Планетарная шлифовальная головка

В заявке предлагается шлифовальная головка, предназначенная для перешлифовки упорных центров вальцешлифовального станка. Она содержит основание и установленный на нем корпус, электрошпиндель, размещенный внутри корпуса, и шлифовальный круг, закрепленный на выходном конце электрошпинделя, установленные внутри корпуса первый червяк и находящееся с ним в зацеплении первое червячное колесо, второй червяк и находящееся с ним в зацеплении второе червячное колесо, первый вал, на котором закреплены первое червячное колесо и второй червяк, второй вал, на котором закреплено второе червячное колесо. Первый червяк соосно соединен с хвостовиком электрошпинделя, второй вал расположен параллельно оси электрошпинделя, выполнен с выступающим из корпуса концом и жестко соединен им с основанием, а корпус выполнен с возможностью вращения относительно второго вала и второго червячного колеса. Отличительной особенностью головки является то, что основание снабжено кольцевой направляющей, соосной со вторым валом, на корпусе соосно с направляющей установлена втулка с радиально закрепленными на ней спицами, размещенными с равномерным угловым шагом в плоскости, расположенной между электрошпинделем и шлифовальным кругом перпендикулярно оси втулки, на свободных концах спиц во взаимодействии с направляющей закреплены ролики, при этом одна из спиц снабжена соосным с электрошпинделем сквозным поперечным отверстием, в котором размещен выходной конец электрошпинделя. Благодаря этим особенностям головка обладает повышенной жесткостью и обеспечивает высокую точность шлифования центров вальцешлифовального станка непосредственно на станке.

Предлагаемая полезная модель относится к области станкостроения и может быть использована в вальцеобрабатывающих, в частности, в тяжелых вальцешлифовальных станках, предназначенных для обработки деталей в упорных центрах.

При обработке крупногабаритных, имеющих массу 20-50 тонн, деталей (например, прокатных валков) на вальцешлифовальных станках, деталь обычно закрепляют в упорных (невращающихся) центрах. В процессе вращения детали во время обработки происходит постепенное изнашивание центров и точность обработки становится неприемлемой. Центры нужно периодически снимать со станка и перешлифовывать на обычных круглошлифовальных станках, закрепляя в патроне станка.

Для перешлифовки, чаще всего, используют штатные шлифовальные бабки круглошлифовальных станков, описанные, в частности, в книге «Металлорежущие станки в 2 т. Т. 2 / В.В. Бушуев, А.В. Еремин, А.А. Какойло и др. Под ред. В.В. Бушуева. Т. 2 - Машиностроение, 2011» на стр. 284-285 и проиллюстрированные рис. 11.18.

Указанные шлифовальные бабки, являющиеся аналогами предлагаемой, содержат шпиндельных узел (шпиндель, закрепленный в корпусе на подшипниках), шлифовальный круг, установленный на выходном конце шпинделя, шкив, установленный на хвостовике шпинделя, электродвигатель соединенный со шкивом с помощью ременной передачи и основание, на котором монтируется корпус шпинедльного узла и электродвигатель.

При использовании такой шлифовальной бабки-аналога шлифовальный круг выполняют коническим, а бабку устанавливают на направляющих круглошлифовального станка так, чтобы ось вращения ее шпинделя была параллельна оси вращения подлежащего перешлифовке центра, закрепленного в патроне станка. Далее двигатель бабки и двигатель вращения патрона круглошлифовального станка приводят в движение и, перемещая бабку по направляющим, производят перешлифовку. Завершив ее, упорный центр из патрона круглошлифовального станка извлекают, устанавливают на вальцешлифовальный станок, где он работал до прешлифовки, и эксплуатируют дальше.

В процессе перешлифовки упорного центра на круглошлифовальном станке с помощью шлифовальной бабки-аналога качество перешлифовки не всегда оказывается удовлетворительным. Это вызвано, во первых, погрешностями установки и вращения перешлифовываемого центра на круглошлифовальном станке и, во вторых, вибрациями шпинделя бабки, обусловленными работой ременной передачи (такая передача имеет принципиальную особенность - упругое скольжение ремней по шкиву, что влечет за собой скачкообразное трение).

Повысить качество перешлифовки можно, исключив ременную передачу. Это сделано путем изменения конструкции шпиндельной бабки-аналога и превращения ее в шлифовальную головку, описанную в той же книге («Металлорежущие станки в 2 т. Т. 2. Под ред. В.В. Бушуева.»), но на стр. 112, и проиллюстрированную рис. 4.14.

Эта шлифовальная головка включает в себя основание и установленный на нем корпус, электрошпиндель (мотор-шпиндель), размещенный внутри корпусащ шлифовальный круг, закрепленный на выходном конце электрошпинделя.

