2. Технологические проблемы изготовления рабочих поверхностей корпуса компенсатора

Как было отмечено выше, рабочими поверхностями корпуса компенсатора являются наружная и внутренняя цилиндрическая поверхности. Для подробного рассмотрения технологических проблем, возникающих при их изготовлении, приведем существующий маршрут обработки корпуса компенсатора (табл. 3)

Анализ приведенного технологического маршрута изготовления корпуса компенсатора, показывает, что технические требования по точности, отклонения формы и взаимному расположению рабочих поверхностей, шероховатости рабочих поверхностей формируются на следующих операциях: по наружному диаметру Д на четырех операциях – оп. 5 автоматная (Ø 14,5_-0,24 ,R_z 20), оп. 20 бесцентрово-шлифовальная (Ø 14,14_-0,04 ,R_а 1,25), оп. 70 бесцентрово-шлифовальная (Ø 14,07_-0,02, /О/ [0,004],R_z 0,63), оп. 88 бесцентрово-шлифовальная (Ø 14_-0,006 , /О/ [0,001], R_а 0,32). Причем при выполнении этих операций снимаются следующие припуски: оп. 5 2Z_max=0,74мм, оп. 20 2Z_max=0,4мм, 2Z_min=0,12мм, оп.70 2Z_max=0,09мм, 2Z_min=0,03мм, оп. 88 2Z_max=0,076мм, 2Z_min=0,05мм. Неправильный выбор режимов резания, а также неправильный подбор режущего инструмента, может повлиять на возникновение больших внутренних напряжений по контуру детали , что может привести к дефекту гидротолкателей, как во время дальнейшей обработки, так и во время сборки, испытаний и эксплуатации. Деталь является тонкостенной (толщина стенки ~1,5 при наружном диаметре 14мм.) и по этому обработку необходимо вести на не интенсивных режимах резания во избежание ее нагрева, что может привести к короблению детали. На оп. 88, бесцентрово-шлифовальная очень высокие требования к геометрии детали, поэтому несоблюдение этих требований приводит к переносу негативных параметров на последующую операцию (Вн/шлиф.) где тоже заданы высокие требования к геометрии детали. После обработки всех выше перечисленных операций производится соответствующий контроль по замеру соответствия размеров и формы изготовленной детали конструкторским требованиям, что исключает возможность передачи деталей не соответствующих заданным параметрам на последующие операции механической обработки.

Тех. Процес.

Обзор и анализ факторов, влияющих на формирование погрешностей при круглом наружном бесцентровом шлифовании

2. Обзор и анализ факторов, влияющих на формирование погрешностей при круглом наружном бесцентровом шлифовании

2.1 Погрешности формы, возникающие в поперечном сечении детали

При бесцентровом наружном шлифовании обрабатываемая поверхность является одновременно и базирующей, поэтому в данном случае существует, если можно так выразится обратная связь, т. е. результат шлифования за какой то промежуток времени влияет на дальнейший процесс шлифования. Допустим, что в какой то момент шлифования возникла погрешность геометрической формы (например, впадина). При центровом шлифовании эта погрешность устраняется, при дальнейшей обработке и шлифуемая поверхность получается строго концентричной оси изделия. При бесцентровом шлифовании эта погрешность может быть причиной возникновения новых погрешностей и привести к окончательному искажению геометрической формы обрабатываемой поверхности. То же самое может произойти, если обрабатываемая поверхность имела погрешности, оставшиеся от предыдущей обработки. Задача при наладке бесцентровошлифовального станка заключается в том, чтобы уменьшить влияние этих погрешностей на окончательную точность шлифуемой поверхности. Поскольку деталь жестко не закреплена, то большое влияние на качество шлифования имеет положение детали в рабочей зоне станка в момент шлифования. Это положение зависит от формы рабочей зоны станка, которая определяется расположением точек контакта обрабатываемого изделия с кругом и опорным ножом. В зависимости от формы рабочей поверхности ножа и от положения оси детали относительно линии центров кругов рабочая зона станка может иметь различную форму.

