Круглое наружное врезное шлифование в центрах

 

Для круглого наружного врезного шлифования в центрах (рис. 4.1) назначаются следующие параметры режима обработки: скорость шлифования , скорость касательной подачи , скорость радиальной подачи . Назначение этих параметров зависит от конкретных условий обработки.

Рис. 4.1. Схема круглого наружного врезного шлифования в центрах:

1 – шлифовальный круг; 2– заготовка; 3 – поводковый хомутик;

4 – поводок; , – угловые скорости, соответственно, шлифовального

круга и заготовки; – скорость радиальной подачи; – снимаемый

припуск; – высота круга; – длина обрабатываемой поверхности;

B – ширина шлифования

Назначение скорости касательного движения подачи . С увеличением диаметра шлифуемой поверхности заготовки и твёрдости обрабатываемого материала скорость касательного движения подачи увеличивается, что определяется необходимостью снижения теплового воздействия процесса шлифования на обрабатываемую поверхность. Для практических целей наиболее удобно назначать непосредственно частоту вращения заготовки. Эмпирическое выражение для частоты вращения заготовки при шлифовании незакалённой стали (HRC_Э≤30), чугуна, бронзы имеет вид

, мин^-1. (4.1)

При шлифовании закалённой стали (30<HRC_Э 50) увеличивается в 1,2 раза, а при шлифовании закалённой конструкционной стали (HRC_Э>50), нержавеющей, жаропрочной и инструментальной стали – в 1,5…1,6 раза. Частота вращения заготовки из закаленных сталей также увеличивается, если не обеспечивается бесприжоговое шлифование (см. далее).

Таблица 4.1

Припуски на круглое наружное шлифование

в центрах (патроне), мм

Диаметр шлифуемой поверхности	Длина обрабатываемой заготовки, мм
до 100	100...300	300...500	500...700	700...1300	1300...2000
6...10	0,25	0,30	-	-	-	-
10...18	0.30	0,35	0,40	-	-	-
18...30	0,35	0,40	0,45	-	-	-
30...50	0,40	0,45	0,50	0,55	0,60	-
50...80	0,45	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70
80...120	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,75
120...180	0,60	0,60	0,65	0,70	0,75	0,80
180...250	0,70	0,70	0,70	0,75	0,80	0,85
260...320	0,80	0,80	0,80	0,85	0,90	0,95

Примечание. Для закаленных заготовок численные значения припуска увеличиваются на 10...15%.

 

 

Назначение скорости радиального движения подачи . Скорость радиальной подачи зависит от диаметра шлифуемой поверхности, снимаемого припуска, ширины шлифования и поправочных коэффициентов . Расчёт выполняется по формуле, мм/мин:

, (4.2)

где – снимаемый припуск на диаметр (табл. 4.1), мм; – ширина шлифования, равная длине обрабатываемой поверхности заготовки, мм; – коэффициент в зависимости от группы обрабатываемого материала, требуемой точности и шероховатости обработанной поверхности (табл. 4.2); – в зависимости от диаметра шлифовального круга и скорости шлифования (табл. 4.3); – в зависимости от способа осуществления радиального движения подачи и способа измерения диаметра обрабатываемой поверхности (табл. 4.4); – в зависимости от жёсткости заготовки и формы обрабатываемой поверхности (табл. 4.5); – в зависимости от точности и жёсткости используемого оборудования, что определяется моделью и сроком эксплуатации станка (табл. 4.6); – в зависимости от степени твёрдости выбранного круга (табл. 4.7).

Ограничения по мощности резания. Мощность резания зависит от диаметра обрабатываемой поверхности, ширины шлифования и скорости радиального движения подачи и рассчитывается по формуле, кВт

, (4.3)

где – поправочный коэффициент в зависимости от степени твёрдости круга и скорости шлифования (табл. 4.8); – поправочный коэффициент в зависимости от группы обрабатываемого материала (табл. 4.9).

Таблица 4.3

Поправочные коэффициенты в зависимости от диаметра

шлифовального круга и скорости шлифования

Скорость шлифования , м/с	Диаметр круга , мм
30…35 50…60	0,60 0,78	0,67 0,88	0,73 0,95	0,83 1,04	0,9 1,16	1,0 1,3	1,1 1,4

Таблица 4.4

Поправочные коэффициенты в зависимости от способа

осуществления движения радиальной подачи и способа измерения

диаметра обрабатываемой поверхности

Способ осуществления движения радиальной подачи	Способ измерения диаметра обрабатываемой поверхности
Ручное измерение (скобой, микрометром и др.)	Накидная индикаторная скоба	Активный контроль
Ручной Автоматический	0,80 -	1,0 -	1,2 1,4

 

