RU11115U1

RU11115U1 - DEVICE FOR PROCESSING PARTS BY METAL-CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU11115U1
Application number: RU98123889/20U
Authority: RU
Inventors: В.М. Сорокин; М.В. Климушкина; А.П. Смирнов
Original assignee: Сорокин Виталий Матвеевич
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 1999-09-16

Abstract

Устройство для обработки деталей металлорежущим инструментом, содержащее установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний и вибратор, отличающееся тем, что вибратор выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента, при этом устройство снабжено следящей системой, поддерживающей постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента, включающей золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, укрепленной на шпинделе станка, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, а шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника.A device for processing parts with a metal-cutting tool, containing a device for fixing the workpiece mounted on the machine table, a coolant bath, an ultrasonic oscillation generator and a vibrator, characterized in that the vibrator is movable along the vertical axis of the tool, while the device is equipped with a tracking system that maintains a constant distance from the end of the vibrator to the middle of the input part of the tool, including a spool with a copy finger interacting with a bar mounted on a indels machine, hydraulically connected to and above the piston cavities subpiston cylinder and the piston rod is rigidly connected with the vibrator and the housing of the spool.

Description

УСТРОЙСТВО для ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМDEVICE FOR PROCESSING PARTS METAL-CUTTING

ИНСТРУМЕНТОМ.TOOL.

Решение относится к механической обработке деталей из труднообрабатываемых материалов с применением смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и с использованием ультразвуковых колебаний (УЗК).The solution relates to the machining of parts from difficult materials with the use of cutting fluids (coolant) and using ultrasonic vibrations (ultrasonic testing).

В современной промышленности все более широкое применение находят сверхтвердые и сверхпрочные материалы, которые, в свою очередь, очень плохо обрабатываются резанием, что усугубляется еще и их высокой пластичностью. Кроме того, очень многие инструменты (протяжки, метчики, сверла, зенкеры, фрезы и т.п.) изготавливаются из быстрорежущих сталей, имеющих недостаточно высокие твердость, прочность, теплостойкость и износостойкость. Таким образом, одной из основных причин выхода инструмента из строя является его поломка.In modern industry, super-hard and ultra-strong materials are being used more and more, which, in turn, are very poorly processed by cutting, which is further aggravated by their high ductility. In addition, many tools (broaches, taps, drills, countersinks, milling cutters, etc.) are made of high-speed steels having insufficiently high hardness, strength, heat resistance and wear resistance. Thus, one of the main reasons for the failure of a tool is its breakdown.

Для снижения сил резания и трения при обработке широко применяются СОЖ. Однако, во многих случаях, особенно при обработке труднообрабатываемьк материалов, этого недостаточно, т.е. силы резания и трения остаются все еще слишком большими и инструмент ломается. Да и нормальное изнашивание инструмента протекает тем медленнее, чем большее смазочное и диспергирующее действие оказывает СОЖ.Coolants are widely used to reduce cutting and friction forces during processing. However, in many cases, especially when processing difficult materials, this is not enough, i.e. the cutting and friction forces are still too large and the tool breaks. And the normal wear of the tool proceeds more slowly, the greater the lubricating and dispersing effect of the coolant.

Известно устройство для нарезания внутренних резьб в труднообрабатываемых материалах с использованием УЗК, которые накладываются как на инструмент, так и на деталь в направлении движения подачи или резания, содержащее приспособление для закрепления заготовки, генератор УЗК и вибратор, передающий колебания инструменту или обрабатываемой заготовке а.с. СССР № 986600 В23В1/00, 1983 г..A device for cutting internal threads in difficult materials using ultrasonic testing, which are superimposed both on the tool and on the part in the direction of movement of the feed or cutting, containing a device for securing the workpiece, the ultrasonic generator and a vibrator that transmits vibrations to the tool or workpiece A. . USSR No. 986600 B23B1 / 00, 1983

М КЛ.6 В24 В 1/04M KL.6 V24 V 1/04

-сложная конструкция, т.к. колебательные движения необходимо передать-complex construction, as vibrational movements must be transmitted

инструменту, имеющему вращательное и поступательное движения;an instrument having rotational and translational movements;

-значительная общая масса инструмента или обрабатываемой заготовки вместе с приспособлениями и устройствами, в которых этот инструмент или приспособления закрепляются, что требует относительно большой мощности генератора и вибратора УЗК;-significant total mass of the tool or workpiece being machined together with devices and devices in which this tool or devices are fixed, which requires a relatively large power of the generator and vibrator of ultrasonic testing;

-необходимость жесткого закрепления инструмента в оправке или в патроне и заготовки в приспособлении для обеспечения колебаний в зоне резания. Это условие вынуждает выполнять предварительную обработку (сверление перед нарезанием резьбы) за один установ с основной операцией для избежания поломок инструмента из-за несоосности оси инструмента и оси предварительно обработанного отверстия. Подобная технологическая последовательность выполнения операций ведет к существенному снижению производительности обработки.-the need for rigid fastening of the tool in the mandrel or in the cartridge and the workpiece in the device to ensure fluctuations in the cutting zone. This condition forces you to perform pre-treatment (drilling before threading) in one installation with the main operation to avoid tool breakage due to misalignment of the tool axis and the axis of the pre-machined hole. Such a technological sequence of operations leads to a significant decrease in processing productivity.

