СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к области обработки материалов шлифованием с помощью абразивного инструмента на круглошлифовальных, плоскошлифовальных и других станках.

Известен способ шлифования, согласно которому изделию или шлифовальному шпинделю с инструментом сообщают колебания вдоль оси шпинделя либо в нормальном направлении к поверхности шлифования (патент США 3579927, НКИ 51-281, 1971).

Недостатком известного способа является малая виброустойчивость процесса шлифования. Возможно возникновение вредных колебаний, из-за которых абразивный круг быстро теряет свои режущие свойства, появляется шероховатость и образуются прижоги на обработанной поверхности.

Наиболее близким по технической сущности является способ шлифования, согласно которому системе шлифовальный шпиндель - инструмент задают крутильные колебания вокруг их оси (авт.св. СССР 553090, В 24 В 1/00, 1977). Данный способ шлифования позволяет существенно повысить виброустойчивость упругой системы станка за счет частичного подавления вредных самовозбуждающихся колебаний (автоколебаний), свойственных процессу шлифования.

Известный способ не позволяет полностью устранить автоколебания в процессе шлифования, частота относительной осцилляции системы шлифовальный шпиндель - инструмент не связана с условиями реализации процесса шлифования и их изменением во времени. Происходит прогрессирующее изменение макрогеометрии рабочей поверхности инструмента во времени, что приводит к потере его режущих свойств, ухудшению шероховатости и образованию прижогов на обрабатываемой поверхности.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества обрабатываемой поверхности за счет минимизации динамики изменения макрогеометрии рабочей поверхности инструмента во времени.

Поставленная задача достигается тем, что шлифование производят с адаптивным изменением частоты крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя в соответствии с выражением
ω = ω_к•n/2
где ω - частота крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя;
ω_к - частота вращения шпинделя с абразивным инструментом;
n - целое число (n = 1, 2, 3,...).

Известен способ шлифования, при котором шлифование производят с адаптивным управлением путем изменения приведенной крутильной жесткости системы шпиндель - шлифовальный инструмент в соответствии с выражением

где Cϕ - приведенная крутильная жесткость системы шпиндель - шлифовальный инструмент;
α, β, k - постоянные процесса шлифования;
ϕ - угловая координата осциллирующего перемещения шлифовального инструмента;
ϕ₁ - угловая скорость осциллирующего перемещения шлифовального инструмента (авт.св. СССР 906670, В 24 В 1/00, 1980).

В предлагаемом техническом решении в процессе шлифования зависимость, определяющая регенеративный эффект вследствие износа абразивного инструмента, имеет вид
R_к(t)=R_к(t-T)-ΔR(t), (1)
где R_к(t) - динамическое изменение радиуса абразивного инструмента после окончания резания;
R_к(t-T) - динамическое изменение радиуса крута до начала резания;
ΔR(t) - динамическое изменение приращения износа абразивного инструмента за один цикл резания (ΔR(t)=G•Fd);
Т - время одного оборота абразивного инструмента (T = 2π/ω_к);
G - коэффициент износа абразивного инструмента;
Fd - динамическая составляющая тангенциальной силы резания;
t - время.

Приняв изменение динамической составляющей тангенциальной силы резания по моногармоническому закону Fd = Fsinωt, где F - амплитуда динамической составляющей силы, стационарное решение уравнения (1) имеет вид

Исследуем динамическое изменение радиуса абразивного инструмента R_к(t) на экстремум. Амплитуда макрогеометрии поверхности абразивного инструмента А_к определяется выражением

Взяв производную dA_к/dω от выражения (3) и приравняв ее нулю, получим выражение для ω, соответствующее минимальному значению амплитуды А_к макрогеометрии поверхности абразивного инструмента

ωT = πn. (5)
Из (5) получаем
ω = π•n/T = ω_к•n/2 (6)
Задание циклической частоты ω крутильных колебаний инструмента относительно шпинделя в соответствии с выражением (6) позволяет минимизировать динамику изменения макрогеометрии рабочей поверхности абразивного инструмента во времени и соответственно стабилизировать процесс шлифования. В процессе шлифования при периодических врезаниях инструмента в шлифуемую деталь, а также других причин случайного характера возможно изменение циклической частоты ω_к вращения шпинделя с абразивным инструментом. Поэтому следует производить адаптивное изменение частоты ω крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя в соответствии с выражением (6).

