ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ БЛОК ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИЯ

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящее изобретение относится к инструментальному блоку для механической обработки отверстия.
Уровень техники
В известном уровне техники раскрыты различные решения блоков для механической обработки отверстий. Например, из патентов США №7089662 и №7543557 известен инструментальный блок для механической обработки отверстия, содержащий режущий инструмент, который содержит абразивный материал.
Из заявки на патент США №20100031799 известен инструментальный блок для механической обработки внутренней поверхности, содержащий держатель режущего инструмента и режущий инструмент, расположенный на держателе режущего инструмента, при этом режущий инструмент содержит абразивный материал.
Из заявки на патент США №20100101526, которая может быть рассмотрен в качестве ближайшего аналога, известен инструментальный блок для механической обработки отверстия, содержащий держатель режущего инструмента и режущий инструмент, расположенный на держателе режущего инструмента, при этом режущий инструмент содержит абразивный материал.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом заявленной полезной. модели является усовершенствование конструкции блока для механической обработки поверхностей для обеспечения лучшего удаления твердых частиц и охлаждения режущего инструмента. Указанный технический результат достигается совокупностью признаков формулы полезной модели.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предлагается инструментальный блок для механической обработки отверстия. Инструментальный блок имеет режущий инструмент и держатель режущего инструмента. Режущий инструмент имеет абразивный материал, непрерывно расположенный по окружности. Держатель режущего инструмента имеет первый канал для смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и второй канал для СОЖ, проходящий под углом от первого канала для СОЖ и предназначенный для распыления СОЖ по направлению к режущему инструменту.
По меньшей мере, в одном варианте осуществления предлагается инструментальный блок для механической обработки отверстия. Инструментальный блок содержит держатель режущего инструмента и режущий инструмент, расположенный на держателе режущего инструмента. Режущий инструмент имеет первую поверхность, вторую поверхность, расположенную напротив первой поверхности, и третью поверхность, проходящую от первой поверхности ко второй поверхности. По третьей поверхности непрерывно расположен абразивный материал. На первой поверхности расположен дефлектор. Дефлектор имеет отклоняющую поверхность, отнесенную на некоторое расстояние от первой поверхности и предназначенную для направления СОЖ по направлению к третьей поверхности.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлен развернутый вид в перспективном изображении системы для механической обработки обрабатываемой детали и первого варианта осуществления примерного инструментального блока.
На Фиг.2 представлен вид сверху второго варианта осуществления инструментального блока, имеющего держатель режущего инструмента и режущий инструмент.
На Фиг.3 представлен разрез инструментального блока на Фиг.2 по линии 3-3.
На Фиг.4 представлен разрез варианта осуществления второго канала для СОЖ, выполненного в держателе режущего инструмента.
На Фиг.5 представлен разрез варианта осуществления второго канала для СОЖ, выполненного в режущем инструменте.
На Фиг.6 представлен вид сверху еще одного варианта осуществления режущего инструмента.
На Фиг.7 представлен разрез инструментального блока на Фиг.6 по линии 7-7.
На Фиг.8 представлена технологическая карта способа механической обработки отверстия посредством инструментального блока.
Осуществление полезной модели
В соответствии с установленными требованиями, в настоящем описании раскрыты подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако необходимо понимать, что раскрытые варианты осуществления являются лишь примером изобретения, которое может осуществляться в различных и альтернативных формах. Фигуры не обязательно выполнены в масштабе; некоторые детали могут быть выполнены чрезвычайно подробно или предельно упрощены, чтобы показать подробности конкретных компонентов. Следовательно, конкретные конструктивные и функциональные детали, раскрытые в настоящем описании, должны интерпретироваться не как ограничивающие объем настоящего изображения, а просто как репрезентативная основа для объяснения специалисту в данной области, как можно использовать настоящее изобретение различными путями.
