Автор: Альперович Т.А. Константинов К.Н. Шапиро А.Я.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства промышленность станки
ISBN: 5-06-000321-3
Год: 1989
Текст
s
i
Конструкция
шлифовальных
Т. А. АЛЬПЕРОВИЧ, К. Н. КОНСТАНТИНОВ,
А. Я. ШАПИРО
КОНСТРУКЦИЯ
ШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
Допущено
Государственным комитетом СССР
по народному образованию
в качестве учебника
для профессионально-технических
училищ
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1989
ББК 34.637.3
А 56
УДК 621.923.6
Рецензенты; инж. Т. А. Багдасарова; канд. техн,
наук Л. Ф. Котов
Альперович Т. А. и др.
А56 Конструкция шлифовальных станков: Учеб,
для ПТУ/Т. А. Альперович, К. Н. Константинов,
А. Я. Шапиро. — М.: Высш, шк., 1989. — 288 с/, ил.
ISBN 5-06-000321-3
Рассмотрены конструкции шлифовальных станков, особенности
станков с ЧПУ, промышленные роботы, методы базирования и об-
работки типовых деталей; приведены сведения о показателях на-
дежности шлифовальных станков и их производительности.
Учебник может быть использован при профессиональном обу-
чении рабочих на производстве.
2704040000(4307000000)—260 ББК 34 637 3
А 052(01)-89 74-89 6П4.6
Учебное издание
Альперович Татьяна Александровна
Константинов Константин Николаевич
Шапиро Александр Яковлевич
КОНСТРУКЦИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Заведующий редакцией В. А. Козлов. Научный редактор А. А. Сальников.
Редактор II. А. Цветкова. Младший редактор О- В. Каткова. Художествен-
ный редактор Т. М. Скворцова. Технический редактор Е. И. Герасимова.
Корректор Г. И. Буханова
ИБ № 6941
Изд. № М-369. Сдано в набор 02.09.88. Подп. в печать 21.03.89. Формат
84Х1087-,2. Бум. тип. № 2. Гарнитура литературная. Печать высокая. Объем
15,12 усл, печ. л. 15,33 усл. кр.-отт. 15,22 уч.-изд. л. Тираж 35.000 экз.
Зак. № 155. Цена 40 коп.
Издательство «Высшая школа», 101430, Москва, ГСП-4, Неглинная ул.,
Д. 29/14
Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном
комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
690000. г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7
ISBN 5-06-000321-3
© Издательство «Высшая школа»,
1989
ПРЕДИСЛОВИЕ
В эпоху научно-технической революции техничес-
кий прогресс прежде всего связан с машиностроени-
ем, созданием новых, более совершенных и более про-
изводительных машин и механизмов, разработкой
комплексов и систем, объединяющих в единое целое
разнообразные машины.
Машиностроение — комплекс отраслей промыш-
ленности, изготовляющих орудия труда для народно-
го хозяйства, а также предметы потребления. Маши-
ностроению принадлежит ведущая роль в техническом
вооружении народного хозяйства, так как на его ба-
зе развиваются все отрасли промышленности и сель-
ского хозяйства. Уровень производства машин и их
техническое совершенство являются основными пока-
зателями развития промышленности. Главная задача
машиностроения — обеспечить страну высокоэффек-
тивными машинами и оборудованием.
Рост объема продукции машиностроения должен
идти опережающими темпами по сравнению с други-
ми отраслями промышленности, при этом основная
часть прироста промышленной продукции должна
быть получена за счет повышения производительнос-
ти труда.
Одним из важных направлений развития машино-
строения является повышение качества продукции —-
точности, надежности и долговечности. Совершенст-
вование способов получения заготовок, повышение
требований к точности и качеству обработки, исполь-
зование деталей из закаленных сталей и твердых
сплавов приводят к перераспределению объема опе-
раций механической обработки: к сокращению обди-
рочных и черновых операций, увеличению чистовых
и отделочных. При этом возрастает доля станков, ра-
ботающих абразивным инструментом.
Шлифование — производительный метод обра-
ботки металлов резанием, который обеспечивает вы-
сокую точность размеров и формы деталей, хорошее
качество обработанной поверхности: размерную точ-
1
3
ность порядка 5—6-го квалитетов ЕСПД СЭВ, точ-
ность формы (отклонение от круглости 0,3—0,5 мкм
и точнее), параметры шероховатости обработанной
поверхности Ra —1,254-0,16 мкм, а в отдельных слу-
чаях Ra = 0,16ч-0,04. При окончательной обработке
деталей с малыми припусками (до 0,5 мм) шлифова-
ние— наиболее производительный и экономичный
процесс. В последние годы применяют скоростное
шлифование, при котором за меньшее время можно
снять больший объем металла, чем при черновой обра-
ботке точением и фрезерованием.
Пути повышения производительности при шлифо-
вальной обработке могут быть различными: улучше-
ние качества абразивных инструментов, повышение
степени автоматизации станков, оснащение их измери-
тельно-управляющими устройствами, одновременная
обработка нескольких поверхностей на многокруговых
станках или станках с широкими кругами, форсиро-
вание режимов резания (скоростное шлифование).
Перспективны шлифовальные станки с числовым про-
граммным управлением на базе микропроцессоров
и микроЭВМ, оснащенные адаптивными устройства-
ми программного управления обработки деталей и
способные автоматически выбирать режимы обработ-
ки, исходя из критерия получения требуемой точности
и качества обработки при минимальных затратах.
Непрерывный технический прогресс в машиностро-
ении тесно связан с подготовкой квалифицированных
рабочих. Наиболее квалифицированную подготовку
получают молодые рабочие в процессе обучения в про-
фессионально-технических училищах, где наряду
с практическими навыками работы па современном
оборудовании учащиеся получают тсорстичскую под-
готовку, которая является необходимой предпосылкой
творческого труда, совершенствования мастерства
и открывает пути для дальнейшей учебы и повышения
квалификации.
Предисловие и главы I, III, VIII написаны Т. А. Аль-
перович, главы V, VII и XI написаны К. Н. Констан-
тиновым, главы VI и IX — А. Я. Шапиро, главы II, X
написаны совместно Т. А. Альперович, К. Н. Констан-
тиновым и А. Я. Шапиро, глава IV — совместно
К. Н. Константиновым и А. Я. Шапиро.
Авторы
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АБРАЗИВНОЙ
ОБРАБОТКЕ
1.1. ПОНЯТИЕ О РЕЗАНИИ МЕТАЛЛОВ
Технология изготовления деталей машин заклю-
чается в последовательной обработке заготовки раз-
личными способами, при этом заготовка приобретает
требуемые форму, размеры, качество поверхности и
другие свойств^. Одним из способов воздействия яв-
ляется резание, чаще всего выполняемое на металло-
режущих станках (если заготовка выполнена из ме-
талла). Для обработки резанием применяют режущие
инструменты, перемещаемые механизмами станка
относительно заготовки.
Обработка резанием состоит в проникнове-
нии режущего элемента инструмента—лезвия 1 с
режущей кромкой '2 в материал заготовки 3 с после-
дующим отделением определенного слоя материала
в виде стружки 4 (рис. 1.1). На рабочей части инст-
ца
румента может быть заданное число лезвий опреде-
ленной формы или случайное число лезвий разнооб-
разной формы.
5
Режущий инструмент с заданным числом лезвий оп-
ределенной формы называется лезвийным, а обработка
таким инструментом — лезвийной обработкой. Основ-
ными видами лезвийной обработки являются точение,
строгание, сверление, фрезерование, протягивание
и др. В зависимости от вида обработки используются
различные лезвийные инструменты: резцы, сверла,
фрезы, протяжки и пр.
Существуют также инструменты, которыми можно
выполнять одновременно два вида обработки реза-
нием, они называются комбинированными, например
сверло-развертка.
Самым простым режущим инструментом является
резец (рис. 1.2). Его режущее лезвие имеет перед-
нюю поверхность, по которой сходит стружка, и зад-
нюю поверхность, обращенную к обрабатываемой за-
готовке. Пересечение передней и задней поверхности
образует режущую кромку. Режущие свойства резца
зависят от материала, из которого он изготовлен, и от
его геометрии, т. е. формы поверхности лезвия и углов,
под которыми они заточены. Главные из них: углы
задний и передний, угол заострения и угол резания.
Их обозначают строчными буквами греческого алфа-
вита. Задний угол а (альфа) между задней поверхнос-
тью резца и плоскостью резания служит для
уменьшения сил трения между указанными поверхнос-
тями. Передний угол у (гамма) между передней по-
верхностью резца и основной плоскостью Аа непосред-
ственно влияет на отделение стружки — процесс
стружкообразования. Угол между передней и задней
поверхностями лезвия резца называют углом заост-
рения |3 (бета), а сумму углов заострения и задне-
го—углом резания б (дельта).
Срезаемая стружка 4 (см. рис. 1.1) имеет различ-
ный вид и форму, зависящие от химического состава,
структурного состояния и механических свойств об-
рабатываемых металлов, толщины срезаемого слоя,
величины переднего угла инструмента и других фак-
торов. Стружка является побочным продуктом обра-
ботки резанием.
Масса металла на заготовке, специально оставля-
емая для дальнейшей обработки, называется припус-
ком. Характерная особенность процесса резания со-
стоит в том, что припуск срезается постепенно, слоя-
ми малой толщины. В результате деформирования
6
и разрушения материала срезаемого слоя образуются
две новые поверхности. Образованная на заготовке
в результате обработки поверхность называется обра-
ботанной, а поверхность заготовки, частично или пол-
ностью удаляемая при обработке, — обрабатывае-
мой.
Образование формы обработанной поверхности про-
исходит в процессе относительного движения лезвия
(или нескольких лезвий) инструмента и заготовки.
Эти движения выполняются, как правило, механизма-
ми станка. Различают главное движение резания Dr
и движение подачи Ds (см. рис. 1.1). Главное движе-
ние резания Dr происходит с наибольшей скоростью,
сообщается лезвию или заготовке и может быть пря-
молинейным поступательным, вращательным, криво-
линейным, плоским или пространственным формооб-
разующим движением. Скорость v этого движения
в рассматриваемой точке режущего лезвия называют
скоростью главного движения резания или скоростью
резания.
Перемещения лезвия или заготовки, обеспечиваю-
щие отделение стружки по всей обрабатываемой по-
верхности, называют движениями подачи и обознача-
ют Ds- В зависимости от направления различают про-
дольное, поперечное и другие движения подачи, по
форме траектории—прямолинейное, вращательное или
криволинейное, по характеру движения — непрерыв-
ное или прерывистое. Скоростью движения подачи на-
зывают скорость рассматриваемой точки режущей
кромки в движении подачи и обозначают у5. Расстоя-
ние, пройденное этой точкой лезвия вдоль траектории
движения подачи Ds за определенный цикл движения,
называют подачей и обозначают буквой S с соответст-
вующим индексом: подачу па оборот — So, на ход —
Sx, на двойной ход — S2x (под ходом понимают пере-
мещение при возвратно-поступательном движении
в одну сторону). При обработке многолезвийным инст-
рументом подачу, соответствующую повороту инстру-
мента или заготовки на один угловой шаг зубьев, на-
зывают подачей на зуб S2.
При выполнении отдельных операций удобно за-
давать подачу в миллиметрах в минуту (мм/мин) как
величину перемещения инструмента или заготовки в
направлении движения подачи, совершаемого за одну
минуту — SMHH.
7
1.2. ОСОБЕННОСТИ И ВИДЫ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ
Обработка резанием, осуществляемая множеством
абразивных зерен, называется абразивной. Причем
режущие элементы — абразивные зерна — могут
иметь разнообразную форму и размеры. Важнейшим
признаком, по которому абразивную обработку отно-
сят к обработке резанием, является образование стру-
жки. Каждое абразивное зерно срезает небольшой
слой металла, в результате чего на поверхности заго-
товки остается царапина ограниченной длины и весь-
ма малой площади поперечного сечения. Обработан-
ная поверхность образуется совокупностью множест-
ва царапин — следов всех абразивных зерен режущей
поверхности инструмента.
Основными видами абразивной обработки являют-
ся: шлифование, доводка, полирование, струйно-абра-
зивная, виброабразивная. Шлифованием называ-
ется абразивная обработка, при которой инструмент
совершает главное движение резания, преимуществен-
но вращательное, а заготовка при этом может совер-
шать любое движение.
Абразивная обработка, при которой инструмент
и заготовка одновременно совершают различные дви-
жения со скоростями одного порядка или при непо-
движности одного из них другой совершает сложное
движение, называется доводкой. К доводке отно-
сят процессы хонингования, суперфиниширования
и притирки.
Хонингованием называют доводку, осуществляе-
мую при одновременно выполняемых вращательном
и возвратно-поступательном движениях абразивного
инструмента. Доводка при одновременно выполняе-
мых колебательном движении абразивного инструмен-
та и вращении заготовки называется суперфиниширо-
ванием.
Кроме обработки абразивными инструментами су-
ществует еще обработка абразивными зернами, не за-
крепленными в абразивных инструментах, получив-
шая название обработки свободным абразивом:
струйно-абразивная обработка зернами, введенными
в струю жидкости или газа; виброабразивная обработ-
ка, осуществляемая при относительном движении за-
готовки и абразивных зерен в вибрирующей емкости
и др.
8
Соответственно видам абразивной обработки су-
ществует несколько видов абразивных инструментов.
Шлифовальный круг — абразивный инструмент в ви-
де твердого тела вращения, предназначенный для
шлифования. К разновидностям шлифовальных кру-
гов относятся шлифовальные головки и шлифоваль-
ные сегменты. Первые являются шлифовальными
кругами с глухими отверстиями для крепления их на
оправке или шпинделе станка. Вторые — это состав-
ные части сборных или составных шлифовальных кру-
гов. Шлифовальный лист, длина которого превышает
ширину более чем в 2,5 раза называется шлифоваль-
ной лентой, а производимая ею обработка — ленточ-
ным шлифованием.
Абразивный брусок — это абразивный инструмент,
выполненный в виде твердого тела и предназначенный
для обработки без вращения вокруг своей оси. В про-
цессе обработки абразивный брусок не вращается, им
выполняют хонингование и суперфиниширование.
Притиром называют абразивный инструмент в ви-
де жесткого тела, па поверхности которого абразив-
ные зерна находятся в закрепленном или свободном
состоянии, нм выполняют доводку.
Шлифование • -процесс массового тонкого скоро-
стною ре шипя нарапаипя металла абразивными зер-
нами I 'c.'iii рассматривать схему работы одного абра-
зивною зерна, то она аналогична схеме снятия стру-
жки зубом лезвийного инструмента. Однако процесс
шлифования имеет свои особенности, отличающие его
о г резания металла лезвийным инструментом. Осо-
бенности заключаются в следующем:
1. Отсутствие у шлифовального круга сплошной
режущей кромки по образующей.
2. Наличие зависимости между толщиной и шири-
ной слоя, снимаемого одним абразивным зерном.
3. Наличие неправильной геометрической формы
отдельных абразивных зерен и округленных вершин
у них, создающих, как правило, отрицательные углы
резания-царапания.
4. Беспорядочное расположение абразивных зерен
па рабочей поверхности круга.
5. Высокие скорости резания и почти мгновенное
снятие огромного количества мелких стружек.
G. Высокая твердость, термоустойчивость, хруп-
кость режущих элементов.
9
7. Динамическое воздействие каждого абразивного
зерна на шлифуемую поверхность, способствующее
повышению мгновенной температуры резания-царапа-
ния.
8. Наличие интенсивного скольжения абразивных
зерен о металл в момент, предшествующий их вреза-
нию.
Высокие мгновенные температуры, развивающиеся
в процессе шлифования, резко повышают пластич-
ность деформируемого металла и создают возмож-
ность снятия стружек округленными абразивными
зернами круга. Поэтому высокая скорость резания,
в результате которой возникает большая температу-
ра, — необходимый фактор процесса шлифования.
При низких скоростях абразивный круг как режущий
инструмент работать не может. Следовательно, осо-
бенности процесса шлифования обусловлены специ-
фичностью режущего инструмента и необходимых ус-
ловий для снятия металла этим инструментом.
1.3. АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Абразивным может быть назван любой материал
природного или искусственного происхождения, зерна
или порошки которого способны обрабатывать реза-
нием поверхность твердых тел.
В настоящее время применение природных матери-
алов ограничилось из-за дефицита и нестабильности
физико-механических характеристик. Широко рас-
пространены искусственные материалы, которые в за-
висимости от химического состава имеют различную
форму зерна и физико-механические свойства.
Электрокорунд — искусственный абразив-
ный материал, состоящий в основном из корунда а —
= А120з (оксида алюминия) и изготовляемый плавкой
в электропечах. В зависимости от содержания оксида
алюминия и различных примесей выпускают нормаль-
ный электрокорунд марок 13А, 14А и 15А. Цвет зе-
рен — от розового и светло-коричневого до темно-ко-
ричневого. Белый электрокорунд содержит от 98 до
99 % оксида алюминия, получают его плавкой глино-
зема в электропечах. Он имеет маркировку 23А, 24А
и 25А. Цвет зерен—бело-розовый или белый. Хромис-
тый (технический рубин), титанистый (технический
сапфир) и циркониевый электрокорунды соответствен-
10
но марок ЗЗА и 34А; 37А; 38А также получают в элек-
тропечах из глинозема с добавками 0,4—1,2 % Сг20з;
диоксида титана; циркониевой руды и диоксида цир-
кония. Электрокорунд в виде монокристаллов — мо-
нокорунд— изготовляют из глиноземсодержащего
и серосодержащего сырья разложением оксисульфид-
ного шлака. Имеет марки 43А, 44А и 45А.
Карбид кремния, содержащий около 97—
99 % SiC и незначительное количество других минера-
лов, получают в электропечах сопротивления. Промы-
шленность выпускает две разновидности карбида
кремния — зеленый (марок 63С, 64С) и черный (ма-
рок 53С, 54С).
Карбид бора, получаемый в дуговых электро-
печах, представляет собой искусственный материал
состава В4С и содержит до 29 % В4С и 1,5 % свобод-
ного углерода. В 1957 г. было получено новое вещест-
во— кубический нитрид бора, из которого в СССР
выпускают абразивный материал под названием эль-
бор (условное обозначение Л).
Природный алмаз, состоящий из углерода с
незначительным количеством примесей, является ми-
нералом, добываемым из коренных или россыпных
месторождений. Алмаз хрупок, но способен царапать
любые минералы и вещества, встречающиеся в при-
роде. Добыча алмазов сопряжена с большими труд-
ностями, так как даже в богатых месторождениях
в одной тонне породы содержится всего от 0,02 до
0,1 г алмазов. Поэтому для абразивных инструментов
в основном используют синтетические алмазы. При-
родный алмаз имеет условное обозначение А, синтети-
ческий АС, синтетические поликристаллические мате-
риалы— АР (АРВ1, АРК4, АРСЗ), с добавлением ус-
ловного обозначения типа алмазного поликристалла.
Материалы, из которых изготовляют абразивные
зерна инструментов, обладают различной режущей
способностью — способностью при взаимодействии
с обрабатываемым материалом разрушать его. Режу-
щая способность характеризуется отношением массы
снятого материала к массе израсходованного аб-
разивного материала в заданных условиях их взаимо-
действия. Режущая способность природных и синтети-
ческих алмазов принята за единицу. Остальные аб-
разивные материалы обладают меньшей режущей
способностью.
11
Высокая твердость абразивных материалов необ-
ходимое условие их способности производить резание.
Сравнивая данные по режущей способность' и микро-
твердости различных абразивных материалов, можно
отметить, что чем тверже материал, тем выше его ре-
жущая способность, и наоборот.
1.4. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МАРКИРОВКА
ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
Шлифовальные круги представляют собой неразь-
емные тела, состоящие из множества абразивных зе-
рен и связующих их веществ (связок). Как и другие
абразивные инструменты, они характеризуются сле-
дующими основными параметрами: формой, гео-
метрическими размерами, видом и маркой абразив-
ного материала, зернистостью, твердостью, струк-
турой.
Форма кругов зависит от выполняемой операции
обработки. В Советском Союзе ГОСТ регламентирует
выпуск тринадцати типов кругов.
Основные геометрические размеры кругов постро-
ены на основе ряда предпочтительных чисел. В то же
время для некоторых способов шлифования выпуска-
ют абразивный инструмент многих разновидностей по
отраслевым нормалям. Выпуск шлифовальных кру-
гов по нормалям строго ограничивают, так как обилие
типоразмеров повышает себестоимость инструмента
и, следовательно, стоимость его эксплуатации. Наи-
большая типизация достигнута в размерах посадоч-
ных отверстий, что связано со стандартизацией уст-
ройств для крепления кругов на шлифовальных
станках.
Абразивные материалы, добытые в рудниках или
полученные искусственно, в зависимости от их соста-
ва и требований к качеству инструмента сортируют,
дробят, измельчают и очищают путем химического
или магнитного обогащения, а также термической об-
работки. Измельченный и классифицированный абра-
зивный материал называют шлифовальным материа-
лом.
Размер зерен устанавливают методами ситового
анализа, микроскопическим или комбинированным.
При ситовом анализе проводят рассев пробы матери-
ала на фракции — совокупность зерен, размеры кото-
12
рых находятся в установленном интервале. Для рас-
сева используют специальные установки, которые ос-
нащены набором проволочных или капроновых се-
ток с разными размерами квадратных отверстий.
Совокупность зерен, преобладающая по массе, объ-
ему или числу зерен, называется основной фрак-
цией.
В зависимости от размера зерен основной фракции
шлифовальные материалы делят на четыре группы
(ГОСТ 3647—80): шлифзерно (160—2000 мкм),
шлифпорошки (40—125 мкм), микрошлифпорошки
(14—63 мкм), тонкие микрошлифпорошки (3—
10 мкм).
Помимо основной фракции шлифовальный матери-
ал содержит зерна, размеры которых могут отличать-
ся от установленного интервала зерен основной фрак-
ции. Характеристикой всей совокупности зерен шли-
фовального материала является зерновой состав.
Последний может быть представлен совокупностью от-
ношений масс абразивных зерен каждой фракции к об-
щей массе—зерновой состав по массе, или совокуп-
ностью отношений числа абразивных зерен каждой
фракции к общему числу зерен — зерновой состав по
числу зерен.
Условные обозначения, соответствующие размеру
зерен основной фракции, называют зернистостью.
В зависимости от группы шлифовальных материа-
лов приняты следующие обозначения зернис-
тости:
шлифзерно и шлифпорошки — одна десятая разме-
ра стороны ячейки сита (мкм) в свету, на котором за-
держиваются зерна основной фракции, например 40,
25, 16 (соответственно размеру зерен 400, 250,
160 мкм);
микрошлифпорошки — верхний предел размера зе-
рен основной фракции (мкм) с добавлением индекса
М, например ЛА40, М28, М10;
алмазные шлифзерно и шлифпорошки — дробь,
у которой числитель соответствует размеру стороны
ячеек верхнего сита (мкм), а знаменатель — размеру
стороны ячек нижнего сита основной фракции (мкм),
например 400/250, 400/315, 160/100, 160/125;
алмазные микропорошки и субмикропорошки —
дробь, у которой числитель соответствует наибольше-
му (мкм), а знаменатель — наименьшему размеру
13
зерен основной фракции (мкм), например 40/28, 28/20,
Ю/7;
шлифзерно и шлифпорошки эльбора — в зависи-
мости от метода контроля: при ситовом методе — од-
на десятая размера стороны ячеек сита (мкм) в све-
ту, на котором задерживаются зерна основной фрак-
ции, например Л20, Л16, ЛЮ; при микроскопическом
методе — аналогично обозначению зернистости алмаз-
ных шлифзерна и шлифпорошков, например 250/200,
200/160, 125/100.
Кроме зернистости зерновой состав шлифовального
материала характеризуется процентным содержанием
основной фракции, которую обозначают индексами
В — высокое, П — повышенное, Н — нормальное, Д —
допустимое. Например, для зернистости 200—8 мини-
мальное содержание основной фракции в соответствии
с индексами следующее: П — 55 %, Н —45%, Д —
41 %; для зернистости М63—М5 соответственно В —
60—55 %; П — 50-45 %; Н — 45—40 %.
