ОПРАВКА РАСТОЧНАЯ

Полезная модель относится к инструментальной оснастке для металлорежущих станков и может быть использована на токарных и расточных станках, а также обрабатывающих центрах для обработки отверстий различной глубины широкого спектра деталей (корпусные детали редукторов, корпусные детали двигателей внутреннего сгорания, стволовые отверстия, диски турбин и т.д.) с высоким качеством обработанной поверхности.
В настоящее время многообразие деталей и широкий спектр технологий обработки в них точных отверстий различных диаметров и глубины требует большой номенклатуры расточных оправок, что вызывает увеличение себестоимости и трудоемкости выпускаемых изделий. Для точной обработки глубоких отверстий не всегда возможно из имеющегося параметрического ряда подобрать оправку оптимальной конструкции и размеров, что приводит к снижению качества обработки (расточки) отверстий. Вследствие этого, зачастую при чистовом растачивании глубоких отверстий возникают вибрации, которые снижают качество поверхностного слоя и точность обработки.
Предложенное конструкторское решение оправки расточной позволяет практически для каждого обрабатываемого отверстия, в соответствии с его геометрическими параметрами скомпоновать расточную оправку необходимых размеров и жесткости. Это позволяет проводить расточку отверстий на оптимальных режимах с минимальным вылетом расточной оправки, соответствующим конкретному размеру обработки и с минимальными вибрациями в процессе обработки. Способность предложенной конструкции расточной оправки гасить вибрации, вызванные процессом резания, позволяет повысить качество обработки поверхности детали.
Известна оправка расточная, состоящая из выполненных в виде единой детали корпуса и хвостовика на одном из его торцов. На другом торце корпуса имеется резцедержатель с режущим расточным инструментом, оснащенным механизмом настройки его за заданный размер обработки. Для выборки осевых зазоров и создания натягов между лимбом механизма настройки и корпусом, а также в резьбовом соединение лимба и резцедержателя, в оправке предусмотрен натяжной механизм. Он состоит из троса, проходящего через центральное осевое отверстие, выполненное в корпусе и хвостовике. Одним концом трос крепится к резцедержателю, а другим - к концу размещенного в полости хвостовика упругого элемента. Для снижения износа троса и корпуса трос помещен во вставленную в отверстие трубку, выполненную из антифрикционного износостойкого материала. Натяг троса осуществляется ввинченным в резьбовое отверстие хвостовика регулировочным винтом, к которому прикреплен другим концом упомянутый выше упругий элемент.
(см. патент РФ №2252840, кл. B23B 29/034, 2005 г.).
В результате анализа конструкции известной оправки необходимо отметить, что наличие в осевом отверстии корпуса троса, стягивающего в рабочем положении резьбовые и шпоночные соединения деталей оправки, повышает ее виброустойчивость, посредством этого натяжения улучшаются динамические характеристики расточной оправки, в частности, возрастает коэффициент демпфирования, что способствует повышению чистоты обработанной поверхности и точности обработки. Однако, в данной оправке усилие натяга троса сравнительно невелико, так как для стандартных размеров оправки невозможно внутри нее установить достаточно мощный упругий элемент. Кроме того, трос имеет большую податливость, что снижает жесткость всей конструкции. Корпус данной оправки выполнен цельным, что не позволяет регулировать длину оправки под конкретное изделие и установить минимальный вылет оправки, что отрицательно сказывается на точности обработки, жесткости оправки а, следовательно, не позволяет произвести расточку отверстий с высокими точностью и чистотой обработанной поверхности. Все это ограничивает область применения оправки для расточки высокоточных глубоких отверстий с высоким качеством обработанной поверхности.
