Хонинговальные головки. Способ притирки сферических поверхностей Инструменты и приспособления
(21), (22) Заявка: 2002116485/022002116485/02, 18.06.2002 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: (56) Список документов, цитированных в отчете о Адрес для переписки: |
(73) Патентообладатель(и): |
(54) Способ абразивной обработки металлооптических зеркал
(57) Реферат:
Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки прецизионных сферических поверхностей металлооптических зеркал-магнитов, входящих в состав оптических систем оптико-электронных приборов. Способ включает обработку заготовки, проведение последовательных формообразующих операций, включающих шлифование сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом, шлифование сферической поверхности с помощью шлифовальников и свободного абразива с убывающей величиной зерна и полирование. Для шлифования сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом используют инструмент, изготовленный из алмазного микропорошка на основе органической связки. Шлифование свободным абразивом осуществляют за два перехода на твердых шлифовальниках по схеме обработки свободным притиром, предусматривающей самоустановку притирающихся поверхностей. Свободный абразив на этих переходах представляет собой многокомпонентную шлифовочную смесь с повышенной концентрацией абразива. Полирование выполняют полировальником с твердой смоляной подложкой, используя в качестве полировальных порошков субмикропорошки с высокой твердостью. Использование изобретения ведет к повышению точности, качества и производительности обработки зеркал-магнитов при одновременном снижении себестоимости изготовления. 1 с. и 4 з.п.ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для обработки прецизионных сферических поверхностей металлооптических зеркал-магнитов, входящих в состав оптических систем оптико-электронных приборов.Одним из основных требований, предъявляемых к работе оптических систем оптико-электронных приборов, является их чрезвычайно высокая разрешающая способность, которая обеспечивается прежде всего точной геометрией и качеством полированной поверхности одного из важнейших элементов оптической системы, а именно зеркала-магнита. Искажение формы поверхности зеркала-магнита более допустимой величины, а также наличие на ней других дефектов увеличивает потери света, приводит к разъюстировке и расфокусировке оптической системы и уменьшению ее разрешающей способности.Однако о механизме шлифования и полирования металлов все еще известно крайне мало. Поэтому при разработке технологических процессов шлифования и полирования металлов стараются приспособить для этого методы шлифования и полирования стекла. Попытки решения этой проблемы встречаются в технической и патентной литературе.Известен способ изготовления металлооптических элементов различного назначения (зеркал, призм, многогранных отражателей и т. п.), входящих в состав оптических систем. Способ предусматривает изготовление заготовки, механическую и термическую обработку, старение, шлифование, полирование и контроль качества оптической поверхности элемента. Особенностью известного способа является то, что заготовку для металлооптического элемента вырезают так, что термический коэффициент линейного расширения металла в плоскости оптической поверхности изготавливаемого элемента во всех направлениях одинаков. Заготовку с такой поверхностью можно получить путем ее вырезания перпендикулярно направлению проката либо вырезанием заготовки из отливки. Однако в описании известного способа речь идет об изготовлении зеркал из алюминиевого сплава, являющегося мягким металлом, при этом основным моментом новой технологии изготовления является использование в качестве заготовки для зеркал материала, изотропного во всех направлениях (литья), или же заготовки, вырезанной перпендикулярно направлению проката. В связи с этим известный способ не может быть использован для изготовления зеркал-магнитов, твердость материала которых очень высокая.Известен способ абразивной обработки , предназначенный для финишной обработки прецизионных поверхностей деталей из закаленных сталей. В известном способе на обрабатываемую поверхность происходит одновременное воздействие инструмента из композиционного материала, содержащего закрепленные в связке режущие зерна, и доводочного компонента со свободным абразивом. В качестве доводочного компонента применяют абразивную пасту, которую наносят на инструмент с режущими зернами из кубического нитрида бора. Зерна закрепляются в связке на расстоянии друг от друга, составляющем 0,8... 1,0 размера зерен абразивной пасты. Последние имеют размеры в пределах 0,35...0,7 размера зерен кубического нитрида бора, при этом твердость композиционного материала составляет 0,8...1,0 твердости зерен абразивной пасты. В известном способе поверхностный слой зерен из кубического нитрида бора служит для удержания зерен свободного абразива в составе абразивной пасты при осуществлении съема требуемой толщины металла с обрабатываемой поверхности, а также для получения необходимой точности обработанной поверхности и требуемой величины ее шероховатости. Оптимально подобранные твердость и размеры абразивных зерен, расстояние между ними, а также твердость композиционного материала инструмента обеспечивают высокое качество и производительность обработки. Однако известный способ абразивной обработки имеет ряд недостатков, а именно:- способ позволяет обрабатывать небольшое количество деталей, после чего требуется восстановление и правка инструмента;- очень сложной и трудоемкой является технология изготовления самого инструмента, в соответствии с которой зерна кубического нитрида бора должны быть расположены на определенном расстоянии друг от друга.Указанные недостатки удорожают технологию и делают известный способ , предназначенный для абразивной обработки деталей с высокой твердостью, неприемлемым в условиях серийного и массового производства.Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является выбранный в качестве прототипа способ, описанный в литературе . В известном способе, предназначенном для изготовления зеркальной поверхности на твердых металлах, прежде всего производят грубую обточку заготовки, а затем выполняют чистовую обработку с малыми подачами и глубинами резания. До и после чистовой обточки для снятия напряжений производят термообработку, затем производят шлифовку поверхности несвязанным абразивом, используя окись алюминия. Притиры используются из чугуна, керамики или стекла. Скорости и нагрузки при этом должны быть небольшими. После достижения погрешности формы поверхности в пределах двух-трех интерференционных полос тщательно удаляют притирочный состав с обрабатываемой поверхности и переходят к полированию пекоканифольными смолами СП-18, СП-20. Полирование рекомендуется вести одномикронным порошком окиси алюминия, смешанным с водой в отношении 1:10, с добавками для смазки и смачивания небольшого количества чистого мыла. Окончательная доводка производится порошком с размером частиц 0,3 мкм. Суперполирование делается мягкими притирами, например свинцовыми.Недостатком известного способа , выбранного в качестве прототипа, является использование в качестве притирочного инструмента чугуна, керамики или стекла. Эти материалы при обработке на них деталей с использованием свободных абразивов быстро изменяют первоначальную геометрию своей поверхности и, являясь недостаточно твердыми материалами, не способствуют растиранию зерен свободного абразива. Это, в свою очередь, приводит к получению на обрабатываемых поверхностях деталей шероховатости, требующей длительной полировки для получения необходимой чистоты и точности поверхности обрабатываемой детали. Другим недостатком способа является использование в процессе полирования твердых металлов пекоканифольных смол. Пекоканифольные смолы являются мягкими материалами, которые размягчаются при интенсивных режимах обработки, повышении температуры и давления, что приводит к изменению первоначальной формы полировальника и большому снятию материала на краю детали. В связи с этим требуется многократная правка поверхности полировальника, длительность процесса полирования увеличивается, что отрицательно сказывается на производительности и стоимости изготовления деталей.Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности, качества и производительности при обработке зеркал-магнитов при одновременном снижении себестоимости изготовления.Для достижения этого технического результата предлагается способ абразивной обработки металлооптических зеркал, который, как и наиболее близкий к нему, выбранный в качестве прототипа, предусматривает обработку заготовки, проведение последовательных формообразующих операций, включающих шлифование сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом, шлифование сферической поверхности с помощью шлифовальников и свободного абразива с убывающей величиной зерна и полирование. Особенностью предлагаемого способа, отличающей ее от известного способа , принятого за прототип, является то, что для шлифования сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом используют инструмент, изготовленный из алмазного микропорошка на основе органической связки. Шлифование свободным абразивом осуществляют за два перехода на твердых шлифовальниках по схеме обработки свободным притиром, предусматривающей самоустановку притирающихся поверхностей. Свободный абразив представляет собой многокомпонентную шлифовочную смесь с повышенной концентрацией абразива, а полирование зеркал-магнитов выполняют полировальником с твердой смоляной подложкой, используя в качестве полировальных порошков субмикропорошки с высокой твердостью. Для изготовления алмазного инструмента может быть использован алмазный микропорошок зернистостью 40/28, а в качестве органической связки может быть использован бутакрил. В процессе шлифования свободным абразивом в качестве материала шлифовальников может быть применен синтетический или природный кварц. В процессе полирования в качестве полировального субмикропорошка может быть использован алмазный порошок с зерном 0,5/0.