На Фиг.1 приведен развернутый вид системы 10 для механической обработки обрабатываемой детали 12. Обрабатываемой деталью 12 может быть предмет, имеющий одно или несколько отверстий или каналов 14, например блок цилиндров двигателя внутреннего сгорания. В блоке цилиндров отверстия, предназначенные для приема поршня, называются отверстиями цилиндров. Для повышения сопротивления износу на отверстии цилиндра в необработанной отливке может быть предусмотрено термически напыляемое покрытие. Отверстие цилиндра и его покрытая поверхность подвергают механической обработке для достижения требуемой чистоты поверхности и требуемых размерных характеристик. Ввиду высокой твердости отверстий цилиндров с термически нанесенным покрытием для механической обработки отверстий цилиндров используют алмазные хоны или хонинговальные станки. Эти хонинговальные станки используют несколько хонов для каждого прохода инструмента, имеют продолжительные длительности циклов и отличаются высокими инвестиционными расходами.
Система 10 может содержать шпиндель 20 и инструментальный блок 22. Шпиндель 20 может быть выполнен для приема инструментального блока 22 и вращения относительно оси 24 вращения. Шпиндель 20 может быть приведен в движение электрическим двигателем и может быть расположен на станке с ЧПУ типа CNC, который может устанавливать инструментальный блок 22 по нескольким осям в трехмерном пространстве. Со шпинделем 20 может быть связан источник СОЖ 26, который может предназначаться для подачи СОЖ под давлением через шпиндель 20 в инструментальный блок 22 известным образом для специалиста в данной области техники.
Инструментальный блок 22 может содержать держатель 30 режущего инструмента и режущий инструмент 32. Держатель 30 режущего инструмента, который может называться также оправкой или инструментальной оправкой, может иметь в целом цилиндрическое конструктивное исполнение. Первый конец держателя 30 режущего инструмента может быть выполнен с возможностью установки в шпинделе 20. Второй конец держателя 30 режущего инструмента, расположенный напротив первого конца, может быть выполнен с возможностью приема режущего инструмента 32. Например, держатель 30 режущего инструмента может иметь одно или несколько отверстий 34, которые могут принимать крепежную деталь, такую как винт, для прикрепления режущего инструмента 32 ко второму концу держателя 30 режущего инструмента. Кроме того, держатель 30 режущего инструмента может содержать один или несколько каналов для СОЖ, которые принимают СОЖ через шпиндель 20, как будет подробнее рассмотрено ниже.
Режущий инструмент 32 может содержать корпус 40 и абразивный материал 42. Корпус 40 может иметь в целом цилиндрическое конструктивное исполнение, которое может включать первую поверхность 44 и вторую поверхность 46, расположенную напротив первой поверхности 44. От первой поверхности 44 ко второй поверхности 46 может проходить третья поверхность 48. Третья поверхность 48 может быть расположена по окружности корпуса 40. В месте, где третья поверхность 48 пересекает первую поверхность 44 и/или вторую поверхность 46, может быть предусмотрен радиус или зона кривизны, чтобы облегчить установку режущего инструмента 32 в отверстии 14 или вне него. В корпусе 40 могут быть предусмотрены одно или несколько установочных отверстий 50, проходящих от первой поверхности 44 ко второй поверхности 46 и предназначенных для приема крепежной детали для прикрепления режущего инструмента 32 к держателю 30 режущего инструмента.
На третьей поверхности 48 может быть расположен абразивный материал 42, который может непрерывно проходить по окружности корпуса 40. В одном или нескольких вариантах осуществления абразивный материал 42 не может находиться на первой и второй поверхностях 44, 46. Абразивный материал 42 может содержать несколько абразивных частиц или зерен для снятия материала с обрабатываемой детали 12. Например, в одном или нескольких вариантах осуществления абразивный материал 42 может осаждаться на металлический диск методом электроосаждения или быть выполненным в круге с керамической связкой.
На Фиг.2 и 3 показан второй вариант осуществления инструментального блока 22'. Инструментальный блок 22' может содержать держатель режущего инструмента 30' и режущий инструмент 32'. Держатель 30' режущего инструмента и режущий инструмент 32' могут быть подобными держателю 30 режущего инструмента и режущему инструменту 32, но могут содержать каналы для СОЖ.
Держатель 30' режущего инструмента может содержать первый канал 60 для СОЖ, принимающий СОЖ из источника 26 СОЖ через шпиндель 20. Первый канал 60 для СОЖ может подавать СОЖ в один или несколько вторых каналов 62 для СОЖ в держателе 30' режущего инструмента и к режущему инструменту 32'. Первый канал для СОЖ может располагаться по оси вращения 24.
