УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТИПА ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ НА СТАНКАХ С ЧПУ
DEVICE FOR ULTRASOUND STRENGTHENING OF PARTS OF ROTATION BODY TYPE AT NC MACHINES

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для финишной отделочно-упрочняющей обработки деталей типа тел вращения на токарных станках с числовым программным управлением (ЧПУ) с наложением на инструмент энергии ультразвуковых колебаний.
Известно устройство (RU патент №2477210) для автоматизированной ультразвуковой упрочняющей обработки, содержащее корпус, акустическую систему, состоящую из преобразователя, соединенного с волноводом, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука, представляющий собой наконечник для упрочняющей обработки, направляющую втулку и гайку, отличающееся тем, что акустическая система с помощью гайки соосно закреплена во внутреннем гнезде полого поршня-штока, выполненного с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями большего и меньшего диаметров, и рабочим торцом, образованным перепадом упомянутых опорных поверхностей, причем одна из опорных поверхностей большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а другая, меньшего диаметра, - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него и служащей для обеспечения дополнительной опоры для поршень-штока, поднастройки усилия обработки и регулировки длины гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, при этом гидравлическая полость заполненна маслом, давление в которой контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика, преобразующего значения давления в выходной аналоговый сигнал тока или напряжения, используемый для визуализации значений давления в режиме реального времени, и для управления процессом обработки, например, с помощью системы ЧПУ.
Согласно описанию устройство, установленное в револьверной головке станка с ЧПУ, на быстром ходу подводится к обрабатываемой поверхности на расстоянии 0,2 …0,5 мм от нее. Для связи систем координат детали и инструмента в ручном режиме головка подводится к детали до касания рабочим инструментом обрабатываемой поверхности, и создается предварительный натяг за счет внедрения инструмента в поверхность на глубину заведомо меньшей рабочей глубины внедрения, при этом значения координат заносятся в систему ЧПУ станка. Для создания требуемого давления в гидравлической полости ввинчивают направляющую втулку в корпусе. Недостатком известного устройства является то, что после обработки поршень-шток при отводе устройства не возвращается полностью в исходное положение, соответствующее моменту касания инструмента обрабатываемой поверхности. В результате текущее положение поршень-штока с инструментом не соответствует записанным значениям исходных координат в системе ЧПУ и обработка следующей детали осуществляется с меньшим относительного оптимального усилием, что не обеспечивает стабильность обработки партии деталей.
Предлагаемое устройство является усовершенствованным аналогом известного устройства и направлено на устранение отмеченного недостатка. С этой целью устройство снабжено пружиной сжатия, установленной на меньшем диаметре полого поршень-штока таким образом, что указанная пружина одним своим торцом соприкасается с рабочим торцом поршень-штока, а другим - с торцом направляющей втулки, при этом жесткость пружины выбирается из соотношения:
где k - жесткость пружины сжатия, p - давление в рабочей полости, s - площадь рабочего торца поршень-штока, Δ - смещение поршень-штока под действием усилия со стороны обрабатываемой поверхности. Указанная пружина предназначена для возврата поршень-штока в исходное положение.
Предлагаемое устройство изображено на фиг.1.
Устройство содержит корпус 1, акустическую систему, состоящую из преобразователя 2, соединенного с волноводом 3, на торцевой части которого закреплен излучатель ультразвука 4, представляющий собой наконечник для упрочняющей обработки. Акустическая система с помощью гайки 5 закреплена во внутреннем гнезде полого поршень-штока 6 с двумя опорными наружными цилиндрическими поверхностями, большего и меньшего диаметров, на которых установлены гидравлические уплотнения 7. На меньшем диаметре полого поршень-штока установлена пружина сжатия 8, один торец которой соприкасается с рабочим торцом поршень-штока, а другой - с торцом направляющей втулки 9. Одна из опорных поверхностей поршень-штока большего диаметра сопряжена с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1, а другая, меньшего диаметра, - с внутренней цилиндрической поверхностью направляющей втулки 9, установленной в корпусе и выполненной с возможностью ввинчивания в него. На наружной цилиндрической поверхности направляющей втулки имеется гидравлическое уплотнение 10. Направляющая втулка, кроме дополнительной опоры для поршень-штока, служит для настройки усилия обработки путем регулировки длины замкнутой гидравлической полости, образованной рабочим торцом поршень-штока, торцом направляющей втулки, внутренней цилиндрической поверхностью корпуса и наружной поверхностью поршень-штока, имеющего меньший диаметр. Гидравлическая полость заполнена маслом, давление в которой контролируется с помощью установленного в корпусе электронного датчика 11.
Устройство работает следующим образом. Устройство, установленное в револьверной головке токарного станка с ЧПУ на быстром ходу, подводится к обрабатываемой поверхности на расстоянии 0,2 …0,5 мм от нее. Далее, для связи систем координат детали и инструмента в ручном режиме головка подводится к детали до касания рабочим инструментом обрабатываемой поверхности и создается предварительный натяг путем внедрения инструмента в деталь на величину, заведомо меньшую глубины внедрения инструмента, отвечающей требуемому давлению в гидравлической полости головки, необходимому для обработки, при этом значения координат, устанавливающих связь системы координат детали и инструмента заносятся в соответствующую таблицу коррекции системы ЧПУ. Далее, путем ввинчивания направляющей втулки в корпусе устанавливается требуемое давление в гидравлической полости с помощью датчика, выходной аналоговый сигнал которого используется для визуализации значений давления в режиме реального времени. После обработки поверхности устройство по управляющей программе отводится от обработанной поверхности, а поршень-шток с установленной в нем акустической системой и рабочим инструментом с помощью пружины сжатия возвращается в исходное положение, соответствующее записанным координатам в систему ЧПУ.