Способ обработки внутренней цилиндрической поверхности

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Филонов Игорь Павлович Курч Леонид Витальевич Чепик Павел Петрович Варварина Ирина Александровна(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Способ обработки внутренней цилиндрической поверхности, заключающийся в том,что вводят режущий инструмент в исходное отверстие на величину, равную глубине обработки, приводят инструмент во вращение и производят круговую обработку, отличающийся тем, что используют режущий инструмент, состоящий из основного и вспомогательного инструментов, при этом режущие элементы основного инструмента расположены равномерно по окружности вокруг центра вращения, а у вспомогательного инструмента режущие элементы занимают круговой сектор, имеющей диаметр, больше чем у основного,причем в пределах габаритных размеров кругового сектора вспомогательного инструмента 11338 1 2008.12.30 размещают максимально возможное количество режущих элементов с возможностью их регулирования в радиальном и торцевом направлениях, а для обеспечения одинаковой подачи на зуб каждый режущий элемент выставляют в радиальном направлении на заранее рассчитанную величину, после чего основной режущий инструмент вводят в исходное отверстие и осуществляют предварительную обработку на 3/4 глубины обработки, по окончании которой основной инструмент выводят из отверстия и вводят дополнительный инструмент с эксцентриситетом относительно оси исходного отверстия, сообщают дополнительному инструменту вращение относительно его оси, осуществляют радиальное врезание его на глубину обработки, затем совершают перемещение дополнительного инструмента по круговой интерполяционной траектории вокруг оси исходного отверстия на угол 360. Изобретение относится к области машино- и приборостроения и предназначено для использования в технологических процессах обработки внутренних цилиндрических поверхностей. Известен способ обработки деталей, при котором фрезеруют концевой фрезой цилиндрическую поверхность 1. Инструмент вводят на заданную глубину паза в отверстие,включают шпиндель и смещают фрезу на заданный диаметр обработки. Производят обработку по контуру паза, и затем инструмент уводят из отверстия. Недостатком данного способа обработки является использование одного инструмента,что значительно снижает технологические возможности, не позволяя обрабатывать внутренние цилиндрические поверхности, диаметр которых значительно превышает диаметр выходящего наружу отверстия, соосного с ними. Известен способ обработки внутренних цилиндрических поверхностей 2 - прототип,заключающийся в введении резцедержателя с режущим инструментом в исходное отверстие на величину, равную глубине обработки, при этом резцедержатель поворачивается относительно поворотного пальца на некоторый угол по отношению к оси шпинделя, затем включают шпиндель. Недостатком данного способа обработки является низкая производительность вследствие участия в процессе одного режущего лезвия. Поэтому требуется расширение технологических возможностей и повышение производительности получения внутренних цилиндрических поверхностей корпусных деталей,доступных для обработки через выходящее наружу отверстие, соосное с ними. Задача, решаемая изобретением, - повышение производительности за счет участия в процессе резания трех и более режущих лезвий, расширение технологических возможностей. Поставленная задача достигается тем, что в способе обработки внутренних цилиндрических поверхностей вводят режущий инструмент в исходное отверстие на величину, равную глубине обработки, приводят инструмент во вращение и производят круговую обработку,для этого используют режущий инструмент, состоящий из основного и вспомогательного инструментов, при этом режущие элементы основного инструмента расположены равномерно по окружности вокруг центра вращения, а у вспомогательного инструмента режущие элементы занимают круговой сектор, имеющей диаметр больше, чем у основного,причем в пределах габаритных размеров кругового сектора вспомогательного инструмента размещают максимально возможное количество режущих элементов с возможностью их регулирования в радиальном и торцевом направлениях, а для обеспечения одинаковой подачи на зуб каждый режущий элемент выставляют в радиальном направлении на заранее рассчитанную