Способ плоского шлифования

 

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов на плоскошлифовальных станках, станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций. Заготовке сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно круга. Используют шлифовальный круг, у которого заходным конусом является режущий рабочий торец. Калибрующая часть выполнена под углом α и длиной L_k, определяемой с учетом режимов резания. Кругу сообщают вращение, движение подачи и дополнительные колебательные возвратно-вращательные в поперечном направлении движения относительно вертикальной оси с углом размаха β и устанавливают к последней под углом α, равным углу наклона калибрующей части. Приведены зависимости для выбора угла α, длины калибрующей части и угла размаха колебательных движений. При работе нагрузка воспринимается протяженным по длине участком с конической и плоской поверхностями, что снижает удельные нагрузки на режущие зерна, исключая их выкрашивание. Улучшается качество обработки. Повышается производительность процесса шлифования. Снижается расход абразивного инструмента. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов, в частности на плоскошлифовальных станках, станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций.

Известен способ плоского шлифования торцом круга, при котором на черновых операциях уменьшают поверхность резания наклоном шлифовального круга до 2 мм [1]. На чистовых операциях с высокими требованиями к отклонению от плоскости наклон круга не должен превышать 0,05 мм.

Недостатком способа является нагрев заготовки, деформация обрабатываемой поверхности при шлифовании с большим съемом и появление прижогов и микротрещин при чистовых операциях, когда круг, практически, всем торцом контактирует с заготовкой. Кроме того, при переналадке с черновых на чистовые переходы требуется значительное время для изменения угла наклона шпинделя, а это удорожает процесс.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ шлифования, при котором берут инструмент с заходными конусами, выполненными под углом, зависящим от фактического сочетания элементов режима резания на данном этапе, а именно от глубины резания и продольной подачи [2].

Недостатком способа является увеличение стоимости обработки из-за увеличения трудоемкости правки при изменении режимов резания, а именно глубины резания и продольной подачи. Кроме того, при интенсификации процесса имеет место высокотемпературный нагрев, ведущий к прижогам, микротрещинам и браку, т. к. круг контактирует с обрабатываемой поверхностью всем торцом, имеющим калибрующую и режущую части достаточно большой протяженности.

Задача изобретения - повышение производительности и качества при плоском шлифовании.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа плоского шлифования, включающего сообщение шлифовальному кругу, имеющему заходную и калибрующую части, вращения и движения подачи, при этом заготовке сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно круга, режущий рабочий торец которого, служащий заходной частью, устанавливают под углом α к обрабатываемой плоскости, а калибрующую часть выполняют длиной L_к под углом α, равным углу α установки торца круга, при этом шлифовальному кругу сообщают дополнительные колебательные возвратно-вращательные в поперечном направлении движения относительно вертикальной оси, а угол α и длину калибрующей части L_к определяют соответственно по формулам: α ≥ arctg{2h/B_з·tq[0,5arcsin(B_з/(2R+D_кр))]}, где h - величина припуска на обработку, мм; B₃ - ширина шлифуемой плоской поверхности заготовки, мм; R - радиус траектории колебательных движений оси вращения шлифовального круга, мм; D_кр - наружный диаметр шлифовального круга, мм; L_к≥2V₃·B₃/S_{кол.поп}, мм, где S_{кол.поп} - колебательная поперечная подача, м/мин; V₃ - скорость заготовки, мм/колебание шлифовального круга.

Кроме того, угол размаха β колебательных возвратно-вращательных в поперечном направлении движений определяют по формуле: β ≥ 2arcsin(B_з/2R).
Сущность предлагаемого способа плоского шлифования поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан пример реализации предложенного способа; на фиг. 2 - кинематическая схема станка для его осуществления (цепи подач условно не показаны); на фиг. 3 - схема плоского шлифования по предлагаемому способу; на фиг. 4 - вид А на фиг. 3.

Способ плоского шлифования реализуется на станках с ЧПУ, гибких производственных модулях для финишных операций, а также на модернизированных плоскошлифовальных станках с дополнительным приводом и измененным шпиндельным узлом следующим образом.

