СБОРНЫЙ ПРЕРЫВИСТЫЙ АЛМАЗНО-АБРАЗИВНЫЙ КРУГ ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБРАБОТКИ КАНАВОК ВРЕЗАНИЕМ Российский патент 2006 года по МПК B24D17/00 

Изобретение относится к технологии машиностроения к производству инструментов для обработки внутренних поверхностей канавок и пазов алмазно-абразивными кругами с аксиально-смещенным режущим слоем с регулированием теплового потока, направленного в деталь, и может быть использовано при глубинном периферийном шлифовании материалов, предрасположенных к дефектообразованию в виде прижогов и микротрещин, в различных отраслях материалообработки.

Известен способ шлифования внутренних канавок, пазов, беговых дорожек наружных колец подшипников периферией и торцами круга одновременно [1]. Способ относится к шлифованию цилиндрических и торцевых поверхностей при угловой наладке. Это позволяет совмещать обработку нескольких взаимно перпендикулярных поверхностей [3].

Недостатками известного способа, реализуемого шлифовальным кругом, развернутым под углом к оси вращения заготовки, сложность процесса обработки, так как при шлифовании широких поверхностей канавок и пазов необходимо осуществление продольной и поперечной подач и переустановки обрабатываемой заготовки. Кроме того, при повышении режимов резания с целью увеличения производительности, например, при переходе на глубинное шлифование материалов, предрасположенных к дефектообразованию на обработанной поверхности образуются прижоги, микротрещины и внутренние напряжения растяжения, ведущие к браку.

Задача изобретения - уменьшение опасности появления прижогов и микротрещин путем снижения теплонапряженности резания благодаря введению прерывистой алмазно-абразивной обработки и установки круга под углом к оси его вращения, увеличение производительности и стойкости круга, использование стандартного инструмента и возможность регулирования ширины обрабатываемой канавки, паза путем продольного перемещения одного из алмазно-абразивных дисков сборного круга.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого сборного прерывистого алмазно-абразивного круга для внутренней обработки канавок врезанием, установленного на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, попарно расположенных с торцов круга, при этом он выполнен из двух алмазно-абразивных дисков, один из которых установлен с возможностью продольного перемещения с помощью пакета тарельчатых пружин, расположенных между дисками, упорного подшипника, установленного с торца круга со стороны подвижного диска, и механизма привода продольного перемещения подвижного диска, воздействующего на упорный подшипник, при этом высоту диска выбирают по формуле

0,5В_з≥В_д≥0,5В_з-(D_и-h)tgα,

где В_д - высота алмазно-абразивного диска, входящего в состав сборного круга, мм;

В_з - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм;

D_и - наружный диаметр сборного круга, мм;

h - ширина зоны контакта торца диска с торцом обрабатываемой канавки в радиальном направлении, мм;

α - острый угол наклона алмазно-абразивного диска к плоскости, перпендикулярной оси вращения, мм.

Особенности конструкции круга поясняются чертежами.

На фиг.1 показана схема прерывистой алмазно-абразивной обработки канавки в отверстии кольца врезанием предлагаемым кругом; на фиг.2 - конструкция сборного шлифовального круга; на фиг.3 - вариант конструкции сборного шлифовального круга, состоящего из алмазно-абразивных дисков с выточками; на фиг.4 - схема обработки кругом с новыми дисками; на фиг.5 - схема обработки кругом с максимально изношенными и правленными дисками при их первой установке; на фиг.6 - вид А на фиг.1; на фиг.7 - схема обработки кругом с изношенными и правленными дисками при их второй установке; на фиг.8 - вид Б на фиг.7.

Предлагаемый круг предназначен для прерывистой алмазно-абразивной обработки канавок отверстий врезанием, при котором оси заготовки 1 и круга 2 параллельны [2]. Прерывистость алмазно-абразивной обработки, так необходимая для снижения температуры шлифования, реализуется путем установления сборного шлифовального круга 2 на шпинделе 3 под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб 4, попарно расположенных с торцов сборного круга 2.

Обработка предлагаемым инструментом предусматривает введение в отверстие вращающейся со скоростью V_з заготовки 1 сборного шлифовального круга 2, которому сообщают вращение со скоростью V_и и поперечную подачу врезания S_поп.

Сборный круг 2 выполнен из двух алмазно-абразивных дисков 5 и 6, один из которых, например, 6 (со стороны шпиндельной бабки) установлен с возможностью продольного перемещения S_пр, осуществляемого вручную. С этой целью между дисками 5 и 6 установлен пакет тарельчатых пружин 7 (например, выполненных по ГОСТ 3057-79, ГОСТ 2.401-68), а с торца круга 2 со стороны подвижного диска 6 расположен упорный подшипник 8, сопрягаемый с помощью втулки 9 с механизмом привода продольного перемещения (не показан) подвижного диска. Тарельчатые пружины служат для восприятия больших сил зажима алмазно-абразивных дисков при относительно малых габаритных размерах, а также для гашения энергии ударов, воспринимаемых инструментом при реализации прерывистого шлифования.

