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 большой спектр технологий обработки в них точных отверстий различной 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, а возможность регулировать ее размеры значительно расширяет область применения оправки.
Известна расточная оправка, состоящая из корпуса с резцовой головкой, в корпусе выполнено осевое отверстие, в котором установлен виброгаситель, содержащий расположенный на шпильке цилиндр с осевой кольцевой полостью, внутри которой размещены металлические стержни, имеющие плотность, превышающую плотность материала корпуса, сориентированные вдоль оси цилиндра, а свободное пространство между стержнями заполнено микропорошком, причем цилиндр с осевой кольцевой полостью герметично ограничен с торцов упорными втулками, которые контактируют с резиновыми подушками, выполненными из мягкой резины, а в шпильке выполнено центральное отверстие под смазочно-охлаждающую жидкость, и на ее резьбовых концах установлены с одной стороны задняя резьбовая втулка, кольцо из жесткой резины и упорное резьбовое кольцо, а с другой - базовая втулка, служащая для фиксации виброгасителя в корпусе и крепления резцовой головки с режущей пластиной.
(см. патент РФ на полезную модель №129439, кл. В23В 29/03, 2013 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что виброгаситель имеет весьма сложную конструкцию, довольно громоздок, поэтому осевое отверстие в корпусе для его размещения должно быть достаточно велико, что значительно снижает прочность корпуса и увеличивает его осевые и радиальные размеры, ограничивая применение оправки расточкой отверстий больших диаметров.
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. В23В 29/034, 2005 г.).
В результате анализа конструкции известной оправки необходимо отметить, что она, в отличии от приведенной выше, характеризуется незначительными радиальными габаритами, что позволяет использовать ее и для расточки отверстий малого диаметра. 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, они снабжены шпоночными пазами, 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. В23В 29/03, 2016 г.).
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 его жесткости, 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 соевой их относительные натяги. Необходимость создания напряжений в расточной оправки 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 наполнена клеевой композицией, что создает дополнительную жесткость и монолитность всей оправки, кроме того клеевой слой способствует гашению вибрационный волны, что повышает качество обработки.
Известна оправка расточная, содержащая корпус с хвостовиком на одном его торце и резцедержателем на другом. В корпусе имеется закрываемая пробкой осевая полость, предназначенная для заполнения ее виброгасящим материалом для повышения вибрационных характеристик оправки.
(см. патент РФ №2067512, кл. В23В 29/03, 1996 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате выполнения известной оправки необходимо отметить, что при ее работе гашение вибраций обеспечивает высокую точность и качество обработанной поверхности. Однако, наличие в корпусе осевой полости уменьшает жесткость оправки, что ограничивает область ее использования только для чистового или тонкого точения, а невозможность регулирования ее размера по длине значительно сокращает номенклатуру обрабатываемых деталей.
Техническим результатом настоящей полезной модели является расширение области применения оправки расточной за счет обеспечения регулирования ее жесткости и размеров, как осевых, так и радиальных.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в оправке расточной, содержащей корпус, резцедержатель и хвостовик, причем в корпусе имеется осевая полость для помещения виброгасящего материала, новым является то, что корпус, резцедержатель и хвостовик соединены друг с другом с возможностью разъема, корпус выполнен в виде тела трубчатой формы, пристыкованного торцом к хвостовику, а на другом торце корпуса размещен резцедержатель, при этом оправка оснащена механизмом натяжения для стягивания состыкованных резцедержателя, корпуса и хвостовика, выполненным в виде размещенных в полости корпуса тросов, концы каждого из которых обжаты резьбовыми втулками, одна из втулок каждого троса ввинчена в резьбовое отверстие резцедержателя, а другая - в резьбовое отверстие хвостовика, при этом в качестве виброгасящего материала, помещаемого в полость корпуса, использована клеевая композиция, при этом, корпус может быть выполнен корпус выполнен сменным, при этом, сменные корпуса имеют разные размеры, а тросы расположены в полости корпуса либо вдоль его центральной оси, либо в виде сетки, либо 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 пересечение в центре расточной оправки;
на фиг. 6 - графики зависимости виброскорости от частоты вращения сборной и цельной оправок расточных.
на фиг. 7 - узел соединения корпуса оправки с ее хвостовиком.
Оправка расточная состоит из корпуса 1, выполненного в виде тела трубчатой формы и пристыкованных к его торцам хвостовика 2 и резцедержателя 3, предназначенного для установки и настройки на обрабатываемый размер резца 4. Хвостовик 2 предназначен для установки оправки в шпинделе, патроне или пиноли станка.
Корпус 1 соединен с хвостовиком 2 и резцедержателем 3 с возможностью разъема, то есть, оправка является сборной и состоит из собираемых друг с другом корпуса, хвостовика и резцедержателя.
Режущий инструмент 4 может быть установлен в резцедержателе стационарно или оснащен механизмом настройки на заданный размер обработки, например, аналогичным примененному в патенте РФ №2252840 (указан в качестве аналога).
Как уже было отмечено выше, корпус 1 выполнен в виде тела трубчатой формы. Это может быть трубка, стакан, втулка и пр.
Корпус может иметь различную форму в поперечном сечении (круг, овал, квадрат, прямоугольник, многоугольник и пр. Форма имеющейся в корпусе осевой полости 5, как правило, эквидистантна форме наружной поверхности корпуса.
