Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_3016
.pdf
поверхностей защелки и пальца такова, что после достижения этого результата защелка, по мере
дальнейшего вращения кулачка, будет свободно скользить с конца пальца.
ГЛАВНЫЙ ШПИНДЕЛЬ.
В процессе работы необходимое вращение трубы или другой детали осуществляется с помощью
предпочтительно полого главного шпинделя 35', к которому труба соответствующим образом центрируется и
крепится лампой. Далее будет описана конструкция шпинделя и некоторых смежных механизмов. Сам
шпиндель расположен над основанием 20 и, в основном, поперечно ему, между передним краем 201
основания и черновой фрезой, и установлен для вращения в корпусе 24, предпочтительно через Т-образную
головку регулируемой конической разъемной цанговой втулки 70, положение которой контролируется
регулировочным кольцом 71 обычным способом, так что при необходимости можно производить точную
регулировку втулки для компенсации износа. На внутреннем конце шпинделя может быть установлена
увеличенная цельная кольцевая головка 72, которая, в свою очередь, поддерживается для вращения в
аналогичной регулируемой втулке 73, управляемой регулировочным кольцом 75 и расположенной в корпусе
74, цельном с основанием и возвышающемся над ним. Внутренняя поверхность головки имеет в целом
сферическую форму для размещения центрирующего шарика 76, который удерживается в головке с помощью
воротника 77, имеющего сферическую внутреннюю поверхность и съемно закрепленного в углублении на
передней стороне головки винтами 78. Конструкция такова, что центрирующий шарик очень плотно сидит на
конце шпинделя, но, конечно, имеет ограниченное универсальное перемещение относительно него.
Для того чтобы шарик вращался вместе со шпинделем, через головку проходит штифт 79, выступающий в паз
80, образованный в шарике, при этом он подвижно расположен в коническом отверстии в центре шарика, и из
него выступает центр 81, который может иметь обычную конструкцию. Шар также снабжен кольцевым,
предпочтительно цельным фланцем 82, который выступает из него в направлении от головки 72 и окружает
точку центрирования центра 81. Этот фланец является составной частью средства, используемого для
оперативного крепления трубы к шпинделю, и будет описан далее.
Средства для зажима, центрирования и перемещения труб.
Хотя для зажима трубы можно использовать любые подходящие средства, я предпочитаю использовать
патрон, приспособленный для надежного захвата трубы без ее деформации, что является необходимым
условием для получения точной резьбы, как если бы труба была подпружинена или деформирована патроном
или другими используемыми зажимными средствами, и резьба, сформированная на ней в таком
деформированном состоянии, в некоторой степени восстановила бы свою первоначальную форму после
освобождения зажима патрона, так что, хотя резьбовая область могла иметь истинно круглое поперечное
сечение после формирования резьбы, но до освобождения патрона, после этого она имеет более или менее
эллиптическое поперечное сечение.
Поэтому я проиллюстрировал и, как уже говорилось, предпочитаю использовать патрон, предназначенный
для размещения внутри торца трубы, который может включать в себя множество шариков 85, расположенных
в целом цилиндрическом держателе 86 и предназначенных для радиального выталкивания наружу к стенке
трубы множества лопастей 87, когда центральный, как правило, конический элемент 88 перемещается в
держатель в направлении, выталкивающем шарики наружу от центра. Как показано на рисунке, этот элемент
имеет на своем большем конце резьбовое отверстие 89, проходящее через соответствующее внутреннее
резьбовое отверстие в держателе. Таким образом, захватив носик или меньший конец элемента,
выступающий за противоположный конец держателя, подходящим гаечным ключом и вращая элемент в
нужном направлении, шарики могут быть сжаты вместе, чтобы вытолкнуть лезвия наружу и зацепить трубу с
одинаковым давлением в нескольких разнесенных точках, тем самым надежно закрепив патрон внутри трубы
без какого-либо искажения последней.
Поскольку патрон не является частью настоящего изделия, за исключением случаев, когда он используется
для удержания трубы во время нарезания резьбы, его дальнейшее описание здесь не требуется.
При использовании патрона такого общего типа в моей усовершенствованной машине я предусматриваю на
носовой части элемента 88 центральное углубление 90, предназначенное для размещения острия центра 81,
а также кольцевую канавку 91, проходящую вокруг носовой части, при этом сторона, прилегающая к концу
носовой части, может быть соответствующим образом наклонена.
Эта канавка предназначена для размещения соответствующих скошенных концов пары подпружиненных
штифтов 92, выступающих внутрь в диаметрально противоположных точках через кольцевой выступ 83 и
окруженных вращающимся кольцом 93, расположенным вокруг него между выступом 94 на выступе и крышкой
95, закрепленной на его наружном конце (см. рис. 9). Внутренняя часть воротника имеет углубление для
размещения головок штифтов и приводных пружин 96, которые расположены таким образом, чтобы постоянно
выталкивать штифты наружу, и снабжена расположенными напротив друг друга аналогичными кулачковыми
поверхностями 97 подходящего контура для одновременного перемещения штифтов внутрь против
сопротивления пружин при вращении воротника. Таким образом, вращая кольцо в одном направлении,
штифты можно вынуть из пространства внутри канавки 82, чтобы вставить в нее носик элемента 88, при
условии, что патрон предварительно установлен и зажат на трубе. После этого, вращая кольцо в другом
направлении, штифты могут постепенно войти в канавку 91 и, взаимодействуя со скошенными сторонами
канавки, притянуть носик элемента 88 к точке центра 81 и прочно зажать его, точно центрируя патрон, а затем
и трубу, и фиксируя ее в таком центрированном положении. Для обеспечения вращения трубы в соответствии
с вращением шпинделя, крышка 95 снабжена выступающим наружу упором 98, предназначенным для входа
между любыми двумя из множества расположенных на расстоянии друг от друга выступов 99, которыми
снабжен конец держателя.
