РАСТОЧНАЯ ОПРАВКА

Полезная модель относится к технологии машиностроения и может быть использована при обработке глубоких отверстий в маложестких длинномерных деталях изделий общего машиностроения и нефтедобывающей отрасли.
Известно устройство для обработки глубоких отверстий по патенту RU 2169058, МПК B23B 29/03, состоящее из борштанги и закрепленной на ее рабочей части расточной головки с режущими пластинами, установленными на рабочей части борштанги направляющими элементами и размещенным на нерабочей части борштанги резонатором комплексных колебаний, выполненным с распорными клиньями, зафиксированными стягивающими винтами и расположенными в двухзаходных винтовых пазах разных радиусов конического поперечного сечения.
Недостатком данного устройства является размещение резонатора комплексных колебаний на нерабочей части, что не позволяет полностью стабилизировать высокочастотные колебания инструмента из-за наличия промежуточной нелинейной упругой связи и непостоянства процесса стружкообразования по причине вариации припуска на обработку.
Известна расточная головка по патенту RU 2014172, МПК B23B 29/03, выбранная в качестве прототипа, состоящая из корпуса с осевым отверстием, режущих элементов, радиально-подвижных опор выполненных в виде цилиндрических стержней с плоскими торцевыми поверхностями, направляющих шпонок и виброгасителя. Виброгаситель установлен в осевом отверстии корпуса и выполнен в виде упорной втулки, тарельчатых пружин, колец с коническими поверхностями и двух регулировочных винтов с коническими головками. В осевом отверстии корпуса установлены сегменты, с лыской на наружной цилиндрической поверхности, предназначенной для взаимодействия с радиально-подвижной опорой. Торцевые поверхности сегментов, соответствуют коническим поверхностям сопрягаемых колец и регулировочных винтов. Регулировочные винты ввинчены в выполненное в упорной втулке резьбовое отверстие и предназначены для настройки на жесткость шпонок за счет предварительного сжятия пружин. Причем регулировочные винты установлены в осевом отверстии корпуса с возможностью поворота, а кольца с конической поверхностью - с возможностью осевого перемещения.
Недостатком известной конструкции расточной оправки является то, что расточная оправка имеет радиальное колебание на величину зазора между сегментами и отверстием корпуса, несмотря на беззазорное контактирование наружного диаметра регулировочных винтов с поверхностью осевого отверстия корпуса расточной головки и минимальный зазор подпружиненных колец с конической поверхностью. При работе расточной головки имеющийся натяг, вследствие увеличения диаметра по направляющим шпонкам на 0,2…0,3 мм больше растачиваемого отверстия, приводит к кривизне оси отверстия с получением огранки поверхности, и к сужению диапазона диаметров растачиваемых отверстий. Кроме того, расточная головка не исключает угловые колебания, вызываемые переменным вращающим моментом, действующим на режущие элементы в процессе растачивания. При входе расточной оправки с направляющими шпонками в обрабатываемое отверстие, шпонки через подвижные опоры неравномерно давят на сегменты, это приводит к асимметричному сжатию тарельчатых пружин, нарушая точность центрирования и жесткость инструмента.
Задача полезной модели заключается в повышении точности, устойчивости и производительности операции растачивания отверстий, что обусловлено снижением вибрации.
3
Поставленная задача достигается тем, что в расточной оправке, состоящей из корпуса, в осевом отверстии которого установлен виброгаситель и резцовой головки с режущей пластиной, согласно техническому решению, виброгаситель содержит расположенный на шпильке цилиндр с осевой кольцевой полостью, внутри которой размещены металлические стержни, материал которых имеет плотность, превышающую плотность материала корпуса, сориентированные вдоль оси цилиндра, а свободное пространство между стержнями заполнено микропорошком с плотностью 8,4 г/см, причем цилиндр с осевой кольцевой полостью герметично ограничен с торцов упорными втулками, контактирующими с резиновыми подушками, выполненными из мягкой резины, а в шпильке выполнено центральное отверстие под смазочно-охлаждающую жидкость, и на ее резьбовых концах установлены с одной стороны задняя резьбовая втулка, кольцо из жесткой резины и упорное резьбовое кольцо, а с другой - базовая втулка, служащая для фиксации виброгасителя в корпусе и крепления резцовой головки с режущей пластиной.
На плоскостях контакта резцовой головки с базовой втулкой выполнены насечки.
На фиг.1 изображена расточная оправка, общий вид.
