книги из ГПНТБ / Мазальский, В. Н. Суперфинишные станки

Коренные и шатунные шейки коленчатого вала обрабаты­ ваются одновременно методом врезания. Обработка по первому способу производится одним-двумя брусками, при обработке по второму способу используются три-четыре бруска, т. е. обра­ ботка производится в обхват. В отличие от обработки наружных круглых поверхностей в этом случае осциллирование задается не инструменту, а обрабатываемому валу. Обработка вала про­ изводится на черновом и чистовом режимах при постоянной или переменной скорости осциллирования вала.

3. Новые направления в области суперфиниширования

В последнее время в СССР и за рубежом проводятся работы по изысканию способов расширения возможностей и повышения производительности процесса суперфиниширования. Новыми на­ правлениями в этих работах является применение при суперфини­ шировании электрохимиче­ ских методов обработки и ультразвуковых колебаний.

ствием анодно-поляризующего электрического тока.

Схема электрохимического суперфиниширования показана на рис. 12. К вращающемуся обрабатываемому изделию (аноду)

спомощью подпружиненных графитовых щеток, которые устана­ вливаются на необрабатываемой части изделия, подводится поло­ жительный полюс источника тока. Инструмент (катод) соединяется

сотрицательным полюсом. Во время обработки в рабочую зону непрерывно подается электролит. Подача электролита произво­

дится через отверстия в щатоде. Величина зазора между деталью и катодом 0,1—0,5 мм.

Электрохимическое растворение металла в зависимости от соста­ ва электролита может осуществляться непрерывно или с образо­ ванием пленки на обрабатываемой поверхности анода — изделия.

20

При осуществлении процесса электрохимического растворения с образованием пленки электролит должен обладать сильным пассивирующим действием на обрабатываемое изделие. Пленка на поверхности изделия образуется в среде электролита под дей­ ствием тока во время прохождения поверхности мимо катода. Пленка образуется как на выступающих частях рельефа микро­ поверхности, так и во впадинах. Абразивный брусок, вступая во взаимодействие с поверхностью детали, снимает пленку с вер­ шин микронеровностей, но при новом проходе поверхности мимо

поверхности как в первом, так и втором случаях производится абразивным бруском на режиме полирования при выключенном токе.

Положительным свойством электрохимического метода супер­ финиширования является практическая независимость процесса от твердости и вязкости обрабатываемого материала.

Ультразвуковое суперфиниширование. Этот способ суперфини­ ширования [28, 34, 35] заключается в том, что абразивному бруску кроме основных колебаний придают дополнительные колебания с частотой до 22 кГц и амплитудой колебания 5— 15 мкм. Кон­ структивно это достигается введением в суперфинишный станок дополнительного ультразвукового преобразователя для превра­ щения высокочастотных электрических колебаний в механиче­ ские. Питание преобразователя осуществляется от ультразвуко­ вого генератора.

Схема суперфиниширования с применением ультразвуковой головки приведена на рис. 13. С помощью кронштейна ультразву­ ковая головка крепится к суперфинишной головке станка. Уль­ тразвуковая головка состоит из концентратора 3, на торце кото­

21

рого закреплена Державка с абразивным бруском 2 , и магннтострикционного сердечника 4 .

Важным преимуществом применения наложенных на брусок ультразвуковых колебаний является то обстоятельство, что наличие ультразвуковых колебаний предохраняет абразивный брусок от засаливания [34, 35]. Считается, что в большинстве случаев этот эффект основан на величине ускорения и кавитации охлаждающей жидкости.

Ультразвуковые колебания придают бруску дополнительные режущие свойства [35]. При обычном суперфинишировании на режущих зернах в процессе обработки появляются площадки из­ носа, а при наложении ультразвуковых колебаний абразивные зерна раскалываются, образуя многочисленные дополнительные режущие кромки.

Съем металла при суперфинишировании с ультразвуковыми колебаниями абразивного бруска несколько выше, чем при обыч­ ном суперфинишировании. Шероховатость поверхности — не­ сколько хуже. Поэтому обработку с ультразвуковыми колебаниями бруска следует производить только при черновом режиме. Окон­ чательную обработку для получения высокого класса чистоты поверхности рекомендуется производить обычным суперфиниши­ рованием.

4. Классификация и выбор суперфинишных станков

Подразделение станков по основным признакам. Суперфиниш­ ные станки можно подразделить по следующим основным приз­ накам: 1) способу обработки; 2) степени универсальности; 3) сте­ пени автоматизации; 4) количеству рабочих позиций; 5) компо­ новке и др.

По способу обработки суперфинишные станки разделяются на следующие группы: 1) суперфинишиые станки для обработки

вцентрах; 2) бесцентровые суперфинишные станки; 3) станки для суперфиниширования торцовых поверхностей; 4) станки для суперфиниширования шеек коленчатых валов; 5) станки для суперфиниширования желобов колец подшипников; 6) суперфи­ нишные головки для универсальных станков.

