МИКРОМЕТРИЧЕСКАЯ РАСТОЧНАЯ ОПРАВКА

Полезная модель относится к области обработки металлов резанием и в частности это касается расточных приспособлений, оправок (бортштанг) для высокоточной размерной настройки режущего инструмента при окончательной расточки отверстий (например, алмазной), когда требуется подналадка резца на размер с точностью 0,001 мм, и точнее в определенном диапазоне.
Известны приспособления и устройства для высокоточной размерной настройки расточных оправок (бортштанг) для алмазных и других точных работ, где для высокоточной настройки используют упругую деформацию самой оправки или резцедержателя путем механического или теплового воздействия на определенные части оправки или приспособления, что позволяет осуществлять высокоточную радиальную подачу режущего инструмента, в определенном диапазоне, когда люфты в кинематике упругой деформации сводятся к минимуму или вообще отсутствуют, а это позволяет разделить размерную настройку оправки или резцедержателя на предварительную (менее точную) и высокоточную, что позволяет повысить точность обработки и упрощает установку резца на необходимый точный размер при упрощении конструкции самой оправки.
Известно «Приспособление к алмазно-расточным станкам» (а.с. №307851) где с целью повышения точности настройки резца, резцедержатель выполнен упругодеформируемым, причем деформация осуществляется в направлении подачи резца. Однако указанное приспособление имеет сложную кинематику связи регулировочной отсчетной шкалы с самим резцедержателем, потребность которой вызвана необходимостью выноса шкалы из зоны обрабатываемого отверстия. Деформируемая зона резцедержателя, образованная перемычкой отверстия управляемая через сложный кинематически связанный толкатель, имеет недостаточную длину для получения необходимых перемещений резца при сохранении упругой деформации. Резцедержатель представляет собой консольную балку с моментом сопротивления, определяемым указанной перемычкой в зоне максимального изгибающего момента, что снижает жесткость оправки и соответственно точность и чистоту обрабатываемых отверстий из-за скручивающего момента перемычки от усилия резания и микро перемещений резцедержателя, от усилия резания, по регулировочному толкателю т.к. упругодеформируемая перемычка скручивается пропорционально усилию резания. Кроме того, это приспособление не пригодно для обработки глубоких отверстий из-за значительных габаритов корпуса приспособления.
Известно также техническое решение «Способ размерной настройки расточной оправки» (а.с. №1516238), где высокоточная подналадка расточной оправки путем размерной настройки режущего инструмента осуществляется изменением температуры одной из продольных частей оправки в виде двух стержней, а между стержнями имеется теплоизолирующий материал. И когда по одному из стержней подают предварительно нагретую, до определенной температуры, жидкость то по другому стержню пропускают жидкость постоянной температуры. В результате разницы температуры частей оправки происходит линейное удлинение подогретого стержня расточной оправки и она (оправка) изгибается в сторону стержня с постоянной температурой, что совпадает с направлением подачи резца, и он перемещается на величину, зависящую от разности температур в продольных стержневых частях оправки. Однако использование разности температур продольных частей расточной оправки и упругой деформации всего корпуса оправки и соответственно перемещение резца - требуют решения еще целого ряда задач для поддержания постоянной величины деформации оправки (установленного размера) т.к. в процессе обработки детали с использованием СОЖ, температура оправки будет уменьшаться, а также она будет уменьшаться от интенсивного взаимодействия оправки с окружающим воздухом во время вращения, что требует постоянного контроля разницы температур частей оправки и коррекции степени нагрева подаваемой жидкости, притом сильный нагрев оправки (для подачи резца на 0,2 мм. требуется нагрев жидкости до 130 градусов) является крайне опасным для персонала использующего ее в работе, что делает оправку сложной в изготовлении и в обслуживании, а также опасной в реальном, производстве.