ПРИВОД ГЛАВНОГО ШПИНДЕЛЯ.
Вращение главного шпинделя 25 осуществляется посредством червячной передачи 100, расположенной в
зацеплении с червяком 101 на переднем конце главного приводного вала 27. Эта шестерня снабжена цельной
ступицей 102, имеющей периферийную канавку для приема вилки 103, образованной на конце кронштейна
104, цельного с основанием, и соединена со шпинделем шпонкой или шлицем 105 таким образом, чтобы
вращаться вместе с ним, позволяя шпинделю скользить в продольном направлении через шестерню. Таким
образом, независимо от любого продольного перемещения шпинделя, шестерня, благодаря тому, что она
поддерживается на шпинделе, постоянно находится в зацеплении с червяком и приспособлена для вращения
шпинделя в соответствии с вращением приводного вала.
В процессе нарезания резьбы, как было описано ранее, шпиндель, а затем и труба, перемещаются в
продольном направлении на достаточное расстояние для нанесения резьбы с желаемым шагом на трубу. Для
достижения этого результата я использую новые средства, которые будут описаны далее.
До настоящего времени в резьбонарезных станках, предусматривающих продольное перемещение заготовки
относительно резца с целью получения спиральной резьбы, было принято снабжать шпиндель или другой
перемещаемый элемент резьбой с шагом, равным шагу формируемой резьбы, и располагать эту резьбу таким
образом, чтобы она взаимодействовала с подходящей гайкой, благодаря чему относительное вращение
между шпинделем и гайкой эффективно перемещает шпиндель в продольном направлении (при условии
неподвижной опоры гайки) со скоростью линейного перемещения, непосредственно соответствующей шагу
резьбы. В этих условиях одного относительного оборота шпинделя относительно гайки достаточно для
перемещения шпинделя в продольном направлении на расстояние, равное шагу резьбы, то есть, если
основная резьба на шпинделе имеет шаг в десять витков на дюйм, один оборот шпинделя приводит к его
перемещению в продольном направлении на одну десятую дюйма.
Этот метод перемещения шпинделя имеет тот недостаток, что в случае, если основная резьба не является
идеальной, ошибка, передаваемая на шпиндель, представляет собой не просто ошибку в одной из витков
основной резьбы, а сумму ошибок всех ее витков.
Например, если погрешность в каждом витке основной резьбы составляет 0,00111, а шаг резьбы равен десяти
дюймам, то погрешность продольного перемещения шпинделя, вызванная одним относительным оборотом
между ним и гайкой, составит в десять раз 0,001" или 0,01" вместо всего лишь 0,001", что крайне
неблагоприятно для получения точной резьбы в работе.
Однако, в соответствии с моим изобретением, эта трудность устраняется путем нарезания на шпинделе
основной резьбы с большим шагом, чем резьба, которая должна быть сформирована в заготовке, и
последующего осуществления необходимого продольного перемещения шпинделя частичным относительным
оборотом между ним и гайкой, а не полным оборотом. Таким образом, например, если основная резьба имеет
шаг 1/2 дюйма, а требуется сформировать резьбу с шагом 1/2 дюйма, необходимое продольное перемещение
шпинделя может быть осуществлено путем совершения относительного оборота между гайкой и шпинделем
всего на одну десятую полного оборота, так что вместо суммы всех ошибок основной резьбы, передаваемых
на шпиндель, передается лишь одна десятая такой суммы. Использование «мастер-резьбы» с большим
шагом, чем у формируемой резьбы, также приводит к минимизации погрешности в последней по
дополнительной причине, что на практике мастер-резьба такого характера, — изгибы или «сегменты» которой
обычно имеют относительно большую площадь поперечного сечения, — может быть изготовлена более
точно, чем более широкие мастер-резьбы, использовавшиеся до сих пор, и подвержена меньшему износу в
рабочих условиях благодаря большей площади контакта между относительно подвижными поверхностями
резьбы на шпинделе и в гайке, так что точность таких мастер-резьб обычно изначально выше и может
сохраняться в течение гораздо более длительного периода времени с соответствующей точностью резьбы,
формируемой машиной. В соответствии с этими принципами я поэтому снабжаю шпиндель 25 внешней
мастер-резьбой 110 с большим шагом, чем резьба, которую я хочу сформировать на трубе; Например, шаг
нити в один дюйм, когда требуется сформировать нить с шагом в десять нитей.
