Способ плоского шлифования

 

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. Способ включает сообщение двум шлифовальным кругам прямого профиля, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях с равной частотой и движения подачи, а заготовке - возвратно-поступательного перемещения относительно кругов. Последние устанавливают под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, для осцилляции зоны резания из условия расположения внутренних торцов кругов под углом 2α друг к другу и осцилляции их зоны резания в противофазе. Использование способа ведет к повышению производительности обработки высокопрочных материалов при сохранении качества изделия и снижению энергозатрат на единицу объема снимаемого металла. 3 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 многопроходного плоского шлифования на плоскошлифовальном станке с круглым столом и горизонтальным шпинделем [1]. На последний соосно с первым кругом и на расстоянии, равном диаметру стола, на котором закрепляются обрабатываемые заготовки, устанавливают второй абразивный круг с идентичными характеристиками и размерами.

Недостатками известного способа являются сложность реализации его и дороговизна изготовления специального плоскошлифовального станка с круглым столом и горизонтальным шпинделем, имеющим возможность регулировки расстояния между кругами, сидящими на одном шпинделе. Кроме того, способ неэффективен и не обеспечивает возможность повышения интенсивности обработки и повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ плоского шлифования, при котором шлифовальному кругу сообщают вращение и движение подачи, а заготовке - возвратно-поступательное перемещение относительно круга, при этом берут второй шлифовальный круг, устанавливают его соосно первому со смещением вдоль оси и сообщают вращение в направлении, противоположном вращению первого [2].

Недостатками известного способа являются высокий температурный режим работы кругов при повышении интенсивности обработки, кроме того, способ малоэффективен и не обеспечивает возможность повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов, например с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов, из-за появления прижогов и микротрещин на обрабатываемой поверхности и затрудненного попадания СОЖ в зону обработки, а также повышенный расход абразива.

Задачей изобретения является повышение производительности обработки высокопрочных материалов при сохранении качества изделия и снижение энергозатрат на единицу объема снимаемого металла.

Поставленная задача решается предлагаемым способом плоского шлифования, включающим сообщение двум шлифовальным кругам прямого профиля, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях и движения подачи, а заготовке возвратно-поступательного перемещения относительно кругов, при этом круги вращают с равной частотой вращения и устанавливают под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, из условия расположения внутренних торцов кругов под углом 2α к друг к другу и осцилляции их зоны резания в противофазе.

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); фиг.3 - схема расположения шлифовальных кругов на шпиндельном узле и развертки следа инструментов на обрабатываемой поверхности.

Предложенный способ плоского шлифования реализован на плоскошлифовальном станке, который модернизирован следующим образом. Первый шлифовальный круг 1 и второй шлифовальный круг 2 расположены в шпиндельном узле 3 шлифовальной бабки 4. Последняя в свою очередь установлена с возможностью вертикального перемещения на колонне 5, в ее основании расположены поперечный суппорт 6 и стол 7 продольной подачи, на магнитной плите 8 которого закреплена обрабатываемая заготовка 9. Цепь главного движения связывает шлифовальный круг 1 через шпиндель 10, ременную передачу 11-12 с двигателем М. Второй шлифовальный круг 2 связан посредством полого шпинделя 13, размещенного в шпиндельном узле 3 на гидростатических опорах, во внутренних опорах которого находится шпиндель 10, через зубчатые передачи 14-15,16-17 и ременную передачу 11-12 с двигателем М.

Предложенный способ плоского шлифования осуществляют следующим образом.

Шлифовальный круг 1 прямого профиля типа ПП по ГОСТ 2424-83 устанавливают на валу 10 под углом α к плоскости, перпендикулярной оси его вращения. При этом в шлифовальных кругах предварительно растачивают центральное отверстие под углом α. Шлифовальный круг 2 подобной конструкции устанавливают на полом валу 13 так, что внутренний торец второго круга располагают под углом 2α к внутреннему торцу первого, а зоны резания этих кругов осциллируют в противофазе (фиг.3). Благодаря такой конструкции и установки кругов зоны резания двух инструментов будут осциллировать в противофазе вдоль оси при равной частоте вращения инструментов в противоположных направлениях вращения.

В результате осцилляции зоны резания и противоположной направленности вращения кругов гарантируется бесприжоговость обработки, снижение теплонапряженности процесса, улучшение качества обрабатываемой поверхности, что позволяет интенсифицировать обработку шлифованием.

Кроме того, повышается эффективность абразивной обработки благодаря знакопеременным деформациям срезаемого слоя заготовки за счет автоматического изменения направления вращения абразивных зерен шлифовальных кругов.

Последующий шлифовальный круг, идущий за предыдущим, автоматически создает знакопеременные деформации сдвига в поверхностном слое заготовки и постоянно осуществляет резание против направления векторов текстуры срезаемого слоя предыдущим кругом. В результате уменьшается сила резания и появляется возможность повышения производительности.

