивных зерен и интенсифицировать срезание выступов неровностей поверхности. Combined turning and vibration abrasive processing allows to increase the number of actively working abrasive grains and to intensify the cutting of the protrusions of surface irregularities.

При этом на обработанной поверхности формируется износостойкий регулярный микрорельеф с перекрестным направлением рисок и неровностями малой и однородной высоты. At the same time, a wear-resistant regular microrelief is formed on the treated surface with the cross direction of the patterns and roughnesses of small and uniform height.

Полное подавление автоколебаний и уменьшение силы трения при использовании предлагаемого способа обработки позволяет повысить режимы и производительность обработки в 2...4 раза без ухудшения качества обработанной поверхности. Кроме того, в таких условиях стойкость абразивного инструмента возрастает в 2 раза по сравнению со стойкостью при традиционной абразивной обработке без наложения колебаний. Full suppression of self-oscillations and a decrease in the friction force when using the proposed processing method allows to increase the processing modes and productivity by 2 ... 4 times without deterioration of the surface quality. In addition, under such conditions, the resistance of an abrasive tool increases by 2 times compared with the resistance in traditional abrasive machining without imposing vibrations.

Пример. Проводилась лезвийно-абразивная обработка на токарно-винторезном станке мод. 16К20 с помощью разработанной головки с наложением продольных вибраций. Обрабатывали участок ходового валика ⌀ 40 h 7 мм и длиной l=1210 мм; длина валика 1260 мм. Шероховатость обработанной поверхности Ra = 1,25 мкм. Припуск на сторону 2...3 мм. Материал заготовки - сталь 40Х. Способ крепления заготовки - одним концом в шпинделе станка, а другим - в направляющей втулке. Диаметр втулки не превышает диаметр обрабатываемой детали после токарной обработки. В качестве абразивных брусков взяты шлифовальные выпукло-вогнутые сегменты типа 1С 60х85х60х75 14А С1-33Б ГОСТ 2464-82; режимы резания: скорость и частота вращения детали V_д=125,6 м/мин (≅ 2,1 м/с); n_д= 1000 об/мин; продольная подача S_пр=0,195 мм/об; поперечная подача - ручная.Example. Blade-abrasive machining was carried out on a mod screw-cutting machine. 16K20 using the developed head with the imposition of longitudinal vibrations. A section of the roller ⌀ 40 h 7 mm and a length l = 1210 mm was processed; roller length 1260 mm. The roughness of the treated surface Ra = 1.25 microns. The allowance on the side is 2 ... 3 mm. The workpiece material is 40X steel. The workpiece is secured by one end in the machine spindle and the other in the guide sleeve. The diameter of the sleeve does not exceed the diameter of the workpiece after turning. Grinding convex-concave segments of type 1C 60x85x60x75 14A S1-33B GOST 2464-82 were taken as abrasive bars; cutting conditions: speed and frequency of rotation of the part V _d = 125.6 m / min (≅ 2.1 m / s); n _d = 1000 rpm; longitudinal feed S _ol = 0.195 mm / rev; lateral feed - manual.

Необходимые точность и шероховатость были достигнуты за два прохода, на которые потребовалось основного машинного времени
Т_м=1220•2/(1000•0,195)=12,51 мин.The necessary accuracy and roughness were achieved in two passes, which required the main machine time
T _m = 1220 • 2 / (1000 • 0.195) = 12.51 min.

Это в четыре раза быстрее, чем при традиционном раздельном способе точения и круглого шлифования, при этом прижогов и микротрещин не обнаружено. This is four times faster than with the traditional separate method of turning and round grinding, while burns and microcracks were not found.

Совмещенная токарная и вибрационная обработка абразивными брусками обеспечивает улучшение качества обработанной поверхности, при этом снижение силы трения позволяет уменьшить мощность привода, металлоемкость и размеры оборудования. Это указывает на эффективный путь энергосбережения при комбинированной обработке. Combined turning and vibration processing with abrasive bars provides an improvement in the quality of the processed surface, while reducing friction forces reduces drive power, metal consumption and equipment size. This indicates an efficient way to save energy in combination processing.

Возбуждение колебаний с помощью предлагаемой головки позволяет отказаться от дорогостоящих магнитострикционных и электромагнитных вибраторов, уменьшить расход энергии на возбуждение колебаний, уменьшить динамические нагрузки на подшипники опор шпинделя и повысить долговечность оборудования. The excitation of vibrations using the proposed head allows you to abandon the expensive magnetostrictive and electromagnetic vibrators, reduce energy consumption for excitation of vibrations, reduce dynamic loads on the bearings of the spindle bearings and increase the durability of the equipment.

Предлагаемый способ лезвийно-абразивной обработки с наложением вибраций на абразивные бруски позволяет расширить технологические возможности, повысить производительность и качество обработки, снизить волнистость и кривизну обрабатываемой поверхности за счет применения совмещенной обработки резанием лезвийным и абразивным инструментами, а также увеличить режимы обработки и повысить стойкость абразивного инструмента благодаря самоцентрированию абразивных брусков и работы их в качестве подвижного люнета и путем обеспечения лучшего охлаждения. The proposed method of blade-abrasive processing with the imposition of vibrations on the abrasive bars allows you to expand technological capabilities, increase productivity and quality of processing, reduce the waviness and curvature of the treated surface through the use of combined cutting with blade and abrasive tools, as well as increase processing modes and increase the durability of the abrasive tool due to the self-centering of the abrasive bars and their work as a movable lunette and by providing better on cooling.

Claims (2)

1. Способ лезвийно-абразивной обработки цилиндрических поверхностей, включающий установку детали одним концом в шпинделе станка, ее вращение и обработку токарной и радиально перемещаемой абразивной частями обрабатывающей головки, которые одновременно перемешают в продольном направлении, отличающийся тем, что другим концом деталь устанавливают в направляющей втулке, а в качестве абразивной части используют абразивные бруски, которые устанавливают с возможностью продольной осцилляции от механизма осциллирующего движения в виде барабана с косым торцом, при этом упомянутый механизм приводят в действие от вращения детали посредством контактирующих с деталью и упруго соединенных с барабаном колес. 1. The method of blade-abrasive machining of cylindrical surfaces, comprising installing the part at one end in the machine spindle, rotating it and machining the turning and radially moved abrasive parts of the processing head, which simultaneously mix in the longitudinal direction, characterized in that the other end is installed in the guide sleeve , and as the abrasive part, abrasive bars are used, which are installed with the possibility of longitudinal oscillation from the oscillating mechanism in the form of a drum An oblique end face, wherein said mechanism is driven from rotation of the part by means of wheels contacting the part and elastically connected to the drum. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют постоянный прижим абразивных брусков к косому торцу барабана посредством пружин, а радиальное перемещение брусков осуществляют вращением диска с отверстием криволинейной формы, при этом бруски располагают в упомянутом отверстии диска с возможностью их контакта с поверхностью отверстия через шарики. 2. The method according to claim 1, characterized in that the abrasive bars are continuously pressed against the oblique end of the drum by means of springs, and the bars are radially moved by rotating the disk with a curved hole, while the bars are placed in the said hole of the disk with the possibility of their contact with the surface holes through the balls.

Images