Вещество или совокупность веществ, применяемых
для закрепления абразивных зерен в инструменте, на-
зывают связкой. В зависимости от химического соста-
ва и физических свойств материалов, входящих в связ-
ку, различают органические, минеральные (керами-
ческие) и металлические связки.
К органическим связкам относятся бакели-
товая, вулканитовая, эпоксидная, глифталевая и др.
Для бакелитовой связки в качестве связующего ком-
понента используют порошкообразный или жидкий
бакелит с соответствующими наполнителями и увлаж-
нителями. Бакелитовая связка имеет три основные
разновидности: пульвербакелит (Б, Б1), жидкий ба-
келит (Б2) и специальная (БЗ). Круги на бакелито-
вой связке обладают высокой прочностью и упругос-
тью (модуль упругости связки в 20—50 раз меньше,
чем у стали). Работа кругами на бакелитовой связке
часто ведется без охлаждения.
Основным компонентом вулканитовой связки явля-
ется синтетический каучук. Введение в связку различ-
ных наполнителей и ускорителей вулканизации позво-
ляет изменить технологические и эксплуатационные
свойства инструментов. Вулканитовую связку выпус-
кают нескольких разновидностей В, Bl, В2, ВЗ.
В связке В1 используют синтетический каучук, а кру-
ги формируются прокаткой на вальцах. Вулканитовая
14
связка по сравнению с другими является более плот-
ной и эластичной.
Керамические связки являются многоком-
понентными смесями огнеупорной глины, полевого
шпата, борного стекла, талька и других минеральных
материалов, составленных по определенной рецептуре
с добавками клеящих веществ — растворимого стекла,
декстрина и др. Спекающиеся керамические связки
К2, КЗ используют для закрепления зерен из карби-
да кремния. Плавящиеся керамические связки К1,
К5, К8 обеспечивают прочное закрепление зерен из
электрокорундовых материалов, вступая с ними в хи-
мическое взаимодействие. По своему составу и состо-
янию они являются стеклом. Круги на керамической
связке обладают высокими прочностью и жесткостью.
Недостатком керамической связки является ее высо-
кая хрупкость. Кроме того, цикл изготовления инстру-
ментов на керамической связке — сложный и дли-
тельный.
Металлические связки представляют собой
сплавы меди, олова, цинка, алюминия, никеля и дру-
гих элементов и используются в основном для алмаз-
ных инструментов.
Алмазные и эльборовые круги состоят из корпуса
и абразивного слоя — кольца. Корпус обычно изготов-
ляют из алюминиевых сплавов АК6, Д16, пластмасс
или сталей СтЗ, 20, 25, 30. Абразивный слой состоит
из алмазного или эльборового порошка, связки и на-
полнителя. Толщина абразивного слоя зависит от
связки, закрепляющей зерна, и может колебаться от
нескольких десятых долей миллиметра до нескольких
миллиметров (у большинства кругов она находится
в пределах 1,5—3 мм).
Алмазные и эльборовые круги в настоящее время
изготовляют на четырех основных связках: органи-
ческой, керамической, металлической порошковой
и гальванической. Из органических связок основной яв-
ляется бакелитовая, состоящая из связующего ве-
щества— фенолформальдегидной смолы и различных
наполнителей. Круги на керамической связке облада-
ют наиболее высокими режущими свойствами.
Твердость шлифовальных к р у г о в ха-
рактеризует способность инструмента сопротивляться
нарушению сцепления между абразивными зернами
и связкой.
15
Твердость кругов определяют двумя путями: мето-
дом лунки, образующейся под воздействием струи
кварцевого песка, или методом вдавливания шарика
заданной нагрузкой. Установлена шкала степеней
твердости абразивного инструмента и их условное
обозначение:
Весьма мягкие
Мягкие
Среднемягкие
Средние
Среднетвердые
Твердые
Весьма твердые
Чрезвычайно твердые
— ВМ1; ВМ2
— Ml; М2: М3
— СМ1; СМ2
— Cl; С2
— СТ1; СТ2; СТЗ
— Tl; Т2
— ВТ
— ЧТ
Цифры 1, 2, 3 характеризуют возрастание твердос-
ти инструмента внутри степени. Например, с увеличе-
нием объема связки в круге на 1,5 % твердость инст-
румента повышается на одну степень.
Для нормальной работы шлифовального круга
как режущего инструмента между абразивными зер-
нами и связкой должны оставаться некоторые проме-
жутки— поры, в которых размещается стружка.
Роль пор, их размеров и плотности распределения на-
столько велика, что их называют третьей структурной
составляющей круга после абразивных зерен и свя-
зки.
При изготовлении шлифовальных кругов с требу-
емой пористостью в формовочную массу, состоящую
из абразивных зерен и связки, добавляют различные
наполнители. Наполнители бывают двух типов. К пер-
вому относятся вещества, которые в процессе изготов-
ления шлифовального круга растворяются и возгоня-
ются, образуя поры: древесная мука, опилки, моло-
тый уголь, пластмассы, поваренная соль, нафталин.
Наполнители второго рода образуют поры непосред-
ственно при шлифовании благодаря хрупкому выкра-
шиванию в областях, прилетающих к режущей
поверхности. В качестве таких наполнителей использу-
ется известняк, мрамор, кварц, гипс. При изготовле-
нии алмазных кругов на бакелитовой связке для эко-
номии алмаза в качестве наполнителей используются
абразивные материалы: электрокорунды, карбиды
кремния и бора и др.
Структура шлифовальных кругов, под
которой понимается соотношение объемов шлифо-
вального материала, связки и пор в абразивном инст-
16
рументе, обозначается номерами от 0 до 20 (объемная
концентрация зерен равна соответственно 62 и 22%).
При увеличении структуры на один номер содержание
зерен уменьшается на 2%. Для алмазных и эльборо-
вых инструментов обозначают относительную кон-
центрацию зерен (%), в четыре раза превышающую
фактическое объемное содержание шлифматериала
в инструменте— 150, 100, 75, 50.
Тип шлифовального круга, его размеры, марка
абразивного материала, зернистость и ее индекс, но-
мер структуры, марка связки с другими параметрами
составляют характеристику инструмента в состоянии
поставки, т. е. статическую характеристику. Условное
обозначение этой характеристики наносится на тор-
цовой поверхности шлифовальных кругов диаметром
250 мм и более, на этикетках — для кругов диаметром
свыше 40 до 250 мм, на коробках или пакетах — для
кругов диаметром до 40 мм. Пример маркировки и ус-
ловного обозначения шлифовального круга приведен
на рис. 1.3. Маркировка и условное обозначение шли-
фовальных кругов из алмазного материала несколько
отличны от обычных шлифовальных кругов и приве-
дены па рис. 1.4.
ПП $00 * 50 * 305 25А 10-И 01 7 К5 35м/с А 1М ГОСТ 2525'83
/ Зернис\
I тость
Индене
зернис-
тости
Тип \ /
круга \ /
Наружный /
диаметр /
Высота I
Диаметр посадоч- \ Степень \
ного отверстия \ твердости.
Марка шлифовального
материала
стандарта.
Класс неуравно-
вешенности.
Рис. 1.3. Маркировка и условное обозначение шлифовального
круга
2-155
17
АСУ 100/80 100 БГП
2110-0139 ГОСТ 16167-80
1 А 1 300*90*76*5 АСУ 100/80 100 БП2 2720-0139 ГОСТ 16167-80
Форма \\Aii
сечена я \\,
корпуса \\
Форма сече-
ния абразива-
содержащего.
слоя
‘Номер
стандарта
1 Обозначение
типоразмера
круга
Расположение
а 6рази во содержа тег о
слоя на корпусе круга
концентрация
шлифматериала
Толщина
алмазоносного слоя
Рис. 1.4. Маркировка и условное обозначение алмазного
шлифовального круга
1.5. ИЗНОС И ПРАВКА ШЛИФОВАЛЬНЫХ КРУГОВ
В процессе работы происходит постепенное изнаши-
вание шлифовальных кругов, т. е. отделение частиц
рабочего слоя инструмента, приводящее к уменьше-
нию его массы, размеров и к изменению формы.
Характер изнашивания шлифовального круга в про-
цессе резания зависит от его твердости. Если проч-
ность закрепления абразивных зерен в инструменте
ниже прочности самих зерен, то изнашивание проис-
ходит за счет выкрашивания зерен, а круг работает
в режиме самозатачивания. Самозатачиваемостью на-
зывают свойство круга сохранять работоспособность
вследствие образования новых режущих кромок в про-
цессе обработки. Если прочность абразивных зерен
окажется ниже прочности их закрепления в шлифо-
вальном круге, то изнашивание происходит частично
за счет хрупкого разрушения и скалывания зерен,
а частично — в результате их истирания обрабатывае-
мым материалом. Такое изнашивание носит название
затупления круга и заключается в образовании пло-
щадок износа на поверхности абразивных зерен
и уменьшении режущей способности инструмента. Кро-
ме того, затупление круга приводит к изменению его
18
профиля. Круги, абразивные зерна которых частично
разрушены, а частично затуплены, для дальнейшей
работы непригодны.
При обработке каждое абразивное зерно круга
вырезает царапину на. поверхности обрабатываемой
заготовки, при этом образуется стружка очень малых
размеров. В результате происходящих с высокой ско-
ростью деформаций и трения стружка нагревается до
температуры выше 1000 °C, т. е. до температуры плав-
ления обрабатываемого материала. Такая разогретая
стружка накапливается в объеме пор круга. Она мо-
жет удаляться из пор под действием центробежных
сил или потока охлаждающей жидкости. Внешним
проявлением процесса удаления нагретой стружки яв-
ляется сноп искр, вылетающих из-под круга при обра-
ботке. Однако часть стружки все-таки застревает
в объемах пор, и они оказываются заполненными че-
рез некоторое время обрабатываемым материалом.
Перенос на рабочую поверхность круга частиц мате-
риала заготовки при шлифовании принято называть
засаливанием инструмента. Засаленный круг, как и из-
ношенный, теряет свои режущие свойства, так как
с поверхностью заготовки начинают контактировать не
абразивные зерна, а стружка обрабатываемого мате-
риала.
Способность шлифовального круга сопротивляться
засаливанию и затуплению в процессе обработки назы-
вают стойкостью. Ее численным выражением служит
скорость изнашивания круга, т. е. отношение износа
инструмента ко времени резания. Величина, обратная
скорости изнашивания круга, называется его износо-
стойкостью.
Для восстановления режущей способности шлифо-
вальных кругов, их геометрической формы и микро-
профиля рабочей поверхности периодически произво-
дят правку, т. е. приводят круг в работоспособное со-
стояние. При правке снимают возможно меньший слой
абразива. Износ круга при шлифовании составляет
10— 25 % того объема, который снимают при правке.
Применяют три способа правки: обтачиванием, об-
катыванием и шлифованием (рис. 1.5).
При правке обтачиванием (рис. 1.5, а)
правящий инструмент выполняет роль резца. Такой
способ, будучи наиболее простым и надежным, вместе
с тем вызывает наибольшее изнашивание правящего
19
инструмента, поэтому таким условиям может удовле-
творять только алмазный инструмент, обладающий
наибольшей износостойкостью. Правящими инструмен-
тами служат: алмазные карандаши, алмазные зерна
(с естественными гранями), закрепленные в оправах;
Рис. 1.5. Способы правки шлифовальных кругов:
а — обтачиванием, б — обкатыванием, в — шлифованием
Алмазоносная
/ вставка. /Оправа
Алмазоносна я
Алмазоносная
Рис. 1.6. Алмазные караил а ши:
а — типа 01 (И), б — типа 02 (С), в — типа 03 (ЦФ); г — типа 04 (Н)
алмазные инструменты, режущая часть которых ис-
кусственно огранивается (шлифуется) по определен-
ной геометрической форме — резцы, иглы, гребенки.
Алмазные карандаши (рис. 1.6) имеют цилиндри-
ческую форму диаметром 6—13 мм и длиной 45—>
55 мм. В алмазной вставке алмазные зерна сцементи-
рованы специальным сплавом. Алмазная вставка рас-
полагается в оправке. Карандаши изготовляют
четырех типов в зависимости от расположения зерен:
01 —цепочкой вдоль оси карандаша в один слой (рис.
20
1.6, a); 02 — слоями (рис. 1.6,6); 04 — неориентиро-
ванное расположение (рис. 1.6, г). Карандаши типа 03
(рис. 1.6,0) используют для правки профильных кру-
гов.
му в)
Рис. 1.7. Основные типы ал-
мазного кристального инстру-
мента:
а — алмаз естественной формы в
оправе, б — алмазный резец, в —
алмазная игла
Алмазный однокристальный инструмент (рис. 1.7)
<• зернами естественной формы (рис. 1.7, а) имеет бо-
лее острые режущие кромки, которые ориентированы
при установке алмаза в
оправе. Поэтому инстру-
мент работает с меньши-
ми усилиями правки, что
очень важно при правке
кругов на вулканитовой
i вязке. Во время эксплу-
атации для рационально-
ю использования алмазов
необходимо поворачивать
инструмент новой острой
вершиной, когда площад-
ка износа алмаза достиг-
нет 1—2 мм2.
В ограненных алмазных
инструментах (рис. 1.7,
6, ц) алмазу придается определенная форма и созда-
ются режущие кромки, ориентированные по вектору
гвердости. Этот инструмент необходим для образова-
ния сложных профилей и правки п© копиру. К недо-
статкам алмазного однокристального инструмента от-
носится необходимость его частой перестановки и по-
вторных огранок. Поэтому чаще применяют алмазные
। ребенки, в которых алмазы удлиненной формы закреп-
лены по периферии и боковым сторонам пластин. Ал-
мазные гребенки обеспечивают высокую точность
правки и имеют стойкость в 10—15 раз более высо-
кую, чем однокристальный инструмент.
Правку обкатыванием (см. рис. 1.5,6) вы-
полняют правящими дисками, получающими враще-
ние от контакта со шлифовальным кругом. Этот метод
правки способствует наименьшему изнашиванию пра-
вящего инструмента, поэтому в качестве инструмента
можно применять металлические и твердосплавные
диски. Металлические диски применяют преимущест-
венно при шлифовании кругами на бакелитовой связ-
ке, работающими в режиме самозатачивания, когда
основное назначение правки сводится к периодическо-
21
<7 V V V 5?
му восстановлению формы круга. Твердосплавный
правящий инструмент используют в виде монолитных
твердосплавных дисков и металлических дисков со
специальной крошкой твердого сплава. Диски из твер-
досплавной крошки обладают более высокой износо-
стойкостью и более эффективно восстанавливают ре-
жущие свойства круга. Монолитные диски имеют мень-
шие габариты, что важно при встраивании их в станки
с ограниченным местом для расположения правящих
средств.
Правку шлифованием (см. рис. 1.5, в) про-
изводят при принудительном вращении цилиндриче-
ского правящего инструмента — алмазного ролика
или абразивного правящего круга. Применяют два ме-
тода правки: напроход и врезанием.
Алмазный ролик состоит из стального корпуса
и алмазно-твердосплавного слоя (рис. 1.8). Твердый
сплав применяют в качестве связки
для удержания алмазов до полного их
изнашивания. Алмазные зерна округ-
лой формы расположены по рабочей
поверхности в один ряд в шахматном
порядке так, чтобы при правке следы
зерен перекрывали друг друга. Алмаз-
ный ролик вследствие чрезвычайно
малого изнашивания выдерживает до
50—100 тыс. правок. При правке мето-
дом шлифования используют также
шлифовальные круги из черного кар-
бида кремния твердостью ВТ и ЧТ.
Алмазные круги правят и чистят в
случае их засаливания или для вос-
становления формы методом обтачи-
вания абразивными брусками и шли-
фования абразивными кругами. Ал-
машые круги на металлической связ-
ке правят кругами из зеленого карбида кремния
зернистостью 40—25, твердостью СТ1—СТ2, а алмаз-
ные круги на органической связке — кругами из зеле-
ного карбида кремния зернистостью 16—8, твердостью
СМ2—С1 на керамической связке. Правку этих кругов
желательно производить с охлаждением.
Эльборовые круги на керамической связке правят
алмазно-металлическими карандашами типа 01 и ал-
мазами в оправе методом обтачивания.
V V VVV
Рис. 1.8. Алмаз-
ный ролик для
правки шлифо-
вальных кругов:
1 — алмазоносный
слой, 2 — корпус
22
1.6. СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИЕ ЖИДКОСТИ
ПРИ ШЛИФОВАНИИ
Для отвода теплоты, образующейся в зоне резания,
уменьшения трения и удаления отходов шлифования
применяют различные смазочно-охлаждающие жидко-
сти (СОЖ). По составу и свойствам СОЖ, используе-
мые при шлифовании, делят на эмульсии и масла.
Эмульсией называют жидкость, в которой во взвешен-
ном состоянии находятся микроскопические частицы
другой жидкости. Основой эмульсии для шлифования
является вода с добавлением небольшого количества
специальных присадок, обеспечивающих смазочный
эффект.
По условиям эксплуатации СОЖ не должны содер-
жать ядовитых примесей, вызывающих кожные забо-
левания у рабочих, не должны разъедать металл и кра-
ску станка. Чем больше площадь поверхности контакта
шлифовального круга с заготовкой и тверже мате-
риал обрабатываемой заготовки, тем большее количе-
ство СОЖ необходимо подавать в зону шлифования.
Выполнение отдельных требований к СОЖ носит ино-
гда противоречивый характер. Например, с повыше-
нием смазочных свойств снижается охлаждающая спо-
собность жидкости, поэтому в зависимости от условий
обработки необходимо подбирать оптимальный состав
СОЖ. Следует подавать СОЖ равномерно по высоте
шлифовального круга.
По характеру воздействия на процесс шлифования
различают три группы СОЖ: охлаждающие, химиче-
ски активные и поверхностно-активные. Наибольшей
охлаждающей способностью обладает вода. Если при-
нять ее охлаждающую способность за 100 %, то для
(одовых растворов она составит 80—90 % (в зависи-
мости от концентрации), для эмульсии — 30—80 %,
цлч масла — 25 %. Для улучшения охлаждающих
свойств масел, обеспечения лучших смачивающих
и смазочных свойств применяют добавки (до 10 %)
/(тельного топлива или керосина, уменьшающие вяз-
кость масел.
Химическая активность СОЖ определяется ее спо-
собностью образовывать на контактных поверхностях
химические соединения, обладающие пониженной
прочностью или легкоплавкостью. Для лучшего дей-
। шин СОЖ должна иметь в своем составе легко отде-
23
ляемые молекулы серы, фосфора или хлора, которые
вступают в соединение с обрабатываемым металлом
и образуют с ним химические соединения в виде тонких
прочных пленок. Эти пленки снижают трение в кон-
такте металла с абразивом инструмента.
Поверхностно-активными веществами по отноше-
нию к какой-либо жидкости называют такие, которые
при добавлении в жидкость уменьшают ее поверхност-
ное натяжение и вследствие этого обладают сильным
молекулярным сцеплением с поверхностью.
Эффективность воздействия СОЖ на процесс шли-
фования зависит не только от ее состава, но и от спо-
соба подвода. Схемы основных способов подачи СОЖ
приведены на рис. 1.9 (а—г).
Рис. 1.9. Схемы основных способов подачи СОЖ при шлифова-
нии:
/—шлифов 1льиый круг, 2 — кожух, 3 — заготовка, 4— сопло, 5 — насадка
Подачу СОЖ с в о б о д н о п а д а ю щ е й с т р у-
е й (поливом) применяют наиболее широко. СОЖ
подают в зону шлифования центробежным насосом
через сопло, имеющее щелевое или круглое отверстие.
Угол наклона сопла влияет на результаты шлифова-
ния. При угле наклона 75° к горизонтальной плоско-
сти повышается съем металла и снижается износ кру-
га. Из-за пористости круга, шероховатости его поверх-
ности и большой скорости им нагнетается поток
воздуха, который затрудняет попадание СОЖ в зону
шлифования. Для улучшения подвода СОЖ подают
до контакта круга с заготовкой, что способствует по-
паданию жидкости в зону шлифования. Количество
подводимой жидкости колеблется в пределах 8—Юл
на 10 мм высоты круга в 1 мин.
Подача СОЖ струей под высоким дав-
лением позволяет удалить с поверхности круга сво-
24
бодные металлические частички, очистить поры и абра-
зивные зерна круга от отходов шлифования. СОЖ
подают под высоким давлением как в зону шлифова-
ния, так и вне ее.
Подача СОЖ в распыленном газами
состоянии (охлаждение масляным туманом) под
высоким давлением производится через сопло в зону
резания в виде воздушно-жидкостной смеси. Струя
смеси обладает большой кинетической энергией и по-
этому способна разрушить воздушно-паровую оболоч-
ку быстро вращающегося круга. Поскольку подача
СОЖ в виде воздушно-жидкостной смеси сопровожда-
ется обдувом круга сжатым воздухом, это способст-
вует удалению стружки и продуктов износа инстру-
мента из зоны резания.
Подача СОЖ через поры шлифоваль-
ного круга обладает тем преимуществом, что тем-
пература заготовки уменьшается не только в резуль-
тате лучшего подвода жидкости, ко и вследствие ее
смазывающего свойства и меньшего трения круга
о поверхность заготовки. Один из недостатков этого
способа состоит в том, что он неприменим для кругов
из вулканитовой и бакелитовой ('вязок, так как они не
имеют ('КВОИП.1.Х пор. Кроме гон», опасно неравномер-
ное заполпение пор круга жидкостью, гак как это
может привести к вибрации станка вследствие неурав-
новешенности круга. Поэтому СОЖ подают только при
вращающемся круге, а начинают шлифование через
2—5 мин после подачи СОЖ. Прекращают подачу
СОЖ также за несколько минут до выключения
станка.
Применяют и другие способы подачи СОЖ: по тор-
цовым каналам круга или шлифование в среде СОЖ-
Эти способы применяют редко и ограниченно. Так,
шлифование в среде СОЖ применяют главным обра-
зом при ленточном и плоском шлифовании.
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности резания абразивным инструментом?
2. Как подразделяются абразивные материалы по зернисто-
сти?
3. На каких связках выпускают шлифовальные круги?
4. Чем характеризуется структура шлифовальных кругов?
5. Что понимается под твердостью шлифовальных кругов
и каким образом се контролируют?
6. Что означает маркировка шлифовальных кругов?
7. С йакой целью производится правка шлифовальных кругов
и какими способами она осуществляется?
8. Каково назначение смазочно-охлаждающих жидкостей при
шлифовании?
ГЛАВА 2
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКАХ
2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Металлорежущий станок (станок) — машина для
размерной обработки заготовок в основном путем сня-
тия стружки. Помимо основной рабочей операции,
связанной с изменением формы и размеров заготовки,
на станке выполняют вспомогательные операции:
смены режущего инструмента и заготовок, их зажи-
ма, измерения, контроля за состоянием всего
станка.
Станкостроительная промышленность СССР выпус-
кает большое число металлорежущих станков, различ-
ных по назначению, конструкции, технологическим
возможностям, специализации, размерам, массе и точ-
ности. Для того чтобы было легче один тип станка от-
личить от другого, ЭНИМСом разработана классифи-
кация. Все серийно выпускаемые станки разделены на
10 групп по виду выполняемой обработки или назна-
чению: 1) токарные, 2) сверлильные и расточные,
3) шлифовальные, полировальные, доводочные, заточ-
ные, 4) комбинированные и физико-химической обра-
ботки, 5) зубо- и резьбообрабатывающие, 6) фрезер-
ные, 7) строгальные, долбежные, протяжные, 8) раз-
резные и 9) разные. Группа с номером 0 остается
резервной. Кроме того, каждая группа разделена на
десять типов по назначению, конструктивным особен-
ностям (компоновке, числу шпинделей и др.), виду
применяемого инструмента, степени автоматизации
и другим признакам.
Металлорежущие станки для обработки заготовок
абразивным инструментом составляют группу — шли-
фовальные, полировальные, доводочные и заточные
станки. Шлифовальные станки обеспечивают шерохо-
ватость поверхности в пределах Ra = 1,25-4-0,02 мкм.
В машиностроении наиболее часто применяют сле-
26
дующие виды шлифования: круглое наружное, круглое
внутреннее и плоское (рис. 2.1).