Таблица 4.5

Поправочные коэффициенты в зависимости от жесткости заготовки и формы обрабатываемой поверхности

Жесткость заготовки (отношение )	Форма обрабатываемой поверхности
Сплошная цилиндрическая	Прерывистая	С галтелью радиусом , мм
с одной стороны	с двух сторон
≤7 >7	1,0 0,9	0,90 0,80	0,90 0,80	0,95 0,85	0,85 0,75	0,90 0,80

 

Таблица 4.6

Поправочные коэффициенты в зависимости от моделей

круглошлифовальных станков и сроков их эксплуатации

№ группы станка

Модель станка

Наибольшие размеры, мм

Мощность привода главного движения, кВт

Срок эксплуатации станка, лет

устанавливаемой заготовки

шлифовального круга

Скорость шлифования, V, м/с

наружный диаметр, D

внутренний диаметр, Н

высота Т

диаметр

длина

<10

10…20

>20

3У132АФ20

3У144МВ

3Б161

7,5

1,00

1,00

1,00

3М151

3Т160Ф2

18,5

Продолжение табл. 4.6

	3М174								1,00	1,00	1,00
3А174
3А172
3М161Д
3Т161А
3Т161Д
3Т161Е
3М162
3М162В							18,5
3М152В
3М152ВФ20
3М151В
3М151Ф2							15,2
3У153							7,5
3М162И							19,5
3Т162							18,5
3М161ИЕ
3Т161ИЕ							19,5
3М161Е							18,5
3М163В
3М174Е
3М175
3М193
3М198
	312М							3,8	1,00	0,85	0,70
3У12УВФ10							5,5
3Б152							7,5
3Б153Т							7,5
3Е153							3,0
3Б153							5,5
3Б153У							5,5
3У131ВМ							7,5
							5,5
3У132ВМ							7,5
3У133							7,5
3И153Е
3Т153							14,5
3Т153Е
3М150							4,0

Окончание табл. 4.6

	3Т150Е							4,0	1,00	0,85	0,70
3М153							7,5
3М153А							5,5
3М153У							7,5
	3А110							1,5	0,85	0,80	0,70
3А110В							2,2
3Б12							3,0
3Е12							3,0
3В110А							1,1
3У10С							1,1
3Р10А							1,1
3У10В							1,1
3У10А							1,1
3У12А							4,0
3У12В							5,5
3У12УС							4,0
3У120А							4,0

 

Таблица 4.7

Поправочные коэффициенты в зависимости

от степени твердости круга

Степень твердости круга
Мягче C1	C1…C2	Тверже C2
0,85	1,0	1,1

 

Таблица 4.8

Поправочные коэффициенты в зависимости

от степени твердости круга и скорости шлифования

Скорость шлифования , м/с	Степень твердости круга
M2…M3	CM1…CM2	C1…C2	CT1…CT2	CT3…T1
30…35 50…60	0,9 1,2	1,0 1,4	1,2 1,63	1,4 1,9	1,6 2,2

 

Таблица 4.9

Поправочные коэффициенты в зависимости

от группы обрабатываемого материала

Группа обрабатываемого материала (см. табл. 4.2)
1…2		4…5
1,0	1,25	1,55	0,8

 

Мощность, затрачиваемая на шлифование, не должна превышать мощности привода главного движения станка с учетом его КПД. Если мощность оказывается больше, чем мощность главного привода станка, то необходимо выбрать другой станок или определить новое значение скорости радиальной подачи по формуле, кВт:

, (4.4)

где _, – мощность и КПД привода главного движения станка, соответственно.

Для шлифовальных станков значение КПД следует принимать равным .

Далее необходимо выполнить проверку на отсутствие прижогов. При шлифовании чугуна, а также незакалённой стали (HRCэ 30) проверка на бесприжоговость не производится.

Предельное значение мощности, затрачиваемой на шлифование, при котором прижоги отсутствуют, вычисляют по формуле, кВт/мм

, (4.5)

где – поправочный коэффициент в зависимости от степени твёрдости шлифовального круга (табл. 4.10).

Таблица 4.10

Поправочные коэффициенты в зависимости от степени

твердости шлифовального круга

Степень твердости шлифовального круга
CM1…CM2	C1…C2	CT1…CT2	CT3
1,0	0,91	0,82	0,74

В дальнейшем сравнивается предельное значение мощности резания для бесприжоговой обработки с мощностью резания, приходящейся на 1 мм ширины шлифовании.

Отсутствие прижога соответствует выполнению условия

. (4.6)

Если последнее условие не выполняется, то предусматривается ряд мероприятий для устранения прижогов. Вначале увеличивается частота вращения заготовки на 20%. Допускается двукратное увеличение частоты вращения. Если увеличение частоты вращения заготовки не приводит к устранению прижогов, то производится уменьшение твёрдости круга на одну степень.