Известен расточной инструмент, включающий хвостовик для установки инструмента в патроне или пиноли станка, а также сборный корпус, выполненный в виде набора (два и более) стыкуемых друг с другом блоков, количество которых формирует необходимую длину инструмента. Блоки сопрягаются (стыкуются) друг с другом в осевом направлении посредством цилиндрического отверстия одного блока и входящего в него цилиндрического хвостовика другого блока, а в торцевом направлении - посредством контактирующих плоских торцевых поверхностей. На крайнем с одной стороны блоке размещен резец, а крайний с другой стороны блок соединен с хвостовиком.
Для обеспечения торцевого натяга между блоками, на них выполнены шпоночные пазы, каждый из которых является общим для двух соседних блоков. В каждой части шпоночного паза на каждом из сопряженных блоков выполнено резьбовое отверстие под винт с конической головкой. Винты фиксируют в шпоночном пазу шпонку с отверстиями под винты с коническими участками под конические головки винтов. При этом межцентровое расстояние отверстий шпоночного паза больше межцентрового расстояния отверстий шпонки. В блоках имеются радиальные резьбовые отверстия, в которые ввинчены стопорные винты, фиксирующие цилиндрические хвостовики сопряженных блоков, создавая тем самым радиальный натяг в их соединении. (см. патент РФ на полезную модель №163809, кл. B23B 29/03, 2016 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа выполнения данного инструмента необходимо отметить, что его конструкция обеспечивает сборку корпуса заданной длины из составных блоков, что позволяет сократить номенклатуру инструмента при обработке отверстий. Обеспечение между блоками как торцевого, так и радиального натяга способствует повышению жесткости корпуса, а, следовательно, улучшению вибрационных характеристик расточного инструмента. Однако, наличие большого количества контактирующих поверхностей соседних блоков (отверстие и хвостовик, плоские торцевые поверхности, размещенная в шпоночных пазах шпонка), предполагают наличие между ними зазоров, несмотря на радиальный и осевой их относительные натяги. Необходимость создания напряжений в расточной оправке еще до обработки отверстий, вызванных торцевым натягом, ограничивает ее применение при обработке ступенчатых отверстий, отверстий со шпоночными пазами и других отверстий с ударными нагрузками. Это снижает вибрационную устойчивость инструмента, тем более, что в процессе эксплуатации инструмента натяги, созданные за счет использования винтовых соединений, могут ослабевать. В отличие от решения - наиболее близкого аналога, в предлагаемой конструкции (настоящая полезная модель) центральная часть заполнена клеевой композицией, что создает дополнительную жесткость и монолитность всей оправки, кроме того клеевой слой способствует гашению вибрационный волны, что повышает качество обработки.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение качества растачиваемых отверстий за счет использования для их обработки оправки оптимальных геометрических размеров и жесткости.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в оправке расточной, содержащей скрепленные друг с другом корпус и хвостовик, причем корпус выполнен в виде соосно состыкованных торцами с возможностью разъема блоков, на наиболее удаленном от хвостовика блоке имеется место для установки режущего инструмента, новым является то, что каждый блок, кроме стыкуемого с хвостовиком, имеет осевое отверстие, отверстия при стыковке блоков в корпус образуют полость, при этом оправка оснащена механизмом стягивания состыкованных блоков, выполненным в виде размещенных в образованной полости тросов, концы каждого из которых обжаты резьбовыми втулками, одна из втулок каждого троса ввинчена в резьбовое отверстие блока, наиболее удаленного от хвостовика, а другая - в резьбовое отверстие хвостовика, образованная отверстиями блоков полость корпуса заполнена клеевой композицией, при этом тросы могут быть расположены в полости сборного корпуса вдоль его центральной оси, или в виде сетки, или по схеме типа «песочные часы».
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 - оправка расточная, аксонометрическая проекция;
на фиг. 2 - оправка расточная, осевой разрез;
на фиг. 3 - схема расположения тросов вдоль оси расточной оправки;
на фиг. 4 - схема расположения тросов в виде сетки вдоль оси расточной оправки;
на фиг. 5 - схема расположения тросов по схеме «песочные часы» с их пересечением в центре отверстия корпуса расточной оправки;
на фиг. 6 - графики зависимости виброскорости от частоты вращения сборной и цельной оправок расточных;
на фиг. 7 - узел соединения хвостовика оправки и контактирующего с ним блока.