Шлифовальный круг 1 берут, например, типа прямой с выточкой (ПВ), чашечный цилиндрический (ЧЦ) или чашечный конический (ЧК), с рабочей торцовой поверхностью 2, которая выполняет роль заходной части, имеющий калибрующую часть 3, вводят в контакт с обрабатываемой поверхностью и перемещают вдоль нее. Высота калибрующей части минимум в два и более раза больше глубины резания, а угол α ее наклона определен по формуле:
α ≥ arctg{2h/B_з·tq[0,5arcsin(B_з/(2R+D_кр))]},
где h - величина припуска на обработку, мм;
B₃ - ширина шлифуемой плоской поверхности заготовки, мм;
R - радиус траектории колебательных движений оси вращения шлифовального круга, мм;
D_кр - наружный диаметр шлифовального круга, мм;
и равным углу наклона калибрующей части длиной L_к, ограниченной соотношением
L_к≥2V₃·B₃/S_{кол.поп}, мм,
где S_{кол.поп} - колебательная поперечная подача, м/мин;
V₃ - скорость заготовки, мм/колебание шлифовального круга.

Шпиндель 4, имеющий индивидуальный двигатель 5, шлифовального круга смонтирован в шпиндельном узле 6, который подвижно установлен в кронштейне 7 с возможностью вертикального перемещения при наладке и поворота в вертикальной плоскости благодаря шарниру 8.

Последний закреплен в подвижном корпусе 9 привода колебательных поперечных движений.

Привод колебательных поперечных движений имеет шаговый двигатель ШД на валу которого запрессована шестерня 10, входящая в зацепление с зубчатым венцом 11. Зубчатый венец неподвижно закреплен на вертикальной колонне 12 шлифовальной бабки 13.

Бабка 13, в свою очередь, установлена с возможностью вертикального перемещения на стойке 14. В основании последней расположены поперечный суппорт 15 и стол 16 продольной подачи, на магнитной плите 16 которого закреплена обрабатываемая заготовка 17. Угол размаха β шлифовального круга 6 относительно вертикальной колонны 12 зависит от ширины B₃ шлифуемой плоской поверхности заготовки и радиуса R траектории колебательных движений шлифовального круга и определяется по формуле
β ≥ 2arcsin(B_з/2R).
Предложенный способ плоского шлифования осуществляют следующим образом. Шлифовальному кругу 1 сообщают вращение от электродвигателя M₁. Обрабатываемой заготовки 18, закрепленной на магнитной плите 17, сообщают прямолинейное возвратно-поступательное движение в продольном направлении. При этом шпиндельному узлу 6 обеспечивают колебательные возвратно-вращательные в поперечном направлении движения относительно вертикальной колонны 12. После каждого прохода шлифовальной бабке 13 сообщают вертикальную подачу до полного снятия всего припуска. Режущую торцовую поверхность 2 шлифовального круга 1 наклоняют под углом α к горизонтальной обрабатываемой поверхности заготовки, т.е. шлифовальный круг 1 наклоняют под тем же углом α к вертикальной колонне 12. Предварительно на шлифовальном круге 1 на рабочем торце 2 правят калибрующую поверхность 3 под углом α и длиной не менее
L_к≥2V₃·B₃/S_{кол.поп}, мм.

Особенностью предлагаемого способа является прерывистый контур траектории вследствие чередования находящихся в контакте с заготовкой абразивных зерен. Благодаря локальной зоне контакта и смене режущих зерен наклонного шлифовального круга улучшается тепловой баланс заготовки и инструмента, повышается его стойкость и уменьшается засаливаемость. Свободный подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в зону обработки также повышает производительность обработки.

Пример. На модернизированном плоскошлифовальном станке мод. 3Б722 с прямоугольным столом шлифуется плоская поверхность планки шириной B₃ = 220 мм и длиной 1 = 300 мм; высота планки h₁ = 25_-0,03 мм. Шероховатость поверхности R_а = 0,63 мкм. Припуск на сторону h = 0,3 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердостью HKC_э 45. На магнитном столе станка установлено три заготовки. Способ реализуется на модернизированном плоскошлифовальном станке с дополнительным приводом и измененным шпиндельным узлом.

1. Выбираем шлифовальный круг - ЧЦ 300х100х127 14А25НСМ2 6Б1А 35 м/с.

2. Скорость шлифовального круга при n_к=2200 об/мин - v_кр = 34,55 м/с.

3. Скорость движения заготовки (скорость продольного перемещения стола) v₃ = 5 мм/2 кол. дв.

