Устройство для установки заготовки на обрабатывающем станке
DEVICE FOR INSTALLING WORKPIECE ON PROCESSING MACHINE

Изобретение относится к машиностроению, а именно к производству деталей - тел вращения стержневой формы, обрабатываемых с установкой их в центрах.
Известны аналогичные устройства - центры (способ установки заготовки на центры и устройство для его осуществления, патент №2168395, БИ №16, 10.06.2001, В23В 23/02, заявлено 28.07.1998, авторы: Прилуцкий В.А., Мелешин Д.В.; способ установки оправки с заготовкой на центры и устройство для его осуществления, патент №2203777, БИ №13, 10.05.2003; В23В 23/04, B23Q 3/14, заявлено 21.10.1998, авторы: Прилуцкий В.А., Мелешин Д.В.), имеющие рабочую поверхность - конус в 30°, цилиндрический поясок, осевые и эксцентричные параллельные отверстия, служащие для подачи и отвода СОЖ, соответственно, зонозащитный механизм, отключающий механизм. В аналогичных устройствах повышена надежность установки для заготовок среднего и большого диаметра. Но уменьшается надежность работы соединения рабочий конус - центра - центровое отверстие для деталей малого диаметра, так как на торце заготовки малого диаметра невозможно расположить сальник, остроконечный штырь и выход отверстия, через которое подается СОЖ, а один подшипник не обеспечивает устойчивости зонозащитного механизма. Кроме того, невозможно обеспечить требуемое исходное положение режущего инструмента из-за занятости этой зоны самим устройством, так как корпус зонозащитного механизма выполнен снаружи в форме двух цилиндров, из которых обращенный в сторону заготовки должен иметь длину, достаточную для размещения режущего инструмента, а диаметр, меньший минимального диаметра обрабатываемой поверхности заготовки.
Конструкция выполнения отверстий для расположения штуцеров подачи СОЖ не достаточно технологична.
Наиболее близким аналогом устройства для установки заготовки на центры является техническое решение по патенту 2168395 (В23В 23/02) 1998.28.07, в котором описано устройство для установки заготовки на центры, содержащее центр с рабочей поверхностью, цилиндрическим пояском, осевым и эксцентричным отверстиями, служащими для подачи и отвода СОЖ соответственно, зонозащитный механизм, отключающий механизм, подшипник качения, опору, кнопку с защелкой, два фиксатора и три сальника. Оно имеет повышенную надежность работы соединения центровое отверстие - центр при изготовлении деталей среднего и большого размеров диаметра обрабатываемых поверхностей. Но и для них у него есть недостаток: не позволяет расположить режущий инструмент в исходную позицию при наладке. Для обработки поверхностей малого диаметра его нельзя применить, так как негде расположить с торца сальники и острозаточенные штыри. Также невозможно подать СОЖ в зону контакта центра и центрового отверстия. Отверстия для штуцеров являются не технологичными, так как их оси не совпадают. Предлагаемое в изобретении устройство для установки заготовки лишено указанных недостатков.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности установки и обработки заготовок малого диаметра, возможности наладки режущего инструмента при этом на обработку требуемого размера, повышение устойчивости зонозащитного механизма и технологичности изготовления отверстий под штуцера. Все это позволяет повысить производительность и точность обработки.
Для достижения поставленного технического результата в известном устройстве для установки заготовки на обрабатывающем станке, содержащем центр, выполненный с возможностью установки в пиноли задней бабки станка и имеющий коническую рабочую поверхность для взаимодействия с центровым отверстием заготовки, цилиндрический поясок, эксцентрично расположенный канал и осевой канал соответственно для подачи и отвода СОЖ, соединенные с противоположно расположенными относительно друг друга отверстиями, в которых установлены штуцеры со шлангами, и зонозащитный механизм, выполненный в виде втулки, установленной посредством подшипника качения на упомянутом центре с возможностью вращения относительно него, корпуса, установленного на втулке с возможностью продольного перемещения по ней и ограниченного поворота, и отключающего механизма, выполненного с возможностью обеспечения фиксации и расфиксации положения упомянутого корпуса относительно втулки, при этом с торцевой стороны корпуса, обращенной к устанавливаемой заготовке, расположено два подпружиненных относительно упомянутой втулки штыря с возможностью контактного взаимодействия своими концами с торцом упомянутой заготовки, а между упомянутыми втулкой и центром, между его цилиндрическим пояском и корпусом и на упомянутой торцевой стороне корпуса установлены сальники, особенность заключается в том, что оно снабжено вторым подшипником качения, установленным на упомянутом центре, и двумя распорными втулками, установленными между упомянутых подшипников и контактирующими соответственно с наружными и внутренними кольцами подшипников, при этом в упомянутом эксцентрично расположенном канале в зоне его выхода на рабочую поверхность центра установлена пробка, перед которой в стенке центра выполнено дополнительное отверстие, соединяющее канал с поверхностью упомянутого цилиндрического пояска ось которого расположена перпендикулярно каналу, а упомянутые отверстия для установки штуцеров выполнены соосными и соединенными между собой дополнительным отверстием, в котором установлена пробка, причем упомянутые штыри установлены с проникновением сквозь сальник, расположенный на торцевой стороне корпуса, с совмещением их осей симметрии с осью симметрии поперечного сечения сальника.