Базирование при внутреннем шлифовании заготовок 1 типа колец традиционно осуществляется на двух жестких опорах 10, поддерживающих кольцо по наружному бурту. Вращение заготовки осуществляется, например, магнитопроводом, подвешенным на специальной мембране 11. Это обеспечивает самоустановку заготовки и исключает влияние погрешностей вращения шпинделя бабки на точность обработки колец.

Ручное включение механизма привода (не показан) позволяет через втулку 9 воздействовать на упорный подшипник 8, перемещая подвижный диск 6 в продольном направлении в рабочем режиме, без остановки процесса шлифования. Таким образом, компенсацию износа рабочих торцовых поверхностей дисков производят путем продольного перемещения S_пр подвижного диска 6 и восстановления высоты В_и сборного круга, которая равна ширине шлифуемой канавки В_з.

Высоту алмазно-абразивного диска выбирают из следующих соображений. Высота сборного круга В_и определяется шириной шлифуемой канавки В_з и всегда должна быть равна ей. С другой стороны, ввиду того, что зона резания сборного круга прерывается в продольном направлении, просвет между дисками z должен быть не более амплитуды А_д. Такое соотношение позволяет обеспечить полную равномерную обработку всей поверхности канавки данным прерывистым кругом за один его оборот.

В связи с этим высоту диска определяют по формуле

0,5В_з≥В_д>0,5В_з-(D_и-h)tgα,

где В_д - высота алмазно-абразивного диска, входящего в состав сборного круга, мм;

В_з - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм;

D_и - наружный диаметр сборного круга, мм;

h - ширина зоны контакта рабочего торца диска с торцом обрабатываемой канавки в радиальном направлении, мм;

α - острый угол наклона алмазно-абразивного диска к плоскости, перпендикулярной оси вращения, мм.

На фиг.3 представлен вариант конструкции сборного шлифовального круга, состоящего из алмазно-абразивных дисков с торцовыми выточками, позволяющими уменьшить просвет z между дисками и компактно разместить пакет тарельчатых пружин 7 при малых амплитудах осцилляции и углах наклона. Такая конструкция сборного круга позволяет иметь минимальный просвет z_min в начальный период работы новых неизношенных дисков (см. фиг.4).

Часть рабочих торцов 5^T и 6^T дисков (см. фиг.1), которые профилируют прорезаемую канавку, быстро изнашиваются и размер высоты В_и круга уменьшается, что недопустимо; этот износ компенсируют путем продольного перемещения подвижного диска 6 относительно неподвижного - 5 и восстанавливают высоту В_и сборного круга.

В процессе износа, правки и регулировки (увеличения расстояния z между дисками) высоты сборного круга и угла α наклона дисков образуются достаточно протяженные рабочие режущие плоскости 5^п и 6^п (см. фиг.1) шириной h в радиальном направлении, которые повышают качество и точность, улучшают шероховатость прорезаемой канавки и замедляют износ и выкрашивание абразива, повышая износостойкость круга.

Правка сборного круга осуществляется аналогично правке традиционных кругов при угловой наладке [3], при этом правят как периферию, так и рабочие торцы 5^T и 6^T сборного круга (см. фиг.2, 5-8). При износе до минимально допустимого значения высоты дисков (см. фиг.5, 6) меняют их местоположение относительно шпинделя, например, положение 5^2п и 6^2п (см. фиг.7, 8), которое диаметрально противоположно первоначальному положению 5^п и 6^п, и т.д.

Как отмечалось выше, шлифование торцов канавки каждым диском является прерывистым процессом, способствующим снижению теплонапряженности резания, однако в определенном диапазоне угла α_const наклона дисков сборный круг в целом работает непрерывно: после выхода из зоны контакта торца одного диска с торцом обрабатываемой канавки вступает в работу второй диск и т.д. Это возможно при ширине h зоны контакта рабочего торца диска с торцом обрабатываемой канавки в радиальном направлении, равной половине диаметра инструмента (0,5D_и). При этом α_const определяется из вышеприведенной формулы при замене h значением (0,5D_и):

α_const≤arctg[(В_з-2В_д)/D_и].

Производилось обдирочное шлифование беговой дорожки наружного кольца роликоподшипника типа 32618 с d=90 мм; D=190 мм; В=64 мм. ГОСТ 8328-75. Размеры кольца: наружный диаметр - 190 мм; ширина - 64 мм; внутренний диаметр - 168 мм; ширина беговой дорожки - 36 мм; диаметр беговой дорожки - 174 мм. Шлифование проводилось врезанием на желобошлифовальном специальном полуавтомате ЛЗ-162, модернизированный, с автоматической подналадкой предлагаемого шлифовального сборного круга, позволяющий выдерживать постоянную высоту круга путем продольного перемещения одного из составляющих абразивных дисков. Базирование кольца осуществлялось на двух жестких опорах, поддерживающих кольцо по наружному бурту. Вращение заготовки осуществлялось магнитопроводом, подвешенным на специальной мембране. Операция обдирочного шлифования производилась разработанным сборным кругом, состоящим из двух абразивных дисков из материала 24А25НСМ16К7 при скорости резания V_и=32 м/с, скорости заготовки V_з=35 м/мин и скорости врезной поперечной подачи S_поп=0,6 мм/мин. Диаметр нового сборного круга - 125 мм; высота абразивных дисков типа ПП ГОСТ 2424-83 - 13 мм; угол наклона дисков при непрерывном резании торцов канавки сборным кругом α_const=4°48^/.

