Способ шлифования

 

Использование при шлифовании тел вращения, например, деталей типа валов, преимущественно методом врезания. Способ позволяет повысить производительность обработки. Сущность изобретения: способ шлифования заключается в том, что свободное перемещение детали создают на этапах чернового и чистового шлифования, причем перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифованных кругов на такое расстояние, чтобы выполнялось условие B = 2π/N₁, где N₁ - номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы; В угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных углов. В процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении таким образом, чтобы выполнялось условие B = 2π/N₂ для оставшейся гармонической составляющей, где N₂ номер оставшейся гармонической составляющей погрешности. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в металлообработке при шлифовании тел вращения, преимущественно валов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ шлифования, при котором деталь устанавливают в центра, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно двумя кругами с двух сторон.

Недостатком способа является недостаточно высокая производительность, вызванная тем, что на этапе врезания, когда центра зафиксированы от перемещений, одновременное шлифование двумя кругами затруднено из-за различного износа каждого из кругов, а преимущественное шлифование одним кругом приводит к ухудшению качества поверхности, что вынуждает снижать подачу либо повышать припуск на чистовое шлифование.

Задачей изобретения является создание способа шлифования свободного от перечисленных недостатков.

Сущность изобретения заключается в способе шлифования, при котором деталь устанавливают в центра, имеющие возможность свободно перемещаться в направлении поперечной подачи на этапах чернового и чистового шлифования, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно двумя кругами с двух сторон, причем перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругах на такое расстояние, чтобы выполнялось условие B 2 π/N₁, где N₁ номер доминирующей гармонической составляющей погрешности; В угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов. В процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении таким образом, чтобы для оставшейся гармонической составляющей погрешности выполнялось условие В 2 π/N₂, где N₂ номер оставшейся гармонической составляющей.

Технический результат изобретения заключается в повышении производительность процесса обработки за счет снижения времени шлифования.

На чертеже представлена схема устройства для реализации метода.

Сущность способа заключается в следующем.

Обрабатываемую деталь 1 с известным поперечным профилем, представленным в виде гармонического ряда Фурье r(ϕ)= +A_пsin(N_ϕ+ϕ_o), устанавливают в центра 2, расположенные в кронштейнах 3 относительно линии центров шлифовальных кругов таким образом, чтобы выступы профиля, соответствующие доминирующей погрешности (имеющей наибольшую амплитуду Ап), находились в контакте одновременно с обоими шлифовальными кругами 4 и 5. Такое расположение детали определяется по зависимости: B где N число вершин определенной гармоники, т.е. при известной доминирующей гармонике определяется угол наладки В.

Согласно работе (Гурин Ф.В. и др. Технология автотракторостроения. М. Машиностроение, 1981) для оценки геометрической точности достаточно определить и учесть шесть первых гармоник.

Очевидно, что четные гармоники эффективно исправляются при расположении обрабатываемой детали на линии центров шлифовальных кругов, а нечетные гармоники при следующих значениях В: N 5 при В 72^о; N 3 при В 120^о; N 1 при В 360^о.

Затем обрабатываемую деталь 1 приводят во вращение автономным приводом (на чертеже не показан), подводят два шлифовальных круга 4 и 5 и шлифуют деталь методом врезания. Благодаря установке детали в положение, соответствующее наиболее интенсивному исправлению определенной гармоники, эта гармоника исправляется наиболее быстро. После исправления доминирующей погрешности до требуемой величины включают двигатель 6 и посредством ходового винта 7 изменяют положение стола 8 с установленным на нем кронштейном 3 до такого положения обрабатываемой детали относительно шлифовальных кругов, при котором угол наладки В принимает значение, обеспечивающее наибольшую интенсивность исправления оставшейся погрешности.

Момент времени, при котором необходимо изменить положение обрабатываемой заготовки относительно линии центров кругов, наступает после сошлифования припуска, равного амплитуде доминирующей гармоники, и определяется прибором активного контроля 9, по лимбу станка или каким-либо другим способом.