Упомянутые штыри выполнены остроконечными с возможностью внедрения в торец устанавливаемой заготовки.
Упомянутые штыри выполнены тупоконечными с возможностью проникновения в подготовленные отверстия в торце устанавливаемой заготовки.
Отличительные признаки изобретения. В заявляемом устройстве подача СОЖ в зону контакта конуса устройства с центровым отверстием происходит по другой траектории для обеспечения возможности обработки заготовки уменьшенного диаметра, т.е. она стала зигзагообразной. Для этого в канале, через который подается СОЖ, установлена пробка, а перед ней выполнено короткое отверстие. Изменено расположение остроконечных штырей: их ось симметрии совмещена с осью симметрии сальника, т.е. они выполнены проникающими в сальник. Для обеспечения возможности установки заготовок высокой твердости торцы заготовок снабжены, как и в прототипе, например, двумя равномерно расположенными глухими отверстиями и в них входят штыри с тупым концом. Структура зонозащитного механизма изменена для увеличения его устойчивости путем добавления второго подшипника и двух колец, разделяющих подшипники. Отверстия для расположения штуцеров для шлангов подачи и отвода СОЖ выполнены на общей оси и соединены дополнительным соосным им каналом, посредине которого установлена пробка. Корпус зонозащитного механизма выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, ступень которого обращенная к заготовке выполнена по длине, достаточной для размещения режущего инструмента (резца, шлифовального круга) при его исходной наладочной позиции и по диаметру, меньшему минимального размера обрабатываемой поверхности.
Доказательство возможности решения технической задачи и поставленных целей с помощью реализации отличительных признаков изобретения. Подача СОЖ под давлением непосредственно в цилиндрический канал, потом через дополнительное короткое отверстие центра в зазор между центром и корпусом зонозащитного механизма и, наконец, в контакт рабочего конуса центра и центрового отверстия заготовки обеспечивается реализацией новой траектории движения СОЖ. Вакуумирование в цепи отвода СОЖ усиливает проникновение СОЖ и ускоряет омывание ею перечисленных трущихся поверхностей. Этому способствует заявляемая конструкция устройства. Зонозащитный механизм благодаря внедрению под действием пружин в торец заготовки через отверстия в сальнике, либо вхождению штырей в соосные специально предусмотренные для этого торцевые отверстия в заготовке, вращается заодно с заготовкой. При этом уплотнитель - сальник между торцом заготовки и торцом корпуса зонозащитного механизма создает защиту от протекания СОЖ в зазор между этими поверхностями. Три уплотнения сальника между отверстием корпуса зонозащитного механизма, втулки и крышки и цилиндрическими поверхностями центра исключают протекание СОЖ в зазор между этими поверхностями. В стыке трущихся поверхностей уменьшается нагрев и износ. В итоге можно обрабатывать заготовки меньшего диаметра, чем в прототипе; вращать заготовку с более высокой скоростью, чем в прототипе, что обеспечивает более высокую производительность. Более интенсивная прокачка СОЖ охлаждает и смазывает контакт трущейся пары поверхностей заготовки и центра. Это повышает точность вращения и долговечность центра и центровых отверстий, которые используются в качестве технологических баз на большом количестве технологических операций. Сравнительный анализ заявляемого устройства показывает, что в известных технических решениях отсутствуют отличительные признаки заявляемого изобретения и придают ему новые свойства. Отличительные признаки и новые свойства позволяют решить названную техническую задачу. Следовательно, отличительные признаки являются существенными.
Графические материалы заявки содержат: фиг. 1 - общий вид устройства для установки заготовки на центры; фиг. 2 - вид А; фиг. 3 - вид Б-Б.