Сущность изобретения заключается в следующем.Как уже указывалось выше, к сферической поверхности зеркал-магнитов предъявляются очень высокие требования - местные ошибки не должны превышать одного кольца Ньютона относительно номинального расчетного радиуса. На точность и качество обработанной поверхности, а также на производительность обработки влияет множество факторов, а именно:- зернистость и концентрация зерен алмаза в кольцевом алмазном инструменте, а также вид связки;- свойства свободного абразивного материала (его твердость, прочность и размер);- твердость материала шлифовальных инструментов;- свойства полирующего абразивного материала и самого полировальника (в частности, твердость смоляной подложки);- свойства смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ);- режимы обработки (скорости инструмента, удельное давление прижима, окружные скорости).Оптимальный подбор указанных параметров, а также выбор кинематики приспособления, обеспечивающего получение требуемой точности поверхностей деталей при их одновременной многопозиционной обработке, позволил успешно решить поставленные задачи.В заявляемом способе в отличие от прототипа предлагается вместо грубой и чистовой обточки, чередующейся с термообработкой, необходимой для снятия напряжений, осуществлять первый переход алмазным инструментом, изготовленным из мелкозернистого алмазного порошка. При этом оптимальные результаты были получены при использовании алмазного инструмента, изготовленного из алмазных зерен 40/28. При попытках применения более крупного зерна получается более грубая шероховатость, а при использовании более мелкого зерна не удается полностью снять шероховатый слой с предыдущей операции грубого шлифования. Кроме того, этот алмазный инструмент предложено изготавливать на основе органической связки, в качестве которой был использован бутакрил. При разработке заявляемого способа выбор для алмазного инструмента именно органической связки был не случайным. Являясь более мягкими связками по сравнению с металлическими, органические связки обеспечивают более мелкую шероховатость. В результате сочетания в алмазном инструменте мелкозернистого порошка 40/28 и бутакриловой органической связки на выходе этой первой шлифовальной операции была получена точность сферической поверхности до пяти колец Ньютона.Другим существенным признаком, отличающим заявленный способ от прототипа, является то, что поверхность зеркала-магнита на последних двух переходах обрабатывается на твердом шлифовальнике. В качестве материала шлифовальника можно применить синтетический или природный кварц. Благодаря высокой твердости шлифовального инструмента (по шкале Мооса твердость кварца составляет 7) и зеркала-магнита (по Виккерсу HV=600 кг/мм 2) создаются условия для растирания (размельчения) зерен свободного абразива до размера в 0,5 мкм, в результате этого обработанные поверхности зеркал-магнитов имеют шероховатость порядка 0,63 мкм. В способе-прототипе в качестве притирочного инструмента используют недостаточно твердые материалы, которые быстро изменяют первоначальную геометрию своей поверхности, в результате чего на обрабатываемых поверхностях возникают шероховатости, требующие длительной полировки.Существенным признаком, позволяющим получать обрабатываемую поверхность с допустимой точностью относительно номинального расчетного радиуса, является выбор для шлифования на этих двух переходах схемы обработки свободным притиром, предусматривающей самоустановку притирающихся поверхностей. Как известно из литературы , обработка свободной притиркой обеспечивает наилучшее совпадение формы реальной обработанной оптической поверхности с геометрически заданной сферической формой. В специальном трехместном приспособлении поверхности обрабатываемых деталей самоустанавливаются на поверхности шлифовальника и получают дополнительное вращение вокруг своей оси вследствие разности окружных скоростей на сферической поверхности зеркал-магнитов. Кронштейн-тройник обеспечивает идентичные условия обработки трем деталям, что позволяет получать обрабатываемые поверхности с требуемой точностью. Существенным является также то, что на этих переходах применяется многокомпонентная шлифовочная смесь, имеющая повышенную концентрацию абразива. В процессе шлифования смесь приобретает мазеобразную консистенцию, что способствует удерживанию абразивного зерна на поверхности шлифовальника, обеспечивая многократное использование абразива, а, следовательно, повышая производительность обработки. В результате шлифования свободным абразивом сферическая поверхность имеет точность порядка 0,5 кольца Ньютона, местную ошибку N=0,24, чистоту Р=V и шероховатость - 0,63 мкм.Таким образом, после шлифовки обрабатываемая поверхность благодаря описанным выше признакам уже имеет требуемую геометрию, чистоту и шероховатость.Еще одним существенным признаком заявляемого способа является технология процесса полирования. Полирование - ответственная финишная операция, на которой достигается необходимая точность, шероховатость и чистота обрабатываемой сферической поверхности (в соответствии с ГОСТ 11141-84). Эта операция выполняется одним инструментом, который периодически подправляется (подрезкой) во время полирования. Как известно из литературы, процесс полирования приблизительно в 15-20 раз длительнее, чем процесс шлифования. Процесс прерывается для подрезки полировальника, остановки станка и изменения режимов его работы (давления, размаха, скорости), промывки блока, выдержки перед контролем пробным стеклом.В предложенном способе процесс полирования в отличие от прототипа существенно сокращен, его общая продолжительность составляет не более 10 мин, при этом общее временя, затраченное на шлифовку и полировку, - 17 мин. Это стало возможным благодаря следующему:- деталь после шлифовки поступает на полировку с шероховатостью 0,63 мкм и точностью сферы до одного кольца Ньютона, в связи с этим полировка сводится к сохранению точности сферы и доведению шероховатости сферы до R z =0,05;- для приготовления полировальника используются твердые смоляные подложки сложного состава в отличие от обычных пекоканифольных смол, применяемых в прототипе. Сочетание твердой смоляной подложки, в состав которой входит, например, наполнитель-субмикропорошок двуокиси циркония, и алмазного субмикронного порошка зернистостью 0,5/0 обеспечивает минимальные затраты времени на операцию полирования. В зависимости от климатических условий, при которых ведется обработка, в составе смолы меняется процентное содержание канифоли, воска, пека, двуокиси циркония и других компонентов, придающих смоле требуемую твердость.Следует также отметить, что за столь незначительное время полирования (на практике оно составляет 7-10 мин) точность сферы не ухудшается.Таким образом, перечисленные особенности способа абразивной обработки, заключающиеся в оптимальном выборе каждого из указанных выше параметров, обеспечили выполнение всех поставленных. задач а именно получение высокой точности и качества сферических поверхностей зеркал-магнитов при минимальном времени, затраченном на обработку.Сущность изобретения поясняется чертежами.На фиг.1 представлены интерферограммы и топография поверхности зеркала-магнита: а) - после тонкой алмазной шлифовки (ТАШ); б) - после шлифования свободным абразивом; в) - после полирования;на фиг.2 схематично представлен осевой разрез приспособления, предназначенного для осуществления операции шлифования свободным абразивом в соответствии с предлагаемым способом;на фиг.3 - вид А на фиг.2.Ниже описан предпочтительный вариант реализации предлагаемого изобретения. Способ был реализован на практике при изготовлении зеркал-магнитов, являющихся одним из важных элементов оптико-электронных координаторов. В соответствии с чертежом к сферической поверхности зеркала-магнита предъявляются следующие требования: шероховатость не хуже R z 0,05, чистота поверхности P=V (ГОСТ 11141-84). Предназначенные для обработки заготовки зеркал-магнитов, твердость материала которых составляет 600 кг/мм 2 (по Виккерсу), проходят финишную обработку за три перехода. Первый переход - это тонкая шлифовка сферической поверхности кольцевым алмазным инструментом, изготовленным из синтетического алмазного порошка зернистостью 40/28 со средним содержанием алмаза в связке до 25% объема, при этом используется органическая связка из бутакрила. Смазочно-охлаждающая жидкость на этом переходе представляет собой глицерин, разведенный водой в соотношении 1:1. Детали обрабатываются на станке для тонкой алмазной шлифовки типа А2581 поштучно. На фиг.1а представлена интерферограмма и топография поверхности зеркала-магнита после ТАШ, на которой точность поверхности имеет отступление в 1,409 кольца Ньютона.Второй и третий переходы операции шлифования являются чистовыми. Они осуществляются с помощью приспособления, специально разработанного для реализации заявляемого способа (см. фиг.2 и 3).