РАСТОЧНАЯ ГОЛОВКА

Полезная модель относится к обработке металлов резанием, а именно к операции чистового растачивания глубоких отверстий.
Известен расточной инструмент для обработки глубоких точных отверстий (см. патент РФ №2203164, В23В 29/034, В23В 29/18, опубл. 27.04.2003), содержащий режущее лезвие и направляющую, установленную в пазу корпуса с плоской поверхностью дна. Подвижная направляющая, имеющая расположенную со стороны переднего торца коническую входную поверхность, а со стороны заднего торца - цилиндрическую рабочую поверхность, установлена в продольном пазу корпуса. При этом направляющая выполнена с возможностью перемещения вдоль оси инструмента.
Недостатком описанного инструмента является то, что направляющая не имеет возможности поперечного перемещения, а форма ее поверхности приводит к тому, что контакт с криволинейным участком обрабатываемой вращающейся поверхности происходит по одной из боковых граней. Таким образом, при прохождении непрямолинейного участка обрабатываемого отверстия головка отклоняется от заданного положения, следует по криволинейной траектории, что приводит к копированию исходной погрешности, поперечным колебаниям инструмента, возникновению огранки и снижению точности обработки глубокого отверстия.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является расточная головка (см. патент РФ №2014172, В23В 29/03, опубл. 15.06.1994), содержащая корпус с осевым отверстием, режущие элементы, радиально-подвижные опоры, выполненные в виде цилиндрических стержней, с направляющими шпонками и виброгаситель, установленный в отверстии корпуса и выполненный в виде упорной втулки, тарельчатых пружин, колец с коническими поверхностями и регулировочных элементов, снабженная сегментами, установленными в осевом отверстии корпуса с возможностью взаимодействия с радиально-подвижными опорами, с коническими поверхностями колец и с регулировочными элементами, выполненными в виде двух регулировочных винтов с коническими головками и установленными в выполненном в упорной втулке резьбовом отверстии, при этом радиально-подвижные опоры выполнены с плоскими торцевыми поверхностями, а сегменты - с лысками на наружной цилиндрической поверхности и с торцевыми поверхностями, соответствующими сопрягаемым с ними поверхностям колец и винтов.
Существенным недостатком описанной конструкции расточной головки является то, что направляющие шпонки выполнены призматическими как в продольном, так и в поперечном направлениях (см. фиг. 1), поэтому при прохождении непрямолинейного участка вращающейся обрабатываемой заготовки шпонки контактируют с ней поочередно ребрами призмы, то есть точка контакта находится на одном из ребер призматической направляющей шпонки в каждый момент времени. Направляющие шпонки контактируют внутренними ребрами на вогнутом участке траектории и внешними на выгнутом. С учетом вращения заготовки ребра контакта направляющих шпонок циклично изменяются за один оборот. Так как отклонение от прямолинейности оси отверстия является исходной погрешностью для операции растачивания и ось отверстия имеет различный радиус кривизны на протяжении длины отверстия, а направляющие шпонки контактируют с опорными стержнями, которые связаны с тарельчатыми пружинами (отдельные пакеты пружин для передних и задних шпонок), - величина деформации пружин различна. Это приводит к скачкообразному изменению момента сил пружин относительно центра масс расточной головки, возникновению угла перекоса расточной головки, ее поперечным колебаниям и, как следствие, к огранке отверстия. В результате точность обработки глубокого отверстия снижается.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение влияния отклонения от прямолинейности оси исходного отверстия на точность обработки глубокого отверстия за счет уменьшения амплитуды поперечных колебаний расточной головки посредством модернизации ее конструкции.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении полезной модели, является повышение точности обработки глубокого отверстия за счет уменьшения огранки.
Указанный технический результат достигается тем, что расточная головка, содержащая корпус с осевым отверстием, режущие элементы, радиально-подвижные опоры с направляющими шпонками и виброгаситель, установленный в отверстии корпуса и выполненный в виде упорной втулки, тарельчатых пружин, колец с коническими поверхностями и регулировочных элементов, снабженная сегментами, установленными в осевом отверстии корпуса с возможностью взаимодействия с радиально-подвижными опорами, с коническими поверхностями колец и с регулировочными элементами, выполненными в виде двух регулировочных винтов с коническими головками и установленными в выполненном в упорной втулке резьбовом отверстии, при этом радиально-подвижные опоры выполнены с плоскими торцевыми поверхностями, а сегменты - с лысками на наружной цилиндрической поверхности и с торцевыми поверхностями, соответствующими сопрягаемым с ними поверхностям колец и винтов, при этом направляющие шпонки имеют прямоугольное плоское основание, а верхние кромки выполнены с галтелями, причем радиус галтели в поперечном сечении равен требуемому радиусу отверстия, а радиус r галтели в продольном сечении определяют, исходя из допустимого отклонения Δ от прямолинейности оси исходного отверстия обрабатываемой заготовки, которое содержится в конструкторской документации, и длины l основания направляющей шпонки по соотношению:
.