Устройство для установки заготовки 1 центровым отверстием 2 на центры, состоящие из рабочих поверхностей 3, представляющих собой конус в 60°, включает цилиндрический поясок 4 с эксцентричным каналом 6 и осевым каналом 5, служащими для подачи и удаления СОЖ, пробку 7 в эксцентричном канале 6, короткое отверстие 8, соединяющее эксцентричный канал 6 с зазором между цилиндрическим пояском 4 и корпусом 9 зонозащитного механизма. Эксцентричный канал 6 и осевой канал 5 соединены с перпендикулярными им каналами 10 и 11, через которые подается через штуцер 12 и шланг 13 СОЖ, а удаляется через штуцер 14 и шланг 15, соответственно. Между соосными каналами 10, 11 установлена пробка 16. Устройство снабжено коническим хвостовиком 17, посредством которого оно устанавливается в пиноль задней бабки, например, токарно-винторезного или кругл ошлифовального станка либо другого станка, где используется для соответствующей технологической операции. Устройство снабжено зонозащитным механизмом, корпус 9 которого выполнен в виде двухступенчатого цилиндра, малый цилиндр 18 которого имеет длину, достаточную для размещения режущего инструмента (например, шлифовального круга 19) при его наладке, а диаметр меньше наименьшего диаметра обрабатываемой поверхности заготовки 1. Корпус 9 зонозащитного механизма установлен на втулке 20 с возможностью продольного перемещения по ней и ограничением поворота на ней посредством винта 21. Втулка 20 вместе с корпусом 9 имеет возможность вращения относительно центра за счет установки на двух подшипниках качения 22, неподвижно установленных относительно центра, из которых второй подшипник 27 введен дополнительно и ограничен от продольного перемещения посредством крышки 25 и винтов 26. Второй подшипник качения 27 разделен относительно первого подшипника 22 втулками 23, 24. Подшипники качения 22, 27, втулка 23 установлены на центре 2 по неподвижной посадке и защищены от попадания посторонних веществ сальниками 28, 29, установленными в крышке 25 и втулке 20, соответственно. Шланги 13, 15 соединены с центром 2 посредством штуцеров 12, 14 соответственно, расположенных на общей оси. Каналы их 10, 11 соединены дополнительным отверстием 30, соосным их осям, в котором установлена пробка 16. Отключающий механизм содержит двуплечий рычаг 31, вместе с опорой 33 расположенный в продольном пазу 34 корпуса 9. Короткое плечо 32 двуплечего рычага 31 выполнено Г-образной формы, а длинное плечо 36 - пустотелым с продольным отверстием. Внутри этого отверстия размещены кнопка 35 с защелкой 37, подпружиненные пружиной 38. Защелка 37 имеет возможность взаимодействовать с фиксатором 39, запрессованным в корпусе 9. Двуплечий рычаг 31 через свое короткое плечо 32 имеет возможность взаимодействовать с торцом 40 корпуса 9 при его повороте вокруг опоры 33 до тех пор, пока второй фиксатор не войдет в поперечное отверстие 41. В корпусе 9 по торцу 42 равномерно выполнена кольцевая канавка 43, в которой неподвижно установлен сальник 44. За сальником 44 соосно его оси симметрии в корпусе 9 выполнены два сквозных отверстия, в которых имеют возможность перемещаться два остроконечных штыря 45 под действием пружин 46. Пружины 46 установлены в торцевой выемке втулки 20 зонозащитного механизма. Таким образом, остроконечные штыри 45 под действием пружин 46 имеют возможность внедряться в торец 48 заготовки 1 сквозь отверстия в сальнике 44, а одновременно сам сальник 44 прижиматься корпусом 9 под действием пружин 47 к торцу 48, создавая невозможность утечки СОЖ. Сальник 49, установленный в корпусе 9 зонозащитного механизма с возможностью плотного контакта с цилиндрическим пояском 4, что обеспечивает подачу СОЖ через каналы 6 и 8 в зазор между цилиндрическим пояском 4 и корпусом 9, а затем в контакт рабочей части 3 центра с центровым отверстием 2 заготовки 1.
