Тангенциальная резьбонакатная головка

 

Использование: обработка металлов давлением, в частности, накатывание резьбового профиля. Сущность изобретения: тангенциальная головка состоит из основания и поворотного корпуса, в котором на осях установлены два резьбонакатных ролика. В головке предусмотрен жесткий упор, воспринимающий технологическое усилие в процессе накатки. Для возможности предварительного накатывания резьбы одним роликом другой ролик смещен относительно первого в сторону, обратную направлению подачи так, что плоскость, проходящая через оси роликов, составляет с направлением подачи в процессе накатывания резьбы угол 80-86^o. В частном случае ось ролика, смещенного по отношению к другому ролику в сторону, обратную направлению подачи, установлена в рычаге с возможностью поворота последнего относительно корпуса в процессе накатывания резьбы. Поворот рычага с роликом в направлении другого ролика обеспечивается пружиной, а поворот в обратную сторону ограничивается регулируемым упором, настройкой которого достигается требуемый размер резьбы. 4 ил.

Изобретение относится к накатыванию наружной резьбы роликами.

Известны ТРНГ с синхронизацией вращения накатывающих роликов [1] Известны ТРНГ без синхронизации вращения накатывающих роликов [2] На фиг.1 показана одна из таких головок, принятая за прототип описываемого изобретения. Основание 1 головки закрепляется на поперечном суппорте 2 токарного станка. Ролики 3 и 4 имеют возможность вращаться на эксцентриковых осях 5 и 6, установленных в корпусе 7. Эксцентричность осей 5 и 6 позволяет регулировать расстояние между роликами путем поворота этих осей. Конструкция корпуса 7 допускает перемещение ролика 3 вдоль оси 5 и не допускает перемещение ролика 4 вдоль оси 6. Ось 8 шарнирно связывает корпус 7 с основанием 1. Тарельчатые пружины 10, сдеформированные гайками 11, препятствуют повороту против часовой стрелки корпуса 7 оси 8. В процессе подачи "S" суппорта станка ролик 4 первым касается заготовки 12 и начинает накатывать резьбу. По мере возрастания усилия накатывания, корпус 7 поворачивается против часовой стрелки вокруг оси 8, увеличивая деформацию пружин 10. Ролик 3 касается заготовки и самоуставливается по имеющейся на заготовке резьбе. Дальнейшее накатывание резьбы производится двумя роликами. При этом мнимая плоскость, проходящая через оси роликов, перпендикулярна направлению подачи. Накатывание заканчивается тогда, когда оси роликов и заготовки находятся в одной плоскости. Недостатком ТРНГ без синхронизации вращения накатывающих роликов является то, что самоустановка одного из роликов по резьбе, предварительно накатанной другим роликом, нередко осуществляется с опозданием, либо вообще не происходит. В первом случае накатывается дефектная резьба, а во втором каждый из роликов независимо друг от друга выдавливает свой резьбовой след, в результате чего на заготовке образуется смещения двухзаходная резьба неглубокого профиля. Факторы, влияющие на самоустановку ролика 3 (фиг.1) по резьбе, накатанной роликом 4, могут быть выявлены при рассмотрении соответствующей фазы процесса накатывания. На фиг.2 показаны возможные варианты первоначального контакта самоустанавливающегося ролика с заготовки. На фиг. 2а вершины профиля резьбы ролика 1 касаются боковых участков профиля резьбы заготовки 2. Осевые составляющие F_ос реакции F заготовки смещают ролик вдоль оси заготовки и обеспечивают его самоустановку - совмещение профилей резьбы заготовки и ролика. На фиг.2б вершины профиля резьбы ролика 1 касаются вершин профиля резьбы заготовки 2. Вероятность такого контакта тем больше, чем меньше глубина t профиля заготовки. Здесь и далее по тексту буквой t обозначается глубина профиля резьбы на заготовке в момент соприкосновения с заготовкой самоустанавливающегося ролика). При равных глубинах t увеличение шага накатываемой резьбы также повышает вероятность неблагоприятного (фиг. 2б) контакта ролика с заготовкой. При использовании ТРНГ описанной конструкции (фиг.1) глубина t регулируется путем изменения гайками 11 деформации тарельчатых пружин 10. Колебания физико-механических свойств материала в партии обрабатываемых заготовок предопределяют необходимость различных усилий накатывания для получения определенной постоянной глубины t на всех заготовках этой партии. Однако, известные ТРНГ, вследствие наличия в их конструкциях упругих элементов тарельчатых пружин или пластин не могут обеспечить различные усилия для получения некоторой постоянной глубины профиля t. Постоянной глубине профиля t может соответствовать только вполне определенное положение корпуса ТРНГ, характеризующееся определенной деформацией упругих элементов и, следовательно, постоянным усилием поджима корпуса ТРНГ (и накатывающего ролика) к заготовке. Нестабильная глубина профиля t, в частности, возможность появления малой глубины, повышает вероятность неблагоприятной "встречи" (фиг.2б) ролика 1 с заготовкой.

