Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

круг. В ряде случаев ведущий круг и опорный нож имеют ступенчатую форму в соответствии с профилем заготовки.

Бесцентровые станки применяют в под­ шипниковой, автомобильной, тракторной и металлургической промышленности. По срав­ нению с обработкой на центровых станках при бесцентровом шлифовании обеспечивает­ ся более высокая стабильность деталей по качеству и размерам, устраняются прогибы заготовки, что позволяет применять более напряженные режимы шлифования и снижать припуск на обработку. Сокращается или пол­ ностью совмещается время обработки и вспо­ могательное время, связанное с установкой и снятием деталей со станка, проверкой разме­ ров и т.п.

При шлифовании напроход обеспечива­ ется получение погрешностей формы в попе­ речном сечении до 2,5 мкм при шероховато­ сти поверхности Ra = 0,32 ... 0,16 мкм. Для снижения параметров шероховатости поверх­ ности на некоторых станках устанавливают два шлифовальных круга разной характери­ стики: крупнозернистый для снятия основной части припуска и мелкозернистый для уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности.

Большое внимание при обработке долж­ но уделяться правке шлифовального круга. Для рационального распределения нагрузки в зоне контакта на режущей поверхности круга создают четыре основных участка, выпол­ няющих разные функции (рис. 2.3.4). На уча­ стке входа заготовок формируется заборный конус 4 длиной 10 ... 30 мм с таким углом, который бы обеспечивал беспрепятственный и надежный вход в зону шлифования загото­ вок с предельной величиной припуска. Ос­ новную часть по высоте круга занимает рабо­ чий конус J, обеспечивающий равномерное распределение съема припуска по линии кон­ такта заготовки с кругом. Калибрующая зона

Ведущий круг

г'-'-'-''*-''''Т •-•-• '•-'•'•-'•*••' *• •**•'••'*'•'У'*'V'•

Шлифсёальныи круг

Рис. 2.3.4. Схема правки круга

2 выполняется при правке образующей парал­ лельно оси круга на длину не более 100 мм, и предназначена для формирования заданных параметров шероховатости поверхности, тре­ буемой точности размеров и формы. Четвер­ тая зона 1 имеет обратную конусность, обес­ печивающую правильный выход детали из зоны контакта с кругом. Обратный конус обычно имеет высоту 20 ... 30 мм.

Шлифовальные круги указанного про­ филя правят с помощью копирных линеек. При предварительном шлифовании с невысо­ кими требованиями к качеству поверхности (параметр шероховатости Ra = 2,5 ... 1,25 мкм, допуск на размер до 0,1 мм) на круге выпол­ няют только заборный и обратный конусы.

При бесцентровом шлифовании напро­ ход для ввода заготовок в зону шлифования и вывода из нее служат направляющие линей­ ки, установленные параллельно линийке кон­ такта заготовки со шлифовальным кругом.

При повороте линеек или их смещении относительно образующей ведущего круга геометрическая форма заготовок искажается: в основном в продольном сечении образуется конусообразность, седлообразность или бочкообразность.

При выборе характеристики шлифо­ вальных кругов необходимо учитывать вид операции (предварительное, чистовое, дово­ дочное шлифование), марку обрабатываемого материала, требования к параметрам шерохо­ ватости поверхности, состояние исходной заготовки, величину припуска и ряд других условий.

Для точного учета всех условий обработ­ ки следует пользоваться технологическими справочниками. Располагая технологическими параметрами, по таблицам, выбирают необхо­ димую характеристику шлифовального круга по виду абразивного материала, зернистости, твердости и связке, необходимое число пере­ ходов, устанавливаемое в зависимости от ис­ ходной погрешности заготовки.

Величину осевых подач и интенсивность съема назначают в зависимости от типа заго­ товки и требования к качеству шлифуемой поверхности. Например, при обдирочном шлифовании прутков на станках с широким кругом скорость осевой подачи составляет около 10 м/мин, при шлифовании поршневых пальцев, осей - 1,5 ... 4,5 м/мин, при шлифо­ вании колец подшипников — 0,25 ... 2 м/мин.

