Резьбовой копир металлорежущего станка

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5030610/08 (22) 11.1191 (46) 30.12.93 Бюл. Na 47-48 (76) Орлова Наталья Игоревна; Райский Виталий

Валентинович; Орлов Дмитрий Владимирович; Рыжов Игорь Семенович (54) РИЬБОВОЙ КОПИР МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕ-

ГО СТАНКА

{57) Использование: копир предназначен дпя нареэания точной резьбы Сущность изобретения: устройство содержит приводной и инструментальный ивиндели. На наружной поверхности инструмен(в) ЯЦ (и) 200%21 Н (щ г тального иледеля вьитолнена резьба предназначенная для взаимодействия с винтовым упругим элементом, расположенным на внутренней поверхности преодного шпинделя Один конец винтового элемента жестко связан с приводным шпинделем, а другой конец элемента взаимодействует с втулкой.

Втулка перемещается в осевом направлении при помощи регулировочной гайки. Гайка позволяет регулировать осевую нагрузку на упругий элемент, в результате чего обеспечивается компенсация боковых и радиальных зазоров в резьбовой паре. 8

VJl

2005021

1 = ген/соз, 5 приЕ>1, 11эоосетение относится к станкостроению и может быть использовано в прецизионных резьбодоводочных, резьбонарезных, сверлильных и расточных станках, Известен резьбовой копир металлорежущего станка, содержащий инструментальный шпиндель с винтовой нарезкой,. установленный концентрично s ходовой гайке. выполненной в виде зубчатого колеса, с возможностью вращения и осевого перемещения относительно нее.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является резьбовой копир металлорежущего станка, содержащий инструментальный шпиндель с резьбо вой наружной noaeрхностью, установленный концентрично в приводном шпинделе с возможностью вращения от крутящего момента и осевого перемещения по нему и .. сопряженный с ним по резьбе, выполненной на внутренней поверхности приводного шпинделя.

Однако в указанных конструкциях отсутствует компенсация осевых (боковых) зазоров в резьбовом соединении, а также, радиальных зазоров, в связи с чем имеют место существенные погрешности подачи инструмента и соответственно погрешности .шага, диаметра и угла профиля нарезаемой резьбы.

Целью изобретения является повышение точности обработки резьб, Поставленная цель достигается тем, что в резьбовом копире металлорежущего станка внутренняя резьбовая поверхность приводного шпинделя выполнена в виде витого упругого элемента, связанного жестко с приводным шпинделем силовым элементом в плоскости действия крутящего момента, и он дополнительно снабжен прижимным узлом, содержащим контрящую реэьбовую крышку с возможностью осевого перемещения по приводному шпинделю и контактирующую с ней по торцу втулку, установленную концентрично и свободно в зазоре между инструментальным и приводным шпинделями и контактирующую другим концом с упругим элементом с оптимальным числом рабочих витков. где Таам — момент, прикладываемый к контрящей резьбовой крышке;

f — коэффициент трения между опорной поверхностью витка упругого элемента и втулкой;

1-условная длина витка в плоскости его расположения, К1 — коэффициент неполноты площади контакта упругого элемента со втулкой;, Ь вЂ” вероятностное значение бокового зазора в резьбе; гвн, гвнут. — радиусы, соответствующие наружному и внутреннему диаметрам упругого элемента; у- угол наклона витка упругого элемента:

El — жесткость витка при изгибе, а зазор между наружными поверхностями упругого элемента и инструментального шпинделя выполнен равным

20 4 а

hp =К2 h, stn (P — ) 25 где К2 — коэффициент пропорциональности диагонали впадины резьбы шпинделя в осевом сечении р1 и высоты боковой поверхности сечения витка упругого элементаpz

К2 = P2// 1 е й- угол профиля резьбы;

P — угол, определяющий положение ди-. 5 агонали впадины; (- угол поворота сечения витка в пределах бокового зазора; при этом направление резьбы контрящей крышки совпадает с направлением

"0 свивки упругого элемента, и профиль сечения витка упругого элемента выполнен по форме профиля ходовой резьбы инструментального шпинделя.

