СПОСОБ СОВМЕЩЕННОГО ПРЕРЫВИСТОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B24B1/00 B24B5/01 B24B7/00 

Изобретение относится к способам высокоточного глубинного периферийного совмещенного шлифования ступенчатых поверхностей заготовок из материалов предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин.

Известен способ шлифования многоступенчатых заготовок, при котором производят, одновременное шлифование всех ступеней заготовок шлифовальными кругами, разного диаметра, установленными под разными углами к плоскости, перпендикулярной общей оси вращения кругов, при этом размеры кругов выбирают из условия постоянства отношения площади рабочей поверхности каждого круга к площади, обрабатываемой поверхности соответствующей ступени [1].

Недостатком способа является невозможность одновременной совмещенной обработки цилиндрических и торцевых ступенчатых поверхностей и большой расход абразивного инструмента, т. к. круги работают на разных диаметрах, с разными скоростями и различной степенью износа, а при правке приходится принудительно править все круги в совокупности, независимо от того износился ли круг данной ступени или нет.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ прерывистого шлифования, в котором осуществляют прерывистое одновременное врезное шлифование ступенчатых заготовок поверхностей, в частности цилиндрической и торцовой, с помощью прерывистого шлифовального круга, которому сообщают вращение и перемещение относительно заготовки [2].

Недостатками известного способа являются: снижение виброустойчивости из-за ударов при входе в зону резания выступов, которое ведет к снижению качества и производительности; более напряженный температурный режим работы круга, что вызывает прижоги и микротрещины, затруднено попадание СОЖ в зону обработки и повышенный расход абразива.

Задача изобретения - улучшение качества обработанной поверхности, повышение стойкости инструмента и производительности обработки при непрерывном процессе с сохранением преимуществ прерывистого шлифования, а именно: снижение теплонапряженности, улучшение условий охлаждения и снижение расхода абразива.

Поставленная задача решается предлагаемым способом совмещенного прерывистого шлифования ступенчатых заготовок, при котором шлифовальный круг вращают, перемещают относительно обрабатываемой заготовки и осуществляют одновременное врезное шлифование ступенчатых поверхностей заготовок, при этом шлифовальный круг устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси его вращения, расположенной под углом α к оси вращения заготовки - при круглом шлифовании или к обрабатываемой плоскости - при плоском шлифовании, причем при круглом шлифовании одновременно обрабатывают цилиндрические и торцовые поверхности, а при плоском - поверхности, образующие выпуклый и вогнутый профиль, при этом высоту шлифовального круга и угол β выбирают из условий:
B_k= Lcosα+(3-5)мм при L>H;
B_k= Hsinα+(3-5)мм при H>L
β = arctg(B_k/D_max),
где L - длина шлифуемой ступени, мм;
H - длина торцовой поверхности, мм;
B_k и D_max - соответственно, высота и максимальный диаметр шлифовального круга, мм.

На фиг. 1 показана схема совмещенного шлифования цилиндрической и торцовой поверхностей при наладке с установкой шлифовального круга под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга; на фиг. 2 - то же, шлифовальный круг повернут на 90^o относительно положения на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, шлифовальный круг повернут на 180^o относительно положения на фиг. 1; на фиг. 4 показана схема совмещенного шлифования на плоскошлифовальном станке поверхностей вогнутого профиля с установкой шлифовального круга под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга; на фиг. 5 - то же, выпуклого профиля с установкой двух шлифовальных кругов под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга; на фиг. 6 показана схема шлицешлифования одним кругом, установленным под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, дна и боковых поверхностей шлицев вала при его центрировании по внутреннему диаметру и боковым поверхностям.

Обработка заготовок по предлагаемому способу совмещенного шлифования ступенчатых заготовок дает возможность шлифовать, например, торцы одновременно с прилегающим цилиндрическим участком заготовки (фиг. 1-3) в режиме прерывистого шлифования. При этом ось шлифовального круга располагают под углом α к оси вращения шлифуемой заготовки; чаще этот угол принимают равным 30^o-45^o.

Кроме того, шлифовальный круг на шпинделе крепят под некоторым острым углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, зависящим от размеров шлифуемых поверхностей, параметров шлифовального круга и определяемым из соотношения
β = arctg(B_k/D_max),
где B_k и D_max - соответственно высота и максимальный диаметр шлифовального круга, мм. При этом, с целью прерывания процесса шлифования в зоне контакта круга и заготовки в некоторых поперечных сечениях, шлифовальный круг берут по высоте B_k меньшим, чем при обычном шлифовании, и определяют из соотношения
B_k= Lcosα+(3...5)мм при L>H;
B_k= Hsinα+(3...5)мм при H>L,
где L - длина шлифуемой ступени, мм;
H - длина торцовой поверхности, мм;
Подачу шлифовального круга производят как обычно, перпендикулярно его оси вращения.