Прототипом предлагаемому решению является устройство для обработки сквозных отверстий патент РФ № 2027579 В24В1/04 от 23.05.89, содержащее приспособление для закрепления заготовки, расположенное на столе станка, ванну с СОЖ, магнитострикционный вибратор, предназначенный для передачи УЗК СОЖ. Для обеспечения герметичности в месте установки вибратора имеется подвижная мембрана. Генератор УЗК необходим для подачи сигнала на вибратор.The prototype of the proposed solution is a device for processing through holes, RF patent No. 2027579 V24V1 / 04 of 05.23.89, containing a device for securing the workpiece located on the machine table, a bath with coolant, a magnetostrictive vibrator designed to transmit ultrasonic testing of coolant. To ensure tightness at the installation site of the vibrator there is a movable membrane. The ultrasonic generator is necessary to supply a signal to the vibrator.

Однако известная конструкция устройства позволяет реализовывать его только при нарезании резьб в коротких отверстиях (например, в гайках). Это обусловлено тем, что расстояние от вибратора до середины толщины заготовки должно быть равным или кратным половине длины волны УЗК в данных условиях и, с другой стороны, толщина заготовки не должна превышать половину длины волны УЗК (чтобы вся длина обрабатываемого отверстия находилась в зоне интенсивной кавитации). Технический результат - расширение технологических возможностей устройства заHowever, the known design of the device allows you to implement it only when cutting threads in short holes (for example, in nuts). This is due to the fact that the distance from the vibrator to the middle of the workpiece thickness should be equal to or a multiple of half the ultrasonic testing wavelength under these conditions and, on the other hand, the workpiece thickness should not exceed half the ultrasonic testing wavelength (so that the entire length of the hole being machined is in the intensive cavitation zone ) The technical result is the expansion of technological capabilities of the device for

счет использования его при формировании резьб в отверстиях любой длины.due to its use in the formation of threads in holes of any length.

Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки деталей металлорежущим инструментом, содержащем установленное на столе станка приспособление для закрепления заготовки, ванну с СОЖ, генератор ультразвуковых колебаний и вибратор, выполненный подвижным по оси вертикального перемещения инструмента в процессе обработки, при этом устройство снабжено следящей системой, поддерживающей постоянным расстояние от торца вибратора до середины заходной части инструмента, включающей золотник с копировальным пальцем, взаимодействующим с планкой, укрепленной на шпинделе станка, гидравлически связанный с надпоршневой и подпоршневой полостями гидроцилиндра, а шток поршня жестко связан с вибратором и корпусом золотника.This technical result is achieved by the fact that in the device for processing parts with a metal cutting tool containing a device for fixing the workpiece mounted on the machine table, a coolant bath, an ultrasonic vibrations generator and a vibrator made movable along the vertical axis of the tool during processing, the device is equipped with a tracking system that maintains a constant distance from the end of the vibrator to the middle of the input part of the tool, including a spool with a copy finger, from interaction with a strap fixed on the machine spindle, hydraulically connected to and above the piston cavities subpiston cylinder and the piston rod is rigidly connected with the vibrator and the housing of the spool.

Предлагаемое устройство приведено на фиг. 1 - общий вид.The proposed device is shown in FIG. 1 - general view.

Предлагаемое устройство сконструировано на базе вертикально-сверлильного станка, например, модели 2А135. Оно состоит из неподвижного стола 1, на котором с помощью пазовых болтов 2 установлено приспособление 3 для установки и крепления прижимом 4 обрабатываемого изделия 5. На цилиндрической части приспособления смонтирована подвижная ванна 6 с СОЖ для охлаждения обрабатываемого изделия 5.The proposed device is designed on the basis of a vertical drilling machine, for example, model 2A135. It consists of a fixed table 1, on which, using slotting bolts 2, a fixture 3 is installed for mounting and holding with a clamp 4 of the workpiece 5. A movable bath 6 with coolant is mounted on the cylindrical part of the fixture to cool the workpiece 5.

