Обработка заготовок на шлифовальных станках

С помощью шлифования можно производить чистовую и отделочную обработку заготовок с высокой точностью. Обрабатывать можно заготовки из самых разнообразных материалов, а для заготовок из закаленных сталей шлифование является одним из наиболее распространенных методов формообразования.

Шлифованием называют обработку резанием с помощью инструмента, состоящего из множества абразивных зерен и совершающего с высокой скоростью главное движение резания. Абразивные зерна расположены в шлифовальном круге беспорядочно и их удерживает связующий материал. При вращательном движении круга в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезает материал. С заготовки удаляется очень большое число тонких стружек. Обработанная поверхность, представляющая собой совокупность микро-следов абразивных зерен, имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так, что не режет, а производит работу трения по поверхности резания.

В зоне резания выделяется большое количество теплоты. Мелкие частицы обрабатываемого материала, сгорая, либо образуют искры, либо оплавляются. Абразивные зерна могут также осуществлять поверхностное пластическое деформирование заготовки, его кристаллическая решетка искажается. Деформирующая сила вызывает сдвиги одного слоя атомов относительно другого. Вследствие упругопластического деформирования материала возникает наклеп обработанной поверхности. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработке лезвийным инструментом. Тепловое и силовое воздействие на обработанную поверхность приводит к структурным превращениям, изменениям физико-механических свойств поверхностных слоев материала обрабатываемой заготовки. Так образуется дефектный поверхностный слой детали. Для уменьшения тепловых эффектов шлифование производят при обильной подаче смазывающе-охлаждающей технологической среды. Применяют шлифование кругами, на рабочей поверхности которых располагаются канавки, что снижает тепловое воздействие на обрабаты­ваемую поверхность.

Для формообразования поверхностей необходимо иметь вращательное движение круга и относительное движение подачи заготовки вдоль одной или нескольких координатных осей.

 

Основные типы станков

 

Детали машин представляют собой сочетание наружных и внутренних плоских, круговых и цилиндрических и круговых конических поверхностей. Наибольшее распространение для их обработки шлифованием получили кругло-шлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные, бесцентрово-шлифовальные, заточные, а также специализированные станки. Для всех станков главное движение резания обеспечивается вращением шлифовального круга со скоростью V. Повышение скорости главного движения резания способствует уменьшению шероховатости поверхности и повышению стойкости шлифовального круга. Кругло-шлифовальные станки (рис.72) можно разделить на простые, универсальные и врезные. Универсальные станки имеют поворотную переднюю 3, шлифовальную 4 и заднюю 5 бабки. Бабки 3 и 4 можно повернуть на определенный угол вокруг вертикальной оси и закрепить для последующей работы. Простые станки снабжают неповоротными бабками. У врезных станков отсутствует продольное движение подачи стола, а шлифование ведется по всей длине заготовки широким шлифовальным кругом с поперечным движением подачи.

Для перемещения узлов кругло-шлифовальных станков широко используют гидравлические устройства. Возвратно-поступательное перемещение стола 2 по станине 1 производится с помощью гидроцилиндра и поршня. Управление ими происходит с помощью устройств, которые переключаются упорами стола в его крайних положениях. Гидравлические механизмы используют также для периодического перемещения шлифовальной бабки. Применение таких механизмов обеспечивает бесступенчатое регулирование движения подачи.

Вращение шлифовального круга обеспечивается парой шкивов и клиновым ремнем. Вместе с тем кругло-шлифовальные станки могут иметь бесступенчатое регулирование частоты, вращения шпинделя круга. Станки имеют высокую степень автоматизации. Так, автоматически производятся движения подачи стола, шлифовального круга (за каждый одинарный ход стола), правка круга и компенсация его износа, изменение скорости отвода и подвода шлифовальной бабки.

Рис. 72. Круглошлифовальный станок

 

Оснащение шлифовальных станков системами программного управления дает возможность создавать разнообразные вариации технологических параметров во время обработки. Так, один из циклов обработки на кругло-шлифовальном станке состоит из следующих этапов; установки заготовки, пуска станка, быстрого подвода круга, замедленного подвода круга до соприкосновения с заготовкой, врезания круга, установившегося съема металла, чистового шлифования, отвода круга, снятия заготовки. Последовательность этапов может быть легко изменена. Подача элементов станков осуществляется с помощью шаговых двигателей. Движение круговой подачи заготовки происходит с помощью специального электродвигателя с бесступенчатым регулированием благодаря изменению электрического сопротивления.

На кругло-шлифовальных станках, входящих в гибкую производственную систему, загрузка заготовок и транспортирование деталей производятся с помощью управляемых по программе тележек и роботов.

