Бесцентровое шлифование с осевым движением подачи

 

Схема бесцентрового круглого наружного шлифования с осевым движением подачи представлена на рис. 4.5.

Число осевых ходов для шлифования кругами высотой 150...250 мм находится из выражения (4.16), согласно которому при равенстве уточнений за каждый ход суммарное уточнение будет равно:

, (4.16)

где , – исходная и конечная (допустимая) погрешность формы обрабатываемой и обработанной поверхности после -го хода.

Следует заметить, что минимальный припуск на каждый отдельный ход может быть также определен по известным в технологии машиностроения зависимостям [13] или принят ориентировочно равным 1,1...1,2 исходной погрешности формы обрабатываемой поверхности.

Для упомянутых условий бесцентрового шлифования уточнение при выполнении каждого хода может находиться в пределах . В среднем эта величина для длительно эксплуатируемого оборудования при обработке стальных заготовок составляет ориентировочно , для чугунов – . В зависимости от требуемого суммарного уточнения по табл. 4.15 можно найти необходимое число ходов для . Если, например, требуемое расчетное отношение исходной погрешности формы заготовки к погрешности после обработки в целом не превышает 10, тогда из табл. 4.15 следует, что необходимо выполнить четыре хода бесцентрового шлифования с осевым движением подачи. При использовании станков с широкими кругами число ходов необходимо скорректировать, применяя зависимость:

, (4.17)

где – высота круга или набора кругов, мм. Найденное значение числа ходов по формуле (4.17) округляется до ближайшего большего.

Частотa вращения ведущего круга определяется по формуле (4.14),заготовки – по формуле (4.15).

Найденная частота вращения заготовки (и ведущего круга) для шлифования закаленной стали (30<HRC_Э≤50) может быть уменьшена, умножением на коэффициент 0,6...0,7, а для шлифования незакаленных сталей, чугуна и бронзы – на коэффициент 0,4...0,5.

Осевая подача вычисляется по формулам [18]:

- для узких кругов, мм/об·заг

( мм) , (4.18)

- для широких кругов, мм/об·заг

( мм) . (4.19)

Таблица 4.15

Значения шероховатости, величины снимаемого припуска и

характеристика шлифовального круга в зависимости от требуемого

суммарного уточнения и числа осевых ходов

Требуемое суммарное уточнение

1,8

3,2

5,8

10,5

Число ходов

, мкм

5,0

3,0

1,7

1,0

0,55

0,30

0,16

Абразивный материал

14А, 15А, 25А

63С

Зернистость

М2

Степень твердости

СТ2

СТ1

СТ2

СТ1

С2

С2

С1

С2

С1

С2

С1

-

-

Структура

5…6

-

Связка

Керамическая

Органическая

Припуск, снимаемый за каждый ход 2 П =2 S p, мм

0,20…0,35

0,15…0,20

0,10…0,15

0,05…0,10

0,03…0,05

0,015…0,030

0,01…0,005

 

Скорость осевого движения подачи определяется отдельно для каждого хода в осевом направлении, учитывая поправочными коэффициентами конечную точность размеров и шероховатость обработанной поверхности, по формуле, мм/мин:

. (4.20)

Поправочные коэффициенты , и находятся по табл. 4.2, 4.3, 4.7.

Мощность резания определяется по формуле (4.12), и дополнительно умножается на коэффициент 1,2. Найденная в конечном итоге скорость движения осевой подачи обеспечивается разворотом ведущего круга (рис. 4.5) на угол , выполняемым при настройке станка. Этот угол необходимо вычислить, используя формулу

, (4.21)

где – коэффициент проскальзывания в осевом направлении; – окружная скорость ведущего круга, м/мин, (4.22).

Окружная скорость ведущего круга находится по формуле, м/мин:

. (4.22)

Основное время для каждого хода круглого наружного бесцентрового шлифования с осевой подачей определяетсяпо формуле, мин:

. (4.23)

При бесцентровом шлифовании с осевой подачей, особенно широкими кругами ( мм), наиболее часто наладки формируют из набора нескольких кругов (см. рис. 2.1). В таких случаях появляется возможность при формировании комплекта использовать круги разных характеристик, целенаправленно изменяя их в направлении осевого движения заготовки. В зоне максимально активного снятия материала используют характеристики кругов для предварительного (чернового) шлифования, в калибрующей зоне – круги для окончательной (чистовой) обработки.