Приспособление предназначено для выполнения групповой обработки зеркал-магнитов и содержит держатель 1 для трех обрабатываемых деталей 2. Детали 2 устанавливаются и закрепляются в оправках 3, каждая из которых при помощи сферического шарнира 4 соединена с держателем 1. В своей верхней части держатель 1 шарнирно соединен с кареткой (на фиг. не показана), обеспечивающей качательные перемещения держателя. На шпинделе полировально-доводочного станка типа 4ПД-200 крепится шлифовальник 5, выполненный из синтетического или природного кристаллического кварца, твердость которого по минералогической шкале Мооса составляет 7. В данной конструкции реализована кинематическая схема свободного притира для одновременной групповой обработки трех деталей. В соответствии с этой схемой каждая деталь 2 благодаря шарнирному соединению оправки 3 с держателем-тройником 1 имеет три степени свободы и может осуществлять любой поворот около точки своего подвеса. Таким образом, обрабатываемая поверхность каждой из трех деталей 2 самоустанавливается на поверхности шлифовальника 5. При этом создаются идентичные для всех трех обрабатываемых деталей условия обработки, а следовательно, будут получены и одинаковые результаты обработки: один и тот же радиус сферы, одна и та же шероховатость и количество интерференционных полос. Второй переход выполняется шлифовальником, радиус которого расшлифован под наждак М2Н (микроэлектрокорунд с размером зерна 2 мкм). Третий переход осуществляется еще более точным инструментом, шлифовальник расшлифовывается под наждак М1Н (микроэлектрокорунд с размером зерна 1 мкм). Классификация микроэлектрокорунда и приготовление шлифовочной смеси, в состав которой кроме микроэлектрокорунда входят керосин, стеарин и олеиновая кислота, проводится в соответствии с заводскими инструкциями. После третьего перехода сферическая поверхность зеркала-магнита практически уже имеет требуемую геометрию, шероховатость и чистоту (Р). На фиг.1б представлена интерферограмма и топография поверхности зеркала-магнита после шлифования свободным абразивом, на которой видно, что точность обработанной поверхности составляет 0,504 кольца Ньютона.Далее детали промываются, высушиваются и направляются на полировку, в ходе которой осуществляется получение заданной шероховатости, чистоты и требуемой точности сферической поверхности. Полирование осуществляется на шлифовально-полировальном станке типа ШПН. В качестве полировальника используется стальной корпус, на поверхность которого нанесен слой полировочной смолы специального состава, приготовленной по заводской инструкции. В соответствии с конкретными условиями, например в зависимости от температуры окружающей среды, варьируется процентное содержание канифоли, пека, воска, двуокиси циркония и других компонентов, входящих в состав смолы, влияющих на ее твердость, а, следовательно, на стабильность формы полировальника и его полирующую способность. В качестве полирующего материала используется порошок из АСМ (алмазный синтетический материал) с размером зерен 0,5/0. Продолжительность полирования составляет от 7 до 10 мин. Перед нанесением покрытия детали контролируются: проверяется качество (N и N) и чистота (Р) сферической поверхности. Качество поверхности контролируется на интерферометре. На фиг.1в представлена интерферограмма и топография поверхности зеркала-магнита после полирования, на которой видно, что точность поверхности составляет 0,468 кольца Ньютона. Чистота поверхности проверяется на микроскопе МБС при увеличении х8. Контролю подвергается каждая деталь.Таким образом, использование предложенного способа позволяет получать высококачественные поверхности зеркал-магнитов. Кроме того, предложенный способ дает возможность внедрить обработку зеркал-магнитов в серийное производство.Источники информации1. Патент РФ 2018430, кл. В 24 В 13/00, опубл. 30.08.94.1. Авт.свид. 1509230, кл. В 24 В 1/00, опубл. 23.09.89.2. Л.С.Цеснек и др. Металлические зеркала. - М.: Машиностроение, 1983, с.71- 77 - прототип.3. В.Г.Зубаков, М.Н.Семибратов и др. Технология оптических деталей. - М.: Машиностроение, 1985, с.107.4. В.А.Смирнов. Обработка оптического стекла. - Л.: Машиностроение, 1980, с.128-129.
Формула изобретения
1. Способ абразивной обработки металлооптических зеркал, при котором осуществляют обработку заготовки, затем проводят последовательные формообразующие операции, включающие шлифование сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом, шлифование сферической поверхности с помощью шлифовальников и свободного абразива с убывающей величиной зерна и полирование, отличающийся тем, что для шлифования сферической поверхности инструментом с закрепленным абразивом используют инструмент, изготовленный из алмазного микропорошка на основе органической связки, шлифование свободным абразивом осуществляют за два перехода на твердых шлифовальниках по схеме обработки свободным притиром, предусматривающей самоустановку притирающихся поверхностей, при этом свободный абразив представляет собой многокомпонентную шлифовочную смесь с повышенной концентрацией абразива, а полирование выполняют полировальником с твердой смоляной подложкой, используя в качестве полировальных порошков субмикропорошки с высокой твердостью.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для изготовления инструмента используют алмазный микропорошок зернистостью 40/28.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве органической связки применяют бутакрил.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве материала шлифовальников применяют синтетический или природный кварц.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве полировального субмикропорошка используют алмазный порошок с зерном 0,5/0.
РИСУНКИ
Доводка - притирка наружных поверхностей тел вращения может осуществляться методами круглой довочки - копирования и бесцентровой доводки - обкатывания.
Метод круглой доводки - притирки широко применяется при машинно-ручной обработке и осуществляется на доводочных бабках или станках токарной группы. Обрабатываемая деталь 3 (рис. 4.24) закрепляется в цанге или патроне 4 бабки иди станка Главное движение- вращение детали - обеспечивается бабкой или станком, а возвратно-поступательное движение притира вдоль оси - продольная подача - осуществляется вручную. Для создания необходимого натяга между доводимой поверхностью детали и рабочей поверхностью притира вручную осуществляется поперечная подача. Для лучшего удержания притира в руке наружная поверхность притиродержателя 2 имеет накатку.
Рассмотренный метод дает возможность получать высокую точность геометрической формы деталей - с отклонениями 0,5-2 мкм и шероховатость поверхностей Ra=0,02-0,04 и Ra =0,025- 0,1 мкм.
При доводке - притирке методом обкатывания на двухдисковых станках мод. ЗБ814, ЗД817 и др. обрабатываемая деталь помещается между двумя притирами, один из которых совершает вращательное движение, а второй остается неподвижным или вращается в обратном направлении. Деталь совершает незначительное возвратно поступательное Движение. Этот метод обработки является наиболее совершенным и производительным.
Ручная доводка - притирка наружных цилиндрических поверхностей - малопроизводительная и тяжелая операция. В настоящее время она почти полностью заменена полумеханической обработкой на универсальных станках или с помощью переносных механизированных приспособлении.
В инструментальных цехах машиностроительных заводов доводку калибров производят на доводочных бабках или небольших токарных станках (рис. 4.25). Для предварительной доводки применяют чугунные и стеклянные притиры в виде брусков (рис. 4.25, а), а для окончательной-зажимные кольца (рис. 4.25 6). Пасту на плоский притир наносят со стеклянной плиты, смазанной пастой (рис. 4.25,в). Форма и размеры кольца- притира зависят от требований к качеству полученных поверхностей.
При обработке на доводочных бабках на точность геометрической формы детали оказывают влияние степень ее нагрева, скорость передвижения притира и положение его в процессе доводки. Нагрев детали можно уменьшить применением СОЖ и оптимальных режимов обработки. При ручной доводке точность геометрической формы зависит главным образом от положения притира. Если его рабочая поверхности не будет иметь полного контакта с доводимой поверхностью, то металл будет снят не полностью. Этот дефект можно устранить только дополнительной местной доводкой. Во избежание брака ручные доводочно-притирочные работы должны выполняться только высококвалифицированными доводчиками.
Приспособление для доводки мелких Цилиндрических проволочек приведено на рис. 4.26. Оно состоит из привода и притиров в виде плит 1 и 3, установленных на основаниях 2 и 4. Любой из притиров может перемещаться или оставаться неподвижным. Перемещение притира осуществляется тягой 12, которая соединена с кривошипным механизмом, получающим движение от электродвигателя 8 через шестерни 9 и ременную передачу 10. Верхний притир с помощью кронштейна 5 и винта 6 можно отводить в сторону и поднимать (для укладки деталей) Между плитами притирамн располагается обойма-сепаратор 7 с параллельными прорезями, расположенными под углом 45° к одной из сторон обоймы-сепаратора. В процессе доводки обойма-сепаратор перемещается по боковым направляющим, при этом детали вращаются вокруг своей оси и одновременно передвигаются вдоль отверстий в обойме сепараторе. Величина перемещения подвижного притира должна быть не менее длины окружности доводимых деталей.
В качестве доводочного материала применяют при чугунных притирах микропородок электрокорунда зернистостью М7 с олеиновой кислотой, а при стеклянные-пасты ГОИ Правку чугунных и стеклянных притиров, производят способом трех плит или на большой чугунной плите или порошком зернистостью 4-5.
Припуск на доводку составляет 3-4 мкм на сторону.
Машинная доводка. Не универсальных станках доводка цилиндрических поверхностей осуществляется в следующей последовательности:
1) правка притиров-дисков (при их износе):
2) нанесение абразивно-доводочной смеси на притирочный диск;
3) укладка деталей в сепараторы;
1) механическая доводка деталей;
5) удаление с них абразивной смеси;
о) промывка и контроль деталей.
Притиры диаметром 400-450 мм правят на специальном станке мод. 3804К методом трех плит, притиры закрепляют на горизонтальной неподвижной планшайбе, а второй устанавливают в сепараторе, который имеет два движения-вращательное и осциллирующее. Правка состоит из четырех операций, а каждая операция - из трех переходов.
На первой операции притирку производят с помощью абразивных материалов зернистостью М20 - зеленого карбида кремния, синтетического алмаза и белого электрокорунда. На первом и втором переходах притир I устанавливают на планшайбе, а притиры II и III - в сепараторе; на третьем переходе - притир II - на планшайбе, а III - в сепараторе.