Круглое наружное шлифование. Заготовку уста-
навливают в центрах или закрепляют в патроне. Раз-
личают шлифование с продольной подачей и врезное.
При шлифовании необходимо, чтобы заготовка и шли-
фовальный круг имели заданные относительные дви-
жения, без которых резание металлов невозможно.
Рис. 2.1. Основные виды шлифования
При круглом наружном шлифовании с продольной
подачей обязательны следующие движения (рис.
2.1, а): вращение шлифовального круга — главное
движение резания Z)r; вращение заготовки вокруг сво-
ей оси — движение круговой подачи Z)si; прямолиней-
ное возвратно-поступательное движение DS2 (заготов-
ки или шлифовального круга); движение поперечной
подачи Dsz (шлифовального круга на заготовку или
заготовки на шлифовальный круг) — поперечная по-
дача или подача на глубину резания.
27
При шлифовании с продольной подачей попереч-
ная подача осуществляется периодически — в конце
каждого двойного или одинарного хода стола. При
врезном круглом наружном шлифовании (рис. 2.1,6)
высота круга должна быть равна длине заготовки или
несколько больше ее, тогда нет необходимости в про-
дольной подаче. В отличие от шлифования с продоль-
ной подачей (см. рис. 2.1, а) при врезном шлифовании
поперечная подача производится непрерывно в течение
всего шлифования. Таким образом, для наружного
врезного шлифования необходимы следующие движе-
ния: вращение шлифовального круга Dr, вращение
шлифуемой заготовки DS\ вокруг своей оси и непре-
рывное движение подачи шлифовального круга DS3.
При бесцентровом шлифовании резание выполня-
ется шлифовальным кругом так же, как иа обычных
центровых или патронных круглошлифовальных стан-
ках. Особенность этого процесса определяется специ-
фикой закрепления и движения подачи шлифуемой за-
готовки. При бесцентровом наружном шлифовании
(рис. 2.1, в) заготовку устанавливают на опорном ноже
между двумя кругами — шлифовальным и ведущим.
Для бесцентрового наружного шлифования необходи-
мы следующие движения: вращение шлифовального
круга Dr, вращение заготовки Ds<, в которое она при-
водится ведущим кругом, и продольная подача заго-
товки Ds2, для получения которой ведущий круг уста-
навливают под небольшим углом а к оси шлифоваль-
ного круга. Движение DS3 поперечной подачи
отсутствует, но она компенсируется формой шлифо-
вального круга.
Круглое внутреннее шлифование. Схема круглого
внутреннего шлифования с продольной подачей пока-
зана на рис. 2.1, г. Для этого способа шлифования
необходимы те же движения, что и при круглом наруж-
ном шлифовании с продольной подачей: вращение
шлифовального круга Dr, продольная подача DS2 за-
готовки или круга, поперечная подача £>S3 шлифо-
вального круга.
Возможны также внутреннее врезное и внутреннее
бесцентровое шлифование.
Плоское шлифование делят на две группы: шли-
фование периферией круга (рис. 2.1,6) и шлифова-
ние торцом круга (рис. 2.1, е). Для плоского шлифо-
вания необходимы следующие движения: вращение
28
in.’i пфовалыюго круга — главное движение резания
/>,; поступательное перемещение заготовки — движе-
ние подачи Dsi; движение поперечной подачи DS2 за-
готовки или шлифовального круга в направлении, пер-
пендикулярном движению DS\’, движение подачи
на глубину шлифования — шлифовального круга на
заготовку или заготовки на шлифовальный круг. В том
случае, когда высота шлифовального круга больше ши-
рины заготовки, поперечная подача отсутствует.
Разновидностью плоского шлифования торцом кру-
га является двустороннее торцовое шлифование (рис.
2.1, ж, з), т. е. одновременная обработка двух торцов
заготовки двумя шлифовальными кругами. В обоих
случаях главное движение резания Dr выполняет шли-
фовальный круг, а движение подачи DSi, выполняемое
заготовкой, может быть прямолинейным поступатель-
ным (рис. 2.1, ж) или поступательным движением по
криволинейной траектории (рис. 2.1, з), в данном слу-
чае по окружности.
В зависимости от формы поверхности шлифуемой
заготовки и вида шлифования различают: круглошли-
фовальные станки для круглого наружного шлифова-
ния (центровые, патронные и бесцентровые); внутри-
шлифовальные станки для круглого внутреннего
шлифования (патронные и бесцентровые); плоскошли-
фовальные станки для обработки периферией и торцом
шлифовального круга.
По классификатору ЭНИМСа группа станков, ра-
ботающих абразивным инструментом, обозначена циф-
рой 3 (первая цифра в обозначении модели). Вторая
цифра указывает тип стайка: 1 — круглошлифоваль-
ные станки (3161); 2 — впутришлифовальные станки
(3228); 3 — обдирочно-шлифовальные (332); 4 — спе-
циализированные шлифовальные станки (3451); 5 —
не предусмотрен; 6 — заточные (364); 7 — плоскошли-
фовальные с прямоугольным (371) или круглым
(3756) столом; 8 — притирочные и полировальные
станки (3816); 9 — разные станки, работающие абра-
зивным инструментом (395). Когда необходимо ука-
зать, что рассматриваемая конструкция станка усо-
вершенствована, т. е. принадлежит к новому поколе-
нию станков, то в условное обозначение вводят букву,
например А (ЗА64).
Кроме станков, изготовляемых серийно, станко-
строительные заводы выпускают много специальных
!9
станков и обозначают их, как правило, условными за-
водскими номерами. Например, внутришлифовальный
автомат ЛЗ-242 изготовлен на Ленинградском станко-
строительном заводе им. Ильича (ЛЗ) под номером
242. Указанный шифр станка не дает конкретных све-
дений о нем, следовательно, необходима дополнитель-
ная информация.
2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
ПО УРОВНЮ АВТОМАТИЗАЦИИ
Шлифовальные, как и другие металлорежущие
станки, по уровню автоматизации делят на неавтома-
тизированные и автоматизированные (полуавтомати-
ческие, автоматические). Использование того или ино-
го вида станков зависит от сложности изготовляемой
детали и серийности производства. Чем меньше серий-
ность производства, тем легче и быстрее должен пе-
реналаживаться станок при переходе на другой вид
продукции. Универсальные шлифовальные станки
предназначены для выполнения определенных опера-
ций при изготовлении деталей различных размеров
и наименований. Результаты обработки на таких стан-
ках в значительной степени зависят от квалификации
операторов-шлифовальщиков.
В автоматизированных станках автоматизированы
отдельные элементы рабочего цикла, например движе-
ние подачи, движение врезания шлифовального кру-
га в заготовку, правка шлифовального круга и т. п.
Автоматизированные станки бывают специализиро-
ванными или специальными. Специализированные
станки предназначены для выполнения определенных
операций при обработке конструктивно и технологи-
чески подобных изделий и подобной геометрической
формы, но различных размеров в определенном диа-
пазоне. Специальные станки используют только в мас-
совом производстве, они предназначены для выполне-
ния одной операции при обработке изделия одного
наименования.
Наибольшей быстротой переналадки обладают
станки с программным управлением. Программа уп-
равления станком — это последовательность команд,
обеспечивающая заданное функционирование рабочих
органов станка. При ручном управлении необходимую
последовательность команд задает рабочий, при ав-
томатическом — программоноситель, который может
80
содержать как геометрическую, так и технологическую
информацию. Станки, которые управляются от про-
граммоносителя с записанной на нем в числовом ви-
де геометрической и технологической информацией,
называют станками с числовым программным управ-
лением (ЧПУ).
На современном этапе развитие станков с ЧПУ ха-
рактеризуется качественным изменением систем ЧПУ:
для управления станками используют ЭВМ. Это дает
возможность создавать станки с очень высоким уров-
нем автоматизации и с широкими технологическими
возможностями. На базе таких станков компонуют
гибкие производственные системы (ГПС) с управле-
нием от ЭВМ. При широком использовании промыш-
ленных роботов в таких системах становится возмож-
ной длительная обработка заготовок без участия об-
служивающего персонала — «безлюдная» технология.
Устройства автоматизации шлифовальных станков
пока еще используются неудовлетворительно. Около
80—90 % шлифовальных станков работают с исполь-
зованием ручного цикла. Применение устройств врез-
ной подачи не превышает 20 % случаев в серийном
и мелкосерийном производстве. При остановке станка
измерения производят в основном с помощью скоб,
шаблонов и микрометров, хотя производительность
в этом случае в 7—10 раз ниже, чем при использова-
нии приборов активного контроля.
Время резания на шлифовальных станках даже
в крупносерийном производстве не превышает 60 %,
поэтому имеются реальные возможности повышения
производительности за счет сокращения непроизводи-
тельно затрачиваемого времени. Большая часть вре-
мени управления станйом (75—78 %) затрачивается
на подвод, отвод и установку шлифовальной бабки на
размер, на управление приводом подачи расходуется
16—20 % времени управления станком. Большая часть
времени обслуживания тратится на правку шлифо-
вальных кругов. Сложность управления процессом
шлифования, сравнительно быстрый износ шлифо-
вальных кругов, требующих периодических правок для
их восстановления, высокие требования к точности
размеров, формы и шероховатости шлифуемой по-
верхности явились причиной того, что ЧПУ шлифо-
вальными станками стало применяться позже, чем
в металлорежущих станках других групп.
31
2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАНКОВ ПО ТОЧНОСТИ
По степени точности станки делятся на пять клас-
сов: нормальной точности (Н), повышенной (П), вы-
сокой (В), особо высокой точности (А) и особо точные
станки (С), иначе, мастер-станки С (ГОСТ8—89). Тре-
буемая точность работы станков классов В, А и С
достигается при условии эксплуатации их в поме-
щениях с постоянными, автоматически регулируе-
мыми температурой (термоконстантных) и влажно-
стью.
Точность обработки на станке непосредственно свя-
зана с его точностью, которая характеризует степень
влияния различных погрешностей станка на точность
обрабатываемых деталей. К основным погрешностям
станка относятся следующие:
геометрические — зависят от точности изготовле-
ния деталей и сборки станка, а также его износа в про-
цессе эксплуатации. Эти погрешности влияют на точ-
ность взаимного расположения режущего инструмента
и обрабатываемой детали в процессе формообразова-
ния;
кинематические — определяются ошибками в пере-
даточных числах различных передач кинематической
цепи, возникающими вследствие неточности изготов-
ления отдельных элементов станка (зубчатых колес,
червяков, винтовых пар и др.). Наиболее заметное вли-
яние кинематические погрешности оказывают при об-
работке зубьев колес, резьб и других сложных поверх-
ностей относительно высокой точности;
упругие погрешности — связанные с деформация-
ми станка, которые нарушают правильность взаимно-
го расположения инструмента и обрабатываемой де-
тали при действии силовых факторов. Повышение
жесткости станка (отношение силы к упругому пере-
мещению в одном направлении) снижает упругие по-
грешности;
температурные — возникают главным образом
вследствие неравномерного нагрева различных эле-
ментов станка в процессе его работы, приводящего
к изменению начальной геометрической точности,
и оказывают существенное влияние на качество обра-
ботки высокоточных деталей;
динамические — связаны с относительными колеба-
ниями инструмента и обрабатываемой детали, ухуд-
32
шлют качество обработки, могут снижать стойкость
режущего инструмента и долговечность станка.
Кроме указанных погрешностей станка на точность
обработки значительно влияют погрешность режущего
инструмента, погрешности его изготовления и установ-
ки на станке, а также износ.
В зависимости от типа, конструкции и степени точ-
ности станка предъявляются требования к точности
изготовления его деталей (базовых), сборки узлов и их
монтажу. Эти требования формулируются в провер-
ках «норм точности» и «норм жесткости», которые при-
ведены в технических условиях (ТУ) для каждого кон-
кретного станка.
Для шлифовальных станков типовыми проверками
«норм точности» являются: точность вращения шпин-
деля шлифовального круга (радиальное и осевое бие-
ние); точность вращения шпинделя изделия или веду-
щего круга; прямолинейность перемещения стола
(бабки); точность направления взаимного перемеще-
ния шлифовального круга и изделия (перпендикуляр-
ность или заданный угол для станков с угловым рас-
положением); величина скорости минимальной подачи,
минимального импульса подналадки; другие проверки,
характеризующие точность и форму посадочных по-
верхностей, взаимных расположений узлов, величин
скоростей и перемещений и т. п.
«Нормы жесткости» устанавливают величину пе-
ремещения детали (узла) под действием заданной по
величине, направлению и месту приложения нагрузки.
Для всех проверок указывают средства измерения
и их расположение, место измерения заданного пара-
метра, правило определения величины параметра по
показаниям средств измерения.
Типы проверок определяются стандартами и кон-
структивными особенностями станков. Числовые зна-
чения показателей, т. е. величина биения, допустимые
отклонения формы посадочных поверхностей и т. п.,
определяются классом точности станка и его особен-
ностями.
Одной из обязательных является проверка точно-
сти обработанной детали (образца). Как правило, для
этой проверки конкретизируются размеры обрабаты-
ваемой детали (образца) и режимы обработки.
Требования к точности обработанных деталей ха-
рактеризуются допусками размера, формы обрабаты-
3—155
33
ваемой поверхности, взаимного расположения поверх-
ностей и оси детали.
Источниками колебаний размера, формы и т. п.,
возникающих при шлифовании, являются собственно
станок, приспособление для базирования и закрепле-
ния, шлифовальный круг и сама обрабатываемая де-
таль или, говоря сокращенно, система СПИД.
Все погрешности (колебания размера, формы) по
характеру образования можно классифицировать на
три вида: постоянные, систематические или функцио-
нальные и случайные.
Требуемая точность обработки при работе автома-
тов и полуавтоматов обычно обеспечивается настрой-
кой станка. Основные виды погрешностей:
постоянные, которые сохраняют свое значение при
обработке каждой новой детали;
функциональные — величина которых закономерно
изменяется при обработке каждой новой детали;
случайные — величина которых при обработке каж-
дой новой детали может принять любое числовое зна-
чение (в определенных пределах), заранее нам не из-
вестное.
Причин возникновения погрешностей обработки
очень много, но для каждого вида погрешностей мож-
но установить главные или доминирующие.
Постоянные погрешности обработки возникают
вследствие неточной настройки инструмента. Погреш-
ности в изготовлении станка, приспособления и про-
филирования при правке шлифовального круга цели-
ком или с постоянным передаточным коэффициентом
переносятся на обрабатываемую деталь. Поэтому в
зависимости от вида обрабатываемой поверхности и
параметра точности обработки устанавливается и до-
минирующая причина постоянных погрешностей.
Для погрешностей формы и взаимного расположе-
ния поверхностей основным источником постоянных
погрешностей будут являться геометрическая неточ-
ность станка, приспособления, а также базовых по-
верхностей детали.
Функциональные погрешности обработки возникают
в результате размерного износа шлифовального кру-
га, алмаза и других средств правки, температурных
деформаций станка, средств измерения и обрабаты-
ваемой детали. Все эти погрешности являются функ-
цией времени работы. Температурные деформации но-
34
сят временной характер. По истечении определенного
времени работы температура стабилизируется и де-
формации частей станка прекращаются, а по-
грешность, возникающая по этой причине, превраща-
ется в постоянную.
Можно составить баланс точности работы станка.
Поле рассеяния (о>) параметра (размера, формы, вза-
имного положения) складывается из погрешностей об-
работки— постоянных (Лп), функциональных (Дф)
и случайных (Ас). Точность обработки по каждому
параметру будет определяться по формуле (о = Ап+
•I Лф+Дс.
Станок удовлетворяет требованиям точности обра-
ботки, если в течение предусмотренного периода вре-
мени, например до первого среднего ремонта, будет
выполняться условие
26 со или 1,
26
где 26 — поле допуска по данному параметру.
Практически для обеспечения точности станков
при их изготовлении предусмотрено ужесточение норм
точности. Эти нормы точности называются внутриза-
водскими.
2.4. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ СТАНКОВ
Производительность станков характеризуется чис-
лом деталей, изготовленных в единицу времени.
Действительная производительность автоматиче-
ского станка меньше расчетной вследствие дополни-
тельных затрат (потерь) времени на устранение
неисправностей, проведение технического обслужива-
ния, плановых ремонтов и организационных просто-
ев
Эксплуатационный фонд (Ф) времени станка фор-
мируется из времени работы (/р), когда он выпускает
годную продукцию; времени восстановления (/в), рас-
ходуемого на внеплановый ремонт из-за отказов по
|гхиическим причинам; времени технического обслу-
живания (/то) станка и инструмента в течение каж-
дой смены; времени плановых ремонтов (/Пр) и про-
поев по организационным причинам (/орг), которое
складывается из-за несовершенной организации тру-
ди Таким образом, Ф = /Р + /в + /то + /пР + /оРг. Техниче-
ский производительность станка определяется по фор-
V
35
муле Qt — QhKt.u, где Кт.и—коэффициент техническо-
го использования. Qh = 3600/t (шт/ч) характеризует со-
вершенство станка, где т— цикл обработки (с), и опре-
деляется из соотношения времени работы и его об-
служивания, включая ремонты:
К == /р ---
т и Ф-^орг Т’о + Т'в ‘
Под надежностью станка понимают его свойство
сохранять работоспособное состояние, при котором
обеспечивается выпуск годной продукции в заданном
количестве в течение определенного срока службы
в заданных условиях применения, технического обслу-
живания, ремонтов.
Надежность станка оценивается показателями на-
дежности, т.е. количественными характеристиками
одного или нескольких свойств, составляющих на-
дежность станка, его составной части или узла. Пока-
затель называется единичным, если он характеризует
одно из свойств, и комплексным, если характеризует
несколько свойств.
Единичные показатели безотказности: наработка
на отказ (То) — отношение наработки (/р) восстанав-
ливаемого объекта к математическому ожиданию
числа отказов (N) в течение этой наработки: T0 — tp/N.
Единичный показатель ремонтопригодности: сред-
нее время восстановления (Тв)—математическое
ожидание времени восстановления работоспособного
состояния: TB = tB/N.
Единичный показатель долговечности: срок служ-
бы до первого капитального ремонта (Тпкр).
Комплексный показатель: коэффициент техниче-
ского использования (Ат.и)—отношение математиче-
ского ожидания интервалов времени пребывания
объекта в работоспособном состоянии за некоторый
период эксплуатации к сумме математических ожи-
дания интервалов времени пребывания объекта в ра-
ботоспособном состоянии, простоев, обусловленных
техническим обслуживанием, и ремонтов за тот же
период эксплуатации.
2.5. НАЗНАЧЕНИЕ И СТРУКТУРА СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Автоматизация производственных процессов — од-
но из важнейших направлений научно-технического
36
прогресса. Ее значение не только в том, чтобы облег-
чить труд человека, но и обеспечить работу произ-
водства с такими показателями производительности,
надежности, экономичности, которых при ручном тру-
де достигнуть невозможно.
По степени автоматизации производства различа-
ют частичную, комплексную и полную автоматизацию.
Частичная автоматизация — это автома-
тизация отдельных операций производственного про-
цесса. Например, установка в механическом цехе
отдельных станков-автоматов. Комплексная автомати-
зация производства предполагает создание целых ав-
томатических потоков, в которых без вмешательства
человека происходит весь процесс изготовления из-
делия от получения заготовки до контроля и упаковки
готовой детали. Полная автоматизация — это
автоматизация всех основных и вспомогательных
участков производства, включая систему управления,
выполняемую вычислительными машинами. Пол-
ностью автоматизированные производства называют-
ся заводами-автоматами. Они работают по «безлюд-
ной» технологии. На таких производствах количество
обслуживающего персонала значительно сокращено,
а его функции сводятся к контролю за работой обо-
рудования, его обслуживанию и устранению возни-
кающих отказов.
В автоматизированном производстве применяются
станки-автоматы и полуавтоматы.
Весь комплекс операций по управлению работой
станков-автоматов и полуавтоматов выполняют си-
стемы автоматического управления (САУ).
Под автоматическим управлением процессом пони-
мают совокупность действий, обеспечивающих проте-
кание процесса в заданной последовательности с при-
нятыми режимами без участия рабочего. При управ-
лении процессами обработки на металлорежущих
станках приходится изменять частоту вращения шпин-
деля станка, продольную и поперечную подачи, поло-
жение шлифовального круга, включение и отключение
подачи СОЖ. Эти управляемые величины процесса,
подлежащие стабилизации или изменениям по задан-
ным законам, называют регулируемыми параметрами
процесса. Чем меньше регулируемых параметров, тем
проще автоматические системы управления. Напри-
мер, в массовом производстве, где выполняется одна
37
и та же операция, движения рабочих органов станка
многократно и неизменно повторяются. В серийном
производстве, где обрабатывается 2—40 деталей,
объект производства меняется часто, как и значения
регулируемых параметров.
Современные автоматические устройства переме-
щают рабочие органы с точностью до нескольких мик-
рометров, причем со скоростью значительно большей,
чем это можно сделать вручную, обеспечивают одно-
временность нескольких управляемых движений при
простоте конструкций, возможность их быстрой пере-
наладки, удобство регулирования, надежность в ра-
боте.
САУ различают по степени централизации управ-
ления, методу воздействия, наличию обратной связи,
виду программоносителя и др.
Централизованная система содержит
командный пункт, управляющий работой автомата.
Примером такой системы служит автомат с распре-
делительным валом, на котором установлены кулач-
ки, управляющие движением инструмента, устройст-
вом для загрузки и крепления заготовок и снятием
готовых деталей. К кулачкам прижимаются рычаги,
являющиеся исполнительными звеньями или проме-
жуточными рычагами, которые приводят в движение
рабочие органы. За один оборот распределительного
вала производится весь цикл действий, необходимых
для получения готовой детали.
Децентрализованная система управле-
ния не имеет командного пункта. Управление рабо-
чими органами осуществляют путевые выключатели
(датчики), включение и выключение которых произ-
водят упоры на рабочих органах станка. Такую си-
стему иногда называют путевой. Датчики и упоры
расположены так, что каждое последующее действие
рабочего органа может выполняться только после
окончания предыдущего действия рабочего органа.
Смешанная система — это комбинация
централизованной и децентрализованной системы:
часть автоматических устройств управляется центра-
лизованно, остальные— децентрализованно.
По методу воздействия на управляемые органы
станки САУ разделяют на непрерывные и дискрет-
ные — прерывистые. В непрерывных системах коман-
да на исполнительное звено является непрерывной
38
функцией времени и сигнала управления. Например,
распределительный вал вращается с постоянной ча-
стотой, и кулачок на нем посредством рычага непре-
рывно подает сигнал на определенное движение суп-
порта. В дискретных системах команда исполнитель-
ным звеном подается отдельными импульсами через
определенные промежутки времени. Например, для
движения стола плоскошлифовального станка в одну,
а затем в другую сторону перемещают плунжер гид-
рораспределителя в одну, а затем в другую сторону
двумя импульсами. В остальное время плунжер им-
пульсов не получает.
Системы автоматического управления бывают ра-
зомкнутые и замкнутые.
Разомкнутые — такие, у которых система ав-
томатического управления ие реагирует на изменения
параметров процесса. В такой системе пет связи меж-
ду управлением движения органов машины и разме-
рами, формой и другими характеристиками обрабаты-
ваемой детали. Например, при износе круга диаметр
шлифуемой детали увеличится, и если система авто-
матического управления не изменит положения шли-
фовальной бабки, обработка следующих деталей при-
ведет к дальнейшему измерению диаметра, пока
наладчик не произведет поперечную подачу шлифо-
вальной бабки на величину, компенсирующую износ
круга.
Замкнутыми называют САУ, у которых име-
ются дополнительные устройства, поддерживающие
значения регулируемых параметров в заданных пре-
делах. Такие системы называют системами с обрат-
ной связью. В такой системе имеются автоматическое
устройство, измеряющее значения регулируемых па-
раметров, и устройство, сравнивающее фактические
и заранее заданные значения. В результате сравнения
вырабатывается разность значений параметра, назы-
ваемая отклонением регулируемого параметра или
ошибкой регулирования. Величина этой ошибки вво-
дится в систему управления, чтобы соответственно от-
регулировать управляемый орган (его положение,
величину подачи и т.п.). Имеются разновидности
САУ с автоматическим регулированием:
1. Автоматическое регулирование по программе.
