Способ шлифования

 

Использование: при шлифовании связанным абразивом деталей из труднообрабатываемых и других конструкционных материалов, обработка которых сопряжена с необходимостью съема больших припусков. Сущность: способ шлифования включает этапы черновой и чистовой обработки, при этом в качестве абразивного инструмента берут планетарную шлифовальную головку с дробным отношением численных величин угловых скоростей, численные величины которых являются целыми, взаимно простыми числами, режущую поверхность абразивных кругов шлифовальной головки формируют в виде двух участков, предназначенных для черновой и чистовой обработки. Участок для чистовой обработки формируют в виде поверхности, сопрягаемой с поверхностью готового профиля обрабатываемого изделия, а участок для черновой обработки - в виде поверхности, сопрягаемой с плоскостью, расположенной под углом α=arcsin(δ/L) к поверхности готовой детали, при этом скорость подачи детали выбирают по формуле: S=Wкр·m·L·[t]/δ, где d - глубина шлифования, L - длина участка режущей поверхности, предназначенной для черновой обработки, [t] - предельно допустимая величина припуска, снимаемая режущим абразивным зерном за один проход, W_кр - угловая скорость вращения планетарной шлифовальной головки, m - количество абразивных кругов на планетарной шлифовальной головке. 3 ил.

Изобретение относится к шлифованию материалов связанным абразивом и предназначено для использования в машиностроении или станкостроении при обработке деталей, изготавливаемых преимущественно из труднообрабатываемых металлов и сплавов и пр.

Известен способ шлифования плоской поверхности, согласно которому обработку ведут вращающимся сборным инструментом с абразивными кругами, вращающимися вокруг собственных (планетарных) осей, расположенными концентричными рядами, смещенными один относительно другого в осевом направлении (а.с. СССР N 1079408, кл. В 24 В 7/00, 1984 г.).

Основным недостатком известного способа шлифования плоских поверхностей является его низкая производительность, обусловленная тем, что способ не позволяет осуществлять обработку сразу на всю величину снимаемого припуска.

Наиболее близким к заявленному является способ шлифования, при котором в качестве абразивного инструмента берут планетарную шлифовальную головку с дробным отношением численных величин угловых скоростей, численные величины которых являются целыми, взаимно простыми числами (а.с. СССР N 1274906, кл. В 24 В 1/00, 1986 г.).

Недостатком этого способа шлифования является тот факт, что он не позволяет вести обработку сразу на всю (любую) величину снимаемого припуска.

Заявленный способ шлифования направлен на изготовление деталей из труднообрабатываемых и других конструкционных материалов, обработка которых сопряжена с необходимостью съема больших припусков. При этом обеспечивается высокая производительность, качество и точность обработки. Тем самым создаются предпосылки для замены фрезерных операций на шлифовальные.

Согласно изобретению в качестве инструмента берут планетарную шлифовальную головку с дробным отношением численных величин угловых скоростей и с абразивными кругами, имеющими по крайней мере один режущий элемент с участками для чистовой и черновой обработки, при этом участки для чистовой обработки сформированы в виде поверхности, сопрягаемой с поверхностью готовой детали, а участки для черновой обработки в виде поверхности, сопрягаемой с плоскостью, расположенной под углом α=arcsin(δ/L) к поверхности готовой детали, при этом скорость подачи детали выбирают по формуле S=Wкр·m·L·[t]/σ где s глубина шлифования, L длина участка режущей поверхности, предназначенной для черновой обработки, [t] предельно допустимая величина припуска, снимаемая режущим абразивным зерном за один проход, W_кр - угловая скорость вращения планетарной шлифовальной головки, m количество абразивных кругов на планетарной шлифовальной головке.

Решений со сходными признаками в других областях техники заявителем не обнаружено.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа шлифования.

На фиг.2 изображен вид А на рис.1.

На фиг.3 изображена принципиальная схема правки планетарной шлифовальной головки алмазным карандашом.

Устройство для реализации предлагаемого способа шлифования состоит из шпинделя 1, вращаемого двигателем (не показан). На шпинделе 1 жестко закреплено водило 2, несущее на валах 3 абразивные круги 4 головки, на которых выполнены по два режущих сектора (С₁A₁), каждый из которых состоит из участков для чистовой и черновой обработки, и сателлиты 5 с возможностью обкатки последними солнечного колеса 6.

При вращении шпинделя 1 с водилом 2 сателлиты 5, обкатывая солнечное колесо 6, сообщают абразивным кругам 4 головки вращательное движение, состоящее из вращения вокруг оси шпинделя 1 и собственной. При этом в случае отношения радиусов неподвижной и подвижной центроид, равного Р/Q, где Р и Q - целые взаимно простые числа, режущий элемент за один оборот водила 2 совершает в абсолютном движении 1+P/Q оборотов, а через Q оборотов водила 2 целое число оборотов, равное P+Q.