На второй операции используют те же абразивные материалы зернистостью М7 Притиры II, II и 1 устанавливают на планшайбе, а I, III и III - в сепараторе
На третьей операции притирка осуществляется абразивами зернистостью МЗ. Притиры III, III к I располагают на планшайбе, a I, II и II - в сепараторе.
Четвертая операция - притирка без абразива - в смеси дизельного топлива и 70%-ой олеиновой кислоты. Она осуществляется по схеме первой операции.
После правки притиры II и III устанавливают на станке, а притир I остается в качестве контрольного для правки других инструментов.
По методу трех плит можно править притиры и на станке мод. ЗА81Н с помощью приспособления с промежуточной плитой. Этот способ обеспечивает точность притирки с отклонениями до 0,4 мкм. Схема притирки показана на рис. 4.27 Диски-притиры 1 и 2 устанавливают на станке. На рабочую поверхность нижнего 2 притира наносят абразивную пасту: для предварительной правки - зернистостью М14, а для окончательной - М7. Затем устанавливают центрирующее съемное приспособление 3 и соединяют его с притиром шпонкой 4. После этого на нижний притир 2 накладывают промежуточную плиту 5, которая с нижней стороны слегка смазана пастой, а с верхней-машинным маслом. Сцентрировав промежуточную плиту по оси нижнего притира, закрепляют ее. Затем опускают верхний притир и начинают правку. Нижний притир получает вращение от электродвигателя станка, а возвратно-поступательное движение промежуточной плите 5 доводчик придает вручную.
После притирки нижнего диска-притира и удаления шлама на центрирующую втулку приспособления 3 устанавливают перевернутую промежуточную плиту и начинают править верхний притир аналогичным способом. По окончании его правки промежуточную плиту и приспособление снимают и подвергают взаимной правке.
Эта схема притирки может быть осуществлена не только на станке ЗА81Н, но и на других аналогичной конструкции.
После правки притиров производится их шаржирование. На рабочие поверхности притиров наносится равномерный слой абразивной пасты, после этого верхний притир опускается на нижний и на 5-15 мин включается станок, при этом абразивные зерна пасты внедряются в рабочие поверхности притиров. Шаржированные поверхности имеют однотонный матовый цвет.
Рассортированные по размерам детали размещают в сепараторе. Три детали размерами на 1-2 мкм больше остальных располагают в гнездах сепаратора через 120°. На эти детали устанавливается верхний притир и начинается процесс их доводки. Как только размер этих деталей уменьшится до размера остальных, начнется доводка всех деталей. Продолжительность ее зависит от величины припуска, режима обработки, вида зернистости абразивных паст и других факторов В среднем она составляет 4-5 мин.
Доводка на универсальных станках обеспечивает точность поверхностей с отклонениями до 0,1 мкм к шероховатость до Ra =0,05 мкм.
Рассмотрим технологический процесс доводки деталей типа золотника и плунжера диаметром 10 мм. На доводку детали поступают после точного шлифовании на круглошлифовальном станке мод. Л352 Шероховатость их поверхностей Ra =20 мкм; отклонения от цилиндричности - 2 мкм и от круглости - 1,5 мкм.
Предварительная доводка осуществляется на двухдисковом станке мод. ЗБ814 чугунными притирами в многоместном сепараторе. Используются абразивная паста «ХарькфВ-ДМ14» и СОЖ «Аромат». Давление Р - 0,05 МПа (0,5 кгс/см2), скорость w=l5,3 м/мин, время обработки 5 мин. После предварительной обработки поверхность должна быть однотонной, без глубоких рисок. Отклонения от конусообразности на цилиндрической поверхности диаметром 10 мм должны составлять не более 1 мкм в любую сторону, а от круглости - 1 мкм. После мойки в ультразвуковой ванне детали проходят контроль.
Вторая доводочная операция - снятие огранки. Она выполняется вручную на доводочной бабке чугунным кольцом-притиром. Используются абразивная паста «Харьков-ДМ7» и СОЖ «Аромат». Давление Р=0,08 МПа (0,8 кгс/см2); время обработки - 3 мин. После второй доводки огранка должна составлять не более 0,5 мкм, отклонение от конусности - не более I мкм, шероховатость поверхности Ra=0,3-0,125 мкм. Детали подвергаются мойке в ультразвуковой ванне и контролю.
Третья операция - окончательная доводка деталей- производится также на станке мод. ЗБ814 в многоместном сепараторе чугунными притирами. Используются абразивная паста «Харьков-ДМЗ» и СОЖ «Аромат». После окончательной доводки отклонения от конусности - не более 2 мкм, от круглости - 0,5 мкм и от прямолинейности - не более 1 мкм. Цвет обработанной поверхности однотонный, блестящий. Обработанные детали подвергают мойке и контролю.
Технологический процесс доводки иглы распылителя, изготовленной из стали Р18 твердостью 69- 65 НПС, состоит из трех операций. После предшествующих операций отклонения от круглости составляют 4 мкм, а от конусности - 2 мкм, Ra =0,16-0,32 мкм.
Первая операция доводки выполняется на двухдисковом доводочном стайке мод. 3816 чугунным притиром, на рабочую поверхность которого нанесена а лмазиая паста АСМ7/5. Режим обработки: скорость главного движения - 25 м/мии, дополнительного возвратно-поступательного - 6 м/мин, давление Р=0,01 МПа (0,1 кгс/см2). Припуск на сторону составляет 0,01- 0,015 мм. Машинное время обработки - 6 мин. После первой операции доводки отклонения от конусности и круглости уменьшаются до 1 мкм, а шероховатость Ra = 0,08-0,16 мкм. Обработанные детали подвергают мойке и контролю.
Вторая операция выполняется вручную на доводочной бабке с целью уменьшения шероховатости с 4 до 1 мкм Доводка производится чугунным притиром и алмазной пастой АСМо/3. Припуск - 0,002 мм. Режим обработки: скорость главного движения 18 м/мин, дополнительное возвратно-поступательное движение осуществляется вручную. Давление - 0,02 МПа (0,2 кгс/см2). Время обработки - 0,5 мин. После второй операции огранка снизилась до 1 мкм, а шероховатость поверхностей не изменилась. Детали подвергают мойке и контролю.
Третья операция - окончательная доводка деталей на двухдисковом станке мод. 3816. Доводка производится чугунным притиром и алмазной пастой АСМЗ/2. Припуск - 0,005-0,01 мм. Режим такой же, как на первой операции. Время притирки - 3,2 мин. После окончательной доводки отклонения от круглости -0,5 мкм, а от конусности 1 мкм; Ra =0,02-0,04 мкм. Обработанные детали подвергают мойке и контролю.
Технологические особенности и станки. При притирке отверстий абразивной суспензией и намазанным притиром диаметр I притира назначают на 0,005-0,030 мм меньше диаметра обраба — ; тываемого отверстия. При малых зазорах притир часто заклинивается, а большой зазор вызывает появление погрешности фор
мы. Поэтому в зависимости от условий обработки размеры притиров выбирают опытным путем.
движение относительно обрабатываемой поверхности детали, со — і стоящее из главного движения (вращательного и возвратно-по — ступатейыюго перемещения) и движения подачи (разжима) при-; тира по мере съема металла с обрабатываемой поверхности и — износа притира. Эти движения обеспечивают съем металла с об-; рабатываемой поверхности и получение следов обработки в виде винтовых перекрещивающихся линий (рис. 42).
Характер следов обработки определяется отношением скоростей Kv или углом а наклона вектора скоростей притирки:
‘ Kv = -; а = arc
где иъ - скорость вращения притира, м/мин; vn - скорость поступательного перемещения притира, м/мин.
шением угла а качество обрабатываемой поверхности улучшается, а производительность процесса несколько снижается. Скорость притирки и цилиндрических отверстий является геометрической суммой скорости вращения ив и скорости поступательного перемещения уп притира:
Скорости вращения и поступательного перемещения выбирают соответственно в пределах (м/мин) : 30-50 и б-15 для предварительной притирки; 10-20 и 5-8 - для окончательной притирки.
Для улучшения качества обработки предусмотрено дополнительное вращение детали (что благоприятствует сохранению правильной формы притира) со скоростью, равной (0,15 ч~ — т — 0,2) у„. Поскольку скорость поступательного перемещения притира является равнопеременной, то при изменении его направления происходит резкий їіерепад скоростей притирки и появляется нежелательный динамический эффект. Кроме того, траектории движения режущих зерен при последующих циклах повторяются. Для получения более плотной сетки следов обработки и неповторения траектории режущих зерен при последующих циклах необходимо обеспечить переменность скорости суммирующихся движений.
Одним из методов, повышающих производительность притирки и качество обработки, является вибрационная притирка отверстий. С использованием вибрации притира или детали точность обрабатываемого огверстия, по сравнению с обычными способами притирки, значительно повышается. При этом следы обработки получаются циклоидальными по направлению винтовой линии. Такие сл*сды обработки повышают износостойкость поверхности. Вибрационную притирку части производят алмазным притиром. При притирке свободным абразивом осцилляция притира уменьшает* геометрическую точность инструмента и поэтому ее применять нецелесообразно.