Система автоматически изменяет регулируемый пара-
метр по определенному заданному закону. Например,
39
заданное значение нагрузки изменяется по закону,
определяемому изменением жесткости по длине дета-
ли.
2. Автоматическое слежение. Система автоматиче-
ски изменяет регулируемый параметр в соответствии
с изменением управляющего сигнала, закон изменения
которого заранее не предусматривался программой.
Например, перемещать бабку при определении износа
шлифовального круга будет не рабочий, а специаль-
ное устройство, называемое автоподналадчиком.
По принципу организации все САУ делятся на не-
адаптивные и адаптивные. Адаптивные (самообучаю-
щиеся) системы управления (АСУ) обладают свой-
ством приспосабливаться к изменению внешних ус-
ловий работы. В них закон изменения регулируемого
параметра не задается заранее, а вырабатывается
самой АСУ в зависимости от изменений условий про-
текания регулируемого процесса.
Большинство АСУ в шлифовальных станках ра-
ботают на основании информации о силовых парамет-
Рис. 2.2. Типовая схема АСУ
шлифовальных станков
рах процесса и о текущих
размерах обрабатывае-
мой детали, получаемой
от измерительного устрой-
ства, управляющего цик-
лом, или от датчиков про-
цесса, например датчиков
силы или мощности.
В процессе обработки
поддерживается постоян-
ным определенный пара-
метр, характеризующий
процесс шлифования, на-
пример сила, мощность
или скорость резания,
температура,скорость съема припуска. Эти парамет-
ры называются регулируемыми. В качестве регулирую-
щих параметров используются продольная и попереч-
ная подачи, глубина резания, частота вращения шли-
фовального круга.
Типовая схема АСУ шлифовальным станком по-
казана на рис. 2.2. Информация о процессе резания
воспринимается с помощью датчика Д (мощности,
силы резания, температуры), через усилитель У1 по-
дается в сравнивающее устройство с сигналом уста-
40
новки Ху (заданной предельной величиной парамет-
ра) в задающем устройстве ЗУ. Результирующий сиг-
нал Хо после усилителя Уг подается на регулятор Р,
который изменяет скорость вращения детали 1 либо
изменяет скорость продольной подачи с помощью сер-
водвигателей 2 и 3.
АСУ шлифовальными станками делятся па систе-
мы с предельным и оптимальным регулированием.
Системы с предельным регулированием поддержива-
ют постоянной предельную величину какого-либо од-
ного параметра и, как правило, являются одноконтур-
ными.
Системы оптимального регулирования обычно вы-
полняют как многоконтурные системы, т. е. поддер-
живают постоянными два параметра, например ско-
рость резания и мощность.
2.6. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
САУ представляют собой совокупность связанных
между собой элементов. Каждый элемент выполняет
в САУ определенную функцию. По функциональному
назначению элементы можно разделить на восприни-
мающие, обрабатывающие и использующие информа-
цию.
Все элементы автоматики отличаются по физиче-
ским основам их действия. В САУ станков использу-
ются электрические, электромеханические, тепловые,
ферромагнитные, пневматические, гидравлические,
электронные элементы.
Воспринимающими элементами САУ
станков являются датчики. Это специальные устрой-
ства, преобразующие контролируемую величину (дли-
ну перемещения, размер детали, давление масла
и т. д.) в выходной сигнал. В зависимости от исполь-
зуемой энергии выходные сигналы могут быть элект-
рическими, пневматическими, гидравлическими. Су-
ществуют датчики положения рабочих органов (дис-
кретные) и датчики состояния систем (аналоговые).
Датчики положения срабатывают при воздействии
па них движущимися частями станка, при достижении
н системе смазки заданного давления и т. п. Разли-
чаются датчики, срабатывающие от механического
41
воздействия, и бесконтактные, срабатывающие от из-
менения индуктивности.
Путевые выключатели прямого действия изготав-
ливают в открытом исполнении или в кожухе. У вы-
ключателей в кожухе ролик с рычагом может пово-
рачиваться и фиксироваться относительно крышки
выключателя через каждые 90е. Для путевого выклю-
чателя открытого исполнения упор должен действо-
вать на штифт только в направлении оси выключа-
теля. Допускается отношение оси упора от оси вы-
ключателя до 5е.
В путевых выключателях мгновенного действия
коммутационным аппаратом служит микропереклю-
чатель с моментальным переключением контактов, не
зависящим от скорости перемещения управляющего
упора. Выключатели выпускают в открытом, пыле-
непроницаемом и фланцевом исполнениях. Микропе-
реключатель имеет раздельный замыкающий и раз-
мыкающий контакты с подвижным контактным мо-
стиком, обеспечивающим двойной разрыв цепи.
Нормально закрытый контакт выключателя размы-
кается до замыкания нормально открытого контакта
как при прямом, так и при обратном ходе штока вы-
ключателя.
На рис. 2.3. показана схема индуктивного датчика,
принцип действия которого основан на изменении ин-
Рис. 2.3. Схема индуктивно-
го датчика
Рис. 2.4. Электрокоятакт-
ный манометр
дуктивности Ф катушки 2 при перемещении флажка
/. В зависимости от величины зазора изменяется ток
/, протекающий в катушке.
Индуктивные датчики, как правило, являются гер-
метичными.
42
В станках-автоматах в основном применяются ин-
дуктивные датчики, благодаря их простоте, надеж-
ности, долговечности.
На рис. 2.4 показан электроконтактный манометр
типа ЭКМ. На шкале 1 установлены контакты 3.
Стрелка 2 несет на себе контакт, который при изме-
нении давления до заданных пределов замыкается
с одним из контактов 3.
Аналоговые датчики преобразуют текущие значе-
ния контролируемых величин в текущие значения их
физических аналогов (напряжения, тока, углов и т. д.).
На рис. 2.5 показаны датчики давления, преобра-
зующие давление жидкости или газа в электрическую
Рис. 2.5. Датчики давления
Рис. 2.6. Схема фотореле (я) и пример применения (б)
величину. В качестве чувствительных элементов дат-
чиков используются тонкая пластина—мембрана
(рис. 2.5, а) и тонкостенная гофрированная трубка —
сильфон (рис. 2.5,6). Под действием давления жидко-
сти или газа чувствительный элемент перемещается,
двигая ползунок потенциометра. При этом изменя-
ется выходное сопротивление датчика.
Датчиками угловых перемещений исполнительных
органов АСК являются потенциометры, сельсины,
вращающиеся трансформаторы. Эти датчики выраба-
тывают напряжение, пропорциональное углу поворота
вала машины.
43
Широкое распространение в автоматах и транс-
портных системах автоматических линий имеют фото-
электрические датчики. С их помощью контролируют
наличие деталей, их размеры, форму, толщину и т. д.
Фотоэлементом называется устройство, в котором
энергия света преобразуется в электрическую. На рис.
2.6, а показана принципиальная схема фотореле, со-
стоящего из фотосопротивления 1 (сопротивление, ме-
няющее свою величину под действием света), осве-
тителя 2 и промежуточного реле 3.
На рис. 2.6,6 показан пример применения фото-
реле. Фотосопротивление 1 и осветитель 2 с помощью
кронштейна 4 укреплены на транспортном лотке 5
так, что лучи от осветителя через отверстия в лотке
попадают на фотосопротивление. При этом реле 3
включено. Проходящие по лотку детали 6 заслоняют
фотосопротивление, ток в цепи реле падает и оно от-
ключается.
Гидравлические и пневматические датчики служат
для того, чтобы открыть или закрыть в определенный
момент доступ рабочей жидкости или воздуха к ис-
полнительному звену.
Устройства, обрабатывающие инфор-
м а ц и ю, получаемую САУ станка от датчиков и кно-
пок пульта управления, работают на релейно-контакт-
ной, бесконтактной электронной и микропроцессорной
основе.
В релейно-контактных схемах для размножения
и передачи электрических сигналов, поступающих от
устройств, получения информации, служат электро-
контактные реле.
Реле — это элемент электроавтоматики, в кото-
ром при достижении определенного значения входной
величины выходная величина изменяется скачком.
Реле служит для коммутации (переключения) элект-
рических цепей. Широкое применение реле обуслов-
лено их способностью управлять мощными токами
в исполнительных электрических цепях с помощью не-
больших управляющих электрических сигналов.
В станкостроении применяются электромагнитные,
тепловые и фотореле. Принцип действия электромаг-
нитного реле (рис. 2.7) основан на притяжении якоря
/ к сердечнику 2 электромагнита, на обмотку 3 кото-
рого подается управляющий сигнал. При этом подни-
мается подвижная контактная перемычка 4, замыкая
контакты 5. При снятии управляющего сигнала якорь
под действием силы тяжести опускается на упоры 6,
размыкая контакты 5.
Реле, коммутирующее большие мощности, назы-
вается контактором.
В релейных схемах программа работы автомата
закладывается постоянной схемой соединения кон-
тактов реле. Недостатками ре-
лейных схем являются низкая
надежность и громоздкость.
Бесконтактные электронные
схемы управления строятся на
базе электронных логических
элементов. Логический элемент
представляет собой соединение
магнитного усилителя и двух
диодов. Логические элементы
применяются для построения
сложных схем автоматики.
Общим недостатком релей-
ных и логических систем яв-
ляется ТО, что В них заложен р1)С 2.7. Электромагнит-
неизменный (жесткий) цикл ное реле
станка. Переход на другой
цикл требует больших переде-
лок электросхемы.
Качественно более высоким средством управления
станками и автоматическими линиями являются про-
граммируемые контроллеры (ПК), специальное ко-
мандное устройство, описание которого приведено
в разделе 5.5.
Устройствами, использующими информацию, яв-
ляются исполнительные механизмы. Их назначение —
приведение в действие рабочих органов станка, испол-
нение очередного элемента цикла обработки. Испол-
нительные механизмы в САУ выполняют непосредст-
венное действие, осуществляющее заданный прием
управления (пуск и останов станка, переключение
золотников, открытие вентилей и т. д.). По принципу
действия исполнительные механизмы подразделяют-
ся на электрические, магнитные, гидравлические,
пневматические и др.
Исполнительные механизмы могут быть предназ-
начены для выполнения простейших операций, напри-
мер открыть—закрыть, тогда их называют двухпози-
45
ционными, и для многопозиционного и плавного регу-
лирования, тогда их называют пропорциональными.
Электрические исполнительные механизмы преоб-
разуют электрический ток в механические перемеще-
ния и подразделяются на электродвигатели и электро-
магнитные устройства.
Распространенными исполнительными устройства-
ми являются дисковые электромагнитные муфты,
представляющие собой электромагнит с якорем.
В приводах подач станков применяют шаговые
двигатели, позволяющие преобразовывать последова-
тельность электрических импульсов в пропорциональ-
ное линейное перемещение механизма. Эти двигатели
применяются для числового программного управле-
ния станками.
2.7. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЦИКЛА ОБРАБОТКИ
Полный цикл обработки на шлифовальных стан-
ках состоит из ряда переходов, которые обычно изо-
бражаются в виде графиков, где на оси абсцисс от-
кладывается время t, а по оси ординат I — величина
хода инструмента или детали при обработке.
Рис. 2.8. Цикл обработки внутришлифоваль-
ного станка
На рис. 2.8 показан цикл обработки на внутришли-
фовальном автомате, который включает следующие
этапы:
О—1 —загрузка и базирование заготовки,
1—2 — ход пиноли вперед и введение шлифовального
круга в отверстие детали,
2—3 — подскок круга к обрабатываемой поверхности,
3—4 — быстрый подвод круга к детали до касания,
46
4—5 — шлифование на черновой подаче,
5—6 — шлифование на чистовой подаче,
6—7 — выхаживание,
7—8 — отскок круга от детали,
8—9 — вывод круга из детали,
9—10 — выгрузка.
На графике t0 — основное время обработки; Т —
время цикла, состоящее из основного времени и вре-
мени холостых ходов: 7’ = /04-/хх-
2.8. ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ДЛЯ ЦИКЛОВОЙ ОБРАБОТКИ И ОБРАБОТКИ НАПРОХОД
Существующие методы контроля разделяются на
методы послеоперационного (пассивного) контроля
и методы технологического (активного) контроля.
К активному контролю относится любой метод конт-
роля, по результатам которого вручную или автома-
тически осуществляется воздействие на технологиче-
ский процесс. В станкостроении под активным конт-
ролем размеров понимают проверку размера
обрабатываемого изделия в процессе обработки с це-
лью регулирования параметров обработки, например
величины перемещения шлифовального круга.
Автоматические средства активного контроля обы-
чно называются измерителыю-управляющими уст-
ройствами (ИУУ).
При активном контроле применяются два метода
измерения — прямой и косвенный. При прямом мето-
де контролируется непосредственно размер изготов-
ляемой или изготовленной детали (например, диа-
метр или высота кольца). При косвенном методе
контролируется не размер детали, а положение по-
верхности детали или режущей кромки инструмента
(например, контроль положения шлифовального кру-
га при торцовом шлифовании). Косвенный метод
контроля считается менее точным.
Средства активного контроля размеров подразде-
ляются на:
устройства, контролирующие детали непосредст-
венно в процессе их обработки, и подналадчики.
К устройствам первой группы относятся приборы,
контролирующие размеры деталей, положение режу-
щей кромки инструмента или положение исполни-
тельных органов станка непосредственно в процессе
47
обработки детали и через цепь обратной связи, по-
дающие команду на измерение или прекращение об-
работки при достижении заданных размеров контро-
лируемых параметров. Эти устройства обычно при-
меняются для управления станков, работающих по
цикловой программе.
К подналадчикам относятся измерительные при-
боры, которые по результатам измерения обработан-
ных деталей через цепь обратной связи подают
команду на подналадку круга. Эти приборы обычно
используют при шлифовании, когда детали непрерыв-
но проходят через зону обработки.
Принципиальная схема ИУУ представлена на
рис. 2.9.
эталь
Отсчетно-
командна^
устройство
В систему
управлений
Рис. 2.9. Принципиальная схема измерительного
управляющего устройства:
1 — юловка, 2 —датчик, блоки: 3 — усиления, 4 — пита-
ния, 5 — сигнализации, 6 — шкальный прибор
В процессе обработки происходит постоянный
контроль размера измерительной головкой 1. Получае-
мый от головки сигнал передается в отчетно-команд-
ное устройство, где преобразовывается в электриче-
ский преобразователем 2 и усиливается. Усиленный
сигнал поступает в систему управления станка и от-
рабатывается исполнительными органами.
Параллельно результаты измерения поступают от
головки в шкальный прибор 6 для наблюдения.
ИУУ обычно различают по Типу датчиков, исполь-
зуемых в измерительной головке на пневматические,
индуктивные, электрокоитактные и др.
Пневматические приборы обладают вы-
сокой точностью, малогабаритная измерительная го-
ловка позволяет производить измерения в труднодо-
48
от величины за-
Р
1 Ф
Рис. 2.10. Схема бесконтактно-
го (а) и контактного (б) пнев-
матического датчика
ступных местах. Недостатками пневматических прибо-
ров являются: необходимость в хорошо очищенном
воздухе высокого давления, значительная инерцион-
ность (однако высокая инерционность создает нечув-
ствительность прибора к вибрациям). Схема пневма-
тического датчика показана на рис. 2.10. Пневмати-
ческий датчик представляет собой измерительное соп-
ло 2. Измеряемое давлени
зора А, который изменяет-
ся с изменением размера
обрабатываемой детали /.
Наибольшее распрост-
ранение имеют сильфон-
ные датчики. Сильфон —
гофрированная металли-
ческая трубка, легко сжи-
мающаяся и разжимаю-
щаяся в осевом направ-
лении. Различают прос-
тые и дифференциальные
датчики. Простые реаги-
руют на изменение давле-
ния подаваемого воздуха,
дифференциальные — на
изменение разности дав-
лений, подводимых к
сильфонам.
В качестве примера рассмотрим пневматические
измерительные головки для контактного способа из-
мерении.
На рис. 2.11 изображена измерительная головка
управляющего устройства. Головка укреплена на
подвижном штоке гидроцилиндра 1 (с планками 2
и <?), смонтированного на круглошлифовальном стан-
ке. Посредством гидроцилиндра измерительной го-
ловке сообщается необходимый подвод на деталь 11
и отвод после обработки. Смещением планки 3 отно-
сительно планки 2 головка может регулироваться по
высоте. Головка состоит из корпуса 13, подвешенного
па плоской пружине 4 к планке 3, в котором в на-
правляющих установлена неподвижная измерительная
губка 10, регулируемая по высоте винтом 9. В кор-
пусе на пружинах 14, 15 подвешена подвижная губка
12. Под действием пружины 8 губка 12 соприкаса-
ется с обрабатываемой деталью 11. С левой стороны
4- 155
49
подвижной губки на пружине 16 укреплена планка,
несущая две катушки 5 и 17, между которыми на пру-
жине 7 закреплен якорь 6. В процессе шлифования
детали И и снятия с нее припуска происходит пово-
рот подвижной губки 12, в результате чего верхний
конец губки надавливает на якорь 6 и поворачивает
Рис. 2.11. Измерительная головка измерительного устройства
его, изменяя зазоры между якорем и магнитопровода-
ми катушек 5 и 17. Перемещения якоря преобразуют-
ся в показания на шкале устройства, а также в коман-
ды управления циклом станка с включением сигналь-
ной лампочки.
На рис. 2.12 показана
измерительного устройства
ния (контроля положения)
га на двустороннем
станке.
принципиальная схема
для позиционирова-
шлифовального кру-
торцешлифовальном
Устройство состоит из измерительного рычага
с твердосплавной пластиной 1, прижимающейся к тор-
цу вращающегося круга 12 с измерительным усилием
1,0 Н. Рычаг закреплен с помощью зажима 2 на
рычаге 3, который подвешен на плоскопружинном
шарнире 4 к плите 5. Плита 5 подвешена на плоско-
пружинном шарнире 6 к основанию 7, которое кре-
пится к станку. На плите 5 закреплено измерительное
50
сопло 8, заслонкой для которого служит пятка на-
строечного винта 9, установленного на рычаге 3. Винт
10 обеспечивает тонкое угловое перемещение плиты
с подвешенным к ней измерительным рычагом. Изме-
рительное усилие создается пружиной 11.
Рис. 2.12. Схема пози-
ционирования шлифо-
вального круга
Рис. 2.13. Схема
индуктивной изме-
рительной головки
При измерении положения режущей поверхности
круга, его износе или перемещении меняет свое поло-
жение измерительный рычаг, а следовательно, изме-
няется зазор между винтом-заслонкой и торцом изме-
рительного сопла. При этом изменяется давление Р
в измерительной ветви. Изменение давления преобра-
зовывается пневмоэлектроконтактным датчиком в
электрические сигналы, управляющие работой станка.
В индуктивных приборах используется свойство
катушки изменять свое реактивное сопротивление при
изменении положения якоря. В качестве датчика слу-
жит индуктивный преобразователь (рис. 2.13). При
изменении размера детали 1 меняется зазор А между
якорем 2 и магнитопроводом 3. Соответственно изме-
няется электрическое сопротивление и величина тока
в цепи катушки 4.
Преимуществами индуктивных приборов являют-
ся: высокое быстродействие, точность, малые разме-
ры.
Недостатки заключаются в повышенной сложно-
4
51
сти приборов и необходимости надежной герметиза-
ции датчика, находящегося в зоне обработки.
Электроконтактные приборы состоят из
электроконтактного преобразователя (датчика), уси-
лителя командных сигналов, светофорного устройст-
ва, блока питания и часто дополняются механическим
микрометром со шкалой.
В электроконтактном преобразователе перемеще-
ние измерительного штифта вызывает замыкание или
размыкание электрических контактов, которые пода-
ют сигнал о выходе размера обрабатываемой детали
за пределы допуска.
Такие приборы просты в эксплуатации, имеют
простую настройку и большой диапазон измерений.
К недостаткам их относятся:
возможность подавать сигналы только о предель-
ных значениях измеряемой величины;
частое подгорание контактов из-за попадания
в датчик паров эмульсии, снижающее надежность ра-
боты приборов;
быстрый износ направляющих измерительного
стержня из-за попадания на них абразива;
чувствительность к вибрациям из-за низкой инер-
ционности датчика.
Из-за ограниченного числа команд датчика такие
приборы можно использовать для управления только
простыми циклами.
Для измерения в процессе шлифования применяют
измерительные скобы—одно-, двух- и трехконтакт-
ные (рис. 2.14). Простейшие из них—одноконтакт-
ные. Однако эти скобы имеют низкую точность изме-
рения (0,02—0,05 мм), их сложно устанавливать при
измерении (рис. 2.14,а). Двухконтактные скобы бо-
лее удобны и точны. Они используются для контроля
наружных и внутренних диаметров в процессе шли-
фования (рис. 2.14,6). Трехконтактные скобы имеют
два опорных и один измерительный наконечники. Та-
кие скобы применяются при обработке длинных
валов и перемещаются совместно со шлифовальной
бабкой вдоль оси вала. Обычно крепятся к кожуху
шлифовального круга (рис. 2.14, в).
Для уменьшения влияния износа измерительных
наконечников на точность измерения используют на-
конечники из износостойких материалов (алмазов,
твердых сплавов),
52
Рис. 2.14. Измерительные скобы одно- (а), двух- (б) и трех-
контактные (в)
Контрольные вопросы
1. Какие виды шлифования применяются?
2. Как разделяются станки по уровню автоматизации и спе-
циализации?
3. Какими основными погрешностями станков определяется
точность обработки?
4. Чем характеризуются случайные и систематические погреш-
ности точности обработки?
5. Из чего состоит эксплуатационный фонд времени?
6. Чем характеризуется жизненный цикл станка?
7. Какими показателями характеризуется надежность станка?
53
8. Какие системы управления применяются в станках?
9. Из каких элементов составляется система управления?
10. Какие измерительно-управляющие устройства применяют-
ся в станках?
ГЛАВА 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КИНЕМАТИКЕ СТАНКОВ
3.1. ВИДЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИЖЕНИИ В СТАНКАХ
Все движения различных органов станка называ-
ются исполнительными. У каждого движения своя
цель. По целевому признаку эти движения можно раз-
делить на движения формообразования, установоч-
ные, делительные, управления и вспомогательные.
Согласованные относительные движения заготовки
и режущего инструмента (для шлифовального станка,
шлифовального круга), которые непрерывно создают
поверхность заданной формы, называют формооб-
разующими или рабочими движениями. Дви-
жения формообразования могут быть простыми и
сложными. К простым движениям относятся враща-
тельное и прямолинейное. К сложным—те, которые
образуются в результате согласования (сложения)
двух и более вращательных и прямолинейных движе-
ний. Если формообразующее движение сложное, то
движение с наибольшей скоростью называется глав-
ным движением Dr или движением резания, а его
скорость — скоростью резания v (см. рис. 2.1),
остальные движения, проходящие с меньшей скоро-
стью, называются движениями подачи Ds (см.
рис. 2.1).
Установочными называются движения заго-
товки или (и) инструмента, необходимые для переме-
щения их в такое относительное положение, при кото-
ром с помощью формообразующих движений можно
получить поверхность требуемого размера и формы.
Если при этом происходит резание, то такое движе-
ние может быть названо также движением подачи.
При резании установочное движение фактически яв-
ляется движением врезания инструмента в заго-
товку (или заготовки в инструмент). Иногда движе-
ние врезания по своей структуре может совпадать
с движением формообразования или осуществляться
вместе с ним, или быть его составляющим (см. рис.
54
2.1) . Если при установочном движении не происходит
резания, то такое движение, как правило, называется
наладочным.
Формообразующие и установочные движения по-
дачи могут быть непрерывными (на токарных, фре-
зерных, сверлильных и других станках) или прерыви-
стыми (на строгальных и шлифовальных станках),
простыми или сложными (при обработке зубчатых ко-
лес), состоять из нескольких движений (на шлифо-
вальных станках) и частично или полностью отсут-
ствовать. В последних двух случаях движение пода-
чи заменяется формой инструмента, обеспечивающей
съем металла на требуемую глубину (двустороннее
шлифование, протягивание) (см. рис. 2.1).