Устройство для установки заготовки на обрабатывающем станке в динамике. Для этого корпус 9 отводят в положение, наиболее близкое к втулке 20 в продольном направлении. Осуществляют это нажимом на кнопку 35. Она при этом утопает внутрь длинного плеча 36 и размыкает связь защелки 37 с фиксатором 39. Двуплечий рычаг 31 поворачивают вокруг опоры 33. При этом короткое плечо 32 взаимодействует с торцом 40 втулкой 20. Поворот двуплечего рычага 31 заканчивается в его взведенном положении, при котором второй фиксатор 39, подпружиненный относительно корпуса 9, входит в поперечное отверстие двуплечего рычага 31. Заготовка 1 базируется на рабочую поверхность 3 центра, совмещаясь с его осью. При этом центр в задней бабке перемещается в сторону заготовки 1 перемещением пиноли в задней бабке до тех пор, пока рабочая поверхность 3 центра - конус и поверхность 2 центрового отверстия не коснутся друг друга на всем их протяжении. Проверяют безлюфтовость поворота заготовки 1 на центре вокруг их оси. Фиксируют пиноль относительно задней бабки станка. Выводится фиксатор 39 из поперечного отверстия 41. Поворачивается двуплечий рычаг 31 в исходное положение до сцепления защелки 37 с фиксатором 39. Корпус 9 под действием пружин 47 перемещается по втулке 20 зонозащитного механизма до соприкосновения остроконечных штырей 45 с заготовкой 1. Острые концы остроконечных штырей 45 внедряются через сальник 44 в тело заготовки 1. Сальник 44 прижимается при этом к торцу 48 заготовки 1. При наличии на торце 48 в заготовке 1 специальных торцевых отверстий 51 в них входят тупоконечные штыри 50 под действием пружин 46. Создается силовое замыкание втулки 20 и заготовки 1. Через шланг 13, насаженный на штуцер 12, канал 10, эксцентричный канал 6, короткое отверстие 8, зазор между цилиндрическим пояском 4 и корпусом 9 зонозащитного механизма подается СОЖ под давлением в контакт поверхности центрового отверстия 2 с рабочей поверхностью 3 конуса центра. Через трубопровод в виде шланга 15, насаженный на штуцер 14, канал 11, осевой канал 5 создается вакуумирование в зоне центрового отверстия 2 и рабочей поверхности 3 его контакта с заготовкой 1. Создаются благоприятные условия для откачивания СОЖ из центрового отверстия 2. СОЖ поступает по названному пути и после включения вращения заготовки 1 еще более интенсивно. Подводится инструмент, например, шлифовальный круг 19, в зону наладки, настраивая его положение на требуемый размер обрабатываемой поверхности 52. После окончания обработки заготовки 1, например, шлифования, отключается подача СОЖ и ее вакуумирование. Отводится устройство от заготовки 1 нажатием кнопки 35, поворотом двуплечего рычага 31 до взведенного состояния. При этом корпус 9 вместе с остроконечными штырями отводится от заготовки 1, чем размыкается силовое замыкание корпуса 9 и заготовки 1. Центр отводят от заготовки 1 путем перемещения пиноли задней бабки.
-1
-1
Пример конкретного выполнения. Вал соединительный шлицевой авиационного двигателя необходимо обработать на круглошлифовальном станке модели 3А151М. Заготовка 1 из стали 13Х3НВМ2Ф со стороны обоих обработанных торцов имеет центровые отверстия 2. При установке заготовки 1 на данной круглошлифовальной операции устройство - центр приводят в исходное положение с отведенным корпусом 9 поворотом двуплечего рычага 31 во взведенное положение. Заготовка 1 устанавливается на центры - их рабочую поверхность 3 до их соприкосновения. Двуплечий рычаг 31 возвращают в исходное положение, при котором он утопает в продольном пазу 34 и фиксируется посредством защелки 37 и фиксатора 39. Тупоконечные штыри 50 входят в торцевые отверстия 51. Далее все действия осуществляются согласно вышеописанным. СОЖ прокачивается в зазоре центровых отверстий 2 - рабочая поверхность 3 конуса. В цепи подачи и вакуумирования СОЖ давление поддерживается на уровне 500 и 200 кН, соответственно. Частоту вращения заготовки увеличивают до 500 мин по сравнению с 120 мин - при отсутствии подачи и вакуумирования СОЖ. Это позволяет повысить производительность обработки. Так, время выхаживания сокращается с 8 до 4 с. Поскольку уменьшается износ центровых отверстий, то уменьшается и амплитуда относительных колебаний заготовки 1. В итоге высота волнистости обработанной поверхности уменьшается с 2 до 0,8 мкм.
Заявляемое устройство может применяться и на других технологических операциях, например токарных.
Экономическая эффективность заявляемого устройства может быть определена как разница прибыли от повышения производительности, точности и дополнительных затрат на изготовление устройства.