Применяют подобную головку точно так же, как предыдущую бабку-аналог: шлифовальный круг делают коническим, головку устанавливают на круглошлифовальном станке, перешлифовываемый упорный центр закрепляют в патроне станка, а затем, вращая круг, осуществляют главное движение, требуемое для обработки, а вращая шпиндель станка производят окружную подачу обрабатываемого центра. Качество прешлифовки упорного центра с помощью описанной головки оказывается выше, чем при ранее рассмотренной бабки, поскольку исключена ременная передача. Вместе с тем остаются погрешности обработки, обусловленные установкой центра на круглошлифовальном станке. Это и погрешность базирования центра в патроне, и биение шпинделя круглошлифовального станка, и др. Повысить точность перешлифовки, однако, можно, если обрабатывать упорный центр, не снимая его с вальцешлифовального станка, где он обычно эксплуатируется. Но в таком случае шлифовальная головка, используемая при перешлифовке, должна быть усовершенствована - она должна обеспечивать и главное движение, требуемое для обработки (вращение круга относительно своей оси) и движение окружной подачи круга относительно оси перешлифовываемого центра, поскольку на вальцешлифовальном станке упорный центр не вращается. Перечисленному удовлетворяет планетарная шлифовальная головка («Я.Л. Либерман. Шлифовальная головка»), защищенная Патентом РФ на полезную модель 146910 от 22.09.2014. Именно эта головка была принята нами за прототип.

Головка-прототип содержит основание и установленный на нем корпус, электрошпиндель, размещенный внутри корпуса, и шлифовальный круг, закрепленный на выходном конце электрошпинделя. Она дополнительно снабжена установленным внутри корпуса первым червяком и находящимся с ним в зацеплении первым червячный колесом, вторым червяком и находящимся с ним в зацеплении вторым червячным колесом, первым валом, на котором закреплено первое червячное колесо и второй червяк, вторым валом, на котором закреплено второе червячное колесо. Первый червяк соосно соединен с хвостовиком электрошпинделя, второй вал расположен параллельно оси электрошпинделя, выполнен с выступающим из корпуса концом и жестко соединен им с основанием, а корпус выполнен с возможностью вращения относительно второго вала и второго червячного колеса.

При использовании шлифовальной головки-прототипа ее основание устанавливают на направляющих вальцешлифовального станка так, чтобы второй вал и упорный центр вальцешлифовального станка, подлежащий перешлифовке, были соосны. Затем включают электрошпиндель и вращение круга и перемещают головку (основание вместе с корпусом) вдоль оси второго вала до получения нужной при перешлифовке упора глубины резания. При вращении электрошпинделя, движение от него передается на первый червяк. Он, в свою очередь, вращает первое колесо и первый вал. Вращение первого вала влечет за собой вращение второго червяка, а поскольку второе червячное колесо и его вал жестко соединены с основанием головки, второй червяк начинает обкатываться по второму колесу и вращать корпус головки. Круг при этом будет перемещаться вокруг шлифуемого центра. Таким образом, вращение круга вокруг своей оси будет являться главным движением перешлифовки центра, а перемещение корпуса головки вместе с кругом будет являться движением подачи. Когда перешлифовка будет завершена, точность ее окажется выше, чем при использовании головок-аналогов, поскольку перешлифовываемый упорный центр не пришлось переставлять на обычный круглошлифовальный станок и приводить во вращение.

Несмотря, однако, на то, что головка-прототип обеспечивает более высокую точность перешлифовки центров, чем головки-аналоги, она имеет существенный недостаток - недостаточную жесткость. Он обусловлен тем, что головка в процессе работы вращается вокруг второго вала, который закреплен на основании консольно. Но недостаточная жесткость - причина не всегда достаточной точности обработки. В связи с этим возникает задача дальнейшего повышения точности головки.

Эта задача - повышение точности головки - и есть задача разработки предлагаемой полезной модели.

Технически решение задачи обеспечивается тем, что планетарная шлифовальная головка, содержащая основание и установленный на нем корпус, электрошпиндель, размещенный внутри корпуса, и шлифовальный круг, закрепленный на выходном конце электрошпинделя, установленные внутри корпуса первый червяк и находящееся с ним в зацеплении первое червячное колесо, второй червяк и находящееся с ним в зацеплении второе червячное колесо, первый вал, на котором закреплены первое червячное колесо и второй червяк, второй вал, на котором закреплено второе червячное колесо, в которой первый червяк соосно соединен с хвостовиком электрошпинделя, второй вал расположен параллельно оси электрошпинделя, выполнен с выступающим из корпуса концом и жестко соединен им с основанием, а корпус выполнен с возможностью вращения относительно второго вала и второго червячного колеса, отличается от прототипа тем, что основание снабжено кольцевой направляющей, соосной со вторым валом, на корпусе соосно с направляющей установлена втулка с радиально закрепленными на ней спицами, размещенными с равномерным угловым шагом в плоскости, расположенной между электрошпинделем и шлифовальным кругом перпендикулярно оси втулки, на свободных концах спиц во взаимодействии с направляющей закреплены ролики, при этом одна из спиц снабжена соосным с электрошпинделем сквозным поперечным отверстием, в котором размещен выходной конец электрошпинделя.