Бесцентровое шлифование напроход яв­ ляется широкораспространенным процессом финишной обработки деталей. Все заготовки, обрабатываемые этим методом, могут быть подразделены на две группы:

1)заготовки, у которых отношение дли­ ны к диаметру меньше 1/3, например, наруж­ ные кольца подшипников;

2)заготовки, у которых отношение дли­ ны к диаметру более 1/3, например, поршне­ вые пальцы, толкатели клапана и др.

Заготовки первой группы (рис. 2.3.5, а) обрабатываются с базированием по торцу. Для этой цели загрузочные устройства и наладка станка обеспечивают перемещение с подпо­ ром заготовок, расположенных торцами

вплотную одна к другой. Заготовки второй группы (рис. 2.3.5, б, ё) обрабатывают с бази­ рованием по наружной цилиндрической обрабатываемой поверхности. Загрузочные уст­ ройства и наладка станка обеспечивают в этом случае перемещение заготовок с интер­ валами между ними.

В обоих случаях обработка проводится шлифовальным кругом 7; заготовки 2 уста­ навливаются на ноже 3 и ведущем круге 4. При обработке заготовок второй группы для их направления в рабочую зону станка уста­ навливают дополнительные направляющие щечки 5 и прижимной ролик б, обеспечи­ вающий лучший прижим заготовок к ведуще­ му кругу 4 (рис. 2.3.5, а-в).

Для обработки напроход конических ро­ ликов, фасок на седлах клапанов и других конических поверхностей вместо ведущего круга на станке устанавливают металлический барабан 7 с винтовой канавкой, в которой перемещается обрабатываемые заготовки (рис. 2.3.5, г, д).

В последние годы резко расширилась номенклатура деталей, обрабатываемых врез­ ным методом, Разработаны специальные уст­ ройства, позволяющие базировать и обраба­ тывать заготовки сложной многоступенчатой формы, большой длины (иногда превосходя­ щей габариты станка). В ряде случаев обраба­ тывают несколько деталей небольшой длины. При обработке профильных поверхностей на станках используют устройства для правки шлифовального круга алмазным роликом.

На рис. 2.3.5, е приведена схема обра­ ботки галтели клапана автомобильного двига­ теля. Образующей шлифовального круга 1 придается форма обрабатываемой галтели, а ведущему кругу 2 — профильная форма, обес­ печивающая его прилегание по цилиндриче­ ской части (стеблю) клапана и по галтели. В осевом направлении клапан прижимается к упору 4 с помощью подпружиненного плун­ жера 3. Упор 4 может использоваться для последующего выталкивания (с помощью пневматического цилиндра) прошлифованных деталей в ящик. Аналогичным образом обра­ батывается цилиндрическая поверхность стеб­ ля клапана (рис. 2.3.5, ж).

Для обработки двух соосных шеек кре­ стовины кардана (рис. 2.3.5, з) применяют два шлифовальных круга 1. Обрабатываемая заго­ товка опирается на два ведущих круга 2 и нож.

На рис. 2.3.5, и приведена схема одно­ временной обработки четырех шеек ступенча­ того вала четырьмя шлифованными кругами 7. Заготовка приводится во вращение двумя ведущими дисками 2 (чугунными) и при их развороте прижимается к упору 3.