Предположим, что ось детали совпадает с линией, проходящей через центр кругов (рис,4а) проведем касательные в точках контакта детали с кругами и получим, что деталь вращается между параллельными плоскостями, расстояние между которыми постоянно. Практикой доказано, что в данном случае деталь может получиться не круглой, Если же точка контакта детали с кругами лежит выше линии центров кругов, то рабочая зона станка примет V- образную форму, способствующую получению более точной геометрической формы детали (рис.4б). Из этого следует что, при бесцентровом шлифовании необходимо делать наладку станка таким образом, чтобы центр детали на какую-то величину h превышал линию центров кругов. Известно, что валик правильной цилиндрической формы может вращаться вокруг своей оси, находясь в квадратном отверстии, причем сторона квадрата равна диаметру валика. Точно также может вращаться и валик с поперечным сечением в виде трехгранника, но с несколько криволинейными сторонами. Особенность такого сечения состоит в том, что все диаметральные его размеры равны друг другу, (рис.5). Такой граненый валик также легко будет вращаться, находясь в постоянном контакте с двумя параллельными плоскостями. Это значит, что если в таких условиях шлифовать граненую деталь, то первоначальная гранность все время будет как бы воспроизводиться, т. е. она никогда не может быть выведена. Больше того, при наличии погрешности процесса шлифования (радиальное биение кругов) при данном методе шлифования могут возникнуть предпосылки для получения псевдоокружности из идеально круглой детали.

Если же такой валик вращать в призме, то в некоторые моменты валик будет опираться о поверхность призмы вершинами гранности.

А поскольку призма представляет собой форму рабочей зоны станка, то гранность в данном случае быстро выводится. Следова­тельно, для получения лучшей формы обрабатываемой детали ее центр не должен совпадать с линией центров кругов. Причем боль­шинство деталей шлифуется при установке центра детали выше линии центров. Исключение составляет обработка длинных, тонких деталей типа прутков, центр которых устанавливается ниже оси центров.

б

Рис. 4. Различие формы рабочей зоны бесцентровошлифовального станка.

Рис. 5 Псевдоокружность

Следует отметить, что чем выше помещается центр изделия по отношению к линии центров, тем больше трехгранность (псевдоокружность) склонна к исчезновению (рис.6). Однако нельзя переходить определенный предел, выше которого возникают вибрации изделия, и появляется овальность.

Вращение детали, лежащей на опорном ноже, осуществляется ведущим кругом. Величина момента вращения зависит от усилия, с которым деталь прижимается к ведущему кругу, и от коэффициента трения между деталью и ведущим кругом. Прижим детали к ведущему кругу происходит под действием составляющей веса детали и усилия шлифования. Вращению детали ведущим кругом препятствует момент сил трения детали об опорную поверхность ножа.

Рис. 6 График изменения величины гранности в зависимости от положения точки контакта детали с ведущим кругом относительно центровой линии

Эти моменты вызывают торможение детали. Для обеспечения при шлифовании равномерного, без проскальзывания по отношению к ведущему кругу вращения детали необходимо, чтобы момент вращения на ведущем круге преодолевал торможение. Это достигается в том случае, когда деталь расположена на ноже возможно ближе к шлифующему кругу, так как при этом уменьшается плечо сил резания относительно точки опоры детали с ножом.

Чтобы обеспечить надежность прижима детали к ведущему кругу, необходимо:

1. Повысить режимы шлифования.

Возможность увеличения режима связана с величиной припуска, оставляемого на шлифование, требованием к качеству шлифуемой поверхности, деформацией детали при обработке, прочностью абразивного инструмента, мощностью и жесткостью станка. Повышение режима шлифования усиливает прижим детали к опорной поверхности ножа. Но нельзя бесконечно увеличивать режимы шлифования т.к. увеличивается трение и износ поверхности ножа и возникают задиры на обрабатываемой поверхности.

2. Увеличить угол скоса опорного ножа.