Одновременно с доминирующей составляющей исправляются и другие гармоники, но с меньшей интенсивностью. В связи с этим желательно знать оставшуюся погрешность каждой гармоники к моменту необходимости изменения положения детали относительно кругов. Это позволит сократить время обpаботки за счет уменьшения припуска на исправление погрешности. Для определения остаточной погрешности необходимо рассмотреть закономерности процесса исправления различных гармоник. Исправление погрешностей взаимосвязано с особенностями двустороннего шлифования в подвижных центрах, а именно с условием одновременного контакта двух кругов с обрабатываемой деталью. Это условие состоит в соответствии суммы радиусов r₁ и r₂ (фиг. 1) в направлении осей кругов определенному расстоянию между кругами. При рассмотрении каждой гармоники в отдельности радиусы r₁ и r₂ изменяются по одному гармоническому закону со смещением на угол В.

r₁=+A_пcosN_ϕ r₂=+A_пcosN(ϕ+β) Сумма радиусов r_s=r₁+r₂=2+A_scos(N_ϕ+B_s) A_s и B_s параметры суммарной функции.

Таким образом, получена закономерность изменения профиля детали относительно двух шлифовальных кругов. Она позволяет определить закономерности изменения формы детали в процессе шлифования. Чем больше величина суммарной амплитуды A_s по отношению к исходной A_п, тем более интенсивно исправляется погрешность.

Отношение A_s/A_п обозначим Са и подставив вместо A_s его выражение A_s=A получим: Ca= (1)
Для определения угла наладки В, при котором величина уточнения максимальна и исправление погрешности также максимально, необходимо продифференцировать функцию Са f(B) и, приравняв результат к нулю, выразить В.

0 откуда
B
Таким образом получена зависимость угла наладки В от составляющей погрешности N, при которой интенсивность исправления погрешности N-гармоники максимальна.

Прошлифовав заготовку с доминирующей погрешностью N₁ на наладке В₁, до требуемой величины, изменяем наладку, перемещая заготовку вертикально до получения угла В₂, оптимального для исправления оставшейся погрешности N₂.

Время обработки τ погрешности N определяется по зависимости
τ (2) где Δ N величина погрешности N (амплитуда гармоники N), мм;
t_м радиальная подача при шлифовании, мм/мин;
Са коэффциент (характеристика) исправления погрешности.

Поскольку одновременно с доминирующей погрешностью исправляются и другие гармоники, но с меньшей интенсивностью, необходимо определить время исправления или остаточную погрешность для указанных гармоник.

Для этого также используют формулу (2) или формулу
ΔN_ост= ΔN₂-t_м˙τ˙ Ca₂, где Δ N_ост оставшаяся погрешность после шлифования за время τ, мм;
Δ N₂ исходная погрешность N₂ гармоники, мм;
τ время шлифования, мм;
Са₂ коэффициент интенсивности исправления.

Коэффициент Са₂ определяется по формуле (1), его значение не будет максимальным, так как для гармоники N₂ наладка с углом В₁ не оптимальна.

Для простоты определения коэффициента Са удобно пользоваться графиком (фиг. 2), построенным для различных гармоник N 1.6 и углов В 90.180^о. Из указанного графика видно, что для углов, близких к оптимальным В В_опт ± 5^о величина Са изменяется незначительно, что упрощает наладку и делает ее более технологичной.

Характеристику интенсивного исправления погрешностей Са проиллюстрируем примером.

При В 180^о (т.е. при расположении детали на линии центров шлифовальных кругов) погрешность детали, имеющая форму трехвершинной огранки (N 3) и, следовательно, характеристику Са 0 исправляется крайне затруднительно, а овальность (N 2) исправляется наиболее интенсивно, при этом характеристика Са 2 максимальна.

Для определения остаточной погрешности используется формула:
Δ_ост=ΔN-t_м˙τ˙ Са, где Δ N величина исходной погрешности N-вершинной огранки, мм;
t_м радиальная подача каждого шлифовального круга, мм/мин;
τ время шлифования мин.

П р и м е р. Гармоническим анализом установлено, что обрабатываемая деталь имеет доминирующую погрешность овальность (N 2) величиной Δ₂ 0,4 мм; следующие по величине погрешности трехвершинная огранка (N 3) Δ₃ 0,3 мм и пятивершинная огранка (N 5) Δ_s 0,2 мм. Радиальная подача t_м 1 мм/мин.

