Опорный нож

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к оснащению бесцентрово-шлифовальных станков, и может быть использована для бесцентрового шлифования шариков, в частности, пустотелых.
В настоящее время для обработки шариков в серийном производстве используются универсальные бесцентрово-шлифовальные станки, рабочая зона которых содержит шлифовальный круг 1 и ведущий абразивный круг 2, между которыми на опорном ноже 5 располагается заготовка 3 (фиг. 1).
Так, например, в способе бесцентрового шлифования шариков на проход [1] шарики размещают в технологическом устройстве на скошенном опорном ноже и перемещают вдоль него посредством винтовой канавки ведущего абразивного круга.
Известен опорный нож 5 [2] (прототип), выполненный из керамики и имеющий рабочую поверхность в виде плоскости, параллельной оси ведущего абразивного круга 2. Заготовка 3 располагается между шлифовальным кругом 1 и ведущим абразивным кругом 2 и опирается на плоскость опорного ножа 5 (фиг. 2).
Общим недостатком всех известных конструкций опорных ножей, в том числе и прототипа, является то, что их рабочая поверхность выполняется в виде плоскости, параллельной оси ведущего абразивного круга 2 и не имеет перегибов в пределах рабочей зоны.
1
При этом в результате шлифования заготовки 3 с перемещением ее вдоль поверхности опорного ножа 5 вследствие съема припуска на сторону Z возникает погрешность<f по величине диаметра за счет непрерывного смещения измерительной базы наладочного размера в виде хорды K-K, соединяющей точки контакта заготовки с ведущим кругом 2 и шлифовальным кругом 1. По окончании обработки эта хорда занимает положение  (фиг. 3). Фактически выполняемым размером будет не диаметр сферы, а именно величина этой хорды. Величина погрешности ξ может быть определена следующим образом:
З
где D и d - диаметр заготовки и диаметр шарика после обработки соответственно;
B
D - диаметр ведущего круга;
Ш
D - диаметр шлифовального круга;
В
Ш
h - величина превышения центра О шарика после обработки над плоскостью, в которой расположены ось ведущего О и ось шлифовального О кругов в начальный момент обработки;
1
Ш1
h - величина превышения центра О, шарика после обработки над плоскостью, в которой расположены ось ведущего ОВ и ось шлифовального О кругов после окончания обработки:
,
где α - угол скоса опорного ножа.
На фиг. 3 также показано
Ш
D- диаметр шлифовального круга 1;
BP
S - врезная подача ведущего круга 2;
Ш
ω - угловая скорость шлифовального круга 1;
В
ω - угловая скорость ведущего круга 2;
N - точка контакта заготовки 3 с опорным ножом 5;
1
N - точка контакта шарика после обработки 4 с опорным ножом 5.
Техническая проблема предлагаемого технического решения вытекает из недостатков прототипа и заключается в необходимости повышения точности размера обрабатываемой сферической поверхности.
Поставленная проблема решается следующим образом.
Указанную погрешность ξ можно предотвратить путем использования опорного ножа с модернизированной формой опорной поверхности. Модернизированная конструкция опорного ножа (фиг. 4) должна предусматривать возможность обеспечения оптимального положения центра поперечного сечения заготовки по мере съема припуска на уровне, обеспечивающем сохранение достигнутого значения наладочного размера. Для этого его опорная поверхность должна быть не прямолинейной, а комбинированной, т.е. состоять из нескольких участков.
Предложенное устройство поясняется иллюстрациями (фиг. 4, фиг. 5)
Участок I предназначен для размещения заготовки перед началом обработки. Его поверхность параллельна осям ведущего и шлифовального кругов.
Участок II выполнен с некоторым уклоном. Величина уклона Δ позволяет при перемещении заготовки по поверхности ножа в процессе снятия припуска постоянно достигать положение центра сферы, обеспечивающее неизменное положение хорды, размер которой и является наладочным.
Участок III предназначен для окончательного формирования размера сферы в процессе выхаживания. Этот участок имеет поверхность, параллельную осям ведущего и шлифовального кругов.
На фиг. 4 также показан угол α - угол скоса опорного ножа; В - длина рабочей поверхности шлифовального круга, т.е. величина рабочей зоны.
Покажем расчетом методику определения рационального значения величины уклона ножа на участке II, обеспечивающего отсутствие погрешности наладочного размера (фиг. 5).