Нагрузка на притираемую поверхность влияет на качество притирки цилиндрических отверстиц. На оправку притира при разжиме притира (с помощью осевой силы Яос) действует сила Р21» отклоняющаяся от нормали в результате действия сил трения на угол трения <рі2 (рис. 43). ,
Угол трения определяется коэффициентом трения между контактирующими элементами. При равномерном расположении
притира по окружности радиальные составляющие силы взаимно уравновешиваются и равны между собой. При этом на коническую оправку будут действовать силы Р2, Я32, Рп и Ру. Уравнение сил, действующих^на коническую ^правку в векторном виде, запишется: Р21 + Р22 + Ян + Ру + Рос = 0, где Рп - нормальная
сила, действующая на притираемую поверхность; Ру - упругая
сила сопротивления «рубашки» притира; Foc - осевая сила трг*!. ния.
Таким образом, нормальная сила, действующая на притирає-! мую поверхность, і
р» = т: ,/00 ‘ ± (Рос ± Гос) sin Фаг - Ру,
tg (р — г фіг)
где Рос - осевая сила, действующая на коническую оправку;’ Р - половина угла конуса конической оправки. .<
При ориентировочных расчетах вторым слагаемым формулы;;
можно пренебречь. Упругая сила сопротивления Ру зависит оті размера, материала, конструкции притира и определяется рас-; четным или опытным путем. Нагрузка на притираемую поверхность
где 5 - площадь контакта рабочей поверхности притира с обра^ батываемой поверхностью, см2.
Нагрузку выбирают в пределах 0,4-0,6 кгс/см2 - для пред-; верительной притирки; 0,2-0,3 кгс/см2 для окончательной при— 78
тирки. Определение необходимой нагрузки на обрабатываемую поверхность вызывает трудности, связанные с проведением дополнительных расчетов и экспериментов. Кроме того, в большинстве случаев, например при ручной, полумеханической (на универсальных металлорежущих станках и доводочных бабках) и. механической притирках на некоторых станках (в частности, на станках ОФ-26, СП-31), освобождение притиров осуществляется перемещением их относительно конической оправки при периодическом постукивании или свинчивании патрона вручную. В этих случаях не всегда удается разжать притир и получить стабильную нагрузку на притираемую поверхность, что часто зызывает заклинивание инструмента или приводит к увеличению радиальных сил и, как следствие, к изгибу притира. Таким образом, подобная притирка обеспечивает высокую точность и производительность обработки. После притирки отклонение профиля продольного сечения окончательно обработанного отверстия отдельных деталей достигает 0,003-0,005 мм. Наиболее распространенными видами отклонения профиля продольного сечения являются конусообразность и седлообразность; некруглость достигает 0,001-0,002 мм .
Для достижения высокой точности обработки необходимо стабилизировать нагрузку на притираемую поверхность. В зависимости от конструктивного исполнения притирочных станков это требование выполняется: дозированной подачей (увеличением диаметра притира) при каждом двойном ходе шпиндельной головки (на станках 3120Д, 3121Д, ОФ-16, ОФ-61) и автоматическим управлением разжимом притира, регламентируемым моментом трения, возникающим при притирке (на модернизированном станке ОФ-26А и др.). Этот метод обеспечивает стабилизацию давления в зоне притирания за счет регулирования разжима притира по мере съема металла с поверхности детали и износа притира. В этом случае момент трения принимается в качестве параметра режима притирки вместо нагрузки на притираемую поверхность.
В качестве параметра режима, характеризующего момент
где F- сила трения, кге;S - площадь контакта поверхности притира с обрабатываемым отверстием, см2.
0. 5-1,5 кгс/см2 - для предварительной притирки; 0,1-0,3кгс/см2 для окончательной притирки.
По конструктивному признаку станки для притирки цилиндрических отверстий выполняют: вертикальными и горизонтальными, одношпиндельными и многошпиндельными, однопозиционными, многопозиционными, а по назначению - для притирки сквозных или глухих отверстий. Основные технические характе-
ристики некоторых станков для притирки цилиндрических отверстий приведены в табл. И.
Таблица 11
Техническая характеристика некоторых станков
для притирки цилиндрических отверстий
Параметр |
Полуавтомат |
||
Габаритные размеры обрабатываемого отверстия, мм: |
|||
диаметр…………………………………… |
|||
длина……………………………………… |
|||
Вылет шпиндельной головки, мм |
|||
Ход шпиндельном головки, мм. . Максимальный ход нижнего, шпин- |
|||
деля, мм……………………………………. Расстояние от торца шпинделя до |
|||
базовой плиты, мм…………………. |
|||
Полный ход иглы разжима, мм |
|||
Частота вращения шпинделя, об/мин |
|||
Скорость возвратно-поступательного движения шпиндельной головки. |
|||
м/мин……………………………………… Дозированная радиальная подача |
|||
(ход иглы), мм……………………………. Максимальное перемещение шпин- |
|||
деля головки, мм. . |
|||
Подъем и ввод притира в отверстие |
Гидравіи- |
Гидравли- |
Механнчес- |
Общая мощность электродвигатс- |
|||
лей, кВт………………………………………… Габаритные размеры станка, мм: |
|||
высота…………………. |
|||
Масса станка, кг……………………… |
|||
П р и меча и и е. Точность обрабатываемого отверстия в поперечном се- |
|||
чении 0,001 мм, в продольном сечении 0,002 мм, ного отверстия /^а=0,02-7-0,04 мкм. |
шероховатость обработан- |
Наиболее типичные представители гаммы - вертикальный внутридоводочный многопозиционный станок 3820Д для притирки малых высокоточных сквозных отверстий и полуавтомат для;i притирки глухого отверстия в корпусе распылителя.
Радиальная подача з станке 3820Д осуществляется автома — і і тически путем быстрого разжима притира и последующего пере- хода на ступенчатый разжим с дозированной импульсной пода — |;1 чей за каждый двойной ход шпинделя станка, что обеспечивает режим «выхаживания» и автоматическое закрепление притира. | Станок снабжен поворотным столом, что позволяет использовать П
многопозиционные приспособления для закрепления деталей и совмещать время установки и снятия детали с машинным временем.
Кинематическая схема станка 3820Д приведена на рис. 44. От электродвигателя 1 через коробку скоростей 2 и шлицевый
вал движение передается шпинделю 9, который помещен в шпиндельной головке. Гидроцилиндр 3 предназначен для сообщения шпинделю возвратно-поступательного движения. Рабочий ход шпиндельной головки настраивается кулачками 8} расположенными в подвижной планке. Внутри шпинделя проходит тяга 7, связанная с конической оправкой, на которой установлена разрезная «рубашка» притира 10.
Притир разжимается с.помощью гидроцилиндра 24. На штоке гидроцилиндра установлена зубчатая рейка, которая кинематически связана с цилиндрическим зубчатым колесом 21. При движении рейки через цилиндрическое зубчатое колесо 21, муф
ту 20, коническую пару 12, шлицевый вал 23, червяк 6, червячное колесо 5 и кинематически связанный с ним рычаг 4 поворачиваются и перемещают тягу 7. При перемещении рейки зубчатые колеса 13 и 15, установленные на валу 14, поворачиваются. На валу 14 свободно закреплен рычаг-указатель 18 с зубчатым колесом 17, который жестко связан с делительным диском 16. Рычаг- указатель 18 служит для наблюдения за разжимом притира; максимальный поворот его равен 260°. Делительный диск 16 застопорен и подпружинен собачкой 19, с помощью которой осуществляется компенсация износа притира. Для получения информации о полном износе притира на валу 22 установлен упор 11. Если при разжиме оправка перемещается дальше положения, соответствующего полному износу притира, он нажимает блокировочный контакт. Цикл прекращается и головка поднимается.
В станке имеются две самостоятельные гидравлические системы.- для разжима притира и для сообщения шпиндельной головке возвратно-поступательного движения. При пуске станка притир вводится в обрабатываемое отверстие; происходит предварительный разжим притира, т. е. за каждый двойной ход шпиндельной головки разжимная оправка перемещается вниз на определенное заранее заданное расстояние. Величина этого перемещения изменяется с помощью специального дозатора, .которым регулируется количество отбираемой жидкости из полости гидроцилиндра. Недостатком станка является отсутствие обратной связи между разжимом притира и процессом притирки. Экспериментально определяют ступенчатую подачу, которая должна быть равна сумме съема металла с детали и износа притира при каждом двойном ходе шпиндельной головки.
В отличие от станка 3820Д, на полуавтомате, предназначенном для притирки глухого отверстия в корпусе распылителя» процесс притирки происходит при вращательном и возвратнопоступательном движениях детали и неподвижном притире. Разжим притира регулируется бесступенчато и осуществляется по мере съема металла с детали и износа притира в соответствии с заданной величиной момента трения.