Первый вариант обработки.

Шлифование начинается при установке детали на линии центров кругов В 180^о, при этом Са₂ 2,0; Са₃ 0; Сa_s 0.

Для исправления овальности деталь необходимо прошлифовать в течение 0,2 мин, тогда:
Δ_ост2 0,4 1 ˙ 0,2 ˙ 2,0 0 мм
Δ_ост3 0,3 1. 0,2 ˙ 2,0 ˙ 0 0,3 мм
Δ_ост5 0,2 1 ˙ 0,2 ˙ 2,0 ˙ 0 0,2 мм
После 0,2 мин шлифования изменяют положение обрабатываемой детали относительно линии центров кругов до значения В 120^о, при котором Са_s 2,0; Са₅ 1,0.

Для исправления трехгранки необходимо время τ 0,15 мин. Тогда
Δ_ост3 0,3 1 x 0,15 x 2,0 0 мм
Δ_остs 0,2 1 x 0,15 x 1,0 0,05 мм
Остаточную погрешность пятивершинной огранки исправляют при В 145^о в течении 0,025 мин, либо при В 120^о в течении 0,05 мин. Таким образом, общее время шлифования составляет
τ 0,2 + 0,15 + 0,025 0,375 мин
Следует отметить, что с целью обеспечения постоянной радиальной подачи на деталь при изменении положения детали относительно кругов, скорость линейного перемещения шлифовальных кругов необходимо корректировать, увеличивая скорость бабок при уменьшении угла В и уменьшая скорость при увеличении В.

Необходимо стремиться к минимальному времени обработки радиальной подачи на деталь при изменении положения детали относительно кругов, скорость линейного перемещения шлифовальных кругов необходимо корректировать, увеличивая скорость бабок при уменьшении угла В и уменьшая скорость при увеличении В.

Необходимо стремиться к минимальному времени обработки и, по-возможности, к минимальному количеству перемещений детали относительно кругов.

При тех же исходных данных рассмотрим второй вариант обработки.

Шлифование начинается при В 145^о, при этом Са₂ 1,7; Са₃ 1,7; Са₅ 2,0.

Для исправления овальности необходимо время:
τ₂ 0,24 мин
для исправления трехгранки:
τ₃ 0,18 мин
для исправления пятигранки:
τ₃ 0,1 мин
Таким образом за время τ 0,24 мин будут исправлены все доминирующие составляющие, причем для этого потребуется меньше времени, чем в предыдущем примере, кроме того, здесь отсутствует необходимость перемещения детали в процессе обработки, так как время исправления овальности перекрывает время исправления других гармоник, что является частным случаем.

В практике традиционного бесцентрового шлифования в качестве параметра наладки устанавливают расстояние между осью детали и линией центров шлифовальных кругов.

Высота установки детали зависит от диаметров кругов и детали таким образом, что при одинаковых углах В и различных диаметрах кругов и детали высота установки будет различной, поэтому при двустороннем шлифовании для расчетов удобно пользоваться параметром В.

Для пересчета расстояния от линии центров кругов Н и угла наладки В можно воспользоваться зависимостью:
B=arccos где D диаметры кругов;
d диаметр обрабатываемой детали.

Таким образом использование предлагаемого способа обеспечивает повышение производительности процесса шлифования.

Формула изобретения

СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ, включающий этапы чернового и чистового шлифования, при котором деталь устанавливают в центра, имеющие возможность на этапе чистового шлифования свободно перемещаться в направлении поперечной подачи, приводят во вращение от автономного привода и шлифуют одновременно кругами с двух сторон, отличающийся тем, что свободное перемещение детали создают на этапах и чернового, и чистового шлифования, при этом перед обработкой деталь устанавливают относительно линии центров шлифовальных кругов на расстояние B = 2π/N₁, где N₁ номер доминирующей гармонической составляющей погрешности формы, B угол между продольной осью заготовки и продольными осями шлифовальных кругов, а в процессе чернового шлифования после исправления доминирующей погрешности деталь перемещают в вертикальном направлении так, чтобы для оставшейся гармонической составляющей выполнялось условие B = 2π/N₂, где N₂ номер оставшейся гармонической погрешности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2