СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК B24B1/00 B24D5/00 

Изобретение относится к металлообработке, а именно и шлифованию, и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и эксплуатирующих абразивный инструмент при обработке деталей из закаленных сталей и сплавов, чувствительных к термическим воздействиям.

Известен способ наружного круглого шлифования, при котором берут абразивный круг, подают с поперечной подачей, перемещают вдоль детали с продольной подачей и снимают за несколько проходов определенный припуск |1, стр.42|.

В процессе работы таким кругом из-за засаливания, изменения его режущей способности и вынужденных вибраций шпинделя шлифовальной бабки, вызванных неуравновешенностью системы СИД (станок - инструмент - деталь) |2, стр.69|, на обработанной поверхности возникают прижоги, микротрещины и увеличивается высота микронеровностей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ шлифования, при котором используют абразивный круг с прерывистой рабочей поверхностью, состоящей из чередующихся выступов и впадин, расположенных вдоль образующей рабочей поверхности |1, стр.288|. Такой круг изготавливают заранее, до начала обработки, количество впадин и выступов выбирают произвольно. Указанные прерывистые абразивные круги уменьшают температуру в зоне резания, что позволяет исключить прижоги и микротрещины.

Недостатком известного способа является значительная высота микронеровностей на обработанной поверхности, т.к. при работе прерывистого абразивного круга с произвольным количеством выступов и впадин под воздействием ударов выступов о деталь шпиндель совершает вынужденные колебания, частота которых не совпадает с частотой вынужденных колебаний, вызванных неуравновешенностью системы СИД.

Задачей изобретения является уменьшение высоты микронеровностей на обработанной поверхности за счет совмещения частот вынужденных колебаний шпинделя в радиальном направлении, вызванных ударами выступов о деталь и неуравновешенностью системы СИД. Эта задача решается следующим образом. В известном способе шлифования, при котором используют абразивный круг с прерывистой рабочей поверхностью, состоящей из чередующихся выступов и впадин, расположенных вдоль образующей рабочей поверхности, согласно изобретению количество впадин определяют по зависимости

где K - количество впадин;
V_кр - скорость вращения абразивного круга, м/с;
V_всmaxCИД - максимальная виброскорость колебаний шпинделя в радиальном направлении на режимах чистового шлифования, вызванная неуравновешенностью системы СИД, мм/с;
1000 - поправочный коэффициент.

Изготовление количества впадин на рабочей поверхности абразивного круга в зависимости от скорости его вращения и максимальной виброскорости колебаний шпинделя позволяет совместить частоты, а затем наложить и уменьшить амплитуду вынужденных колебаний последнего, вызванных ударами выступов о деталь и неуравновешенностью системы СИД в радиальном направлении.

На фиг. 1 дана функциональная схема предлагаемого способа; на фиг. 2, 3, 4 - графики изменения виброскорости в зависимости от частоты вынужденных колебаний шпинделя в радиальном направлении.

На функциональной схеме: 1 - абразивный круг, 2 - шпиндель, 3 - шлифовальная бабка, 4 - обрабатываемая деталь, 5 - центр станка, 6 - датчик-щуп, 7 - анализатор, 8 - ПЭВМ "Pentium", 9 - специальное устройство для нанесения впадин.

На графиках изменения виброскорости в зависимости от частоты вынужденных колебаний шпинделя в радиальном направлении:
- для известного способа шлифования абразивным кругом со сплошной рабочей поверхностью (фиг. 2) 10 - кривая изменения виброскорости V_вс при частоте f вынужденных колебаний шпинделя, вызванных неуравновешенностью системы СИД, где V_{всm axСИД} - максимальное значение виброскорости при частоте f_сид.

- для известного способа шлифования абразивным кругом с произвольным количеством выступов и впадин (фиг. 3) 11 - кривая изменения виброскорости V_вс при частоте f вынужденных колебаний шпинделя, вызванных ударами выступов о деталь, где V_{всmaxударпрототип} - максимальное значение виброскорости при частоте f_{ударпрототип}, причем f_{ударпрототип} < f_сид.

- для предлагаемого способа шлифования абразивным кругом, количество впадин которого определено по зависимости (фиг. 4) 12 - кривая изменения виброскорости V_вс при частоте f вынужденных колебаний шпинделя, вызванных ударами выступов о деталь, где V_{всmaxудар} - максимальное значение виброскорости при частоте f_удар, причем f_удар = f_сид, 13 - кривая изменения виброскорости V_вс после совмещения частот и наложения амплитуды, где V_{всmaxсумм.} - максимальное значение виброскорости, причем V_{всmaxсумм} = V_{всmaxсид} - V_{всmaxудар}.