Эти положения в полной мере относятся к бесцентровому шлифованию кругами из эльбора и алмаза. Например, при обработке роликов из закаленной стали ШХ-15 набором из трех кругов из эльбора диаметром 150 мм и высотой 10 мм на органической связке 100% концентрацией, расположенных в порядке снижения зернистости 50/40, 40/28, 14/10, обеспечивается шероховатость обработанной поверхности мкм, точность размеров IТ4…5, отклонение от круглости до 0,5 мкм. Шлифование производится при м/с, м/мин, снимается припуск 0,003…0,008 мм.

Высокопроизводительное шлифование длинных изделий высокой точности также предпочтительно кругами большой высоты. Однако при значительной суммарной высоте кругов из сверхтвердых материалов для снижения затрат на приобретение инструмента рекомендуется при формировании комплектов использовать установку между кругов промежуточных металлических колец (см. рис. 2.1). Комплекты кругов составляют так, чтобы их зернистость и твердость снижалась в направлении движения осевой подачи заготовок. На входе в зону обработки и в зоне снятия основной части припуска располагают круги большей зернистости и твердости, что позволяет обеспечить высокую производительность и снизить расход инструмента. В калибрующей зоне обработки используют круги меньшей зернистости и твердости, гарантирующие обеспечение заданной шероховатости и снижения теплового воздействия на поверхностный слой.

Для круглого наружного предварительного и окончательного шлифования титановых, жаропрочных и цветных сплавов, резины и полимеров получают распространение высокопористые шлифовальные круги (табл. 4.16)

Таблица 4.16

Характеристики высокопористых шлифовальных кругов для

круглого наружного шлифования

Обрабатываемый материал	Предварительное	Окончательное
Титановые сплавы	64С 40 СМ1…С1 10…12 К КФ40	64С 12…25 СМ2…С1 10…12 К КФ25
Жаропрочные сплавы	25А 40 СМ2…С1 10…13 К КФ40	25А 12…16 СМ2…С1 10…13 К КФ16
Цветные сплавы	64С 40 М3…СМ1 10…12 К КФ40	64С 16…25 М3…СМ1 10…12 К КФ25
Полимеры Резина	64С 25…40 М3…СМ1 11…13 К КФ40	64С 16 М3…СМ1 11…13 К КФ25

 

 

Рекомендации по правке шлифовальных кругов

В практике машиностроительного производства используют многие способы правки шлифовальных кругов [12]. Наиболее распространенным из них является правка точением. Правка точениемзаключается в срезании абразивных зерен и связки шлифовального круга режущими кромками правящего инструмента (рис. 5.1). При правке фактически обтачивается рабочая поверхность шлифовального круга. Роль резцов обычно выполняют кристаллы алмазов, обладающие наибольшей износостойкостью.

Рис. 5.1. Схема правки точением: 1 – шлифовальный круг; 2 – правящий

инструмент; 3 – режущая кромка, например, кристалл алмаза;

– скорость осевой подачи при правке; – радиальная подача;

– глубина резания при правке

Простота и надежность правки точением предопределяет ее широкое распространение. В первую очередь, это касается шлифования для обеспечения точности 6…7-го квалитетов и выше, шероховатости обработанной поверхности Rа ≤ 0,32 мкм.

Правка выполняется на рабочей скорости шлифовального круга алмазно-металлическими карандашами; алмазными зернами (с естественными гранями), закрепленными в оправах; алмазными инструментами, режущая часть которых подвергнута огранке (шлифованию) для образования определенной геометрической формы (резцы, иглы, гребенки).

Наиболее широко распространены алмазно-металлические карандаши (табл. 5.1), в которых в определенном порядке размещены кристаллы алмазов, надежно зафиксированные специальным сплавом. Такой сплав и алмаз имеют примерно одинаковые коэффициенты теплового расширения, что при значительных колебаниях температуры в процессе правки не вызывает значительных внутренних напряжений. Преимущества алмазных карандашей: простота конструкции; жесткость; возможность изменения размеров, количества и расположения алмазов; достаточно равномерное распределение рабочей нагрузки между отдельными алмазными зернами; небольшое время установки и снятия; высокая производительность правки; низкая стоимость.