Предложенные направляющие шпонки имеют прямоугольное плоское основание, а верхние кромки выполнены с галтелями, что приводит к равномерному перемещению точки их контакта с заготовкой по всей поверхности направляющей шпонки, при этом величина главного момента сил пружин относительно центра масс для передних и задних направляющих шпонок изменяется плавно. Это позволяет избежать скачкообразного изменения момента сил пружин относительно центра масс расточной головки и снизить амплитуду поперечных колебаний расточной головки.
Направляющая шпонка имеет радиус галтели в поперечном сечении, равный требуемому радиусу обработанного отверстия, что снижает погрешность базирования расточной головки в заходном отверстии и приводит к повышению точности его обработки.
Верхняя кромка направляющей шпонки в продольном сечении имеет радиус r галтели, рассчитанный по соотношению: , где Δ - величина отклонения от прямолинейности оси исходного отверстия обрабатываемой заготовки, l - длина направляющей шпонки. Это обеспечивает наилучшее прилегание поверхностей направляющей шпонки и обрабатываемой для наиболее равномерного перемещения точки их контакта и позволяет повысить точность обработки глубокого отверстия благодаря учету исходной максимальной величины отклонения от прямолинейности оси обрабатываемого отверстия.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема расточной головки.
На фиг. 2 показана форма направляющей шпонки.
Расточная головка состоит из корпуса 1 (фиг. 1), в передней части которого выполнено окно 2 для размещения расточного блока, а на наружной поверхности выполнены пазы для размещения направляющих шпонок 3. Направляющие шпонки 3 имеют прямоугольное плоское основание (фиг. 2) и верхние кромки, выполненные с галтелями, причем радиус галтели в поперечном сечении равен требуемому радиусу обработанного отверстия, а радиус r галтели в продольном сечении определен, исходя из отклонения Δ от прямолинейности оси исходного отверстия обрабатываемой заготовки и длины l основания направляющей шпонки по соотношению: , при этом значение отклонения Δ от прямолинейности оси обрабатываемого отверстия содержится в конструкторской документации, а значение l определено конструктивно с учетом того, что по длине расточной головки расположено по две направляющие шпонки 3. По оси корпуса 1 (фиг. 1) выполнено отверстие 4, в котором установлен виброгаситель, состоящий из сегментов 5, которые одним концом опираются на коническую поверхность головки винта 6, а другим концом опираются на коническую поверхность кольца 7, подвижного в осевом направлении и подпружиненного тарельчатыми пружинами 8. Винты 6 резьбовой частью ввинчены в резьбовое отверстие, выполненное по оси упорной втулки 9, и служат для регулировки жесткости тарельчатых пружин 8. Направляющие шпонки 3 установлены в пазах корпуса 1 на радиально-подвижных опорах 10, выполненных в виде цилиндрических стержней с плоскими торцами и установленных в радиальные отверстия корпуса 1. Длина опор 10 выполнена с таким расчетом, чтобы между дном паза и опорной поверхностью направляющих шпонок 3 был гарантированный зазор 11, размер которого - не менее величины необходимого радиального перемещения направляющих шпонок 3.
Расточная головка работает следующим образом.
Перед работой в окно 2 расточной головки устанавливают расточной блок и настраивают ее на заданный размер, который соответствует требуемому радиусу отверстия (номинальному значению радиуса отверстия готового изделия), по вершинам направляющих шпонок 3, регулируя величину сжатия пружин 8 винтами 6. Так как направляющие шпонки уже имеют радиус галтели в поперечном сечении, соответствующий требуемому, то величина сжатия пружин одинакова для каждого набора 8. Далее расточную головку посредством присоединительного хвостовика устанавливают в борштангу. Расточную головку вводят в заправочное отверстие заготовки и производят растачивание отверстия на всю длину.