При таком методе шлифования имеет место линейный контакт между кругом и шлифуемой заготовкой, который циклически перемещается с торца (фиг. 1) на цилиндрическую шейку (фиг. 3) и обратно за оборот круга; причем торец заготовки шлифуют периферийной частью специально заправленного круга. Такая осцилляция зоны резания позволяет прерывать обработку в данном поперечном сечении при непрерывном процессе шлифования. Перемещаемый осциллирующий контакт, если он находится, например, на торце, освобождает зону резания на цилиндрической части для охлаждения и подачи СОЖ, снижая теплонапряженность процесса.

Шлифование с осцилляцией ступенчатых поверхностей заготовки происходит по методу врезания, который позволяет существенно сократить число шлифовальных операций и повысить производительность шлифования в 1,5-2 раза, уменьшить параметр шероховатости поверхности и повысить стойкость шлифовального круга.

Предлагаемый способ периферийного совмещенного шлифования ступенчатых поверхностей заготовок позволяет реализовать принцип неповторяющегося следа, благодаря установке шлифовального круга под углом β к оси его вращения и осцилляции зоны резания. При этом, производя подачу перпендикулярно оси вращения круга, последующие абразивные зерна, углубляясь в металл, не попадают в ранее прорезанные риски-царапины. Это дает возможность повысить режущую способность шлифовального круга и значительно улучшить шероховатость обработанной поверхности.

Следует учитывать, что с увеличением угла α условия обработки торца улучшаются. При традиционном угловом шлифовании в зоне обработки торца круг быстро теряет свои режущие свойства, создается более напряженный температурный режим работы круга, и попадание СОЖ в зону затруднено. Шлифование с осцилляцией по предлагаемому способу благодаря преимуществам процесса прерывистой обработки решает эту проблему.

При традиционном угловом шлифовании при уменьшении угла α разворота шлифовальной бабки, например, с 45^o на 30^o, подача на врезание в направлении торца уменьшается в 1,7 раза, чем подача в направлении цилиндрической поверхности, т.е. условия обработки торца ухудшаются. По предлагаемому способу условия обработки торца улучшаются, так как угол наклона круга увеличивается до значения (α+β). При этом угол наклона круга к цилиндрической части уменьшается до значения (α-β), т.е. условия обработки цилиндрической части приближаются к условиям обработки торца.

Объектом обработки предлагаемым способом могут быть выпуклые и вогнутые профили поверхностей получаемых на плоскошлифовальных станках (фиг. 4 и 5). Показанная на фиг. 4 схема совмещенного шлифования на плоскошлифовальном станке поверхностей вогнутого профиля рабочих поверхностей призмы, обеспечивает прерывистое шлифование при непрерывном контакте круга и заготовки благодаря установке профилированного шлифовального круга под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга. Схема позволяет сократить количество операций и переустановок, повысить режимы резания, производительность и качество обработки.

Шлицешлифование (фиг. 6) является разновидностью плоского шлифования на станках с прямоугольным столом. На фиг. 6 показана схема шлицешлифования по предлагаемому способу одним кругом, установленным под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, дна и боковых поверхностей шлицев вала при его центрировании по внутреннему диаметру и боковым поверхностям. Высота круга взята в половину меньше ширины шлицевой канавки плюс 3...5 мм. Для установки вала в угловом положении служит приспособление с откидным шаблоном (не показан). Шлиц шлифуют при возвратно-поступательном перемещении стола. Делительный механизм обеспечивает поворот на заданный шаг шлицев после каждого двойного хода стола. Круг правят, как при традиционном шлицешлифовании, правящим устройством с тремя алмазами, смонтированным на корпусе шлифовальной бабки (не показано). Схема наладки по предлагаемому способу позволяет улучшить качество обработанной поверхности, повысить стойкость инструмента и производительность обработки при непрерывном процессе с сохранением преимуществ прерывистого шлифования, а именно: снизить теплонапряженность, улучшить условия охлаждения и снизить расход абразива.