Кинематическая схема полуавтомата приведена па рис. 45. Шпиндель 4 получает вращательное и возвратно-поступательное (главное) движения от электродвигателя М соответствено через трехступенчатую ременную передачу 3 и через редуктор 1, четырехзвеииик 2 с кривошипом переменного радиуса. На шпинделе 4 смонтировано плавающее приспособление для закрепления обрабатываемой детали. Шатун четырехзвенника представляет собой телескопическую пару, соединенную с помощью цилиндрической пружины, что обеспечивает определенное время’ задержки притира в нижней части глухого отверстия.
Инструментально-шпиндельная головка, на которой смонти-1; рован шпиндель 7 и его привод, получает вертикальное пере*,1
мещение для подвода и отвода инструмента от электродвигателя М3 через зубчатую передачу 23 и винтовую пару 22. Нижнее и верхнее положения шпиндельной головки контролируются соответственно конечными выключателями ВП2 и ВП1. С помощью двух кинематических цепей осуществляются ускоренный разжим притира и рабочая подача. Разжим притира 5 происходит при
перемещении оправки 6. При ускоренном освобождении она по — чучает перемещение от электродвигателя М2 через коническую пару 18, червяк 19, колесо-гайку 20 и винт 13. В момент касания притира поверхности обрабатываемой детали шпиндель 7 поворачивается и рычаг 8 размыкает контакты ВП4. В результате лектромагнит 15 переключает муфты 14 и 16 и происходит включение рабочей подачи. Это включение производится от элек
тродвигателя М2 через червячную пару 17 и сменные зубчатые,| колеса 21 . Крутящий момент определяется натяжением пру — .’і жин 9, закрепленных на рычаге <9 ив стойке 10. В случае превы —). шения крутящего момента выше допустимого значения ШПИН — дель 7, преодолевая силу пружины, продолжает поворачиваться jj и через рычаг включает контакт ВИЗ. Цепь размыкается, элек- J тромагнит 15 отключает муфты 14 и 16, и рабочая подача пре-. кращается.
В связи с износом притира в процессе притирки момент тре — , і ния (крутящий момент на шпинделе) уменьшается, пружина 9 ; поворачивает шпиндель 7 и рычаг 8 включает контакт ВИЗ. и } далее переключаются муфты 14 и 16 рабочей подачи. Таким об — ;! разом, рычаг 8 периодически поворачивается и управляет разжи — || мом притира в зависимости от момента трения. Для ручной на — |: стройки притира на заданный размер имеется маховик 11, от ко — |; торого движение передается через червячную пару 12. Для кэн-:| тролирования ‘нижнего и верхнего положений имеются контакты! ВП6 и ВП7, которые автоматически отключают электродвига-, тель М2 при достижении оправкой крайних положений.
Притиры и установочные приспособления. Для притирки ци — 1 линдрических отверстий применяют притиры различных конст — рукций, имеющие «рубашку» и коническую разжимную оправку.:’ ! Длину рабочей поверхности притира принимают 1,2-1,5 длины обрабатываемого отверстия. При притирке глухого отверстия erqj длину принимают несколько меньше длины обрабатываемой*; ; отверстия. L
По конструкции притиры для обработки отверстий подразде-‘і ляют на регулируемые (разжимные) и нерегулируемые (неразі і; жимные). Регулируемые притиры предназначены для притиркй. цилиндрических отверстий диаметром более 5 мм. Притиры вы-| полняют с механическим и пневмогидравлическим рсгулирова|; нием, а также саморегулируемыми. Типовые конструкции Mexafe нически регулируемых притиров приведены на рис. 46. Регули-;1 руемые притиры имеют разрезную обыкновенную или гофриро!*:’! ванную неразрезную рубашку и разжимное устройство, которое позволяет изменять диаметр притира с помощью внутренней коранической разжимной оправки. «Рубашка» притира разжимаете»,) при поступательном перемещении притира относительно раз*): жимной оправки, либо наоборот.
Притиры с разрезной рубашкой применяют для притирки ОТ*;’ верстий диаметром до 30 мм, а притиры с гофрированной руг’ башкой - диаметром свыше 30 мм. Точность его геометрической формы и взаимное расположение притирочной рубашки и коїш, ческой оправки должны быть высокими. При притирке точньі|і отверстий биение рабочей поверхности притира не должно npdj вышать 0,01-0,02 мм. Отклонения геометрической формы в npoj1 дольном и поперечном сечениях более 0,01 мм недопустимы!
В процессе разжима притира нарушается геометрическая форі»!
рабочей поверхности притира, что является основным недостатком этих притиров. Последнее объясняется несоответствием наружной конической поверхности разжимной оправки внутренней конической поверхности притира.. Поэтому правку и доводку притира следует производить в разжатом состоянии при увеличении его диаметра на 0,005-0,015 мм.
Притир с пневмогидравлическим регулированием диаметра представлен на рис. 47. Притир представляет собой тонкостенную втулку с жесткими торцами, которая, разжимаясь под давлением 50-100 кгс/см2, сохраняет цилиндрическую форму. Притир этой конструкции рекомендуется для притирки отверстий диаметром свыше 12 мм, так как при меньшем диаметре требуется использовать большие давления и малую толщину стенки притира.
После притирки отверстия диамет-
ром 20 мм и длиной 100 мм (деталь из стали ХВГ, HRC 60-62) притиром с пневмогидравлическихг регулированием диаметра (притир из чугуна ВЧ60-2, абразив - монокорунд М14) некруг — лость составила 0,15-0,2 мкм, что по точности геометрической формы обрабатываемого отверстия не уступает отверстиям, обработанным обычными притирами. Кроме того, стойкость зтого притира в 2 раза выше стойкости других разжимных притиров обычных конструкций.
118" align="center">
Рис. 50. Притиры для притирки отверстий диаметром до 5 мм: а - сборный упругий; б - цельный; 1 - упругие леПесткі; 2 - оправка; 3 - винт
Для обработки цельных отверстий небольших диаметров применяют сборные упругие или цельные притиры (рис. 50): сборные упругие - при обработке отверстий диаметром от 1 до 5 мм (рис. 50, а) и цельные- при обработке отверстий диаметром до 1 мм (рис.- 50, б). Упругие лепестки сборных притиров изготовляют из предварительно нагартованной стальной пружинной проволоки твердостью НВ 300-320. В качестве цельного притира применяют проволоку кл. II (ГОСТ 9389-75); диаметр проволоки подбирают так, чтобы он был на 0,05-0,1 мм больше диаметра обрабатываемого отверстия. Для облегчения ввода притира в обрабатываемое отверстие входную часть его изготовляют конусообразной .
Рабочую поверхность притира выполняют гладкой или с канавками различной конфигурации (рис. 51). Производительность при гладкой поверхности притира низкая, так как в этом случае инструмент необходимо предварительно шаржировать. Такие притиры, применяют при окончательной притирке высокоточных отверстий. Канавки на рабочей поверхности притира повышают производительность притирки. Канавки служат накопителями, в которых удерживается абразивная паста, постепенно поступающая на рабочую поверхность притира.
Точность обработки притирами с продольными канавками (рис. 51, а) недостаточна. При этом обеспечивается повышенный съем металла в результате постоянного поступления новых абразивных зерен в зону резания. Удовлетворительные результаты получаются при притирке притирами с прямыми (рис. 51, д) и косыми канавками (рис. 51, г) или с перекрещивающимися канавками (рис. 51, е).
Iе
Рис. 51. Канавки на поверх* пости рубашек: а - продольные; б - в виде двойной спирали по всей длине притира; е - в виде перекрещивающейся спирали ьа половине длины притира; г - расположенные под углом к оси притира; О - расположенные* перпендикулярно к оси притира; е - перекрещивающиеся
Наряду с высоким съемом металла и низкой шероховатостью обработанной поверхности наилучшая точность обработки достигается притиром с перекрещивающимися спиральными канавками, которые плавно сходят на половине его длины (рис. 51, в). Результаты обработки отверстий деталей топливной аппаратуры (сталь 20Х, HRC 58-62) чугунными притирами с канавками раз — личной формы (абразив ЭМ14; режим обработки: /?уд = 1 кгс/см2; !.|- V = 20 м/мин; время обработки t = 5 мин) приведены в табл. 12. Спиральные канавки в заборной части притира обеспечивают $ повышенный съем металла вследствие постоянного поступления іі новых абразивных зерен в зону притирки. Часть притира, лишен*
ная канавок, является калибрующей частью инструмента и обеспечивает незначительный съем металла шаржированными зернами, что способствует повышению точности обработки.
На результаты притирки влияют размер и расположение канавок, а также расстояние между ними. Расстояние между канавками в зависимости от диаметра и длины притира принимают равным 2-І0 мм. Радиус канавки зависит от зернистости абразивного порошка и рекомендуется принимать в 80-100 раз больше размера абразивного микропорошка.
При притирке отверстий не должно быть смещения оси обрабатываемого отверстия, что определяет способ крепления инструмента и детали при обработке. При притирке отверстий притир закрепляют жестко. Приспособление должно обеспечить, быструю установку, закрепление и снятие детали, а также требуемую точность обработки.