При условии выполнения профиля каждого из режущих секторов С₁A₁ абразивных кругов головки сопрягаемым с профилем АВС шлифуемой поверхности, где АВ профиль участка черновой обработки и ВС профиль участка чистовой обработки (т.е. профиль готовой детали), сориентированы друг относительно друга под углом a=arcsin(σ/L) (см. фиг.2), при каждом обороте водила 2 режущий элемент, планетарно перемещаясь, входит в формообразующий контакт с обрабатываемой поверхностью изделия. Причем кинематикой обусловлено контактирование абразивных кругов головки со шлифуемой поверхностью числом равномерно размещенных на рабочей поверхности секторов, равным Q, с повторяемостью контактирования каждого через каждые Q оборотов водила, т.е. кинематика ПШГ построена таким образом, что каждая точка поверхности каждого режущего сектора абразивных кругов головки, описывает в плоскости вращения ПШГ замкнутую линию, причем на каждом абразивном круге имеется по Q точек, имеющих совершено одинаковую (совпадающую) траекторию.

Выполнение профиля каждого из секторов абразивных режущих элементов сопрягаемым с заданным профилем шлифуемой поверхности может быть достигнуто различными методами. Например, при помощи правки алмазным карандашом, перемещаемым относительно планетарной шлифовальной головки (ПШГ) по траектории I-I-II-II (см. фиг. 3) параллельно (эквидистентно) профилю АВС (см. фиг.2) шлифуемой поверхности, либо врезанием при помощи специального правящего инструмента, имеющего, например, профиль идентичный профилю шлифуемой поверхности АВС, либо каким-нибудь другим методом.

Предлагаемый способ шлифования реализуется следующим образом.

Вначале одним из вышеописанных (или другим) методом осуществляется правка абразивных режущих элементов ПШГ по заданному закону, при котором профиль каждого из режущих секторов приобретает форму, сопрягаемую с профилем шлифуемой поверхности, представляющую из себя два участка, один из которых (участок чистовой обработки) параллелен (или эквидистентен) профилю поверхности готовой детали, а второй (участок черновой обработки) образует с участком чистовой обработки угол α=arcsin(σ/L). При этом численные значения параметров σ и L задаются (или выбираются) из технологических соображений обеспечения точности и качества обработки. После этого на рабочем столе, например, плоско-шлифовального станка, закрепляется в установочном приспособлении обрабатываемое изделие, и ПШГ устанавливается в исходное относительно участка чистовой обработки, формируемая абразивными кругами головки, лежит в плоскости, проходящей через профиль готового изделия, либо эквидистентна ей. После этого включается привод вращения ПШГ и привод, например, продольной подачи рабочего стола плоско-шлифовального станка. При этом, скорость подачи устанавливается в соответствии с соотношением S=Wкр·m·L·[t]/σ где численные значения параметров W_кр и m зависят от конструктивных особенностей ПШГ и станка, а величина [t] может быть определена расчетным путем, например, из нормативно-справочных (или других) материалов (см. например, С. Н.Корчак. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М. "Машиностроение", 1974, 280 с. или Л.Р.Филимонов. Высокоскоростное шлифование. Л. "Машиностроение", Ленинградское отделение, 1979, 248 с. ил.) либо экспериментально.

После включения продольной подачи рабочего стола изделие подается на ПШГ с заданной скоростью и происходит съем заданного припуска за один проход.

В процессе шлифования окрестность точки С готового профиля поверхности обрабатываемого изделия (см. фиг.2) будет формироваться окрестностью точки С₁ каждого участка режущего сектора абразивных кругов головки, предназначенного для чистовой обработки, а окрестность точки В обрабатываемой поверхности будет формироваться окрестностью точки В¹ каждого участка режущего сектора абразивных кругов головки, предназначенного для черновой обработки. Таким образом поверхность изделия между точками С и В профиль готового изделия, будет формироваться участком С₁B¹ каждого режущего сектора абразивных кругов головки, который предназначен для чистовой обработки. Причем таких участков будет по Q на каждом абразивном круге головки, в примере, приведенном на фиг.2, таких участков по два. В¹ - теоретическое место точки сопряжения участка режущего сектора абразивного круга головки, предназначенного для чистовой обработки с участком режущего сектора абразивного круга головки, предназначенного для черновой обработки. Окрестность точки А обрабатываемой поверхности изделия будет формироваться окрестностью точки A¹ поверхности каждого режущего сектора абразивных кругов головки. Участок поверхности обрабатываемого изделия между точками В и А участок черновой обработки, будет представлять из себя наклонную плоскость, расположенную под углом a по отношению к профилю готового изделия, и будет формироваться участком поверхности каждого режущего сектора абразивных кругов головки, расположенного между точками В¹ и A¹ и предназначенного для черновой обработки. Таких участков будет также по Q на каждом режущем элементе.