Оправка расточная состоит из корпуса 1 и хвостовика 2 на одном из его торцов. Хвостовик 2 предназначен для установки оправки в шпинделе, патроне или пиноли станка. Корпус 1 оправки выполнен сборным, в виде нескольких (на фиг. 1 и 2 их показано шесть: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, но это не означает, что их количество не может быть иным) состыкованных друг с другом торцами унифицированных блоков. На крайнем (наиболее удаленном от хвостовика) блоке 1.1 имеется место, например, отверстие (позицией не обозначено), для установки режущего инструмента 3. Режущий инструмент может быть установлен стационарно или оснащен механизмом настройки на заданный размер обработки, например, аналогичным примененному в описании изобретения к патенту РФ №2252840 (указан в качестве аналога).
Каждый из блоков (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6) корпуса 1 может иметь различную форму (круг, овал, квадрат, прямоугольник, многоугольник и пр.). Высота (толщина) каждого блока также может быть различной. Общим для всех блоков является то, что все они имеют осевое сквозное отверстие. Данные отверстия в собранном положении корпуса 1 оправки образуют полость 4. Образующие полость 4 отверстия могут иметь различную форму, но, преимущественно, эквидистантную наружному контуру блока. Блок 1.6 имеет возможность соединения с хвостовиком 2. Данное соединение может быть осуществлено различным известным образом, например, посредством резьбового соединения. Соединение также может быть реализовано посредством выполненной на торце блока проточки и выступа на хвостовике, с которым по скользящей посадке сопрягается проточка. Силовое замыкание при этом обеспечивается посредством затяжки тросов 5 натяжного механизма.
Натяжной механизм предназначен для обеспечения заданной жесткости оправки. Данный механизм состоит из тросов 5, проходящих через полость 4. Количество тросов, их диаметр, схема их расположения выбираются известным образом, в зависимости от нагрузок на оправку при расточке отверстий. Тросы подбираются по диаметру и длине из стандартного ряда. Концы тросов обжимают резьбовыми втулками 6 и 7, которые ввинчивают в резьбовые отверстия блока 1.1 и хвостовика 2. Регулирование натяжения тросов осуществляется за счет вращения, а, следовательно, осевого перемещения резьбовых втулок 6 и/или 7, размещенных в резьбовых отверстиях блока 1.1 и хвостовика 2. Для обеспечения возможности вращения резьбовых втулок 6 и 7 на их торцах выполнены шлицевые пазы, предназначенные для размещения в них вращающегося элемента слесарного инструмента.
В зависимости от необходимой жесткости корпуса оправки могут быть использованы различные схемы расположения в полости 4 тросов 5, в частности, вдоль оси оправки (фиг. 3), в виде сетки вдоль оси оправки (фиг. 4), по схеме «песочные часы» (фиг. 5) с пересечением тросов в центре полости корпуса оправки. Для чернового растачивания, при котором силы резания значительны, а, следовательно, жесткость оправки должна быть максимальной, как правило, используют схему расположения тросов вдоль оправки. Для чистового точения используют схему в виде сетки. Для тонкого растачивания используют схему расположения тросов в виде песочных часов.
Собранные в корпус и стянутые тросами блоки 1.1-1.6 фиксируются клеевой композицией 8, вводимой в полость 4.
