СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ СБОРНЫМ АБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ Российский патент 2005 года по МПК B24B1/00 B24B5/02 

Изобретение относится к обработке многоступенчатых поверхностей деталей и может быть использовано для обработки ступенчатых втулок и валов, колец многорядных подшипников, шарошек буровых долот и др. деталей.

Известен способ шлифования многоступенчатых деталей (а.с. №795889, В 24 В 1/00, В 24 В 5/12), при котором шлифование всех ступеней детали производят одновременно несколькими соосно установленными кругами с прерывистыми рабочими поверхностями, при этом отношение длины рабочей поверхности шлифовального круга к длине взаимодействующей с ней поверхности заготовки постоянно.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает влияние режимов шлифования (частоты вращения и скорости круга и детали, поперечной подачи), которые оказывают влияние на все показатели обработки: силу резания, шероховатость шлифованной поверхности, мгновенную температуру в зоне работы зерна, износ шлифовального круга. Так как шлифовальный блок составлен из кругов разных диаметров, окружные скорости которых различны, то это приводит к неравномерному радиальному износу шлифовальных кругов и, соответственно, не обеспечивается высокая точность перепадов диаметров каждой обрабатываемой ступени.

Наиболее близким по технической сущности является способ шлифования многоступенчатых деталей (патент №2136475, В 24 В 1/00, 5/02, В 24 D 17/00), в котором используют прерывистые круги с уменьшающейся длиной режущих выступов в направлении от периферии кругов к центру. Длина выступов определяется из условия постоянства толщины снимаемого слоя во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и детали в любой фиксируемый момент времени шлифования по формуле

где l_ni - длина режущего выступа круга i-го радиуса; V_кci - окружная скорость сплошного круга i-го радиуса; V_∂с - окружная скорость ступени детали, обрабатываемой сплошным кругом; V_∂c - окружная скорость ступени детали, обрабатываемой прерывистым кругом; d_n - диаметр ступени детали, обрабатываемой прерывистым кругом; D_ni - i-ый диаметр прерывистого круга; n_ш- частота вращения шпинделя шлифовального блока, d_c - диаметр ступени детали, обрабатываемой сплошным кругом; D_ci - i-ый диаметр сплошного круга.

Этот способ тоже не обеспечивает высокую точность взаимного расположения поверхностей ступеней. Это вызвано тем, что длина режущих выступов l_ni определена зависимостью, не учитывающей величину поперечной подачи, которая необходима для съема припуска при врезном шлифовании и которая так же, как и другие режимы шлифования, влияет на условия взаимодействия инструмента и заготовки. В связи с этим круги, составляющие инструмент, изнашиваются неравномерно, что приводит к снижению точности взаимного расположения обрабатываемых поверхностей. Частые периодические правки шлифовальных кругов, применяемые с целью обеспечения требуемой точности взаимного расположения ступеней детали, увеличивают расход шлифовальных кругов, правящего инструмента и снижают технико-экономические показатели технологического процесса.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что шлифование производят сборным абразивным инструментом, составленным из кругов со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью. При этом сборному абразивному инструменту сообщают поперечную подачу на врезание, а длину рабочей поверхности режущих выступов определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистых кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности взаимного расположения ступеней детали за счет обеспечения стабильности взаимодействия шлифовального инструмента и заготовки в каждом обрабатываемом сечении.

Длина рабочей поверхности режущих выступов в поперечном сечении каждого прерывистого круга вычисляется по формуле, которая учитывает длину контакта сплошного и прерывистых кругов с заготовкой (фиг.1), зависящую от всех режимов шлифования, в том числе и от поперечной подачи

где R_с - радиус сплошного круга, мм; r_npi - радиус поверхности заготовки, контактирующей с прерывистым кругом, мм; r_с - радиус поверхности заготовки, контактирующей со сплошным кругом, мм; L_nрi - длина кривой контакта прерывистого круга с заготовкой, мм; L_с- длина кривой контакта сплошного круга с заготовкой, мм; N_i - число режущих выступов прерывистого круга.

Средняя глубина внедрения абразивных зерен в заготовку определяется по зависимостям:

- для сплошного круга

- для прерывистых кругов

где n_k - частота вращения инструмента, об/мин; n_∂ - частота вращения детали, об/мин; t - глубина шлифования, мм; l_ср - средний шаг между зернами, мм.

Длина кривой контакта L при различных видах круглого шлифования с учетом всех режимов обработки определяется по формулам:

- для наружного встречного шлифования

- для наружного попутного шлифования

- для внутреннего встречного шлифования

- для внутреннего попутного шлифования

где V_n - поперечная подача, мм/мин.

Сущность изобретения иллюстрируется схемами (фиг.1, 2, 3). На оправку 7 жестко посажены прерывистые шлифовальные круги 1, 2 радиусами R_np1 и R_np2 и сплошной шлифовальный круг 3 радиусом R_с, которые контактируют со ступенями детали 4, 5, 6, имеющими радиусы r_пр1, r_пр2 и r_с соответственно (фиг.2). Длина режущих выступов прерывистых кругов уменьшается от периферии круга к центру в зависимости от степени износа сплошного шлифовального круга и определяется из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и заготовки (фиг.3).

Реализацию способа покажем на конкретном примере. Обработке подвергается шарошка бурового долота. Марка шлифовальных кругов - 24А16НСМ17К6А.

