Способ шлифования Советский патент 1984 года по МПК B24B1/00 

Изобретение относится к обработке шлифованием, преимущественно плоскому шлифованию труднообрабатываемых материалов периферией круга, Известен способ шлифования,в процессе которого сообщают крутильные колебания шлифовальному кругу на шпинделе вокруг оси вращения, что повышает устойчивость и улучшает показатели обработки Cl3. Недостатком способа является существование зон пониженной виброустойчивости процесса шлифования и, особенно при сообщении кругу колебаний малой амплитуды с частотой, мень шей резонансной частоты изгибных колебаний круга на шпинделе, а также меньше частоты свободных колебаний детали с приспособлением. Кроме того использование такого способа сложно при большой массе круга и шпинделя, так как для возбуждения колебаний требуется большой расход энергии, устройство его реализующее имеет большие габариты. Сообщение вибраций шлифовальному кругу на шпинделе снижает долговечность его опор. Известен способ шлифования, при котором сообщают ультразвуковые коле бания инструменту в нормальном направлении и плоскости обработки 2 Недостатками этого способа являют ся низкая виброустойчивость станка при обработке и большой износ шлифовального круга. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ шлифования периферией абрази: ного круга, который включает его вращение, сообщение подачи и колебаНИИ детали вдоль оси вращения круга Сз. Однако осевые колебания (осцилляция) снижают п |гоховатость обрабо танной поверхности в начальный пери обработки, но повьш1ают износ и затупление абразивных зерен, что способствует повьш1ению сил обработки и развитию автоколебаний, уменьшается стойкость абразивного инструмента, ухудшая качество обработанной повер кости и производительность. Целью изобретения является улучш ние качества обработанной поверхности. Поставленная цель достигается те что согласно способу шлифования дет ли дополнительно сообщают в плоскос ти обработки связанные колебания в тангенциальном направлении в полуоктавной полосе изгибных зарезонансных вибраций шлифовального круга на шпинделе. При этом частоту колебаний в тангенциальном направлении выбираютравной частоте свободных колебаний с приспособлением в плоскости обработки. На чертеже показана схема обработки. Вращающийся круг 1 установлен на шпинделе 2 станка. Приспособление 3 для установки, крепления и подачи детали 4 относительно круга 1 связано в нормальном к плоскости обработки направлении со столом станка упругими элементами 5, а в горизонтальной плоскости (в плоскости обработки) элементами 6. Жесткость С упругих элементов 6 выбрана из условия, что частота свободных колебаний детали с приспособлением в плоскости обработки Pj превьш ает частоту свободн1 тх изгибных колебаний шпинделя с кругом Pff, в полуоктавной полосе, т.е. .. Причем главные оси жесткости упругих элементов 6 в плоскости обработки направлены под углом cL, например под углом 45 к оси вращения шпинделя, за счет чего обеспечена упругая координатная связь перемещений детали4 в плоскости обработки в направлении оси X вращения круга и тангенциальном направлении Z. При этом жесткость упругих элементов 5 в нормальном направлении У выбрана большей в 2-3 раза жесткости упругих элементов 6 в плоскости обработки, за счет чего обеспечено превьш1ение в 3 - 10 раз частоты РЧ собственных колебаний детали в нормальном направлении в сравнении с частотой ее свободных колебаний в плоскости обработки. С приспособлением 3 связан электромагнитный вибратор 7, который формирует связанные в плоскости обработки в направлении оси X и Z перемещения с частотой свободных колебаний детали и приспособлением в плоскости обработки. В процессе шлифования периферией вращающегося абразивного круга 1 с окружной скоростью Vjjp сообщают подачу детали 4 со скоростью Уц движением стола станка с приспособлением §, а также сообщают связанные в плоскости обработки колебания по замкнутой траектории в направлении осей X и Z преимущественно с одинаковыми амплитудами BQ В направлении оси вращения круга и амплитудой а в тангенциальном направлении. При этом частоту UJ сообщаемых колебаний выбирают не равную и меньше, например, в 3 - 10 раз- частоты Р, собственных колебаний детали с приспособлениемв нормальном направлении, а также превьшающую резонансную частоту Р изгибных колебаний шпинделя с кругом в полуактавной полосе (), т.