УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ НАРУЖНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к финишной ультразвуковой обработке с использованием энергии ультразвуковых колебаний, накладываемых на инструмент.
Известно устройство для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей (RU 2095217 C1, В24В 39/04, 10.11.97). 10 с., содержащее концентратор, на выходном конце которого размещен деформирующий элемент, а также имеющее два преобразователя колебаний, связанных посредством волноводов для передачи колебаний.
Недостатком устройства является недостаточно высокая эффективность ультразвуковой обработки.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей, содержащее концентратор, на выходном конце которого размещен деформирующий элемент, а его входной конец соединен с двумя волноводами, связанными с двумя преобразователями колебаний (RU 2393076 С2, В24В 39/04, 01.2006).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в упрощении конструкции и снижении стоимости устройства для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей.
Технический результат для устройства для ультразвуковой финишной обработки наружных цилиндрических поверхностей деталей, содержащего концентратор, на выходном конце которого размещен деформирующий элемент, а его входной конец соединен с двумя волноводами, связанными с двумя преобразователями колебаний, достигается тем, что один из волноводов выполнен в виде пружины в форме спирали Архимеда и расположен в плоскости, параллельной к поверхности обрабатываемой детали.
На чертеже изображена структурная схема устройства.
Устройство содержит концентратор 1, на выходном конце которого размещается деформирующий элемент - шарик 2. С входным концом концентратора 1 соединены волноводы 3, 4, которые в свою очередь связаны с магнитострикционными преобразователями 5, 6. Волновод 3 выполнен в виде пружины в форме спирали Архимеда. Магнитострикционные преобразователи 5 и 6 установлены на стойке 7 и крепежных элементах 8, которые закреплены на плите 9. Позиция 10 - обрабатываемая деталь.
Устройство работает следующим образом.
Ультразвуковые продольные колебания, создаваемые магнитострикционным преобразователем 6 через волновод 4 передаются концентратору 1. Деформирующий элемент (шарик 2), закрепленный на выходном конце концентратора 1, получает продольные колебания с частотой 18000-23000 Гц и амплитудой до 10-20 мкм. Одновременно магнитострикционный преобразователь 5 через волновод 3, выполненный в виде пружины в форме спирали Архимеда, передает колебания на концентратор 1. Траектория возбуждаемых колебаний имеет сложный характер, что определяется особенностями взаимодействия магнитострикционного преобразователя 5 (привода колебательного движения) и волновода 3 в виде пружины в форме спирали Архимеда. Спираль Архимеда представляет плоскую кривую линию, многократно обходящую одну из точек на плоскости, называемую полюсом спирали. Геометрическим свойством, характеризующим спираль Архимеда, является постоянство расстояний между витками. Перемещение по спирали Архимеда будет результирующим двух равномерных движений: приближения к полюсу и вращения вокруг полюса. Так как магнитострикционный преобразователь 5 установлен в плоскости спиральной пружины, то в ней возбуждается, во-первых, упругая волна продольных колебаний, формирующая амплитуду колебаний концентратора 1 в направлении, совпадающим с касательной в точке крепления концентратора 1 к спиральной пружине (по оси ординат). Во-вторых, в силу спирального выполнения пружины в ней формируется изгибная волна колебаний с пучностью в месте крепления концентратора к спиральной пружине. Изгибная волна вызывает колебания концентратора 1 в направлении, перпендикулярном обеспечиваемому продольной волной (по оси абсцисс). Так как оба типа колебаний имеют одну частоту, а именно частоту колебательной системы, образованной концентратором, спиральной пружиной и магнитострикционным преобразователем, то сложение амплитуд этих колебаний с взаимно перпендикулярными векторами вызывает в общем случае эллипсную траекторию движения концентратора. Эллипсность траектории движения обусловлена различием амплитуд колебаний (величина амплитуды изгибных колебаний в данном случае будет больше амплитуды колебаний, формируемых продольной волной). Так как скорость распространения продольной волны в металлах почти в два раза выше скорости распространения изгибной волны, то возникающий фазовый сдвиг (набег) приводит к вращению эллипсной траектории движения концентратора 1 в плоскости, параллельной к поверхности обрабатываемой детали. Управлять формой и размерами эллипсной траектории возможно путем изменения амплитуды и частоты колебаний, создаваемых магнитострикционным преобразователем 5.
Устройство может быть размещено на суппорте токарного станка (на чертеже не показан) и закрепляется с помощью винтов через отверстия в плите 9. Обрабатываемая деталь 10 устанавливается в патроне или центрах. Усилие прижима концентратора 1 с деформирующим элементом (шариком 2) к обрабатываемой поверхности детали 10 создается за счет поперечного перемещения суппорта станка. В качестве источников ультразвуковых колебаний могут быть использованы ультразвуковые генераторы типа УЗГ 3-4, к которым подключаются магнитострикционные преобразователи. Простота конструкции данного устройства позволяет использовать стандартные элементы и применять его без дополнительных затрат на переналадку оборудования и использовать универсальные токарные станки.