Приспособление для закрепления цилиндрических деталей типа втулки, притираемых на вертикально-притирочных станках, изображено на рис. 52. Два сферических подшипника и три пружины, имеющиеся в нем, позволяют обрабатываемой детали са — і моустанавливаться относительно притира. С помощью пружин определенной жесткости регулируют допустимый крутящий мо — 1 мент и в определенной степени осевую силу .
Другая конструкция приспособления для закрепления аналогичных деталей при притирке отверстий показана на рис. 53. Обрабатываемую деталь устанавливают в корпусе и закрепляют откидной планкой. Для компенсации износа притира и его освобождения коническую зубчатую пару повертывают маховиком. Приспособление позволяет обеспечить неперпендикулярность. оси симметрии отверстия относительно посадочной торцовой поверхности в пределах 0,01-0,02 мм.
Имеются также конструкции приспособлений для притирки отверстий с использованием гидропласта, резиновых амортизаторов и др. При ручной притирке отверстий для закрепления деталей используют цанговые и кулачковые патроны, струбцины, а в некоторых случаях деталь удерживают руками.
https://hon1.ru/img/3149/image079_0.gif" alt="Подпись: Рис. 52. Плавающее при- способление для закреп-ления деталей типа итул- ки при притирке: і - корпус: 2 - сфериче ские шарикоподшипники; 3 - пружины, ограничивающие максимальную величину крутящего момента; 4 И 6 - ВИНТЫ; б - крышка; 7 - втулка; 8 - обрабатываемая деталь: 9 - винт для зажима детали; 10 - гайка; 11 - стакан " align="right" width="187" height="159 src=" style="margin-top:0px; margin-bottom:27px">4 Рис. 53. Приспособление
для притирки высокоточ-
ных отверстий малого
диаметра:
/ - плита; 2 - корпус; 3 - стойка; 4 - фиксатор; 5 - рычаг; 6 наковальня; 7 - маховик; 8 - коническая зубчатая пара; 9 - ось; 10 - резьбовая втулка; 11 - сямоустанав — лывяющнйся корпусу.12 -
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для доводки сферических поверхностей тел вращения, в частности шаровых пробок крупногабаритной трубопроводной арматуры с отверстиями и впадинами в сфере. Осуществляют вращение кольцевого притира и обрабатываемой детали. Притир прижимают к обрабатываемой сферической поверхности и качают относительно центра сферы, регулятор Усилие прижима задают посредством регулятора, выполненного с исполнительным электромагнитным узлом, имеющим магнитопровод с обмоткой и якорь. Предусмотрено автоматическое управление током питания его обмотки в зависимости от текущего значения площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью и обеспечение постоянного удельного давления притира на обрабатываемую поверхность. В результате повышаются точность и производительность доводки сферических деталей с отверстиями и впадинами. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунки к патенту РФ 2320468
Изобретение относится к оборудованию для доводки сферических поверхностей тел вращения, в частности шаровых пробок крупногабаритной трубопроводной арматуры, в том числе с отверстиями и впадинами в сфере. Одним из известных технических решений является насадка шлифовальная и полировальная , которая позволяет обрабатывать детали сферической формы путем передачи вращения эластичному полотну через резиновый чашечный круг. Облегание абразивным полотном сферической поверхности достигается с помощью четырех жестких качающихся рычагов. Существенными признаками этого аналога являются элементы, обеспечивающие равномерное усилие поджатия абразивного полотна к обрабатываемой поверхности. Недостатками аналога при обработке шаровых пробок являются:
Отсутствие механизма крепления и вращения обрабатываемой детали, что необходимо для равномерной обработки сферы:
Большие габариты и низкая производительность при обработке сферических тел большого диаметра, например шаровых пробок.
Известно также устройство для притирки сферических поверхностей , которое содержит привод вращения обрабатываемой детали, трубчатый притир, поджатый к обрабатываемой сфере пружиной и перемещаемый по пазу в сферической направляющей с центром по оси привода, а также ось привода вращения обрабатываемой сферы.
Существенной новизной в аналоге обладает направляющая в виде части сферы с центром по оси привода, что позволяет вкупе с овальным пазом для размещения притира обеспечить обработку тел вращения.
В то же время аналог не пригоден для доводки сферических деталей с отверстиями и впадинами, например шаровых пробок крупногабаритной трубопроводной арматуры. Дело в том, что при постоянном усилии поджима притира к сфере удельное давление на обрабатываемую поверхность в этом случае меняется из-за переменной площади взаимодействия притира и сферы. Как следствие, в зоне отверстий и впадин происходит более интенсивный съем металла абразивом притира и сферичность обрабатываемой детали искажается.
Наиболее близким известным техническим решением является способ обработки сферических поверхностей , при котором инструменту со ступенчатой рабочей поверхностью, с шагом между ступенями, выбранным в зависимости от радиуса сферы, сообщают перемещение относительно вращающейся детали, а усилие поджатия инструмента задают с помощью регулируемых вручную пружинных поджимов. Существенным недостатком прототипа является постоянное, заданное вручную перед началом обработки усилие поджатия инструмента. Как следствие, происходит неравномерный съем припуска - в местах нахождения впадин и отверстий съем припуска происходит быстрее из-за роста удельного давления инструмента на деталь.
Техническим результатом изобретения является повышение точности доводки сферических поверхностей с отверстиями и впадинами.
Этот результат достигается путем введения в способ операций автоматического поддержания постоянного удельного давления инструмента (притира) на обрабатываемую поверхность посредством электромагнитного исполнительного узла и осуществляется автоматическое управление током питания его обмотки в зависимости от текущего значения площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью детали с обеспечением условия постоянства удельного давления притира на обрабатываемую поверхность. Кроме того, амплитуда качания притира относительно центра обрабатываемой сферы составляет (0,1÷0,3)D сф, где D сф - наружный диаметр обрабатываемой сферы. В устройстве регулятор усилия прижима притира к обрабатываемой поверхности выполнен с исполнительным электромагнитным узлом, имеющим магнитопровод с обмоткой и якорь, и с автоматическим управлением током питания его обмотки в зависимости от текущего значения площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью и с обеспечением постоянного удельного давления притира на обрабатываемую поверхность. Якорь электромагнитного исполнительного узла снабжен втулкой, в которой сверху установлен притир посредством шарнирного соединения, а снизу размещен с возможностью вертикального перемещения выходной вал привода вращения. Схема автоматического управления током питания обмотки электромагнитного исполнительного узла содержит последовательно включенные датчик площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью, аналого-цифровой преобразователь, процессор, кодоуправляемый источник тока питания электромагнитного исполнительного узла, а также подключенный кодовыми выходами к процессору датчик величины воздушного зазора в магнитной цепи электромагнитного исполнительного узла. Кроме того, диаметр D пр притира выбран с обеспечением условия: 0,9D сф D пр 1,1d н, где d н - диаметр отверстия или размер впадины в сферической части обрабатываемой детали, а притир связан с приводами его перемещений посредством шарнирных соединений. А также значение тока I м питания обмотки электромагнитного исполнительного узла определено процессором по формуле:
где l ср - средняя длина магнитной цепи;
F п - требуемое значение усилия прижима притира;
O - абсолютная магнитная проницаемость вакуума;
N - число витков обмотки электромагнитного исполнительного узла;
На Фиг.1 показана структура предлагаемого устройства, на Фиг.2 изображена в аксонометрии типичная конструкция сферической поверхности шаровой пробки, на Фиг.3 приведена структура электромагнитного исполнительного узла автоматического регулятора усилия поджима притира к сфере, а на Фиг.4 показана схема управления исполнительным узлом автоматического регулятора усилия поджима притира к сфере. Устройство Фиг.1 содержит обрабатываемую деталь 1, закрепленную в центрах 2 и 3 патрона 4 и задней бабки 5. Патрон 4 вместе с приводом 6 размещен на передней консоли 7, которая опирается на направляющие 8 станины 9. Задняя бабка размещена на задней консоли 10, которая также опирается на направляющие 8 станины 9. Между консолями 7 и 10 на направляющих 8 станины 9 размещена подвижная платформа 11 с вращающимся притиром 12, снабженным абразивной или притирочной поверхностью 13. Притир 12 шарнирной опорой 14 соединен с основным приводом 15, закрепленным на пластине 16. Выходной вал 17 привода 15 соединен с хвостовиком 18 шарнирной опоры 14 через исполнительный узел автоматического регулятора поджима притира к сфере, причем корпус 19 исполнительного узла прикреплен к пластине 16 жесткими связями 20. Пластина 16 имеет свободу вертикального перемещения по направляющим 21 и опирается на пружины 22. Возможна жесткая фиксация пластины 16 к направляющим 21 с помощью фиксатора 23. Фиксатор 23 необходим для исключения влияния упругой деформации пружин 22 на усилие поджима поверхности 13 притира 12 к детали 1 в процессе доводки сферы. При установке и снятии детали 1 фиксатор 23 отведен и пластина 16 опирается на пружины 22.