При контакте, показанном на фиг.2б, на ролик со стороны заготовки действуют только радиальные силы F_рад, и перемещение ролика невозможно. Радиальным силам пропорциональны силы трения (момент трения), вращающие ролик. В начальный период контакта силы трения невелики, т.к. выбираются радиальные зазоры в сопряжениях ролика с его осью и оси с корпусом головки, и поэтому возможно окружное проскальзывание ролика относительно заготовки. При проскальзывании меняется положение вершин профиля резьбы ролика относительно вершин профиля резьбы заготовки, и вершины профиля резьбы ролика могут попасть в канавки профиля резьбы заготовки, т.е. ролик может занять положение относительно заготовки, приведенное на фиг.2а. Вероятность такой самоустановки ролика тем выше, чем большее количество оборотов сделает заготовки за период с момента ее первоначального контакта с самоустанавливающимся роликом до момента установления постоянной кинематически связи между ними, т.е. за период возможного проскальзывания. При постоянной частоте вращения заготовки в процессе накатывания резьбы вероятность самоустановки тем выше, чем продолжительнее период возможного проскальзывания. Продолжительность этого периода зависит от величин указанных зазоров и величины подачи головки (суппорта станка). Уменьшение подачи снижает вероятность появления дефектной резьбы, но имеет свои недостатки, например, удлинение цикла накатывания резьбы, увеличение осевых перемещений роликов в процессе накатывания, необходимость использования специальных кулачков подачи суппорта станка и др.

Настоящее изобретение решает задачу повышения качества резьбы за счет повышения надежности самоустановки одного из роликов ТРНГ по резьбе, предварительно накатанной другим роликом. Вероятность и надежность самоустановки, как было показано выше, прямо зависит от глубины t профиля предварительно накатанной резьбы. Стабильность глубины этого профиля может быть повышена, если усилие, действующее со стороны заготовки на начинающий первым накатывать резьбу ролик, будет воспринимать не упругий элемент (тарельчатые пружины фиг.1), а жесткий упор. Однако, известные конструкции ТРНГ не позволяют произвести в них простую замену упругого элемента на жесткий упор. Если, например, исходное положение корпуса ТРНГ, приведенный на фиг.1, ограничить жестким упором, то ролик 4 (фиг.1), накатав резьбу полного профиля, будет продолжать внедряться в заготовку, а ролик 3 вообще не будет накатывать резьбу. Введение в конструкцию ТРНГ жесткого упора возможно только при вполне определенном взаимном положении роликов и заготовки, зависящем от направления подачи головки (суппорта станка). На фиг.3 приведена схема ТРНГ с жестким упоpом корпуса. В корпусе 1 размещены ролики 2 и 3. Повороту корпуса 1 против часовой стрелки вокруг оси 4 препятствует жесткий регулируемый упор 5. В исходном положении головки мнимая плоскость А, проходящая через оси роликов, составляет с направлением подачи угол меньше 90^o. Расстояние между наружными поверхностями роликов равно внутреннему диаметру накатываемой резьбы. Накатывание резьбы производится следующим образом. Ролик 2 первым касается заготовки 6 и начинает накатывать резьбу. В течение накатывания резьбы одним этим роликом корпус 1 прижат к упору 5 и совершает поступательное движение (подачи). Ролик 3 приближается к заготовке, касается ее поверхности и самоустанавливается по резьбе, накатанной роликом 2. В начальный момент совместного накатывания резьбы двумя роликами корпус 1 отрывается до упора 5, занимая равновесное положение под действием сил, приложенных к обоим роликам, и далее до конечного момента накатывания, совершает сложное движение поступательное движение подачи вместе с осью 4 и вращательное движение по часовой стрелке вокруг оси 4. Обработка заканчивается тогда, когда оси роликов и заготовки находятся в одной плоскости.

Изменяя исходное положение ролика 2 относительно заготовки 6, путем регулирования упора 5, можно установить любую глубину t в интервале от нуля до некоторого фиксированного предельного значения. После такой регулировки ролик 2 находится ниже или касается своей наружной поверхностью мнимой плоскости В (фиг.3), которая расположена параллельно направлению подачи S суппорта станка и касательно цилиндрической поверхности, соосной заготовке и имеющей диаметр d_вн, равный внутреннему диаметру накатываемой резьбы. Максимальное предельное значение глубины t зависит от величины угла a. Расчет угла a, необходимого для получения глубины t, равной или близкой глубине полного профиля резьбы, производится с использованием простых зависимостей, вытекающих из геометрической схемы взаимного положения роликов и заготовки в соответствующий момент обработки. И, напротив, зная угол a (его предельное значение для конкретной ТРНГ), можно рассчитать максимальную величину t для любой накатываемой резьбы. Интервал 80-86^o включает те значения углов a, которые позволяют излучить глубины t, близкие глубинам полного профиля метрических резьб с шагом до 1,5 мм.

