УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ИЗНОШЕННЫХ УЧАСТКОВ НАПРАВЛЯЮЩИХ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
DEVICE FOR COMPENSATION FOR METAL CUTTING MACHINE GUIDE WORN-OUT SECTIONS

Предлагаемое изобретение относится к станкостроению и может быть использовано для компенсации изношенных участков направляющих металлорежущих станков методом поверхностно-пластического деформирования.
Известно устройство для обработки плоских поверхностей виброобкатыванием, имеющее полый корпус, в котором находится вращающийся приводной вал, соединенный с обоймой, несущей деформирующий элемент. При этом обойма установлена в корпусе на эксцентриковом валу, связанном с приводным валом через зубчатое зацепление. Корпус вращается от шпинделя станка (а.с. №319455, приводимое в книге Ю.Г.Шнейдер Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: - Машиностроение. - 1982 г. на стр.18 и на стр.35).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулировать высоту валика выдавленного деформирующим элементом металла и возможность регулировать высоту этого валика по длине плоской детали, что не позволяет компенсировать износ наклонных граней направляющих станка.
Известна обкаточная головка, у которой в специальных пазах размещены с возможностью радиальных перемещений стальные шарики, выступающие из корпуса на 0.5 мм. При этом головка вращается на оси, установленной на продольно-фрезерных станках или на специальных стендах (А.В.Мухин, О.В.Спиридонов, А.Г.Схиртладзе, Г.А.Харламов. Производство деталей металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 2001 г., стр.311-312).
Недостатком известной обкаточной головки является отсутствие возможности регулировать высоту валика выдавленного деформирующим элементом металла и возможность регулировать высоту этого валика по длине плоской детали, что не позволяет компенсировать износ наклонных граней направляющих станка.
Наиболее близким по своей технической сущности является известное многошариковое вибронакатное устройство, содержащее корпус, установленный на гильзе шпинделя продольно-фрезерного станка, в радиальном к оси шпинделя пазу размещены две каретки, связанные друг с другом. В верхней каретке установлена многошариковая головка. Нижняя каретка связана с эксцентриком кольца, закрепляемого на наружной поверхности гильзы шпинделя станка. Каретка может совершать возвратно-вращательное движение при вращении шпинделя (А.В.Мухин, О.В.Спиридонов, А.Г.Схиртладзе, Г.А.Харламов. Производство деталей металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 2001. - с.315-316).
Недостатком многошарикового вибронакатного устройства является отсутствие возможности регулировать высоту валика выдавленного деформирующим элементом металла и возможность регулировать высоту этого валика по длине плоской детали, что не позволяет компенсировать износ наклонных граней направляющих станка.
Технический результат - увеличение долговечности достигается тем, что в заявляемом устройстве, содержащем полый корпус, деформирующий элемент, две каретки, связанные друг с другом, корпус выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, на основании которого установлены крепежные узлы, а на двух параллельных ребрах корпуса, находящихся в плоскости оппозитной плоскости основания корпуса, установлены с возможностью линейного перемещения две каретки, соединенные между собой направляющей в виде дуги, на направляющей в виде дуги размещен с возможностью углового перемещения поворотный шарнир, соединенный с гидравлическим цилиндром, в котором с возможностью линейного перемещения размещен подпружиненный двумя пружинами поршень, один торец которого соединен с деформирующим элементом, имеющим рабочую поверхность в виде цилиндра, торцы которого выполнены в виде сфер. При этом гидравлический цилиндр соединен трубопроводом через масляный ресивер с масляным насосом, который своим входным трубопроводом соединен с емкостью с маслом; причем емкость с маслом соединена через трубопровод и перепускной клапан с масляным ресивером, который оснащен манометром.
