УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА Российский патент 1997 года по МПК B24D18/00 

Изобретение относится к станкостроению, обработке абразивным инструментам и может быть использовано при скоростном и сверхскоростном шлифовании различных материалов во всех отраслях машиностроения.

Известен шлифовальный круг, обеспечивающий стабильность производительности по мере его износа, высота которого изменяется прямо пропорционально диаметру.

Однако это не обеспечивает разгрузку круга от действия центробежных сил, увеличивающих при скоростном шлифовании.

Наиболее близким к изобретению является устройство для закрепления шлифовальных кругов, содержащее переходный фланец с буртиком и прижимной с коническим базовым пояском, между торцами которых размещен шлифовальный круг.

Однако это устройство не обеспечивает постоянную производительность шлифовального круга по мере его износа. Производительность может уменьшиться в полтора раза при переточках до допустимого диаметра.

Предлагаемое изобретение позволяет одновременно обеспечивать скоростное и сверхскоростное шлифование путем разгрузки шлифовального круга от действия центробежных сил и компенсировать потери производительности обработки из-за уменьшения диаметра шлифовального круга по мере износа увеличением амплитуды колебания зоны контакта круга с заготовкой и ширины шлифования.

Это достигается тем, что в устройстве для закрепления шлифовального круга, содержащем переходный фланец с буртиком и прижимной фланец с базовым пояском, предназначенным для взаимодействия с шлифовальным кругом, который размещен между торцами упомянутых фланцев, имеется разрезное сферическое кольцо, расположенное между базовым пояском прижимного фланца и шлифовальным кругом, при этом базовый поясок и ответная поверхность шлифовального круга выполнены сферическими.

Кроме того, внутренний торец буртика переходного фланца выполнен под углом α к плоскости, перпендикулярной оси отверстия фланца.

Кроме того, устройство снабжено шайбой, расположенной между переходным фланцем и шлифовальным кругом, при этом торцы шайбы выполнены под углом a.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для закрепления изношенного шлифовального круга с максимально амплитудой колебания зоны контакта круга с заготовкой, т. е. с максимальной шириной шлифования; на фиг. 2 устройство с новым кругом, нулевой амплитудой колебания; на фиг. 3 отдельно сферическое разрезное кольцо.

Устройство для закрепления и разгрузки шлифовальных кругов от центробежных сил состоит из переходного 1 (фиг. 1 и 2) и прижимного 2 фланцев, которые соединяются между собой винтами 3, через сферическое разрезное кольцо 4 и шайбу 5 с прокладкой 6, устанавливая и зажимая шлифовальный круг 7.

Переходный фланец при помощи болта 8 крепится на вал шпинделя 9 станка и получает от него движение вращения.

Шлифовальный круг при сборке первоначально базируется на упругий элемент 10. Для устранения дисбаланса имеются балансировочные грузики 11.

Устройство работает следующим образом.

При вращении круга возникают центробежные силы, которые с увеличением частоты вращения возрастают и стремятся разорвать шлифовальный круг. Разрыв шлифовального круга начинается обычно от отверстия, являющегося концентратором напряжения.

Для того, чтобы разгрузить наиболее нагруженную зону отверстия круга и одновременно установить и изменить амплитуду колебания зоны контакта круга с заготовкой, на прижимном фланце устройства и на круге делают сферические пояски. При сборке шлифовального круга в устройстве, за счет контакта пояска круга с пояском прижимного фланца через сферическое разрезное кольцо создается натяг, т. е. напряжения обратного разрыву знака сжимающие напряжения.

Сферический поясок с высотой h (фиг. 2) по длине окружности диаметра D_n (фиг. 1) сферы R_сф образует площадь контакта круга с разгружающим прижимным фланцем через сферическое разрезное кольцо в радиальном направлении. Площадь контакта определяется по формуле
F = 2πR_сф(R_сф-h₂-h₁/2)(1+h), (м²), (1)
где R_сф радиус сферы, м;
h высота пояска, м;
h₁ высота круга, м;
h₂ зазор между кольцом и торцом круга, м.

Величина нагрузки, снимаемая с внутренней зоны шлифовального круга, определяется по формуле
Q_н= 2πR_сф(R_сф-h₂-h₁/2)(1+h)[σ_сж], (H), (2)
где [σ_сж] допустимое напряжение материала шлифовального круга на сжатие, МПа.

Дополнительная сила сцепления по границе сферического пояска круга определяется по формуле
Q_g= πD_gh₁[σ_p], (H), (3)
где D_g диаметр сферического пояска шлифовального круга, м;
h₁ рабочая высота круга, м;
[σ_p] допускаемое напряжение на разрыв материала шлифовального круга, МПа.

Величины D_g, D_n и h определяют запас прочности шлифовального круга. С их увеличением, коэффициент запаса прочности круга увеличивается.

Таким образом, напряжение, возникающее при вращении шлифовального круга, воспринимается опорно-сферическим пояском прижимного фланца через разрезное сферическое кольцо устройства.

