МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЙ СТАНОК

Полезная модель относится к станкостроению, в частности к металлорежущим станкам для механической обработки глубоких отверстий в трубных заготовках. Может использоваться при осуществлении совмещения процессов растачивания, прошивания, дорнования и внутреннего шлифования труб особовысокой точности, например, для обеспечения требований к точности отверстий по ТУ 14-3-/941/-94.
Известна головка для чистового растачивания на растяжение, осуществляемого головкой стебля, вводимой в глубокое отверстие (Кирсанов С.В., Гречишников В.А., Схиртладзе А.Г., Кокарев В.И. «Инструменты для обработки точных отверстий». - М., Машиностроение, 2003. - 330 с.).
Особенность процесса растачивания такой головкой в том, что стебель работает на растяжение, что позволяет избежать его вибраций при больших скоростях резания и обеспечить более надежный отвод стружки. Головка имеет регулируемые направляющие и ее применение предусматривает приемы, при которых обрабатываемая деталь устанавливается и выверяется на станке, а расточная головка (без пластины) жестко закрепленная в стебле, вводится на всю длину задних направляющих шпонок. При вращении микрометрической гайки обеспечивается радиальное перемещение направляющих шпонок головки до их плотного соприкосновения с поверхностью отверстия. Осуществляется базирование головки, после чего головка проводится через отверстие детали до выхода за противоположный конец детали передних направляющих с пазом под пластину. В паз корпуса вставляется пластина, головка перемещается вправо до положения, в котором между режущей кромкой пластины и образующей отверстия был бы зазор в 0,3…0,4 мм. Включается подача СОЖ, вращение детали и подача головки для захода пластины в отверстие. Выполняется растачивание заправочного отверстия до положения полного захода в отверстие передних направляющих. Подача головки (и СОЖ) и вращение детали отключаются.
Далее вращением микрометрической гайки производится разжим передних направляющих до их плотного соприкосновения с поверхностью отверстия, выполняется процесс растачивания, при этом головка базируется в обрабатываемом отверстии и передними, и задними направляющими.
В случае растачивания отверстия за несколько проходов в конце прохода за передний торец детали выходят только задние направляющие шпонки и пластина. Передние направляющие шпонки остаются в расточенном отверстии. Пластина вынимается из паза расточной головки, а вращением микрометрической гайки задние направляющие раздвигаются до размера расточенного отверстия. Далее расточная головка (без пластины) вновь проталкивается через расточенное отверстие за противоположный торец детали, в паз головки вставляется пластина со следующим размером и процесс повторяется.
Рассмотренный технологический процесс скоростного чистового растачивания предполагает работу стебля на растяжение при его обратном рабочем ходе. Прямой ход стебля остается холостым.
Недостаток при работе с такой головкой заключается в необходимости осуществления большого количества ручных приемов по настройке и наладке процесса, что обуславливает значительные затраты времени и невозможность автоматизации процесса. Кроме того, неизбежно требуется дополнительная предварительная обработка отверстия под базу для передних направляющих, что приводит к затратам времени на подготовку под окончательную обработку, применению дополнительного оборудования и производственных площадей. В результате технико-экономическая эффективность такого процесса снижается.
Существуют расточные головки, с самоустанавливающимися направляющими шпонками, для растачивания глубоких отверстий, работа с которыми отличается лишь тем, что отпадает надобность в установке направляющих шпонок на требуемый размер перед началом каждого прохода через отверстие (Кирсанов С.В., Гречишников В.А., Схиртладзе А.Г., Кокарев В.И. «Инструменты для обработки точных отверстий». - М., Машиностроение, 2003. - 330 с.). В таком процессе растачивание ведется и на сжатие, и на растяжение, то есть без потери времени на холостые ходы.
Недостаток при работе с такими расточными головками заключается в необходимости осуществления большого количества ручных приемов по настройке и наладке процесса, что обусловливает значительные затраты времени и невозможность автоматизации процесса. Кроме того, это неизбежно требует дополнительной предварительной обработки отверстия под базу для передних направляющих, т.е. затрат времени на подготовку под окончательную обработку и применения дополнительного оборудования и производственных площадей. В результате технико-экономическая эффективность такого процесса снижается.
Известен вариант конструкции головки с самоустанавливающимися направляющими шпонками, при котором восемь направляющих шпонок, расположены в два ряда по четыре шпонки в каждом (Минков М.А. «Технология изготовления глубоких точных отверстий». М.: Машиностроение, 1965. - 176 с.).
Недостаток головки в необходимости предварительной обработки поверхности обрабатываемого глубокого отверстия под переднее направление.
Таким образом, общим недостатком для головок, с передним направлением является то, что чистовому скоростному растачиванию предшествует предварительное растачивание, при котором удаляется основной припуск по диаметру и выпрямляется ось отверстия. Применение таких головок приводит к необходимости осуществления большого количества ручных приемов по настройке и наладке процесса, что обуславливает значительные затраты времени и невозможность автоматизации процесса. Кроме того, это неизбежно требует дополнительной предварительной обработки отверстия под базу для передних направляющих, т.е. затрат времени на подготовку под окончательную обработку на другом дополнительном оборудовании и производственных площадей.
Низкий технический уровень станков для осуществления растачивания обусловлен также тем, что они исключают возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого для более производительного вихрефрезерования и шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
В результате технико-экономическая эффективность при работе с такими станками снижается.
