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 [авт. св. 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 [авт.св. 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, устройство имеет сложный механизм поджатия, не обеспечивающего 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, 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.
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, 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 не возможности увеличения количества соосно-расположенных колодок с брусками для повышения производительности.
Наиболее близким техническим решением является 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°, установленных между уступом разжимного штока и корпусом, и возвратные пружины [патент RU № 168775, B24B 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.
Задача - разработка конструкции хонинговальной головки с простым механизмом поджатия колодок с абразивными брусками, обеспечивающего радиальное и осевое перемещения, центральное 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, несущие колодки с абразивными брусками, контактирующие с несущими колодками упругие разжимные элементы, установленные на разжимном штоке с возможностью одновременного радиального и осевого перемещений несущих колодок, и возвратные пружины, при этом хонинговальная головка снабжена установленным в корпусе опорным кольцом, а упругие разжимные элементы выполнены в виде пластин, прилегающих к направляющей радиальной поверхности опорного кольца и проходящих через выполненные в средней части корпуса щелевидные отверстия, причем несущие колодки выполнены с торцевыми поверхностями под углом 2-6° к радиусу хонинговальной головки и установлены с возможностью перемещения по ответным направляющим поверхностям корпуса.
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении вниз разжимного штока установленные на нем упругие пластины, прилегающие к направляющей радиальной поверхности опорного кольца и изгибающиеся в соответствии с ней, пройдя через выполненные в средней части корпуса щелевидные отверстия, воздействуют на несущие колодки по середине их внутренних продольных поверхностей. Колодки с абразивными брусками перемещаются в радиальном направлении, а наличие углов уклона торцевых поверхностей несущих колодок и, соответствующих им, ответных направляющих поверхностей корпуса, обеспечивает одновременно с радиальным и осевое перемещение несущих колодок с абразивными брусками. При этом обеспечивается равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение колодок брусков, что гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Осевое перемещение колодок позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности. Радиальное расположение несущих колодок с абразивными брусками и, соответствующих им, упругих пластин обеспечивает установку максимального количества несущих колодок с абразивными брусками, что способствует повышению производительности обработки отверстия.
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
Хонинговальная головка содержит корпус 1, в радиальных прорезях 2 которого установлены несущие колодки 3 с абразивными брусками 4 с возможностью их свободного радиального (S) и осевого перемещений (S). Упругие разжимные элементы выполнены в виде пластин 5, одним концом установленных в кольцевой торцевой канавке 6 на разжимном штоке 7, проходящих через выполненные в средней части корпуса 1 щелевидные отверстия 8 (являются фрагментами одной окружности и соответствуют несущим колодкам) и контактирующих с несущими колодками 3 по середине их внутренних продольных поверхностей 9. При этом на внутренних продольных поверхностях 9 несущих колодок 3 могут быть выполнены горизонтальные прорези 10 (являются фрагментами одной окружности и соответствуют щелевидным отверстиям) для фиксации в них упругих пластин 5.
В корпусе 1 хонинговальной головки установлено опорное кольцо 11 с направляющей радиальной поверхностью 12, к которой прилегают (повторяя форму ее направляющей поверхности) упругие пластины 5.
Возможность осевого и радиального перемещений несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 обеспечивают упругие пластины 5, прилегающие к направляющей радиальной поверхности 12 опорного кольца 11 и торцевые поверхности 13 несущих колодок 3, выполненные под углом 2-6° к радиусу хонинговальной головки, и ответные им направляющие поверхности 14 корпуса 1, по которым перемещаются несущие колодки 3.
Возвратные пружины 15 предназначены для возвращения несущих колодок 3 в исходное положение после подъема разжимного штока 7 (после прекращения воздействия штока 7 на упругие пластины 5).
Устройство работает следующим образом.
R
O
P
R
R
После ввода хонинговальной головки в обрабатываемое отверстие включается ее вращение и возвратно-поступательное движение, после чего вступает в действие механизм радиального и осевого перемещений, осуществляющий радиальное (S) и осевое перемещения (S) несущих колодок 3 с абразивными брусками 4. После каждого двойного хода хонинговальной головки, под действием разжимного штока 7 (перемещается вдоль оси хонинговальной головки вниз на определенную величину S), происходит перемещение упругих пластин 5 по направляющей радиальной поверхности 12 опорного кольца 11 в соответствии с радиусом R ее кривизны. При этом упругие пластины 5 воздействуют на середины внутренних продольных поверхностей 9 (при наличии прорезей 10 воздействие происходи в прорезях 10) несущих колодок 3, которые при этом перемещаются в радиальном направлении (S). Происходит перемещение несущих колодок 3 с абразивными брусками 4 в радиальном направлении, и осуществляется дозированная подача S абразивных брусков 4.
P
R
Можно определить осевое перемещение S разжимного штока 7 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 с абразивными брусками 4;
α - угол наклона торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 к радиальному направлению хонинговальной головки.
Можно рассчитать значение радиуса R изгиба упругих пластин 5 (радиус кривизны направляющей радиальной поверхности 12 опорного кольца 11):
,
где D - диаметр расположения внутренних продольных поверхностей 9 несущих колодок 3,
d - диаметр кольцевой торцевой канавки 6 на разжимном штоке 7.
Рассчитаем предельные значения угла уклона а ответных направляющих поверхностей 14 корпуса 1 и соответствующего угла уклона о торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 к радиусу головки.
Наибольшее значение выбираем из условия самоторможения этих поверхностей по формуле
max
tgα≤tgϕ,
где tgϕ=f=0,1 - коэффициент трения стали по стали;
тогда
max
α≤6°.
max
max
max
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 14 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 к радиусу головки α=6°.
max
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
,
зерна
где d=0,01 мм - минимальный размер абразивного зерна;
max
t=0,25 мм - максимальная глубина резания, мм;
min,
0,04=tgα
min
α=2°.
min
min
min
Таким образом, угол уклона α ответных направляющих поверхностей 14 корпуса 1 и соответствующего угла уклона α торцевых поверхностей 13 несущих колодок 3 к радиусу головки α=2°.
Упругие пластины 5, изгибающиеся и перемещающиеся по радиусу R на соответствующей направляющей радиальной поверхности 12 опорного кольца 11, проходя через щелевидные отверстия 8, обеспечивают равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение колодок брусков, гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности.
Таким образом, использование хонинговальной головки, содержащей корпус с опорным кольцом, несущие колодки с абразивными брусками, выполненные с торцевыми поверхностями под углом 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки и установленные с возможностью одновременного радиального и осевого перемещения по ответным направляющим поверхностям корпуса, разжимной шток и установленные на нем контактирующие с несущими колодками упругие пластины, прилегающие к направляющей радиальной поверхности опорного кольца и проходящие через выполненные в средней части корпуса щелевидные отверстия, обеспечивает увеличение точности формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.