Таблица 5.1

Основные типы алмазных карандашей (ГОСТ 607-80Е*)

и область их применения

Расположение алмазов. Эскиз	Тип	Область применения
Цепочкой вдоль оси карандаша	01 (Ц)	Правка фасонного профиля по копиру. Внутреннее шлифование. Все виды шлифования кругами зернистостью 25 и крупнее (если отсутствуют карандаши типа 02)
Слоями	02 (С)	Все виды шлифования, кроме фасонной правки профиля по копиру, и резьбошлифования. Наиболее эффективны при правке крупногабаритных кругов. Алмазы могут быть расположены с перекрытием слоев, чтобы по мере изнашивания одного слоя вступали в работу алмазы следующего слоя

 

Окончание табл. 5.1

Расположение алмазов. Эскиз	Тип	Область применения
В один слой по сферической поверхности	03 (ЦФ)	Фасонное шлифование
Неориентированные	04 (Н)	Резьбошлифование однониточными кругами зернистостью 16 и менее. Прецизионное шлифование мелкозернистыми кругами с высокими требованиями к шероховатости поверхности. Правка тонких кругов на вулканитовой связке, фасонных кругов с острым профилем, кругов для заточки пил

 

Карандаши типа 01 с расположением алмазов вдоль оси инструмента (цепочкой) имеют такое же назначение, как и карандаши с одним алмазом. В карандашах типа 02 алмазы могут быть расположены слоями с перекрытием, чтобы по мере изнашивания одного слоя алмазов вступили в работу алмазы последующего слоя. Этот инструмент наиболее эффективен при правке крупногабаритных кругов. В карандашах типа 03 алмазы
расположены по сферической поверхности в один слой, при этом их вершины выступают равновысотно над уровнем связки, благодаря чему достигается более открытая структура рабочей поверхности круга с повышенной режущей способностью. Карандаши типа 04, изготовляемые из мелких алмазных порошков, способны при правке формировать острые кромки круга, обладающие достаточно высокой режущей способностью.

В процессе правки алмазно-металлические карандаши изнашиваются, на рабочих поверхностях алмазов образуются площадки износа. Если карандаши устанавливаются под углом в сторону вращения круга и развернуты в направлении движения подачи при правке, то периодический поворот правящего инструмента вокруг оси вводит в работу незатупившиеся грани алмаза. Это способствует улучшению работы правящего инструмента, снижению его износа, предохраняет алмаз от перегрузок и разрушения, исключает вибрации при правке.

Алмазные карандаши типов 01 и 03 и кристальные алмазные инструменты устанавливаются под углом к радиусу круга в точке взаимодействия инструмента в сторону вращения круга (см. рис. 5.1), алмазные карандаши типа 02 — под углом 2°...5°, карандаши типа 04 – без наклона.

Кристальные алмазные правящие инструменты разделяются на инструменты из алмазов естественной формы и обработанных (ограненных) алмазов (табл. 5.2). Алмазный однокристальный инструмент с зернами естественной формы имеет более острые режущие кромки, которые ориентированы при установке алмаза в оправе. В связи с этим инструмент работает с меньшими усилиями, что весьма важно при правке кругов на вулканитовой связке, резьбошлифовании (однониточным кругом), шлице- и зубошлифовании, а также в других случаях, где необходимо получить острые тонкие режущие кромки или уменьшить упругие деформации вулканитового круга при правке. Для рационального использования алмазов при достижении площадки износа 1...2 мм² алмазное зерно переустанавливают острой вершиной вверх.

Таблица 5.2

Основные типы алмазного кристального инструмента

и области их применения

Тип инструмента	Эскиз	Область применения
Алмаз естественной формы в оправе		Фасонная правка по копиру. Правка кругов с острыми кромками, резьбошлифование, шлицешлифование, зубошлифование. Правка кругов на вулканитовой связке. Правка набора кругов разного диаметра
Алмазный резец		Правка по копиру периферии и торца круга или сложного профиля при совмещенном шлифовании нескольких торцовых или цилиндрических поверхностей
Алмазная игла		Правка однониточных и многониточных резьбошлифовальных кругов
Алмазная гребенка		Правка по копиру периферии и радиусных галтелей круга. Прорезка кольцевых канавок в круге. Многокруговое шлифование

Алмаз естественной формы в оправе представляет собой стальную державку, в которой закреплен необработанный алмаз с острой вершиной. Для закрепления алмазов применяют: механический зажим (резьбовым колпачком, пружиной, двумя планками), пайку различными припоями, зачеканку в медные или стальные оправки с медными или свинцовыми вставками. Алмаз должен быть расположен в оправке так, чтобы плоскости сколов кристалла не совпадали с направлением сил, действующих на алмаз при правке. Закрепленный алмаз не должен выступать из оправки более чем на 1/4 своей высоты.