В качестве прототипа выбрана расточная оправка (бортштанга) по патенту ФРГ №809740 от 02.08.1951, в корпусе которой выполнен сквозной паз вдоль оправки, а резец установлен на части корпуса оправки ограниченной и образованной длиной продольного паза, при этом настройка резца на размер осуществляется путем упругого деформирования части корпуса, ограниченной сквозным пазом, распираемой винтом ввернутым в одну часть оправки и установленного перпендикулярно сквозному пазу оправки и с упором в другую часть оправки образованную сквозным пазом в которую установлен резец. Однако установка резца в зоне паза значительно ограничивает габариты режущего инструмента и усложняет его крепление, а используя только деформацию части корпуса оправки на длине паза для подналадки резца, установленного на ней, на необходимый размер, ведет к исключению обработки глухих отверстий, притом в патенте ФРГ №809740, вопрос контролирования перемещения резца не решен, а при упоре регулировочного винта в деформируемую часть оправки, несущей резец, происходит «скручивание» части оправки ограниченной продольным пазом, из-за усилий резания во время обработки детали (расточка) из-за микропроскальзывания упорного торца винта по внутренней поверхности паза из-за отсутствия кинематической связи упругодеформируемых частей оправки ограниченных пазом, что приведет к вибрации, снижению точности и ухудшению повторяемости поднастройки на заданный размер.
Задачей настоящей полезной модели является повышение точности, жесткости, а также расширение технологических возможностей и стабильности настройки резца на заданный размер.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемой оправке, в корпусе между резцом и хвостовиком (например цилиндрическим) крепления самого корпуса оправки в шпинделе станка или в расточном патроне, выполнен сквозной продольный паз, смещенный относительно оси оправки в направлении подачи резца. Паз разделяет часть корпуса на две продольные, не равные в поперечном сечении части, деформируемые при настройке на размер резца с помощью регулировочного винта с головкой под съемный ключ с отсчетной шкалой на нем, а сам регулировочный винт расположен перпендикулярно в средней части паза, и ввернут в большую часть (с большим поперечным сечением) и взаимодействующий с другой меньшей (с меньшим поперечным сечением) частью корпуса. При стягивании регулировочным винтом выше указанных частей оправки происходит уменьшение линейных размеров этих частей пропорционально их разницы в поперечном сечении и степени стягивания, что вызывает упругую деформацию корпуса оправки в сторону меньшей части и это совпадает с направлением подачи резца.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг. 1 изображена предлагаемая оправка (в горизонтальном положении) и съемный ключ с отсчетной шкалой - общий вид; на фиг. 2 - вид А, согласно фиг. 1, показана оправка, вид с верху и штрих-риски на ней; на фиг. 3 - вид Б, согласно фиг. 1, показан съемный ключ с отсчетной шкалой и с профильным отверстием под головку регулировочного винта оправки; на фиг. 4 показана фотография оправки с резцом и съемным ключом с отсчетной шкалой.
