Результат интеллектуальной деятельности: Способ обработки фасонных поверхностей вращения

Изобретение относится к машиностроению, в частности к подшипниковой промышленности и может быть использовано при окончательной обработке поверхностей желобов внутренних колец подшипников.

Известны аналогичные способы обработки фасонных поверхностей бесконечной лентой (а. с., а. с. 425767, В24В 21/02, БИ, 16, 1974; 1465278, В24В 21/00, БИ, 10, 1989; 1602702, В24В 21/00, БИ, 40, 1990; 1664524, В24В 21/00, БИ, 27, 1991; 2142873, В24В 21/16, БИ, 35, 1999), при которых заготовке сообщают вращение вокруг ее оси, а ленте - скольжение относительно обрабатываемой поверхности со скоростью резания, при чем лента охватывает обрабатываемую поверхность по дуге. Аналогичные способы обработки обладают высокой производительностью и отличаются простотой инструмента. Однако они имеют недостаток, связанный с тем, что не обеспечивают высокой точности формы, т.к. не обеспечивают равномерность давления инструмента на обрабатываемую поверхность, а также не обеспечивают повышение производительности.

В качестве прототипа по своей технической сущности наиболее близко подходит способ обработки наружных фасонных поверхностей вращения (пат. 2142893, В24В 21/16, В24В 19/06, БИ, 35, 1999 г.), при котором в качестве инструмента используют бесконечную ленту круглого сечения, например, из капрона, внутри которой располагается круглый сердечник из металла, а заготовке сообщают вращательное движение. Способ-прототип обеспечивает высокую точность формы поперечного сечения. Однако он имеет недостаток: высокая точность формы уменьшается к краям тороидальной поверхности, т.к. давление инструмента на обрабатываемую поверхность уменьшается от ее центрального сечения к краям.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе обработки наружных фасонных поверхностей вращения, преимущественно тороидальных, в котором в качестве инструмента используют бесконечную ленту круглого сечения, например, из капрона, охватывающую обрабатываемую поверхность по дуге, имеющую набегающий и сбегающий участки, наносят на него абразивную пасту, сообщают ему скольжение относительно обрабатываемой поверхности со скоростью резания, а заготовке сообщают вращение вокруг своей оси, сообщают инструменту дополнительное вращение вокруг центральной оси его по всей длине его приложением равных крутящих моментов к его поперечным сечениям в противоположные стороны, например, в районе набегающего и сбегающего участков, причем радиус поперечного сечения инструмента выбирают из условия равенства его минимальному радиусу кривизны выгнутой части профиля обрабатываемой поверхности заготовки, при этом инструменту - бесконечной ленте сообщают дополнительное регулируемое давление с помощью силы в нормальной плоскости контакта инструмента с заготовкой в направлении их точки контакта и оси вращения заготовки посредством дополнительно установленного вращающегося за счет трения с инструментом ролика, прижимаемого к инструменту дополнительным механизмом его подвода-отвода, и регулирования давления ролика.

Сущность способа обработки выражается в совокупности следующих признаков: инструменту сообщают дополнительное давление с помощью силы в нормальной плоскости контакта инструмента с заготовкой в направлении их точки контакта и оси вращения заготовки посредством дополнительного установленного вращающегося за счет трения с инструментом ролика, прижимаемого к инструменту дополнительным механизмом подвода-отвода и регулирования давления ролика.

Следовательно, изменена структура способа обработки, так как введено новое действие, а именно: сообщение инструменту дополнительного регулируемого давления. Этого действия нет в известных способах и в способе-прототипе. Изменение структуры способа обработки позволяет достигнуть дополнительный технической результат в виде повышения точности профиля желоба, уменьшению неравномерности шероховатости и волнистости. Названные выше отличительные признаки находятся в причино-следственной связи с техническим результатом. Следовательно, признаки являются существенными.

Повышение точности обрабатываемого профиля поверхности позволяет избежать дополнительной обработки. Уменьшение неравномерности шероховатости и волнистости приводит к улучшению качества поверхностного слоя обрабатываемой поверхности без ее дополнительной обработки.