По степени универсальности суперфинишные станки подраз­ деляются на две группы: станки широкого назначения и специа­ лизированные. К первой группе относятся станки для обработки

вцентрах, бесцентровые станки и станки для обработки торцовых поверхностей, ко второй группе — станки для суперфиниширо­ вания шеек коленчатых валов и желобов колец подшипников.

По степени автоматизации большинство суперфииишных стан­ ков относится к полуавтоматическим: установка и снятие деталей на них производятся вручную; цикл обработки — автоматиче­ ский.

22

При оснащении бесцентровых суперфинишных станков и стан­ ков для обработки желобов колец подшипников бункерными или другими устройствами для автоматической загрузки загото­ вок станки превращаются в автоматы.

По количеству рабочих позиций суперфинишные станки под­ разделяются на однопозиционные, двухпозиционные и многопозициониые. На рабочих позициях может производиться полная обработка деталей — при этом готовые детали сходят с каждой позиции, или последовательная — когда деталь переходит из

Рис. 14. Схемы компоновок суперфинишных станков для обработки в центрах

одной позиции в другую, а готовая деталь сходит только в послед­ ней позиции. В первом случае обработка, как правило, произ­ водится абразивным инструментом одной характеристики, во втором случае — абразивный инструмент имеет разную характе­ ристику.

Классификация суперфинишных станков по характеру компо­ новки и движения рабочих органов определяется видом обраба­ тываемого изделия и принятым методом обработки.

Варианты компоновок станков. На рис. 14 представлены схемы компоновок станков для обработки в центрах и патроне.

На схеме, представленной на рис. 14, а, обрабатываемая деталь устанавливается между центрами передней 1 и задней 5 бабок. Перемещение в горизонтальной и вертикальной' плоскости полу­ чает абразивный брусок 4, закрепленный в державке инструмен­ тальной головки 3. Колебательное движение брусок получает от механизма осциллирования 6, который установлен на верти­ кальных салазках. Вертикальные салазки перемещаются по напра­ вляющим 2, осуществляя быстрое установочное перемещение бруска на размер обрабатываемого изделия. Медленное переме­

23

щение для получения рабочего контакта инструмента с изделием осуществляется пинолью инструментальной головки. Продольное возвратнб-поступательное движение брусок получает от супер­ финишной головки 7, перемещаемой по направляющим 8 станины.

Компоновка, представленная на рис. 14, б, отличается от предыдущей тем, что направляющие 1, по которым суперфинишная головка 2 перемещается в продольном направлении, расположены вверху и выполнены цилиндрическими.

На рис. 14, в—д представлены варианты компоновок станков для одновременной обработки нескольких шеек вала.

Компоновки, представленные на рис. 14, г и д , характерны для станков-автоматов, в которых загрузка и разгрузка обраба­ тываемых деталей производится автоматическими транспортными устройствами через проем в портале. Подобные компоновки допу­ скают одновременную обработку шести—восьми и более шеек на изделии.

По числу рабочих позиций эти станки разделяются на одно­ позиционные и двухпозиционные. Вариант двухпозиционной ком­ поновки применяется, как правило, только в том случае, если шейки из-за их близкого расположения друг к другу невозможно

Абразивные бруски, закрепленные в державке инструменталь­ ной головки 1 (рис. 14, г), получают колебательное движение от механизма осциллирования 2 и дополнительное продольное (возвратно-поступатедьное) движение по направляющим 3 пор­ тала 4.

В компоновке, представленной на рис. 14, 3, обрабатываемая деталь 4, установленная между центрами передней 1 и задней 5 бабок, кроме вращения получает колебательное движение. Такая компоновка применяется в суперфинишных станках для обработки коренных и шатунных шеек коленчатых валов, а также в отдель­ ных случаях для обработки цилиндрических изделий при одно­ временной обработке нескольких шеек. При обработке коленчатых валов инструментальные головки 3 устанавливаются на портале 2 шарнирно и перемещаются в вертикальной плоскости' одновре­ менно с шатунными шейками.

Компоновка, представленная на рис. 14, е, применяется в спе­ циализированных станках для суперфиниширования конусов. В этих станках шпиндель изделия 1 устанавливается под опреде­ ленным углом, а обрабатываемая поверхность конуса при этом занимает горизонтальное положение в плоскости колебания абразивного бруска 2.

На рис. 15, а представлена схема компоновки бесцентрового суперфинишного станка непрерывного действия. Обрабатываемые детали 2, поступающие по наклонному желобу или подаваемые принудительно, проходят под колеблющимися абразивными бру­ сками 1. Вращение и перемещение деталей осуществляется двумя

24

валками подающего устройства 3, вращающимися в одном напра­

влении.

Подобные станки отличаются друг от друга размерами подаю­ щего валкового устройства и количеством инструментальных головок. В некоторых случаях при обработке деталей с отверстиями и кольцевыми канавками для получения, точной прямолинейной поверхности абразивным брускам сообщается дополнительное возвратно-поступательное перемещение в горизонтальной пло­ скости.