величину, после чего основной режущий инструмент вводят в исходное отверстие и осуществляют предварительную обработку на 3/4 глубины обработки, по окончании которой основной инструмент выводят из отверстия и вводят дополнительный инструмент с эксцентриситетом относительно оси исходного отверстия, сообщают дополнительному инструменту вращение относительное его оси, осуществляют радиальное вре 2 11338 1 2008.12.30 зание его на глубину обработки, затем совершают перемещение дополнительного инструмента по круговой интерполяционной траектории вокруг оси исходного отверстия на угол 360. Сущность предлагаемого способа обработки внутренних цилиндрических поверхностей поясняется чертежами, где на фиг. 1, 2 изображены несколько вариантов рассматриваемых поверхностей, принадлежащих корпусным деталям на фиг. 3 - поперечное сечение дополнительного инструмента по Б-Б, на фиг. 4 - устройство дополнительного инструмента для обработки внутренних цилиндрических поверхностей, на фиг. 5 - взаимное расположение геометрических параметров исходного отверстия и дополнительного инструмента, на фиг. 6 - схема расположения режущих элементов на корпусе фрезерной головки. Основной инструмент представляет собой торцовую фрезу, выполненную по стандартам ИСО. Устройство дополнительного инструмента для осуществления предложенного способа состоит из оправки 1, на которой закреплен корпус фрезерной головки 2 при помощи гайки 3 и торцово-радиальной шпонки 4, фрезерной кассеты 5, закрепленной в корпусе фрезерной головки 2 при помощи зажимного винта 6 и имеющей возможность перемещения вдоль оси вращения дополнительного инструмента при помощи винта торцовой регулировки 7, на котором крепится контргайка 8, и возможность радиального перемещения при помощи винта радиальной регулировки 9. На фрезерной кассете закреплены твердосплавные сменные режущие пластины 10. Способ обработки заключается в следующем через отверстиев исходное отверстие заготовки с вращением или без него вводят основной инструмент, которым осуществляют предварительную обработку, по ее окончании основной инструмент выводят из отверстия и вводят без вращения дополнительный инструмент (фиг. 3, 4), ось вращения которого совпадает с осью , а режущие элементы 10 направлены к шпинделю станка при вращении инструмента производится круговая обработка рассматриваемых поверхностей за счет согласованного перемещения по осями . Инструмент имеет главный угол в плане 90. Из приведенных ниже соотношений определяют соотношение параметров инструмента и получаемого отверстия. Исходные данные- диаметр отверстия, мм- диаметр обработки, мм- длина отверстия, мм (фиг. 5). Диаметр инструмента определяют по зависимости инстр.1 мм Ширину обработки находят по следующей формуле 0,5( - ) Ширина обработки накладывает ограничения на диаметр оправки опр 0,5( инстр - опр),где - необходимый зазор между оправкой и отверстием,0,2 мм выражая диаметр оправки, получают опринстр 2 инстр(2). Диаметр оправки должен удовлетворять на прочность при изгибе с вылетом инструмента 10 и при скручивании от усилий резания. При недостаточном диаметре оправки разбивают ширину обработки на две части - 1 и 2 - и вводят дополнительный инструмент. Необходимо также, чтобы выполнялось условие инстр 11338 1 2008.12.30 Для основного инструмента получают диаметр обработки 1 1 инстр(опр.12),Дополнительный инструмент представляет собой круговой сектор инструмента, по конструкции и схеме резания эквивалентного первому. Введение его в отверстие диаметраосуществляется без вращения, а ось оправки параллельна оси . Габаритные размеры оправки и кругового сектора должны обеспечить беспрепятственный ввод инструмента в отверстие с эксцентриситетом относительно его оси. В пределах габаритных размеров кругового сектора размещаем максимально возможное количество режущих элементов,причем конструкция должна предусматривать их регулирование в радиальном и торцевом направлениях. Для обеспечения одинаковой подачи на зуб каждый режущий элемент, начиная со второго, выставляют в радиальном направлении дальше, чем предыдущий, на величину К, -1 К, -1(1/ - /360),где- подача на оборот, мм/об- подача на зуб, мм/зуб - число зубьев- угол, , между соседними зубьями (шаг зубьев). После введения без вращения ось оправки совмещают с осьюотверстия и включают обороты шпинделя. При этом радиус расположения режущих элементов должен удовлетворять условию р.