Для осуществления предлагаемого способа абразивный инструмент устанавливают на шпинделе станка в планшайбу, обеспечивающую упругую коаксиальную связь инструмента со шпинделем. Затем задают вращение системе шлифовальный шпиндель - инструмент и осуществляют шлифование с наложением крутильных колебаний при адаптивном изменении частоты крутильных колебаний инструмента относительно шпинделя в соответствии с полученной зависимостью.

Способ реализуют следующим образом.

Абразивный инструмент устанавливают на шпинделе и абразивному инструменту задают вращение вокруг оси. Одновременно на абразивный инструмент налагают крутильные колебания в соответствии с выражением
ω = ω_к•n/2,
где ω - частота крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя;
ω_к - частота вращения шпинделя с абразивным инструментом;
n - целое число (n = 1, 2, 3,...).

Крутильные колебания гасят автоколебания, возникающие при шлифовании, что уменьшает износ абразивного инструмента и повышает качество обработанной поверхности.

Эффективность осуществления шлифования по предлагаемому способу заключается в минимизации динамики изменения макрогеометрии рабочей поверхности абразивного инструмента во времени. В результате этого уменьшается износ абразивного инструмента, повышается его стойкость и улучшается качество обрабатываемой поверхности.

Пример конкретного выполнения.

На плоскошлифовальном станке модели 3Г71М кругом П 250х75х25 шлифовались плоские образцы из стали 12Х2Н4А (HRC_э ≥ 60 ед.) на режимах: глубина - 0,03 мм, скорость стола - 12 м/мин, ω_к = 301,6 рад/с, n = 2.

Эффективность предложенного способа шлифования в сравнении с обычным оценивалась по выходным эксплуатационным и качественным показателям (стойкость шлифовального круга, изменение микротвердости поверхностного слоя образцов во времени).

При шлифовании обычным способом после 18 минут возникают интенсивные вибрации системы станка, появляются прижоги на обрабатываемой поверхности, круг теряет свои режущие свойства. При шлифовании по предлагаемому способу стойкость круга между правками возрастает в 1,5-1,8 раза. Одинаковое изменение микротвердости поверхностного слоя образцов происходит через период времени, в 1,4 раза больший, чем при шлифовании по известному способу.

Предложенный способ шлифования обеспечивает улучшение качества обрабатываемой поверхности.

Изобретение относится к области обработки материалов шлифованием с помощью абразивного инструмента на круглошлифовальных, плоскошлифовальных и других станках. Для осуществления способа абразивный инструмент устанавливают на шпинделе станка в планшайбу, обеспечивающую упругую коаксиальную связь инструмента со шпинделем. Затем задают вращение системе шлифовальный шпиндель - инструмент и осуществляют шлифование с наложением крутильных колебаний при адаптивном изменении частоты крутильных колебаний инструмента относительно шпинделя в соответствии с приведенной зависимостью. Такие действия обеспечивают улучшение качества обрабатываемой поверхности за счет минимизации динамики изменения макрогеометрии рабочей поверхности инструмента во времени.

Способ шлифования, при котором абразивному инструменту задают крутильные колебания вокруг его оси, отличающийся тем, что шлифование производят с адаптивным изменением частоты крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя в соответствии с выражением
ω = ω_кn/2,
где ω - частота крутильных колебаний абразивного инструмента относительно шпинделя;
ω_к - частота вращения шпинделя с абразивным инструментом;
n - целое число (n= 1, 2, 3, . . . ).