Эта резьба, которую я располагаю на шпинделе в задней части головки 72, удобно увеличивает диаметр
шпинделя в этой точке для его крепления и тем самым обеспечивает небольшой выступ на заднем конце
резьбы, который предназначен для прилегания к поверхности корпуса 24, когда шпиндель находится в
положении, показанном на рис. 8. Эта резьба, которая может быть одинарной или множественной,
взаимодействует с соответствующей внутренней резьбовой гайкой 112, расположенной между смежными
торцевыми поверхностями корпусов 24 и 74 таким образом, чтобы она не могла перемещаться в направлении,
параллельном ее оси, хотя и может свободно вращаться вокруг шпинделя. Вместе с этой гайкой или жестко
закрепленной на ней находится шестерня 113, зацепляющаяся с аналогичной шестерней 114, закрепленной
на шпонке втулки 115, вращающейся в перемычке 116, которая простирается вертикально вверх от основания
20 и является его неотъемлемой частью, а также частью корпуса 24. Шестерня 114 расположена между
поверхностью полотна и храповым кольцом 117, также закрепленным на втулке и снабженным
периферийными зубьями храпового механизма 1171, в то время как рядом с кольцом и шарнирно установлен
для вращения на втулке находится рычаг 118, снабженный подпружиненным храповым механизмом 119,
предназначенным для зацепления с зубьями храпового механизма, свободный конец рычага. На
противоположной стороне стенки, простирающейся в основном вниз от втулки и также соединенной с втулкой,
находится фрикционный элемент 120, имеющий зубья сцепления 1201 на своей торцевой поверхности,
предназначенные для совместного зацепления с аналогичными зубьями на поверхности шестерни 121,
которая может быть установлена для вращения на одном конце плунжерного вала 122, проходящего через
втулку 115 и окруженного на другом конце витой пружиной 123, удерживаемой в положении гайками 124 таким
образом, что пружина стремится удерживать в зацеплении зубья сцепления на шестерне и на фрикционном
элементе.
Шестерня 121 находится в зацеплении с шестерней 125, прикрепленной шлицами к шпинделю для
скользящего движения по нему и вращения вместе с ним аналогично шестерне 100, а поверхность шестерни
121 имеет несколько большую ширину, чем поверхность шестерни 125, так что независимо от того, находятся
ли зубья сцепления в зацеплении, так что шестерня заблокирована относительно элемента сцепления для
вращения последнего, или подняты из зацепления с указанными зубьями, как при вращении сцепления,
независимо от шестерни, как описано ниже, шестерни 121 и 125 будут оставаться постоянно в зацеплении.
Зубья сцепления на элементе сцепления и шестерне 121 спроектированы таким образом, что при зацеплении,
как показано на чертежах, шестерня 125 эффективно приводит в движение шестерню 121 в направлении,
указанном стрелкой; таким образом. Приводная гайка 112 проходит через втулку 115, шестерню 114 и
шестерню 113 в том же направлении, в котором шпиндель вращается шестерней 100 при нарезании резьбы.
Однако важно, чтобы скорость вращения гайки имела определенное соотношение со скоростью вращения
шпинделя, чтобы линейное перемещение последнего имело надлежащее соотношение с его вращением, так
чтобы за каждый полный оборот шпинделя и, соответственно, заготовки, заготовка перемещалась вдоль
резца на расстояние, равное шагу нарезаемой резьбы. Другими словами, предполагая, что требуется резьба с
шагом в один дюйм и что шаг резьбы составляет один дюйм на дюйм, то необходимо перемещать заготовку
вдоль фрезы на одну десятую дюйма за каждый оборот заготовки, и поэтому необходимо спроектировать
передаточное отношение шестерен в механизме, через который приводится в движение гайка, с учетом этой
цели. Таким образом, в приведенном примере шестерня 125 может быть снабжена 54 зубьями, шестерня 121
— 60 зубьями, а обе шестерни 114 и 113 — любым аналогичным числом зубьев, например, 57.
В этих условиях станет очевидно, что за каждый полный оборот шпинделя гайка будет поворачиваться на
девять десятых оборота, или на угол 324°, в результате чего шпиндель будет перемещаться через гайку на
одну десятую дюйма, то есть на одну десятую шага основной резьбы. Разумеется, следует понимать, что для
достижения того же результата с основной резьбой аналогичного шага могут использоваться и другие
передаточные числа, а также что с основной резьбой другого шага обычно необходимо использовать
зубчатую передачу с еще другими передаточными числами, конечная цель которой в любом случае состоит в
том, чтобы за один частичный оборот гайки на каждый полный оборот шпинделя обеспечить его продольное
перемещение на расстояние, равное шагу нарезаемой резьбы.
Средство возврата шпинделя.
В процессе работы станка описанным выше способом шпиндель перемещается вправо из исходного
положения, как показано на рис. 8, в конечное положение, в основном, как показано на рис. Рис. 9.
Предусмотрены подходящие средства для возврата шпинделя в исходное положение а. Хотя указанные
средства могут иметь любую удобную форму, крайне важно, чтобы они обеспечивали надежное зацепление
плеча 111 с поверхностью корпуса 24 каждый раз, когда шпиндель возвращается в исходное положение,
чтобы всегда возвращать шпиндель в точно такое же положение и тем самым гарантировать, что движение
шпинделя вперед всегда будет начинаться из одной и той же точки для каждого цикла нарезания резьбы, что
обеспечит точность и подобие резьбы, нарезанной на последовательных деталях, независимо от износа или
ослабления соединений между частями механизма привода шпинделя.
Для достижения этого результата предпочтительные средства включают в себя звено 127, шарнирно
соединенное со свободным концом рычага 118 и с одним концом горизонтально перемещаемого рычага 128,
шарнирно соединенного на другом конце со штифтом 129, закрепленным на основании.