Выполнение участка режущей поверхности абразивного элемента, предназначенного для черновой обработки, в виде криволинейной поверхности, сопряженной с наклонной плоскостью, расположенной под углом a к касательной в точке пересечения наклонной плоскости с профилем готового изделия (или к вектору скорости продольной подачи) обусловлено прежде всего необходимостью обеспечения равномерности припуска, снимаемого режущими зернами в каждой точке участка черновой обработки при любой глубине d шлифования, например, на порядок и более превышающей глубины шлифования применяемые при маятниковом шлифовании. Величина угла d выбирается из соображений обеспечения максимально возможной скорости продольной подачи S при конкретном значении длины L участка поверхности каждого режущего сектора абразивных кругов головки, предназначенного для черновой обработки. Значение L зависит от расстояния (см. фиг. 3) от оси О_кр вращения ПШГ до плоскости I-I (определяется степенью изношенности абразивных элементов), диаметра окружности, описываемой вокруг режущего элемента, радиуса (расстояние О_крО_пл) планетарного вращения режущего элемента (конструктивный параметр), и от длины участка режущей поверхности абразивного элемента, предназначенного для чистовой обработки (выбирается из условия обеспечения требуемой микрогеометрии обработанной поверхности изделия). Численное значение L может быть определено как расчетным путем с использованием законов элементарной геометрии, так и экспериментально, например, путем замера длины следа, оставляемого режущими элементами на плоской поверхности, совпадающей с плоскостью I-I при врезном касании указанной плоскости либо каким-нибудь другим способом. Поскольку припуск d, снимаемый на проход ПШГ, определяется из технологических соображений и его величина может быть любой (δ≥ 0,1 ... 10 мм) то значения угла α наклона плоскости I-I к вектору продольной подачи S, при котором будет обеспечиваться максимально возможная (для данных условий) производительность, может быть определена из прямоугольного треугольника с гипотенузой L и противолежащим катетом d, т.е. аналитически a=arcsin(δ/L). При выводе формулы для определения значения скорости продольной подачи S авторы руководствовались соображениями обеспечения таких условий работы режущих зерен в зоне чернового участка обработки, при которых толщина стружки, снимаемая каждым режущим зерном за проход, не должна превышать предельно допустимой величины [t] при которой обеспечиваются наиболее благоприятные условия работы абразивного инструмента, с точки зрения его размерной стойкости и износостойкости и прочности. Следовательно, за интервал времени τ,, между двумя последовательными актами съема стружки с одного и того же участка обрабатываемой поверхности, изделие должно переместиться в продольном направлении на такое расстояние Δ,, при котором припуск, снимаемый на черновом участке, не должен превышать величины [t] Аналитически это можно выразить следующим образом: Решая эту систему уравнений относительно S получим формулу для расчета величины скорости продольной подачи изделия: S≅ Wкр·m·L·[t]/δ При поддержании продольной подачи на расчетном уровне припуск, снимаемый каждым режущим зерном участка для черновой обработки, не будет превышать предельно допустимого значения [t] Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемом способе шлифования в зоне черновой обработки обеспечивается и равномерная нагрузка на каждое режущее зерно, и непревышение предельно допустимого значения толщины снимаемой стружки. Все это обеспечивает условия для повышения размерной стойкости абразивного инструмента и производительности обработки.

При круглом шлифовании схема контакта и формирования поверхности в зоне обработки аналогичны.

Формула изобретения

Способ шлифования, при котором детали сообщают движение подачи относительно инструмента, в качестве которого берут планетарную шлифовальную головку с дробным отношением численных величин угловых скоростей, численные величины которых являются целыми взаимно простыми числами, и с абразивными кругами, имеющими по крайней мере один режущий элемент с участками для чистовой и черновой обработки, отличающийся тем, что участки для чистовой обработки на режущих элементах абразивных кругов головки сформированы в виде поверхности, сопрягаемой с поверхностью готовой детали, а участки для черновой обработки в виде поверхности, сопрягаемой с плоскостью, расположенной под углом α = arcsin(δ/L) к поверхности готовой детали, при этом скорость подачи детали выбирают по формуле
S = W_кр·m·L·[t]/δ,
где δ глубина шлифования;
L длина участка режущей поверхности, предназначенной для черновой обработки;
[t] предельно допустимая величина припуска, снимаемая режущим абразивным зерном за один проход;
W_кр угловая скорость вращения планетарной шлифовальной головки;
m количество абразивных кругов на планетарной шлифовальной головке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3