Для возбуждения УЗК в СОЖ предусмотрен ультразвуковой генератор, например, УЗГ-2,5М (на рисунке не показан) и следящая система, обеспечивающие постоянные и максимальные по амплитуде УЗК в жидкости в процессе обработки благодаря поддержанию постоянным расстояния h между серединой заходной части инструмента (метчика) 7 и торцем вибратора, состоящего из концентратора-волновода 8 и ультразвуковой головки 9. Вибратор выполнен подвижным по оси вертикального перемещения инструмента в процессе обработки. Следящая система включает золотниковый узел 10 и гидроцилиндр 11, соединенныеFor excitation of ultrasonic testing, an ultrasonic generator is provided in the coolant, for example, UZG-2.5M (not shown in the figure) and a tracking system that provide constant and maximum in amplitude ultrasonic testing in the liquid during processing by maintaining a constant distance h between the middle of the tool entrance (tap ) 7 and the end of the vibrator, consisting of a hub-waveguide 8 and an ultrasonic head 9. The vibrator is made movable along the axis of the vertical movement of the tool during processing. The tracking system includes a spool assembly 10 and a hydraulic cylinder 11 connected

между собой жестко с помощью сварной трубы 12, бак 13 с маслом, насос 14, систему трубопроводов 15,16, 17, 18, предохранительный клапан 19, дроссель 20. К надпоршневой и подпоршневой полостям гидроцилиндра 11 подведены трубопроводы. На щтоке 21 гидроцилиндра через плиту крепится вибратор, концентратор-волновод 8 которого вводится через отверстие стола станка в корпус приспособления, образуя замкнутый объем, наполненный СОЖ, в котором и возбуждаются УЗК. Для охлаждения магнитнострикционного вибратора в корпусе ультразвуковой головки 9 через штуцеры 22 и 23 циркулирует охлаждающая жидкость.rigidly between each other using a welded pipe 12, a tank 13 with oil, a pump 14, a piping system 15.16, 17, 18, a safety valve 19, a throttle 20. Pipes are connected to the piston and under-piston cavities of the hydraulic cylinder 11. A vibrator is mounted on the cylinder head 21 through the plate, the hub-waveguide 8 of which is inserted through the opening of the machine table into the fixture body, forming a closed volume filled with coolant, in which ultrasonic testing is excited. To cool the magnetostrictive vibrator in the housing of the ultrasonic head 9, coolant circulates through the nozzles 22 and 23.

Возможность передачи вертикального перемещения инструменту 7 и плавающему патрону 24, закрепленному на валу 25, от вала-шестерни 26, на боковой поверхности выдвижного шпинделя 27, перемещающегося по направляющим, расположенным в корпусе шпиндельной бабки 28, обеспечивает рейка. Планка 29, копировальный палец 30, золотник 31, а также пружина 32, обеспечивают возможность отслеживать вертикальное перемещение инструмента. Настройка на необходимый размер h производится с помощью рукоятки 33, связанной с зубчатым колесом 34 и рейкой 35.The ability to transfer vertical movement to the tool 7 and the floating cartridge 24, mounted on the shaft 25, from the pinion shaft 26, on the side surface of the retractable spindle 27, moving along the guides located in the housing of the spindle head 28, provides a rail. The strap 29, the copy finger 30, the spool 31, as well as the spring 32, provide the ability to track the vertical movement of the tool. Adjustment to the required size h is carried out using the handle 33 connected to the gear wheel 34 and the rack 35.

Работа станка и системы осуществляется следз ющим образом. После включения станка инструмент 7, закрепленный в плавающем патроне 24, установленном на валу 25, вращается со скоростью резания от коробки передач станка. Вертикальная подача инструмента осуществляется за счет реечной передачи от вала-шестерни 26 на рейку, нарезанную на боковой поверхности выдвижного шпинделя 27, который перемещается по направляющим, расположенным в корпусе шпиндельной бабки 28. Механическая подача инструмента осуществляется при нажатии на кнопку (на схеме не показана).The operation of the machine and the system is carried out as follows. After turning on the machine tool 7, mounted in a floating chuck 24 mounted on the shaft 25, rotates with a cutting speed from the gearbox of the machine. The vertical feed of the tool is carried out due to the rack and pinion transmission from the pinion shaft 26 to the rail cut on the lateral surface of the retractable spindle 27, which moves along the guides located in the housing of the headstock 28. The mechanical feed of the tool is carried out by pressing a button (not shown in the diagram) .