Этот рычаг может быть снабжен вблизи своего поворотного конца ушком 130, в котором расположен
перфорированный блок 131, через который скользящим образом проходит стержень 132, окруженный
спиральной пружиной 133, к которой прикреплен один конец другой пружины 134; другой конец которой
закреплен в любой подходящей точке на основании. Положение рычага под действием пружины 134 обычно
таково, что конец храпового механизма направлен в сторону задней части станка, и из этого положения рычаг
может быть перемещен вперед действием спускового крючка 135, шарнирно закрепленного вблизи своего
центра относительно основания, причем один его конец шарнирно соединен со штоком, а другой выступает за
край основания для привода в действие упором 136, который может быть закреплен на основной опоре 2.
Различные части сконструированы таким образом, что когда стол перемещается назад, спусковой крючок
скользит по упору, не приводя в действие рычаг 128, но когда стол перемещается вперед, спусковой крючок
входит в зацепление с упором и поворачивает рычаг в аналогичном направлении, заставляя рычаг храпового
механизма вращать храповое кольцо, а затем втулку и шестерню 114 по соответствующей дуге.
Поскольку возвратное движение механизма 4 осуществляется при отключении питания машины (как будет
более подробно показано далее в описании его работы), главный шпиндель 25 в этих условиях блокируется
от вращения, а шестерня 121 также блокируется, так что, когда рычаг собачки 118 вращает втулку 115 в
направлении, противоположном тому, в котором зубья муфты предназначены для блокировки элемента
муфты и шестерни 121, зубья на элементе скользят по зубьям на шестерне, вал 122 скользит продольно во
втулке против сопротивления пружины 123 на достаточное расстояние, чтобы позволить такое относительное
перемещение зубьев, но немедленно перемещается пружиной в положение, позволяющее снова
заблокировать зубья, как только вращение втулки завершится.
Таким образом, становится очевидным, что вращение шестерни 114 за счет движения, передаваемого втулке
рычагом собачки, приводит к вращению гайки 112 в том же направлении, в котором она вращалась при
перемещении шпинделя. Поскольку продольное перемещение гайки предотвращается ее зацеплением с
корпусами 24 и 74, результатом ее вращения является возврат шпинделя в исходное положение до тех пор,
пока выступ 111 не коснется поверхности корпуса 24 и, таким образом, не предотвратит дальнейшее
движение шпинделя в обратном направлении, в течение которого, конечно же, шпиндель проскользнул в
продольном направлении через шестерни 100 и 74. 125, Поскольку практически невозможно спроектировать и
эксплуатировать различные детали таким образом, чтобы движение рычага собачки вперед останавливалось
одновременно с движением шпинделя, я предпочитаю предусмотреть в какой-либо точке механизма,
посредством которого приводится в действие рычаг собачки, подходящее деформирующее соединение,
подобное тому, которое в данном случае осуществляется посредством пружинного управляемого стержня
132, так что, когда втулка повернута рычагом собачки на достаточное расстояние, чтобы вернуть шпиндель в
исходное положение и предотвратить дальнейшее вращение втулки, деформирующее соединение в
механизме может компенсировать любое дальнейшее движение, передаваемое от спускового крючка 135, без
повреждения деталей из-за скольжения стержня 132. Проходя через блок 131 против сопротивления пружины
133, спусковой крючок проходит упор 136, после чего пружины 133 и 134 приводят в действие рычаг 128,
который тянет его назад и, в свою очередь, поворачивает рычаг собачки в направлении, аналогичном его
нормальному положению, как показано на рис. 1.
1,
В ходе этого движения собачка 119 просто скользит по зубьям храпового механизма, не оказывая на них
никакого воздействия.
ПРИВОД ГЛАВНОГО ВАЛА.
Было замечено, что главный шпиндель и кулачок 39 приводятся в движение от главного вала 27, а этот вал, в
свою очередь, может предпочтительно приводиться в движение от вала черновой фрезы, а последний — от
главной оправки 7 любым удобным способом, например, через шестерню 140, установленную на оправке 7 и
зацепляющуюся с плавающей промежуточной шестерней 141, которая, в свою очередь, зацепляется с
шестерней 45, установленной на валу черновой фрезы.
Натяжной ролик может быть закреплен любым подходящим способом и любыми подходящими средствами,
например, парой расположенных на некотором расстоянии друг от друга звеньев 143, каждое из которых
шарнирно закреплено одним концом на главной оправке, а другим — на коротком валу или шпильке 144, на
котором вращается ролик и от которого отходит другая пара существенно аналогичных звеньев 145, которые,
в свою очередь, шарнирно установлены своими концами на шпильке и на валу черновой фрезы.
Таким образом, при такой поддержке холостой ролик всегда находится в зацеплении с обеими шестернями
140 и 45 независимо от положения, в которое может быть перемещен вал черновой фрезы или стол 4 в
результате их соответствующих возвратно-поступательных движений при работе машины, и будет очевидно,
что вращение вала будет использоваться для привода главного вала 27 через механизм, включающий
шестерни 140, 141, 45, 46, 47, червяк 50 и червячную передачу 51, и более того, когда вал 7.
Если вал привода 27 неподвижен, вращение вала 27 будет предотвращено, а, в свою очередь, вращение
главного шпинделя, вала черновой фрезы и кулачка 39 — за счет блокирующего действия, осуществляемого
различными червяками и червячными передачами, через которые осуществляется привод этих элементов.