При шлифовании исходная погрешность заготовки оказывает меньшее влияние на точность окончательно сформированного профиля, так как искажение профиля сборного круга, полученное в начальный момент, устраняется подналадкой путем продольного перемещения одного из составляющих абразивных дисков, причем на ходу без остановки процесса. Точность обработки и качество поверхности, получаемые традиционным способом на этапе обдирочного шлифования, составляют: допуск на шлифование диаметра дорожки - (±0,03) мм; конусность - 0,015 мм; радиальное биение - 0,015 мм; огранка - 0,015 мм; шероховатость - 1,26 мкм [4].

Точность обработки и качество поверхности, получаемые предлагаемым кругом на этапе обдирочного шлифования, соответственно составляют: допуск на шлифование диаметра дорожки - (±0,03) мм; конусность - 0,012 мм; радиальное биение - 0,011 мм; огранка - 0,011 мм; шероховатость - 1,08 мкм. Производительность увеличилась в 1,4 раза, стойкость инструмента возросла на 30%.

Предлагаемый круг для прерывистой алмазно-абразивной обработки канавок отверстий врезанием уменьшает опасность появления прижогов путем снижения теплонапряженности резания за счет осцилляции зоны контакта круга с заготовкой и прерывистого резания, обладает повышенной износостойкостью благодаря включению в работу торцовых частей круга, позволяет использовать стандартный алмазно-абразивный инструмент, дает возможность регулирования ширины прорезаемой канавки на ходу без остановки процесса путем продольного перемещения одного из дисков сборного круга. Круг позволяет отказаться от использования продольной подачи и переустановки обрабатываемой заготовки при шлифовании широких поверхностей канавок и пазов.

Эти достоинства позволяют повысить производительность, качество и снизить себестоимость обработки внутренних канавок, пазов, беговых дорожек наружных колец подшипников и других подобных внутренних поверхностей.

Источники информации

1 United States Patent 4170851. C1² В 24 В 49/00. Grinding Machine. Oct. 16, 1979 - прототип.

2 Патент RU 2235629, МПК⁷ В 24 В 1/00, 19/02, 27/06. Способ алмазно-абразивной обработки пазов отрезными кругами с параметрической осцилляцией. Степанов Ю.С., Киричек А.В., Афанасьев Б.И., Фомин Д.С., Юричев И.А. Заявка №2003129220; заявл. 30.09.2003; опубл. 10.09.2004. Бюл. №25.

3 Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.1 / Под ред. А.Г.Косиловой и Р.К.Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - С.390.

4 Якимов А.В. Алмазно-абразивная обработка фасонных поверхностей. - М.: Машиностроение, 1984. С.216-221.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении алмазно-абразивного инструмента для обработки внутренних поверхностей канавок и пазов методом глубинного периферийного шлифования. Сборный прерывистый алмазно-абразивный круг установлен на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, попарно расположенных с торцов круга. Он выполнен из двух алмазно-абразивных дисков. Один из них установлен с возможностью продольного перемещения. Последнее осуществлено посредством пакета тарельчатых пружин, расположенных между дисками, упорного подшипника, установленного с торца круга со стороны подвижного диска, и механизма привода продольного перемещения подвижного диска, воздействующего на упорный подшипник. Приведена расчетная формула для определения высоты диска. Такая конструкция повышает производительность и качество обработки, снижает теплонапряженность резания. 8 ил.

Сборный прерывистый алмазно-абразивный круг для внутренней обработки канавок врезанием, установленный на шпинделе под острым углом α к плоскости, перпендикулярной оси вращения, с помощью косых шайб, попарно расположенных с торцов круга, отличающийся тем, что он выполнен из двух алмазно-абразивных дисков, один из которых установлен с возможностью продольного перемещения пакета тарельчатых пружин, расположенных между дисками, упорного подшипника, установленного с торца круга со стороны подвижного диска, и механизма привода продольного перемещения подвижного диска, воздействующего на упорный подшипник, при этом высота диска выбрана по формуле:

0,5В_З≥В_Д≥0,5В_З-(D_И-h)tgα,

где В_Д - высота алмазно-абразивного диска, входящего в состав сборного круга, мм;

B_З - ширина шлифуемой внутренней канавки заготовки, мм;

D_И - наружный диаметр сборного круга, мм;

h - ширина зоны контакта торца диска с торцом обрабатываемой канавки в радиальном направлении, мм;

α - острый угол наклона алмазно-абразивного диска к плоскости, перпендикулярной оси вращения, мм.