При обработке колец шариковых и ро­ ликовых подшипников качения широкое рас-

Рис. 2.3.6. Схема базирования заготовки на неподвижных станках

пространение получил способ базирования заготовок на неподвижных опорах — башма­ ках. Заготовку при шлифовании устанавлива­ ют на двух неподвижных башмаках 7 и 2 (рис. 2.3.6) и она прижимается торцом к магнитно­ му патрону 3, закрепленному на шпинделе бабки изделия станка. Башмаки 7 и 2 уста­ навливают так, что ось заготовки смещается относительно оси шпинделя изделия, в ре­ зультате чего при вращении наблюдается про­ скальзывание между торцом магнитного па­ трона и заготовкой. Величина смещения (отклонение от соосности) устанавливается так, чтобы результирующая сил трения F, возникающая при проскальзывании, прижи­ мала кольцо к башмакам. Для уменьшения износа рабочие поверхности магнитного па­ трона и опорных башмаков армируют твердо­ сплавными пластинами. Такой способ базиро­ вания имеет следующие преимущества по сравнению со способами базирования заго­ товки на ноже и ведущем круге: задний опор­ ный башмак 7 не вносит погрешностей, связанных с биением ведущего круга; конст­ рукция башмачного устройства способствует повышению жесткости технологической сис­ темы; конструктивно станок упрощается.

Одновременное шлифование нескольких поверхностей существенно повышает эффек­ тивность использования станков для врезной обработки. На рис. 2.3.7. представлены схемы базирования заготовок при одновременном шлифовании: конических поверхностей двух внутренних колец конических роликопод­ шипников (рис. 2.3.7, а)\ двух торцов и до­ рожки качения внутренних колец цилиндри­ ческих роликоподшипников (рис. 2.3.7, б)\ борта и дорожки качения внутренних кониче­ ских колец (рис. 2.3.7, в). В после;щих двух случаях заготовки базируются на неподвиж­ ных опорах.

Технология профильного пшифования.

Профильное шлифование - это шлифование поверхности, образующая которой кривая или ломаная линия. Однако к профильному шли­ фованию относят и обработку рабочей по­ верхности кулачков и копиров с прямолиней­ ной образующей и не относят обработку вы­ пуклых и вогнутых поверхностей (гиперболоидных поверхностей), образующихся при круглом наружном и внутреннем шшифовании, когда при цилиндрической форме имеют оси вращения, перекрещивающиеся с осью заготовки. Поэтому профильным шлифовани­ ем будем называть обработку деталей по сложному контуру, который нельзя обрабо­ тать при простых движениях круга простой формы. Кругами простой формы считают шлифовальные крути, у которых рабочая по­ верхность — цилиндр (круг ПП), конус (круг IT и др.) или плоский торец (круг ЧК и др.). Простыми движениями являются вращатель­ ное и прямолинейное поступательное.

Профильные поверхности имеют такие распространенные детали как зубчатые коле­ са, шлицевые валы, кулачки, лопатки турбин, компрессоров и сопловых аппаратов, валки прокатных станов, фасонные резцы, про­ фильные шаблоны, пуансоны, матрицы, ко­ пиры и др. Так как многие из перечисленных деталей изготовляют в больших количествах, то для их обработки создано большое число станков разнообразного назначения: зубошлифовальные полуавтоматы, шлицешлифовальные, резьбо- и червячно-шлифовальные, вальцешлифовальные, шлифовально-копиро- вальные, желобошлифовальные, профилешлифовальные и др. Для обработки профиль­ ных поверхностей деталей подшипников соз­ даны специальные высокопроизводительные станки-автоматы и полуавтоматы, многие из которых входят в состав гибких производст­ венных систем (ГПС) или встроены в автома­ тические линии.

Профильное шлифование можно осуще­ ствлять разными методами. Наиболее распро­ страненными являются три метода:

метод копирования, при котором про­ филь на круге соответствует профилю на де­ тали;

метод огибания профиля на заготовке рабочей поверхностью круга с помощью от­ носительного движения обкатки;

метод эквидистантного шлифования, при котором движение подачи круга осущест­ вляется по траектории, эквидистантной шли­ фуемому профилю (эквидистантные линии - линии, отстоящие друг от друга на одинако­ вом расстоянии).

Частным случаем метода копирования является многокруговое шлифование профиля поверхности несколькими шлифовальными кругами одновременно.