Угол скоса выполняется в пределах 0-30°. Дальнейшее его увеличение уменьшает прочность ножа и увеличивает давление детали на него. Чаще всего применяют ножи с углом скоса до 30°.

3. Дополнительно прижать деталь к ведущему кругу прижимным роликом или планками.

При бесцентровом шлифовании используют опорный нож не с горизонтальной опорной поверхностью, а с наклоном в сторону ведущего круга, что способствует более быстрому получению необходимой геометрической формы детали. В этом случае при контакте детали с опорной поверхностью ножа ведущим кругом центр детали поднимается вверх по наклонной поверхности ножа, а шлифующий круг снимает с противоположной стороны выступа меньший слой материала; некруглость исходной формы постепенно сглажи­вается, и шлифуемая деталь приобретает цилиндрическую форму.

Вторым видом погрешности, зависящей от величины h , является овальность. Овальность хорошо выводится, если центр детали находится на центровой линии кругов или как можно ближе к ней (рис.7, 1 - при h₀ =-5 mm; 2 - при расположении центра детали на линии центров кругов (h₀=O); 3 - при h₀=+5 мм; 4 - при h₀=+10 мм; 5 - при h₀=+20 мм).

Для вывода овальности нужно снять излишек металла с диаметрально противоположных сторон в направлении большей оси. Следовательно, увеличение h положительно сказывается на выводе гранности и отрицательно на выводе овальности. Таким образом, при выборе h необходимо обеспечить оптимальное значение этих параметров. Наглядно это можно представить графически (рис.8). Из графика видно, что нужно обеспечить величину А, соответствующую точке А пересечения двух кривых.

Как уже упоминалось, при большом h появляются вибрации.

О . 1 2 3 4

Число проходов

Рис. 7. График изменения величины овальности в зависимости от числа проходов при различных высотах контакта детали с ведущим кругом

h,мм

Рис. 8. Зависимость гранности и овальности шлифуемого изделия от величины h.

Помимо величины h, при наладке станка нам необходимо знать ве­личину h_о, которая определяет, на какой высоте точка контакта ведущего круга и детали отстоит от линии центров (рис.9). Эта величина необходима для правильной установки правящего ин­струмента при правке ведущего круга. Она определяется по формуле:

h₀= ±h/(l+d/D) мм,

где d - диаметр изделия в мм;

D - диаметр ведущего круга в мм.

В. И. Муцянко [17] дает номограмму (рис.10), по которой в зависимости от диаметра шлифуемой детали d и диаметра ведущего круга D можно определить величину h и ho.

Порядок пользования номограммой следующий. По шкале находится точка, соответствующая значению, диаметра шлифуемой детали. Из этой точка проводится горизонталь до пересечения с одной из линий А, Б, В, которая выбирается в зависимости от операции шлифования (комбинированное А, предварительное Б, окончательное В). Из точки пересечения на шкалу А опускается перпендикуляр. Полученное значение h является искомой высотой установки детали над линией центров кругов.

Для определения величины h₀ определяем отношения диаметра обработанной детали d к фактическому диаметру ведущего круга. По школе d/D находится точка, соответствующая установленному отношению d/D, из которой проводится горизонталь до пересечения с перпендикуляром, восстановленным к шкале h из точки, отвечающей ранее определенному значению h. Через точку пересечения из начало координат (точка О) проводится прямая до шкалы h₀. Точка пересечения прямой со шкалой h₀ дает требуемую величину смещения державки с правящим инструментом.

Величины h=7,5 мм и h_о=6,6 мм определятся по номограмме, в зависимости от диаметра шлифуемой детали d и диаметра ведущего кругаD.

Рис. 9. Положение обрабатываемой детали при установке ее центра выше линии центров кругов

Рис. 10. Номограмма расчета высоты установки деталей и смещения правящего инструмента

Положение детали в рабочей зоне, а следовательно, и качество шлифования, в очень большой степени зависит от контакта шлифуемой детали с ведущим кругом. Для обеспечения устойчивого положения детали во время шлифования необходимо, чтобы она контактировала с кругом по всей образующей. При сквозном методе шлифования столб деталей, проходящий между кругами в рабочей зоне, может иметь одну из следующих форм:

1. Форма конуса, направленного меньшим диаметром в сторону выхода прошлифованных деталей (рис.11д), образуется при усло­вии, что шлифовальный круг будет иметь форму, указанную на (рис.116).

