УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ

УСТРОЙСТВО для ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМ
ИНСТРУМЕНТОМ.
Решение относится к механической обработке деталей из труднообрабатываемых материалов с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и с использованием ультразвуковых колебаний (УЗК).
В современной промышленности все более широкое применение находят сверхтвердые и сверхпрочные материалы, которые, в свою очередь, очень плохо обрабатываются резанием, что усугубляется еще и их высокой пластичностью. Кроме того, очень многие инструменты (протяжки, метчики, сверла, зенкеры, фрезы и т.п.) изготавливаются из быстрорежущих сталей, имеющих недостаточно высокие твердость, прочность, теплостойкость и износостойкость. Таким образом, одной из основных причин выхода инструмента из строя является его поломка.
Для снижения сил резания и трения при обработке широко применяются СОЖ. Однако, во многих случаях, особенно при обработке труднообрабатываемьк материалов, этого недостаточно, т.е. силы резания и трения остаются все еще слишком большими и инструмент ломается. Да и нормальное изнашивание инструмента протекает тем медленнее, чем большее смазочное и диспергирующее действие оказывает СОЖ.
Известно устройство для нарезания внутренних резьб в труднообрабатываемых материалах с использованием УЗК, которые накладываются как на инструмент, так и на деталь в направлении движения подачи или резания, содержащее приспособление для закрепления заготовки, генератор УЗК и вибратор, передающий колебания инструменту или обрабатываемой заготовке а.с. СССР № 986600 В23В1/00, 1983 г..
М КЛ.6 В24 В 1/04
-сложная конструкция, т.к. колебательные движения необходимо передать
инструменту, имеющему вращательное и поступательное движения;
-значительная общая масса инструмента или обрабатываемой заготовки вместе с приспособлениями и устройствами, в которых этот инструмент или приспособления закрепляются, что требует относительно большой мощности генератора и вибратора УЗК;
-необходимость жесткого закрепления инструмента в оправке или в патроне и заготовки в приспособлении для обеспечения колебаний в зоне резания. Это условие вынуждает выполнять предварительную обработку (сверление перед нарезанием резьбы) за один установ с основной операцией для избежания поломок инструмента из-за несоосности оси инструмента и оси предварительно обработанного отверстия. Подобная технологическая последовательность выполнения операций ведет к существенному снижению производительности обработки.
Прототипом предлагаемому решению является устройство для обработки сквозных отверстий патент РФ № 2027579 В24В1/04 от 23.05.89, содержащее приспособление для закрепления заготовки, расположенное на столе станка, ванну с СОЖ, магнитострикционный вибратор, предназначенный для передачи УЗК СОЖ. Для обеспечения герметичности в месте установки вибратора имеется подвижная мембрана. Генератор УЗК необходим для подачи сигнала на вибратор.
Однако известная конструкция устройства позволяет реализовывать его только при нарезании резьб в коротких отверстиях (например, в гайках). Это обусловлено тем, что расстояние от вибратора до середины толщины заготовки должно быть равным или кратным половине длины волны УЗК в данных условиях и, с другой стороны, толщина заготовки не должна превышать половину длины волны УЗК (чтобы вся длина обрабатываемого отверстия находилась в зоне интенсивной кавитации). Технический результат - расширение технологических возможностей устройства за
счет использования его при формировании резьб в отверстиях любой длины.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки деталей металлорежущим инструментом, содержащем установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний и вибратор, выполненный подвижным по оси вертикального перемещения инструмента в процессе обработки, при этом устройство снабжено следящей системой, поддерживающей постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента, включающей золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, укрепленной на шпинделе станка, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, а шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника.
Предлагаемое устройство приведено на фиг. 1 - общий вид.
Предлагаемое устройство сконструировано на базе вертикально-сверлильного станка, например, модели 2А135. Оно состоит из неподвижного стола 1, на котором с помощью пазовых болтов 2 установлено приспособление 3 для установки и крепления прижимом 4 обрабатываемого изделия 5. На цилиндрической части приспособления смонтирована подвижная ванна 6 с СОЖ для охлаждения обрабатываемого изделия 5.
