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, B24B 33/02, 1983 г.].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатия колодок с брусками к обрабатываемой поверхности и сосредоточенного приложения нагрузки в двух точках колодки и невозможности 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, B24B 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 обеспечивающий соосности колодок брусков при сосредоточенном 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, B24B 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, B24B 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 невозможности 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, распределенное 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, разжимные элементы, установленные с возможностью взаимодействия с колодками брусков, разжимной шток, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков и возвратные пружины, при этом механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков выполнен в виде пакета последовательно собранных тарельчатых пружин конической формы с углом наклона образующей конуса 5-14 градусов, установленных между уступом разжимного штока и корпусом.
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении разжимного штока, уступ которого сжимает пакет тарельчатых пружин, упирающийся в торец корпуса, наружный диаметр пакета тарельчатых пружин обеспечивает радиальное и осевое перемещение колодок брусков. Осевое перемещение колодок позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности. Пакет тарельчатых пружин, установленный 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 пакета тарельчатых пружин обеспечивает установку максимального количества колодок брусков, обеспечивающее повышение производительности.
Сущность конструкции хонинговальной головкой поясняется фигурами.
На фиг. 1 показан продольный разрез хонинговальной головки.
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А хонинговальной головки.
На фиг. 3 показан продольный разрез хонинговальной головки в момент максимального сжатия пакета пружин.
На фиг. 4 показана схема хонинговальной головки для расчета оптимального значения угла наклона а тарельчатой пружины.
Предлагаемая конструкция хонинговальной головки содержит корпус 1, в радиальных прорезях которого установлены несущие колодки 2 с абразивными брусками 3 с возможностью свободного радиального и осевого перемещения. Внутренние поверхности несущих колодок 2 контактируют с наружным диаметром пакета последовательно соединенных тарельчатых пружин 4. Внутренним диаметром пакет тарельчатых пружин 4 установлен на цилиндрической поверхности разжимного штока 5. Пакет тарельчатых пружин 4 располагается между уступом 6 разжимного штока 5 и корпусом 1. Возвратные пружины 7, 8 предназначены для возвращения несущих колодок 2 в исходное положение после подъема разжимного штока 5.
Устройство работает следующим образом.
После ввода хонинговальной головки в обрабатываемое отверстие включается вращение ее и возвратно-поступательное движение, после чего вступает в действе механизм радиального и осевого перемещения, осуществляющий радиальное и осевое перемещение несущих колодок 2 с абразивными брусками 3. После каждого двойного хода хонинговальной головки механизм радиального и осевого перемещения в виде пакета последовательно соединенных тарельчатых пружин 4 дозированной подачи сжимает разжимной шток 5 вдоль оси хонинговальной головки вниз на определенную величину.
При зажиме пакета тарельчатых пружин 4 увеличивается их наружный диаметр и перемещается вдоль оси вниз. Из фигуры 3 видно, что при деформации пакета тарельчатых пружин 4 точка наружного диаметра А переходит в новое положение А', при этом она перемещается как в радиальном направлении на величину ΔR, так и в осевом направлении на величину максимальной деформации. И за счет силы трения между тарельчатыми пружинами и несущими колодками 2 с абразивными брусками 3 несущие колодки 2 с абразивными брусками 3 перемещаются в радиальном и осевом направлении.
П
При этом величина деформации пакета (S) тарельчатых пружин 4 определяется по формуле:
П
З
S=n⋅S,
где n - количество тарельчатых пружин в пакете,
З
S- величина максимальной деформации тарельчатой пружины в осевом направлении.
0,2
5
Из фигуры 4 можно рассчитать предельные значения угла наклона α тарельчатой пружины 4. Наибольшее значение выбираем из условия максимального сжатия тарельчатой пружины 4 и достижения по наружному диаметру 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 тарельчатой пружины 4 до деформации,
D' - наружный диаметр тарельчатой пружины 4 после максимальной деформации,
0,2
σ - предел текучести условный,
В
σ - временное сопротивлению разрыву,
5
δ- относительное удлинение после разрыва.
max
Из геометрических построений можно определить максимальное значение угла наклона образующей конуса α тарельчатой пружины 4 по формуле:
После подстановки механических характеристик стали 65 Г
max
α≤14°.
max
Таким образом, максимальное значение угла наклона образующей конуса α тарельчатой пружины 4 равен 14°.
min
Наименьшее предельное значение угла наклона α тарельчатой пружины 4 определяем из условия достижения при максимальной деформации пружины максимальной относительной глубины резания по формуле
где D - наружный диаметр тарельчатой пружины 4 до деформации,
max
t - максимальная глубина резания на диаметр, мм.
min
Из геометрических построений получаем зависимость наименьшего значения угла наклона образующей конуса α тарельчатой пружины 4
max
После подстановки для финишной обработки t=0,2 мм и D=50 мм получаем
min
α≥5°
min
Таким образом, минимальное значение угла наклона образующей конуса α тарельчатой пружины 4 равно 5°.
З
Из схемы (фиг. 4) хонинговальной головки для расчета оптимального значения угла наклона образующей конуса α тарельчатой пружины можно также рассчитать максимальную деформацию S тарельчатой пружины 4 по формуле
и деформацию тарельчатой пружины 4 в радиальном направлении
В результате распределенной нагрузки пакета тарельчатых пружин 4 при зажиме разжимным штоком 5 обеспечивается равномерное прижатие несущих колодок 2 с абразивными брусками 3 к обрабатываемой поверхности отверстия, что способствует повышению точности цилиндрической формы отверстия.
Таким образом, хонинговальная головка с механизмом осевого и радиального перемещения в виде пакета последовательно собранных тарельчатых пружин конической формы с углом наклона образующей конуса 5-14 градусов, установленных между уступом разжимного штока и корпусом, обеспечивает повышение точности формы обрабатываемого цилиндрического отверстия с высоким качеством обработанной поверхности и максимальной производительностью.