На рис. 2.3.8 приведена схема профиль­ ного шлифования по методу врезной подачи круга, осевой профиль рабочей поверхности которого соответствует профилю шлифуемой

d)

^

'ф

SJ

Рис. 2.3.8. Схемы профильного шлифования

Рис. 2.3.9. Схемы врезного и профильного шлифования с делением и повторным шлифованием

фасонной поверхности: пуансона вырубного штампа для изготовления сердечников элек­ тродвигателей (рис. 2.3.8, а), наружной про­ тяжки для обработки елочного профиля замка турбинного диска (рис. 2.3.8, б), фасонных тангенциального (рис. 2.3.8, в) и круглого (рис. 2.3.8, г) резцов. На рис. 2.3.9 показаны схемы врезного профильного шлифования с делением и повторным шлифованием не­ скольких одинаковых профилей заготовки. Для поворота заготовки используется дели­ тельная головка с рз^ным или автоматиче­ ским приводом или с управлением от систе­ мы ЧПУ. После шлифования каждой впади­ ны на пуансоне для прессования зубчатых

l i i i l i i l i i i i i i l ii

и?7?Г7

На рис. 2.3.11 приведены примеры абра­ зивной обработки рабочих профилей валков для прокатных и трубоэлектросварочных ста­ нов. Рабочий профиль валков формируется либо по методу копирования, либо при пере­ мещении рабочей поверхности кругов по тра­ екториям, которые эквидистантны различным участкам образующей шлифуемого профиля.

Рис. 2.3.12. Схема шлифования штампа

На рис. 2.3.12 приведен пример обра­ ботки фасонной поверхности детали штампа на плоскошлифовальном станке, оснащенном системой ЧПУ. Заготовка закрепляется на электромагнитной плите, а перемещение для образования профиля осуществляется по программе от сервомотора постоянного тока.

На рис. 2.3.13 приведена схема про­ фильного шишфования с шаговой подачей на примере двух деталей: мелкомодульной зубча­ той рейки (рис. 2.3.13, а), боковые поверхно­ сти которой обрабатываются за шесть шаго­ вых подач, и пресс-формы для изготовления рамок интегральных микросхем (рис. 2.3.13, б),

мм У

Рис. 2.3.13. Схемы шлифования с шаговой подачей

профиль которой состоит из пяти пазов и обрабатывается по методу врезного шлифова­ ния на глубину 5, 8 мм и шаговой подачи, равной 2,5 мм.

На рис. 2.3.14 показаны схемы шлифо­ вания элементов прямобочных шлицевых

Правка рабочей поверхности шлифоваль­

ных кругов. При профильном шлифовании точность формы шлифуемых поверхностей зависит от формы рабочей поверхности шли­ фовального круга и параметров шлифоваль­ ного станка. Профиль и рельеф рабочей по­ верхности на шлифовальном круге получают в процессе правки. Широкое применение для профильной правки круга получили следую­ щие методы и алмазные инструменты: точе­

Рис. 2.3.16. Схема правки рабочих поверхностей кругов алмазными роликами для многокругового профильного шлифования разобщенных поверхностей цапфы заднего моста автомобиля

Шлифование кулачков. В состав кулач­

ковых механизмов входит звено, выполненное в виде поверхности переменной кривизны — кулачок. Профиль кулачка определяется ко­ ординатами его точек и обеспечивает задан­ ный закон движения вьисодного звена. При повороте кулачка с заданным угловым шагом перемещение выходного звена (толкателя) изменяется неравномерно. Обработка криво­ линейной поверхности проводится методом копирования на специальных станках или на станках с ЧПУ с дискретными подачами, обеспечивающими относительное перемеще­ ние оси шлифовального круга по эквиди­ стантной траектории по отношению к конст­ руктивному профилю кулачка. Условия шли­ фования на разных участках профиля разли­ чаются: при заданной частоте вращения заго­ товки на основной окружности радиуса го скорость круговой подачи наименьшая, а на участке наиболее удаленных точек профиля — наибольшая. При шлифовании промежуточ­ ных участков увеличивается дуга контакта заготовки с рабочей поверхностью круга и приведенная объемная интенсивность съема [мм^/ммс)] может существенно возрасти. Поэтому, прогрессивная технология преду­ сматривает использование таких станков, которые имеют программируемую перемен­ ную частоту вращения заготовки, обеспечи­ вающую оптимальную объемную интенсив­ ность съема материала на каждом участке профиля и для каждой из операций шлифо­ вания: предварительного, окончательного и выхаживания (без врезной подачи).