 

 

Рис. 73. Плоскошлифовальный станок с прямоугольным столом

 

Шлифование плоских поверхностей на плоскошлифовальных станках с прямоугольным столом (рис. 71) производится периферией круга. Движение подачи производится в крайних положениях стола 5. Продольное (возвратно-поступательное) движение стола по станине 1 осуществляется с помощью гидравлического устройства (привод 2), состоящего из поршня, цилиндров и органов управления. Шлифовальная бабка 3 перемещается по направляющим стойки 4.

Закрепление заготовок на шлифовальных станках зависит от метода шлифования. На кругло-шлифовальных станках, заготовки шлифуют в центрах, расположенных на передней и задней бабках. Для повышения точности обработки центры не вращаются. Круговое движение подачи заготовки обеспечивает поводковое устройство, приводимое во вращение планшайбой. Возможно также консольное закрепление заготовок в кулачковых патронах. При шлифовании заготовок малой жесткости применяют люнеты. На плоскошлифовальных станках заготовки закрепляют с помощью магнитных плит, а также в зажимных приспособлениях. Возможно закрепление как одной, так и одновременно нескольких заготовок. Заготовки размещают на столах, затем подают ток и они притягиваются к магнитной плите. Станки снабжают специальными устройствами для правки круга после его затупления, а также приспособлениями для уравновешивания круга.

 

Схемы обработки

 

На кругло-шлифовальных станках наибольшее распространение получило шлифование в центрах. Круглое шлифование (рис. 74) производится при вращательном главном движении резания круга и круговом движении подачи заготовки.

При шлифовании с продольным движением подачи (рис. 74, а) заготовка вращается равномерно и совершает возвратно-поступательное движение. В конце хода заготовки шлифовальный круг перемещается на расстояние, численно равное 5_П, и при следующем ходе срезается слой металла определенной глубины. Шлифование продолжается до тех пор, пока не будет достигнут необходимый размер. Если необходимо шлифовать другой участок заготовки (ступенчатый вал), то положения шлифовальной бабки и стола изменяются благодаря системе управления. Следующая ступень вала шлифуется аналогично – предыдущей.

 

 

Рис. 74. Схема круглого шлифования

 

Для повышения производительности шлифования станки оснащают специальными быстродействующими по­водковыми устройствами, а также автоматическими измерительными устройствами, которые прекращают шлифование при достижении необходимого размера. Наконечники измерительных устройств контактируют с обрабатываемой поверхностью и подают сигнал на выключение движения подачи, что исключает появление брака.

Высокой производительностью характеризуется врезное шлифование, применяемое при обработке жестких заготовок в тех случаях, когда ширина шлифуемого участка меньше ширины шлифовального круга (рис. 74, б).Круг перемещается с постоянным движением подачи до достижения необходимого размера поверхности. Этот метод также используют в тех случаях, когда необходимо шлифовать фасонные поверхности и кольцевые канавки. Программное управление врезным шлифованием позволяет изменять поперечную подачу так, что при черновой обработке удаляется основной объем материала, а при чистовой достигается заданное качество поверхностного слоя.

Глубинное шлифование позволяет за один рабочий ход снять слой материала на всю необходимую глубину. На шлифовальном круге имеется конический участок длиной 8÷12 мм ( рис. 7 4, б). В ходе шлифования конический участок удаляет основную часть срезаемого слоя, а цилиндрический участок защищает обработанную поверхность. Поперечное движение подачи отсутствует. Конструкция заготовки должна быть такой, чтобы было возможно шлифование данным методом.

Шлифование уступами представляет собой сочетание методов, схемы которых показаны на рис.74, а и б. Шлифование состоит из двух этапов (рис. 74, г).На первом этапе производят шлифование врезанием с движением подачи, периодически передвигая стол на 0,8÷0,9 шириныкруга. На втором этапе делают несколько ходов с продольным движением подачи для зачистки поверхности при выключенной подаче. Станки для шлифования уступами также можно снабжать программным управлением, обеспечивающим передвижение круга на первом этапе и, далее, переход на шлифование с заданной продольной подачей.

Для обеспечения правильного взаимного расположения цилиндрических и плоских (торцовых) поверхностей детали шлифовальный круг специально заправляют ( рис .7 4, д) и поворачивают на определенный угол. Шлифование производят коническими участками круга. Схема обработки цилиндрической поверхности аналогична схеме, изображенной на рис. 74, а,при этом осуществляется периодическое движение подачи на глубину резания. Обработка торцовой поверхности производится с движением подачи при плавном подводе вручную заготовки к кругу или с помощью программного устройства.