Следует, однако, понимать, что привод главного вала при желании может быть осуществлен любым другим
подходящим и удобным способом, причем используемые для этой цели средства, независимо от их
конкретной конструкции, предпочтительно должны иметь такой характер, чтобы удерживать приводной вал в
неподвижном состоянии, когда главный вал находится в аналогичном состоянии, как описано выше.
Угловое расположение главного шпинделя.
В конической резьбе радиальное расстояние от оси детали до аналогичных точек на разных сегментах резьбы
изменяется в соответствии с конусностью; таким образом, расстояние, или «радиальная величина», как ее
можно удобно назвать, от вершин, например, двух смежных сегментов резьбы до оси детали немного
различно, хотя измерено в одной и той же радиальной плоскости. Поэтому при фрезеровании таких резьб
необходимо обеспечить средства для передачи резцу или заготовке, одновременно с их относительными
продольными и поперечными движениями, очень постепенного и незначительного движения, как правило,
перпендикулярного оси заготовки, чтобы компенсировать эту разницу в радиальной величине, постепенно
заставляя резец делать немного более глубокий или более легкий срез в соответствии с направлением
резания. Осуществляется относительное продольное перемещение резца и заготовки, поскольку в отсутствие
такого поперечного перемещения резец, после завершения одного полного круга по поверхности заготовки,
либо врезал бы уже сформированную резьбу, либо не смог бы нарезать полную резьбу на следующем круге.
Для компенсации этого я предпочитаю наклонять продольную ось шпинделя так, чтобы она была
параллельна конусу резьбонарезного инструмента, вместо того, чтобы устанавливать шпиндель на основании
20 так, чтобы его ось была параллельна оси оправки 7. Однако, поскольку в обычных условиях такое угловое
расположение шпинделя очень незначительно, я не пытался указать это на рисунках, иллюстрирующих
конструкцию станка, так как это было бы нецелесообразно. Однако на рис. 13 я схематически изобразил
предпочтительный способ расположения шпинделя для нарезания конической резьбы; для лучшего
понимания можно обратиться к этой иллюстрации. На этом рисунке Т-образная резьбонарезная головка
имеет сильно преувеличенный конус, а труба P показана такой, какой она была бы после прохождения по ней
резьбонарезной головки, если бы она не была снабжена зубьями. Ось шпинделя обозначена пунктирной
линией A-B, которая, следует отметить, параллельна линии контакта между резцом и трубой, в то время как
ось X-X оправки 7, на которой установлен резец, и ось Y-Y трубы параллельны.
При таком расположении деталей в работающем станке становится очевидным, что по мере постепенного
продвижения шпинделя вправо (рис. 13) конец трубы будет постепенно подниматься к резцу, так что
независимо от того, насколько далеко перемещается шпиндель, всегда будет поддерживаться правильное
соотношение между резцом и трубой для получения идеальной резьбы. Однако это было бы не так, если бы
оси шпинделя и фрезы были параллельны, поскольку в таких условиях по мере продвижения шпинделя труба
постепенно удалялась бы от фрезы, предотвращая тем самым дальнейшее срезание на необходимую
глубину. Очевидно, желаемый результат можно было бы с такой же легкостью получить на станке,
сконструированном таким образом, чтобы труба перемещалась продольно влево во время операции резки, в
этом случае, конечно, наклон шпинделя привел бы к постепенному опусканию конца трубы относительно
режущего инструмента.
Однако, по мере вращения трубы и шпинделя вокруг относительно наклонных осей, становится очевидным,
что для обеспечения надлежащего контакта трубы с режущим инструментом необходимо обеспечить
небольшое универсальное перемещение между шпинделем и трубой, чего удобно добиться описанными
выше способами, благодаря которым труба надежно фиксируется в рабочем положении относительно шарика
76, который, в свою очередь, способен к небольшому универсальному перемещению относительно шпинделя.
ОПЕРАЦИЯ.
При формировании конической резьбы на трубе или другом полом, практически цилиндрическом изделии в
соответствии с моим усовершенствованным методом и с помощью станка, в целом соответствующего
описанному выше, станок первоначально регулируется таким образом, чтобы стол находился в передней
части своего пути, а резьбонарезной и черновой резцы располагались в одной вертикальной плоскости, но не
в вертикальном выравнивании, при этом черновой резец располагался ниже и значительно позади
резьбонарезного резца, а кулачок 39 находился в положении, при котором опорный блок чернового резца был
отведен назад к задней части станка.
Патрон для удержания трубы вставлен и зажат в ее конце таким образом, что носик элемента 88 выступает на
соответствующее расстояние за конец трубы, причем последний, с противоположным концом, установленным
на подходящей направляющей или любым другим удобным способом, позволяющим трубе свободно
вращаться, подводится к станку и располагается в практически горизонтальном положении, при этом носик
элемента 88 упирается в центрирующую точку 81, а штифты 92 удерживаются в отведенном положении
соответствующим образом расположенным кольцом 93. Затем последний поворачивается таким образом,
чтобы вдавить штифты в канавку 91 и плотно прижать патрон к центру, зафиксировав его там, при этом упор
98 тем временем входит между двумя из соседних выступов 99 на конце держателя патрона, тем самым
располагая различные части машины и трубы в положениях, показанных на фиг.