Оправка состоит (рассматривается горизонтальное положение) из преимущественно цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1, 2), являющимся одновременно, в передней части, резцедержателем, на котором укреплен резец 2, и с задней частью 3 в виде хвостовика (цилиндрического) для крепления в шпинделе станка. В корпусе 1, где между зонами крепления резца 2 и крепления 3 самого корпуса 1, в шпинделе станка или в расточном патроне, выполнен сквозной продольный паз 4, расположенный параллельно оси корпуса 1 и смещенный относительно ее (оси) в сторону направления подачи резца 2. Паз 4 разделяет часть корпуса 1 на две продольные части - большую 5 и меньшую 6, связанные между собой регулировочным винтом 7, ввернутым в большую часть 5 и взаимодействующим с меньшей 6. Сопрягаемые центрирующие поверхности винта 7 и меньшей части 6 выполнены коническими, соответственно 8, 9, что обеспечивает стабильное положение головки 10 винта 7 относительно меньшей части 6 корпуса 1 оправки и создающие большую поверхность взаимного трения, предотвращая отворачивание регулировочного винта 7 в процессе использования оправки при возникновении усилий резания. Комбинированная головка винта 7 снабжена многогранным выступом 10 и защитным фланцем 11, а на многогранный выступ 10 винта 7 одевается или снимается съемный ключ 12 (фиг. 1, 3) с соответственно проградуированной отсчетной шкалой 13 на наружной фаске 14 дисковой части 15 ключа 12 с рукояткой 16, а на корпусе 1 оправки нанесены штрих-риски 17 (фиг. 2). В съемном ключе 12, в центре его дисковой части 15, имеется профильное отверстие в виде замкнутого зева 18 (фиг. 3) под головку 10 винта 7, а в нижней части дисковой части 15 ключа 12, по оси профильного отверстия 18, имеется цилиндрический выступ 19 для взаимодействия с расточкой 20 (фиг. 1, 2) на меньшей части 6, по оси винта 7 и отверстия под него; на фиг 1 показан контур 21 формы упругой деформации корпуса 1 оправки при стягивании винтом 7 частей 5, 6 разделенных пазом 4, а на фиг. 3 - на съемном ключе 12 с дисковой частью 15 и отсчетной шкалой 13 имеется указатель 22 направления вращения ключа 12 за рукоятку 16 для установки резца 2 на больший или меньший диаметр и обозначение 23 «цены» деления отсчетной шкалы 13 (как правило не более 0,001 мм.).
Предложенная оправка работает следующим образом. До начала использования оправки - в зоне резцедержателя, в передней части корпуса 1, устанавливается резец 2 который, как правило, вне станка предварительно настраивается на необходимый размер относительно оси вращения оправки, когда осуществляется радиальное перемещение резца 2 на необходимую величину, с припуском для точной подналадки, с использованием известных приемов, оптического прибора типа ЧИЗ-2010, или путем замера расстояния от режущей кромки резца 2 до корпуса 1 оправки с заранее известными ее геометрическими параметрами. При этом регулировочный винт 7 должен быть ввернут в большую часть 5 с минимальным натягом в сопрягаемых конусных поверхностях 8, 9 головки 10 винта 7 и меньшей части 6, притом эти поверхности смазаны антизадирной смазкой. В последующем, корпус 1 оправки, закрепляется хвостовиком задней части 3 в шпинделе станка или в расточном патроне. После замера фактического положения резца 2, относительно оси вращения оправки, станочной системой измерения или после пробной расточки отверстия определяется необходимая величина высокоточного положения резца и производится подналадка оправки на необходимый точный размер. Для точной подналадки, оправки, на размер - ключ 12 с отсчетной шкалой 13 на наружной фаске 14 дисковой части 15 и с профильным отверстием 18, устанавливается на многогранную головку 10 винта 7, при этом ключ 12 своим цилиндрическим выступом 19 входит в расточку 20 на меньшей части 6 оправки до упора в защитный фланец 11, который предохраняет взаимодействующие конусные поверхности 8, 9 винта 7 и меньшей части 6 от попадания на них посторонних мелких предметов (включая стружку). Расточка 20 на меньшей части 6 и цилиндрический выступ 19 на ключе 12 дают возможность довести до технологического минимума выступание головки 10 винта 7 за наружные габаритные размеры цилиндрической части корпуса 1 оправки для успешного прохода всего корпуса оправки 1 в глубокое отверстие с минимальным вылетом резца 