Делительные движения необходимы для обес-
печения равномерного расположения или повторения
па заготовке одинаково образуемых поверхностей;
например, при шлифовании зубьев на зубчатых ко-
лесах поворот заготовки на угол, обеспечивающий
шлифование всех зубьев, или поворот дисковой фре-
зы на некоторый угол при затыловании ее зубьев.
Делительные движения могут быть периодическими
или непрерывными. Непрерывные делительные дви-
жения по своей структуре совпадают с одним из фор-
мообразующих движений, которое выполняет одно-
временно и процесс формообразования, и процесс де-
ления.
Вспомогательные движения обеспечивают
установку, зажим, освобождение и транспортирование
заготовки или режущего инструмента в зону обработ-
ки, а также движения, связанные с охлаждением, сма-
зыванием, удалением стружки, правкой инструмента
и т. п.
К движениям управления относятся те, кото-
рые совершают органы управления, регулирования
и координирования всех других исполнительных дви-
жений станка.
3.2. ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ ИЗ ТЕОРИИ
МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
Курс теории механизмов и машин излагает науч-
ные основы построения различных механизмов, их
совокупностей или элементов, а также анализ меха-
низмов. Кинематика станков изучает методы кинема-
55
тического расчета механизмов станка, наладки его
и формообразование деталей резанием.
Шлифование большей частью является завершаю-
щей операцией при изготовлении изделия, поэтому
при Изучении кинематики шлифовальных станков осо-
бое внимание уделяется точности и плавности переме-
щений шлифовального круга и заготовок, а также
всех промежуточных звеньев.
Механизм составляет основу любой машины. Как
правило, м а ш и н у образует совокупность двига-
тельного, передаточного и исполнитель-
ного механизмов. Некоторые машины состоят из од-
ного механизма, например двигатели. В зависимости
от назначения различают машины: энергетические,
служащие для преобразования энергии, и рабочие
машины, служащие для изменения формы, свойств
или состояния и положения предметов труда, либо
предназначенные для сбора, переработки и использо-
вания информации. К рабочим технологическим ма-
шинам или машинам — орудиям труда относятся ме-
таллорежущие станки.
Механизмы входят в состав многих приборов.
В связи с этим для понимания работы той или иной
Рис. 3.1. Геометрическое замыкание — мальтий-
ский механизм (а) и силовое замыкание — кулач-
ковый механизм (б):
1 — ведущий элемент, 2 — ведомый элемент, 3 — непод-
вижный элемент (стойка), 4 — элемент силового замыка-
ния
56
машины или прибора необходимо понять работу ме-
ханизмов, из которых они состоят.
Под м е х а н и з м о м понимается система связан-
ных между собой путем соприкосновения твердых тел,
совершающих под действием приложенных сил опре-
деленные целесообразные движения. Соприкоснове-
ние или замыкание обеспечивается геометрически или
силовым способом (рис. 3.1).
Система тел, состоящая из одного или нескольких
твердых тел, соединенных между собой неподвижно,
называется звеном механизма. Соединение двух со-
прикасающихся звеньев, допускающее их относитель-
ное движение, называется кинематической парой или
просто парой. Поверхности, линии, точки, которыми
Вращательная
Поступательная Винтовая
I'm 3.2. Кинематические пары I—II классов — высшие (а, 6}
и III—V классов — низшие (е—д)
57
3.1. Условные обозначения элементов кинематических схем
Наименование Обозначение
Вал Соединение двух валов: глухое глухое с предохранением от перегрузок эластичное шарнирное телескопическое плавающей муфтой зубчатой муфтой Соединение детали с валом: свободное при вращении подвижное без вращения при помощи вытяжной шпонки глухое Подшипники скольжения: радиальный радиально-упорный односторонний 1; । н»(। (t ф г 1
58
Продолжение табл. 3.1
Наименование
Обозначение
Подшипники скольжения:
радиально-упорный двусторонний
Подшипники качения:
радиальный
радиально-упорный односторонний
радиально-упорный двусторонний
Ременная передача:
плоским ремнем
клиновидным ремнем
Передача цепью
Зубчатые передачи:
цилиндрическими колесами
коническими колесами
винтовыми колесами
59
Продолжение табл. 3.1
Наименование
Обозначение
Зубчатые передачи:
червячная
реечная
Передача ходовым винтом с гайкой:
неразъемной
разъемной
Муфты:
кулачковая односторонняя
кулачковая двусторонняя
конусная одностороняя
дисковая односторонняя
дисковая двусторонняя
электромагнитная односторонняя
электромагнитная двусторонняя
60
Продолжение табл. 3.1
Наименование
Зубчатые передачи:
обгонная односторонняя
обгонная двусторонняя
Тормоза:
конусный
колодочный
дисковый
звено может соприкасаться или соприкасается с дру-
гим звеном, называются элементами звена. Пары, ко-
торые соприкасаются своими поверхностями, называ-
ются низшими, а пары, которые соприкасаются лини-
ями или точками, — высшими (рис. 3.2).
По числу возможных движений — степеням свобо-
ды— различают пять классов пар. Чем больше воз-
можных движений одного звена относительно друго-
го, тем меньше класс пары. Так, на рис. 3.2, а, где од-
но звено может совершать пять различных движений
относительно другого звена, изображены парой клас-
са I, а на рис. 3.2, д, где одно звено может совершать
только одно движение относительно другого, изобра-
жены пары класса V.
Система звеньев, соединенных между собой в оп-
ределенной последовательности, образует кинема-
тическую цепь. Кинематические цепи, в которые
входят совокупности кинематических пар, их элемен-
ты и связи, изображаются на чертеже в виде кинема-
тической схемы с помощью условных знаков. Правила
выполнения кинематических схем в СССР установле-
61
ны ГОСТ 2.770—68. В табл. 3.1 даются условные обо-
значения элементов кинематических схем.
Неподвижное звено, относительно которого рас-
сматривается движение других звеньев или одного
звена, называется стойкой (см. рис. 3.1). Чтобы ки-
нематическую цепь превратить в механизм, необходи-
мо одно из звеньев сделать стойкой.
3.3. ЭЛЕМЕНТЫ КИНЕМАТИКИ СТАНКА
Основоположником теории кинематики станков
является проф. Г. М. Головин, который разработал
теоретические основы анализа, настройки и расчета
кинематических цепей станков.
Структура кинематической цепи, т. е. последова-
тельность расположения в ней кинематических пар
и звеньев, зависит от назначения станка (сверление,
точение, фрезерование, шлифование и т.п.), требуе-
мой точности передачи движения и конструктивных
факторов.
Каждое исполнительное движение в станках вы-
полняется кинематической группой, пред-
ставляющей собой совокупность источника движения,
исполнительного органа, кинематических связей и ор-
ганов настройки, обеспечивающих требуемые пара-
метры движения. Название кинематической группы
аналогично названию создаваемого ею исполнитель-
ного движения. Например, группу, создающую формо-
образующее движение, называют формообразующей
группой и т. п.
Структура кинематической группы может быть
разнообразной и зависит от характера самого движе-
ния, числа исполнительных органов, потребности ре-
гулирования параметров движения.
Под исполнительными органами пони-
мают подвижные конечные звенья кинематической
группы, непосредственно участвующие в образова-
нии траектории исполнительного движения. Исполни-
тельные органы, осуществляющие абсолютное или от-
носительное движение заготовки или режущего ин-
струмента в процессе формообразования, называют
рабочими. Например, рабочими органами являются
такие звенья станка, как стол, шпиндель, суппорт,
ползун и т. п.
В большинстве случаев исполнительные органы
62
совершают вращательное или прямолинейное движе-
ние, т. е. являются подвижными звеньями вращатель-
ной или поступательной исполнительной кинематиче-
ской пары.
В зависимости от числа исполнительных органов
кинематические группы делятся на простые и слож-
ные. Простые группы имеют один исполнительный ор-
ган, а сложные — два и более.
Кинематическая связь исполнительных звеньев ме-
жду собой, которая определяет только характер ис-
полнительного движения, его траекторию, называется
внутренней кинематической связью. Связь между
источником движения и подвижным исполнительным
звеном, определяющая скоростные характеристики
последнего, называют внешней кинематической
связью. Эта связь определяется совокупностью ряда
передач, в том числе механических: зубчатых, червяч-
ных, винтовых, реечных, ременных, цепных, храповых
и др., передающих движения от начального звена
к конечному, например от электродвигателя к шпин-
делю.
Для станков, имеющих наряду с механическими
передачами гидравлические, электрические и пневма-
тические устройства, составляются соответствующие
схемы.
3.4. ПРИВОДЫ И ПЕРЕДАЧИ
В качестве приводов в металлорежущих станках
используются электродвигатели постоянного и пере-
менного тока, гидродвигатели и пневмодвигатели. На-
ибольшее распространение в качестве приводов стан-
ков, в том числе и шлифовальных, получили электро-
двигатели. Там, где не требуется бесступенчатое
регулирование частоты вращения вала, т. е. для при-
вода шлифовального круга (главного движения), для
приводов цепей системы смазки и охлаждения, для
приводов правки и других вспомогательных движений,
применяются асинхронные двигатели переменного то-
ка, как наиболее дешевые и простые. Для бесступен-
чатого регулирования частоты вращения, особенно
в механизмах подач и т. п., все большее применение
находят электродвигатели постоянного тока с тирис-
торным регулированием.
Гидравлические и пневматические двигатели вви-
63
ду их высокой стоимости и сложности эксплуатации
находят пока малое применение в станкостроении.
К преимуществам применения электродвигателя
в качестве привода относятся: высокая скорость вра-
щения, возможность автоматического и дистанцион-
ного управления, а также то, что работа их не зависит
от температуры окружающей среды.
Среди передач от привода к рабочим органам стан-
ка наибольшее распространение получили механиче-
ские передачи. По способу передачи движения от ве-
дущего элемента к ведомому механические передачи
подразделяются следующим образом: передачи тре-
нием с непосредственным касанием (фрикционные)
или с гибкой связью (ременные), передачи зацепле-
нием с непосредственным контактом (зубчатые, чер-
вячные, храповые, кулачковые) или с гибкой связью
(цепные).
Основным кинематическим параметром, характе-
ризующим все виды механических передач вращатель-
ного движения, является передаточное отно-
шение I. Оно характеризует изменение частоты вра-
щения в передаче i — nx/n2, где п2— частота вращения
ведомого 1 вала передачи, пх— частота вращения ве-
дущего 2 вала передачи, мин~1 или с-1. При передаче,
преобразующей вращательное движение ведущего зве-
на (вала) в поступательное движение ведомого звена,
аналогом передаточного отношения является переме-
щение I (мм) прямолинейного движущегося звена за
один оборот вала.
Фрикционными передачами называются
механизмы, передающие движение вследствие сцеп-
ления, возникающего между прижатыми один к дру-
гому звеньями. Их используют для передачи враще-
ния между параллельными или пересекающимися
осями как с постоянным передаточным отношением
i — nxln2 = r2lrx (рис. 3.3, а), так и с изменяемым (рис.
3.3,6), передаточным отношением:
imin==^2/^l imax = пх/п2=хmaxАь D =
:=tmax/^mln==-^max/
В случае плавного изменения передаточного отно-
шения (от imin до /щах) передача носит название вари-
атор и характеризуется диапазоном регулиро-
вания D—imax/imin- Для сложных механизмов, име-
ющих возможность изменения передаточного отноше-
ния, диапазон регулирования также является одним
64
Рис. 3.3. Фрикционные передачи с постоянным передаточным
отношением (а) и с изменяемым передаточным отношением (б)
из основных кинематических параметров передачи.
К передачам трением с гибкой связью относятся
разного типа ременные передачи (рис. 3.4). В этих пе-
редачах шкивы ведущего А и ведомого Б валов охва-
тываются ремнем с определенной силой натяжения
Г, обеспечивающей появление силы трения между
ремнем и шкивами, необходимой для передачи уси-
лия. Натяжение ограничивается прочностью ремня
и регулируется или раздвиганием валов, или специ-
альным натяжным устройством. Передаточное отно-
шение ременной передачи i обратно пропорционально
диаметрам шкивов i—d2/dx и обычно изменяется
в пределах i = 2-^- .
Ремни изготавливаются из кожи, прорезиненной
ткани, пластмассы и в сечении имеют различную фор-
му (рис. 3.4,6—г). Ремни с плоским сечением (рис.
3.4, б) используются при передаче большой скорости
(50 м/с и выше) с относительно небольшими усили-
ями. Большие мощности передаются несколькими рем-
нями с трапецеидальной формой сечения (рис. 3.4, в).
Передачи ремнями с круглым сечением (рис. 3.4,6)
используются при небольших относительных усили-
ях и в передачи между перекрестными валами. Широ-
ко применяют ремни с поликлиновым сечением (рис.
3.4, г) для увеличения силы трения (при том же натя-
жении, что и для плоских ремней).
5-155
65
В фрикционных и ременных передачах всегда про-
исходит проскальзывание между трущимися поверх-
ностями, поэтому реальное передаточное отношение
для них (р = 1/(1— А,), где / — теоретическое переда-
точное отношение, Х = 0,014-0,02 — коэффициент про-
Рис. 3.4. Схема ременной передачи (а) и передачи плос-
ким ремнем (б), клиновым ремнем (в), поликлиновым
ремнем (г), круглым ремнем (д), зубчатым ремнем (е):
1 — тянущий металлический трос зубчатого ремня, 2 — основа
зубчатого ремня из пластмассы или резины
скальзывания. Для исключения проскальзывания ис-
пользуют зубчатые ремни (рис. 3.4, е). В этом случае
передача движения происходит не только за счет си-
лы трения, но и в результате контакта ремня с зубца-
ми шкива. Ремни с трапецеидальным сечением исполь-
зуются и в вариаторах.
Достоинствами ременных и фрикционных передач
являются плавность, бесшумность и эластичность,
уменьшающая влияние колебаний нагрузки. К недо-
статкам этих передач относятся повышенная нагруз-
ка на валы, которая приводит к быстрому износу под-
шипников, отсюда сравнительно с другими передача-
ми— низкая передаваемая мощность и непостоянство
частоты вращения ведомого вала из-за проскальзыва-
66
(рис. 3.5), как и передача
стабильно передают ско-
Рис. 3.5. Цепная передача
1алые габариты. Зубча-
для передачи вращения
пия трущихся элементов (за исключением зубчатого
ремня).
Цепные передачи
зубчатыми ремнями, более
рость вращения на ведо-
мый вал и могут переда-
вать большие мощности.
Передаточное отношение
их определяют по соотно-
шению чисел зубьев на
ведомой и ведущей звез-
дочках: i=zzlz\.
Зубчатая пере-
дача (рис. 3.6)—самый
распространенный тип
передач, так как обеспе-
чивает высокую стабиль-
ность скоростей враще-
ния. Она способна пере-
давать большие мощно-
сти и имеет относительно
тые передачи применяют
между валами (параллельными, пересекающимися,
перекрещивающимися), а также для преобразо-
вания вращательного движения в поступательное
(или наоборот). Движение от одного вала к дру-
гому передается взаимным зацеплением зубча-
тых колес, образующих высшую кинематическую
пару. Зубья этих колес имеют особую форму. Чаще
всего встречается зубчатое зацепление, в котором про-
филь зубьев очерчен по кривой, называемой эволь-
вентой окружности или просто эвольвентой, а само за-
цепление называется эвольвентным. Эта кривая (рис.
3.7) описывается точкой No прямой линии N0N' при
ее перекатывании без скольжения по окружности. При
этом прямая N0N' называется производящей прямой,
а окружность радиуса г0, по которой она обкатывает-
ся,— основной окружностью. Из чертежа на рис. 3.7, а
видно: дуга N0N = r (Qx-\-ax), где Qx и ах — углы в ра-
дианах, a NqN — PN и P/V = r04-tg а%. Отсюда угол
Qo = tgax—ах, rx==r0/cos ах. Этот угол Qo носит на-
звание эвольвентный угол или инвалюта угла ах.
Угол а на рис. 3.7, б между линией Л^Л/г, называе-
мой линией зацепления, и перпендикуляром АВ к ли-
нии центров O1O2 называется углом зацепления пере-
5:
67
£>)
Рис. 3.6. Типы зубчатых
передач для вращатель-
ных движений:
а, б — прямозубая цилинд-
рическая передача наружно-
го и внутреннего зацепле-
ния, в —косозубая цилинд-
рическая передача наруж-
ного зацепления, г — прямо-
зубая коническая передача,
д — шевронное колесо, е —
червячная передача
дачи, а точка Р — полюсом зацепления. Шаг зубчато-
го колеса t — расстояние (мм) между одноименными
(например, двумя левыми и двумя правыми) профи-
лями двух смежных зубьев, измеряемое по дуге ок-
ружности. Величина t = %nr/z. На практике б качест-
ве характеристики зацепления применяют величину,
Рис. 3.7. Эзольвонтное зацепление:
а — образование эвольвенты, б— схема заценлеиия
называемую модулем. Значение модуля ni = t/n — r/г.
В СССР, как и в большинстве других стран, величи-
на модуля стандартизована (ГОСТ 9563—60), стан-
дартизован и угол зацепления ао = 2О°. Диаметр ок-
ружности зубчатого колеса d—rnz называется дели-
тельным диаметром.
В англоязычных странах (Англия, США и др.), где
принята дюймовая система мер, стандартизована ве-
личина, называемая диаметральный питч (от англ,
pitch — шаг). Эта величина определяет число зубьев,
приходящееся на 1 дюйм диаметра делительной ок-
ружности. Модуль m и питч р связаны такой зависи-
мостью: т = 25,4/р или р = 25,4/т, где m — в мм.
Зубчатые колеса бывают цилиндрическими, кони-
ческими и червячными с прямыми, винтовыми и круго-
выми (для конических колес) зубьями.
Прямозубые цилиндрические колеса наружного
(рис. 3.6, а) и внутреннего (рис. 3.6,6) зацепления
применяются для передачи вращения между парал-
лельными валами. При внутреннем зацеплении колеса
6Э
вращаются в одну сторну, при наружном — в разные.
Косозубые колеса (рис. 3.6, в) передают вращение
также между параллельными валами, но работают
более равномерно и способны при одинаковых с пря-
мозубыми числах зубьев передать большую мощность.
При работе косозубых колес возникают усилия, стре-
мящиеся сдвинуть колесо вдоль оси вала, а вал—
в корпусе. Во избежание этого для передачи больших
мощностей иногда делают колеса с наклоном зубьев
в разные стороны на одном колесе (шевронные) (рис.
3.6, д'). Для передачи вращения между пересекающи-
мися, а иногда и перекрещивающимися валами слу-
жат конические зубчатые колеса (рис. 3.6,г). Для пе-
рекрещивающихся валов при небольших передаточ-
ных отношениях 1 = 2-н~и небольших нагрузках
применяют винтовые передачи, которые представля-
ют собой косозубые колеса с большим углом наклона.
Передаточные отношения для цилиндрических и кони-
ческих зубчатых зацеплений в одной паре обычно бы-
вают в пределах i ~ 2-^-~, редко до -уу .
Для передачи вращения между перекрещивающи-
мися под 90° валами часто используется зубчатая чер-
вячная передача (рис. 3.6, е). Червячная передача
состоит из червяка и червячного колеса. Червяком на-
зывают косозубое колесо, линия зубьев которого де-
лает один или более оборотов вокруг своей оси. Чис-
ло зубьев червяка z} называют числом его заходов,
ниток или витков. Число заходов червяка Zj чаще все-
го 1—4. Как правило, в червячной передаче ведущим
звеном является червяк. Передаче от колеса к червяку
препятствует обычно самоторможение, вызываемое
очень большим коэффициентом трения. Передаточное
отношение червячной передачи определяется как i=
=z2/zi, где г2— число зубьев колеса, a Z\ — число за-
ходов червяка. Величина передаточного отношения
- 1
в червячных передачах колеблется в пределах — =
i
1 1 / 1 \
==----;---ДО ----- .
8 40 \, 100 /
Для преобразования вращательного движения
в поступательное или наоборот используют реечную
(рис. 3.8, а) или винтовую (рис. 3.8,6, в) передачу.
В первом случае ось вращательного движения и на-
70
правление поступательного движения перпендикуляр-
ны, а во втором — параллельны.
В реечной передаче перемещение рейки за один
оборот зубчатого колеса (шестерни) l — nmz, где z—
число зубьев колеса.
Пара винт — гайка используется в механизмах по-
дач почти всех станков. При повороте винта на один
оборот гайка перемещается вправо или влево в зави-
симости от направления резьбы на один шаг. Сущест-
Рис. 3.8. Зубчатые передачи для преобразования враща-
тельного движения в поступательное:
а — реечная передача, б — винтовая передача с гайкой скольжения,
в—винтовая передача с гайкой качения, г — конструкция гайки
качения, д — гидростатическая передача винт—гайка
71
вуют конструкции, в которых гайка неподвижна,
а винт вращается и перемещается, а также конструк-
ции с вращающейся и перемещающейся гайкой.
В винтовой паре скольжения (рис. 3.8, б) возникает
большая сила трения, вызывающая ускоренный износ
винтов, увеличивающая силу, затрачиваемую на пере-
мещение, и снижающая точность подачи. В механиз-
мах точного перемещения шлифовальных и других
станков применяется шариковая пара винт — гайка
(рис. 3.8, в), в которой винт и гайка контактируют че-
рез шарики. Шарики перекатываются по винтовым
канавкам винта и гайки и возвращаются по специаль-
ной трубке, обеспечивающей создание замкнутой си-
стемы их циркуляции. Конструктивные элементы па-
ры винт — гайка качения показаны на рис. 3.8, г. На-
ходят применение в станках и пары винт — гайка
скольжения с подачей в зону трения смазки под боль-
шим давлением (гидростатические) (рис. 3.8,5). Для
передачи винт — гайка перемещение поступательно
движущегося элемента l = tk, где t — шаг винта, мм,
k — число заходов винта.
При последовательном расположении нескольких
передач их общее передаточное отношение равно про-
изведению передаточных отношений отдельных пере-
дач: i06m = t'iЧастота вращения последнего
ведомого вала rik равна частоте вращения ведущего
вала «нач, умноженной на общее передаточное отноше-
ние: tlk — ^нач^обш,-
Скорость перемещения (мм/мин) конечного эле-
мента (узла) кинематической цепи иКоп=Лпач/общ/.
Современный шлифовальный станок включает
в себя много разного типа передач, элементов и узлов.
Для познания их взаимодействия и составляются ки-
нематические и другие схемы и даются описания ра-
боты узлов станка.
Контрольные вопросы
1. Дайте классификацию движений в стайках по целевым при-
знакам.
2. К каким видам машин по назначению относятся станки?
3. Чему следует уделять внимание при изучении кинематики
шлифовальных станков?
4. Дайте определение механизма.
5. Что такое кинематическая пара?
6. В чем разница между высшей и низшей парой?
7. Назовите основной параметр, характеризующий передачу.
8. Назовите виды передач гибкой связью.
72
9. Назовите основные виды зубчатых передач.
10. Что такое модуль?
11. В чем недостатки пары винт — гайка скольжения?
12. Что такое кинематическая схема?
ГЛАВА 4
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЧАСТИ, ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ
И МЕХАНИЗМЫ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Современный шлифовальный станок-автомат или
полуавтомат представляет собой сложную систему.
Собственно станок подразделяется на несколько важ-
нейших частей, обычно называемых узлами. Направ-
ленное взаимодействие различных узлов определяет-
ся видом (круглая, внутренняя, плоская и т. д.) обра-
ботки, конструктивными особенностями станка,
степенью его автоматизации. Для удобства изучения,
выявления общих закономерностей работы все много-
образие узлов и устройств можно условно разделить на
функциональные части.
Для функциональных частей станка характерно то,
что они обладают общими законами работы, регули-
рования, а также свойствами надежности. Счапок как
большую сложную систему можно разделить на сле-
дующие функциональные части: механика, гидрообо-
рудование, контрольно-измерительные устройства, си-
стема управления, включая электрооборудование.
4.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ УЗЛЫ СТАНКОВ
Наиболее объемной функциональной частью стан-
ка является «механика», в которой рассматриваются
как отдельные (базовые) детали, так и механизмы.
