Хонинговальная головка

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к обработке металлов резанием, в частности к хонинговальным головкам для окончательной обработки точных отверстий.
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.
Известна 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.
Известна хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков, выполненный в виде пакета последовательно собранных тарельчатых пружин конической формы с углом наклона образующей конуса 5-14 градусов, установленных между уступом разжимного штока и корпусом, и возвратные пружины [Патент RU 168775, В24В 33/08, 2017 г].
Недостатком устройства является наличие большого числа контактов пакета тарельчатых пружин по длине колодок брусков, что приводит к неравномерности распределения усилия поджатия между ними. Неравномерность распределения усилия поджатия снижает точность формы обрабатываемого отверстия.
Известна хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий элемент в виде гофрированной обечайки, на наружной поверхности которой закреплены абразивные бруски, и цилиндра с радиальными отверстиями, установленным в корпусе внутри гофрированной обечайки, при этом все образующиеся полости заполнены гидропластмассой, а торцевые поверхности гофрированной обечайки, расположены под углом уклона 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки, соответствующим углу уклона внутренних направляющих поверхностей корпуса. Разжимной шток выполнен в виде ступенчатого поршня, установленного с возможностью воздействия на гидропластмассу [Патент RU 171783, В24В 33/08, 2017 г].
Недостатком устройства являются малая жесткость тонкой гофрированной обечайки в радиальном направлении, и при давлении гидропластмассы прогибу ее вместе с абразивными брусками, что приведет к уменьшению точности формы обрабатываемого отверстия. Кроме того наличие осевой составляющей силы приведет к неравномерности силы трения на наклонных направляющих разных торцов, что так же приведет к уменьшению точности обрабатываемого отверстия.
Наиболее близким техническим решением является хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий колодки с абразивными брусками, разжимной шток, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков, выполненный в виде установленной на разжимном штоке упругой гофрированной оболочки с треугольным профилем и с углом раскрытия образующих гофры, равным 10-28 градусам, и возвратные пружины для возврата колодок в исходное положение, при этом разжимной шток выполнен ступенчатым, а внутренние направляющие поверхности корпуса с углом уклона к радиусу головки, соответствующим углу уклона торцевых поверхностей несущих колодок и равным 2-6 градусам [Патент RU 172755, В24В 33/08, 2017 г].
Недостатком устройства является неравномерность распределения продольных усилий деформации гофр вдоль хонинговальной головки от ступенчатого штока до корпуса за счет наличия сил трения в местах контакта внутренней поверхности гофр и ступенчатого штока, и наружной поверхности гофр и внутренней поверхности несущих колодок. В результате происходит неравномерная деформация гофр вдоль хонинговальной головки от ступенчатого штока до корпуса и неравномерное распределение давления гофр на несущие колодки по длине. Что приводит к заклиниванию перемещения несущих колодок по ответным направляющим поверхностям корпуса и снижению точности формы обрабатываемого отверстия.
Задача - разработка конструкции хонинговальной головки с простым механизмом поджатия колодок с абразивными брусками, обеспечивающего радиальное и осевое перемещение, равномерное 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, фиксируемые возвратными пружинами несущие колодки с абразивными брусками, выполненные с торцевыми поверхностями с углом уклона равным 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки и установленные в корпусе с возможностью одновременного осевого и радиального перемещения несущих колодок по ответным внутренним направляющим поверхностям корпуса, разжимной шток и установленные на разжимном штоке разжимные элементы, при этом разжимные элементы выполнены в виде шариков, попарно размещенных в конических углублениях разжимного штока и оснований каждой несущей колодки.
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении вниз штока, его конические углубления воздействуют на шарики, которые воздействуют через углубления в основаниях несущих колодок, перемещая несущие колодки в радиальном направлении. Торцевые поверхности несущих колодок, выполненные с углом уклона равным 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки, обеспечивают одновременно с радиальным и осевое перемещение несущих колодок по ответным внутренним направляющим поверхностям корпуса.