В способе-прототипе вследствие разности давлений инструмента-ленты в разных точках сферы тороидальной поверхности (на дне - больше, чем ближе к краю - все меньше) не обеспечивается равномерный съем удаляемого материала заготовки. Выше приведенный логический анализ показывает, что с помощью заявленного способа обработки возможно достигнуть дополнительный выше указанный технический результат.

В графических материалах заявки представлены: фиг. 1 - общая схема обработки; фиг. 2 - схема установки заготовки, дополнительного ролика и механизм перемещения и давления дополнительного ролика.

Способ обработки в статике. Заготовка 1, например, внутреннее кольцо шарикоподшипника, установлена на шпинделе барабан 2' в цанговом патроне (условно не показан). В барабане 2' в шести позициях II-V имеются шесть шпинделей, которые имеют возможность приводить заготовки во вращение с требуемой угловой скоростью. Заготовки вращаются в позициях II-V, а в позициях I и VI устанавливаются и снимаются. С обрабатываемой поверхностью 3, представляющую собой тороид, имеет возможность контактировать инструмент 4. Инструмент 4 представляет собой бесконечную ленту, изготовленного из пластичного материала, например, капрона, круглого сечения. Внутри пластичного материала расположен сердечник 5, например, из кордовой резины, либо металлической проволоки.

Инструмент-лента может получать главное рабочее вращательное движение вокруг оси заготовки в районе контакта ее с обрабатываемой поверхностью с заданной скоростью резания. На рабочих участках инструмент-лента имеет форму дуг и отрезков прямых. На свободных участках инструмента-ленты 4, например, на набегающем участке 7 и сбегающем участке 8, имеет форму прямой с центральными осями O₁-O₁, и O₂-O₂. Инструмент-лента имеет возможность перемещаться на этих участках в разные стороны со скоростью резания. На инструмент-ленту 4 перед входом в контакт с заготовкой 1 имеется возможность наносить абразивную пасту посредством устройства 9, а после выхода - убирать остатки абразивной пасты и частицы снимаемого с заготовки материала посредством устройства 10. Инструмент-лента 4 охватывает одновременно, например, три заготовки. Инструмент-лента 4 приводиться в движение посредством специального привода (условно не показанного), шкив 11 которого выполнен, например, в виде двух сжимающихся дисков для обеспечения возможности передачи увеличенных моментов. Между шкивом 11 и барабаном 2' установлены промежуточные шкивы 12, 13, выпрямляющие набегающий 7 и сбегающий 8 участки. Набегающий 7 и сбегающий 8 участки инструмента-ленты 4 имеют возможность контактировать с устройством 14 (условно не показанным), предназначенным для осуществления дополнительного движения-вращения инструмента-ленту вокруг собственной центральной оси.

Способ обработки в динамике. Заготовки 1 обрабатываемых колец устанавливают, например, в цанговом патроне, барабана 2'. Охватывают первые четыре заготовки 1 инструментом-лентой 4. Заготовкам 1 сообщают вращательное движение вокруг их осей с необходимой частотой вращения. Инструменту-ленте 4 сообщают главное рабочее движение-скольжение относительно обрабатываемых поверхностей со скоростью резания от шкива 11 включением электродвигателя, условно не показанного. При этом на инструмент-ленту 4 наносят абразивную пасту с помощью устройства 9. Включают автоматический привод устройства 14, обеспечивающего вращение инструмента-ленты 4 вокруг его собственной оси. Это сначала касается набегающей 7 и сбегающей 8 ветвей, а затем названное вращение передается всей длине инструмента-ленты. Поскольку набегающий 7 и сбегающий 8 участки инструмента-ленты 4 начинают вращаться одновременно вокруг собственных осей в разные стороны, то обеспечивается вращение и рабочих участков 6 инструмента-ленты, находящихся между ними, в том числе и участки, непосредственного контактирующие с заготовками в рабочих позициях II, III, IV, V барабана 2'.