При подходе метчика к заготовке в момент касания планки 29 пальца 30, золотник 31 находится в нейтральном положении, силы от давления масла, создаваемого насосом 14 в нижней и верхней полостях гидроцилиндра 11 благодаря дросселю 20, установленному на трубопроводе 17, и предохранительному клапану 19, уравновешиваютWhen the tap approaches the workpiece at the moment of touching the strap 29 of the finger 30, the spool 31 is in the neutral position, the forces from the oil pressure created by the pump 14 in the lower and upper cavities of the hydraulic cylinder 11 due to the throttle 20 mounted on the pipe 17 and the safety valve 19, balance

и удерживают поршень со штоком 21 и вибратором в заданном (нейтральном) положении, создавая тем самым необходимое оптимальное расстояние h между обрабатываемым изделием и концентратором-волноводом 8. При дальнейшем движении инструмента происходит нажатие планки 29 на палец 30. При этом сферическая часть (шарик) пальца заскакивает в гнездо золотника, смещая его в осевом направлении и открывая трубопровод 15 для слива масла в бак 13, С этого момента следящая система будет отслеживать перемещение (подачу) инструмента при нарезании резьбы, сохраняя постоянным зазор h. Это происходит следующим образом; слив масла через золотниковое устройство и трубопровод 15 в бак 13 вызовет падение давления в нижней полости гидроцилиндра 11 и, следовательно, перемещение штока УЗ вибратором вниз ровно на величину подачи инструмента, связанного с перемещением планки 29. При этом давление в верхней полости гидроцилиндра 11 благодаря дроссельному устройству сохраняется постоянным.and hold the piston with the rod 21 and the vibrator in a predetermined (neutral) position, thereby creating the necessary optimal distance h between the workpiece and the waveguide concentrator 8. With further movement of the tool, the bar 29 is pressed on the finger 30. The spherical part (ball) finger pops into the spool socket, displacing it in the axial direction and opening the pipe 15 for draining oil into the tank 13, from this moment the tracking system will track the movement (feed) of the tool when threading, keeping h constant gap. This happens as follows; draining the oil through the spool device and the pipe 15 into the tank 13 will cause a pressure drop in the lower cavity of the hydraulic cylinder 11 and, therefore, the US rod moves the vibrator downward exactly by the amount of tool feed associated with the movement of the strap 29. The pressure in the upper cavity of the hydraulic cylinder 11 due to the throttle device is kept constant.

По окончании процесса резания и выводе метчика из отверстия планка 29 перестает оказывать давление на палец 30 и под действием пружины 32 золотник возвращается в нейтральное положение, перекрывая трубопроводы 15 и 16. В нижней полости гидроцилиндра 11 давление начинает восстанавливаться, а шток с УЗ вибратором перемещается наверх, занимая исходное (заданное) положение для обработки следующей заготовки. Давление в системе выравнивается, масло будет циркулировать через предохранительный клапан 19 по трубопроводу 18.At the end of the cutting process and the tap is pulled out of the hole, the bar 29 ceases to exert pressure on the finger 30 and, under the action of the spring 32, the spool returns to the neutral position, blocking the pipelines 15 and 16. In the lower cavity of the hydraulic cylinder 11, the pressure begins to recover, and the rod with the ultrasonic vibrator moves up occupying the initial (predetermined) position for processing the next workpiece. The pressure in the system is equalized, the oil will circulate through the safety valve 19 through the pipe 18.

Для обработки изделий, отличающихся по высоте, предусмотрен механизм настройки системы. С помощью рукоятки 33, связанной через зубчатое колесо 34 с рейкой 35, производится перемещение «вверх-вниз золотникового узла 10 следящей системы. Питание преобразователя, рассчитанного на рабочую частоту 22 кГц,For processing products that differ in height, a system adjustment mechanism is provided. Using the handle 33, connected through a gear wheel 34 to the rack 35, the "up-down movement of the spool unit 10 of the tracking system is carried out. Power supply of the converter, designed for an operating frequency of 22 kHz,

осуществляется от ультразвукового генератора.carried out by an ultrasonic generator.

Как показали проведенные испытания, разработанная конструкция позволяет нарезать резьбы в глубоких и сверхглубоких отверстиях и повысить производительность метчиков и качество обрабатываемой поверхности за счет того, что зона резания постоянно находится в зоне с максимальной амплитудой УЗК, а, следовательно, там действие кавитации максимально эффективно и обработка происходит в зоне оптимальных условий, где наиболее низкие силы резания и крутящие моменты, что позволяет повысить стойкость инструментов и улучшить качество обработанной поверхности.As the tests showed, the developed design allows cutting threads in deep and super-deep holes and increasing the performance of taps and the quality of the surface being treated due to the fact that the cutting zone is constantly in the zone with the maximum ultrasonic testing amplitude, and, consequently, the action of cavitation is most effective and processing occurs in the zone of optimal conditions, where the lowest cutting forces and torques, which allows to increase tool life and improve the quality of machined th surface.

Claims

A device for processing parts with a metal-cutting tool, comprising a device for securing a workpiece mounted on a machine table, a coolant bath, an ultrasonic oscillation generator and a vibrator, characterized in that the vibrator is movable along the vertical axis of the tool, while the device is equipped with a tracking system that maintains a constant distance from the end of the vibrator to the middle of the input part of the tool, including a spool with a copy finger interacting with a bar mounted on a indels machine, hydraulically connected to and above the piston cavities subpiston cylinder and the piston rod is rigidly connected with the vibrator and the housing of the spool.