2. После установки ключа 12 на головку 10 винта 7, дисковая часть 15 ключа 12 с отсчетной шкалой 13 на фаске 14 имеет минимальный зазор между нижней частью ключа 12 и меньшей частью 6 корпуса 1, что облегчает считывание значений отсчетной шкалы 13 относительно штрих-рисок 17 на меньшей части 6 корпуса 1. Вращая ключ 12 за рукоятку 16 и считывая показания с отсчетной шкалы 13 относительно штрих-рисок 17 производится необходимая точная подналадка установки резца вращением винта 7 по направлению стрелки 22 на диске 15 ключа 12 (фиг 1, 2, 3). Вращая ключ и считывая значение шкалы 13 с «ценой» делений 23 устанавливается необходимый размер. При этом при вворачивании винта 7 в большую часть 5, меньшая менее жесткая часть 6 с меньшим поперечным сечением чем большая часть 5 корпуса 1 изгибается в сторону оси оправки и линейно укорачивается, пропорционально величине изгиба, при этом большая более жесткая часть 5 в пределах паза 4 корпуса 1 также изгибается в сторону оси оправки но в меньшей мере, чем меньшая часть 6 из-за разницы поперечного сечения ввиду смещения продольного паза 4 относительно оси корпуса 1 оправки. В результате разницы степени упругой деформации меньшей 6 и большей 5 частей корпуса 1 оправки и возникшей разницы их линейных размеров происходит упругая деформация 21 всего корпуса 1 оправки в зоне паза 4 в сторону меньшей части 6, что совпадает с направлением подачи резца 2 т.к. он находится на деформируемой передней части оправки служащей и резцедержателем, а отсчет величины перемещения осуществляется по рискам отсчетной шкалы 13 съемного ключа 12 относительно штрих-рисок 17 на корпусе 1 оправки. В зависимости от технологической необходимости - при изготовлении оправки, возможны варианты выполнения длины продольного паза, его ширины и положения его относительно резца 2 и хвостовика крепления 3, а также оси оправки, что определяет величину деформируемого участка корпуса 1 и обеспечивает выбор типоразмеров оправки с различным диапазоном точной настройки резца в пределах упругой деформации корпуса 1 так как чем ближе паз 4 к резцу 2 тем меньше диапазон, а чем ближе паз 4 к хвостовику 3 тем больше диапазон поднастройки резца на точный размер. После точной настройки резца 2, оправки, по отсчетной шкале 13 - ключ 12 снимается с головки 10 винта 7 и при необходимости, в процессе работы, проводится дополнительная подналадка резца 2, оправки как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения размера, когда ключ 12 вновь одевается на головку 10 винта 7 и по отсчетной шкале 13 выполняются действия описанные выше. При этом «цена» делений 23 отсчетной шкалы 13 ключа 12, как правило, не более чем 0,001 мм, т.к. упругой деформацией корпуса 1 осуществляются только микроперемещения резца в определенном диапазоне.
Предлагаемая оправка имеет высокую жесткость, как на изгиб, так и на кручение, поскольку весь корпус, представляющий собой замкнутую систему и участвует в восприятии моментов резания. Высокая жесткость, отсутствие каких либо люфтов, отсчетная шкала с точной «ценой» деления обеспечивает высокую точность настройки резца на размер с многократным повторением за счет микродеформации корпуса оправки в сторону подачи резца или в обратную сторону, что позволяет вести обработку практически на любых режимах резания, сквозных и глубоких глухих отверстий, а крупные деления отсчетной шкалы равные значению 0,001 мм, и точнее позволяют иметь предсказуемое качество и точность обработки, а также повышает удобство в использовании. Оправка имея только две взаимно подвижные детали которые всегда имеют взаимный натяг (корпус оправки и регулировочный винт с взаимно центрирующими конусными поверхностями), а также съемный ключ позволяющий вынести за пределы оправки отсчетную шкалу на его дисковую часть, позволяют считать, что предложенная оправка может широко использоваться при металлообработке в любых отраслях машиностроения, особенно точных, а также может стать изделием массового производства в инструментальной промышленности, т.к. потребность в этом инструменте имеется практически для каждого расточного станка. Все это обусловлено исключительной простотой (см. фиг. 4 - фотография) и экономичностью, ввиду минимальной стоимости по сравнению с аналогами при высокой точности подналадки режущего инструмента.