Способ плоского шлифования

 

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано при шлифовании труднообрабатываемых материалов, в частности, на плоскошлифовальных 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, а заготовке - возвратно-поступательного перемещения относительно кругов. Один из последних устанавливают на валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, для осцилляции рабочей поверхности круга. В этом круге возбуждают осевые вибрации, зависимые от параметра α, для чего его устанавливают на валу подвижно в осевом направлении с помощью гофрированного фланца. Использование изобретения 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 не эффективен 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-поступательное перемещение относительно кругов, при этом шлифовальные круги вращают с равной частотой вращения, а один из них устанавливают на валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, для осцилляции рабочей поверхности круга и возбуждают в упомянутом круге осевые вибрации, зависимые от величины упомянутого угла α посредством установки его на валу подвижно в осевом направлении с помощью гофрированного фланца.

Сущность предлагаемого способа плоского шлифования поясняется чертежами.

На фиг.1 показан пример реализации предложенного способа на плоскошлифовальном станке; 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 с наладкой, показанной на фиг.3, осуществляют следующим образом.

Шлифовальный круг 1 берут прямого профиля типа ПП (ГОСТ 2424-83) и устанавливают на шпинделе 10 под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, предварительно расточив центральное отверстие в шлифовальном круге под углом (90°-α) к торцам.

Кроме того, круг устанавливают подвижно в осевом направлении с помощью гофрированного фланца 18, который позволяет возбуждать осевые колебания. Благодаря действию попеременно возникающей с каждого торца дополнительной осевой силы Р_х (фиг.3) при набегании торца круга на снимаемый припуск гофрированный фланец 18 дает возможность смещаться в осевом направлении шлифовальному кругу.

Таким образом, наклонный шлифовальный крут, подвижно установленный с помощью гофрированного фланца, и пульсирующая осевая сила, возникающая попеременно с торцов круга, создают условия, позволяющие возбуждать осевые колебания - вибрации, зависящие от параметра α. Параметрические осевые вибрационные колебания, частота которых равна частоте вращения круга, накладываемые на первый шлифовальный круг, улучшают шероховатость обрабатываемой поверхности, уменьшают силу, необходимую на резание, и благоприятно воздействуют на процесс шлифования.

Шлифовальный круг 2 устанавливают на полом валу 13 традиционно (фиг.3). Благодаря такой конструкции и установке первого круга зона резания его будет осциллировать вдоль оси с наложением параметрических вибраций при равной частоте вращения инструментов в противоположных направлениях.

В результате осцилляции зоны резания с наложением параметрических вибраций и противоположной направленности вращения кругов гарантируется бесприжоговость обработки, улучшение качества обрабатываемой поверхности, что позволяет интенсифицировать процесс шлифования.

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.

Предлагаемый способ плоского шлифования особенно эффективен при глубинном шлифовании, когда впереди идущий круг, установленный под углом, снимает основную величину припуска с использованием эффекта осцилляции с наложением параметрических вибраций, а второй - калибрует, зачищает и окончательно профилирует обрабатываемую поверхность.

Пример. На модернизированном плоскошлифовальном станке с прямоугольным столом мод. 3Б722 шлифуется плоская поверхность каретки шириной В=110 мм и длиной 1=280 мм; высота каретки h₁=20_-0,03мм. Шероховатость поверхности R_a= 0,63 мкм.

Припуск на сторону h=0,3 мм.

Материал заготовки - сталь 45, закаленная, твердостью HRC 45.

На магнитном столе станка установлено шесть заготовок (в два ряда, по три заготовки в каждом).

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

1. Выбираем шлифовальный круг - ПП24А16ПСМ27К1А 35 м/с. У станка мод. 3Б722 D_к=450 мм ширину (высоту) принимаем В_к=30 мм.

Угол наклона первого шлифовального круга принимаем из расчета величины амплитуды осцилляции, равной половине высоты круга, т.е. 15 мм. Тогда tgα = 0,5B_к/D_к = 15/450 = 0,0333, α = 1°54'36". Первый круг устанавливаем (фиг.3) под углом α = 1°54'36" к плоскости, перпендикулярной оси вращения, со смещением вдоль оси на величину не менее 5 мм.

Таким образом, ширина шлифуемой поверхности, захватываемой при одном проходе, двумя кругами, установленными под углом α = 1°54'36" на расстоянии 5 мм, равна 80 мм.

2. Скорость шлифовального круга при n_к=1450 об/мин - v_k=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•80=20 мм/ход стола.

6. Машинное время Т_м= НLhК/(1000 v_дstm)= 305•855•0,3•1,4/(1000•20•20•0,01•6)= 4,56 мин, где Н=2•110+80+5=305 мм; L=3•280+15=855 мм; m=6 заг. К=1,4 (выхаживание).

Хотя обработка проводилась при повышенной производительности (при традиционном шлифовании кругом высотой 63 мм требуется Т_м=7,84 мин) съема металла, появление прижогов на обработанных поверхностях зафиксировано не было.

Таким образом, особенностью предлагаемого способа плоского шлифования является совмещение осцилляции зоны шлифования с наложением на нее параметрических вибраций, что улучшает тепловой баланс инструмента и заготовки, повышает его стойкость и уменьшает силы резания и засаливаемость. Способ обеспечивает знакопеременные деформации сдвига в поверхностном слое и осуществление резания против направления текстуры срезаемого слоя, что расширяет технологические возможности, обеспечивает повышение производительности обработки при сохранении качества изделия, снижает энергозатраты на единицу объема снимаемого металла.

Предлагаемый способ эффективен и обеспечивает возможность повышения интенсивности обработки и получение повышенного качества при шлифовании высокопрочных материалов и металлов с напыленными износостойкими покрытиями на основе оксидов, карбидов, нитридов и боридов.

Способ обеспечивает экономию абразивного материала и свободный подвод смазывающе-охлаждающей жидкости (например, дополнительно между кругами) в зону обработки, что также повышает производительность шлифования.

Литература 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, Опуб. 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 шлифовальные круги вращают с равной частотой вращения, а один из них устанавливают на валу под углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, для осцилляции рабочей поверхности круга и возбуждают в упомянутом круге осевые вибрации, зависимые от величины упомянутого угла α, посредством установки его на валу подвижно в осевом направлении с помощью гофрированного фланца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3