З
Ш
B
Ш
В
В
Ш
В1
Ш
2
1
На фиг. 5 изображено 1 - шлифовальный круг, ось которого лежит в одной плоскости с осью ведущего круга 2 под некоторым углом к ней; 3 - заготовка; 4 - шарик после обработки; 5 - опорный нож с комбинированной опорной поверхностью, имеющей участок с уклоном Δ, обеспечивающим рациональное положение центра заготовки в процессе снятия припуска на сторону Z; D и d - диаметр заготовки и диаметр шарика после обработки соответственно; D - диаметр шлифовального круга 1; D - диаметр ведущего круга 2; ω - угловая скорость шлифовального круга 1; ω - угловая скорость ведущего круга 2; h - величина превышения центра О шарика после обработки над плоскостью, в которой расположены ось ведущего О и ось шлифовального О кругов; О - положение оси ведущего круга в конечный момент обработки; О - положение оси шлифовального круга в конечный момент обработки; K-K - расстояние между точкой контакта заготовки с ведущим кругом 2 и шлифовальным кругом 1 и вертикальной осью поперечного сечения заготовки в начальный момент обработки;  - расстояние между точкой контакта шарика после обработки 4 с ведущим кругом 2 и шлифовальным кругом 1 и вертикальной осью поперечного сечения шарика после обработки в конечный момент обработки; α - угол скоса опорного ножа.
Из геометрической схемы на фиг. 5 имеем
погрешность наладочного размера:
.
B
З
Пример 1: пусть D=300 мм; D=26,4 мм; d=25,4 мм; h=10 мм; α=30°. Тогда расчет по формуле (3) дает величину погрешности наладочного размера ξ=0,00354 мм.
Для того чтобы выполнить условие ξ=0, необходимо добиться соотношения:  или OK=OK'. При выполнении этого условия получим, что
.
Расчет по формуле (4) дает результат: h1=9,971754 мм.
1
Т.е., для сохранения правильного значения наладочного размера нужно не поддерживать постоянной величину h, а уменьшать величину превышения с h до hв соответствии с (4).
При использовании опорного ножа описанной конструкции погрешность наладочного размера при бесцентровом шлифовании сферы значительно уменьшается, практически на порядок, и имеет место только вследствие наличия допуска на размер заготовки. Ее величина в этом случае может быть определена с использованием (4), но величина h при этом изменится и примет значение
,
где Т - допуск на диаметр сферической заготовки.
Пример 2: для условий, приведенных в предыдущих примерах и T=0,1 мм расчет по формулам (1) и (2) дает результат: ξ=0,051493 мм; расчет по формулам (3) и (5) дает результат: ξ=0,0035 мм.
Таким образом, проблема повышения точности размера обрабатываемой поверхности при бесцентровом шлифовании решается путем целесообразного изменения конструкции опорного ножа.
Существенное отличие предлагаемого устройства от прототипа - в том, что рабочая поверхность опорного ножа выполняется состоящей из трех участков: первый участок, предназначенный для размещения заготовки перед началом обработки, параллелен оси ведущего круга, второй участок, позволяющий постоянно достигать неизменную величину наладочного размера, в пределах рабочей зоны имеет уклон, третий участок, предназначенный для выхаживания, параллелен оси ведущего круга.
При этом величина уклона на втором участке рабочей поверхности опорного ножа определяется следующим образом
где Z - припуск на сторону обрабатываемой заготовки;
В - длина рабочей поверхности шлифовального круга, т.е. величина рабочей зоны.
В
Ш
h - величина превышения центра О шарика после обработки над плоскостью, в которой расположены ось ведущего О и ось шлифовального О кругов в начальный момент обработки;
1
В
Ш
h - величина превышения центра О1 шарика после обработки над плоскостью, в которой расположены ось ведущего О и ось шлифовального О кругов после окончания обработки.
Литература
1. А.с. СССР №1537480 кл. В24В 11/02, 1989 г. Способ бесцентрового шлифования шариков. Васин А.Н., Гундорин В.Д., Новиков В.И. Опубл. 23.01.90. Бюл. №3.
2. А.с. СССР №141072 кл. 67а 24/01, 1961 г. Опорный нож для бесцентрово-шлифовального станка. Пузырев Э.И. Опубл. 1961. Бюл. №17.