Кроме того, перечисленные устройства с передним и задним направлениями имеют низкий технический уровень, обусловленный ограниченными функциональными возможностями при обработке глубоких отверстий, поскольку, при обработке вязких легированных сталей, растачивание который сопровождается образованием сливной, трудно отводимой стружки, не обладает техническими возможностями гарантированного деления сливной стружки на мелкие элементы. Для обеспечения деления стружки, требуется оснащение резцами с со стружкотводами, которые ненадежны, недолговечны и также не гарантируют надежное деление сливной стружки на мелкие элементы и стружкоотвод.
Более гарантированное деление стружки и, соответственно, надежный стружкоотвод возможен вихрефрезерованием.
В диссертации (Косарев Д.В. Повышение точности формообразования внутренних резьб фрезами с твердосполавными пластинами при планетарном движении инструмента: автореф. дис.… канд. техн. наук / Д.В. Косарев СамГТУ; Станкин. - Москва, 2010. - 232 с.) описан способ вихревого нарезания резьбы, представляющий собой скоростное фрезерование вращающимися резцами. В современной технической литературе данный способ отмечается, как способ обработки резьбы с планетарным движением инструмента, обеспечивающим хорошее деление стружки.
Однако отсутствие в известных конструкциях станков для растачивания глубоких отверстий механизма планетарного движения обуславливает невозможность применения вихрефрезерования.
Известно, что вихрефрезерование производится с большими скоростями резания и подачами, что обеспечивает высокую производительность обработки. Процесс вихрефрезерования сопровождается хорошим стружкоделением, что позволяет управлять геометрическими параметрами срезаемого слоя и, соответственно, объемом срезаемой стружки. Это особенно важно при обработке глубоких и прерывистых отверстий (Оробинский, В.М. Определение геометрических параметров срезаемого слоя и подачи на резец головки при обработке цилиндрических поверхностей деталей вихревым фрезерованием / В.М. Оробинский, Ольштынский П.В., Деулин М.М., Бессарабов С.В. Известия Волгоградского государственного технического университета (М-во образования РФ). Сер 2. Прогрессивные технологии в машиностроении / Волгоград. гос. техн. ун-т. - Волгоград. 2003, Вып 6. - 120 с.).
Известен металлорежущий станок, содержащий станину, приспособление для установки и зажима детали, борштангу, установленную на подшипниках в гильзе, люнеты, привод продольной подачи, привод вращения борштанги, выполненный в виде пневматической реактивной турбины, закрепленной на борштанге, и механизма газораспределения турбины, состоящего из внешнего воздушного трубопровода, воздушных запорных клапанов, установленных в каждом люнете, замкнутых канавок, расположенных в направляющих отверстиях люнетов вдоль их оси, и внутренних воздушных радиальных, кольцевого и осевого каналов турбины, образующих единый внутренний воздушный канал между внешним воздушным трубопроводом и соплами турбины при периодическом силовом открытии и закрытии воздушных запорных клапанов и воздействии на них фасками передней и задней крышек гильзы, приводящем к поочередному соединению единого внутреннего воздушного канала с внешним воздушным трубопроводом за счет включения воздушного запорного клапана каждого последующего люнета и отключения предыдущего при перемещении гильзы внутри люнетов, приводящем к потере контакта фасок на торцах крышек гильзы с каждым из предыдущих воздушных запорных клапанов и его отключению, а также к периодическим подаче и прекращению подачи воздуха под давлением в сопла турбины в процессе осевого рабочего хода гильзы и отключению при холостом ходе, причем механизм газораспределения турбины содержит выходные отверстия в крышках, а между борштангой и гильзой установлено промежуточное кольцо так, что радиальные отверстия гильзы и кольца совпадают, а кольцевой канал промежуточного кольца сообщается с радиальным и осевым отверстиями борштанги, образуя общий воздушный канал с внешним воздушным трубопроводом и соплами турбины при растачивании каждого очередного отверстия из ряда соосных (патент РФ 2273548 РФ, МПК В23В 41/00. Металлорежущий станок / В.А. Санинский, Н.Я. Смольников, А.В. Санинский; ВолгГТУ. - 2006).
Недостаток станка в невозможности применения его при растачивании непрерывных глубоких отверстий, т.к. его гильза с борштангой центрируются люнетами, размещение которых в непрерывном отверстии не представляется возможным. Конструкция станка обеспечивает обработку растачиванием, параметры которого не превышают 6-го квалитета точности и не может обеспечить более точную обработку, например, внутренним шлифованием, которое обеспечивает параметры точности, соответствующие 5-му, 4-му квалитету точности и параметры шероховатости в пределах Ra 0,63…0,08.
