Хонинговальная головка

Полезная модель относится к технологии машиностроения, к обработке металлов резанием, в частности к хонинговальным головкам для финишной 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, В24В 33/02, 1983 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатая колодок с 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.
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, В24В 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 поджатая не обеспечивающей 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, В24В 33/08, 2000 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатая 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, В24В 33/08, 1996 г].
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы и производительности при финишной обработке отверстий вследствие сложного многозвенного механизма поджатая 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.
Известна хонинговальная головка, содержащая корпус, несущие колодки с абразивными брусками, разжимной шток, установленный с возможностью взаимодействия с колодками брусков, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков и возвратные пружины, при чем 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 (Патент RU 168775, МПК В24В 33/08, 2016).
Устройство отличается ограниченными возможностями для обеспечения высокой точности формы из-за наличия зазоров и колебаниях точности наружного диаметра в пакетах тарельчатых пружин и ограниченной производительности при финишной обработке отверстий вследствие не возможности полного контакта абразивных брусков с обрабатываемой поверхностью.
Наиболее близким техническим решением является хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий колодки с абразивными брусками, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков состоящий из разжимного штока и установленного на нем - между уступом разжимного штока и корпусом, упругого элемента сжатия - упругой гофрированной оболочки с треугольным профилем и с углом раскрытия образующих гофры, равным 10-28 градусам, и возвратные пружины для возврата колодок в исходное положение, при этом внутренние направляющие поверхности корпуса с углом уклона к радиусу головки, соответствующим углу уклона торцевых поверхностей несущих колодок и равным 2-6 градусам (Патент RU 172755, МПК В24В 33/08, 2017).
Недостатком устройства является не обеспечение высокой точности формы отверстия и максимальной производительности при финишной обработке вследствие неравномерности распределения радиальной нагрузки между гофрами из-за колебания точности наружного диаметра упругой гофрированной оболочки и не возможности полного контакта абразивных брусков с обрабатываемым отверстием для максимальной производительности обработки.
Задача - разработка конструкции хонинговальной головки с простым механизмом поджатая колодок с абразивными брусками, обеспечивающего радиальное и осевое перемещение их, распределенное приложение усилия к колодкам, при соосном расположении, с возможностью максимального увеличения площади контакта абразивных брусков с обрабатываемой поверхностью.
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, угол уклона внутренних направляющих поверхностей которого соответствует углу уклона торцевых поверхностей несущих колодок и равен 2-6 градусам к радиусу головки, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков, содержащий разжимной шток и установленный на нем упругий элемент сжатия, и возвратные пружины, отличающаяся тем, что упругий элемент сжатия выполнен в виде винтовой цилиндрической пружины, несущие колодки с абразивными брусками выполнены в виде секторов, образующих сборный раздвижной цилиндр, с направляющим выступом на внутренней поверхности каждой несущей колодки, установленным в направляющем отверстии корпуса и контактирующим с винтовой цилиндрической пружиной.
P
R
O
O
Сущность технического решения заключается в том, что при осевом перемещении разжимного штока (S) с уступом, при движении в цилиндрическом отверстии корпуса, осуществляется воздействие на упругий элемент сжатия, выполненный в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия, установленный на разжимном штоке между его уступом и корпусом. При сжатии винтовой цилиндрической пружины увеличивается ее наружный диаметр, который перемещает направляющие выступы на внутренней поверхности несущих колодок, движущихся в направляющих отверстиях корпуса, обеспечивающих радиальное перемещение (S) несущих колодок с брусками выполненных в виде сборного раздвижного цилиндра, который увеличивается в диаметре и обеспечивает соосность и точность формы обрабатываемого отверстия (S). Причем, за счет уклона на угол 2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки торцевых поверхностей несущих колодок (в области торцевых поверхностей направляющих выступов, выполненных на внутренней поверхности каждой несущей колодки), движущихся по внутренним направляющим поверхностям корпуса, одновременно с радиальным перемещением происходит и осевое перемещение (S) секторов несущих колодок с абразивными брусками и осевое перемещение подвижного цилиндра.
R
O
P
Одновременное радиальное (S) и осевое перемещение несущих колодок с абразивными брусками (S) позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество обработанной поверхности. Винтовая цилиндрическая пружина сжатия, установленная между уступом разжимного штока и корпусом при сжатии во время осевого перемещения разжимного штока (S) обеспечивает равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение секторов несущих колодок с абразивными брусками и цилиндрическую форму подвижного цилиндра, что гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Цилиндрическая поверхность несущих колодок с абразивными брусками, выполненных в виде секторов и образующих подвижный цилиндр, обеспечивает максимальную площадь контакта абразивных брусков с обрабатываемым отверстием, что обеспечивает повышение производительности.
Сущность конструкции хонинговальной головкой поясняется фигурами.
На фиг. 1 показан продольный разрез хонинговальной головки.
На фиг. 2 показан поперечный разрез хонинговальной головки.
R
O
Предлагаемая конструкция хонинговальной головки содержит корпус 1, несущие колодки 2 с абразивными брусками 3, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков 3 в виде разжимного штока 4 и винтовой цилиндрической пружины 5, установленной на разжимном штоке 4 между уступом 6 разжимного штока 4 и корпусом 1, и возвратные пружины 7. Причем несущие колодки 2 с абразивными брусками 3 выполнены в виде секторов и образуют сборный раздвижной цилиндр. Направляющий выступ 8, расположенный на внутренней поверхности каждой несущей колодки 2, установлен в соответствующем направляющем отверстии 9 корпуса 1, обеспечивающем радиальное (S) и осевое (S) перемещение несущих колодок 2 и контактирует внутренней поверхностью 10 с наружным диаметром 11 (D) винтовой цилиндрической пружины сжатия 5.