При использовании предлагаемого устройства повышается коэффициент запаса прочности шлифовального круга на разрыв, что позволяет использовать обычные шлифовальные круги при сверхвысоких скоростях шлифования.

Компенсация потери производительности обработки из-за уменьшения диаметра шлифовального круга по мере износа достигается за счет поворота шлифовального круга и его оси отверстия на угол 2α к оси вращения. Этот поворот обеспечивает увеличение ширины шлифования за счет колебаний зоны контакта круга с заготовкой.

Так как внутренний торец буртика переходного фланца изготовлен под углом a (фиг. 1) к плоскости, перпендикулярной оси отверстия фланца, и торцы шайбы изготовлены под углом a, то при взаимном их повороте меняется угол наклона шлифовального круга от 0^o до 2α.

Ширина шлифования B_к (фиг. 1) круга должна увеличиваться прямо пропорционально уменьшению его диаметра D за счет увеличения угла наклона 2α и амплитуды колебания A_к по соотношению
B const/D (4)
от начальной высоты B_н круга до ширины B_к к диаметру допустимого износа круга,
где B текущее значение ширины шлифования, изменяющееся от B_н до B_к;
D текущее значение диаметра круга, изменяющееся до D_n до D_д.

Текущее значение ширины шлифования определяется по формуле
B = D(1+2sinα) (5)
При этом компенсируется потеря производительности от уменьшения скорости резания за счет увеличения длины линии контакта круга с обрабатываемой заготовкой.

Это осциллирующее колебательное движение зоны резания способствует снижению температурного режима при скоростном шлифовании, особенно закаленных сталей, что, в свою очередь, повышает качество обработки.

Проведены сравнительные испытания круга ПП 600 х 100 х 305 с характеристиками 14А40 СМ2 6К6 и круга с аналогичными характеристиками, закрепленного в предлагаемом устройстве и имеющего осциллирующее движение зоны контакта.

Диаметр допустимого износа D_д, который определяется способом крепления круга, для кругов диаметром 600 мм, составляет 400 мм, при этом скорость резания уменьшается до V 23 м/с при начальной скорости вращения 35 м/с, т.е. в 1,5 раза.

Исходя из этого, круг закрепленный в предлагаемом устройстве должен иметь ширину резания на диаметре допустимого износа:
B_к 1,5 B_н 150 мм
и должен быть повернут на угол 2α, равный
2α = arctg((B_к-B_н)/(2D_g)) = 3^°36′
По источнику [2] сравниваемый круг должен иметь на первоначальном D_н высоту B_н 100 мм, а на диаметре допустимого износа B_к 150 мм, за счет правки боковых поверхностей круга ПП 600 х 150 х 305 мм, что нерационально, т.е. заведомо занижается первоначальная высота, тем самым и занижается производительность в первоначальный период шлифования.

Испытания кругов проводились на круглошлифовальном станке мод. 3М151 при шлифовании образцов из стали 40Х ГОСТ 4543-71 HRC_э>50.

Результаты испытаний кругов, закрепленных в предлагаемом устройстве, показали, что при снижении скорости резания за счет износа, производительность обработки и высота микронеровностей практически не изменилась по сравнению с известными [2] которые имели в 1,5 раза большую высоту, что нерационально, и указывают на целесообразность предлагаемого технического решения.

Устройство для закрепления шлифовального круга может быть использовано при скоростном шлифовании во всех отраслях машиностроения. Устройство состоит из переходного 1 и прижимного 2 фланцев, которые соединяются между собой винтами 3, через сферическое разрезное кольцо 4 и шайбу 5 с прокладкой 6, зажимая и устанавливая при этом шлифовальный круг 7. Шлифовальный круг при сборке первоначально базируется на упругий элемент 10 и балансируется грузиками 11. На прижимном фланце и на круге делаются сферические пояски, которые при сборке через сферическое разрезное кольцо создают натяг, разгружая круг от действия центробежных сил. Кроме того, устройство позволяет компенсировать потерю производительности обработки из-за уменьшения диаметра шлифовального круга по мере его износа путем поворота шайбы относительно переходного фланца, увеличивая тем самым ширину шлифования за счет увеличения амплитуды колебания зоны контакта круга с заготовкой. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для закрепления шлифовального круга, содержащее переходный фланец с буртиком и прижимной фланец с базовым пояском, предназначенным для взаимодействия со шлифовальным кругом, который размещен между торцами упомянутых фланцев, отличающееся тем, что устройство снабжено разрезным сферическим кольцом, расположенным между базовым пояском прижимного фланца и шлифовальным кругом, при этом базовый поясок и ответная поверхность шлифовального круга выполнены сферическими. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренний торец буртика переходного фланца выполнен под углом α к плоскости, перпендикулярной оси отверстия фланца. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что устройство снабжено шайбой, расположенной между переходным фланцем и шлифовальным кругом, при этом торцы шайбы выполнены под углом a.ч