Низкий технический уровень аналога обусловлен тем, что конструкция станка исключает возможность планетарного движения режушего инструмента, необходимого для более производительного вихрефрезерования и шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
Известен металлорежущий станок, содержащий станину, приспособление для установки и зажима детали, борштангу, установленную на подшипниках в гильзе, люнеты, привод продольной подачи, привод вращения борштанги, выполненный в виде пневматической реактивной турбины, закрепленной на борштанге, и механизма газораспределения турбины, состоящего из внешнего воздушного трубопровода, воздушных запорных клапанов, установленных в каждом люнете, замкнутых канавок, расположенных в направляющих отверстиях люнетов вдоль их оси, и внутренних воздушных радиальных, кольцевого и осевого каналов турбины, образующих единый внутренний воздушный канал между внешним воздушным трубопроводом и соплами турбины при периодическом силовом открытии и закрытии воздушных запорных клапанов и воздействии на них фасками передней и задней крышек гильзы, приводящем к поочередному соединению единого внутреннего воздушного канала с внешним воздушным трубопроводом за счет включения воздушного запорного клапана каждого последующего люнета и отключения предыдущего при перемещении гильзы внутри люнетов, приводящем к потере контакта фасок на торцах крышек гильзы с каждым из предыдущих воздушных запорных клапанов и его отключению, а также к периодическим подаче и прекращению подачи воздуха под давлением в сопла турбины в процессе осевого рабочего хода гильзы и отключению при холостом ходе, причем механизм газораспределения турбины содержит выходные отверстия в крышках, а между борштангой и гильзой установлено промежуточное кольцо так, что радиальные отверстия гильзы и кольца совпадают, а кольцевой канал промежуточного кольца сообщается с радиальным и осевым отверстиями борштанги, образуя общий воздушный канал с внешним воздушным трубопроводом и соплами турбины при растачивании каждого очередного отверстия из ряда соосных отличающийся тем, что станок снабжен механизмом радиального смещения борштанги, состоящим из установленных на осях диаметрально противоположно расположенных кронштейнов задней крышки, копирного пальца, контактирующего поочередно с копировальными пазами, расположенными в направляющих отверстиях люнетов и подпружиненного стопора, гильзы с размещенными в ней промежуточной и внутренней втулками, входящими друг в друга и выполненными с возможностью смещения на величину эксцентриситета путем периодического поворота промежуточной втулки до величины регулярной несоосности растачиваемых отверстий так, что в результате периодических поворотов промежуточной втулки достигается ее эксцентриситет, при этом в разъеме цилиндрических поверхностей контакта промежуточной втулки и гильзы на внутренней поверхности гильзы и наружной поверхности промежуточной втулки выполнены фиксирующие полуотверстия, которые периодически попарно образуют общее отверстие, взаимодействующее через подпружиненный стопор, фиксирующий промежуточную втулку относительно гильзы после каждого поворота промежуточной втулки и ее радиального смещения на величину регулярной несоосности, возникающего от воздействия на нее соединенного с ней копирного пальца, взаимодействующего с копировальным пазом, выполненным на направляющих поверхностях каждого из люнетов и производящим это воздействие при осевом перемещении гильзы в люнете, а копировальные пазы выполнены так, что проекция профиля выхода копировального паза каждого предыдущего люнета на торец последующего люнета совпадает с проекцией профиля входа каждого копировального паза последующего люнета (патент РФ 2391186 РФ, МПК В23В 41/00. Металлорежущий станок / В.А. Санинский, Н.Я. Смольников, Ю.И. Сидякин, А.В. Санинский, Н.П. Сторчак; ВолгГТУ. - 2010).
Недостаток станка в невозможности применения его при растачивании непрерывных глубоких отверстий, т.к. его гильза с борштангой центрируются люнетами, размещение которых в непрерывном отверстии не представляется возможным.
Конструкция станка обеспечивает обработку растачиванием, параметры которого не превышают 6-го квалитета точности и не может обеспечить более точную обработку, например, внутренним шлифованием, которое обеспечивает параметры точности, соответствующие 5-му, 4-му квалитету точности и параметры шероховатости в пределах Ra 0,63…0,08.
Низкий технический уровень аналога обусловлен тем, что конструкция станка исключает возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого для более производительного вихрефрезерования и шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
Известно устройство для растачивания глубоких отверстий в невращающейся детали, позволяющее корректировать траекторию резца и содержащее направляемую по отверстию головку с приводом вращения инструмента, установленного в качающемся резцедержателе, управляемого кулачком. С целью растачивания отверстий с осью в виде плоской кривой, с сохранением его кругового сечения, резцовая головка установлена на гибком валу, а кулачок снабжен приводом его осевого перемещения относительно качающегося резцедержателя.
Кроме того, с целью растачивания отверстий с участками различной кривизны, рабочая поверхность кулачка выполнена с переменным сечением, соответствующим продольному профилю отверстия. При этом, с целью растачивания отверстий с чередующимися прямолинейными и выполненными по дуге окружности участками, перпендикулярно его оси, выполнены по эквидистантам параллельно им сечений поверхности тора отверстия.
Недостаток устройства в недостаточной его компактности и экономичности, вызванной значительными габаритами механизмов приводов подачи и вращения инструментов, обусловленными длинной гибкого вала, которые при данной схеме растачивания длиннее трубы.
Конструкция станка обеспечивает обработку растачиванием, параметры которого не превышают 6-го квалитета точности и не может обеспечить более точную обработку, например, невозможно внутреннее шлифование, которое обеспечивает параметры точности, соответствующие 5-му, 4-му квалитету точности и параметры шероховатости в пределах Ra 0,63…0,08.