Расположение шлифовальных кругов под углом 2α друг к другу позволяет взаимно уничтожить осевые силы Р_х, возникающие при набегании осциллирующих торцов на припуск заготовки (фиг.3). Это снижает вибрации, делает процесс виброустойчивым, повышает качество обрабатываемой поверхности, уменьшает величину шероховатости.

Установку шлифовальных кругов под углом 2α друг к другу можно осуществить, например, с помощью специальных шайб (не показаны) со скошенными под углом α торцами, по две штуки с каждого торца круга.

Две шайбы с каждого торца позволяют плавно регулировать угол наклона кругов путем проворота их относительно друг друга.

Пример. На модернизированном плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом мод. 3 Б722 шлифуется плоская поверхность планки шириной В=110 мм и длиной 1=280 мм; высота планки h₁=20_-0,03 мм. Шероховатость поверхности R_a= 0,63 мкм. Припуск на сторону h=0,3 мм. Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердостью HRC 45. Заготовка установлена и закреплена на магнитном столе станка.

Способ реализуется на модернизированном плоскошлифовальном станке с дополнительным приводом и измененным шпиндельным узлом.

1. Выбираем шлифовальный круг - ПП 24А16ПСМ27К1 А 35 м/с. У станка мод. 3 Б722 D_к=450 мм; ширину (высоту) принимаем В_к=20 мм. Угол наклона шлифовальных кругов принимаем из расчета tqα = B_к/D_к = 20/450 = 0,444, α = 2,545°. Круги устанавливаем (фиг.3) под углом α = 2,545° к плоскости, перпендикулярной оси вращения, так что внутренний торец, обращенный ко второму кругу, одного круга располагаем под углом 2α = 5°5ʹ24ʺ к внутреннему торцу другого, а зоны резания этих кругов осциллируют в противофазе со смещением вдоль оси на величину L=5 мм, кроме того, кругам сообщают равную частоту вращения.

Таким образом, ширина шлифуемой поверхности, захватываемой при одном проходе двумя кругами, установленными под углом 2α = 5°5ʹ24ʺ на расстоянии L=5 мм, равна 85 мм.

2. Скорость шлифовальных кругов при n_к=1450 об/мин - v_к=34,3 м/с.

3. Скорость движения детали (скорость продольного перемещения стола) v_д= 20 м/мин (0,33 м/с).

4. Глубина шлифования (вертикальная подача круга) t=0,01 мм (на реверс шлифовальной бабки).

5. Поперечная подача принималась в долях ширины круга s_д=0,25. Тогда s= 0,25•85=21,25 мм/ход стола.

6. Машинное время Т_м= НLhК/(1000 v_дstm)= 200•295•0,3•1,4/ (1000•20•21,25•0,01•1)= 5,83 мин, где Н=110+85+5=200 мм; L=280+15=295 мм; К=1,4 (выхаживание).

Хотя обработка проводилась при повышенной производительности (при традиционном шлифовании кругом высотой 63 мм требуется Т_м=7,7 мин) съема металла, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.

Таким образом, особенностью предлагаемого способа плоского шлифования является совмещение осцилляции зоны шлифования, улучшающей тепловой баланс инструмента и заготовки, повышающей его стойкость и уменьшающей засаливаемость, с обеспечением знакопеременных деформаций сдвига в поверхностном слое и осуществлению резания против направления текстуры срезаемого слоя, которые расширяют технологические возможности, обеспечивают повышение производительности обработки при сохранении качества изделия, снижают энергозатраты на единицу объема снимаемого металла.

Осцилляция зон резания шлифовальных кругов, которая осуществляется в противофазе, в еще большей степени способствует снижению температуры шлифования. За счет интервалов разрыва процесса для некоторых поперечных сечений заготовки и при удалении зон резания кругов удается заметно снизить температуру в зоне резания и избежать появление прижогов и других дефектов шлифования.

Увеличенная зона резания, захватываемая при одном проходе, способствует снижению расхода абразива.

Способ обеспечивает свободный подвод смазывающе-охлаждающей жидкости в зону обработки, что также повышает производительность шлифования.

Источники информации 1. Костин Н. В., Костин А.Н. Автоматизированное обеспечение знакопеременных деформаций в срезаемом слое при шлифовании. // Станки и инструменты. - 1990. - 5. - С. 19-20.

2. А. с. СССР 1796414, МКИ В 24 В 1/00, опубл. 23.02.93. Бюл. 7 -прототип.

Формула изобретения

Способ плоского шлифования, включающий сообщение двум шлифовальным кругам прямого профиля, установленным на коаксиальных валах, вращения в противоположных направлениях и движения подачи, а заготовке - возвратно-поступательного перемещения относительно кругов, отличающийся тем, что круги вращают с равной частотой вращения и устанавливают под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, из условия расположения внутренних торцов кругов под углом 2α друг к другу и осцилляции их зоны резания в противофазе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3