Необходимость частой переустановки и повторной огранки алмазного однокристального инструмента неприемлема для условий крупносерийного и массового производства. Там находят применение алмазные гребенки (табл. 5.2), в которых алмазы удлиненной формы закреплены по периферии и боковым сторонам пластин. Алмазные гребенки обеспечивают высокую точность правки в станках-автоматах и полуавтоматах, имеют стойкость в 10...15 раз более высокую, чем однокристальный инструмент. Стоимость ограненных алмазных инструментов выше стоимости алмазов в оправах за счет дополнительных расходов на шлифование алмазных кристаллов. Однако высокая производительность правки кругов, увеличение точности шлифования во многих случаях оправдывают расходы на изготовление такого правящего инструмента.

При правке кругов точением возникают сравнительно малые силы резания, не превышающие 50 Н, что способствует меньшему разрушению абразивных зерен и связки круга и соответственно меньшему износу рабочей поверхности инструмента при шлифовании.

В табл. 5.3 приведены рекомендуемые режимы правки точением алмазными карандашами, в табл. 5.4 – алмазами в оправах, резцами, иглами, пластинами и гребенками.

Таблица 5.3

Режимы правки точением алмазными карандашами

Вид шлифования	Шероховатость поверхности, , мкм	Скорость осевой подачи, , м/мин	Радиальная подача, , мм/дв·ход	Число рабочих ходов	Радиальная подача, , мм/дв·ход	Число рабочих ходов	Число выхаживающих ходов
при черновых ходах	при чистовых ходах
Круглое наружное центровое с осевой подачей	0,8	0,3...0,4	0,02…0,03	2…3	0,01	1…2	-
0,4	0,2...0,3
0,2	0,10...0,20	1…2
0,1	0,05...0,10	0,005

Окончание табл. 5.3

Вид шлифования	Шероховатость поверхности, , мкм	Скорость осевой подачи, , м/мин	Радиальная подача, , мм/дв·ход	Число рабочих ходов	Радиальная подача, , мм/дв·ход	Число рабочих ходов	Число выхаживающих ходов
при черновых ходах	при чистовых ходах
Круглое наружное врезное	0,8	0,15...0,25	0,02…0,03	2…3	0,01	1…2
0,4	0,08...0,15	1…2
0,2	0,05...0,08	0,005
Бесцентровое с осевой подачей	0,4	0,10...0,15	0,01
0,2	0,08...0,10
0,1	0,05...0,08	0,01…0,02	0,005	1…2

 

Таблица 5.4

Режимы правки точением алмазами в оправах, резцами, иглами,

пластинами и гребенками

Вид обработки	Вид правящего инструмента	Шероховатость поверхности , мкм	Скорость подачи , м/мин	Радиальная подача , мм/дв. ход
Круглое наружное врезное шлифование	Пластины, гребенки	0,8	0,15...0,30	0,02...0,03
Алмазы в оправках, резцы, иглы	0,4	0,10...0,15	0,015...0,020
0,2	0,05...0,10	0,010...0,015
0,1	0,03...0,05	0,005...0,010
Круглое наружное: с осевой подачей торцов	Пластины, гребенки	0,4	0,15...0,20	0,02...0,03
Алмазы в оправках, резцы, иглы	0,2	0,10...0,15	0,015...0,020
0,1	0,05...0,10	0,010...0,015
Алмазы в оправках	0,4	0,10...0,20	0,01...0,02
Бесцентровое врезное шлифование	Пластины, гребенки	0,8	0,15...0,3	0,02...0,03
Алмазы в оправках, резцы, иглы	0,4	0,10...0,15	0,015...0,020
0,2	0,05...0,10	0,010...0,015
0,1	0,03...0,05	0,005...0.010
Бесцентровое шлифование с осевой подачей	Пластины	0,8	0,20...0,30	0,02...0,03
Алмазы в оправках	0,2	0,10...0,15	0,015...0.020
0,1	0,05...0,1	0,010...0,015

Окончание табл. 5.4

Вид обработки	Вид правящего инструмента	Шероховатость поверхности , мкм	Скорость подачи , м/мин	Радиальная подача , мм/дв. ход
Правка ведущего круга	Карандаши, алмазы в оправках	—	0,10...0,15	0,02...0,03
Профильное шлифование	Пластины, гребенки	0,8	0,20...0,30	0,03...0,04
Алмазы в оправках, резцы, иглы	0,4	0,10...0,15	0,02...0.03
0,2	0,08...0,10	0,01...0.02

 

 

Выбор СОЖ

 

Смазывающе-охлаждающие жидкости (СОЖ) предназначены как для уменьшения теплообразования, так и для повышения интенсивности отвода тепла из зоны резания. СОЖ снижает силы трения, уменьшает износ абразивных инструментов, удаляет отходы шлифования.