Низкий технический уровень аналога обусловлен тем, что конструкция станка исключает возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого для более производительного вихрефрезерования и шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
3
Известен расточной станок (А.с. 1093423 СССР, МКИ В23В 41/12. Металлорежущий станок / Р.М. Красильников; Балаковский Ордена Трудового Красного Знамени машиностроительный завод им. Ф.Э. Дзержинского. - №3584928/25-08; заявл. 28.02.83; опубл. 23.05.84.), у которого количество подшипников качения в узле борштанга - люнеты сведено минимуму.
Низкий технический уровень обусловлен тем, что станок исключают возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого для более производительного вихрефрезерования и шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
3
3
Можно значительно сократить габарит металлорежущего пинольного станка для обработки глубоких прерывистых отверстий, применив компоновку из а.с. 1212707 СССР (МКИ В23В 41/00 Металлорежущий станок / В.А. Санинский. - №3731308/25-08; заявл. 11.04.84; опубл. 23.02.86.). Этот станок имеет длину, меньшую, чем длина станка известной конструкции (а.с. 1093423 СССР, МКИ В23В 41/12. Металлорежущий станок / Р.М. Красильников; Балаковский Ордена Трудового Красного Знамени машиностроительный завод им. Ф.Э. Дзержинского. - №3584928/25-08; заявл. 28.02.83; опубл. 23.05.84), что достигается разделением функций его органов. Осевое усилие обеспечивается от привода подач, выполненного в виде ползуна, передающего движение от электромеханического привода через зубчатые цилиндрические элементы зацепления, установленные в люнете, на закаленную гильзу со шпинделем. Крутящий момент передается от неподвижной шпиндельной бабки через телескопический промежуточный вал, закрытый стальной стиральной лентой, что делает компактнее станка. В более компактной конструкции пинольного станка, представленной в а.с. 1333475 СССР (МКИ В23В 41/00. Металлорежущий станок / Санинский В.А. - №3894672/25-08; заявл. 15.05.85; опубл. 30.08.87.) отсутствуют шпиндельная бабка и промежуточный телескопический вал. Поэтому длина этого станка меньше длины пинолных станков известных конструкций при одинаковой длине рабочего хода. Таким образом, использование металлорежущего станка с самостоятельной пинолью, который является развитием конструкции расточного станка, имеющего шпиндели с выносными опорами, создает экономический эффект благодаря применению в качестве привода подач зубчато-ременной передачи, устранению традиционной шпиндельной бабки и промежуточного вала, соединяющего ее с борштангой, а также сокращению металлоемкости и занимаемой площади.
Низкий технический уровень перечисленных пинольных станков обусловлен тем, что их конструкции исключат возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого как для стружкоделения и стружкоотвода, так и более производительного вихрефрезерования и более точного внутреннего шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
Наиболее близким является устройство для механической обработки глубоких отверстий, при котором совмещают процессы растачивания и режуше-деформирующего протягивания, устанавливая обрабатываемую трубную заготовку между входной и выходной втулками - люнетами соосно с ними, а механическую обработку осуществляют пинолью с установленной в ней борштангой с резцом, привод вращения которой выполнен в виде пневматической турбины, а привод подачи в виде гидроцилиндра с поршнем, воздействующем на пиноль, снабженную пустотелой режуще-деформирующей прошивкой, причем при осуществлении способа пиноль устанавливают перед обработкой глубокого отверстия базируют в исходном положении во входной втулке-люнете, затем включают рабочую подачу, перемещают пиноль в отверстие заготовки и растачивают, базируясь своими деформирующими зубьями вначале по поверхности входной втулки-люнета а затем по поверхности обрабатываемого отверстия, при этом расточной резец устанавливают впереди режуще-деформирующей прошивки и растачивают отверстие начерно, а режущие зубья прошивки увеличивают его размер до диаметра, необходимого для поверхностной пластической деформации и устраняют погрешности растачивания, возникающие от износа резца и его наладки, а дорнующие зубья калибруют отверстие в окончательный размер. По окончании рабочего хода, пиноль перемещают полностью в выходную втулку и затем выполняют обратный рабочий ход, при котором прошивкой повторно калибруют обработанное отверстие и выводят в исходное положение во входную втулку-люнет (Санинский В.А. Совмещенная обработка глубоких отверстий // Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые для внедрения в отрасли: Информ. сб. / ВНИИТЭМР. - М., 1989. - Вып.5. - С.6).
Конструкция устройства позволяет обеспечить повышение качества обрабатываемой поверхности, заключающееся в устранении радиальных зазоров и достижении поверхностной пластической деформации обработанной поверхности при совмещении процессов резания и дорнования.
Низкий технический уровень прототипа обусловлен тем, что конструкция станка исключает возможность планетарного движения режущего инструмента, необходимого как для стружкоделения и стружкоотвода, так и более производительного вихрефрезерования и более точного внутреннего шлифования, обеспечивающего повышение производительности механической обработки за счет высокопроизводительного контурного вихрефрезерования и точности за счет применения внутреннего шлифования.
Тем не менее, предлагаемый способ является наиболее близким техническим решением, позволяющим обеспечить совмещение процессов растачивания и режуще-деформирующего протягивания черновой и чистовой обработки по необработанной поверхности, т.е. в условиях отсутствия переднего направления.
Общим недостатком известных станков на выносных опорах шпинделей является невозможность применения их при растачивании непрерывных глубоких отверстий, т.к. его гильза с борштангой центрируются люнетами, размещение которых в непрерывном отверстии не представляется возможным.