4. Колебательная поперечная подача на рабочий ход стола S_{кол.поп}= 10 м/мин.

5. Подача на глубину на рабочий ход (вертикальная подача круга) - S_в= 0,106 мм/ход.

6. Угол наклона шлифовального круга принимаем из расчета
α ≥ arctg{2h/B_з·tq[0,5arcsin(B_з/2(R+D_кр/2))]},
где R = 200 мм, тогда α arctg {2·0,3/220·tq [0,5 arcsin (220/2(200+300/2))]}, α ≥1^o, приняли α = 3,5^o;
7. Длина калибрующей части L_к принимаем из расчета
L_к≥2V₃·B₃/S_{кол.поп}≥ 2·5·220:10·1000≥0,22 мм,
приняли L_к = 12,5 мм.

8. Угол размаха β шлифовального круга определяем по формуле
β ≥2arcsin(B₃/2R), β ≥2arcsin (220/2· 200), β ≥ 67^o, приняли β = 70^o.

9. Машинное время
T_м= 1-B₃·h·K/z(1000·S_{кол.поп}· v₃·S_в) = 300·220· 0,3·0,8/3(1000·10·5·0,106) = 0,99 мин.

Хотя обработка проводилась при повышенной производительности (при традиционном шлифовании кругом высотой 63 мм требуется T_м=2,13 мин) съема металла, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.

На примере видно, что предлагаемый способ плоского торцового шлифования с наклонным кругом повышает производительность обработки в 1,7-2 раза, благодаря исключению прижогов и микротрещин при увеличении интенсивности обработки.

Способ расширяет технологические возможности и обеспечивает повышение производительности обработки при сохранении качества изделия, снижает энергозатраты на единицу съема металла благодаря уменьшению площади зоны контакта инструмента и заготовки вследствие установки шлифовального круга под углом к обрабатываемой плоскости и предварительного формирования калибрующей части.

Предлагаемый способ является перспективным процессом обработки плоскостей, т. к. позволяет в несколько раз увеличить скорость резания по сравнению со скоростью традиционных способов абразивной обработки и снизить теплонапряженность шлифования.

При работе по предлагаемому способу кругами, у которых заходным конусом является режущий рабочий торец, а калибрующая часть выполнена под углом α и длиной L_к, определяемой с учетом режимов резания, нагрузка воспринимается протяженным по длине участком (см. фиг.4 - заштрихованный участок) с конической и плоской поверхностями, за счет чего уменьшается удельная нагрузка на режущие зерна, ведущая к исключению их выкрашивания и, следовательно, к улучшению качества обработки, повышается производительность процесса шлифования и плавность работы, снижается расход абразивного инструмента.

Источники информации
1. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1/Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова - 4-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - с.424.

2. А.с. СССР 1565666 A1, МКИ B 24 D 5/02. Способ шлифования/О.Н.Ушанев и А. С. Судариков (СССР). - 4328255/40-08; Заявл. 01.10.87; Опубл. 23.05.90. Бюл. 19 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ плоского шлифования, включающий сообщение шлифовальному кругу, имеющему заходную и калибрующую части, вращения и движения подачи, отличающийся тем, что заготовке сообщают возвратно-поступательное перемещение относительно шлифовального круга, режущий рабочий торец которого, служащий заходной частью, устанавливают под углом α к обрабатываемой плоскости, а калибрующую часть выполняют длиной L_к под углом α, равным углу α установки торца круга, при этом шлифовальному кругу сообщают дополнительные колебательные возвратно-вращательные в поперечном направлении движения относительно вертикальной оси, а угол α и длину калибрующей части L_к определяют соответственно по формулам

где h - величина припуска на обработку, мм;
B₃ - ширина шлифуемой плоской поверхности заготовки, мм;
R - радиус траектории колебательных движений оси вращения шлифовального круга, мм;
D_кр наружный диаметр шлифовального круга, мм;
L_k ≥ 2 V₃ B₃/S_{кол. поп}, мм,
где S_{кол. поп} - колебательная поперечная подача, м/мин;
V₃ - скорость заготовки, мм/колебание шлифовального круга.

2. Способ шлифования по п.1, отличающийся тем, что угол размаха β колебательных возвратно-вращательных в поперечном направлении движений определяют по формуле
β≥2arcsin(B₃/2R).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4