Исходные данные для расчета:

- радиус прерывистого круга 1 R_nр1=90 мм,

- радиус прерывистого круга 2 R_nр2=70 мм,

- радиус сплошного круга R_c=60 мм,

- радиус ступени 4 r_nр1=110 мм,

- радиус ступени 5 r_nр2=90 мм,

- радиус ступени 6 r_с=80 мм,

- радиус предельно изношенного прерывистого круга 1 R_nризн1=70 мм,

- радиус предельно изношенного прерывистого круга 2 R_nризн2=50 мм,

- радиус предельно изношенного сплошного круга R_cизн=40 мм,

- частота вращения абразивного инструмента n_k=5000 об/мин,

- частота вращения детали n_∂=60 об/мин,

- поперечная подача V_n=0,6 мм/мин,

- глубина шлифования t=0,01 мм.

Результаты расчетов, выполненных по зависимостям 2 и 3, показывают, что при традиционном способе шлифования средняя глубина внедрения абразивных зерен в материал заготовки в каждой обрабатываемой ступени различна (табл.1).

Для достижения технического результата необходимо, чтобы средняя глубина внедрения зерен в материал во всех поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей инструмента и заготовки была одинакова в каждый фиксируемый момент времени шлифования.

Указанное условие обеспечивается за счет изменения суммарной длины режущих выступов прерывистого круга. Для этого определим a_zвс при обработке каждой ступени и приравняем правые части полученных выражений

После преобразования получим формулу (1) для определения длины режущих выступов прерывистых кругов.

В таблице 2 приведены расчетные значения общей длины режущих выступов прерывистых кругов и длины режущей части сплошного круга (l_с), которые определены с учетом всех режимов шлифования (в том числе поперечной подачи) и обеспечивают равенство средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистых кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить стабильность условий взаимодействия шлифовального инструмента и заготовки в каждом обрабатываемом сечении и достичь более равномерного радиального износа рабочих поверхностей сборного шлифовального инструмента, а следовательно, значительно повышается точность взаимного расположения каждой обрабатываемой ступени.

Таблица 1Радиусы шлифовальных кругов, ммРадиусы обраба-тываемых ступеней, ммДлина кривой контакта кругов с заготовкой, ммОбщая длина режущей поверхности шлифовальных кругов по прототипу (l_ni, l_c), ммСредняя глубина внедрения зерен (a_zвс), мкмR_{пр исх1}=901103,1933560,064R_пр(50%)₁=802,462860,104R_{пр изн1}=701,992170,169R_{пр исх2}=70902,5493620,065R_пр(50%)₂=601,9322960,104R_{пр изн2}=501,532360,165R_{с исх}=60802,2263770,063R_с(50%)=501,6643140,102R_{с изн}=401,292510,164

Таблица 2Радиусы шлифовальных кругов, ммРадиусы обрабаты-ваемых ступеней, ммДлина кривой контакта кругов с заготовкой, ммОбщая длина режущей поверхности шлифовальных кругов по предлагаемому способу (l_режi·N_i, l_c), ммСредняя глубина внедрения зерен (а_zвс), мкмR_{пр исх1}=901103,1933610,063R_пр(50%)₁=802,462920,102R_{пр изн1}=701,992240,164R_{пр исх2}=70902,5493700,063R_пр(50%)₂=601,9323040,102R_{пр изн2}=501,532380,164R_{с исх}=60802,2263770,063R_с(50%)=501,6643140,102R_{с изн}=401,292510,164

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при шлифовании многоступенчатых поверхностей втулок и валов, колец многорядных подшипников, шарошек буровых долот и др. деталей. Шлифование производят сборным абразивным инструментом, включающим круги со сплошной и прерывистой рабочими поверхностями. Инструменту сообщают поперечную подачу на врезание. Длину рабочей поверхности режущих выступов каждого прерывистого круга определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистого кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования. Приведена расчетная формула для определения упомянутой длины в зависимости от радиусов сплошного и прерывистого кругов, радиусов ступеней детали, длин кривой контакта прерывистого и сплошного кругов с деталью и числа режущих выступов прерывистого круга. Такие действия повышают точность взаимного расположения ступеней детали за счет обеспечения стабильности взаимодействия сборного инструмента и детали в каждом обрабатываемом сечении. 3 ил., 2 табл.

Способ шлифования многоступенчатых поверхностей деталей сборным абразивным инструментом, при котором шлифование производят кругами со сплошной и прерывистой рабочей поверхностью, отличающийся тем, что сборному абразивному инструменту сообщают поперечную подачу на врезание, а длину рабочей поверхности режущих выступов каждого прерывистого круга определяют из условия равенства средней глубины внедрения абразивных зерен сплошного и прерывистого кругов в обрабатываемый материал в любой фиксируемый момент времени шлифования и вычисляют по формуле

где R_c - радиус сплошного круга, мм;

r_npi - радиус поверхности заготовки, контактирующей с прерывистым кругом, мм;

r_с - радиус поверхности заготовки, контактирующей со сплошным кругом, мм;

L_npi - длина кривой контакта прерывистого круга с заготовкой, мм;

L_c - длина кривой контакта сплошного круга с заготовкой, мм;

N_i - число режущих выступов прерывистого круга.