Патент на изобретение №2270078

(54) УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ФРЕЗЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлообработки, в частности к обработке профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта. Устройство содержит оправку, на которой установлена фреза. Для повышения стойкости фрезы путем обеспечения плавности процесса врезания устройство снабжено демпфирующим элементом в виде тарельчатой пружины и муфтой, имеющей рифленый торец, предназначенный для сопряжения с ответным рифленым торцом, выполненным на фрезе, установленной на оправке на шлицах подвижно в осевом направлении и поджатой к фрезе посредством демпфирующего элемента с помощью гайки. При этом фреза установлена на оправке с возможностью вращения на подшипниках скольжения в виде втулок и упорных подшипниках качения, а второй торец фрезы поджат гайкой через один из упомянутых упорных подшипников. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к металлообработке, к технологии машиностроения, в частности к конструкциям металлорежущих инструментов, и может быть использовано при проектировании и изготовлении фрез, например, для обработки профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта.

Известна сборная фреза, содержащая корпус с резцами, демпфирующие элементы, выполненные в виде тонкостенных втулок, и промежуточный диск [1].

Недостатками известной фрезы являются ограниченность технологических возможностей, так как фреза предназначена только для обработки плоскостей и не позволяет обрабатывать тела вращения и поверхности сложной формы, которые получают на станках с ЧПУ или с использованием копира, а также сложность конструкции, сборки и настройки – все это делает процесс фрезерования дорогим и малопроизводительным.

Известно устройство для крепления фрезы, содержащее оправку, на которой установлена фреза [2]. Недостатками известного устройства для крепления фрезы являются ограниченность технологических возможностей, так как устройство не реагирует на термомеханические и другие повреждения, встречающиеся в обрабатываемой заготовке и вызывающие вибрации и ударно-прерывистую обработку, что снижает качество и производительность обработки, а также поломку инструмента.

Задача изобретения – расширение технологических возможностей по обрабатыванию тел вращения и поверхностей сложной формы, а также упрощение конструкции, сборки и настройки, повышение производительности, качества обработки и стойкости инструмента путем обеспечения плавности процесса врезания и перевода кинетической энергии удара в потенциальную энергию изгиба упругой тарельчатой пружины.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого устройства для крепления фрезы, содержащее оправку, на которой установлена фреза, причем оно снабжено демпфирующим элементом в виде тарельчатой пружины и муфтой, имеющей рифленый торец, предназначенный для сопряжения с ответным рифленым торцом, выполненным на фрезе, установленной на оправке на шлицах подвижно в осевом направлении и поджатой к фрезе посредством демпфирующего элемента с помощью гайки, при этом фреза установлена на оправке с возможностью вращения на подшипниках скольжения в виде втулок и упорных подшипниках качения, а второй торец фрезы поджат гайкой через один из упомянутых упорных подшипников.

Кроме того, устройство предназначено для обработки профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта.

Сущность конструкции устройства крепления фрезы поясняется чертежами.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для крепления фасонной фрезы, общий вид в сборе, частичный продольный разрез; на фиг.2 – сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 – сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 – сечение В-В на фиг.1; на фиг.5 – элемент Д на фиг.1; на фиг.6 – схема обработки профиля поверхности катания колеса железнодорожного транспорта; на фиг.7 – сечение Г-Г на фиг.6.

Предлагаемое устройство служит для крепления фасонной фрезы 1, предназначенной для обработки профиля поверхности катания колес 2 железнодорожного транспорта. Устройство содержит оправку 3, на которой установлена фасонная фреза 1 и демпфирующий элемент 4. Демпфирующий элемент 4 взят в виде тарельчатой пружины (например, по ГОСТ 3057-79) большой жесткости, изготовленной из пружинной стали (ГОСТ 14963-78).

Фреза 1 установлена на оправке 3 с возможностью вращения на подшипниках скольжения в виде втулок 5 и упорных подшипниках качения 6 и 7. Один торец (например, левый, см. фиг.1) фрезы 1 выполнен рифленым с радиальными треугольными рифлями 8, угол профиля которых равен 90°. Этот торец фрезы 1 сопрягается с ответным профилем, выполненным рифленым с радиальными треугольными рифлями 9 на торце муфты 10. Муфта 10 установлена на оправке 3 на шлицах 11 подвижно в осевом направлении и прижата к фрезе 1 тарельчатой пружиной 4 с помощью гайки 12 и контргайки 13.

Осевое усилие, создаваемое тарельчатой пружиной 4, воспринимается через муфту 10 и фрезу 1 упорным подшипником качения 6, который выполнен в виде расточенных дорожек под шарики на втором торце фрезы и на торце гайки 14, последняя зафиксирована от самоотвинчивания контргайкой 15. Дорожки качения радиально-упорного шарикоподшипника 7 выполнены на оправке 3 и в отверстии фрезы 1.

Такая конструкция подшипников 6 и 7 позволяет уменьшить габариты устройства, однако, в качестве подшипников 6 и 7 могут быть взяты стандартные, соответственно упорный и радиально-упорный шарокоподшипники.

Устройство в сборе с фасонной сборной фрезой 1, у которой требуемый фасонный профиль создается как огибающая кривая к совокупности простых по форме кромок отдельных ее режущих элементов, предназначено для обработки профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта.

Фреза [2] состоит из корпуса, в пазах которого крепятся рейки с закрепленными на них круглыми твердосплавными пластинами диаметром 12…16 мм.

Для получения необходимой шероховатости обработанной поверхности гнезда под пластинки на смежных рейках смещены относительно друг друга на 1,5…2 мм.