Способ реализуют следующим образом. Перед началом обработки абразивный круг 1 со сплошной рабочей поверхностью устанавливают на шпиндель 2 шлифовальной бабки 3 станка. По нормативам назначают режимы чистового шлифования: продольную подачу S_пр, поперечную подачу S_поп и скорость вращения абразивного круга V_кр. Подводят абразивный круг к детали 4, закрепленной в центрах 5 станка, и выполняют пробный проход, во время которого проводят диагностическое обследование состояния шпинделя, а именно используя датчик-щуп 6 (тип 310), анализатор 7 (тип 2110-30), ПЭВМ 8 (тип "Pentium-2") и пакет прикладных программ "Мастер Тренд" (США) измеряют виброскорость его колебаний в радиальном направлении, вызванную неуравновешенностью системы СИД, определяют ее максимальную величину. Рассчитывают количество впадин по указанной зависимости и наносят их на рабочую поверхность абразивного круга с помощью специального устройства 9, установленного но станине станка.

Проведены сравнительные испытания существующего на заводе, известного по прототипу способа шлифования и способа по предлагаемому техническому решению.

Испытания проводили на круглошлифовальном станке мод. wsuh 150х8000 фирмы "Вальдрих Зиген" (Германия) при обработке валков холодной прокатки диаметром 500 мм и длиной 3150 из стали 9Х2МФ, твердость закаленного поверхностного слоя HS 95...97 единиц (по Шору).

Для обработки использовали абразивные круги (типа ПП) 91А40СМ2К8 диаметром 900 мм, высотой рабочей поверхности 100 мм.

Режимы чистового шлифования:
снимаемый припуск, мкм - 30...0
число проходов - 4
скорость вращения абразивного круга, м/с - 30
скорость вращения детали, об/мин - 18
продольная подача S_пр, мм/мин - 290
поперечная подача S_поп, мкм - 5
По существующему на заводе способу шлифования применяли абразивный круг со сплошной рабочей поверхностью. На пробном проходе с помощью датчика-щупа 6, анализатора 7, ПЭВМ "Pentium-2" и пакета прикладных программ "Мастер Тренд" определяли V_{всmaxсид} = 524,7 мм/сек и f_сид = 40 Гц.

По известному способу-прототипу шлифования применяли абразивный круг с прерывистой рабочей поверхностью, количество впадин принято произвольно: K_I = 20. С помощью той же методики определяли V_{всmaxударпрототип} = 652,3 м/с и f_{ударпрототип} = 15 Гц.

По предлагаемому способу шлифования применяли абразивный круг с прерывистой рабочей поверхностью, количество впадин на которой рассчитывали по зависимости

С помощью методики определяли V_{всmaxудар} = 312,3 мм/сек и f_удар = f_сид = 40 Гц.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Предлагаемый способ шлифования в сравнении с известным обеспечивает уменьшение высоты микронеровностей на обработанной поверхности в 2,01 раза за счет снижения вибраций.

Использованные источники информации:
1. Ящерицын П.И. и др. Шлифование металлов, Минск: Беларусь, 1963 (стр. 42 - аналог, стр. 288 - прототип).

2. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. М. Машиностроение, 1969.

Изобретение относится к металлообработке, а именно к шлифованию, и может быть использовано на предприятиях, изготавливающих и эксплуатирующих абразивный инструмент для обработки деталей из закаленных сталей и сплавов, чувствительных к термическим воздействиям. Для шлифования используют абразивный круг с прерывистой рабочей поверхностью, состоящей из чередующихся выступов и впадин, расположенных вдоль образующей рабочей поверхности. Количество впадин круга определяют по расчетной формуле в зависимости от скорости вращения абразивного круга и максимальной виброскорости колебаний шпинделя в радиальном направлении на режимах чистового шлифования, вызванной неуравновешенностью системы станок-инструмент-деталь (СИД). За счет совмещения частот вынужденных колебаний шпинделя в радиальном направлении, вызванных ударами выступов о деталь и неуравновешенностью системы СИД, уменьшается высота микронеровностей на обработанной поверхности. 4 ил., 1 табл.

Способ шлифования абразивным кругом с прерывистой рабочей поверхностью, состоящей из чередующихся выступов и впадин, расположенных вдоль образующей рабочей поверхности, отличающийся тем, что шлифование осуществляют абразивным кругом, количество впадин K которого равно K = (V_кр/V_{всмахсид}) • 1000, где V_кр - скорость вращения абразивного круга, м/с; V_{всмахсид} - максимальная виброскорость колебаний шпинделя в радиальном направлении на режимах чистового шлифования, вызванная неуравновешенностью системы станок-инструмент-деталь (СИД), мм/с; 1000 - поправочный коэффициент.