Неизвестно выполнение резьбовой поверхности приводного шпинделя в виде витого упругого элемента, соединенного с ним силовым элементом. Известно выполнение ,прижимного узла в виде втулки и контрящей

50 гайки, однако неизвестно соединение этого узла с резьбовой поверхностью приводного шпинделя, что обеспечивает эффект компенсации радиального зазора в резьбе путем поворота сечения витка при сжатии

55 пружины и при обеспечении момента в направлении и свивки упругого элемента; неизвестно выполнение резьбовой поверхности приводного шпинделя с числом рабочих витков

2005021

1/2

0,5тзав(вн — гвиД K1

f (вн — г:ну,}ЛЕ1 неизвестно выполнение направления резьбы коктрящей крышки совпадающим с направлением свивки упругого элемента с целью компенсации бокового зазора в резьбе; известна компенсация радиального зазора между инструментальным и приводным шпинделями путем сжатия упругого элемента, однако неизвестна ком пенсация величины радиального зазора как функции бокового зазора в резьбе, известно выполнение сечения витка компенсационной пружины в форме многоугольника, однако неизвестно выполнение сечения витка пружины по форме профиля ходовой резьбы, создающее эффект компенсации одновременно радиальных и боковых зазоров в резьбе.

Поскольку неизвестны перечисленные отличительные признаки, то они способствуют критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена конструкция предложенного резьбового копира; на фиг.

2 — положение сечения витка при действии сжимающей нагрузки Р; на фиг. 3 — положение сечения витка при действии нагрузки

Р и крутящего момекта Т; на фиг. 4 и 5— картина функциональной зависимости радиального зазора Лрвд от боковогр зазора А

Копир (см. фиг. 1) содержит инструментальный шпиндель 1, нагруженный крутящим .моментом Т, установленный концентрично в приводном шпикделе 2, внутренняя реэьбозая поверхность которого выполнена в виде битого упругого элемента 3, жестко связанного с приводным шпинделем 2 посредством общей шпонки 4. На шпинделе 2 и шпонке 4 установлена приводная шестерня

5. С одного торца упругий элемент 3 коктактирует с опорной поверхностью приводного шпинделя 2, а с другого торца он контактирует с элементом прижимного узла, а именно втулкой 6, установленной свободно в зазоре между инструментальным 1 и приводным 2 шпинделями. Втулка 6 на другом конце контактирует па торцу с другим элементом прижимного узла — регулировочной гайкой 7 с контрящими виктами 8.

Приводной шпиндель 2 установлен в стационарном корпусе 9 на подшипниках 10 и на выходном конце приводного шпинделя 2 на подшипниках 11 установлен корпус 12 устройства для крепления обрабатываемой детали (на чертеже не показано). На конце инструментального шпинделя закреплен инструмент. Крепление корпуса 12 на наружной поверхности приводного шпинделя

2 на подшипниках 11 вызвано необходимостью установки детали со стороны шпинделя 1 с целью повышения точности обработки.

Устройство работает следующим образом.

Обеспечивают плотное прилегание упругого элемента в по реэьбовой поверхности инструментального шпинделя 1 при сютам корпусе 12. Это осуществляют путем вращения регулировочной гайки 7 в направлении свивки упругого элемента 3. Регулировочная гайка 7, перемещаясь вдоль шпинделя 2 в направлении к упругому элементу 3, обеспечивает тем самым перемещение втулки 6. При этом втулка 6 создает

20 осевую нагрузку на упругий элемент 3, и происходит сжатие упругого элемента 3 на величину А, а также скручивание его под нагрузкой на угол 6, Осевое перемещение каждого витка А упругого элемента 3 может осуществляться только в пределах бокового зазора в резьбе Л (см. фиг.2), Поскольку для компенсации зазора требуется незначителькое увеличение кагрузки соответственно незначительным переме30 щекиям, то и значение угла поворота 8 соответственно мало. Подобная регулировка, когда выбираются зазоры в одном направлении, была бы приемлема при одкокаправленном перемещении шпинделя 1. В условиях реверса зазоры в резьбе должны быть полностью аннулированы, Это достигается созданием внешнего закручивающего момента на упругий элемент 3 со стороны регулиро40 вочной гайки 7 — Т see. При действии его в направлении свивки упругого элемента 3 происходит дополнительный доворот последнего на угол О без осевого перемещения витков, что вызывает изменение положения сечения витка по сравнением с исходным (см. фиг. 3). Это происходит за счет появления некоторого опрокидывающего момента То р.