На рис. 2.3.20, а приведена схема, пояс­ няющая относительное расположение круга 7, заготовки 2, люльки 3 с копиром 4 и роликом 5 при шлифовании кулачка методом прямого копирования профиля. Круг 1 помимо глав­ ного движения 2)г1 совершает также движе­ ния подачи на врезание и движения подачи вдоль оси (осциллирующая подача).

На рис. 2.3.20, б приведена схема обра­ ботки кулачка с помощью копировального суппорта i, на котором установлены шпин­ дель шлифовального круга 1 и ролик 5. При вращении заготовки 2 и копира 4 суппорт совершает поступательное перемещение, обеспечивая движение подачи Ds\ шлифо­ вальному кругу. Профиль копира согласован с профилем кулачка и траекторией оси круга в относительном движении с помощью эквиди­ стантных профилей.

На рис. 2.3.20, в приведена схема обра­ ботки кулачка 5, закрепленного на валу, уста­ новленного в центрах 7 и 5 передней и задней бабок. Шаговый двигатель 13 с гидроусилите­ лем 12 через редуктор 77 и червячную переда­ чу 10 обеспечивает вращение шпинделя 9 по заданной программе. Бабки станка закрепле­ ны на столе 8. Шаговый двигатель 7 с гидро­ усилителем 2, редуктором 3 и шариковой винтовой передачей 4 обеспечивает поступа­ тельное перемещение шлифовальной бабке 14. Дополнительные установочные перемеще­ ния осуществляются винтовой парой, уста­ новленной на плите 15. Требуемая согласо­ ванность движения подач заготовки и шлифо-

вального круга обеспечивается системой чи­ слового программного управления работой шаговых двигателей. Повышение производи­ тельности и качества поверхностного слоя по профилю кулачка, обеспечивают специализи­ рованные станки, оснащенные более совре­ менными системами управления и регулиро­ вания режимов шлифования.

На рис. 2.3.21 приведена схема шлифо­ вания кулачкового вала на станке с перемен­ ной программируемой угловой скоростью

заготовки в пределах каждого оборота на 360°. Применение микропроцессора, аксиальнопоршневого гидромотора для привода враще­ ния заготовки позволяет поддерживать задан­ ную объемную интенсивность съема металла на всех участках профиля и обеспечивают плавность движения в точках изменения ра­ диусов кривизны (например, при переходе от начальной окружности радиуса го к боковым участкам с большими радиусами кривизны).

Структура передачи сигналов в системе управления поясняется на рисунке стрелками Ф-Ш). Движения подачи сообщаются поворот­ ному столу 2, на котором закреплены заго­ товка 7, шпиндель и копир 4. Работа гидро­ мотора 5 регулируется сервоклапаном 8 и регулятором Р. Изменение фактической угло­ вой скорости заготовки осуществляется тахогенератором 7 и сельсином 6. Необходимые команды отрабатываются и вводятся системой управления 77 с пультом 12 и микропроцес­ сором 10.

2 ... 5 мм. Схема процесса приведена на рис. 2.3.22.

Колебательное движение брусков может быть не только прямолинейным, но и в виде качаний с дуговой траекторией, например, при обработке дорожки качения кольца ша­ рикоподшипника (рис. 2.3.23). Заготовка, как