Задачей технического решения является создание новой конструкции металлорежущего станка, позволяющего обрабатывать более широкий диапазон отверстий в трубных заготовках в условиях отсутствия переднего направления.
Техническим результатом является расширение технологических возможностей металлорежущего станка, повышение производительности и точности обработки.
Технический результат достигается в металлорежущем станке для обработки глубоких отверстий в трубной заготовке, содержащем станину, на направляющих которой помещена силовая головка, связанная с гидроцилиндром, включающая коробку скоростей со шпинделем, люнеты и пиноль с борштангой, установленной на подшипниках, толкающую трубу, жестко связанную с пинолью и силовой головкой, и помещенный в нее промежуточный вал, связанный с борштангой и шпинделем свободно в осевом направлении муфтами, передающими крутящий момент от коробки скоростей независимо от передачи осевого усилия толкающей трубы, а борштанга пиноли содержит режущий инструмент, для обработки глубоких отверстий в трубной заготовке, закрепленной между люнетами, при этом он снабжен промежуточной втулкой, полым шпинделем и дополнительной промежуточной трубой, контактирующей с промежуточным валом и толкающей трубой посредством концентрически расположенных соосных параллельных рядов радиально-упорных подшипников с криволинейной формой контакта регулярного периодического профиля, причем дополнительная промежуточная труба подвижно соединена с полым шпинделем и промежуточной втулкой, при этом борштанга установлена на эксцентричных подшипниках, имеющих коллениарные и однонаправленные векторы эксцентриситетов, с возможностью обеспечения планетарного движения в отверстии трубной заготовки борштанги и упомянутого инструмента в виде фрезы или шлифовального круга, а пиноль выполнена с дорнующими зубьями.
Предложенное техническое решение создает возможность обеспечения процессов высокопроизводительного контурного фрезерования многозубым высокопроизводительным режущим инструментом с образованием мелкой сливной стружки и высокоточного планетарного внутреннего шлифования глубоких и прерывистых отверстий, например, с отношением длины l к диаметру d более 12.
На фиг.1 показана схема станка для вихрефрезерования или внутреннего шлифования глубоких отверстий в трубных заготовках с беззазорным базированием по обработанной поверхности.
На фиг.2 показана пиноль станка.
На фиг.3 показана схема расположения и съема припуска в сечении, перпендикулярном продольной оси отверстия.
1
2
На фиг.4 показана схема расположения и съема припуска в продольном сечении, где l - рабочая группа; l - направляющая группа.
На фиг.5 показана схема соосных концентрических радиально-упорных подшипников с криволинейной формой контакта регулярного периодического профиля, помещенных на дополнительной промежуточной трубе между промежуточным валом и толкающей трубой.
Металлорежущий станок 1, на направляющих 2 станины 3 которого помещена силовая головка 4, связанная с гидроцилиндром 5, включающая коробку скоростей 6 со шпинделем 7, содержащий входной люнет 8, выходной люнет 9 и пиноль 10 с борштангой 11, установленной на подшипниках 12, 13, толкающую трубу 14, жестко связанную с пинолью 10 и силовой головкой 4 и помещенный в нее промежуточный вал 15 связанный с борштангой 11 и шпинделем 7 свободно в осевом направлении муфтами 16, передающими крутящий момент от коробки скоростей 6 независимо от передачи осевого усилия толкающей трубы 14, а борштанга 11 пиноли 10 содержит режущий инструмент 17 для обработки глубоких отверстий 18 трубной заготовки 19, закрепленной между входным люнетом 8, выходным люнетом 9.
Люнет 9 состоит из подвижной втулки 20 с центрирующей фаской 21 и подпружиненной тарельчатыми пружинами 22 втулки 23, которые обеспечивают равномерность снимаемого припуска путем центрирования отверстия 18 трубной заготовки 19 относительно шпинделя 7.
На одной оси с промежуточной втулкой 24, помещена дополнительная промежуточная труба 25, соединенная с дополнительным полым шпинделем 26, установленная на соосных концентрических радиально-упорных подшипниках 27, 28 в толкающей трубе 14. Толкающая труба 14 выполнена контактирующей в радиальном направлении через соосные подшипники 27, 28 с промежуточным валом 15 и дополнительной промежуточной трубой 25, соединенной с промежуточной втулкой 24 с возможностью передачи на нее крутящего момента коробки скоростей 6 силовой головки 4 и сообщения борштанге 11 пиноли 10 планетарного движения относительно оси пиноли 10 и оси глубокого отверстий 18 обрабатываемой трубной заготовки 19.
Боршанга 11 пиноли 10 установлена на эксцентричных подшипниках 12 и 13, имеющих коллениарные и однонаправленные векторы Re1=Re2 эксцентриситетов е1, е2 превышающих величину припуска Z (фиг.2) на обработку глубокого отверстия 18.