От первого канала 60 для СОЖ к наружной поверхности держателя 30' режущего инструмента могут проходить вторые каналы 62 для СОЖ. Эти вторые каналы 62 для СОЖ могут быть расположены под углом относительно первого канала 60 для СОЖ и/или оси 24 вращения. Конкретнее, вторые каналы 62 для СОЖ могут проходить под углом относительно первого канала 60 для СОЖ в сторону режущего инструмента 32', например в направлении места пересечения второй и третьей поверхностей 46, 48.
Вторые каналы 62 для СОЖ могут иметь линейную конфигурацию, нелинейную конфигурацию или их сочетание. На Фиг.3 иллюстрируется линейный второй канал 62 для СОЖ.
На Фиг.4 показан пример нелинейного второго канала 62' для СОЖ. Конкретнее, Фиг.4 представляет собой вид сверху в разрезе примерного держателя 30" режущего инструмента из положения, находящегося над несколькими вторыми каналами 62' для СОЖ. Второй канал 62' для СОЖ может содержать первую часть 70 и вторую часть 72. В одном или нескольких вариантах осуществления первая часть 70 может проходить от первого канала 60 для СОЖ и может иметь в целом линейную конфигурацию. В одном или нескольких вариантах осуществления вторая часть 72 может проходить под углом от конца первой части 70 и также может иметь в целом линейную конфигурацию. Вторая часть 72 может проходить к наружной поверхности держателя 30" режущего инструмента и может быть под углом в направлении режущего инструмента. Кроме того, вторая часть 72 может проходить под углом в направлении, совпадающим с направлением, в котором инструментальный блок вращается относительно оси 24 вращения. Например, вторая часть 72 может проходить под углом в том же направлении, в каком вращается инструментальный блок, чтобы помочь в подаче СОЖ на абразивный материал 42 или перед той частью абразивного материала 42, которая режет отверстие 14, чтобы помочь удалять твердые частицы и охлаждать режущий инструмент.
Снова вернемся к Фиг.2 и 3, режущий инструмент 32' может содержать первый канал 80 охлаждения инструмента и один или несколько вторых каналов 82 охлаждения инструмента. Первый канал 80 охлаждения инструмента может быть соосным с первым каналом 60 для СОЖ держателя 30' режущего инструмента и получать СОЖ из него. От первого канала 80 охлаждения инструмента к окружности или третьей поверхности 48 режущего инструмента 32' могут проходить один или несколько вторых каналов 82 охлаждения инструмента. При этом вторые каналы 82 охлаждения инструмента могут подавать СОЖ к абразивному материалу 42. В одном или нескольких вариантах осуществления вторые каналы 82 охлаждения инструмента могут располагаться в плоскости. Кроме того, один или несколько вторых каналов 82 охлаждения инструмента могут располагаться практически перпендикулярно между собой и (или) относительно первого канала 80 охлаждения инструмента. В одном или нескольких вариантах осуществления выпуск вторых каналов 82 охлаждения инструмента может быть конструктивно исполнен как пористая пробка или как отверстие, выполненное без пористой пробки.
Вторые каналы 82 охлаждения инструмента могут иметь линейную конфигурацию, нелинейную конфигурацию или их сочетание. На Фиг.2 показаны линейные вторые каналы 82 охлаждения инструмента.
На Фиг.5 показан пример нелинейного второго канала 82' охлаждения инструмента. Второй канал 82' охлаждения инструмента может содержать первую часть 92 и вторую часть 90. В одном или нескольких вариантах осуществления первая часть 92 может проходить от первого канала 80 охлаждения инструмента и может иметь в целом линейную конфигурацию. В одном или нескольких вариантах осуществления вторая часть 90 проходить под углом от конца первой части 92 и также может иметь в целом линейную конфигурацию. Вторая часть 90 может проходить к наружной поверхности режущего инструмента 32". Кроме того, вторая часть 90 может проходить под углом в направлении, совпадающим с направлением, в котором инструментальный блок вращается относительно оси 24 вращения. При этом вторая часть 90 может помогать в подаче СОЖ на абразивный материал 42 или перед той частью абразивного материала 42, которая режет отверстие 14, чтобы помочь удалять твердые частицы и охлаждать режущий инструмент 32".