На фиг.1 изображен вид деформирующего элемента, главный вид; на фиг.2 изображен деформирующий элемент, вид сбоку; на фиг.3 изображена кинематическая схема устройства для компенсации изношенных участков направляющих металлорежущих станков. На фиг.4 изображена гидравлическая система заявляемого устройства. На фиг.5 изображен формируемый валик металла на изношенном фрагменте поверхности детали.
Устройство состоит из полого корпуса 1 в виде прямого параллелепипеда, крепежных узлов 2, 3, 4 и 5, двух кареток 6 и 7, направляющей в виде дуги 8, поворотного шарнира 9, гидравлического цилиндра 10, поршня 11, пружины 12 и 13, деформирующего элемента 14, масляного насоса 15, масляного ресивера 16, манометра 17, перепускного клапана 18, емкости 19 с маслом, трубопроводов 20 и фрагмента направляющей станка с трапецеидальным сечением 21.
При этом корпус 1 в виде параллелепипеда укреплен на фрагменте направляющей станка с трапецеидальным сечением 21 с помощью крепежных узлов 2, 3, 4 и 5. На корпусе 1 укреплены на двух ребрах, максимально отстоящих и с возможностью перемещения вдоль направляющей станка с трапецеидальным сечением 21, две каретки 6 и 7, которые соединены между собой, направляющая в виде дуги 8, на которой установлен с возможностью перемещения по дуге поворотный шарнир 9. На шарнире 9 установлен гидравлический цилиндр 10, внутри которого помещен поршень 11, подпружиненный пружинами 12 и 13. С поршнем 11 соединен деформирующий элемент 14. Гидравлический цилиндр 10 соединен трубопроводом 20 с масляным ресивером 16, на котором установлен манометр 17 и перепускной клапан 18. Выход перепускного клапана 18 соединен через трубопровод 20 с емкостью 19 с маслом. Масляный насос 15 соединен трубопроводом 20 с емкостью 19 с маслом и с масляным ресивером 16.
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 заявляемого устройства устанавливают над изношенным фрагментом (участком) направляющих станка с трапецеидальным сечением 21 и фиксируют в этом положении с помощью крепежных узлов 2, 3, 4 и 5. После этого направляющая в виде дуги 6 перемещается вдоль ребер корпуса 1 таким образом, чтобы изношенный фрагмент направляющих станка с трапецеидальным сечением 21 находился под деформирующим элементом 14. Направляющая в виде дуги 8 фиксируется в этом положении на корпусе 1. Затем деформирующий элемент 14 с помощью поворотного шарнира 9 и пружин 12 и 13 приводится в соприкосновение с изношенным фрагментом направляющей станка с трапецеидальным сечением 21. За этим включают работу масляного насоса 15, который через трубопровод 20 всасывает масло из емкости 19 с маслом и нагнетает его в масляный ресивер 16. Давление масла в масляном ресивере 16 фиксируется с помощью манометра 17 и поддерживается на необходимом уровне с помощью перепускного клапана 18, который избыток давления с помощью трубопровода 20 «стравливает» в емкость 19 с маслом. Масло под необходимым давлением для упрочняющей обработки изношенного фрагмента направляющих станка с трапецеидальным сечением 21 по трубопроводу 20 попадает в гидравлический цилиндр 10, где оказывает давление на поршень 11, который передает усилие давления на деформирующий элемент 14, находящийся в контакте с изношенной поверхностью (21). Под действием усилия, развиваемого маслом под давлением, деформирующий элемент 14 внедряется в изношенную поверхность фрагмента направляющих станка с трапецеидальным сечением 21, в результате этого на изношенной поверхности формируется валик пластически деформируемого металла (фиг.5). Поскольку валик пластически деформируемого металла находится над изношенной поверхностью (21), то таким образом происходит компенсация износа фрагмента направляющих станка с трапецеидальным сечением 21.
Корпус 1 в виде прямого параллелепипеда имеет возможность изменять длину своих ребер с последующей их фиксацией. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность компенсировать износ на направляющих станка с трапецеидальным сечением 21, имеющих различные геометрические размеры.