Так как исходное отверстие имеет отклонение оси от прямолинейности, погрешность обработки люнетных шеек, погрешность обработки заходного участка, то продольная ось расточной головки уже имеет некоторое отклонение относительно заданного положения. Поэтому точка контакта каждой из направляющих шпонок 3 различна и перемещается по радиусу направляющей шпонки 3 по мере вращения заготовки и движения подачи по непрямолинейному участку. Следовательно, каждая из направляющих шпонок 3 имеет свое перемещение в рамках зазора 11, в зависимости от положения текущей точки контакта, которое преобразуется в величину деформации тарельчатых пружин 8 посредством радиально подвижных опор 10 через соответствующие сегменты 5, перемещая при этом кольца 7. При этом передние четыре направляющие шпонки 3 создают деформацию одного пакета тарельчатых пружин 8, а задние четыре - другого пакета пружин. В центре масс расточной головки возникает результирующий момент сил жесткости двух пакетов, который благодаря исполнению верхней кромки направляющих шпонок 3 с галтелью изменяется плавно, без скачков, что исключает возникновение резонанса с собственной частотой крутильных колебаний. Это препятствует нарастанию амплитуды поперечных колебаний и возникновению огранки, что позволяет повысить точность обработки глубокого отверстия.
Так как направляющие шпонки 3 имеют прямоугольное плоское основание, а верхние кромки выполнены с соответствующими галтелями, то начальное сжатие пружин 8 обеспечивает требуемую жесткость, и расточная головка воспринимает возникающие нагрузки, обусловленные исходным распределением отклонения от прямолинейности оси обрабатываемого отверстия по его длине, и обеспечивает заданную величину отклонения от прямолинейности оси отверстия и исправление исходного отклонения оси от прямолинейности, что повышает точность обработки отверстия.
Кроме перечисленных преимуществ, расточная головка предложенной конструкции проще в эксплуатации, так как не требует подстройки при изменении материала и свойств обрабатываемой заготовки.
Заявляемая полезная модель позволяет снизить влияние исходной величины отклонения от прямолинейности оси обрабатываемого отверстия на точность обработки глубокого отверстия за счет уменьшения амплитуды поперечных колебаний расточной головки, чем достигается повышение точности его обработки.
Пример
Для обработки гильзы гидроцилиндра телескопирования в качестве заготовки поступает труба 146×14 В30ХГСА ГОСТ 23210-89, которая имеет исходное отверстие радиусом 59 мм и длиной 7500 мм, а номинальный требуемый радиус обработанного отверстия должен составить 62,5 мм. Перед началом обработки производят измерение величины Δ отклонения оси отверстия заготовки от прямолинейности в нескольких поперечных сечениях по нормам предприятия. По результатам измерений определяют максимальное значение Δ и сравнивают с величиной, содержащейся в конструкторской документации. Если измеренные значения величины Δ отклонения оси отверстия заготовки от прямолинейности не превышают допустимой, то изделие поступает на обработку, а величине Δ присваивают максимальное из измеренных значений отклонения оси отверстия от прямолинейности. Для описанного изделия к обработке допускаются трубы, отклонение от прямолинейности которых не превышает 1,5 мм на метр длины. Максимальное отклонение Δ оси отверстия заготовки от прямолинейности по результатам контроля составляет 1,5 мм на метр длины. Следовательно, Δ=0,0015 - отклонение от прямолинейности оси исходного отверстия, которое принимается для дальнейших расчетов.
Расточная головка для обработки описанного отверстия имеет паз для установки направляющих шпонок, длина которого составляет 43 мм, ширина 23 мм, глубина 10 мм, следовательно, длина основания направляющей шпонки (фиг. 2) l=0,043 м.
Радиус галтели верхней кромки направляющей шпонки в поперечном сечении равен требуемому радиусу обработанного отверстия 62,5 мм. Радиус r галтели в продольном сечении определяют по соотношению:.
, r<0,154 м. Выбираем значение радиуса галтели верхней кромки направляющей шпонки в продольном сечении r=150 мм.
Направляющие шпонки, выполненные предложенным образом, устанавливают в пазы расточной головки и производят растачивание на всю длину обрабатываемого отверстия. Полученная форма направляющих шпонок позволяет им контактировать с поверхностью обрабатываемой заготовки по всей длине верхней кромки, точка контакта перемещается плавно, что позволяет избежать скачкообразного изменения момента сил пружин, который напрямую зависит от характера изменения точки контакта относительно центра масс расточной головки. Таким образом, амплитуда поперечных колебаний расточной головки снижается и это приводит к повышению точности обработки глубокого отверстия.