Рассмотрим сечение витка на фиг. 3, 50 Пусть момент Teae., передаваемый от регулировочной гайки 7 через втулку 6 ка упругий элемент 3,,имеет направление, совпадающее с.найравлением свивки упругого элемента 3, Тогда в общем случае на

55 элементарный объем витка (dx действуют две элементарные силы от момента Т>ае,. сила N от скручивающего действия момента, направленная по оси Х, и сила S от растягивающего (проволоку) действия ма2005021 мента, направленная вдоль тела витка. Резуль ирующая нагрузка от этих сил Р на плече г,„отражает суммарное действие момента Тзвв. Вектор результирующей силы R расположен в плоскости XOZ. Проекция его 5

„на ось Z-R является силой, создающей на плече р (см. фиг. 2) опрокидывающий момент Твлр. При этом опрокидывание витка может произойти только в том случае, если

Толр. превышает значение момента сопро- 10 тивления, обусловленного жесткостью витка !1ри изгибе; T.е. вектор R должен быть больше некоторой силы Ролр, необходимой для поворота сечения витка в пределах зазора h. Эта сила при определенныхуслови- 15 ях (виток представлен балкой) может быть определена по формуле:

ЗА Е

Ропр= — у—

1 где — длина витка в его плоскости, !

=2гвн/cos у; у- угол подъема витка.

Внешняя опрокидывающая нагрузка R может быть определена из следующих соображений, Действие этой нагрузки в конечном итоге обусловлено действием момента Тввв„который определяется по формуле

„з — )

К1(вн гвнут) (1) 55

Pn--R

Из уравнения (*) общее значение силы затяжки находится как

И образим резьбу в виде. односкосого клина. Тогда сила затяжки Р будет являться проекцией равнодействующей Rp на вертикальную ось Z-2, Поскольку направление си- 40 лы RP совпадает с направлением витка, то численно Rp=S=P/sin y или Р=Я sin у(или для n-ro витка Рл=-S sin у), С увеличением момента завинчивания Тввв и соответствующим увеличением силы затяжки Р пропор- 45 ционально увеличивается сила S. При условии отсутствия проскальзывания между торцовыми поверхностями регулировочной гайки 7, втулки 6 и упругого элемента 3 имеет мес то прямая пропорци- 50 ональность между силой S и Тввв, Из фиг. 2

8 =St cos (90. ф=Ялз!и у. т.е, сила R числен. но равна силе затяжки Р на и-м витке: Ness(Р К

2 (Ген гзвнут) (2) Для определения силы затяжки íà и-м витке воспользуемся упрощенной зависимостью между силой затяжки P и силой Рл; где Š— число витков упругого элемента.

Подставив последнее выражение в формулу (2), получим удобное выражение для

onTHM3n! Horo случая Ponp=R ".

2 (вн — внут) Z

Тогда число витков Z, подверженных опрокидыванию, т.е, оптимальное число витков упругого элемента, равно с

112

Z, приg>1 где Тввв, — крутящий момент на регулировочной гайке 7;

f коэффициент трения между торцовой . поверхностью витка упругого элемента 3 и втулкой 6; ! — условная длина витка в плоскости его расположения;

К1 — коэффициент неполноты площади контакта упругого элемента 3 со втулкой б;

Е! — жесткость витка упругого элемента

3 при изгибе;

Ь вЂ” наибольшее вероятностное значение бокового зазора в резьбе при статическом положении упругого элемента 3; гвн. гвнут — радиусы, соответствующие наружному и внутреннему диаметрам упругого элемента 3. у — угол наклона витка упругого элемента 3.

Поскольку перемещение Й незначительно, то достаточно обеспечить зазор в шпоночном соединении с упругим элементом 3 по ходовой посадке, что гарантированно обеспечит перемещение от скручивания.