К заготовкам 1 подводятся ролики 15, имеющие возможность вращения вокруг собственной оси и имеющие рабочий профиль наружной поверхности, обратный профилю инструмента-ленты 4 с помощью пневномеханизма, включающего цилиндр 16 с поршнем и манометром 17, питаемый от центральной пневмосети. Ролики 15 давят с заранее назначенной силой Р на поверхность инструмента-ленты 4. Сила Р позволяет получить равномерное давление инструмента-ленты 4 на всей обрабатываемой поверхности 3, заготовки 1. Абразивные зерна, вкрапленные в упругий материал инструмента-ленты, будут рабочими по всей длине площади инструмента-ленты 4. В результате съем материала происходит более равномерно. Износ инструмента-ленты 4 также происходит равномернее, чем в способе-прототипе.

Угловую скорость дополнительного вращения инструмента-ленты 4 относительно своей центральной оси выбирают из соображений обеспечения равномерного износа инструмента-ленты и избежания чрезмерного скручивания ее. Поперечное сечение инструмента-ленты 4 за время цикла обработки одной заготовкой 1 должна совершать не менее 2-5 оборотов. Стойкость инструмента-ленты 4 увеличивается с ростом ее длины. Но усложняется передача крутящих моментов на инструмент-ленту 4 для осуществления дополнительного поворота ее. При значительной длине инструмента-ленты 4 устанавливают два устройства 14. Первое, как обычно, второе - на противоположном конце инструмента-ленты 4, т.е. у противоположного шкива 11. Работа обоих устройств синхронизируется по угловой скорости. Часть снимаемого материала с заготовки и абразивной пасты слетает с инструмента ленты под действием центробежной силы. Остаток их снимают с инструмента-ленты 4 посредством устройства 16.

Пример конкретного выполнения. Необходимо окончательно обработать дорожку качения внутреннего кольца подшипника 100906. Размеры кольца: наружный диаметр ∅34 мм, внутренний диаметр ∅30 мм, радиус желоба 2,58^+0,04 мм.

Заготовки колец поступают после операции чистового сферического шлифования поверхностей желоба. Их устанавливают на четыре шпинделя барабана специального шестишпиндельного автомата. В качестве инструмента берут бесконечную капроновую ленту круглого сечения ∅5 мм с металлическим сердечником ∅2 мм, абразивную пасту, содержащую окись алюминия и абразивные зерна максимального поперечника в 5 мкм. Устанавливают усилие натяжения инструмента-ленты в 3 кг. Включают вращение заготовки с частотой вращения 150 об/мин. Устанавливают давление в цилиндре 16, обеспечивающее силу давления ролика 15, в 1,5 кг на инструмент-ленту. Включают привод главного движения скольжения инструмента-ленты со скоростью 15 м/с. Включают механизм нанесения абразивной пасты на инструмент-ленту. Включают привод вращения инструмента вокруг собственной оси с частотой вращения 50 об/мин. Включают механизм очистки ленты. Время поворота барабана устанавливают на соответствующем реле - 15 с. Обработанные заготовки снимают в позиции VI, а новые заготовки устанавливают в позиции I.

Обработанные поверхности желобов заявленным способом имеют шероховатость R_a=0,05-0,07 мм. Уменьшены: огранка до 0,8-0,5 мкм, волнистость до 0,1-0,04 мкм. Уменьшена неравномерность шероховатости и волнистость по дуге профиля желоба.

Сравнение давлений инструмента-ленты на обрабатываемую поверхность в разных точках контакта его с ней показывает (см. табл. 1), что заявленный способ II обработки обеспечивает постоянство давлений инструмента-ленты по сравнению со способом-прототипом I.

Заявленный способ обработки наружных фасонных поверхностей вращения может быть реализован и в других технологических системах: с использованием абразивной суспензии; с использованием алмазный пасты. Во всех случаях может использован дополнительный ролик и механизм его подачи и регулирования его давления, зависящий от профиля обрабатываемой поверхности.

Экономическая эффективность заявленного способа обработки может быть определена из возможности сокращения штучного времени, а, следовательно, числа рабочих и технологических машин-автоматов, а также производственных площадей, уменьшения потребности подшипников, т.к. может быть увеличена их долговечность из-за уменьшения погрешностей обработки.