2. Если шлифующий круг имеет форму, указанную на (рис.11а), то столб деталей приобретает форму тела вращения с образующей, идентичной образующей шлифующего круга, т. е. сочетание усеченного конуса с цилиндром (рис.11г),

В любом случае столб деталей должен иметь общие точки контакта с поверхностью ведущего круга и поддерживающего ножа. Для простоты рассуждений сначала представим себе, что ведущий круг и нож соприкасаются с цилиндрическим столбом деталей, после чего произведем некоторую корректировку с учетом действительной формы столба шлифуемых деталей. Известно, что для осуществления продольной подачи шлифуемых деталей ось ведущего круга находится под углом а к оси шлифующего круга. Если ведущий круг оставить цилиндрическим, то он будет в контакте с цилиндрическим изделием только в одной точке. Необходимо ведущему кругу придать, такую форму, чтобы он находился в контакте с деталью по какой-то непрерывной линии. В первом приближении можно считать, что такому условию удовлетворяет гиперболоид вращения. Гиперболоид является линейчатой поверхностью, т. е. поверхностью,

Рис. 11. Различные формы шлифующих кругов (а, б, в) и соответствующие им формы шлифуемых деталей в момент нахождения в рабочей зоне (г, д, е)

Рис. 12. Схема образования формы ведущего круга в виде гиперболоида вращения

образованной вращением вокруг оси, скрещенной с нею, но не пересекающей ее прямой линии.

Представим себе, что мы смотрим на ведущий круг со стороны шлифующего круга (рис.12). Ось ведущего круга наклонена к оси шлифующего круга (к горизонтальной плоскости) под углом α. Если шлифование будет происходить с расположением центра детали на центровой линии кругов, то линией контакта должна быть прямая 1-1, но, как уже было отмечено, круг в виде цилиндра высотой Н в сечении 1-1, имеет форму бочки, поэтому контактировать по прямой линии не может.

Если нужно произвести правку, так, чтобы правящее острие перемещалось по прямой 1-1, то круг приобретает форму симметричного гиперболоида (с образующей прямой 1-1 и с образующей гиперболой I-I). Высота гиперболоида в данном случае равна ширине круга Н, горловое сечение его находится в плоскости СД. Точную форму шлифуемой детали нельзя получить при расположении центра ее на линии центров кругов. Нужно учесть еще одно обстоятельство, отрицающее расположения центра детали на центровой линии кругов.

Если ведущий круг будет иметь форму симметричного гиперболоида и деталь расположёна своим центрам на линии центров кругов (рис.13), то, вопреки ожиданиям, даже при совмещении образующей детали с прямой образующей гиперболоида (учитывая, что как цилиндр, так и гиперболоид являются линейчатыми поверхностями) непрерывного контакта не произойдет. Это объясняется явлением телесности соприкасающихся тел. Деталь соприкасается с поверхностью ведущего круга только по двум точкам а и в, расположенные со стороны торцов круга. Деталь окажется как бы закрытой между двумя кругами и возможности варьирования при наладке станка исключается. В частности, нельзя будет центр детали поднять или опустить относительно центра линии кругов. Поскольку в целях точности обработки есть необходимость поднять центр детали выше центровой линии, то понятно, что линия контакта детали с ведущим кругом также поднимется над линией центров. Следовательно, и правящее острие соответственно сместится. Повышение центра детали на величину h приводит к повышению линии контакта детали с ведущим кругом на величину ho. Тогда траекторией движения правящего острия будет линия 2-2 (т. е. линия ожидаемого контакта ведущего круга с деталью). Последняя является прямой образующей другого симметричного гиперболоида высотой Н_m с образующей гиперболой II-II, изображенной на рисунке штрих-пунктирной линией. Действительный круг является только некоторой частью этого гиперболоида, а поэтому он представляет собой однополостный гиперболоид.