На рис. 1. показана кинематическая схема предлагаемой планетарной шлифовальной головки.

Головка содержит основание 1 и установленный на нем корпус 2, электрошпиндель 3, размещенный внутри корпуса 2, и шлифовальный круг 4, закрепленный на выходном конце электрошпинделя 3. Она также снабжена установленными внутри корпуса 2 первым червяком 5 и находящимся с ним в зацеплении первым червячным колесом 6, вторым червяком 7 и находящимся с ним в зацеплении вторым червячным колесом 8, первым валом 9, на котором закреплены первое червячное колесо 6 и второй червяк 7, вторым валом 10, на котором закреплено второе червячное колесо 8. Первый червяк 5 соосно соединен с хвостовиком электрошпинделя 3, второй вал 10, расположен параллельно оси электрошпинделя 3, выполнен с выступающим из корпуса концом и жестко соединен им с основанием 1, а корпус 2 выполнен с возможностью вращения относительно второго вала 10 и второго червячного колеса 8. При этом основание 1 снабжено кольцевой направляющей 11, соосной со вторым валом 10, на корпусе 2 соосно с направляющей И установлена втулка 12 с радиально закрепленными на ней спицами 13, размещенными с равномерным угловым шагом в плоскости, расположенный между электрошпинделем 3 и шлифовальным кругом 4 перпендикулярно оси втулки 12, на свободных концах спиц во взаимодействии с направляющей 11 закреплены ролики 14, причем одна из спиц 13 снабжена соосным с электрошпинделем 3 сквозным поперечным отверстием, в котором размещен выходной конец электрошпинделя.

При использовании предлагаемой планетарной шлифовальной головки ее основание 1 устанавливают на направляющих вальцешлифовального станка так, чтобы вал 10 и упорный центр(на рисунке он изображен штриховыми линиями) вальцешлифовального станка, подлежащий перешлифовке, были соосны. Затем включают электрошпиндель 3 и вращение круга 4 и перемещают головку (основание 1 вместе с корпусом 2) вдоль оси второго вала 10 до получения нужной при перешлифовке упора глубины резания. При вращении электрошпинделя 3, движение от него передается на червяк 5. Он, в свою очередь, вращает колесо 6 и вал 9. Вращение вала 9 влечет за собой вращение червяка 7, а поскольку червячное колесо 8 и его вал 10 жестко соединены с основанием 1 головки, червяк 7 начинает обкатываться по колесу 8 и вращать корпус 2 головки на валу 10. Круг 4 при этом будет перемещаться вокруг шлифуемого центра. Таким образом, вращение круга 4 вокруг своей оси будет являться главным движением перешлифовки центра, а перемещение корпуса 2 вместе с кругом 4 будут являться движением подачи. В процессе этих движений возникает сила резания, стремящаяся отжать круг 4 от шлифуемого центра. Однако эта сила через спицу 13, снабженную отверстием, в котором размещен конец электрошпинделя 3, будет передаваться ролику 14. Направляющая 11 будет воспринимать ее от ролика и противодействовать отжиму круга. Поскольку в процессе шлифования центра могут происходить вибрации круга 4, последний может не только стремиться отжаться от центра, но может и периодически приближаться к нему. Этому будут противодействовать остальные спицы 13, закрепленные на втулке 12 и через остальные ролики 14, опирающиеся на направляющую 11.

Когда перешлифовка будет завершена, точность окажется выше, чем при использовании прототипа, поскольку ни отжатий шлифовального круга от шлифуемого центра, ни поджатий круга 4 к нему в процессе работы головки практически не будет. Повышение точности головки будет составлять технический результат разработки полезной модели.

Планетарная шлифовальная головка, содержащая основание и установленный на нем корпус, электрошпиндель, размещенный внутри корпуса, и шлифовальный круг, закрепленный на выходном конце электрошпинделя, установленные внутри корпуса первый червяк и находящееся с ним в зацеплении первое червячное колесо, второй червяк и находящееся с ним в зацеплении второе червячное колесо, первый вал, на котором закреплены первое червячное колесо и второй червяк, второй вал, на котором закреплено второе червячное колесо, причем первый червяк соосно соединен с хвостовиком электрошпинделя, второй вал расположен параллельно оси электрошпинделя, выполнен с выступающим из корпуса концом и жестко соединен им с основанием, а корпус выполнен с возможностью вращения относительно второго вала и второго червячного колеса, отличающаяся тем, что основание снабжено кольцевой направляющей, соосной со вторым валом, а на корпусе соосно с направляющей установлена втулка с радиально закрепленными на ней спицами, размещенными с равномерным угловым шагом в плоскости, расположенной между электрошпинделем и шлифовальным кругом перпендикулярно оси втулки, при этом на свободных концах спиц с возможностью взаимодействия с направляющей закреплены ролики, а в одной из спиц выполнено соосно с электрошпинделем сквозное поперечное отверстие, в котором размещен выходной конец электрошпинделя.

РИСУНКИ