Шлифовальные станки для обычных и специаль-
ных работ независимо от их конструктивных особен-
ностей имеют следующие общие основные типовые уз-
лы и механизмы:
станину, служащую основанием для всех узлов
станка;
стол, установленный на станине станка, который
может совершать возвратно-поступательное и круго-
вое движение, что обеспечивает продольную и круго-
73
вую подачу детали. Привод стола обычно гидравличе-
ский;
переднюю бабку, расположенную на столе станка
и предназначенную для установки детали и передачи
ей вращения. Электропривод вращения обрабатывае-
мой детали располагается в корпусе бабки;
заднюю бабку, установленную на столе и поддер-
живающую второй конец детали при обработке ее
в центрах;
шлифовальную бабку, расположенную на станине.
На шпинделе этой бабки устанавливают шлифоваль-
ный круг, который вращается от специального элек-
тропривода.
Перечисленные узлы кроме передней и задней ба-
бок имеются в шлифовальных станках всех типов. Пе-
редняя и задняя бабки применяются лишь на кругло-
шлифовальных и шлицешлифовальных станках. На
внутришлифовальных станках имеется только перед-
няя бабка.
Некоторые шлифовальные станки имеют дополни-
тельные, присущие только им узлы. Так, на бесцентро-
во-шлифовальных станках для установки детали в ра-
бочую позицию применяется опорный нож, а для вра-
щения ее — ведущий круг.
Станина — основной элемент станка, она пред-
ставляет собой коробчатый корпус с базовыми плос-
костями и во многих случаях с направляющими.
Основным требованием, предъявляемым к станине,
является сохранение правильною взаимного располо-
жения смонтированных на ней узлов станка в течение
длительного времени его работы.
По конструктивным соображениям станины могут
дополняться стойками и траверсами.
В большинстве случаев станины отливаются из чу-
гуна, обладающего хорошими виброгасящими свой-
ствами.
Столы в зависимости от технологического назна-
чения станка могут быть прямоугольными с возврат-
но-поступательным перемещением или круглыми —
вращающимися.
Возвратно-поступательное движение стола обеспе-
чивает продольную подачу или обрабатываемой дета-
ли (например, на плоскошлифовальном станке), или
абразивного инструмента (например, шлифовального
круга на внутришлифовальном станке).
74
Вращающиеся столы обеспечивают круговую пода-
чу деталей. Применяются в основном на плоскошли-
фовальных станках и оснащаются магнитными плита-
ми для закрепления деталей.
Перемещение стола относительно станины произ-
водится по направляющим. Для надежной работы
станка направляющие должны отвечать следующим
основным требованиям: точность перемещения, высо-
кая долговечность, малая величина сил трения, высо-
кая жесткость — способность не изменять заданную
форму под действием приложенной нагрузки, высокая
способность гасить вибрации.
По характеру трения различают два основных ви-
да направляющих: скольжения и качения.
Направляющие скольжения (рис. 4.1)
имеют следующие основные формы: прямоугольные
Рис. 4.1. Конструкции направляющих скольжения:
а — прямоугольные, б — треугольные, в — трапециевидные, г — цилиндри
ческие
(плоские, а), треугольные (призматические, б), тра-
пециевидные (ласточкин хвост, в), цилиндрические
(*)•
Прямоугольные направляющие наиболее просты
в изготовлении и удобны для контроля геометричес-
кой точности. Они широко применяются в станках
с ЧПУ. Треугольные направляющие обладают свойст-
вом автоматического выбора зазоров под действием
собственного веса узла. Угловое расположение рабо-
чих граней направляющих усложняет их изготовле-
ние и контроль. Трапециевидные направляющие отли-
чаются компактностью конструкции, но сложны в изго-
75
товлении и контроле. В шлифовальных станках часто
применяют комбинированные направляющие — со-
четание одной плоской и одной призматической V-об-
разной.
Материал направляющих оказывает решающее
влияние на их долговечность. Наиболее просты и де-
шевы направляющие из серого чугуна, выполненные
за одно целое со станиной. Но они недолговечны. За-
калка таких направляющих токами высокой частоты
(ТВЧ) повышает их износостойкость в четыре раза.
Применяют также накладные направляющие в ви-
де стальных закаленных планок или пластмассовых
накладок.
Для понижения коэффициента трения сопряжен-
ных поверхностей и обеспечения плавности хода стола
применяют направляющие, покрытые слоем компаун-
да (эпоксидная смола с наполнителями).
Для особо точных станков применяют гидростати-
ческие или аэростатические направляющие. На рис.
4.2 схематически представлена установка стола на
Рис. 4.2. Схема установки стола на гидростатических направляю-
щих
гидростатических направляющих. Направляющая со-
стоит из двух планок 1 и 2, образующих V-образный
профиль. Масло через клапан с жиклером 3 подается
под давлением к направляющим и заполняет масля-
ные карманы 4. Во время работы масло из резервуа-
76
ров поступает в зазор между направляющей станины
и скользящим элементом стола и образует масляную
пленку толщиной 0,03—0,04 мм. Величина зазора за-
висит от давления и несущей способности направля-
ющих. Любая внешняя сила, стремящаяся уменьшить
заданный зазор, вызывает увеличение давления в ре-
зервуаре, что автоматически увеличивает подъемную
силу и восстанавливает величину зазора. Взаимодей-
ствие четырех резервуаров во внутренних V-образных
направляющих происходит так, чтобы дать эффект
центрирования, обеспечивающий точное прямолинейное
движение. В результате достигается плавное движе-
ние без контактов металла с металлом, что устраняет
износ.
Направляющие качения работают с ма-
лым трением, практически не зависящим от скорости
движения, что обеспечивает высокую точность переме-
щений и равномерность медленных движений. Долго-
вечность их значительно выше по сравнению с направ-
ляющими скольжения. Направляющие качения имеют
обычно ту же форму, что и направляющие скольже-
ния, но между трущимися частями помещают проме-
жуточные тела качения (шарики, ролики).
Прямоугольные столы перемещаются по двум про-
дольным направляющим. Привод при ручном переме-
щении— механический, при автоматическом — бессту-
пенчатый гидравлический.
Круглые столы перемещаются по радиальным
и осевым направляющим. Привод стола электриче-
ский и может быть или ступенчатым — от асинхронно-
го двигателя через коробку передач, или бесступенча-
тым— от вариатора или электродвигателя постоянно-
го тока.
Для надежной работы направляющих необходимы
совершенные защитные устройства, предохра-
няющие рабочие поверхности от попадания на них
грязи, мелкой стружки и абразивной пыли.
Применяют защитные устройства разнообразных
конструкций, показанных на рис. 4.3, а—е. На концах
направляющих подвижных узлов устанавливаются уп-
лотнения в виде скребков.
Типовые схемы механизмов подачи. Обработка на
шлифовальных станках ведется методом напроход
и поштучно по определенному циклу. Под циклом об-
работки понимают последовательность перемещений,
77
изменение режимов резания и связанные с этим изме-
нения скорости, которые определяют интенсивность
съема металла.
При врезном шлифовании путь шлифовальной баб-
ки (бабки изделия) в направлении поперечной пода-
Рис. 4.3. Типы устройств защиты направляющих:
а, б — щитки, в—д — ленты, е — гармошки
чи и соответствующая скорость перемещения реализу-
ются посредством механизма подачи. Чтобы обеспе-
чить заданный размер и качество обработки, он
должен обладать широким диапазоном регулирова-
ния, жесткостью, быстродействием и компактностью.
Типовые схемы механизмов подач, широко применяе-
мые в шлифовальных станках, приведены на рис. 4.4.
Рабочий орган 1 станка в большинстве случаев
приводится в движение (рис. 4.4, а, б, г) парой винт —
гайка 2. Ходовой винт приводится во вращение элек-
тродвигателем 3, как правило, через редуктор 5. Меха-
низм, имеющий переключение скоростей (см. рис.
4.4, а) с помощью муфты 4, оснащается дополнитель-
ным электродвигателем 6 ускоренного перемещения.
В гидромеханическом исполнении с храповым меха-
низмом (см. рис. 4.4,6) ходовой винт приводится во
вращение храповым колесом 7 от собачки 8, возврат-
но-поступательное движение которой обеспечивается
или электромагнитом 9, или гидравлическим цилинд-
ром 10. Вместо храпового зацепления может исполь-
зоваться реечное с приводом от гидравлического ци-
линдра 10. При кулачково-рычажном исполнении
(рис. 4.4, в) рабочий орган станка приводится рыча-
гом 11, на который воздействует кулачок 12 с приво-
дом от электродвигателя. Механизм с приводом от
шагового двигателя (см. рис. 4.4, а) имеет, как пра-
вило, наименьшую кинематическую цепь.
Механизм с использованием гидростатических
78
Рис. 4.4. Схемы механизмов подач
опор шпинделя (см. рис. 4.4, д) применяется только
для малых перемещений. Специальные масляные кар-
маны 15 предназначены для тонкой подачи шлифо-
вального круга. Масляные карманы 16 в опорах
шпинделя предназначены для поддержания постоян-
ства положения его оси вращения. Количество масла,
подаваемое в карманы 16, ограничивается регулято-
79
ром-серводвигателем 13. Управляет циклом система
программного управления 14. Специальный сервовен-
тиль регулируется шаговым двигателем и перемещает
шпиндель круга с помощью создаваемой в кармане
разности давлений. Частота импульсов, подаваемых
на шаговый двигатель, определяет скорость переме-
щения шпинделя, а их число — величину перемеще-
ния.
Кроме необходимых перемещений различных тех-
нологических переходов механизм подачи выполняет
вспомогательные переходы, например компенсации из-
носа шлифовального круга.
Устройство правки для круглошлифовальных авто-
матов, как правило, перемещается в направлении
к центру шлифовального круга по мере его износа,
а для внутришлифовальных автоматов остается непо-
движным относительно центра обрабатываемой де-
тали.
Чтобы сохранить постоянным (в пределах допуска
на заготовку изделия) зазор между кругом и заготов-
кой и обеспечить правку круга при обработке каждо-
го последующего изделия (для внутришлифовального
автомата), необходимо скомпенсировать величину из-
носа круга и потерю его размера при правке, т. е. пе-
реместить круг к заготовке. На круглошлифовальных
станках компенсация производится периодически (раз
в несколько циклов) после правки круга.
Компенсация износа шлифовального круга обеспе-
чивается за счет дополнительного поворота ходового
винта механизма подачи. Дополнительный поворот
выполняется храповым колесом от специального ме-
ханизма или от привода ходового винта с контролем
заданного угла поворота. Механизм компенсации изно-
са шлифовального круга, выполненный отдельным
узлом с гидроприводом, приведен на рис. 4.5.
В корпусе 2 на подшипниках качения смонтирован
вал 9, на котором неподвижно закреплены храповое
колесо 7 и лимб 6. Зубчатое колесо 8, зацепленное со
штоком-рейкой 3, имеет поводок с собачкой 1 и может
свободно вращаться на валу 9. Шток-рейка 3 переме-
щается в гидроцилиндре 4, величина хода штока-рей-
ки регулируется упором 5, вал 9 соединяется зубча-
той передачей или муфтой с винтом компенсации или
с ходовым винтом механизма подачи станка, который
на рисунке не показан. Вращение вала 9 вызывает
80
дополнительное перемещение винта, в результате че-
го производится компенсация. В исходном положении
шток-рейка 3 отведен в крайнее правое положение
и собачка 1 выведена из зацепления с храповым коле-
сом 7, что необходимо для обеспечения нормальной
Рис. 4.5. .Механизм компенсации
работы механизма подачи станка. При перемещении
штока-рейки 3 влево поворачивается колесо 8 и со-
бачка / сначала входит в зацепление с храповым ко-
лесом 7, а затем вращает его вместе с валом 9, вели-
чина поворота которого контролируется лимбом 6,
а настраивается упором 5. Такой механизм обеспечи-
вает величину компенсации в пределах 0,002—0,60 мм
с разбросом не более 0,002 мм при соответствующем
выборе числа зубьев храпового колеса и передаточ-
ного числа механизма подачи.
После того как заготовка закреплена в базирую-
щем приспособлении, на станках, работающих мето-
дом врезания, производится ускоренный подвод на
форсированной подаче. При касании шлифовального
круга заготовки происходит переключение подачи на
рабочую. Такое переключение выполняют с помощью
так называемых устройств «нешлифовки воздуха».
В момент касания шлифовального круга с заготовкой
изменяется мощность привода шпинделя, а также воз-
никают высокочастотные колебания. Используя один
из изменяемых параметров, применяют соответствую-
щее реле касания, реле прироста тока или мощности.
Реле настраивают таким образом, чтобы в момент
касания заготовки круг сохранил свою форму, т. е. не
6—155
81
осыпался. Наиболее чувствительным устройством яв-
ляется реле касания, позволяющее проходить нала-
дочный зазор с большей скоростью.
В тех случаях, когда применяют реле прироста то-
ка или мощности, его настраивают так, чтобы коман-
да подавалась при наборе мощности приводом шлифо-
вального круга, соответствующей мощности при чер-
новой подаче. Для автоматов с ЧПУ, работающих
с прибором активного контроля, путь на форсирован-
ной подаче до касания с заготовкой контролируется
по результатам замера исходного размера заготовки.
Подвод (подскок) — отвод (отскок) инструмента
от обрабатываемой детали с целью освобождения
места для проведения вспомогательного перехода (за-
грузка— выгрузка) проводится с большой скоростью.
Отскок — подскок обычно не совмещается по времени
с другими переходами и выполняется, как правило,
специальным механизмом, встроенным в цепь подачи.
Типовые элементы конструкций узлов шпиндельных
бабок. Шпиндельные узлы предназначены для враще-
ния шлифовального круга или обрабатываемой дета-
ли. К шпиндельным узлам предъявляются следующие
требования:
точность вращения — минимальное биение на пе-
реднем конце шпинделя в радиальном и осевом на-
правлениях;
жесткость — правильность положения шпинделя
при действии усилий резания;
виброустойчивость — способность гасить вибрации
от процесса обработки;
долговечность — длительное сохранение точности
вращения;
минимальный нагрев и температурные деформа-
ции;
быстрое и надежное закрепление инструмента, при-
способления или детали с их точным центрированием.
Шпиндели нормальной точности изготавливают из
сталей 45, 40Х с поверхностной закалкой до твердости
HRC45—55, шпиндели высокоточных станков — из
цементуемых сталей типа 20Х или азотируемых сталей
типа 38ХМЮА с доведением их твердости до HRC
63—68.
Для обеспечения требований, предъявляемых к
шпиндельным узлам, шпиндельные опоры должны
быть достаточно жесткими, чтобы сохранить заданное
82
положение при воздействии радиальных и осевых уси-
лий резания, обеспечивать высокую точность враще-
ния и минимальный нагрев.
В шпиндельных узлах применяются опоры сколь-
жения и качения.
К опорам скольжения относятся гидродинамичес-
кие, гидростатические, воздушные опоры.
В шлифовальных станках наибольшее распростра-
нение получили гидродинамические многоклиновые
сегментные опоры. В этих опорах несущие клинья об-
разуются в результате самоустановки сегментов или
демпфирования упругих элементов. На рис. 4.6, а по-
Рис. 4.6. Гидродинамическая (а) и гидростатическая (б) опоры
скольжения
казаны опоры типа ЛОН-34, устанавливаемые в шпин-
дельных узлах шлифовальных станков. В этих кон-
струкциях сегменты / могут самоустанавливаться на
шаровых опорах 2 как в направлении вращения, так
и в плоскости оси шпинделя 3. Это устраняет кромоч-
ные давления, вызываемые несоосностью рабочих по-
верхностей шейки и опорного сегмента, а также упру-
гими деформациями шпинделей. В опорах этого типа
обеспечивается надежное жидкостное трение, высокая
жесткость несущего масляного слоя и стабильность
положения оси шпинделя в диапазоне скоростей
скольжения 0,05—60 м/с.
Конструкция шпиндельных узлов предусматривает
наличие масляной ванны, в которой полностью нахо-
дятся опорные секторы подшипников. Масло, прохо-
дящее через фильтр очистки, подводится в нижней
6* 83
части споры и отводится сверху, что предохраняет от
образования воздушной подушки и засасывания воз-
духа в несущий масляный слой, приводящий к беспо-
рядочному радиальному блужданию шпинделя.
В прецизионных станках с высокой точностью вра-
щения шпинделя используют гидростатические опоры.
На рис. 4.6,6 схематически показана конструкция
гидроститической опоры. Масло под давлением подво-
дится в карманы 1 через отверстие 2. При вращении
масло вытесняется из карманов через зазор между
шейкой и опорой в отверстии 3 в резервуар. При уве-
личении внешней силы, стремящейся уменьшить за-
зор, возрастает давление масла в резервуаре и зазор
восстанавливается. Это обеспечивает надежное цент-
рирование вала во втулке, необходимую жесткость по
отношению к внешним нагрузкам, а также возмож-
нось работы как с очень большими, так и с очень ма-
лыми скоростями вращения.
Для гидродинамических и гидростатических опор
используется минеральное масло марки И5А, облада-
ющее очень малой вязкостью 4 л-5-10-6 м2с-1 (4л-5сСт)
при 50°C. В гидродинамические опоры масло подает-
ся под давлением 0,05 МПа (0,5 ат), в гидростатиче-
ские— под давлением 2 МПа.
Подшипники с воздушной смазкой применяют
в двух исполнениях: аэродинамические и аэростати-
ческие.
В аэродинамических подшипниках, работающих
при подводимом давлении воздуха 1,0—1,5Л4Па, не-
подвижный шпиндель взвешивается, а необходимая
жесткость опоры приобретается при вращении шпин-
деля на высоких скоростях.
В аэростатических подшипниках подъемная сила
создается только благодаря поддуву в кольцевые ка-
навки сжатого воздуха.
Подшипники с воздушной смазкой наиболее широ-
ко применяют в высокоскоростных шпиндельных уз-
лах. Малая вязкость воздушной смазки позволяет до-
стигать особо высоких скоростей вращения (до
300 000 мин-1). К недостаткам таких опор относятся
низкая устойчивость к ударным нагрузкам и малая
демпфирующая способность.
Принцип действия простейших подшипников с га-
зовой или масляной смазкой цилиндрической втулки
без поддува сжатого воздуха поясняет рис. 4.7. Когда
84
шип 1 не вращается, он лежит на дне подшипника 2
(рис. 4.7,а). При вращении шипа газ, увлекаемый его
поверхностью, вгоняется в клиновидный зазор между
шипом и подшипником. В результате сжатия в сма-
Рис. 4.7. Аэродинамический подшипник
Рис. 4.8. Способы создания предварительного натяга под-
шипников качения
зочном слое возникает давление, которое и отделяет
шип от подшипника (рис. 4.7,5).
В опорах качения используются подшипники каче-
ния различных типов — шариковые и роликовые вы-
соких классов точности.
На точность вращения шпинделя большое влияние
85
оказывает выбор посадки подшипников. Для повыше-
ния точности и жесткости шпиндельного узла подшип-
ники устанавливают с предварительным натягом. Это
устраняет зазоры между кольцами и телами каче-
ния. В шпинделях прецизионных станков рекомен-
дуется посадка с небольшим натягом от 0 до
5 мкм.
Предварительный натяг осуществляют различны-
ми способами. В радиально-упорных шарикоподшип-
никах, устанавливаемых попарно, предварительный
натяг а выполняется посредством осевого смещения
наружного кольца относительно внутреннего (рис.
4.8). Процесс предварительного натяжения пары под-
шипников получил название «дуплексация». Для этого
применяют втулки различной длины между наружны-
ми и внутренними кольцами пары подшипников (рис.
4.8,6), предварительное шлифование торцов колец
(рис. 4.8,а), осевую силу предварительного натяга
пружиной (рис. 4.8, в)
В роликовых радиально-упорных подшипниках
предварительный натяг задается путем деформации
внутреннего кольца при затяжке его на коническую
шейку (рис. 4.8,г). Усилие предварительного натяга
подшипников создается конструктором, исходя из ус-
ловий работы шпинделя. При этом учитывают, что
слишком сильный натяг ведет к большему нагреву
и быстрому износу подшипников, недостаточный на-
тяг подшипников снижает жесткость шпиндельного уз-
ла и точность обработки.
Необходимая величина смещения наружного коль-
ца подшипника относительно внутреннего, обеспечи-
вающая заданную величину усилия натяга, определя-
ется индивидуально для каждого подшйпника на
специальном приспособлении.
Смазка опор шпинделей. Для смазки подшипников
скольжения применяют минеральные масла: вазели-
новое, трансформаторное, индустриальное. Подшип-
ники качения смазывают большей частью консистент-
ными смазками.
Сорт масла выбирается с учетом величин удель-
ных нагрузок и скоростей вращения смазываемого уз-
ла. Чем больше удельная нагрузка узла, тем более
вязкое масло следует применять. Необходимо учиты-
вать, что при большой скорости вращения шпинделей
развиваются высокие рабочие температуры, которые
86
уменьшают вязкость масла и снижают центробежные
усилия, выбрасывающие масло из подшипника.
Масло недостаточной вязкости повышает износ
подшипников, а слишком высокая вязкость вызывает
излишние потери на трение.
Для смазки опор шпинделей применяют масляные
ванны, кольца, циркуляционную смазку и так называ-
емый «масляный туман». Масляные ванны использу-
ют для смазки подшипников с самоустанавливающи-
мися вкладышами. Масло заливают в корпус бабки
до уровня, определяемого маслоуказателем, что га-
рантирует полное погружение подшипника в масло.
Для предотвращения утечек предусматривают уплот-
нения различного вида.
Смазка кольцами применяется для подшипников
с горизонтальным расположением шпинделя. Масло
заливают в корпус бабки, а затем во время вращения
шпинделя оно захватывается кольцами и забрасыва-
ется в специальные карманы, откуда стекает в под-
шипник через маслоуказатель.
Циркуляционная смазка без давления и под давле-
нием осуществляется насосом. В первом случае мас-
ло, нагнетаемое насосом, подается и регулируется
маслоуказателем, откуда свободно стекает в подшип-
ники шпинделя. Во втором случае насосом смазка под
давлением подается в корпус подшипника. Заполнив
свободное пространство и пройдя сквозь подшипник,
смазка возвращается обратно в бак.
В маслопроводной системе устанавливают реле
давления, отключающее электродвигатель привода
шлифовального круга с прекращением подачи масла
или при уменьшении давления ниже допустимого. Та-
кой метод наиболее распространен в современных
станках.
Для смазки скоростных шпинделей широко приме-
няется масляный туман. Масло подается к опорам
очищенным воздухом, сжатым под давлением не бо-
лее 0,1 МПа.
Масляный туман представляет собой масляно-воз-
душную смесь, в которой капли масла размером до
0,02 мм находятся во взвешенном состоянии в воздухе.
Смесь очень устойчива и на стенках сосудов и трубо-
проводов не образует капель. Масляный туман может
передаваться по трубопроводам на большие расстоя-
ния (до 30 м и более).
87
Смазка «масляным туманом» уменьшает трение
в подшипниках качения, улучшает отвод тепла, созда-
ет избыточное давление, препятствует проникновению
пыли. Трение снижают тем, что в подшипники пода-
ется только такое количество масла, которое необхо-
димо для образования пленки. Расход масла при сма-
зке «масляным туманом» снижается в 3—4 раза по
сравнению с капельной смазкой.
Недостатками способа смазки «масляным тума-
ном» являются:
загрязнение атмосферы в зоне обслуживания стан-
ков масляным туманом, выходящим через зазоры
в шпинделях;
высокие требования к качеству сжатого воздуха:
он должен быть чистым и сухим, что сложно обеспе-
чивается в условиях массового производства.
На шлифовальных станках некоторых типов при*
меняются другие способы смазки: путем самозасасы-
вания, с помощью винтовой канавки на шпинделе
(подшипники вертикальных шпинделей), войлочной
или фетровой подушки и др.
Шпиндельные узлы, как правило, являются основ-
ной частью бабок шлифовальных станков: шлифо-
вальной, передней, бабки изделия. В ряде конструк-
ций специальных виутришлифовальных станков
электрошпиндели устанавливаются без бабки непо-
средственно на стол.
Рассмотрим типовые конструкции шпинделей шли-
фовального круга. На рис. 4.9, а показан шпиндель
бесцентрово-шлифовального станка с широким кру-
гом.