е. нижним пределом является частота w равная частоте Р свободных изгибных колебаний шпинделем 2 с кругом 1, а верхним пределом UJ Р(У2. При наложении связанных в плоскости обработки колебаний изменяютс скорость V подачи детали, ширина шлифования, а также скорость и направление скольжения обрабатываемой детали относительно круга в плоскости обработки, а, следовательно, и интенсивность сошлифовываемого матери ла. При этом появляются силы сопротивления самовозб-уждающимся вибрациям, пропорциональные амплитудам сообщаемых колебаний в направлениях X и Z. .Периодическое изменение направления -и скорости скольжения детали 4 в плоскости обработки одновременно в тангенциальном Z и осевом X направлениях относительно рабочей поверхности вращающегося круга 1 трансформирует характеристики трения. В момент сообщения связанных вибраций, с одной стороны, уменьшается сила трения в контакте инструмента и детали, а, следовательно, снижаетс температура в их зоне контакта и уменьшаются структурные превращения в поверхностном слое обрабатываемой детали (улучшается качество обработанной поверхности). С другой стороны, одновременно трансформирзлотся нелинейные характеристики составляющих сил трения и формируется сложна структура силы сопротивления переход ным вибрациям и автоколебаниям. При чем тангенциальная составляющая сила трения максимально снижается (в 3 4 раза) при сообщении связанных резонансных колебаний детали в плоскости обработки с частотой, превышающей частоту свободных изгибных колебаний шпинделя 2 с кругом 1 в полуоктавной полосе. При этом сила, сопротивления самовозбуждающимся вибрациям, обусловленная изменением (трансформацией) нелинейных характеристик трения в плоскости обработки, увеличивается со снижением рабочей скорости резан 1я VQ V +V . Поэтому этот способ шлифования обеспечивает максимальный положительньш эффект при низкоскоростной абразивной обработке периферией шлифовального круга. Сообщение связанных в плоскости обработки вибраций с частотой, превьпиающей зарезонансную частоту колебаний шпинделя в полуактивной полосе, максимально уменьшает силу трения и одновременно обеспечивает затухание переходных колебаний и подавление автоколебаний абразивного «руга на шпинделе при наименьших амплитудах а и а, относительных колебаний детали 4 и круга 1. При этом подавление автоколебаний обеспечивается также в процессе тонкого шлифования и полирования, при которых доля работы на резание k сила от- напряжений сдвига на абразивных зернах весьма мала и приближается к нулю, т.е. и тогда, когда отсутствует изменение объема сошлифовываемого материала при сообщении вибраций. Послед тощее увеличение частоты сообщаемых колебаний почти не уменьшает силу тренИя в сравнении с обработкой без наложения колебаний и оказывает слабое положительное влияние на расширение области устойчивости и подавление автоколебаний. Связанные в плоскости обработки в осевом и тангенциальном направлениях колебания детали оказывают положительное влияние на формообразование рельефа обрабатываемой поверхности, снимают высоту шерохо- ватости, улучшают качество поверхностного слоя детали и способствует гашению автоколебаний. Резонансные в плоскости обработки вибрации детали с одинаковыми амплитудами в осевом а и тангенциальном а. направлениях, кроме того, позволяют максимально снизить расход энергии на возбуждение колебаний и мощность и размеры устройства для сообщения вибраций.

При сообщении связанных в плоскости обработки колебаний улучшаются условия работы абразивных зерен круга, уменьшается их износ, повышается интенсивность съема материала и размерная стойкость круга, создается благоприятная кинематика движения абоазивных зерен относительно детали,

что также снижает шероховатость обработанной поверхности.

Снижение силы трения и гашение автоколебаний шлифовального шпинделя с кругом позволяет улучшить качество обработанной поверхности при одновременном увеличении режимов и производительности.

1. СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ, при котором на обрабатьшаемую деталь накладывают колебания оси вращения круга, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества обработанной поверхности, детали дополнительно сообщают в плоскости обработки связанные колебания в танген- ,, циальном направлении в полуоктавной полосе изгибных зарезонансных вибраций шлифовального круга на шпинделе. 2. Спбсоб по п. 1, отличающийся тем, что частоту колебаний в тангенциальном направлении выбирают равной частоте свободных колебаний с приспособлением в плоскости обработки. (Л 00 ОО