На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Расточная оправка состоит из корпуса 1 с осевым отверстием, в котором установлен виброгаситель 2 и резцовой головки 3 с режущей пластиной 4 типа CNMG, SNMG или ССМТ, CNGA. Виброгаситель 2 состоит из шпильки 5, имеющей отверстие под смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) и на концах резьбу, для установки упорного кольца с резьбой 6, кольца из жесткой резины 7, задней резьбовой втулки 8, цилиндра 9, имеющего осевую кольцевую полость, внутри которой размещены металлические стержни 10 из материала, плотность которого превышает плотность материала корпуса, сориентированные вдоль оси цилиндра, а свободное пространство между стержнями заполнено микропорошком 11. Торцевые поверхности цилиндра 9 герметично ограничены упорными втулками 12, контактирующими с резиновыми подушками 13, выполненными из мягкой резины. Виброгаситель зафиксирован в корпусе 1 базовой втулкой 14. Резцовая головка 3 крепится к базовой втулке 14 тремя винтами 15. Базовая втулка 14 фиксируется в корпусе 1 двумя диаметральными шпильками (на чертеже не показаны). На плоскостях контакта резцовой головки 3 с базовой втулкой 14 выполнены насечки (на чертеже не показаны).
Расточная оправка работает следующим образом.
Перед работой расточная оправка устанавливается в металлорежущий станок, например в револьверную головку обрабатывающего центра токарной группы. Настраиваются режимы резания: глубина резания, подача на один оборот заготовки, частота вращения заготовки, после этого через расточную оправку в зону резания подается СОЖ и начинается растачивание отверстия. В процессе работы на расточную оправку действует сила сопротивления резанию, которая способствует деформации и изгибу оправки и одновременному прогибу и повороту стержней из металла, плотность которого выше плотности материала корпуса, при этом увеличивается коэффициент сопротивления упругой системы, приводящий к снижению амплитуды вибрации расточной оправки.
Расточная головка с виброгасителем заявляемой конструкции обеспечивает увеличение массы, осевое смещение центра тяжести расточной оправки и приближение его к плоскости резания, в результате чего происходит изменение собственной частоты расточной оправки и стабилизация вибрационного процесса в переходном и резонансном режимах работы.
Поглощение и рассеяние энергии колебательного процесса осуществляется в следующих парах трения: стержни 10 из материала повышенной плотности - микропорошок 11, резцовая головка 3 - базовая втулка 14. Кроме того, снижение амплитуды вибрации происходит в кольце из жесткой резины 12 и резиновых подушках 13 из мягкой резины.
3
3
3
-1
Расточная оправка, корпус которой выполнен из стали 40Х (плотность 7,8 г/см), а стержни в кольцевой полости виброгасителя - из материала с плотностью 19,3 г/см, и пересыпаны микропорошком (плотность 8,4 г/см), с главным углом в плане 98° прошла, первичные испытания при растачивании отверстия диаметром 102 мм длиной 160 мм в заготовке из стали 30ХГСА при следующих режимах резания: глубина резания 1 мм, скорость подачи 0,12 мм/об, частота вращения заготовки 150 мин.
Контрольные испытания расточной оправки выполнялись на обрабатывающем центре фирмы HAAS модели SL20 НЕ. Измерение амплитуды виброускорения осуществлялось виброметром типа АТТ 9002. Шероховатость поверхностного слоя готовой детали измерялась тестером типа TR 220. Результаты измерения приведены в таблице.
Испытания показали, что технологические характеристики заявляемой расточной оправки при растачивании отверстий в заготовке из легированной конструкционной стали лучше в 2 раза в сравнении с оправкой без виброгасителя, применяемой в производственных условиях предприятия ОАО «Зенит».
2
2
Расточная оправка при контрольной проверке подтвердила работоспособность при нагрузках по виброускорению до 1000 м/с (100 g) для чистого растачивания и до 5600 м/с (560 g) для чернового растачивания при качественном формировании поверхностного слоя детали.
Таблица
Значения пиковых амплитуд вибрации расточной оправки и загрузки обрабатывающего центра
Дескриптор
Среднее значение амплитуды виброускорения при врезании, м/с<sup>2</sup>
Среднее значение амплитуды виброускорения при установившемся режиме растачивания, м/с<sup>2</sup>
Загрузка процесса резания по мощности, %
Шероховатость, при скорости подачи v<sub>s</sub>=s<sub>0</sub>·n=18 мм/мин
Оправка без виброгасителя
20,3
18,8-19,4
23
Ra 2,20
Расточная оправка с виброгасителем
11,5
9,3-10,6
12
Ra 1,16
Коэффициент корреляции
0,567
0,495-0,526
0,522
Лучше на один класс
Заявляемая расточная оправка увеличивает точность и устойчивость операции растачивания за счет снижения амплитуды вибрации; повышает производительность труда в 1,4-1,7 раза за счет использования прогрессивных скоростных режимов резания и подачи.
Кроме вышеназванных преимуществ, расточная оправка позволяет устранить предварительную настройку перед ее применением, увеличить диапазон диаметров растачиваемых отверстий, формировать регламентированные значения компонент вибрации на стадии ее конструирования и создания конструкторской документации.