На рис. 4.9,6 — разрез шлифовальной бабки дву-
стороннего торцешлифовального станка. Передней
и задней опорами шпинделя служат конические двух-
рядные роликоподшипники 1. Осевые нагрузки воспри-
нимаются двумя упорными шарикоподшипниками
2. Величины предварительного натяга роликоподшип-
ков регулируются верхней 3 и нижней 4 гайками.
Средней гайкой 5 производится натяг упорных под-
шипников.
Типовые механизмы для осуществления поступа-
тельного движения. Поступательное движение в стан-
ках может выполняться с помощью различных си-
стем:
механизмов, преобразующих вращательное движе-
88
ние в поступательное, — зубчатого колеса или червяка
с рейкой, ходового винта-гайки, кулачковых и дру-
гих механизмов;
гидравлических устройств с парой цилиндр —пор-
шень;
электромагнитных устройств типа соленоидов, ис-
пользуемых в основном в приводах систем управле-
ния;
механизмов, использующих изменение длины рабо-
чего элемента под действием тепла или электромаг-
нитного поля.
Магнитострикционный и реже термодинамический
приводы применяются для точных малых перемеще-
ний.
Пара зубчатое колесо—рейка имеет большое пе-
редаточное отношение и высокий КПД, что обуслов-
ливает ее широкое применение в различных приводах
главного движения, вспомогательных перемещений
и др.
В станкостроении для ходовых винтов и гаек сколь-
жения установлено шесть классов точности: 0 — наи-
более точный; 1, 2, 3, 4 и 5-й классы, которыми регу-
лируются допускаемые отклонения по шагу, профилю,
диаметрам и по шероховатости поверхности.
Конструкция гаек зависит от назначения механиз-
ма. Она может быть цельной, разъемной (при нали-
чии в станке наряду с ходовым винтом также другого
привода) или сдвоенной. В последнем случае одна из
гаек может поворачиваться или смещаться в осевом
направлении для регулирования зазора.
В связи с низким КПД пары винт — гайка сколь-
жения вытесняются винтовыми парами качения.
В этих парах снижен износ, потери на трение и могут
быть устранены зазоры за счет создания предвари-
тельного натяга.
На рис. 3.8,в была показана конструкция, где вы-
бор зазора между винтом 3 и гайкой осуществляется
за счет поворота полугаек 1 и 2 на очень малый угол
друг относительно друга. Это достигается тем, что обе
полугайки имеют наружные зубчатые венцы 6, а кор-
пус 4, в который полугайки вставляются, имеет соот-
ветствующие венцы 5 внутреннего зацепления. Число
зубцов в корпусе отличается на единицу от числа зуб-
цов полугаек (например, 99 и 100). Такая конструк-
ция обеспечивает возможность тонкой регулировки
89
a)
Рис. 4.9. Конструкции шпиндельных узлов — бесцентрово-шлифовального станка с широким кругом (а) и двусто-
роннего вертикального торцешлифовального станка (б):
/ — осевая опора, 2 — радиальные опоры, 3 — шлифовальный круг, 4 шпиндель
натяга. Сила натяжения достигается за счет деформа-
ции контактирующих тел.
Недостатки, присущие парам виит — гайка сколь-
жения и винт — гайка качения (связанные с особен-
ностями их эксплуатации и изготовления), исключе-
ны в гидростатической передаче винт — гайка. Пара
работает в условиях трения со смазочным материа-
лом; КПД передачи достигает 0,99. Масло подается
в карманы, выполненные на боковых сторонах резь-
бы гайки. Такая конструкция обеспечивает отсутст-
вие в передачах зазоров (см. рис. 3.8, в). Подача мас-
ла под давлением от насоса производится через канал
1 в карманы 4, выполненные на поверхности резьбы
гайки. Масло подается в карман 4 через дроссель 2,
а слив его производится через канал 3.
Приводы главного и вспомогательного движений.
Приводы металлорежущих станков предназначены
для выполнения рабочих, вспомогательных и устано-
вочных перемещений инструментов и заготовки.
В связи с развитием числового управления стан-
ками каждое движение чаще всего имеет свой при-
вод — электрические или гидравлические двигатели
различных типов, обладающие своими особенностями,
определяющими области рационального применения.
Электрический привод состоит из элект-
родвигателя, аппаратуры управления и защиты и пе-
редач, связывающих электродвигатель с рабочими ор-
ганами станка.
К преимуществам встроенного электродвигателя
относятся компактность и простота конструкции, вы-
сокий КПД, передача иа шпиндель только крутящего
момента, простота обслуживания. Однако для станков
высокой точности применяют отдельные электродви-
гатели.
Для кругов малых диаметров используют специ-
альные двигатели, так называемые электрошпиндели.
4.3. ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Электродвигатели переменного тока. Самый рас-
пространенный электродвигатель в шлифовальных
станках — асинхронный замкнутый трехфазный
электродвигатель (рис. 4.10,а), обладающий по сра-
внению с электродвигателями постоянного тока мень-
92
шей стоимостью, простотой и удобством в эксплуата-
ции. Эти двигатели применяют в качестве привода
шлифовального круга, вращения изделия, механизма
подачи (в станках высокой точности).
Электродвигатели переменного тока, у которых ро-
тор представляет собой магнит постоянного тока или
просто магнитопровод, который намагничивается в по-
ле статора, называются синхронно-реактивными. Раз-
новидностью этих двигателей являются шаговые дви-
гатели, представляющие собой машину с реактивным
ротором с сосредоточенными обмотками.
Электрошпиндель. Для обеспечения (при внутрен-
нем шлифовании) скорости круга 50—60 м/с, а так-
же при шлифовании отверстий малых диаметров при-
меняют электрошпиндель, представляющий собой
асинхронный двигатель, работающий на повышенной
частоте переменного тока (более 100 периодов в се-
кунду), получаемой от специального генератора.
Электродвигатели постоянного тока. Применяют
в шлифовальных станках в качестве привода шлифо-
вального круга в тех случаях, когда требуется обес-
печить постоянство скорости круга.
Отличительной особенностью электродвигателей
постоянного тока (рис. 4.10, б) является их способ-
ность изменять частоту вращения при изменении ве-
личины тока возбуждения магнитного поля или вели-
чины напряжения питания якоря. Скорость вращения
электродвигателя постоянного тока можно регулиро-
вать в пределах 1/10, 1/100 и даже 1/1000 с помощью
специального питающего устройства. Применением со-
ответствующей схемы управления электродвигателем
постоянного тока можно обеспечить требуемую зави-
симость частоты вращения шпинделя от величины на-
грузки или частоты вращения вала электродвигателя.
Шаговые двигатели (ШД) получили распростра-
нение в приводах подач шлифовальных станков. Ис-
пользование ШД значительно упрощает конструкцию
механизмов подач, сокращает длину кинематической
цепи; они реверсивны и позволяют получить достаточ-
но широкий диапазон регулирования как в непрерыв-
ном, так и в дискретном режиме. Как правило, в ме-
ханизме подач ШД используют одновременно с шари-
ковыми парами винт — гайка.
В приводах станков могут применяться электро-
гидравлические, силовые, линейные ШД.
93
Рис. 4.10. Электродвигатели:
а _ асинхронный, б — постоянного тока, в — шаговый, г — линейный шаго-
вый двигатель, О — схема шагового двигателя: 1 — вал, 2 — ротор, 3— кор-
пус, 4—магиитопровод, 5 — коллектор, 6 — щетка, 7—маховик, 8—непод-
вижный магнитопровод (статор), 9—подвижный магиитопровод (ротор)
лС лВ лА О
3)
Рис. 4.10. Продолжение
95
Шаговые двигатели характеризуются разрешаю-
щей способностью и динамическим моментом. Разре-
шающая способность ШД — это мгновенный перепад
частот, отрабатываемый двигателем без пропуска хо-
тя бы одного импульса. Разрешающая способность
шаговых двигателей может быть выше 2000 Гц. Шаг
на выходном валу двигателя равен 0,5—10°. Ошибка
в шаге при изменении нагрузки может составлять
20 % единичного шага. Эта ошибка при работе двига-
теля не накапливается.
Конструкция силового ШД приведена на рис.
4.10, в. Двигатель представляет собой пятистаторную
электрическую машину с тремя фазами. ШД имеет
дисковый ротор 2, выполненный в виде звездочки
с прямоугольными зубьями и укрепленный на валу 1.
Число зубьев ротора 24—30. Фазный магнитопровод
4 состоит из двух частей, размещенных в двух частях
корпуса 3. Магнитопроводы равномерно распределя-
ются по окружности дискового ротора. Секции распо-
ложены радиально. Для гашения колебаний двига-
тель снабжен инерционным демпфером сухого трения,
выполненным в виде маховика 7, и кольца трения.
Двигатель снабжен термодатчиком для контроля тем-
пературы. Схема двигателя приведена на рис. 4.10,5.
Представляет интерес
применение линейных
ШД. Эти двигатели поз-
воляют значительно уп-
ростить кинематическую
цепь поступательного дви-
жения, исключив проме-
жуточные передачи и па-
ру винт—гайка. На рис.
4.10,г двигатель имеет
пять фаз (А, В, С, D, Е).
Сдвиг зубьев на У5 по-
люсного деления происхо-
дит за счет сдвига фаз-
муфта
Для управления исполь
зуется дссятитактная
коммутация.
Электромагнитные муфты. Для размыкания
и замыкания кинематических цепей без перерыва
вращения применяют муфты (рис. 4.11).
Рас. 4.11. Электромагнитная ных магнитных систем.
96
На ведущем валу 1 жестко закреплена левая по-
ловина муфты, в кольцевую выточку которой заклады-
вается катушка 4, питаемая постоянным током через
контактные кольца 2 и щетки 3. На ведомом валу 7
расположена вторая полумуфта, которая перемещает-
ся на валу в осевом направлении. При включении ка-
тушки вокруг нее возникает магнитный поток, кото-
рый будет замыкаться через возникающий зазор так,
как показано пунктирной линией. Вследствие этого
правая полумуфта, преодолевая усилие пружины 6,
сдвинется влево и прижмется к левой полумуфте. На
поверхностях соприкосновения полумуфт возникает
сила трения, благодаря которой вращательное движе-
ние и крутящий момент вала 1 будут передаваться
через муфту валу 7. Для увеличения силы трения
между полумуфтами на одной из них (левой) закреп-
ляется кольцо трения 5, изготовленное из фрикцион-
ных материалов (ферродо, фибры и т.п.).
При отключении катушки правая полумуфта пру-
жиной 6 отводится в исходное положение и передача
вращающего момента через муфту прекращается.
Катушка электромагнитной муфты питается по-
стоянным током, так как при переменном токе во вре-
мя перехода магнитного потока через нуль силы тре-
ния будут уменьшаться также до нуля, что вызывает
периодическое проскальзывание дисков и быстрый
износ фрикционных поверхностей.
Для передачи реверсивного вращения ведомого
вала при неизменном направлении вращения ведуще-
го вала применяют реверсивные устройства, состоя-
щие из двух муфт.
Электромагнитные патроны. В шлифовальных стан-
ках с базированием обрабатываемого изделия на баш-
маках применяются электромагнитные патроны для
поджима изделия к вращающемуся шпинделю бабки
изделия. В качестве примера рассмотрим патроны двух
исполнений с вращающейся и невращающейся элект-
ромагнитными системами.
Патрон с вращающимся электромагнитом (рис.
4.12) состоит из корпуса 2, привернутого к шпинделю
1 бабки изделия, магнитопровода 3, внутри которого
помещены катушки 4. залитые для герметичности
эпоксидной смолой 6. Верхнюю плиту 5 изготовляют
по форме обрабатываемого изделия 9. Плита состоит
из шести полюсов 7 с чередующейся полярностью,
7-155
97
разделенных прослойкой из немагнитного металла 10.
Для увеличения износоустойчивости торцовой поверх-
ности патрона в нее заделывают три штифта или пла-
стины из твердого сплава 8. Центрируют верхнюю
плиту штифтами 11. Наружная и внутренняя проточ-
ки плиты необходимы для выхода круга и увеличения
тягового усилия патрона. Питание катушки постоян-
Рис. 4.12. Электромагнитный патрон
ным током идет через контактные кольца, располо-
женные на противоположном конце шпинделя.
Патроны создают тяговое усилие 4—5 кг на см2
площади изделия, соприкасающегося с рабочей по-
верхностью плиты патрона. Величину тягового усилия
регулируют изменением сопротивления, включенного
последовательно с обмоткой патрона.
Патрон с невращающимся электромагнитом устро-
ен аналогично и будет рассмотрен в гл. VIII.
Аппараты и устройства управления, защиты и ав-
томатики. Для управления электроприводами метал-
лорежущих станков применяют различные конструк-
ции электрических аппаратов, отличающиеся принци-
пами действия. При ручном управлении применяют
выключатели и переключатели, пусковые и регулиру-
ющие реостаты, при автоматическом управлении —
релейно-контактную аппаратуру, контакторы, магнит-
98
Рис. 4.13. Схема включе-
ния электродвигателя пе-
ременного тока
ные пускатели, конечные и путевые выключатели,
различные реле. В автоматизированных станках при-
меняют различные датчики (подробнее см. § 2.5 и
2.6).
Предохранители. Простейшими аппаратами, обес-
печивающими защиту электрических цепей и электро-
двигателей от короткого замыкания, являются предо-
хранители с плавкой вставкой. Принцип работы предо-
хранителей с плавкой основан на тепловом действии
электрического тока, протекающего по проводнику.
Пакетные выключатели и переключатели пред-
назначены для нечастых выключений (до 50 раз
в час). В схемах станков они используются для пус-
ка и реверса двигателей, переключения схемы сое-
динений обмоток двигателя со «звезды» па «треуголь-
ник», а также для переключения в цепях управле-
ния.
Автоматические выключатели (автоматы) пред-
назначены для защиты электрооборудования от пере-
грузок и коротких замыканий,
а также для не слишком час-
тых коммутаций электрических
цепей. Автоматы обладают
большой уи иворса л ьпостыо,
так как в зависимости от ис-
полнения могут выполнять
функции рубильника, выклю-
чателей. тепловых реле, реле
максимального тока и мини-
м а л ыюго н а п р яжен и я.
Применяют автоматы раз-
личных конструкций, однако
все они имеют общие узлы:
контактную систему, дугогаси-
тельные камеры, механизм
привода, механизм свободного
расцепителя и элементы защиты — расцепители.
Контакторы, реле и магнитные пускатели — наибо-
лее многочисленные и ответственные аппараты управ-
ления. Их применяют в схемах, где требуются частые
включения и отключения электрических силовых при-
емников. На рис. 4.13 представлена схема включения
электродвигателя контактором. Цепь электродвигате-
ля называется цепью рабочего топа, контакты контак-
тора, включенные в эту цепь, — рабочими или главны-
<) ।
7*
ми контакторами. При нажиме на кнопку КУ через
катушку К2, установленную на панели, проходит ток,
при этом сердечник катушки намагничивается и при-
тягивает к себе якорь. Вал контактора поворачивает-
ся и замыкает рабочие контакты КК Катушка К2 со-
стоит из большего числа витков проволоки малого ди-
аметра и обладает очень большим сопротивлением.
Ток в цепи управления, замыкаемый кнопкой КУ, от-
носительно мал, поэтому кнопка КУ вместе с корпу-
сом, в который она встроена, имеет небольшие разме-
ры. Это позволяет размещать кнопочные станции для
удобства рабочего на передней части станка, а кон-
такторы устанавливать на свободное место в станке
или в отдельном шкафу.
Весь комплект контакторной аппаратуры, состоя-
щий из одного (у нереверсивных магнитных пускате-
лей) или двух (у реверсивных) контакторов и тепло-
вых реле, называют магнитным пускателем.
4.4. ГИДРООБОРУДОВАНИЕ
Гидравлическая система станка состоит из гидро-
привода (куда входят насосы, являющиеся первичней
частью гидропривода, и силовой орган, служащий
вторичной частью), аппаратуры управления и вспомо-
гательных устройств.
Рабочие цилиндры являются силовыми органами
для прямолинейного движения, а гидродвигатели —
для вращательного.
В аппаратуру управления входят контрольно-ре-
гулирующие и распределительные устройства. К вспо-
могательным устройствам относятся трубопроводы,
уплотнения, фильтры.
Гидропривод дает возможность получать большие
усилия и мощности при малых размерах и массе ме-
ханизма. Среди достоинств гидропривода — простога
бесступенчатого регулирования скоростей и подач для
получения нужных режимов резания; возможность уп-
равления режимами резания во время работы меха-
низмов и контроля давления непосредственно у рабо-
чих механизмов; самосмазываемость гидравлических
механизмов рабочей жидкостью; простота автомати-
зации и возможность автоматического регулирования
режимов резания по заданной программе; удобство уп-
равления; применение стандартных узлов.
100
К недостаткам гидропривода относятся: отсутствие
стабильности подачи из-за разогрева масла; невозмож-
ность предварительного установления точной величи-
ны подачи; невозможность получения высоких подач
до разогрева системы; недостаточная плавность пере-
мещения, низкий коэффициент полезного действия
и др.
Рабочая жидкость и ее основные свойства. Рабочей
жидкостью служат чистые минеральные масла, мине-
ральные масла с различными присадками, синтетиче-
ские масла. Жидкость в гидроприводе выполняет три
функции: перенос энергии от гидронасоса к гидродви-
гателю, смазку трущихся деталей всех гидромеханиз-
мов п отвод теплоты. Основная функция жидкости—
передача мощности, величина которой характеризует-
ся рабочим давлением и расходом жидкости.
Необходимость отвода теплоты вызывается тем, что
при работе гидропередачи возникают механическое
н гидравлическое трение, энергия которых преобразу-
ется в теплоту. Недостаточный отвод теплоты может
привести к нагреву жидкости до температуры, превы-
шающей 50—-55 °C, и нарушению работы гидропривода.
Рабочая жидкость должна обладать следующими
свойствами: вязкостью, соответствующей требованиям
эрсплуатации конкретного гидропривода (при этом же-
лательно, чтобы с изменением температуры вязкость
изменялась незначительно), хорошей смазывающей
способностью для уменьшения трения и износа дета-
лей и узлов гидропривода, устойчивостью против цено-
образования, способностью защиты металла от корро-
зии и т. д.
Основными физическими свойствами рабочей жид-
кости являются: плотность, вязкость и модуль упруго-
сти (сжимаемость).
Плотностью, или объемной массой однородного
жидкого тела, называется отношение его массы, т. е.
количества вещества, имеющегося в данном теле, к за-
нимаемому им объему. Плотность жидкого тела изме-
няется незначительно при изменении давления и тем-
пературы.
Сжимаемостью называют способность жидкости из-
менять свой объем при изменении давления. Сжимае-
мость характеризуется коэффициентом объемного
сжатия, являющимся обратной величиной модуля уп-
ругости. Так как полностью предотвратить попадание
101
воздуха в гидросистему практически невозможно, мо-
дуль упругости определяется значениями модулей уп-
ругости масла и воздуха в определенном соотношении.
Сжимаемость масла (с учетом содержания нераство-
римого воздуха) является причиной неустойчивого дви-
жения, рывков и других нарушений работы гидропри-
вода.
Вязкостью называется свойство жидкости сопро-
тивляться относительному перемещению ее слоев. При
решении практических задач пользуются понятием
«кинематической вязкости», выражаемой в м2с-1,
1 м2с-1 = 10'* ст= 106 сСт (сантистоксов).
Требованиям, предъявляемым к работе гидропри-
вода, удовлетворяют минеральные масла, улучшенные
синтетическими присадками в количествах от 0,05 до
10 % к объему масла. К таким маслам относятся тур-
бинные 22П и Ткп-22 и ВНИИНП-403, индустриальное
ИГП-18, индустриальное ИГП-30.
Качество фильтрации рабочей жидкости влияет на
надежность работы и долговечность гидросистем стан-
ков. Проникшие в гидросистему извне и образовавшие-
ся в ней загрязняющие примеси в виде мельчайших
частиц (размерами от 5 до 50мкм) движутся вместе
с жидкостью через зазоры в трущихся парах и уплот-
нен иях.
Если эти частицы тверже одной из поверхностей, то
они внедряются в нее и изнашивают сопряженную по-
верхность. Если твердость частиц меньше твердости
трущихся поверхностей и размеры их меньше размера
зазора, то под действием приложенной нагрузки части-
цы деформируют одну или обе поверхности. Эксплуа-
тация некоторых гидросистем, недостаточно тщательно
промытых от веществ, образовавшихся при доводке
микропорошками плунжерных пар, показала, что не-
достаточно чистое масло (рабочая жидкость) являет-
ся причиной случаев (50%) нарушения работоспособ-
ности гидропривода и 75 % случаев повышенного из-
носа и выхода из строя насосов. Следовательно, чтобы
обеспечить надежность и долговечность гидросистемы,
необходимо установить в ней фильтры, задерживаю-
щие посторонние частицы на поверхности фильтрую-
щих элементов (специальной бумаге, сеток или сило-
вого поля постоянных магнитов), а также в глубине
фильтрующих элементов, составленных из пористых
материалов — войлочных и фетровых колец, картона.
102
FI а с о с ы, приводимые во вращение электродвига-
телями, являются источником гидравлической энергии
любого гидропривода. В гидроприводах применяются
шестеренчатые, лопастные и поршневые насосы.
Наиболее распространенными являются лопастные
(пластинчатые) насосы. Принцип действия лопастного
насоса (рис. 4.14) заключается в следующем. В чу-
гунном корпусе 2 насоса с литыми панелями 3 смонти-
Рнс. 4 I I. Гидронпсос сдвоенного ncno.'iнения
ровен ст.пор 5 с внутренней криволинейной поверхно-
С11.Ю, по которой скользят закаленные пластины 6,
вставленные с малыми зазорами в радиальные пазы
ротора 7. Ротор вместе с шлицевым приводным ва-
лим вращается в подшипниках между двумя распре-
делительными дисками 1 и 9, имеющими по два диа-
метрально противоположных друг другу отверстия
для всасывания и нагнетания.
При вращении ротора пластины под влиянием дав-
ления масла и центробежной силы всегда прижаты
к внутренней поверхности статора. Каждая пластина,
вращаясь вместе с ротором, перемещается в его пазах
в радиальном направлении в соответствии с кривой
профиля статора так, что каждая из камер между дву-
мя пластинами во время прохождения мимо окон вса-
сывания 8 увеличивает свой объем и заполняется мас-
лом, а во время прохождения мимо окон нагнетания 4
уменьшает свой объем, вытесняя масло. За один обо-
рот ротора происходит два полных цикла всасывания
и нагнетания. Благодаря диаметрально противополож-
ному расположению окон давление нагнетаемого мас-
103
ла на ротор вза-
имно уравновеши-
вается и подшип-
ники насоса раз-
гружаются от ра-
диальных сил.
Лопастные на-
сосы выпускают
в одинарном и
сдвоенном испол-
нениях. Насосы в
сдвоенном испол-
нении состоят из
двух одинаковых
насосов, смонти-
рованных на об-
щем приводном
валу и соединен-
§- ных друг с дру-
g гом переходными
§ фланцами. На-
§ гнетать масло
£ в гидросистему
irf сдвоенным насо-
-ф сом можно как од-
g ним общим, так
и двумя независи-
мыми потоками.
В станках при-
меняются нере-
гулируемые акси-
ально-поршневые
гидромоторы с
торцовым распре-
делением масла
(рис. 4.15).
Поток масла,
нагнетаемый на-
сосом, подается в
одну из полостей
А и через окна Б
крышки - распре-
делителя 5 посту-
пает в цилиндры
В блока цилинд-
104
ров 6 под поршни 7. Сила давления масла через пор-
шни 7 и толкатели 8 передается на наклонный ради-
ально-упорный шарикоподшипник 2, на котором воз-
никает сила, создающая крутящий момент, который
передается на выходной вал 1 через толкатели 8 и ба-
рабан 9. Блок цилиндров приводится во вращение по-
водком 4 и постоянно прижимается к крышке-распре-
делителю 5 пружинами 3. Реверс вала гидродвигате-
ля осуществляется изменением подвода масла в по-
лости Л крышки-распределителя 5.
В гидросистемах станков с ЧПУ используют при-
вод объемного или дроссельного регулирования. В гид-
роприводах станков с ЧПУ в основном используют
объемные насосы и гпдромоторы, в которых перемеще-
ние рабочей жидкости происходит в результате вытес-
нения ее из рабочих камер с помощью поршней или
зуба шестерни.