С увеличением силы Р, т.е. с увеличением силы затяжки, можно обеспечить оп- тимальное число витков 2 упругого элемента 3. Однако необходима проверка условия свободного перемещения оптимального количества витков под действием момента закручивания упрутого элемента Э

2005021

1 2

Т,„„в направлении свивки упругого элемента 3 будет иметь место не только компенсация боковых зазоров в резьбе, но и радиального зазора.

Если направление момента Т»>. противополо>кно направлению свивки упругого элемента 3, то сила сжатия витка S (см. фиг. 3) и сила N создают равнодействующую нагрузку Rl, которая способствует прижатию витка к поверхности резьбы шпинделя 1 в том жа направлении, что и нагрузка Р. При этом опрокидывания витка от составляющей R> не происходит, т,к. проекция ее на плоскость У07 является не опрокидывающей, а прижимающей нагрузкой, и зазор Ь не устраняется. Болев того, происходит увеличение зазора Ь за.счет сдвига сечения витка вверх по. резьбовой поверхности от изменения его кривизны при действии нагрузки S, сжимающей тело проволоки упФормула изобретения

РЕЗВ БОВОЙ КОПИР МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА, содержащий инструментальный шпиндель с выполненной Hà era наружной поверхности резьбой, предназначенной для взаимодействия с ответной резьбовой поверхностью, выполненной на в; . ;.>виней поверхности приводного шпинделя, приводную шестерню, установленную на приводном шпинделе при помощи шпонки, отличающийся тем, что он снабжен ус;,0ановленной на наружной поверхности инструментального шпинделя втулкой и регулировочной гайкой, а резьбовая поверхность приводного шпинделя выполнена в виде винтового упругого эле.мента, один конец которого жестко связан с приводным шпинделем, а другой конец установлен с возможностью взаимодействия с торцом ьтулки, другой торец которого предназначен для взаимодействия с установленной на приводном шпинделе с возможностью осевого перемещения регулировочной гайкой, при этом шпонка установлена в продольном пазу, выполненном в теле винтового упругого элемента, количество витков которого определяется по формуле

1/2 (0.0Тз в(Рвн- вне Kl з з

f (гвн — ганут) E I при Z> где Т»я крутящий момент, прикладываемый к регулировочной гайке; ругого элемента 3. По этой же причине одновременно имеет место заклинивание витка упругого элемента относительно приводного шпинделя 2. Заклинивание про5 исходит на первом же витке со стороны приложения момента Т» и соответствует прессовой посадке. Сам по себе эффект заклинивания не нарушает работоспособности конструкции, Однако изгибающая

10 нагрузка на виток (на фиг, не показано) создает условия отклонения вектора R> по отношению к плоскости XOZ и отклоняющая нагрузка сдвигает виток вверх по боковой поверхности. При этом зазор

15 Ь увеличивается, В связи с этим эффект компенсации бокового зазора в резьбе в рассматриваемом случае не происходит, (56) Авторское свидетельство СССР

20 ¹ 1060362, кл. В 23 G 1/16, 1982. гвму, гинут - радиусы, соответствующие

25 внешнему и внутреннему диаметрам упругого элемента;

I - -условная длина витка упругого эле мента е плоскости его расположения, гвму., 30 сову

y - угол наклона витка упругого элемент в, f - коэффициент трения между опорной поверхностью витка упругого элемента и втулкой;

К - коэффициент неполноты площади контакта упругого элемента с втулкой;

Ь - вероятностное значение бокового

40 зазора в резьбе;

L 1- жесткость винта при изгибе, нри этом величина зазора между наружными поверхностями винтового упругого элемента и инструментального шпинделя определяется по формуле (u

s! n (— — (у2

Лрад= К2 L " 2 зЬ{Р-Р2 где К2- коэффициент пропорциональности диагонали впадины резьбы шпинделя в осевом сечении р1 и высоты боковой поверхности сечения витка упругого элемента pz, К2=-pzlp, а — угол профиля резьбы;

55 p - угол, определяющий положение диагонали впадины; (- угол поворота сечения витка в пределах бокового зазора: (= / — дrccos — -+ сГ) и1 р, 2005021

20050с

ЦРиг. Ф

Составитель Н. Орлова

Техред М.Моргентал Корректор M. Демчик

Редактор А. Бер

Тираж Подписное

ННО "Поиск Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3417

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101