1 и 2 со шпинделем 25, втянутым так, что плечо 111 плотно прилегает к прилегающей поверхности корпуса 24,
а оба режущих элемента не соприкасаются с трубой.
После регулировки стола 4 таким образом, чтобы труба находилась на нужной высоте относительно
резьбонарезного инструмента, а черновой резец был установлен так, чтобы он врезался в трубу на желаемую
глубину, к станку подается мощность, вызывая вращение как вала 7, на котором установлен резьбонарезной
инструмент, так и главного вала 27, что приводит к вращению кулачка 39, чернового резца, шпинделя 25 (с
соответствующим вращением трубы) и гайки 112. Движение последней осуществляется посредством
механизма, включающего шестерни 124, 119, 114 и 113, для вращения гайки 112. Кулачок 39 сконструирован
таким образом, чтобы быстро перемещать опорный блок чернового резца вперед, тем самым вводя черновой
резец во вращающуюся трубу на максимальную глубину чернового резания, и затем удерживать опорный
блок чернового резца в таком выдвинутом положении, так что после первоначального перемещения блока
вперед и введения резца на заданную глубину расстояние между осью резца и осью вращения трубы
остается постоянным до тех пор, пока вся поверхность трубы не пройдет под резцом, после чего кулачок
срабатывает, чтобы вернуть блок и резец в исходное или начальное положение.
Предпочтительно, чтобы фреза и труба вращались в одном направлении, так чтобы по мере вращения трубы
точка, с которой началась черновая резка, постепенно смещалась вверх, приближаясь к резьбонарезной
фрезе. Тем временем вращение кулачка 39 привело к тому, что упор 63 соприкоснулся с пальцем 64, тем
самым толкая тягу 29 вперед, чтобы зацепить и привести в действие палец 14 и заставить механизм запустить
автоматическую подачу стола 4, в результате чего стол с прикрепленным к нему механизмом переместился
назад, чтобы перемещать непрерывно вращающуюся трубу к резьбонарезному инструменту. По мере
постепенного продвижения трубы к режущему инструменту описанным способом, последний, наконец,
достигает необходимой глубины резания для образования резьбы. И я предпочитаю настраивать станок таким
образом, чтобы это состояние достигалось, когда оси трубы и режущего инструмента находятся в основном в
вертикальном положении. Кроме того, несколько относительных перемещений резцов и трубы, о которых я
только что упомянул, синхронизированы относительно друг друга, а относительное положение резцов и трубы
таково, что труба поворачивается на угол примерно 90° после начала черновой резки, прежде чем
резьбонарезной инструмент достигнет своей максимальной глубины. В результате резец начинает и
продолжает свою работу на протяжении всего цикла нарезания резьбы на поверхности, с которой удалена
окалина, которая имеет конусность в соответствии с конусностью формируемой резьбы и которая благодаря
действию чернового резца приобрела истинно круглую форму поперечного сечения, так что резьбонарезной
инструмент освобождается от любой другой задачи, кроме нарезания резьбы в чистом металле, обнаженном
в результате черновой резки.
Как только стол 4 будет перемещен назад автоматической подачей на достаточное расстояние, чтобы
резьбонарезной инструмент вошел в заданную глубину, — состояние, которое, как указано, предпочтительно
достигается, когда оси трубы и инструмента находятся в основном в вертикальном положении, —
соответствующий упор 150, оперативно закрепленный относительно стола, приводит в действие механизм 14,
чтобы отключить подачу и остановить дальнейшее перемещение стола назад, который впоследствии
остается в состоянии покоя до тех пор, пока труба не совершит чуть более полного оборота относительно
резьбонарезного инструмента, так что последний получит возможность обработать всю поверхность,
подлежащую нарезанию резьбы. Теоретически, одного полного оборота трубы относительно этого резца было
бы достаточно для достижения этого результата; однако на практике желательно совершить относительно
трубы чуть больше полного оборота, чтобы предотвратить любые неровности или неравенства в сегментах
резьбы в точках соединения между участками, образованными начальной операцией резца, и участками,
образованными конечной операцией, и на практике для этой цели обычно достаточно оборота трубы на 5-10
градусов.
Кроме того, поскольку труба начинает вращаться, а черновая фреза начинает резку значительно раньше, чем
резьбонарезная фреза доводится до глубины, уже пройденной предыдущей фрезой, необходимо, чтобы
обеспечить действие резьбонарезной фрезы на всей поверхности, подлежащей нарезанию резьбы, придать
трубе достаточное дополнительное вращение сверх того, которое фактически требуется для работы
резьбонарезной фрезы, чтобы компенсировать время, в течение которого резьбонарезная фреза не работала
после начала вращения трубы, и поскольку угол между линиями, проведенными к центру трубы от центров
обеих фрез, когда последние находятся на глубине, предпочтительно составляет приблизительно 90°,
требуемое дополнительное вращение составляет приблизительно аналогичную величину. Таким образом,
для обеспечения надлежащего выполнения обеими резцами своих функций необходимо вращать трубу после
того, как черновой резец будет доведен до нужной глубины, на полный оборот, или 360°, плюс 90°, плюс
небольшое желаемое значение для обеспечения идеального соединения резьбовых сегментов, или
приблизительно 45°–460° в общей сложности. Таким образом, станет очевидно, что во время полного
вращения трубы резьбонарезной резец не будет полностью работоспособен примерно в течение первой
четверти оборота трубы, а черновой резец будет неработоспособен примерно в течение последней четверти
оборота.