Если все перечисленные мероприятия для устранения возможности появления прижогов на обработанной поверхности заготовки не привели к положительным результатам, то следует уменьшить скорость радиального движения подачи. Величину такой скорости можно найти из выражения:

. (4.7)

В заключение рассчитывается основное время, мин

, (4.8)

где – коэффициент, учитывающий продолжительность выхаживания (коэффициент выхаживания) (табл. 4.11).

Таблица 4.11

Коэффициент , учитывающий продолжительность выхаживания

Квалитет					9…10	11…13
	1,4	1,3	1,2	1.1	1,05	1,0

 

Аналогично назначается характеристика шлифовального круга и режимы для торцекруглошлифовальной операции (рис. 4.2), учитывая следующее. Величина в формуле (4.2) принимается равной сумме длин цилиндрической и торцовой поверхностей (рис. 4.2), диаметр заготовки принимается равным наибольшему диаметру торца, а величина припуска – большей из значений припусков на торцовую и цилиндрическую поверхность. Частоту вращения заготовки определяют по формуле (4.1), принимая во внимание наименьший диаметр обрабатываемых поверхностей. Учитывается также твердость материала заготовки.

Основное время рассчитывается отдельно для цилиндрической поверхности по формуле (4.8) и для торцовой поверхности по формуле

, (4.9)

где – угол между осью заготовки и шлифовального круга (рис. 4.2); – коэффициент выхаживания (табл. 4.11) (выбирается в зависимости от точности размера, обеспечиваемого в осевом направлении).

Рис.4.2. Схема врезного шлифования в центрах с угловым расположением

шпинделя: 1 – шлифовальный круг; 2 – заготовка; 3 – поводковый хомутик;

4 – поводок; , – угловые скорости, соответственно, шлифовального

круга и заготовки; – скорость радиальной подачи; – высота круга;

– угол между осями заготовки и шлифовального круга ();

, – припуски, снимаемые с цилиндрической и торцовой поверхностей, соответственно; , – длина цилиндрической и торцовой

поверхности соответственно

 

За основное время принимается большая величина из найденных выше.

Принимая во внимание особенности схемы торцекруглошлифовальной операции, действительное значение скорости радиального движения подачи на станке при его настройке следует установить равным . Соответственно эта величина приводится в операционных картах.

Повышение эффективности обработки обеспечивает применение кругов из эльбора, в том числе высокопористых АЭРОБОР. Так, врезное шлифование кулачков распределительного вала из стали 18ХГ (HRC_Э59…63) кругом 1А1 600х20х305х5 «Аэробор»^тм ЛКВ40 на режимах ( м/с, мин^-1, мин^-1, мм/об, мм/об, мм) обеспечивает шероховатость шлифованных поверхностей мкм, отсутствие прижогов и трещин, прямолинейность профиля на длине 20 мм – 1..6 мкм, стойкость – 360 кулачков (30 валов), штучное время – 18 мин. При тех же режимах и условиях обработки круги из электрокорунда 25А 25 ЗИ39 9 К11 КФ40 правятся дважды при обработке каждого кулачка, а штучное время составляет 25 мин. Правка круга выполняется алмазным роликом, для круга из электрокорунда глубина правки составляет 0,035…0,04 мм, из эльбора – 0,01 мм.

Существенное повышение эффективности обработки наблюдается при высокоскоростном шлифовании кулачковых валов из закаленного чугуна кругами из кубического нитрида бора (КНБ). Примером может служить шлифование восьмикулачкового вала из чугуна GG25W1G (HRC_Э48) сегментным кругом 14А1 600х26х305х4 CBN B91(100/80) 150% на керамической связке на станке Fortuna c ЧПУ[6]. Круг правится алмазным роликом D200х10х60хR2 на рабочей скорости круга. Окружная скорость ролика 33 м/с, скорость подачи при правке 400…1600 мм/мин, глубина правки 0,005 мм. Шлифование выполняется на режимах: м/с, угловая скорость заготовки изменяется в пределах град/мин, радиальная подача – мм/рад ( мм³/(мм·с)), мм/рад. Снимается припуск мм. Черновая обработка выполняется за два оборота заготовки, чистовая обработка и выхаживание – по одному обороту. Раствор синтетической СОЖ (3%-ный) подается под давлением 1 МПа с расходом 135 л/мин. Обеспечивается параметр шероховатости мкм. Время шлифования одного кулачка – 8 с. Стойкость круга между правками составляет 100 валов. Ресурс круга превышает 50000 валов. Производительность увеличивается на 22%.