Для возбуждения УЗК в СОЖ предусмотрен ультразвуковой генератор, например, УЗГ-2,5М (на рисунке не показан) и следящая система, обеспечивающие постоянные и максимальные по амплитуде УЗК в жидкости в процессе обработки благодаря поддержанию постоянным расстояния h между серединой заходной части инструмента (метчика) 7 и торцем вибратора, состоящего из концентратора-волновода 8 и ультразвуковой головки 9. Вибратор выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента в процессе обработки. Следящая система включает золотниковый узел 10 и гидроцилиндр 11, соединенные
между собой жестко с помощью сварной трубы 12, бак 13 с маслом, насос 14, систему трубопроводов 15,16, 17, 18, предохранительный клапан 19, дроссель 20. К надпоршневой и подпоршневой полостям гидроцилиндра 11 подведены трубопроводы. На щтоке 21 гидроцилиндра через плиту крепится вибратор, концентратор-волновод 8 которого вводится через отверстие стола станка в корпус приспособления, образуя замкнутый объем, наполненный СОЖ, в котором и возбуждаются УЗК. Для охлаждения магнитнострикционного вибратора в корпусе ультразвуковой головки 9 через штуцеры 22 и 23 циркулирует охлаждающая жидкость.
Возможность передачи вертикального перемещения инструменту 7 и плавающему патрону 24, закрепленному на валу 25, от вала-шестерни 26, на боковой поверхности выдвижного шпинделя 27, перемещающегося по направляющим, расположенным в корпусе шпиндельной бабки 28, обеспечивает рейка. Планка 29, копировальный палец 30, золотник 31, а также пружина 32, обеспечивают возможность отслеживать вертикальное перемещение инструмента. Настройка на необходимый размер h производится с помощью рукоятки 33, связанной с зубчатым колесом 34 и рейкой 35.
Работа станка и системы осуществляется следз ющим образом. После включения станка инструмент 7, закрепленный в плавающем патроне 24, установленном на валу 25, вращается со скоростью резания от коробки передач станка. Вертикальная подача инструмента осуществляется за счет реечной передачи от вала-шестерни 26 на рейку, нарезанную на боковой поверхности выдвижного шпинделя 27, который перемещается по направляющим, расположенным в корпусе шпиндельной бабки 28. Механическая подача инструмента осуществляется при нажатии на кнопку (на схеме не показана).
При подходе метчика к заготовке в момент касания планки 29 пальца 30, золотник 31 находится в нейтральном положении, силы от давления масла, создаваемого насосом 14 в нижней и верхней полостях гидроцилиндра 11 благодаря дросселю 20, установленному на трубопроводе 17, и предохранительному клапану 19, уравновешивают
и удерживают поршень со штоком 21 и вибратором в заданном (нейтральном) положении, создавая тем самым необходимое оптимальное расстояние h между обрабатываемым изделием и концентратором-волноводом 8. При дальнейшем движении инструмента происходит нажатие планки 29 на палец 30. При этом сферическая часть (шарик) пальца заскакивает в гнездо золотника, смещая его в осевом направлении и открывая трубопровод 15 для слива масла в бак 13, С этого момента следящая система будет отслеживать перемещение (подачу) инструмента при нарезании резьбы, сохраняя постоянным зазор h. Это происходит следующим образом; слив масла через золотниковое устройство и трубопровод 15 в бак 13 вызовет падение давления в нижней полости гидроцилиндра 11 и, следовательно, перемещение штока УЗ вибратором вниз ровно на величину подачи инструмента, связанного с перемещением планки 29. При этом давление в верхней полости гидроцилиндра 11 благодаря дроссельному устройству сохраняется постоянным.
По окончании процесса резания и выводе метчика из отверстия планка 29 перестает оказывать давление на палец 30 и под действием пружины 32 золотник возвращается в нейтральное положение, перекрывая трубопроводы 15 и 16. В нижней полости гидроцилиндра 11 давление начинает восстанавливаться, а шток с УЗ вибратором перемещается наверх, занимая исходное (заданное) положение для обработки следующей заготовки. Давление в системе выравнивается, масло будет циркулировать через предохранительный клапан 19 по трубопроводу 18.
Для обработки изделий, отличающихся по высоте, предусмотрен механизм настройки системы. С помощью рукоятки 33, связанной через зубчатое колесо 34 с рейкой 35, производится перемещение «вверх-вниз золотникового узла 10 следящей системы. Питание преобразователя, рассчитанного на рабочую частоту 22 кГц,
осуществляется от ультразвукового генератора.
Как показали проведенные испытания, разработанная конструкция позволяет нарезать резьбы в глубоких и сверхглубоких отверстиях и повысить производительность метчиков и качество обрабатываемой поверхности за счет того, что зона резания постоянно находится в зоне с максимальной амплитудой УЗК, а, следовательно, там действие кавитации максимально эффективно и обработка происходит в зоне оптимальных условий, где наиболее низкие силы резания и крутящие моменты, что позволяет повысить стойкость инструментов и улучшить качество обработанной поверхности.