Последовательность операций и относительное положение резцов и трубы на протяжении всего цикла
нарезания резьбы схематически показаны на рис. 12а – 1S включительно; на рис. 12а показано относительное
положение резцов и трубы в начале цикла; на рис. 12б показано их положение после перемещения чернового
резца на заданную глубину; на рис. 12b показано их положение после перемещения трубы и чернового резца
таким образом, чтобы довести резьбонарезной резец до максимальной глубины резания на поверхности,
ранее пройденной черновым резцом; На рис. 12 показано их относительное положение после того, как
черновой резец прошел практически всю поверхность трубы, а резьбонарезной резец прошел приблизительно
три четверти ее поверхности; на рис. 12e показано их относительное положение после завершения операции
нарезания резьбы; на рис. 12e показано их положение после извлечения чернового резца, но до возврата
стола 4. Следует отметить, что при осмотре этих рисунков, поскольку резьбонарезной инструмент расположен
таким образом, чтобы делать срез немного глубже, чем теоретически необходимо для получения резьбы,
верхушки готовой резьбы формируются немного ниже поверхности, полученной при черновой обработке, так
что во время последней четверти оборота трубы черновой инструмент полностью выходит из контакта с ней, и
нет никакой возможности затупить или повредить верхушки готовой резьбы при контакте с черновым
инструментом, когда они проходят под ним.
Следует отметить, что в то время как черновая фреза подается в заготовку в основном радиальном
направлении относительно нее, резьбонарезная фреза, напротив, входит в заготовку в основном
тангенциальном направлении, и в этом заключается важное преимущество моего изобретения, поскольку на
практике было установлено, что чрезвычайно трудно последовательно подавать металлическую фрезу
радиально в несколько заготовок на одно и то же расстояние каждый раз. Более того, возникающая таким
образом ошибка удваивается в готовой заготовке, когда фреза проходит по всей поверхности заготовки,
например, при формировании резьбы, так что, например, если фреза подается радиально на 0,001 дюйма
слишком далеко, диаметр готовой детали будет на 0,002 дюйма меньше, или на 0,002 дюйма больше, если
фреза подается на 0,001 дюйма меньше необходимого расстояния. Однако в соответствии с моим
изобретением, в котором заготовка подается к резцу или резец к заготовке в тангенциальном, а не
радиальном направлении, относительно большая погрешность в длине подачи, необходимой для достижения
резцом нужной глубины, то есть в расстоянии, на которое заготовка или резец перемещаются в
тангенциальном направлении, не передается непосредственно на заготовку, что приводит к прямому
уменьшению ее радиуса на соответствующую величину, а лишь проявляется в заготовке в гораздо меньшей
степени.
На практике, при условии, что вертикальное расстояние между осью вращения трубы и осью вращения фрезы
определено правильно, и станок изначально установлен на это расстояние путем надлежащей вертикальной
регулировки стола, относительно большая ошибка, плюс-минус, при подаче трубы к фрезе (которая легко
может возникнуть из-за износа или неисправностей в механизме подачи стола или по другим причинам) не
окажет существенного влияния на диаметр готового изделия, поскольку увеличение или уменьшение длины
радиуса, вызванное такой ошибкой, бесконечно мало по сравнению с величиной самой ошибки.
В начале цикла нарезания резьбы шпиндель 25 располагается так, что его плечо 111 прилегает к поверхности
корпуса 24, и в течение цикла он постепенно продвигается из этого положения за счет взаимодействия гайки
112 с основной резьбой на шпинделе, чтобы соответственно перемещать трубу в продольном направлении
влево, если смотреть, как показано на рис. 2. Поскольку продольное перемещение трубы за каждый полный
оборот, как объяснялось ранее, равно шагу формируемой резьбы, резьбонарезной инструмент, вместо
простого формирования множества смежных канавок в трубе в плоскостях, перпендикулярных его оси,
эффективно создает на трубе за один полный оборот относительно инструмента непрерывную спиральную
резьбу с конусностью, соответствующей конусности инструмента, и длиной, определяемой эффективной
длиной инструмента. Следует отметить, что по мере завершения каждой операции нарезания резьбы
возвратный механизм шпинделя эффективно прижимает упор 111 к корпусу 24, любое потерянное движение
между основной резьбой и гайкой или в других точках механизма компенсируется до того, как шпиндель
начнет вращаться и перемещаться из исходного положения в последующем цикле, так что до того, как резцы
начнут работать на трубе, различные части, и особенно основная резьба и гайка, плотно соединяются и
синхронизируются для точной работы, и, кроме того, поскольку каждый раз шпиндель возвращается точно в
то же исходное положение, операция нарезания резьбы начинается каждый раз в одной и той же точке на
последовательных заготовках. Следует также отметить, что из-за слегка углового расположения оси
шпинделя относительно оси резьбонарезного инструмента, труба, вращаясь и перемещаясь в продольном
направлении, одновременно постепенно перемещается к оси. Резец перемещается по мере продвижения
шпинделя, компенсируя таким образом разницу в радиальной величине сегментов конической резьбы,
которая формируется, и сохраняя на протяжении всей операции резки правильное относительное положение
резца и заготовки, необходимое для получения идеальной резьбы такого типа.