Получение глубины t, близкой глубине полного профиля накатываемой резьбы, не всегда возможно. Например, ограниченная жесткость закрепления заготовок или большой шаг накатываемых резьб, зачастую не позволяет получить глубину t, превышающую даже половину глубины полного профиля накатываемой резьбы. При этом вероятность контакта заготовки с роликом, приведенного на фиг. 2б остается высокой. В таких случаях для повышения надежности самоустановки необходимо, как показано выше, увеличить период, в течение которого возможно проскальзывание самоустанавливающегося ролика относительно заготовки. При использовании известных ТРНГ этот период начинается тогда, когда самоустанавливающийся ролик касается заготовки, на которой другим роликом уже накатана резьба с глубиной t профиля, а заканчивается тогда, когда полностью выбраны зазоры в цепи заготовка ролик ось ролика корпус. Продолжительность этого периода можно значительно увеличить, если его начальный момент, т.е. может касается самоустанавливающимся роликом заготовки, будет совпадать с начальным моментом накатывания резьбы другим (несамоустанавливающимся) роликом, а конечный момент останется прежним. В течение этого периода самоустанавливающийся ролик должен быть поджат к заготовке упругим элементом с усилием, допускающим проскальзывание. Для получения продолжительного одновременного контакта заготовки с двумя роликами, из которых только один накатывает резьбу, ось самоустанавливающегося ролика должна быть установлена в корпусе ТРНГ с возможностью изменения своего положения относительно корпуса и оси другого ролика в процессе накатывания.

Конструкция ТРНГ, позволяющая повысить надежность самоустановки одного из роликов по резьбе, накатанной другим роликом, показана на фиг.4. Основание 1 закрепляется на поперечном суппорте 2 токарного станка. Ось 3 шарнирно связывает корпус 4 с основанием 1.

Толкатель 5 под действием пружины 6 поворачивает корпус 4 против часовой стрелки вокруг оси 3 и прижимает неподвижно связанный с корпусом регулируемый упор 7 к пяте 8, закрепленной на основании. Накатывающие ролики 9 и 10 установлены на осях соответственно 11 и 12. Радиальное положение оси 11 относительно корпуса и осевое положение ролика 9 относительно оси 11 неизменны. Ролик 10 имеет возможность осевого перемещения вдоль оси 12. Ось 12 установлена в рычаге 13, который имеет возможность поворачиваться вокруг оси 14, установленной в корпусе. Поворот рычага 13 против часовой стрелки под действием пружины 15 ограничивается винтом 16. При повороте рычага 13 по часовой стрелке увеличивается расстояние между роликами. Максимальное расстояние между роликами определяет размер накатываемой резьбы и устанавливается с помощью двух регулируемых упорных винтов 17.

Конструкция головки позволяет зафиксировать положение рычага 13, а с ним и оси 12, относительно корпуса 4 с помощью винта 16 и упорных винтов 17, т. е. возможен переход к простой схеме, приведенной на фиг.3.

Накатывание резьбы производится следующим образом. В процессе подачи суппорта 2 роликами 9 и 10 практически одновременно касаются заготовки. Ролик 9 начинает накатывать резьбу. Ось 12 ролика 10 поворачивается вместе с рычагом 13 вокруг оси 14, сжимая пружину 15. При этом ролик 10 вращается в проскальзыванием относительно заготовки. Положение корпуса 4 относительно основания 1 сохраняется неизменным. Упор 7 прижат к пяте 8. В некоторый момент накатывания, когда рычаг 13 еще не коснулся упорных винтов 17, происходит самоустановка ролика 10 по резьбе, накатанной к этому моменту роликом 9. Совместное накатывание резьбы двумя роликами начинается тогда, когда рычаг 13 касается упорных винтов 17. Одновременно с началом совместного накатывания упор 7 отрывается от пяты 8 и дальнейшее накатывание не отличается от описанного выше накатывания с использованием головки, схема которой приведена на фиг.3.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена ТРНГ, выбранная в качестве прототипа. На фиг.2 приведены варианты первоначального контакта самоустанавливающегося ролика с заготовкой.

На фиг.3 показана схема ТРНГ с жестким упором корпуса.

На фиг.4 представлен пример выполнения устройства.

Формула изобретения

1. Тангенциальная резьбонакатная головка, состоящая из основания и поворотного корпуса, в котором размещены на осях два свободно вращающихся резьбонакатных ролика, отличающаяся тем, что оси вращения роликов находятся в плоскости, составляющей 80-86° с направлением подачи, а повороту корпуса, при котором увеличивается этот угол, препятствует регулируемый жесткий упор.

2. Головка по п. 1, отличающаяся тем, что ось ролика, смещенного относительно другого ролика в сторону, обратную направлению подачи, установлена в рычаге с возможностью свободного поворота последнего относительно корпуса, причем поворот рычага с роликом в направлении другого ролика обеспечивается пружиной и ограничивается упором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4