Клеевая композиция дает возможность соединять детали различной конфигурации и толщины с равномерным распределением напряжений по всему объему клеевого материала. Использование клеевой композиции, кроме скрепления блоков, обеспечивает снижение уровня вибраций и шума в процессе обработки отверстий. В качестве клеевых композиций используются известные композиции, например ВК-8, ВК-9, УП-5-207. Приготовление композиции производят в соответствии с технологией ее приготовления. Заполнение приготовленной композицией полости 4 осуществляют, например, посредством ручного шприца, механизированного или автоматизированного дозатора, например, через осевое отверстие блока 1.1 (не показано), которое затем заглушают. После отверждения клеевой композиции в полости 4 образуется вибростойкий композиционный материал - армированная тросами 5 отвержденная клеевая композиция. Через полость 4 может быть проложена трубка 9 для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания в процессе работы оправки.
Оправка расточная работает следующим образом.
Для проведения расточки отверстия осуществляют сборку оправки с заданными геометрическими параметрами. Основой для определения геометрических параметров, как правило, являются размер (диаметр) растачиваемого отверстия, глубина расточки, требования к точности обработки и чистоте обработанной поверхности, вид обработки (черновая, чистовая, тонкая) и пр.
Исходя из исходного диаметра подлежащего расточке отверстия, выбирают по максимально допустимому наружному размеру блоки, а исходя из глубины расточки - количество стыкуемых блоков для формирования из них корпуса 1. Для расточки отверстия постоянного размера размер блоков одинаков, для расточки ступенчатого отверстия, корпус оправки может иметь ступенчатую форму за счет использования блоков разных размеров.
Далее, исходя из сил резания в процессе расточки отверстия, устанавливают заданную жесткость оправки. Для этого выбирают необходимое количество тросов и схему расположения их в полости 4 блоков. Соединяют собранный корпус 1 с хвостовиком 2. Заданное усилие затяжки тросов обеспечивают вращением резьбовых втулок 6 и/или 7, которое производят тарированным инструментом.
Далее образованную полость 4 заполняют через заглушаемое отверстие (не показано) блока 1.1 приготовленной клеевой композицией 8 и выдерживают оправку в течение времени, необходимого для отверждения клеевой композиции. Сборка оправки расточной закончена.
Устанавливают в блок 1.1 режущий инструмент 3 и настраивают его на заданный размер обработки отверстия. Оправка готова к работе.
Устанавливают оправку в шпиндель расточного станка или пиноль токарного и производят расточку отверстия по традиционной для данного станка схеме обработки. После окончания обработки отверстия детали снимают оправку со станка.
Для разборки оправки производят ее нагрев до расплавления клеевой композиции, которую удаляют из полости 4 при открытом отверстии блока 1.1 и направляют на утилизацию, после чего раскрепляют тросы, разбирают корпус на блоки и осуществляют их очистку от остатков клеевой композиции.
Предложенная конструкция оправки обеспечивает обработку отверстий с высоким качеством (точностью обработки и чистотой обработанной поверхности), обладает весьма широкими технологическими возможностями за счет изменения размера и количества блоков, то есть, сборки оправки с заданными геометрическими параметрами. Заданная жесткость оправки обеспечивается за счет стягивания блоков корпуса металлическими тросами с заданным усилием затяжки и наличия в полости корпуса отвержденной клеевой композиции.
Одним из основных достоинств оправки является возможность гашения вибраций и шума в процессе обработки за счет помещенной в ее полость клеевой композиции. Вибростойкость разработанной оправки по сравнению со стандартной цельной подтверждается графиками, представленными на фиг. 6. В результате анализа графиков нетрудно заметить, что при обработке отверстия сборной оправкой вибрации при резании уменьшились примерно на 30% по сравнению с обработкой отверстия на тех же режимах цельной оправкой.
Оправка расточная является сборной и состоит из унифицированных элементов, благодаря этому решается проблема многономенклатурности и снижается стоимость оправки, так как в зависимости от обрабатываемого отверстия можно собрать расточную оправку с требуемыми параметрами, а не приобретать ее.
Разработанная конструкция оправки расточной может быть применена для растачивания глубоких отверстий, в том числе, на чистовых этапах обработки, растачивания сложнопрофильных отверстий, в том числе, в нежестких деталях в условиях мелкосерийного и серийного производства.