1.16.2. Особенности конструкции и проектирования станков для скоростного и обдирочного шлифования

С разработкой новых конструкций станков для абразивной обработки, новых абразивных материалов и инструментов, новых СОЖ и способов их подвода появляются условия для широкого внедрения в промышленность различных видов высокопроизводительного шлифования - скоростного и обдирочного, разновидностью которых являются высокоскоростное (ВСШ) и глубинное шлифование.

При проектировании станков, работающих по технологии высокоскоростном шлифовании (ВСШ), предусматривается использование:

• шлифовальных кругов стандартных типов (из корунда или карбида кремния на керамической или полимерной связке); окружные скорости круга составляют 60 - 120 м/с;

• шлифовальных кругов эльборовых на сверхтвердой связке; окружные скорости составляют до 150 м/с;

• стальных кругов с покрытием из эльбора на гальванической связке; окружные скорости составляют до 250 м/с.

Эффективность скоростного и, особенно, обдирочного шлифования (процессов с очень высокой тепловой напряженностью) в значительной степени зависят от отвода тепла из зоны обработки.

Высокие скорости резания, достигающие 250 м/с, обуславливают высокие динамические нагрузки на упругую систему станка. Поэтому строго регламентирован порядок подготовки и эксплуатации абразивного инструмента. Шлифовальные круги перед установкой на станок проходят испытания на разрывную прочность. Круги больших диаметров статически балансируются.

Шлифовальные станки оснащают устройствами для динамической балансировки кругов и текущего контроля их виброхарактеристики.

По мере износа шлифовальных кругов в процессе работы снижаются их окружная скорость и прочность. Поэтому допускается износ кругов не более 20 % диаметра.

Для поддержания постоянной скорости резания станки оснащают специальными статическими преобразователями электроэнергии с частотным регулированием по току.

В связи с высокой вероятностью разрыва кругов при работе, в станках предусматривают надежную защиту зоны обработки и блокировку открывания защитного кожуха.

Для обеспечения высокой точности обработки станки оснащают приборами активного контроля размера и системами адаптивного управления (в большинстве случаев - по мощности главного привода).

При работе с повышенными режимами шлифования для лучшего отвода шлама необходима подача увеличенного количества СОЖ в зону резания под давлением 0,5 - 1 МПа.

Конструкция станков должна быть кабинетного типа с полностью изолированной зоной резания, способной принять большое количество СОЖ.

На высокоскоростных и силовых станках используется двойная очистка СОЖ : предварительная с помощью гидроциклонов и окончательная - транспортерами с бумажной лентой. Для получения высокой точности обработки степень очистки СОЖ должна быть не более 5 мкм. На станках с закрытой зоной для отвода тепла применяют холодильные установки с фреоновыми или воздушными охладителями.

По сравнению с традиционными шлифовальными станками станки для ВСШ имеют ряд особенностей. Так, у них увеличена мощность привода вращения круга, обеспечивающая большие скорости съема металла; увеличена скорость врезания (подача на глубину) для получения больших скоростей съема металла; увеличена частота вращения (или продольного перемещения для плоскошлифовальных станков) детали для обеспечения оптимального отношения скорости круга к скорости детали (стола) v/vи = 60.

Выбор шлифовальных кругов при высокоскоростном шлифовании ВСШ

Традиционными шлифовальными кругами для ВСШ являются корундовые круги на керамической или органической связках. Холодно-прессованные и горячепрессованные шлифовальные круги на органической связке используются для обработки, например, стружечных канавок режущего инструмента. Для таких работ применение шлифовальных кругов на органической связке обусловлено большой стойкостью профиля.

Шлифовальные круги на керамической связке используют, например, для шлифования дорожек качения внутренних и наружных колец подшипников качения на окружных скоростях шлифовального круга в диапазоне 80 - 125 м/с.

В большинстве случаев работают шлифовальными кругами прямого профиля или с предварительным профилированием. Зернистость 8 - 40 в зависимости от требуемых параметров шероховатости обработанной поверхности заготовки.

Требования, предъявляемые к техническим характеристикам корундовых шлифовальных кругов при работе по ВСШ, следующие:

• высокая динамическая стойкость при нагрузке от центробежных сил;

• высокая изгибная прочность в сухом и мокром состоянии (с СОЖ);

• большой объем снимаемого материала в единицу времени (60 - 300 мм3/с);

• незначительный износ профиля шлифовального круга;

• низкие параметры шероховатости обработанных поверхностей заготовки (Ra = 0,16 -0,32 мкм);

• допустимые окружные скорости при эксплуатации корундовых шлифовальных кругов составляют 63 - 125 м/с.

Дальнейшее повышение производительности высокоскоростного шлифования возможно только с использованием высокотвердых абразивов, в частности, эльбора, который применялся лишь для труднообрабатываемых материалов.

Для снижения температуры СОЖ подается непосредственно в зону резания. Если СОЖ с помощью сопла подается только в зазор между кругом и заготовкой, то количество СОЖ в самой зоне резания будет недостаточным.

В связи с большими окружными скоростями при ВСШ на рабочей поверхности шлифовального круга возникает воздушная подушка, вращающаяся со скоростью круга и блокирующая попадание СОЖ в зону шлифования. После отсечения этой подушки с поверхности круга механическим путем (рис. 1.16.1) СОЖ, захватываемая поверхностью шлифовального круга, попадает на заготовку в зону шлифования. Эту систему подачи СОЖ называют "башмак для подачи СОЖ". Если при этом еще увеличивают давление в системе подачи СОЖ, то, таким образом, ликвидируется возможность возникновения при-жогов. При таком способе подвода СОЖ, как правило, работают с давлением 0,5 - 2 МПа. Принцип работы "с башмаком", повышенным давлением с системе подачи СОЖ и с механическим отражателем воздушной подушки находит применение при наружном круглом шлифовании.

Повышенная режущая способность и кромкостойкость кругов из эльбора, а также их хорошая теплопроводность способствуют образованию меньшей, чем при обработке абразивным инструментом, температуры поверхностного слоя заготовки.