Радиальное расположение несущих колодок с абразивными брусками обеспечивает установку максимального количества несущих колодок с абразивными брусками, что способствует повышению производительности обработки отверстия. При этом равномерное приложение радиальной нагрузки обеспечивается посредством пары шариков для каждой из несущих колодок, что обеспечивает точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Осевое перемещение колодок позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности.
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
P
Хонинговальная головка содержит корпус 1, в радиальных прорезях 2, которого установлены несущие колодки 3 (длиной  и шириной b) с абразивными брусками 4 с возможностью их свободного радиального (S) и осевого перемещения (S). Разжимной шток 5 цилиндрической формы диаметром d свободно перемещается внутри корпуса 1.
O
R
Торцевые поверхности 6 несущих колодок 3 выполнены под углом 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки и установлены в корпусе 1 с обеспечением одновременного осевого (S) и радиального (S) перемещения несущих колодок 3 по ответным внутренним направляющим поверхностям 7 корпуса 1.
Разжимные элементы выполнены в виде пары шариков 8 для каждой из несущих колодок 3, размещенных, соответственно, в конических углублениях 9 и 10 на наружной поверхности 11 штока 5 и основаниях 12 каждой несущей колодки 3.
Возвратные пружины 13 предназначены для возвращения несущих колодок 3 в исходное положение после подъема штока 5.
R
O
P
R
R
R
O
Устройство работает следующим образом. 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, при осевом перемещении (S) вниз штока 5, его конические углубления 9 воздействуют на шарики 8, которые воздействуют через углубления 10 в основаниях 12 несущих колодок 3, перемещая несущие колодки 3 в радиальном направлении (S) и осуществляется дозированная подача S абразивных брусков 4. При этом выполнение несущих колодок 3 с торцевыми поверхностями 6 с углом уклона равным 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки, обеспечивает одновременно с радиальным (S) и осевое перемещение (S) несущих колодок 3 по ответным внутренним направляющим поверхностям 7 корпуса 1.
P
R
Можно определить осевое перемещение S разжимного штока 5 для достижения радиальной подачи S по формуле:
R
где S - радиальная подача несущих колодок 3 с абразивными брусками 4;
O
S - осевое перемещение несущих колодок 3;
α - угол уклона ответных направляющих поверхностей 7 корпуса 1 и соответствующего угла уклона торцевых поверхностей 6 несущих колодок 3;
β - угол при вершине конуса конических углублений 9, 10 соответственно на наружной поверхности 11 штока 5 и основаниях 12 несущих колодок 3.
P
R
При β=90° S=S
Для обеспечения максимальной производительности хонинговальной головки ширина несущих колодок 3 должна быть
где b - ширина несущих колодок 3;
P
d - диаметр штока 5;
n - количество несущих колодок 3;
Диаметр шариков должен быть
d≤b
где d - диаметр шариков 8;
Высота несущих колодок при β=90°
где h - высота несущих колодок 3;
Для обеспечения равномерного приложения радиальной нагрузки на несущие колодки расстояние между шариками 8 в осевом направлении должно быть
- расстояние между шариками 8;
- длина несущих колодок 3; Рассчитаем предельные значения угла уклона α ответных направляющих поверхностей 7 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 6 несущих колодок 3 к радиусу головки.
Наибольшее значение выбираем из условия самоторможения этих поверхностей по формуле
max
tgα≤tgϕ;
где  - коэффициент трения стали по стали;
тогда
max
α≤6°;
max
max
max
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 7 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 6 несущих колодок 3 к радиусу головки α=60.
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
где  - минимальный размер абразивного зерна;
- максимальная глубина резания, мм
min
α=2°
min
min
min
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 7 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 6 несущих колодок 3 к радиусу головки α=2°.
Таким образом, использование хонинговальной головки, содержащей корпус, фиксируемые возвратными пружинами несущие колодки с абразивными брусками, выполненные с торцевыми поверхностями с углом уклона равным 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки и установленные в корпусе с возможностью одновременного осевого и радиального перемещения несущих колодок по ответным внутренним направляющим поверхностям корпуса, разжимной шток и установленные на разжимном штоке разжимные элементы, выполненные в виде шариков, попарно размещенных в конических углублениях разжимного штока и оснований каждой несущей колодки, обеспечивает увеличение точности формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.