Предлагаемое устройство с фасонной сборной фрезой позволяет самоадаптироваться к неоднородности обрабатываемого материала, к колебанию величины припуска и других термомеханических повреждений, вызывающих увеличение силы резания, и снизить ударные нагрузки на зубья инструмента в процессе обработки, что позволит повысить долговечность режущих элементов.

Дополнительная степень свободы – проворот относительно продольной оси позволяет зубу, вошедшему в контакт с заготовкой, под действием увеличенной силы резания уменьшить угол поворота фрезы, тем самым уменьшить толщину снимаемой стружки.

Уменьшение угла поворота фрезы происходит за счет отжима муфты 10 и мгновенной остановки фрезы при непрерывном и равномерном вращении оправки.

Таким образом, при встрече с увеличенным припуском или термомеханическим повреждением на обрабатываемой поверхности устройство с фрезой 1 отреагирует и рифли 9 муфты 10 выйдут из зацепления с рифлями 8 фрезы 1, фреза начнет проскальзывать относительно муфты.

После прохождения участка с повышенной силой резания проскальзывание прекратится и фреза продолжит равномерно вращаться, ведомая муфтой.

При принятом угле 90° треугольных рифлей 8 и 9 соотношение силы резания P_z при оптимальных режимах резания и силы прижима муфты Р_д к фрезе за счет упругости демпфера 4 следующее:

– при P_z<Р_д наблюдается нормальная работа фрезы, без проскальзывания и щелчков;

– при P_z>Р_д происходит проскальзывание фрезы относительно муфты и слышны характерные щелчки.

Устройство с фрезой, изображенные на фиг.1-7, предназначены для обработки профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта. Однако данная конструкция устройства может быть эффективно использована для фрезерования любых поверхностей различных заготовок.

Для механической обработки при восстановлении профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта применяется различный по конструкции режущий инструмент, у которого для режущей части используют различающиеся по форме и составу сменные пластины.

Основным препятствием для эффективного использования инструмента являются термомеханические повреждения обода колеса, возникающие в процессе эксплуатации [2].

При вращении фрезы с постоянной скоростью в момент врезания зуба в заготовку в месте повышенной твердости происходит уменьшение скорости окружной подачи V_ф режущего зуба фрезы за счет изгиба упругого демпфера – тарельчатой пружины и уменьшение ширины снимаемой стружки.

Этим обеспечивается плавность процесса врезания и переход кинетической энергии удара в потенциальную энергию изгиба упругой тарельчатой пружины.

После выхода зуба из контакта с обрабатываемой деталью сдеформированный до этого упругий элемент приходит в свое первоначальное состояние, восстанавливая зацепление рифлей муфты с рифлями фрезы.

Благодаря наличию упругого демпфера, с помощью которого уменьшается скорость окружной подачи V_ф фрезы, обеспечивается плавно-прерывистый вход и выход зубьев фрезы из контакта с термомеханическими повреждениями обрабатываемой поверхности.

При производственных испытаниях обрабатывалась поверхность катания колесной пары железнодорожного транспорта с термомеханическими повреждениями, диаметр заготовки колес – 1009 мм, диаметр готовых деталей после обработки – 995 мм, обработка проводилась в один проход, поэтому глубина фрезерования составила – 7 мм.

Перед механической обработкой поверхности катания был проведен индукционный отжиг, средняя твердость по кругу катания после термообработки составила 289 НВ. Колесо изготовлено из стали марки 2 в соответствии с ГОСТ 10791-89, химический состав стали: С – 0,60%; Mn – 0,78%; Si – 0,31%; Р – 0,03%; S – 0,03%, остальное – железо.

Режимы механической обработки: скорость вращения заготовки колеса – V_з=5 м/мин (n_з=1,6 мин^-1); скорость вращения фрезы – V_ф=342 м/мин (n_и=320 мин^-1). Фасонная фреза, установленная на предлагаемой конструкции устройства крепления ее, имела количество зубьев z=10; наружный диаметр – 340 мм; чашечные пластины RPUX2710MO из твердого сплава Т14К8.

Обработка проводилась на модернизированном колесотокарном станке мод. КЖ 1836 (изготовлен на Краматорском КЗТС).

Испытаниями установлено, что при условии одинаковой производительности стойкость инструмента, установленного на предлагаемом устройстве, возросла в 2…2,5 раза по сравнению с традиционно закрепленными фрезами, улучшилась шероховатость обработанной поверхности и повысилась виброустойчивость процесса, возросла производительность и снизился брак.

Источники информации, принятые во внимание

1 А.с. 1569105 СССР, МКИ 5 В 23 С 5/06. Сборная фреза. В.И.Петров и др. Заявка №4340167/31-08, заявл. 07.12.87, опубл. 07.06 90. Бюл. №21.

2 Богданов А.Ф. и др. Восстановление профиля поверхности катания колесных пар, С-Пб, ПГУПС, 2000, с.50-54, фиг.2.7. – прототип.

Формула изобретения

1. Устройство для крепления фрезы, содержащее оправку, на которой установлена, фреза, отличающееся тем, что оно снабжено демпфирующим элементом в виде тарельчатой пружины и муфтой, имеющей рифленый торец, предназначенный для сопряжения с ответным рифленым торцом, выполненным на фрезе, установленной на оправке на шлицах подвижно в осевом направлении и поджатой к фрезе посредством демпфирующего элемента с помощью гайки, при этом фреза установлена на оправке с возможностью вращения на подшипниках скольжения в виде втулок и упорных подшипниках качения, а второй торец фрезы поджат гайкой через один из упомянутых упорных подшипников.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно предназначено для обработки профиля поверхности катания колесных пар железнодорожного транспорта.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 27.07.2006

Извещение опубликовано: 27.02.2008 БИ: 06/2008