Рис. 13. Шлифование в случае, когда ведущий круг имеет форму симметричного гиперболоида (регулировка положения центра детали по высоте невозможна)

Горло полного (воображаемого) гиперболоида находится в сечении EF, т. е. за торцом ведущего круга (со стороны подачи деталей в рабочую зону станка), но могут быть случаи, когда горловое сечение расположится внутри ведущего круга (при малом значении величины ho). Итак, положение горла зависит от величины смещения линии контакта ho, что видно из (рис.14; а - при ho=0; б - при + ho (горловое сечение внутри габарита круга); в - при + ho (горловое сечение вне габарита круга); г - при - ho (горловое сечение внутри габарита круга)). Следует отметить, что во всех случаях ведущий круг имеет не симметричную форму и похож на усеченный конус, направленный меньшим диаметром в сторону загрузки, а большим - в сторону выхода прошлифованных деталей. Исключением является случай смещения центра ниже линии центров (рис.14г). Кроме величины ho, форма круга зависит от его диаметра и угла наклона α. С формой же, придаваемой кругу правкой, связаны производительность и точность шлифования, а также дефекты деталей, стоимость правки, длительность службы круга и т. д.

Применение однополостного гиперболоида (т. е. использование пояса поверхности гиперболоида, лежащего целиком по одну сторону горловины) позволяет в целях повышения точности обработки широко варьировать наладочными факторами, как, например, изменением величины hо. Создается свобода установки детали в любом положении над центровой линией кругов, т. е. устраняется замок, который мы видели при расположении центра детали на линии центра кругов.

Было обусловлено в целях простоты рассуждений, что столб деталей в рабочей зоне станка имеет цилиндрическую форму. В действительности столб деталей имеет коническую форму с очень малым углом конуса, соответствующим снимаемому при шлифовании припуску. Столб деталей в рабочей зоне может иметь форму в виде сочетания конуса с цилиндром. Эти обстоятельства вносят некоторые изменения в формообразование

Рис. 14. Практически осуществимые формы ведущих кругов

ведущего круга. Но эти изменения очень незначительны, поэтому при теоретическом анализе этого вопроса ими можно пренебречь.

Необходимая окончательная форма получается в процессе приработки ведущего круга. После некоторой работы с момента правки круга точность шлифования повышается.

Для того, чтобы уменьшить влияние снимаемого припуска на точность базирования детали, рекомендуется ширину ведущего круга делать на величину S/2 меньше ширины шлифующего круга:

S=*d*tg α ,

где d - диаметр изделия в мм;

α - рабочий угол наклона ведущего крута в градусах.

Поясним это положение. Если ширину ведущего круга взять больше, чем ширину шлифующего, и разница будет выступать со стороны входа в рабочую зону (рис.15а), то деталь, перемещаясь в рабочую зону, меняет свою опорную поверхность, т. е. в первоначальный момент она базируется по нешлифованной поверхности А, которая по мере движения детали по стрелке К уменьшается. Затем, после сошлифовки значительной части детали, базирующей становится прошлифованная поверхность В. В момент смены базы возможны перекосы и нарушение точности детали. Деталь, перемещаясь в осевом направлении, проходит за один оборот путь S, следовательно, и каждая точка детали движется по винтовой линии с шагом S. Точка а (рис.15б), находящаяся в данный момент в контакте со шлифующим кругом, сделав пол-оборота и придя в контакт с ведущим кругом, пройдет в осевом направлении расстояние S/2, и, следовательно, для того чтобы деталь базировалась все время только по одной поверхности (по шлифуемой), необходимо переднюю кромку ведущего круга сместить относительно передней кромки шлифующего круга на величину, равную половине шага S/2. В этом случае деталь базируется только по одной поверхности и погрешности, возникающие в результате смены базы, исключаются.

Рис. 15. Сравнительная ширина ведущего и шлифующего кругов