Хонинговальная головка

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к обработке металлов резанием, в частности к хонинговальным головкам для окончательной обработки точных отверстий.
Известно устройство хонинговальной головки, содержащей корпус с радиальными отверстиями, в которых размещены колодки с брусками, шток-толкатель с эллиптическими поверхностями разжимных элементов, которые воздействуют на ползуны в радиальных отверстиях корпуса, а рабочий конец штока-толкателя и стакана соединены несамотормозящей резьбой [Авторское свидетельство SU №1174237, В24В 33/02, 1983 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатая колодок с брусками к обрабатываемой поверхности и сосредоточенного приложения нагрузки в двух точках колодки и не возможности увеличения количества соосно-расположенных колодок с брусками для повышения производительности.
Известно устройство многорядной хонинговальной головки, содержащей корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток и механизм независимого регулирования и фиксации каждого ряда брусков, причем корпус выполнен в виде набора обойм, установленных с возможностью осевого перемещения по наружной цилиндрической поверхности. Осевое перемещение брусков выполняется до обработки и необходимо для удобства регулирования положения каждого ряда абразивных брусков [Авторское свидетельство SU №1220757, В24В 33/08, 1986 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для повышения качества обработанной поверхности, так как не исключает возможности попадания режущего зерна в предварительно прорезанную им же риску-царапину, и соответственно, наличия на обработанной поверхности глубоких рисок-царапин и устройство имеет сложный механизм поджатия не обеспечивающей соосности колодок брусков при сосредоточенным приложении усилия к ним, что приводит к ограниченной точности формы обработанной поверхности.
Известна хонинговальная головка, содержащая корпус с установленными в нем секторами-толкателями, предназначенными для взаимодействия каждого из них с одной стороны с конусами разжима, с другой - с брускодержателями с абразивными брусками, выполненными в виде винтообразной цилиндрической пружины сжатия в количестве не менее двух, расположенными под углом к образующей головки и прижатыми торцами друг к другу тарельчатыми пружинами [Патент RU 2146594, В24В 33/08, 2000 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с брусками к обрабатываемой поверхности и не исключает возможности попадания режущего зерна в предварительно прорезанную им же риску-царапину.
Наиболее близким техническим решением является хонинговальная головка, которая содержит корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток и механизм осевого перемещения абразивных брусков, выполненный в виде стакана, в радиальных отверстиях которого на осях установлены с возможностью поворота вокруг осей поворотные планки, одним концом входящие в пазы колодки, а другим - в пазы разжимного штока и осевого перемещения колодок с брусками вверх при перемещении разжимного штока вниз [Патент RU 2108902, В24В 33/08, 1996 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с абразивными брусками к обрабатываемой поверхности и сосредоточенного приложения нагрузки в двух точках колодки и не возможности увеличения количества соосно-расположенных колодок с брусками для повышения производительности.
Задача - разработка конструкции хонинговальной головки с простым механизмом поджатия колодок с абразивными брусками, обеспечивающего радиальное и осевое перемещение, центральное приложение усилия к колодкам, при соосном расположении, с возможностью максимального увеличения их количества.
Техническим результатом является увеличение точности формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.
Технический результат достигается хонинговальной головкой, содержащей корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимной шток, разжимные элементы, установленные в пазах колодок и взаимодействующие с разжимным штоком с возможностью осевого и радиального перемещения несущих колодок, и возвратные пружины, отличающаяся тем, что разжимные элементы выполнены в виде упругих конических дисков с углом наклона образующей конуса 5-14 градусов и установлены на разжимном штоке посредством ступенчатых втулок, а несущие колодки выполнены с торцевыми поверхностями под углом 2-6 градусов к радиальному направлению хонинговальной головки с обеспечением их одновременного радиального и осевого перемещений по ответным направляющим поверхностям корпуса.
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении вниз разжимного штока, упругие конические диски, установленные на ступенчатых втулках, закрепленных на нижней части разжимного штока, деформируются с увеличением наружного диаметра. За счет увеличения наружного диаметра упругих конических дисков, установленных в прорезях несущих колодок, колодки с абразивными брусками перемещаются в радиальном направлении. Кроме этого, наличие углов уклона торцевых поверхностей несущих колодок и, соответствующих им, ответных направляющих поверхностей корпуса, обеспечивает кроме радиального и осевое перемещение несущих колодок с абразивными брусками. Осевое перемещение колодок позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности. Набор упругих конических дисков, равномерно установленных по всей длине внутренней поверхности колодок, обеспечивает равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение колодок брусков, что гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Цилиндрическая поверхность наружного диаметра набора упругих конических дисков обеспечивает установку максимального количества несущих колодок с абразивными брусками, что способствует повышению производительности обработки отверстия.
Сущность конструкции хонинговальной головки поясняется фигурами.
На фиг. 1 показан продольный разрез хонинговальной головки.
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А хонинговальной головки.
R
O
B
Предлагаемая конструкция хонинговальной головки содержит корпус 1, в радиальных прорезях 2, которого установлены несущие колодки 3 с абразивными брусками 4 с возможностью их свободного радиального (S) и осевого перемещения (S). Осевое и радиальное перемещение абразивных брусков 4 обеспечивают упругие конические диски 5, с углом наклона образующей конуса β=5-14 градусов, установленные своими наружными (большими) диаметрами в пазах 6 несущих колодок 3. Внутренние (меньшие) диаметры d конических дисков 5 установлены на разжимном штоке 7 с помощью ступенчатых втулок 8 диаметром d, закрепленных на штоке 7, например, посредством гайки 9 на резьбовом конце нижней части разжимного штока 7. Конические диски 5 фиксируются в пазах 10, образованных ступеньками ступенчатых втулок 8 на равном расстоянии друг от друга. Ступенчатые втулки 8 обеспечивают саму возможность сбора хонинговальной головки данной конструкции, так как выполнение хонинговальной головки без них, например, с установкой упругих конических дисков непосредственно в пазы разжимного штока, не осуществимо. Пазы 6 несущих колодок 3, взаимодействующие с одним упругим коническим диском 5, выполнены в виде горизонтальных прорезей по внутренним поверхностям всех несущих колодок 3 и являются фрагментами одной окружности.