Соединение корпуса с хвостовиком и с резцедержателем является разборным и может быть осуществлено различным известным образом, например, выполнением на торцах хвостовика и резцедержателя канавок, в которые при сборке вводятся торцы корпуса. Силовое замыкание соединенных частей оправки обеспечивается посредством затяжки тросов 6 натяжного механизма, которым оснащена оправка.
Натяжной механизм предназначен для обеспечения заданной жесткости оправки. Данный механизм состоит из тросов 6, проходящих через полость 5. 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 7 и 8, которые ввинчивают в резьбовые отверстия резцедержателя 3 и хвостовика 2. Регулирование натяжения тросов осуществляется за счет вращения, а, следовательно, осевого перемещения резьбовых втулок 7 и/или 8, размещенных в резьбовых отверстиях резцедержателя 3 и хвостовика 2. Для обеспечения возможности вращения резьбовых втулок 7 и 8 на их торцах выполнены шлицевые пазы, предназначенные для размещения в них вращающегося элемента слесарного инструмента.
В зависимости от требуемой жесткости оправки могут быть использованы различные схемы расположения в полости 5 тросов 6, 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. Для чернового растачивания, при котором силы резания значительны, а, следовательно, жесткость оправки должна быть максимальной, как правило, используют схему расположения тросов вдоль оси оправки. Для чистового точения используют схему в виде сетки. Для тонкого растачивания используют схему расположения тросов в виде песочных часов.
Собранные корпус 1, резцедержатель 3 и хвостовик 2, а также натянутые в полости 5 тросы 6 фиксируются клеевой композицией 9, вводимой в полость 5. Клеевая композиция соединяет резцедержатель, корпус и хвостовик с равномерным распределением напряжений по всему объему клеевого материала. Тросы и затвердевшая клеевая композиция образуют в полости корпуса композиционный материал, характеризующийся высокими показателями прочности и вибростойкости. Использование клеевой композиции также обеспечивает снижение шума в процессе обработки отверстий.
В качестве клеевых композиций используются известные клеевые составы, например ВК-8, ВК-9, УП -5-207. Приготовление композиции производят в соответствии с технологией ее приготовления. Заполнение приготовленной композицией полости 5 осуществляют, например, посредством ручного шприца, механизированного или автоматизированного дозатора, например, через заглушаемое отверстие, выполненное в корпусе или резцедержателе. Через полость 5 корпуса может быть проложена трубка 10 для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания в процессе работы оправки.
Как уже отмечалось выше, хвостовик, корпус и резцедержатель соединены разъемно. Это дает возможность при сборке оправки подобрать корпус таких размеров (длины, диаметра, формы поперечного сечения и пр.), чтобы обеспечить оптимальные размеры оправки для обработки конкретного отверстия с заданной точностью и чистотой обработанной поверхности. Оправка может комплектоваться набором корпусов различной длины, формы, поперечных размеров, но с одними и теми же посадочными поверхностями для обеспечения стыковки с резцедержателем и хвостовиком. Это обеспечивает обработку одной оправкой целой гаммы отверстий.
Таким образом, расточка множества отверстий различных размеров, имеющих различные требования по точности и чистоте обработанной поверхности, что характерно, например, для обработки корпусных деталей, может быть произведена одной оправкой, к которой приложен комплект сменных корпусов. Причем в каждом случае обработка отверстия ведется на оптимальных режимах инструментом оптимальных размеров и жесткости. Это позволяет не только существенно расширить область применения оправки, но и обеспечить при ее использовании расточку отверстий с высоким качеством.
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 корпус 1 по максимально допустимому наружному размеру, а исходя из глубины расточки - его длину.
Далее, исходя из сил резания в процессе расточки отверстия, устанавливают заданную жесткость оправки. Для этого выбирают необходимое количество тросов 6, схему расположения их в полости 5 корпуса, усилие натяжения тросов.
Соединяют корпус 1 с хвостовиком 2 и резцедержателем 3. Заданное усилие затяжки тросов обеспечивают вращением резьбовых втулок 7 и/или 8, которое производят тарированным ключом.
Далее полость 5 корпуса 1 заполняют через заглушаемое отверстие корпуса приготовленной клеевой композицией 9 и выдерживают оправку в течение времени, необходимого для отверждения клеевой композиции. Сборка оправки расточной закончена.
Настраивают резец 4 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 5 при открытом отверстии корпуса и направляют на утилизацию, после чего раскрепляют тросы, разбирают оправку на корпус, резцедержатель и хвостовик, осуществляют их очистку от остатков клеевой композиции.
Предложенная конструкция оправки обеспечивает обработку широкой гаммы отверстий с высоким качеством (точностью обработки и чистотой обработанной поверхности), она обладает весьма широкими технологическими возможностями за счет сменного корпуса, что позволяет обеспечить сборку оправки с заданными геометрическими параметрами. Заданная жесткость оправки обеспечивается за счет стягивания ее корпуса металлическими тросами с заданным усилием затяжки.
Одним из основных достоинств оправки является возможность гашения вибраций и шума в процессе обработки за счет помещенной в полость корпуса, через которую пропущены тросы, 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.
Разработанная конструкция оправки расточной может быть применена для растачивания глубоких отверстий, в том числе, на чистовых этапах обработки, растачивания сложнопрофильных отверстий, а также нежестких деталей в условиях мелкосерийного и серийного производства.