э.1/20,5 мм. Далее аналогично движениям основного инструмента осуществляем круговую обработку путем согласованного перемещения по осями . Траекторией оси инструмента является окружность следующего диаметра 1) основного 11 инстр 21 инстр 2) дополнительного Выведение инструментов из отверстия после обработки осуществляется аналогично введению. Пример. Исходные данные диаметр отверстия 105 мм, диаметр обработки 190 мм, длина отверстия 120 мм. Диаметр основного инструмента равен инстр.1104 мм. Из стандартного ряда берут торцовую фрезу 100 мм, главный угол в плане 90. Рассчитывают ширину обработки 0,5( - )42,5 мм. Диаметр оправки получают следующий опринстр 214,6 мм. При вылете инструмента 10130 мм очевидно даже без расчета на прочность, что диаметра оправки недостаточно. Следовательно, вводят дополнительный инструмент. 11338 1 2008.12.30 Для определения необходимого диаметра оправки проводят расчет на прочность при кручении. При этом вначале требуется определить мощность и усилия резания. Исходные данные инстр 100 мм число зубьев 60,15 мм/зуб глубина резания ар 5 мм скорость резания 100 м/мин. Для расчета используют методику, представленную в справочной литературе предприятий, производящих металлорежущий инструмент 3. Мощность привода главного движения определяют по формуле где - общий передний угол режущего элемента, складываемый из переднего угла сменной и угла расположения посадочного гнезда- среднее сечение среза, мм с- показатель степени удельной силы резания. 1.1 - удельная сила резания на 1 мм 2 сечения стружки 1.11775 Н/мм 20,24. Допуская возможность наиболее тяжело нагруженного варианта, принимают 0. К 1775/(0,14523)0,242828,3665 Н/мм 2- коэффициент полезного действия станка,0,75. Р 542,52882828,3665/(601060,75)3,847 кВт. Окружная сила резания(т)/(м/)3847/(100/60)2308 Н. Крутящий момент от окружной силы резания равен Ткринстр/2115 400 Нмм. Касательное напряжение кручения рассчитывают по формулекр/,где 25 Мпа - допускаемое касательное напряжение- полярный момент сопротивления сечения, мм 3 3 опр.1/16. Выражая диаметр оправки и подставляя значения, получают 1 11338 1 2008.12.30 С учетом конструктивной необходимости в шпоночных пазах для передачи вращения увеличивают диаметр на 10 . опр.131,512 мм. Принимают ближайший больший диаметр 32 мм. При этом допустимая ширина фрезерования для основного инструмента равна ае 10,5(инстр - опр.1) -0,5(100 - 32) - 0,233,8 мм. Поскольку полученный параметр все равно не перекрывает общую ширину фрезерования, то есть возможность увеличить диаметр оправки за счет уменьшения 1. Исходя из приведенных выше формул для соотношения ае / ае 1 справедливо, что глубина первого прохода дополнительного инструмента равна 3/4 глубины обработки. Разбивают всю ширину обработки приблизительно пополам. Пусть ае 120,5 мм. Для основного инструмента получают диаметр обработки 12146 мм. При этом диаметр оправки достигает следующего значения опр.1 инстр - (12)100 - (14610520,2)58,6 мм. Принимают опр.158 мм (тогда 0,5 мм). Учитывая прочностной расчет на кручение, делают вывод, что при такой разнице в расчетном и фактическом диаметрах(32 мм и 58 мм) изгибная прочность будет обеспечиваться. Диаметр траектории основного инструмента равен 11 инстр 46 мм. Для дополнительного инструмента получают следующий требуемый радиус расположения режущих элементов р.э.1/2 - 0,5146/2 - 0,572,5 мм. При вписывании кругового сектора радиуса р.э. в отверстие диаметромсо смещением(см. фиг. 6) получают возможность конструктивно разместить на дуге р.э. два режущих зуба под углом 40 между ними. Второй зуб в радиальном направлении выдвигают на величину К 21 К 21(1/2 - 40/360)7/18 - . При подаче на зуб 0,15 мм/зуб получают 20,150,3 мм/об К 217/180,30,117 мм. Конструктивно величину эксцентриситета при введении дополнительного инструмента в отверстие получают равной 23,5 мм. Диаметр траектории оси этого инструмента получают следующий 2-2.э.190-272,545 мм. Описанный способ обработки внутренней цилиндрической поверхности обеспечивает повышение производительности в количество раз, кратное количеству твердосплавных сменных пластин, участвующих в процессе резания, и расширение технологических возможностей инструмента. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7