Торцевые поверхности 11 несущих колодок 3 выполнены под углом 2-6 градусов к радиальному направлению хонинговальной головки, что обеспечивает одновременное радиальное и осевое перемещение несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 по ответным направляющим поверхностям 12 корпуса 1. Возвратные пружины 13 предназначены для возвращения несущих колодок 3 в исходное положение после подъема разжимного штока 7 (после прекращения воздействия штока 7 на упругие конические диски 5).
Устройство работает следующим образом.
R
O
P
B
R
R
После ввода хонинговальной головки в обрабатываемое отверстие включается ее вращение и возвратно-поступательное движение, после чего вступает в действие механизм радиального и осевого перемещения, осуществляющий радиальное (S) и осевое перемещение (S) несущих колодок 3 с абразивными брусками 4. После каждого двойного хода хонинговальной головки под действием разжимного штока 7 (перемещается вдоль оси хонинговальной головки вниз на определенную величину S), который перемещает внутренний диаметр d упругих конических дисков 5. Упругие конические диски 5 деформируются с увеличением наружного диаметра D. За счет увеличения наружного диаметра D упругих конических дисков 5, установленных в пазах 6 несущих колодок 3, которые при этом перемещаются в радиальном направлении (S), происходит перемещение несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 в радиальном направлении и осуществляется дозированная подача S абразивных брусков 4.
P
R
Можно определить осевое перемещение S разжимного штока 7 для достижения радиальной подачи S по формуле:
R
где S - радиальная подача несущих колодок 3 с абразивными брусками 4;
D - наружный диаметр упругих конических дисков 5;
B
d - внутренний диаметр упругих конических дисков 5;
β - угол наклона образующей конуса конических дисков 5;
0,2
5
Можно рассчитать предельные значения угла наклона β образующей конуса конических дисков 5. Наибольшее значение выбираем из условия максимального сжатия конических дисков 5 и достижения по наружному диаметру D предела текучести пружинной стали σ. Это условие выполняется при деформации пружины и достижении относительной длины окружности наружного диаметра величины относительного удлинения при разрыве δ с учетом предела текучести по формуле
где D - наружный диаметр конических дисков 5 до деформации,
D' - наружный диаметр конических дисков 5 после максимальной деформации,
0,2
σ - предел текучести условный,
B
σ - временное сопротивлению разрыву,
5
δ - относительное удлинение после разрыва
max
Из геометрических построений можно определить максимальное значение угла наклона образующей конуса β конических дисков 5 по формуле:
После подстановки механических характеристик стали 65Г
max
β≤14°
max
Таким образом, максимальное значение угла наклона образующей конуса β конических дисков 5 равен 14°.
min
Наименьшее предельное значение угла наклона β конических дисков 5 определяем из условия достижения при максимальной деформации конических дисков 5 максимальной относительной глубины резания по формуле
где D - наружный диаметр конических дисков 5 до деформации;
D' - наружный диаметр конических дисков 5 после максимальной деформации;
max
t - максимальная глубина резания на диаметр, мм
min
Из геометрических построений получаем зависимость наименьшего значения угла наклона образующей конуса β конических дисков 5
max
После подстановки для финишной обработки t=0,2 мм и D=50 мм получаем
min
β≥5°
min
Таким образом, минимальное значение угла наклона образующей конуса β конических дисков 5 равно 5°.
Рассчитаем предельные значения угла уклона α ответных направляющих поверхностей 12 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 11 несущих колодок 3 к радиусу головки.
Наибольшее значение выбираем из условия самоторможения этих поверхностей по формуле
max
tgα≤tgϕ;
где tgϕ=ƒ=0,1 - коэффициент трения стали по стали;
тогда
max
α≤6°;
max
max
max
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 12 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 11 несущих колодок 3 к радиусу головки α=6°.
min
O
R
R
Наименьшее предельное значение угла наклона α этих поверхностей определим из условия осевого смещения S равного размеру абразивного зерна при подаче S равной глубине резания S=t по формуле
зерна
где d=0,01 мм - минимальный размер абразивного зерна;
max
t=0,25 мм - максимальная глубина резания, мм
min
0,04=tgα
min
α=2°
min
min
min
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 12 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 11 несущих колодок 3 к радиусу головки α=2°.
В результате распределенной нагрузки набора конических дисков 5 при зажиме разжимным штоком 7 обеспечивается равномерное прижатие несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 к обрабатываемой поверхности отверстия, что способствует повышению точности цилиндрической формы отверстия.
Таким образом, использование предложенной хонинговальной головки, содержащей корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, выполненные в виде упругих конических дисков с углом наклона образующей конуса 5-14 градусов, установленные на разжимном штоке посредством ступенчатых втулок и в пазах колодок, с возможностью осевого и радиального перемещения несущих колодок, торцевые поверхности которых выполнены под углом 2-6 градусов к радиальному направлению хонинговальной головки с обеспечением их одновременного радиального и осевого перемещений по ответным направляющим поверхностям корпуса, позволяет увеличить точность формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.