R
O
P
R
R
O
O
R
O
P
Устройство работает следующим образом. После ввода хонинговальной головки в обрабатываемое отверстие включается вращение и ее возвратно-поступательное движение, после чего вступает в действе механизм радиального и осевого перемещения, осуществляющий радиальное S и осевое S перемещение несущих колодок 2 с абразивными брусками 3. После каждого двойного хода хонинговальной головки разжимной шток 4 при осевом перемещении разжимного штока 4 S с уступом 6, при движении в цилиндрическом отверстии 12 корпуса 1, осуществляется воздействие на винтовую цилиндрическую пружину сжатия 5. При сжатии винтовой цилиндрической пружины сжатия 5 увеличивается ее наружный диаметр 11 (D), который перемещает направляющие выступы 8 несущих колодок 2, движущиеся в направляющих отверстиях 9 корпуса 1, обеспечивающих радиальное перемещение (S) несущих колодок 2 с брусками 3. Раздвижной цилиндр увеличивается в диаметре и обеспечивает соосность и точность формы обрабатываемого отверстия. Причем, за счет наклона под углом α=2-6 градусов к радиусу хонинговальной головки торцевых поверхностей 13 направляющих выступов 8 несущих колодок 2, движущихся по ответным поверхностям 14 направляющих отверстий 9 корпуса 1, одновременно с радиальным перемещением (S) происходит и осевое перемещение (S) секторов несущих колодок 2 с абразивными брусками 3 и осевое перемещение (S) раздвижного цилиндра. Одновременное радиальное (S) и осевое перемещение несущих колодок 2 с абразивными брусками 3 (S) позволяет исключить появление глубоких рисок и улучшает качество поверхности. Винтовая цилиндрическая пружина сжатия 5 установленная между уступом 6 разжимного штока 4 и корпусом 4 при сжатии во время осевого перемещения разжимного штока 4 S обеспечивает равномерно распределенное приложение радиальной нагрузки, что обеспечивает соосное расположение секторов несущих колодок 2 с абразивными брусками 3 и цилиндрическую форму раздвижного цилиндра, что гарантирует точность формы обрабатываемого цилиндрического отверстия и повышает качество его поверхности. Цилиндрическая поверхность несущих колодок 2 с абразивными брусками 3, выполненных в виде секторов и образующих подвижный цилиндр, обеспечивает максимальную площадь контакта абразивных брусков 3 с обрабатываемым отверстием, что обеспечивает повышение производительности.
Возвратные пружины 7 предназначены для возвращения несущих колодок 2 в исходное положение после подъема разжимного штока 4.
P
R
Из условия сжатия винтовой цилиндрической пружины сжатия 5 можно определить осевое перемещение S разжимного штока 4 с уступом 6 для достижения радиального перемещения S по формуле:
где D - наружный диаметр винтовой цилиндрической пружины сжатия 5;
R
R
S - радиальное перемещение (S) несущих колодок 2 с брусками 3;
d - диаметр проволоки винтовой цилиндрической пружины сжатия 5;
Рассчитаем предельные значения угла наклона а к радиусу хонинговальной головки торцевых поверхностей 13 направляющих выступов 8 на несущих колодках 2, и ответных поверхностей 14 направляющих отверстий 9 корпуса 1. Наибольшее значение выбираем из условия самоторможения торцевой поверхности 13 по формуле
max
tgα≤tgϕ;
где tgϕ=ƒ=0,1 - коэффициент трения стали по стали;
тогда
max
0
α≤6;
max
0
Таким образом, угол наклона α торцевых поверхностей 13 направляющих выступов 8 на несущих колодках 2 к радиусу головки равен 6.
min
O
R
R
Наименьшее предельное значение угла наклона α торцевой поверхности 13 к радиусу головки определяем из условия осевого перемещения (S) подвижного цилиндра равного размеру абразивного зерна при перемещении S равной глубине резания S=t по формуле
зepна
где d = 0,01 мм - минимальный размер абразивного зерна;
max
t = 0,25 мм - максимальная глубина резания, мм
min
0,04 = tgα
min
0
α = 2
min
0
Таким образом, угол наклона α торцевой поверхности 13 направляющих выступов 8 к радиусу головки равен 2.
Таким образом, хонинговальная головка, содержащая корпус, несущий колодки с абразивными брусками, угол уклона внутренних направляющих поверхностей которого соответствует углу уклона торцевых поверхностей несущих колодок и равен 2-6 градусам к радиусу головки, выполненными в виде секторов, образующих сборный раздвижной цилиндр, с направляющим выступом на внутренней поверхности каждой несущей колодки, установленным в направляющем отверстии корпуса, механизм осевого и радиального перемещения абразивных брусков, содержащий разжимной шток и установленную на нем винтовую цилиндрическую пружину, контактирующую с направляющими выступами, и возвратные пружины, обеспечивает увеличение точности формы при повышенном качестве поверхности обрабатываемого отверстия с максимальной производительностью.