Следует понимать, однако, что если станок предназначен для нарезания прямых резьб вместо конических,
такая компенсация не требуется, поскольку радиальная величина всех сегментов прямой резьбы одинакова, и
поэтому станок, предназначенный для этой цели, обычно конструируется таким образом, чтобы оси шпинделя
и резьбонарезного инструмента были параллельны, в этом случае продольные и вращательные движения
шпинделя во время нарезания резьбы будут приводить исключительно к соответствующим движениям трубы.
После завершения упомянутых операций и полного нарезания резьбы на трубе, мощность станка
отключается, так что все детали останавливаются, а стол 4 находится в крайнем положении относительно
своего заднего хода. Затем ослабляется хомут 93, и труба с патроном извлекается из станка, при этом
шпиндель, разумеется, остается в своем переднем положении.
Оператор, используя маховик 13 или иные предусмотренные средства, затем управляет механизмом быстрой
обратной подачи, чтобы переместить стол вперед в исходное положение, во время которого спусковой крючок
135 входит в зацепление с упором 136, поворачивая рычаг 128 вперед вокруг своей оси примерно в
положение, показанное на рис.
11 что позволяет заставить собачку 119 вращать храповой механизм 117 и, в свою очередь, вращать
шестерни 114 и 113 с последующим вращением гайки 112 в том же направлении, в котором она была
приведена в движение во время нарезания резьбы на трубе. Поскольку главный вал 7 теперь неподвижен,
главный приводной вал 27 также неподвижен, и шестерня 100 не может вращаться, так что при повороте
главной гайки (и, будучи, таким образом, неспособной к продольному перемещению между корпусами 24 и 74)
шпиндель, скользящий через шестерни 124 и 100, отводится до тех пор, пока выступ 111 не коснется
поверхности корпуса 24, тем самым останавливая дальнейшее движение шпинделя.
Желательно обеспечить полное и надежное возвращение шпинделя в исходное положение каждый раз при
работе механизма; ход спускового крючка 135 предпочтительно рассчитывается таким образом, чтобы
перемещать рычаг 128 вперед на расстояние, превышающее необходимое для поворота гайки 112 на
требуемое расстояние для возврата шпинделя, а детали расположены таким образом посредством упругого
соединения между рычагом и звеном, что, когда рычаг переместится вперед достаточно, чтобы прижать упор
111 к корпусу 24, шток 132 затем просто скользит через блок против сопротивления пружины 133 до тех пор,
пока точка спускового крючка не пройдет упор 136, после чего пружины 133 и 134 соответственно
расширяются и сжимаются, чтобы снова переместить рычаг назад и заставить собачку скользить по зубьям
храпового механизма, чтобы занять свое нормальное положение, как показано на рисунках. 1 и 3, как было
объяснено ранее: Длина дуги, на которую должна повернуться гайка 112, чтобы вернуть шпиндель в исходное
положение, конечно, будет варьироваться в зависимости от шага основной резьбы и продольного расстояния,
на которое шпиндель перемещается во время цикла нарезания резьбы, но, как правило, для этой цели гайка
будет поворачиваться на дугу, приблизительно равную разности между 360 и градусами дуги, на которые она
была повернута за каждый оборот шпинделя, умноженной на общее число полных оборотов и их доли,
совершенные шпинделем при его движении вперед.
Иными словами, если при каждом обороте шпинделя гайка поворачивалась на девять десятых оборота по
мере продвижения шпинделя вперед, то возврат шпинделя может быть осуществлен путем перемещения
гайки в том же направлении на одну десятую от общего числа градусов, на которое повернулся шпиндель;
таким образом, например, используя мастер-винт с шагом один на дюйм и нарезая резьбу с шагом десять на
трубе в таком устройстве, как описано здесь, это не обязательно для возврата шпинделя; б. J, йотаR, гайка
примерно одна десятая от 455 до 460, если это общее число градусов, на которое поворачивается шпиндель
во время его движения вперед. Однако на практике точный расчет дуги, на которую необходимо повернуть
гайку, не требуется, при условии, что используемые для этого средства спроектированы и отрегулированы
таким образом, предпочтительно описанным здесь способом, чтобы повернуть гайку как минимум на
требуемое расстояние и после этого компенсировать любое избыточное движение деталей без их
повреждения.
После того, как стол, посредством механизма быстрой обратной подачи, был установлен в исходное
положение, и шпиндель также был возвращен в это положение, станок снова готов к работе с другим кулачком
39, предварительно переместив опорный блок чернового резца и черновой резец назад в исходное
положение, предпочтительно сразу после того, как черновой резец завершил свою работу на трубе, и до
завершения работы резьбонарезного резца на ней.
Хотя на прилагаемых чертежах я подробно описал один из типов станков, который я предпочитаю
использовать для выполнения моего усовершенствованного метода фрезерования резьбы, следует понимать,
что при желании могут быть внесены изменения и модификации в конструкцию, изготовление и расположение
его элементов с целью адаптации станка для использования в различных условиях эксплуатации и для
различных видов работ, и, кроме того, использование станка никоим образом не ограничивается
фрезерованием конической резьбы на трубах, поскольку он может быть легко использован для выполнения
других операций фрезерования на других видах работ в соответствии с моим указанным методом, и, кроме
того, указанный метод может быть выполнен с помощью других типов станков, не выходя за рамки сущности и
объема изобретения, как определено в прилагаемых пунктах формулы изобретения.
Соседние файлы в папке патенты