Схемы компоновок, представленные на рис. 15, б и в, приме­ няются при бесцентровом суперфинишировании врезанием. Обра­

батываемые детали устанавливаются на валках 1. Абразивному бруску 2 сообщается колебательное и возвратно-поступательное движение в горизонтальной плоскости, а также установочное пере­ мещение в вертикальной плоскости.

Эти станки отличаются друг от друга количеством рабочих позиций и подразделяются • на однопозиционные (рис. 15, б) и многопозиционные (рис. 15, ö). При многопозиционном исполне­ нии портал имеет сквозной проем для возможности автоматизации загрузки и разгрузки обрабатываемых деталей. При этом загрузка и выгрузка может производиться как с передней, так и с задней стороны станка.

Компоновка станка, представленная на рис. 15, г, позволяет производить разгрузку обработанных деталей внйз, для чего один или оба валка перемещаются в горизонтальной плоскости.

Компоновка, представленная на рис. 15, д, отличается от предыдущих схем тем, что абразивный инструмент имеет воз­ вратно-поступательное перемещение по. дуге окружности. Такое перемещение необходимо при обработке изделий, имеющих боч­ кообразную форму.

25

На рис. 16 представлены схемы компоновок станков, предназ­ наченных для обработки торцовых поверхностей. Обрабатывае­ мые детали устанавливаются на вращающемся столе 1, а инстру­ мент 2 получает вращательное или колебательное движение. Сферические поверхности обрабатываются торцом вращающегося чашечного круга, при этом ось круга устанавливается под некото­ рым углом к оси сферы. Плоские торцовые поверхности в боль­ шинстве случаев обрабатываются также торцом круУа, однако

внекоторых моделях станков обработка производится абразивным бруском. Ось шпинделя инструмента имеет некоторое смещение

вгоризонтальной плоскости относительно оси обрабатываемой детали. Конические торцовые поверхности обрабатываются абра-

Рис. 16. Схемы компоновок станков для суперфиниширования торцовых по­ верхностей

зивным бруском, установленным под углом Таким образом, чтобы направление его колебания было параллельно образующей конуса.

По числу рабочих позиций станки для обработки торцовых поверхностей подразделяются на однопозиционные (рис. 16, а), двухпозиционные (рис. 16, б, в) и многопозиционные (рис. 16, г).

Компоновка, представленная на рис. 16, б, имеет две рабочие позиции, на каждой из которых работа происходит независимо. Компоновка, представленная на рис. 16, в, отличается тем, что каждая позиция имеет два рабочих шпинделя; один из которых используется для черновой обработки, второй — для чистовой обработки.

На рис. 16, г приведена компоновка станка с многопозицион­ ным столом, расположенным в горизонтальной плоскости и пери­ одически поворачивающимся относительно вертикальной оси. Такая компоновка используется при обработке одной или при одновре­ менной обработке ряда деталей в нескольких позициях, отличаю­ щихся технологическими режимами.

Варианты компоновок суперфинишных станков для обработки желобов колец подшипников приведены на рис. 17.

В схеме (рис. 17, а) обрабатываемое кольцо 1 устанавливается на оправку (обработка внутреннего кольца) или во втулку (обра­ ботка наружного кольца) шпинделя бабки изделия, а абразив­ ный брусок 2 совершает колебательное движение на некоторый угол вокруг оси, примерно совпадающий с центром дуги желоба. Перемещение инструмента осуществляется в вертикальной пло­

26

скости, причем совершаются два движения: быстрое перемещение суппорта 3 — для подвода инструмента к изделию и медленное (подскок) — для получения рабочего контакта инструмента с изде­ лием. Медленное перемещение осуществляется пинолыо инстру­ ментальной головки 4.

Схема компоновки, представленная на рис. 17, б, отличается от предыдущей наличием двух рабочих суппортов, перемещаю­ щихся в горизонтальной плоскости во встречном направлении. Один из суппортов используется для черновой, а второй — для

Рис. 17. Схемы компоновок станков для суперфиниширования желобов

чистовой обработки. При обработке желобов наружных колец для ввода инструмента внутрь изделия в ряде станков используется перемещение изделия перпендикулярно перемещению суппортов.

На рис. 17, в представлена трехпозиционная компоновка станка-автомата для суперфиниширования желобов внутренних

Таблица 1. Выбор суперфинишного станка в зависимости от вида обрабатываемой поверхности и способа обработки

27

колец. Работа на каждой позиции происходит независимо. Такая компоновка облегчает автоматизацию загрузки и разгрузки колец.

Станок имеет один общий питатель для подачи колец к рабочим позициям и общий транспортер для отвода обработанных колец.

Выбор типа станка. Выбор суперфинишного станка в зависи­ мости от вида обрабатываемой поверхности и способа обработки может производиться по табл. 1.

Точность обработки и класс чистоты поверхности, достигае­ мые на современных суперфинишных станках, приведены в табл. 2.

28

\

Таблица 2. Точность обработки на суперфинишных станках

в поперечном сечении (некруглость) повышается при суперфинишировании на 20—30% по отношению к величине исходной некруглости.

I