Для осуществления возможности планетарного силового движения режущего инструмента 17 дополнительный полый шпиндель 26 соединен через шарнирные муфты 16 с промежуточной втулкой 24 и борштангой 11, установленной на эксцентричных подшипниках 12 и 13, выполненных так, что векторы эксцентриситетов подшипников борштанги коллениарны и однонаправлены, а величина эксцентриситетов е1=е2 превышает величину суммарного припуска Z на обработку глубокого отверстия 18. Причем дополнительный полый шпиндель 26 коробки скоростей 6, с целью уменьшения ее габаритов, может иметь продолжение в виде соединенной с ним дополнительной промежуточной трубы 25, в свою очередь соединенной с промежуточной втулкой 24 и расположенной в радиальном направлении между толкающей трубой 14 и промежуточным валом 15. Поскольку длина дополнительной промежуточной трубы 25 значительна (длина ее равна длине 1 т.з. трубной заготовки диаметром d отверстия (1 т.з./d)>10), то она контактирует с толкающей трубой 14 через параллельные рады соосных радиально-упорных подшипников 27, 28, концентрически расположенных относительно друг друга и поддерживающих промежуточный вал 15 в поперечном сечении и также соосно расположенные относительно них в продольном направлении.
При этом существует возможность передачи на промежуточную втулку 24 пиноли 10 от дополнительного полого шпинделя 26 коробки скоростей 6 силовой головки 4 крутящего момента и планетарного движения со скоростью, меньшей скорости вращения промежуточного вала 15 борштанги 11 пиноли 10.
Для создания натяга между обработанной поверхностью глубокого отверстия 18 на пиноли 10 выполнены дорнующие зубья 29 (фиг.2), а для создания на них необходимого усилия от силовой головки 4 в станине 3 выполнен гидроцилиндр 5 с поршнем 30 (П1), рабочая жидкость 31 в который подается из бака 32 насосом 33 через трубопроводы 34.
Для создания усилия разжима тарельчатых пружин 22 станок снабжен гидроцилиндром 35 и поршнем 36 (П2), давление рабочей жидкости 31 на который подается насосом 33 из бака 32 по трубопроводам 37.
Для подачи смазывающее-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания к режущему инструменту 17 станок 1 содержит насос 38 через трубопроводы 39 подающий СОЖ 40.
Металлорежущий станок 1 работает следующим образом.
Для обработки глубокого отверстий 18 обрабатываемая труба 19, закрепляется между входным люнетом 8 и выходным люнетом 9, путем перемещения подвижной втулки 20 с центрирующей фаской 21 и зажатия трубной заготовки 19 подпружиненной тарельчатыми пружинами 22 втулки 23. При этом обеспечивается центрирование глубокого отверстия 18 трубы 19 относительно дополнительной промежуточной трубы 25 пиноли 10, люнетов 8 и 9, промежуточного вала 15 и шпинделя 7.
Базирование обрабатываемой трубной заготовки 19 осуществляется при помощи центрирующих фасок 21, выполненных на наружной поверхности трубной заготовки 19 и обратных фасок (позицией не показаны) в отверстии подвижной втулки 20 и люнета 8 (фиг.1).
Таким образом, обрабатываемая трубная заготовка 19 закреплена между люнетами 8 и 9 враспор и соосно с ними подвижной втулкой 20.
Включается рабочий ход Р.х.П1, подается рабочая жидкость в гидроцилиндра 5 и поршень 30 (П1) по направляющим 2 станины 3 перемещает силовую головку 4, связанная с гидроцилиндром 5, и соответственно, установленную на головке 4 коробку скоростей 6 со шпинделем 7. Пиноль 10, находящаяся в исходном положении во входном люнете 8, с вращающейся от электродвигателя М через коробку скоростей 6 борштангой 11, получает осевое силовое перемещение с подачей S от толкающей трубы 14. Промежуточный вал 15, связанный с борштангой 11 и шпинделем 7 свободно в осевом направлении муфтами 16, передает крутящий момент от коробки скоростей 6 независимо от передачи осевого усилия толкающей трубы 14, которая жестко связана с пинолью 10 и силовой головкой 4, а борштанга 11 пиноли 10 вращает режущий инструмент 17, например, в виде фрезы или шлифовального круга.
Чтобы планетарное движение обеспечивало меньшую скорость Vпл вращения промежуточной втулки 24, чем скорость вращения Vв промежуточного вала 15 и, соответственно, режущего инструмента 17, как это принято при внутреннем шлифовании и контурном фрезеровании, необходимо, чтобы электродвигатель М был соединен с дополнительным полым шпинделем 26 и дополнительной промежуточной трубой 25 понижающими передачами, а с промежуточным валом 15 повышающими передачами. Поэтому коробка скоростей 6 содержит электродвигатель М, ременную передачу с передаточным отношением i1=D1/D2 (фиг.1), повышающие зубчатые передачи i2-z1/z2, i3=z3/z4, i4=z5/z6 и понижающие зубчатые передачи i5=z7/z8, i6=z9/z10, обеспечивающие возможность передачи на промежуточную втулку 24 пиноли 10 от дополнительного полого шпинделя 26 коробки скоростей 6 силовой головки 4 через дополнительную промежуточную трубу 25 крутящего момента и планетарного движения со скоростью Vпл, меньшей скорости вращения Vв промежуточного вала 15 борштанги 11 пиноли 10, т.е. обеспечивалось соотношение Vпл<Vв.
Боршанга 11 пиноли 10 за счет того, что она установлена на эксцентричных, имеющих коллениарные и однонаправленные векторы эксцентриситетов, подшипниках 12 и 13 в промежуточной втулке 24 приобретает планетарное движение относительно оси дополнительной промежуточной трубы 25 и оси глубоких отверстий 18 обрабатываемой трубы 19.