Правильно выбранная СОЖ повышает качество шлифованной поверхности, повышает точность шлифования.

Для шлифования наиболее часто используют синтетические, полусинтетические, масляные и другие виды СОЖ (табл. 6.1) [2, 4, 19].

Таблица 6.1

Основные смазывающе-охлаждающие жидкости

для шлифования

Номер	Состав раствора или эмульсии (синтетические и полусинтетические, в т. ч. эмульсии, - в воде; масляные – в индустриальных маслах), %	Вид и наименование
	Синтетические и полусинтетические   2…5 5…10 3…5 1,5…3,0 3…5 5…10 10…15 3…5 2…3	Аквол-10М Аквол-10М Аквол-11 Аквол-12 Аквол-14 Аквол-14 Аквол-14 Аквол-15 Аквол-5

 

Окончание табл. 6.1

Номер	Состав раствора или эмульсии (синтетические и полусинтетические, в т. ч. эмульсии, - в воде; масляные – в индустриальных маслах), %	Вид и наименование
	3…5 1…3 3…5 1…3 1…3	Аквол-5 Карбомол С-1 Аквол-1 Аквол-2 Аквол-14
	Эмульсии 1…3 3…7 5…10 3…5   5…10   3…10 10…20 10…20 3…10 3…10 3…10	ВНИИНП-117Т РЗ-СОЖ8 ИХП-45Э Укринол-1 (Укринол-1М) Укринол-1 (Укринол-1М) Аквол-2 Аквол- 2 Аквол- 6 Карбомол Э-1 Синтал-2 ФМИ-3
	Масляные - - - - 50…100 - - 50…100 - - - - - -	МР-2; МР-2у МР-3 МР-4 МР-5у МР-5у МР-7 МР-10 МР-99 Укринол-14 ШП ОСМ-1 ОСМ-3 ОСМ-4 ЛЗ-ОЖ ПИО

 

СОЖ выбирают в зависимости от материала заготовки, вида шлифования, характеристики шлифовального круга и др. СОЖ подают в зону шлифования центробежным насосом через сопло. Чем выше давление и расход СОЖ, тем лучше ее воздействие на процесс шлифования. Расход СОЖ, как правило, не превышает 1 л/мин на каждый мм высоты круга, участвующей в шлифовании, давление – 1,5 МПа.

Охлаждающее действие СОЖ повышается с понижением температуры самой жидкости. Температура СОЖ во время шлифования повышается за счет отбора значительной части тепла, образованного при шлифовании.

Загрязнение СОЖ может приводить к засаливанию рабочей поверхности круга, способствует прижогообразованию.

В табл. 6.2 приведены рекомендации по выбору СОЖ для шлифования в зависимости от обрабатываемого материала, вида и особенностей выполнения операций шлифования.

Таблица 6.2

Рекомендации по выбору СОЖ

Материал заготовки, вид и особенности операции шлифования	Номер СОЖ по табл. 6.1
Конструкционные углеродистые стали	18, 20, 27, 34, 36, 39
Легированные стали (в т.ч. скоростное шлифование)	9…11; 19; 20; 22; 34
Инструментальные и жаропрочные стали (черновое шлифование)	15; 32; 34; 39
Коррозионно-стойкие стали	9; 11; 12; 22; 28; 29; 36
Подшипниковые стали	17…19; 23; 24
Титановые сплавы	16; 20…22
Магниевые сплавы	6; 7; 12; 13; 25; 26; 31; 37
Чугуны	1; 4; 13; 15; 20
Конструкционная керамика и полупроводники	1; 3; 5; 12
Алюминиевые сплавы	3; 4; 20; 23
Медные сплавы
Быстрорежущие стали (шлифование кругами из эльбора)	5; 12; 14; 15
Профильное шлифование	9; 11; 12; 20; 21