В качестве крепежных узлов 2, 3, 4 и 5 могут быть использованы эксцентрики или крепежные болты.
Направляющая в виде дуги 8 необходима для того, чтобы иметь возможность компенсировать износ на обоих наклонных гранях направляющей станка с трапецеидальным сечением 21, т.е. на гранях, соответствующих боковым сторонам трапеции в сечении.
Поворотный шарнир 9 необходим для того, чтобы обеспечивать контакт рабочей поверхности деформирующего элемента 14 с фрагментом направляющей станка с трапецеидальным сечением 21, когда наклонные грани направляющих станка имеют различные углы к линии горизонта. Помимо этого, поворотный шарнир 9 способен таким образом сориентировать в пространстве деформирующий элемент 14, что формируемый им валик пластического деформированного металла расположен под углом к продольной координате направляющих станка.
Пружины 12 и 13 необходимы для того, чтобы деформирующий элемент 14 имел предварительный натяг. В то время когда масляный насос 15 еще не включен, а деформирующий элемент 14 вводится в контакт с изношенной поверхностью (21), должно отсутствовать свободное движение (люфт) деформирующего элемента 14. В этом случае наиболее точно будет обеспечено силовое воздействие деформирующего элемента 14 на изношенную поверхность (21).
Перепускной клапан 18 позволяет регулировать создаваемое в масляном ресивере 16 давление, которое обеспечивает необходимое силовое воздействие со стороны деформирующего элемента 14 на фрагмент изношенной поверхности (21). Таким образом, перепускной клапан 18 обуславливает величину силового воздействия деформирующего элемента 14 на изношенную поверхность (21).
Масляный ресивер 16 необходим для того, чтобы компенсировать колебания давления масла, обусловленные работой масляного насоса 17.
Форма рабочей поверхности деформирующего элемента 14 представляет цилиндр с торцами, выполненными в виде сфер. В этом случае увеличивается площадь зоны контакта и в результате этого увеличивается протяженность формируемого валика пластически деформированного металла изношенной поверхности (21). Это снижает трудоемкость операции компенсации фрагмента изношенной поверхности (21) в сравнении, если бы рабочая поверхность деформирующего элемента 14 имела, например, форму сферы. При деформировании фрагмента изношенной поверхности (21) для обеспечения рекомендованного режима силового воздействия деформирующего элемента 14 необходимо, чтобы ось симметрии деформирующего элемента 14 была перпендикулярной к плоскости упрочняемой поверхности (21).
Сила воздействия со стороны деформирующего элемента 14 на изношенную поверхность (21) определяет высоту сформированного валика пластически деформированного металла (фиг.5). Таким образом существует возможность регулировать компенсацию износа в зависимости от величины последнего путем регулирования величины силового воздействия деформирующего элемента 14 на поверхность направляющей станка (21).
Частота нанесения валиков пластически деформированного металла на изношенной поверхности (21) определяется экспериментально и зависит от твердости изношенной поверхности, от величины силового воздействия на поверхность, подлежащую упрочняющей обработке с целью компенсации износа.
Испытания заявляемого устройства были проведены в лаборатории кафедры «АСК» СамГТУ на станине станка 16Б16 производства Средневолжского станкозавода. Испытания показали, что при давлении масла 15 тАтм и длине цилиндрической части рабочей поверхности деформирующего элемента 14, равной 8,5 мм, на поверхности наклонной грани направляющей станка, выполненной из чугуна Сч. 30, могут быть сформированы валики пластически деформированного чугуна высотой 0,15 мм по отношению к уровню изношенной поверхности (21). Деформирующий элемент 14 был выполнен из твердого сплава ВК8. Высота сформированного валика определялась с помощью профилографа-профилометра Абрис-ПМ7 (производитель ООО «Абрис» г.Пенза). Таким образом можно было компенсировать износ наклонных граней направляющих станка.