Передний конец борштанги 11, для противодействия осевой силе резания Рх должен устанавливаться на упорный подшипник 13, а для радиальной составляющей силы резания Pz обычно устанавливается на радиальный. Чтобы не устанавливать на передний конец борштанги два подшипника - упорный и радиальный, и тем сократить габариты пиноли и упростить конструкцию станка, в пиноли 10 могут быть применены оба подшипника скольжения 12 и 13 (фиг.5) с криволинейной формой контакта регулярного периодического профиля, который является радиально-упорным и более компактным, чем подшипники качения, аналогичн подшипникам 27, 28 с эквидистантными криволинейными поверхностями контакта.
Для преодоления составляющей силы резания Ро создано усилие Р на силовой головке 4 станок, путем создания нужного давления в гидроцилиндре 29 с поршнем 30 (П1), что обеспечивает перемещение пиноли с режущим инструментом 17 и снятие припуска Z.
При этом СОЖ подается в зону резания со стороны люнета 9.
Во время рабочего хода режущий инструмент 17 совершает планетарное движение и снятие припуска Z за один рабочий ход пиноли 10.
Поскольку припуск Z на обработку отверстия 18, как правило, оказывается смещенным, следует предусмотреть обеспечение его равномерности по периметру отверстия. Схема расположения и съема припуска при выравнивании его в сечении, перпендикулярном продольной оси отверстия показаны на фиг.3 и 4.
После осуществления рабочего хода включается обратный ход.
Для создания усилия разжима тарельчатых пружин 22 станок снабжен гидроцилиндром 35 люнета 9 и поршнем 36 (П2), давление рабочей жидкости 31 на который подается насосом 37 из бака 32.
Для подачи СОЖ в зону резания к режущему инструменту 17 станок содержит насос 38 подающий СОЖ через трубопроводы 39. Возможно применение подачи 0,5-1 мм/об. Увеличение производительности возможно при подаче до 5 мм/об, рекомендуемой при применении фрез, оснащенных резцами с широкой зачищающей режущей кромкой. Такая подача будет более соответствовать применяемой для режуще-деформирующих протяжек. Рекомендуемые припуски при обработке отверстий в трубных заготовках назначают для двух вариантов обеспечения требования к прямолинейности оси отверстия.
Первый вариант обеспечения точности обработки, когда кривизна оси отверстия должна соответствовать ТУ 14-3/941/94, т.е. не более 2% от длины трубы. В этом случае припуск на обработку может составлять, с учетом концевой кривизны, в пределах 1-1,5 мм для диаметров труб 83-220 (мм).
Второй вариант-требование к отклонению оси отверстия 0,1 мм на длине 1 м, что является более жестким требованием, по сравнению с требованиями ТУ 14-3/941/94.
В этом случае припуск на обработку может составлять, с учетом концевой кривизны, до 6…9 мм для диаметров 83-220 (мм), а сам процесс резания будет сопровождаться большими усилиями, чем при первом варианте.
Режимы резания, принятые для каждого отдельного процесса, не должны являться препятствием для их обеспечения на станке и совмещения на нем упомянутых процессов резания.
Расчеты указывают на возможность обеспечения таких режимов: сил резания, осевых усилий на силовой головке.
-0,2
+0,2
Например, при обработке деталей с большой толщиной стенки, рассмотренные оптимальные параметры необходимо скорректировать; натяг и силу дорнования следует существенно увеличить. Например, дорнование трубных заготовок (d×D×l=69,6×90,4×2500…4000 мм), шероховатость внутреннего диаметра Ra 1,25; материал - сталь ШX15СГ-Ш) производят с силой Р=285-300 кН; натяг i=0,9-1,4 мм, скорость дорнования v=12-15 м/мин, смазочный материал - машинное масло с дисульфидом молибдена. Сила, H, при дорновании:
1
P-PΣB,
1
где P - сила на 1 мм длины дорна, Н, зависящая от обрабатываемого материала и натяга;
ΣВ - периметр резания, мм.
Р=71·174000…278400=285…300 кН.
Силовые цилиндры известных протяжных станков мод. 756, на базе которых возможно изготовление станка для обработки трубных заготовок предлагаемой компоновки, позволяют развивать такие усилия.
Таким образом, достигается цель - повышение производительности при обработке глубоких отверстий в стальных заготовках, предварительно не обработанных и имеющих значительную кривизну, имеющих большие припуски, не позволяющие применить переднее направление для пиноли.
Новая конструкция имеет преимущество в достижении совмещения процессов не только растачивания, но и вихрефрезерования и внутреннего шлифования без их предварительной обработки с достижением идентичных параметров точности и шероховатости обработанной поверхности режуще-деформирующими зубьями (фиг.2, 3).
Вслед за вихрефрезерованием тогда возможным становится, прошивание и дорнование.
Возможность осуществления такого совмещения доказана практикой аналогичного совмещения процессов на головках с передним и задним направлением.
Так, на фиг.2 показано такое устройство для растачивания длинных отверстий.