На Фиг.6 и 7 показан еще один вариант осуществления режущего инструмента 32”'. В этом варианте осуществления первый канал 80' охлаждения инструмента проходит от второй поверхности 46 к первой поверхности 44. На первой поверхности 44 может быть расположен дефлектор 100. Дефлектор 100 может содержать одну или несколько лапок 102 и отклоняющую поверхность 104.
Лапки 102 могут облегчить установку дефлектора 100 на первой поверхности 44. Лапки 102 могут отстоять друг от друга, создавая отверстия 106, через которые может проходить СОЖ.
Отклоняющая поверхность 104 может быть выполнена с возможностью изменения направление СОЖ, выходящей из первого канала 80' охлаждения инструмента наружу по направлению к третьей поверхности 48 и абразивному материалу 42. Отклоняющая поверхность 104 может быть обращена к первой поверхности 44 и отстоять от нее. Кроме того, отклоняющая поверхность 104 может содержать отклоняющий элемент 108, чтобы помочь изменить направление СОЖ. Например, отклоняющий элемент 108 может быть расположен по центру над первым каналом 80' охлаждения инструмента и может иметь коническую форму, проходящую к первой поверхности 44 режущего инструмента 32'".
На Фиг.8 показан примерный способ механической обработки отверстия 14 обрабатываемой детали 12 с помощью инструментального блока. Инструментальный блок может содержать любые совместимые держатели 30, 30', 30" режущего инструмента и режущие инструменты 32, 32', 32", 32"', описанные выше. Инструментальный блок может быть расположен на системе 10, имеющей шпиндель 20, расположенный на обрабатывающем центре с ЧПУ типа CNC, рассмотренном выше.
На этапе 200 способа инструментальный блок могут устанавливать в исходное положение. Это исходное положение может находиться по центральной оси отверстия и рядом с первым концом отверстия или канала. При этом режущий инструмент может вначале не входить в зацепление с обрабатываемой деталью 12. Кроме того, инструментальный блок может вращаться относительно оси вращения 24 шпинделем 20 с любой подходящей частотой вращения, например, 1000-1500 оборотов в минуту.
На этапе 202 система 10 может перемещать инструментальный блок по спиральной траектории подачи инструмента. Режущий инструмент могут перемещать в боковом направлении так, что абразивный материал 42 входит в зацепление с поверхностью отверстия цилиндра 14. Затем режущий инструмент могут перемещать по кругу внутри диаметра отверстия цилиндра 14 при одновременном продвижении по длине отверстия цилиндра 14. При этом абразивный материал 42 может абразивным путем удалять материал с внутренней стороны отверстия цилиндра по мере его перемещения по кругу и по длине отверстия цилиндра. Спиральную траекторию могут определять путем алгоритма винтовой интерполяции, который могут рассчитывать станком с ЧПУ типа CNC или задавать как последовательность координат позиционирования. Спиральную траекторию могут выполнять таким образом, что абразивный материал 42 перемещается по всей поверхности отверстия цилиндра 14 или режет ее.
Кроме того, спиральную траекторию инструмента могут выполнять такой, чтобы удалять материал из конусного отверстия, которое на одном конце уже, чем на другом. Указанная траектория инструмента может быть осуществлена путем изменения расстояния, которое проходит инструментальный блок относительно центра отверстия при его перемещении по длине отверстия. Например, по мере сужения отверстия инструмент могут перемещать по номинально увеличивающимся спиралям, чтобы компенсировать изгиб инструмента.
На стадии 204 инструментальным блоком могут осуществлять факультативный второй проход. Второй проход может помочь обеспечить более равномерную размерность отверстия. Второй проход могут осуществлять путем следования спиральной траекторией резания назад в исходное положение, тем самым осуществляя «обратное резание» отверстия. Если второй проход не выполняют, инструментальный блок могут переместить в положение, в котором он не касается поверхности отверстия, и затем отвести из отверстия.
Выше описаны некоторые примерные варианты осуществления, однако это не означает, что эти варианты осуществления описывают все возможные формы изобретения. Напротив, слова, используемые в описании, - это слова описания, а не ограничения объема настоящего изобретения, и следует понимать, что возможны различные изменения в пределах сути и объема изобретения. Кроме того, отличительные признаки различных вариантов осуществления могут комбинироваться для получения дополнительных вариантов осуществления изобретения.