Проведены сравнительные испытания известного и предлагаемого способов совмещенного прерывистого шлифования ступенчатых заготовок с осцилляцией зоны резания. На торцекруглошлифовальном станке мод. ЗТ153Е методом врезного шлифования обрабатывали шейку до диаметра 45_-0,025, длиной 30 мм и прилегающий торец с максимальным диаметром 102 мм конического вала-шестерни. Шероховатость обрабатываемой поверхности R_a= 0,63 мкм, материал заготовки - сталь 12Х2Н4А, закаленная до твердости HRC 56-62, способ крепления заготовки - в центрах. Размеры круга ПВД (с двусторонней выточкой) 250х51х25 мм, припуск на обработку на сторону 0,2 мм, частота вращения круга при принятой окружной скорости 25 м/с - n_k = 1900 мин^-1, характеристика шлифовального круга - электрокорунд белый марки - 25A, номер зернистости - 20, твердость - средняя C2, связка - керамическая K. Маркировка характеристики круга 25A 20 C2 5K, частота вращения заготовки при выбранной скорости 40 м/мин - n₃=283 мин^-1, подача на глубину шлифования: минутная - 0,48 мм/мин, на оборот заготовки - 0,0017 мм/об, охлаждающая жидкость - эмульсия.

Угол разворота шлифовальной бабки - α = 45^o; высоту B_к шлифовальный круг брали из соотношения при L > H [30 > (102-45)/2]
B_к= Lcosα+(3...5) = 30cos45^°+(3...5) = 25 мм;
угол β - установки шлифовального круга относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения круга, определяли из соотношения
β = arctg(B_к/D_max) = arctg(25/250) = 6^°,
Заданный параметр шероховатости R_a= 0,63 мкм и размеры: диаметр шейки вала и линейный размер торца с необходимой точностью были достигнуты через 0,2/0,48 = 0,41 мин, что в два раза быстрее, чем при традиционном способе шлифования.

При этом были отмечены благоприятные условия резания, виброустойчивость, минимальный нагрев заготовки. Хотя обработка проводилась при повышенной производительности съема металла, появления прижогов и микротрещин на обработанной поверхности зафиксировано не было.

Улучшились условия самозатачиваемости абразивного шлифовального круга.

Использование способа повысило производительность обработки минимум в 2 раза, позволило исключить операцию получистового шлифования благодаря улучшению шероховатости поверхности на 1-2 класса.

При этом расход абразивного инструмента снизился в половину, т. к. при известном способе шлифования требуется круг высотой не менее B_к= 50 мм.

Заявляемый способ совмещенного прерывистого шлифования ступенчатых поверхностей кругом, установленным под углом β к плоскости, перпендикулярной оси вращения, позволяет:
- увеличить период бесприжоговой работы круга за счет использования эффекта прерывистого шлифования, позволяющий снизить теплонапряженность в зоне контакта с обрабатываемой поверхностью и улучшить условия охлаждения и подачи СОЖ;
- обеспечить точное расположение шлифуемых ступенчатых поверхностей;
- повысить производительность обработки и срок службы инструмента, снизить расход абразива.

Изобретение относится к высокоточному глубинному периферийному совмещенному шлифованию ступенчатых поверхностей заготовок из материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин. Шлифование ступенчатых заготовок осуществляют шлифовальным кругом, ось вращения которого располагают под углом α к оси вращения детали или к шлифуемой плоскости. При круглом шлифовании производят одновременное совмещенное врезное шлифование цилиндрических и торцевых поверхностей, а при плоском - ступенчатых поверхностей, образующих выпуклый и вогнутый профиль. Для обеспечения прерывистого шлифования круг устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси его вращения. Размеры круга и угол β его установки выбирают по приведенным в изобретении расчетным формулам. Данный способ обеспечивает бесприжоговую работу круга, снижает теплонапряженность в зоне контакта, улучшает условия охлаждения и обеспечивает точное расположение шлифуемых ступенчатых поверхностей. 6 ил.

Способ совмещенного прерывистого шлифования ступенчатых заготовок, при котором шлифовальный круг вращают, перемещают относительно обрабатываемой заготовки и осуществляют одновременное врезное шлифование ступенчатых поверхностей заготовок, отличающийся тем, что шлифовальный круг устанавливают под углом β к плоскости, перпендикулярной оси его вращения, расположенной под углом α к оси вращения заготовки - при круглом шлифовании или к обрабатываемой плоскости - при плоском шлифовании, причем при круглом шлифовании одновременно обрабатывают цилиндрические и торцовые поверхности, а при плоском - поверхности, образующие выпуклый и вогнутый профиль, при этом высоту шлифовального круга и угол β выбирают из условий
B_K= lcosα+(3-5)мм при L>H;
B_K= Hsinα+(3-5)мм при H>L;
β = arctg(B_K/D_max),
где L - длина шлифуемой ступени, мм;
H - длина торцовой поверхности, мм;
В_к и D_max - соответственно высота и максимальный диаметр шлифовального круга, мм.