Часть режущих зубьев прошивки должна иметь подъем, превышающий износ режущего инструмента на всей длине отверстия. В результате обработки фреза устраняет искривление оси отверстия, полученное на предшествующих металлургических операциях и превышающее требование к криволинейности оси отверстия трубной заготовки по ТУ 14-3/941/94, полученной, например, после прошивания отверстия оправкой элангатора. При этом режущие зубья прошивки устранят конусность, появившуюся вследствие износа резцов, а дорнующие зубья окончательно формируют поверхность. При осуществлении совмещения, например, вихрефрезерования и режуще-деформирующего прошивания, прошивка, базируясь в исходной направляющей втулке, постепенно перемещается в отверстие заготовки, переносит базу в обработанную часть отверстия трубной заготовки, в дальнейшем также базируясь по его поверхности своими деформирующими зубьями. Затем она полностью переходит в выходную втулку.
При съеме припуска по первому варианту кривизна трубы может сохраняться и тогда пиноль может отклоняться и копировать кривизну.
Для этого ее режущие зубья выполнены с углом снижения (фиг.4).
После полной обработки отверстия, при включении обратного хода прошивка еще раз прокалибрует обработанное отверстие, и процесс обработки закончится.
Подача, применяемая при растачивании (контурного фрезерования фрезами, оснащенными резцами) резцами с обычной геометрией, не является оптимальной для протягивания и дорнования, однако при совмещенной обработке вполне приемлема. Подача, рекомендуемая при растачивании (контурном фрезеровании) резцами с широкой зачищающей режущей кромкой, будет более соответствовать применяемой скорости резания для режуще-деформирующих протяжек и боле высокой производительности обработки. Следовательно, режимы резания, принятые для каждого отдельного процесса, не являются препятствием для их совмещения.
Схема расположения и съема припуска в сечении, перпендикулярном продольной оси отверстия (фиг.3) имеет следующие обозначения элементов:
1
2
3
е, е и е - смещение оси отверстия соответственно в заготовке, расточенного и общее;
заг.
раст.
D, D - диаметр отверстия соответственно в заготовке и после растачивания;
- диаметр отверстия соответственно после обработки режущими и калибрующими зубьями;
- наибольший и наименьший диаметры дорнующих зубьев;
D - окончательный диаметр отверстия;
д
пр
p
z; z; z; z - припуск соответственно под дорнование, прошивание, вихрефрезерование и суммарный припуск, соответственно;
I-I, II-II, III-III - обозначение оси отверстия соответственно в заготовке, после растачивания и после прошивания.
1
2
д
пp
p
z
p
Общее смещение Е=е+e; припуск z=z+z+z. Векторы смещения припусков R и направления кривизны оси отверстия R в заготовке могут быть направлены в разные стороны и для их учета общий припуск под обработку следует рассчитывать по формуле
общ
д
пp
p
z=z+z+z+p,
где р - величина кривизны или отклонения продольной оси заготовки.
Дорнующие зубья могут быть выполнены с углом снижения (фиг.4)
также для уменьшения осевой и радиальной составляющих сил, воздействующих на направляющую часть прошивки за счет вывода зубьев из зоны интенсивного воздействия волны внеконтактной деформации
Применение описанного выше устройства позволяет повысить производительность обработки в результате совмещения процессов растачивания и режуще-деформирующего протягивания при обработке глубоких сплошных, прерывистых, полузакрытых и ступенчатых отверстий, а также может обеспечить получение экономического эффекта за счет экономии производственной площади и применения однотипного оборудования в линиях механической обработки некоторых видов туннельных картеров, картеров механизма газораспределения и деталей с глубокими сплошными отверстиями.
Повышение технических возможностей новой конструкции достигается за счет более высокопроизводительного контурного вихрефрезерования, а повышение точности - за счет применения внутреннего шлифования, позволяющих, обеспечить уменьшение типажа станков на операции механической обработки глубоких отверстий в трубных заготовках за счет выполнения совмещения процессов растачивания и режуще-деформирующего протягивания и шлифования, а также черновой и чистовой обработки по необработанной поверхности, т.е. в условиях отсутствия переднего направления.
Технико-экономический эффект от применения станка создается расширенных технологических возможностей станка, обеспечивающих повышение производительности контурным фрезерованием и точности внутренним планетарным шлифованием.
Другим положительным эффектом является достижение расширения технологических возможностей за счет обработки более широкого диапазона отверстий в трубных заготовках за счет введения в конструкцию привода дополнительного пологого шпинделя и промежуточной втулки со смещенной на эксцентричных подшипниках борштангой, что позволяет выполнять в процессе механической обработки планетарное вихрефрезерования, внутреннее шлифования и последующее режуще-деформирующего прошивание, а также совмещения черновой и чистовой обработки ранее необработанной поверхности длинномерной трубной заготовки условиях отсутствия переднего направления, а также повышения точности обработки на основе беззазорного базирования режущего инструмента пиноли.
Вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
создана полезная модель металлорежущего станка, включающая устройство осуществления планетарного движения круговой подачи режущего инструмента на примере цилиндрической гребенчатой фрезы и шлифовального круга, обеспечивающими достижение нового технического результата, заключающегося в осуществлении процессов более производительного контурного фрезерования с улучшением стружкоделения путем получением мелкосыпучей стружки и более точного способа планетарного шлифования глубоких и прерывистых отверстий, например с отношением длины к диаметру более 12. При этом совмещение чернового и чистовой обработки, а также операций вихрефрезерования и режуще-деформирующего пришивания глубокого отверстия на одном станке создает возможность сокращения числа станков и их унификации на участке обработки длинномерных трубных заготовок.
Для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами, обеспечения достижение усматриваемого технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применяемость».