Платформа 11 с элементами 12...23 качается по направляющим 8 станины 9 с помощью дополнительного привода в составе штока 24, шатуна 25, кривошипа 26 с приводом 27. За счет совместной работы приводов 6, 15, 27 обеспечивается равномерная доводка сферических поверхностей детали 1, поскольку траектория движения притира 12 по отдельным точкам сферической поверхности детали 1 имеет характер недетерминированного процесса с равномерным законом распределения.
Выбором скоростей вращения приводов 6, 15, 27 можно обеспечить высокопроизводительную и точную доводку сферической поверхности детали 1. Амплитуду качания А к притира относительно центра обрабатываемой сферы следует выбирать по условию: А к =(0,1÷0,3)D сф, где D сф - наружный диаметр обрабатываемой сферы.
Автоматический регулятор усилия обеспечивает постоянное удельное давление поджима поверхности 13 к обрабатываемой сфере даже при наличии в ней технологических отверстий и впадин. Исполнительный узел Фиг.3 регулятора содержит корпус 19, выполняющий функцию магнитопровода электромагнита с обмоткой 28. Относительно корпуса 19 под действием магнитодвижущей силы перемещается дисковый якорь 29, снабженный втулкой 30, в которой сверху размещен хвостовик 18 шарнирной опоры притира. В нижней части втулки 30 выполнено фигурное отверстие, в которое входит со свободой вертикального перемещения выходной вал 1 привода 15. Втулка 30 свободно скользит на подшипниках 31 в отверстии корпуса 19. Якорь 29 со втулкой 30 опирается на упругий элемент 32, обеспечивающий компенсацию влияния веса притира 12 на усилие поджима при доводке сферической поверхности обрабатываемой детали. Подшипник 33 обеспечивает свободу вращения якоря 29 относительно корпуса 19 при полностью притянутом якоре.
Сила притяжения F п якоря 29 к корпусу 19 может быть оценена по известной формуле: F п =K×B×I×L п,
где К=(0,1-0,8) - поправочный коэффициент, учитывающий фактическую величину воздушного зазора между якорем 29 и магнитопроводом 19;
В - магнитная индукция в магнитопроводе 19;
I - сила тока в обмотке 28;
L п - длина проводника обмотки 28.
Например, при среднем диаметре обмотки 28 D cp =0,3 м, числе витков обмотки N=2000, токе I=10 А, В=1 Тл имеем F п =(1984-15872)Н в пределах изменения К от 0,1 до 0,8. Оперативной регулировкой тока в обмотке 28 можно менять усилие поджима в широких пределах. Это открывает возможность поддержания постоянного удельного давления поверхности 13 притира 12 на обрабатываемую сферу, что необходимо для равномерной доводки сферической поверхности при наличии в обрабатываемой детали технологических отверстий и впадин. Для этого необходимо в режиме реального времени контролировать площадь взаимодействия поверхности 13 притира 12 с поверхностью сферы и создавать значение тока в обмотке 28 с сохранением условия: Р уд =F п /S=const. С учетом общеизвестных зависимостей: В=Ф/S м, где Ф=( в о S м ×I×N)l cp. - средняя длина магнитной цепи в магнитопроводе;
S м - площадь сечения магнитопровода;
В =1 - эквивалентная магнитная проницаемость в зазоре;
О =4 10 -7 - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, получаем:
F п -=( о ×N 2 ×I 2 ×D м)/l cp . Отсюда требуемое текущее значение тока питания обмотки 28 можно рассчитать по формуле:
F п - требуемое текущее значение усилия поджима притира;
Относительная магнитная проницаемость магнитопровода исполнительного узла;
N - число витков обмотки;
D м - диаметр среднего витка обмотки;
S - текущая площадь взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью.
Эта целевая функция реализуется с помощью схемы управления током питания обмотки 28, изображенной на Фиг.4. В состав схемы входят датчик 34 площади взаимодействия притира 12 со сферической поверхностью обрабатываемой детали, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 35, процессор 36 с клавиатурой 37 и дисплеем 38, а также кодоуправляемый источник 39 тока 1 питания обмотки 28 устройства. Как вариант исполнения в схему Фиг.4 может быть введен датчик 40 воздушного зазора между якорем и магнитопроводом исполнительного узла автоматического регулятора усилия поджима притира к обрабатываемой сферической поверхности. Это исключит необходимость ручной корректировки коэффициента К с клавиатуры в зависимости от фактического значения воздушного зазора. Клавиатура 37 позволяет оперативно изменять скорости вращения приводов 6, 15 и 27, а также значение удельного давления Р уд для обеспечения оптимальных производительности и точности доводки сферической поверхности обрабатываемой детали. Датчик 40 может быть с кодовым или частотным выходом или со встроенным АЦП. Текущие параметры - F п, S, I - скорости вращения приводов, амплитуда качания притира относительно обрабатываемой поверхности и т.д. - оперативно выводятся на дисплей 38.
Для каждого типоразмера обрабатываемых деталей необходимы соответствующие размеры притира 12 с обеспечением условия:
0,9D сф D пр 1,1·d н, где D сф, D пр и d н - наружные диаметры соответственно обрабатываемой сферы, притира и отверстия или впадины в обрабатываемой детали.
По сравнению с прототипом в предложенном решении обеспечена повышенные точность и производительность доводки за счет автоматического управления усилием поджима притира и недетерминированной траектории его движения по обрабатываемой сфере. Введенное в предложенное устройство шарнирное соединение притира с приводами устраняет характерные для известных технических решений «рыскания» притира относительно обрабатываемой поверхности при его заходе и выходе с предусмотренных конструкцией неоднородностей сферической поверхности - отверстий и впадин.
Источники информации
1. Патент РФ №2201861 от 11.02.2000 г. МПК В24В 23/00. Насадка шлифовальная и полировальная.
2. Авт. св. СССР №162379, М Кл. В24В 11/00. Устройство для притирки сферических поверхностей. БИ №6, 1991 г.
3. Авт. Св. СССР №1541024, М. Кл. В24В 13/00. Способ обработки сферических поверхностей. БИ №5, 1990 г.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ доводки сферических поверхностей, включающий вращения кольцевого притира и обрабатываемой детали, имеющей отверстия и впадины, качание притира относительно центра обрабатываемой сферы и создание усилия прижима притира к обрабатываемой сферической поверхности, отличающийся тем, что усилие прижима притира к обрабатываемой сферической поверхности задают посредством электромагнитного исполнительного узла и осуществляют автоматическое управление током питания его обмотки в зависимости от текущего значения площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью детали с обеспечением условия постоянства удельного давления притира на обрабатываемую поверхность.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуда качания притира относительно центра обрабатываемой сферы составляет (0,1÷0,3)D сф, где D сф - наружный диаметр обрабатываемой сферы.
3. Устройство для доводки сферических поверхностей, содержащее кольцевой притир, приводы вращения притира и сферической детали, имеющей отверстия и впадины, привод качания притира относительно центра обрабатываемой сферы и регулятор усилия прижима притира к обрабатываемой поверхности, отличающееся тем, что регулятор усилия прижима притира к обрабатываемой поверхности выполнен с исполнительным электромагнитным узлом, имеющим магнитопровод с обмоткой и якорь, и с автоматическим управлением током питания его обмотки в зависимости от текущего значения площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью и обеспечением постоянного удельного давления притира на обрабатываемую поверхность.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что якорь исполнительного электромагнитного узла снабжен втулкой, в которой сверху установлен притир посредством шарнирного соединения, а снизу размещен с возможностью вертикального перемещения выходной вал привода вращения притира.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что схема автоматического управления током питания обмотки электромагнитного исполнительного узла содержит последовательно включенные датчик площади взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью, аналого-цифровой преобразователь, процессор, кодоуправляемый источник тока питания электромагнитного исполнительного узла, а также подключенный кодовыми выходами к процессору датчик величины воздушного зазора в магнитной цепи электромагнитного исполнительного узла.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что амплитуда качания притира относительно центра обрабатываемой сферы составляет (0,1÷0,3)D сф.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что диаметр D пр притира выбран с обеспечением условия
0,9D сф D пр 1,1d н,
где d н - диаметр отверстия или размер впадины в сферической части обрабатываемой детали.
8. Устройство по п.3, отличающееся тем, что притир связан с приводами его перемещений посредством шарнирных соединений.
9. Устройство по п.3, отличающееся тем, что значение тока I м питания обмотки электромагнитного исполнительного узла определено процессором по формуле
где l cp - средняя длина магнитной цепи;
F п - требуемое текущее значение усилия прижима притира;
Относительная магнитная проницаемость магнитопровода исполнительного узла;
О - абсолютная магнитная проницаемость вакуума;
N - число витков обмотки;
D м - диаметр среднего витка обмотки;
S - текущая площадь взаимодействия притира с обрабатываемой поверхностью.