Шлифование наружных конических поверхностей производят по двум основным схемам. При обработке заготовок в центрах верхнюю часть стола поворачивают вместе с центрами на необходимый угол так, что положение образующей конической поверхности совпадает с направлением продольного движения подачи. Далее шлифование конических поверхностей производится как при обработке цилиндрических поверхностей. При консольном закреплении заготовок передняя бабка поворачивается на половину угла конуса и в таком положении фиксируется. Образующая конической поверхности также совпадает с направлением продольного движения подачи.

Внутреннее шлифование (рис. 75, а) применяют для получения отверстий высокой точности с малой шероховатостью поверхности в заготовках, как правило, прошедших термическую обработку. Можно шлифовать сквозные, глухие, конические и фасонные отверстия. Диаметр шлифовального круга составляет 0,7÷0,9 диаметра шлифуемого отверстия; чем меньше диаметр круга, тем больше его частота вращения.

Компоновка внутришлифовальных станков аналогична компоновке кругло-шлифовальных станков, однако у них отсутствует задняя бабка. Инструмент расположен на консольном шпинделе шлифовальной бабки, которая установлена на столе, совершающем возвратно-поступательное продольное перемещение. Производительность шлифования снижается из-за работы с малыми подачами и глубинами резания консольно-расположенного круга. Основную схему внутреннего шлифования можно реализовать двумя методами.

При шлифовании первым методом заготовки часто закрепляют в трехкулачковом патроне (рис. 75, а).Если наружная поверхность заготовки несимметрична относительно оси отверстия, применяют четырехкулачковые патроны или зажимные приспособления.

 

 

Рис. 75. Схема внутреннего шлифования

 

Назначение движений при обработке на внутришлифовальных станках такое же, как при обработке на кругло-шлифовальных, что позволяет шлифовать отверстия на всю длину либо часть их длины, когда необходимо обработать лишь определенные участки. На внутришлифовальных станках обрабатывают также внутренние торцовые поверхности. Внутренние фасонные поверхности шлифуют специально заправленным кругом методом врезания. Так можно получать фасонные кольцевые канавки различной формы. Внутренние конические поверхности шлифуют, поворачивая переднюю бабку так, чтобы образующая конуса расположилась вдоль направления продольного движения подачи. Сочетание различных поверхностей образует отверстия сложных конфигураций.

Заготовки больших размеров и массы шлифовать описанными выше методами нерационально. В этих случаях применяют второй метод – планетарное шлифование (рис.75, б), при котором заготовку неподвижно закрепляют на столе станка.

 

Бесцентровое шлифование

 

Существенно повысить производительность обработки вследствие ужесточения режима резания и автоматизации станков позволяет бесцентровое шлифование. При обработке заготовку не закрепляют. Для шлифования заготовок типа валов не требуется центровых отверстий. На бесцентрово-шлифовальном станке одновременно работают шлифующий и ведущий круги. Заготовку кладут на нож, и он одновременно контактирует с обоими кругами. Каждый из кругов периодически подвергают правке с помощью специальных механизмов.

При шлифовании по схеме, показанной на рис. 76, а, заготовку 2 устанавливают на нож 3 между рабочим кругом 4 и ведущим 1, которые вращаются в одном направлении, но с разными скоростями. Трение между ведущим кругом и заготовкой больше, чем между заготовкой и рабочим кругом. Вследствие этого заготовка вращается со скоростью, близкой к окружной скорости ведущего круга. Перед шлифованием ведущий круг устанавливают наклонно под углом 1÷7⁰ к оси вращения заготовки. Вектор скорости при движении этого круга можно разложить на составляющие. При этом происходит движение продольной подачи, заготовка перемещается по ножу вдоль оси и может быть отшлифована по всей длине. Чем больше угол, тем больше подача. После окончательного шлифования первой заготовки могут быть положены на нож для шлифования поочередно все оставшиеся заготовки. Такие станки легко автоматизировать, уста­новив наклонный лоток, по которому заготовки будут сползать на нож, подвергаться шлифованию и падать в тару.

 

 

Рис. 76. Схема бесцентрового шлифования

 

 

Если шлифуют заготовки с уступами (рис.74, б), то бабку ведущего круга не поворачивают; она перемещается по направляющим станины с движением подачи до определенного положения (упора). При этом используют метод врезания. Перед шлифованием ведущий круг отводят в сторону, заготовку кладут на нож и затем поджимают ее ведущим кругом. Обработку проводят с поперечным движением подачи до тех пор, пока не будет получен необходимый размер детали.

 

Глава 16