Гидравлические цилиндры. Большинство гидрофи-
цпрованных механизмов перемещается при помощи
гидравлических цилиндров с прямолинейным возврат-
но-поступательным движением поршпя относительно
гильзы цилиндра. Важнейшая задача наладки и экс-
плуатации гидроцилиндров — добиться, чтобы нс было
наружной утечки масла ио штоку, и свести к минимуму
внутреннюю утечку масла мимо поршня при достаточ-
ной долговечности уплотнений и минимальных силах
трения.
По конструкции гидравлические цилиндры могут
быть разделены на три основные типа:
цилиндры двустороннего силового действия, в кото-
рых перемещение поршня в обоих направлениях про-
исходит под давлением масла;
цилиндры одностороннего силового действия, име-
ющие подачу масла только с одной стороны, следова-
тельно, перемещение поршня под действием давления
масла может происходить только в одном направле-
нии. Обратный ход обеспечивается другим источником
энергии— пружиной, сжатым воздухом;
моментные, в которых лопасть совершает возврат-
но-поворотное движение относительно корпуса ци-
линдра.
Контрольно-регулирующая аппаратура. К числу
коитрольно-регулирующих устройств, применяемых
в шлифовальных станках, относятся обратные предо-
105
хранительные и редукционные клапаны, распредели-
тельные гидропанели, дроссели.
Аппаратуру изготовляют в двух исполнениях в за-
висимости от способа присоединения: с непосредствен-
ным присоединением труб (резьбовое для типоразме-
ров с присоединительной резьбой до l.1//', фланцевое
для больших типоразмеров) и стыковым присоедине-
нием. Для обозначения аппаратуры со стыковым при-
соединением вносится буква «П».
Обратный клапан предназначен для управления
потоком жидкости в гидросистемах и пропуска жидко-
сти лишь в одном направлении. На рис. 4.16, а пока-
зана конструкция обратного клапана с коническим сед-
лом. Клапан 2, перемещающийся в корпусе 4, прижи-
мается пружиной 1 к коническому седлу 3. Проход
потока жидкости возможен только в направлении, ука-
занном стрелками. Если направление потока изменит-
ся, то под давлением жидкости, проходящей через от-
верстия в клапане, последний плотно прижимается
к седлу. Конструкция клапана проста и обеспечивает
надежное уплотнение между его конусом и седлом.
Для предохранения гидросистемы от перегрузки,
для поддержания постоянного давления, предотвраще-
ния самопроизвольного опускания поршня (при вер-
тикальном расположении цилиндра) и для дистанци-
онного управления потоком жидкости служат напор-
ные золотники.
Принцип работы напорного золотника основан на
уравновешивании усилия пружины давлением жидко-
сти, действующей на клапан. После того как предва-
рительная затяжка пружины преодолена давлением
жидкости, клапан сместится со своего места, открывая
доступ жидкости из полости с большим давлением
в полость с меньшим давлением.
Жидкость в золотнике (рис. 4.16,6) подводится
в камеру а в корпусе 3 и к торцовой камере б золот-
ника 2, который находится под действием усилия жид-
кости, с одной стороны, и усилия пружины 4 — с дру-
гой. Если усилие, создаваемое давлением жидкости,
меньше усилия пружины, золотник прижимается
к крышке 1 и камера в разобщается с камерой а.
С увеличением давления в системе нагнетания усилие,
действующее со стороны камеры б, постепенно возрас-
тает и, превысив усилие пружины, переместит золот-
iiiiK вверх, соединив камеру а с камерой в. Настройка
106
t)
Рис. 4.16. Регулирующая аппаратура:
а--обратный клапан, б — напорный золотник, в — предохранительный
клапан, г — дроссель
пружины предусмотрена регулировочным устройством,
для демпфирования колебаний золотника в крышке 1
имеется отверстие малого диаметра.
Напорные золотники с обратным клапаном приме-
няют для того, чтобы пропускать жидкость с задан-
ным давлением в одном направлении и с минимальной
потерей давления в обратном.
Для предохранения системы от перегрузки и под-
держания постоянно заданного давления служит пре-
дохранительный клапан с переливным золотником
(рис. 4.16, в).
В этом клапане в отличие от всех клапанов просто-
го действия постоянство давления обеспечивается не
пружиной, а взаимодействием шарикового клапана
с переливным золотником. Жидкость от насоса подво-
дится в камеру в, соединенную системой отверстий
с камерами а, б и д. Соединение камер обеспечивает
уравновешивание давления жидкости на золотник 3
и усилие пружины 4, прижимающей золотник к корпу-
су 2.
На шарик 7 шарикового клапана с одной стороны
действует давление жидкости, находящейся в каме-
ре а, а с другой — усилие пружины 8. Если давление
не превышает усилия пружины, шарик прижат к сед-
лу 5. При увеличении давления жидкости шарик отхо-
дит от седла 5 и жидкость проходит из камеры а через
клапан и отверстия в крышке 6 и корпусе 2 в камеру
слива г, соединенную с баком.
Камера а пополняется жидкостью из камеры д че-
рез демпфер /. При уменьшении давления в камере а
или увеличении давления в камере в золотник 3 под-
нимается, образуя кольцевую щель между кромкой зо-
лотника и корпусом 2. Жидкость из камеры в посту-
пает в камеру г на слив. При уменьшении давления
в камере в шарик 7 прижимается к седлу 5, поток жид-
кости из камеры а в бак прекращается и давление
в камерах а, в и д выравнивается. Пружина 4 пере-
мещает золотник вниз и отсоединяет камеру в от ка-
меры г.
Разделительная панель предназначена для разде-
ления потоков жидкости, подаваемых от двух само-
стоятельно работающих насосов, и для предохранения
от перегрузки всей системы. Она состоит из корпуса,
в котором смонтирован предохранительный клапан
с переливным золотником, ограничивающим давление
108
в системе, напорного золотника и обратного клапана.
Редукционный клапан для снижения высокого дав-
ления до заданного чаще всего применяется в тех слу-
чаях, когда от одного насоса питаются несколько си-
ловых цилиндров с различным давлением.
Принцип работы редукционного клапана также ос-
нован на взаимодействии шарикового клапана и зо-
лотника.
Дроссели предназначены для регулирования расхо-
да масла посредством изменения величины проходного
сечения щели в дросселе. Масло из системы поступает
в отверстие 5 (рис. 4.16, г) корпуса и через щель 9
в гулки 3 направляется к дросселю /. Пройдя через ка-
навку 2 дросселя, масло сливается в резервуар через
отверстие 8 втулки 3, отверстие 7 и выходное отвер-
стие 6. При повороте лимба 4 по часовой стрелке рас-
ход увеличивается, при повороте претив часовой
стрелки — уменьшается. Положение лимба по указа-
телю в золе, свободной от делений, соответствует по-
ложению перекрытой щели, при котором отсутствует
проток через дроссель.
Применяют также дроссели с регулятором для ре-
гулирования скорости перемещения головок, столов
и других рабочих органов, причем совместное действие
аросселя и регулятора обеспечивает равномерную ско-
I осн, движения, не зависящую от нагрузки па рабочих
органах. В отличие от описанных выше эти дроссели
состоят из двух узлов — собственно дросселя и клапа-
на, взаимодействие которых обеспечивает независи-
мость расхода масла, протекающего через дроссель, от
давления в системе.
Аппаратура управления. Для реверсирования дви-
жения рабочих органов применяют реверсивные золот-
ники с гидравлическим, электрическим и ручным уп-
равлением.
Золотники состоят из чугунного корпуса с выточка-
ми для прохода жидкости, закаленного и притертого
золотника с несколькими поясами для направления по-
тока жидкости от источника питания к соответствую-
щим трубопроводам.
На рис. 4.17 представлены конструкции наиболее
распространенных в шлифовальных станках золотни-
ков с гидравлическим управлением (рис. 4.17, а)
и с управлением от электромагнита (рис. 4.17,6).
Золотник (см. рис. 4.17, а) может занимать два
109
крайних положения (правое и левое), соответствую-
щее двум направлениям движения рабочего органа.
Перемещение золотника 3 в корпусе 2 из одного поло-
жения в другое происходит под действием давления
масла, подводимого под торцы золотника через резь-
бовые отверстия, расположенные в крышках /, с по-
мощью крана управления. Скорость перемещения зо-
лотника 3 регулируется дросселями 6, расположенны-
ми в крышках 1. Дроссели фиксируются в нужном
положении контргайками 9. Обратные клапаны 5 ре-
гулируют скорости перемещения золотника в обоих
направлениях. Шарик клапана 5 прижимается к седлу
пружиной 4. Для устранения наружной течи масла
предусмотрены прокладки 7 и колпачки 8.
Четырехходовой золотник с управлением от элек-
тромагнита (рис. 4.17, б) состоит из корпуса 10, крыш-
ки-фланца 3, золотника 6, пружины 8, упорной шай-
бы 4, уплотнения 2, электромагнита 1 и пробки 11.
Золотник 6 под действием пружины 8 занимает край-
нее верхнее положение. В этом положении масло, под-
водимое от линии нагнетания к отверстию 13, направ-
ляется через выточки золотника в отверстие 5, кото-
рое соединяется с трубопроводом с одной из полостей
цилиндра. Из другой полости цилиндра масло, посту-
пая в отверстие 7, направляется в камеру 9, из кото-
рой через отверстие 12 сливается в бак. При переме-
щении золотника под действием электромагнита /
в крайнее нижнее положение отверстие 13 соединится
с камерой 9 через отверстия 14 в проточке золотника
и внутреннее отверстие в золотнике.
Для реверсирования направления потока масла,
подаваемого к гидравлически управляемым узлам,
применяются краны управления, конструкции которых
показаны на рис. 4.17, в.
От насоса масло подается в отверстие //ив зави-
симости от положения крана 3 направляется в одно из
отверстий 8 или 10. При положении крана, показан-
ном на рис. 4.17, в, масло из отверстия 11 через каме-
ры 4 и 7 направляется в отверстие 8 и далее в рабо-
чую полость цилиндра. Выходя из рабочего цилиндра,
масло поступает в отверстие 10 и направляется через
камеры 9 и 6 и отверстие 5 на слив в бак. Поворотом
крана 3 на 45° рукояткой 1 отверстие 11 соединяется
с отверстием 10, из которого через трубопровод масло
поступит в цилиндр в обратном направлении. При
111
этом масло после выхода из рабочего цилиндра по-
ступает в отверстие 8 и, проходя через камеры 6 и 9,
сливается в бак через отверстие 5. Оба положения
крана фиксируются шариковым фиксатором 2.
Трубопроводы. Для монтажа гидросистем агрегат-
ных станков, работающих с давлением до 12,5 МПа,
применяют стальные бесшовные трубы. Для присоеди-
нения труб к гидравлическим устройствам и соедине-
ния труб между собой используют соединительную
арматуру (рис. 4.18). Если трубы 1 присоединяют к
штуцерам 2 или 3 при помощи сварки (рис. 4.18,а),
Рис. 4.18. Элементы трубопровода
то во внутреннюю часть трубы могут попадать окали-
на и грязь, которые после сварки необходимо тща-
тельно удалить. В связи с этим в гидросистемах стан-
ков используют соединения стальных труб с приме-
нением закаленного кольца 4 (рис. 4.18,6), изготав-
ливаемого из цементуемой стали. В процессе обжатия
кольца 4 при навинчивании накидной гайки кромка
его врезается в материал трубы, обеспечивая надеж-
ное уплотнение.
Применять в качестве маслопроводов медные или
латунные трубы нежелательно вследствие их подвер-
женности механическим повреждениям; кроме того,
медные и латунные трубы с течением времени теряют
112
эластичность и могут лопаться в местах соединений.
Медные и латунные трубы малых диаметров можно
применять на тупиковых участках для подвода масла
к реле давления и манометрам.
Для подвода масла к подвижным соединениям ис-
пользуют гибкие армированные резиновые шланги.
При выборе длины и установке шлангов следует но
допускать их сильного изгиба и скручивания, а при
движении узлов они должны свободно провисать.
Уплотнения. Нормальная работа гидропривода воз-
можна только при надежном уплотнении (герметиза-
ции) всех его аппаратов и их элементов, обеспечиваю-
щих минимальные утечки масла.
Различают два вида утечек: наружные — по што-
кам гидроцилиндров, валам насосов, в соединениях
трубопроводов и др. — и внутренние — по зазорам
распределительных золотников, через уплотнения
поршня гидроцилиндра, из полости нагнетания в по-
лость всасывания насоса и т. д.
Утечки всех видов являются причиной нестабиль-
ной работы узлов, получающих движение от гидро-
привода, п изменяют продолжительность времени цик-
ла работы оборудования.
Тип уплотнения выбирают в зависимости от рабоче-
го давления в гидросистеме, характера соединения
(подвижное или неподвижное) и назначения механиз-
ма, определяющего допустимую утечку и потери на
трение. В гидроприводах станков применяются следу-
ющие типы уплотнений: резиновые кольца круглого
сечения, чугунные поршневые кольца и резиновые ман-
жеты.
Уплотнение в распределительных золотниках до-
стигается тщательной пригонкой золотника к корпусу
(/?а=0,44-0,2).
Диаметральные зазоры посадки золотника в корпу-
се выполняют в пределах не более 0,005—0,02 для зо-
лотников диаметром от 12 до 30 мм.
Типовые конструкции уплотнения штока, показан-
ные на рис. 4.19, а, обеспечивают в течение длительно-
го времени удовлетворительную герметизацию што-
ков, шероховатость поверхности которых #а = 6,3.
В процессе их эксплуатации необходимо периодиче-
ски регулировать натяг манжеты 1 уменьшением чис-
ла прокладок 2. Затягивание манжет болтами без про-
кладок не допускается, так как возможен перекос ман-
8-155
113
жет, что вызовет неравномерное движение механизма.
Хорошую герметизацию штоков гидроцилиндров
(рис. 4.19,6) обеспечивают манжеты 1 при их монта-
же с бронзовыми направляющими втулками 2. Ман-
жеты не требуют в процессе эксплуатации дополни-
Рис. 4.19. Схемы уплотнений штока и поршня
тельного регулирования. Обязательным условием их
применения является закалка, твердое хромирование
и полирование поверхности штока с шероховатостью
^=0,2.
На рис. 4.19, в, г показаны типовые конструкции
уплотнений поршней гидроцилиндров. В цилиндрах
с большими длинами ходов иногда применяют чугун-
114
ные поршневые кольца 3 (рис. 4.19, в), обеспечиваю-
щие длительный срок работы без замены. Поршни, уп-
лотненные манжетами / (рис. 4.19, г), обеспечивают
более высокую герметичность без необходимости их
пригонки, однако изнашиваются быстрее, чем чугун-
ные кольца. При монтаже манжет на поршень нельзя
допускать их повреждений.
Контрольные вопросы
1. Из каких основных функциональных узлов состоит шлифо-
вальный станок?
2. Назовите основные узлы механической части станка, и к
назначение.
3. Какие основные типы шпиндельных опор применяют на
шлифовальных станках, их преимущества и недостатки?
4. Каким требованиям должны отвечать узлы шпиндельных
бабок?
5. Какие электроприводы применяются в шлифовальных стан-
ках, в чем особенности их действия?
6. Каким основным требованиям должна удовлетворять рабо-
чая жидкость?
ГЛАВА 5
СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО
УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
5.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЧПУ
В ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКАХ
Использование в крупносерийном и массовом про-
изводстве гибких (с автоматизированной переналад-
кой) автоматических линий, многооперационных
станков, промышленных роботов, управляемых от ЭВМ,
позволяет производить быструю переналадку этих ли-
ний на другой тип изделий, а также повысить коэф-
фициент использования оборудования.
Системы ЧПУ широко применяются в шлифоваль-
ных станках. Благодаря ЧПУ упрощается переналад-
ка, повышается точность обработки в результате ис-
пользования прецезионных элементов привода (переда-
ча винт — гайка качения) и точных измерительных
средств.
Так как операции шлифования, как правило, за-
вершающие, то шлифовальные станки должны обес-
печить точность позиционирования гораздо более гы-
8*
115
сокую, чем станки других типов. Это требует исполь-
зования в станках с ЧПУ измерительных систем
с высокой разрешающей способностью, обеспечиваю-
щих жесткие допуски на точность позиционирования.
Кроме того, в шлифовальных станках изменение диа-
метра шлифовального круга ввиду его износа и прав-
ки вызывает необходимость применения механизма
автоматической компенсации шлифовального круга.
Эти особенности шлифовальных станков вызывают
технические трудности при оснащении станков систе-
мами ЧПУ и увеличивают их стоимость.
Наибольшее распространение получили кругло-
шлифовальные станки с ЧПУ. Их применение осо-
бенно целесообразно в тех случаях, когда должна об-
рабатываться деталь с различными переходами, на-
пример шейками различных диаметров. Применение
станка с ЧПУ особенно эффективно в мелкосерийном
и единичном производстве, где величина партии на-
столько мала, что постоянная переналадка приводит
к большим затратам времени.
5.2. ОБЩАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМ СЧПУ
Числовым программным управлением стайка на-
зывают управление обработкой заготовки по управ-
ляющей программе, в которой данные заданы в циф-
ровой форме. Устройство, выдающее команды на ис-
полнительные органы станка в соответствии с
управляющей программой и информацией о состоянии
объекта (станка), называется устройством числового
программного управления (УЧПУ). УЧПУ, алгорит-
мы работы которого реализуются схемным путем (спе-
циальным построением полупроводниковых схем —
функциональных узлов и блоков) и не могут быть
изменены после изготовления устройства, называется
аппаратным устройством числового программного уп-
равления (NC). УЧПУ, алгоритмы работы которого
реализуются с помощью программ, вводимых в его
память, и могут быть изменены после изготовления
устройства, называется программируемым устройст-
вом числового программного управления (CNC).
УЧПУ типа CNC, как правило, строится на базе мик-
роЭВМ и может быть совмещено с ЭВМ. Числовое про-
граммное управление группой станков от ЭВМ, имею-
щей общую память для хранения управляющих про-
грамм, распределяемых по запросам станков, называ-
ло
С ЧПУ Станок
Рис. 5.1. Структурная схема
ЧПУ
ется групповым числовым программным управлением
станками (DNC).
Обобщенная структурная схема УЧПУ приведена
на рис. 5.1. Управляющая программа считывается
в устройстве ввода (/), т. е. преобразуется в элект-
рические сигналы, которые направляются в устройст-
во обработки программы (2), которое, в свою
очередь, через устройство управления привода (3) воз-
действует на привод подачи
(4). Величина перемещения
узла (суппорта) контроли-
руется датчиком (5), ко-
торый включен в цепь обрат-
ной связи. Информация
с датчика проходит через
устройство обратной связи
(6), где происходит сравне-
ние фактического переме-
щения с заданным по про-
грамме. Необходимые кор-
рективы вносятся в после-
дующее движение суппорта.
Дополнительные функции
(включение привода дру-
гих узлов, выключение привода других узлов и т.п.)
выполняются исполнительными органами этих узлов
(8) при получении команды от устройства технологи-
ческих программ (7), которые получены из устройст-
ва ввода (/). На схеме показана работа УЧПУ замк-
нутого использования, т. е. когда обратная связь идет
по одной координате. В случае выполнения УЧПУ
разомкнутого исполнения датчика (5) и устройство
(6) обратной связи отсутствуют, что снижает точ-
ность обработки, и поэтому в шлифовальных станках
применяются редко.
Системы ЧПУ можно классифицировать по виду
управления движения: позиционные (П) и прямо-
угольные или контурные (Н).
Позиционные СЧПУ. При позиционировании рабо-
чий узел станка (например, суппорт, шпиндельная
бабка) перемещается в новую точку, причем переме-
щение должно быть произведено по произвольной тра-
ектории за кратчайшее время. Число управляемых ко-
ординат— до пяти, одновременно управляемых коор-
динат— не более двух, причем рабочая подача
117
производится по одной координате. При одновремен-
ном управлении по одной координате траектория дви-
жения представлена на рис. 5.2, а, при одновременном
управлении по двум координатам — на рис. 5.2, б.
Для прямоугольных СЧПУ траектория движения при-
ведена на рис. 5.2, в, рабочие подачи в этих системах
в отличие от позиционной системы осуществляются по
обеим координатам.
Рис. 5.2. Траектории движения при управлении СЧПУ
в)
X(Yi 6 XjYi
е) 2
Контурные СЧПУ применяют там, где требуется
перемещать рабочий орган станка по строго заданной
траектории одновременно по одной, двум и большему
числу координат. Контурные СЧПУ подразделяют по
системе управления: от магнитной ленты, которые не
содержат интерполятор, и от перфоленты, где имеется
интерполятор того или иного вида.
СЧПУ с линейным интерполятором наиболее про-
стое. Его используют в тех случаях, когда контур об-
рабатываемой детали образован отрезками прямых,
расположенных под разными углами к осям коорди-
нат (рис. 5.2, г). Если же контур обрабатываемой де-
тали более сложный (криволинейный), его аппрокси-
мируют (с заданной точностью) ломаной линией (рис.
5.2, д). Системы с линейно-круговым интерполятором
упрощают расчет программы, улучшают чистоту об-
работки. Линейно-круговые интерполяторы отрабаты-
113
вают задаваемые программой участки прямых и дуг
окружностей, причем дуга окружности может зада-
ваться одним кадром программы (рис. 5.2,е), если
она не проходит через координатную ось. Подробнее
о работе интерполятора рассказано в разделе 5.3.
5.3. АППАРАТНОЕ УСТРОЙСТВО ЧИСЛОВОГО
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (NCJ
Рассмотрим структуру УЧПУ типа NC на приме-
ре контурной СЧПУ. Алгоритм функционирования кон-
турной СЧПУ содержит следующие этапы преобразо-
вания информации управляющей программы (рис.
5.3): построчное непрерывное чтение слов одного кад-
ра с остановкой считывающего устройства по команде
«конец кадра», контроль вводимой информации се
дешифрация и размещение в буферной памяти; пе-
I УпраЗляющяя
I прмринма
'.тикай.
^Злектррабтсматина.
! станка
Датчики состояния
Датчики, пммкгния
Рис. 5..3. Алгоритм функционирования контурного СЧПУ
119
редача информации в рабочую память после обработки
предыдущего кадра и заполнение буферной памяти
информацией следующего кадра; интерполяция с кор-
ректированием размеров и положения инструмента;
формирование и передача управляющих воздействий
рабочим и вспомогательным органам стайка через
узел связи с приводами подач и узел связи с электро-
автоматикой.
Устройства ввода и считывания программы. Конст-
рукция устройства ввода и считывания определяется
программоносителем управляющей программы, кото-
рый применяется в виде перфолент и магнитных лент.
Для записи управляющих программ используется
восьмидорожковая перфолента шириной 25,4 мм.
Лента имеет девять дорожек—восемь кодовых и од-
н у с и их р о я и з j I р у ю щу ю.
На кодовых дорожках постоянно в соответствии
с программой пробивают отверстия большого диамет-
ра (на месте знака «1», на месте знака «О» лепту не
пробивают), на синхронизирующей дорожке обяза-
тельно в каждой строке пробивается отверстие мень-
шего диаметра.
Запись управляющей программы на перфоленту
производится в виде кадров. Кадром управляющей
программы называется составная часть управляющей
программы, вводимая и отрабатываемая как единое
полое и содержащая не мопсе одной команды. Кадры
составляются из слов. Слово представляет собой со-
ставную часть кадра, содержащую данные о парамет-
ре процесса обработки и (или.) другие данные по вы-
полнению управления. Последовательность кадров
управляющей программы определяет последователь-
ность обработки детали.
Считывание программы, записанной на перфолен-
те, может осуществляться контактным или фотосчи-
тывающим устройством.
Контактное считывающее устройство
показано на рис. 5.4, а. Считыватель программы со-
стоит из контактной колодки 3 и головки 1 со щетка-
ми, между которыми расположена перфолента 2.
Контактная колодка и головка выполнены из изоля-
ционного материала. В колодке запрессованы метал-
лические контакторы, в головке — металлические пла-
стины в виде щетки. Щетка головки и контакты ко-
лодки соединены с источником питания. При
120
считывании информации, если между щеткой и соот-
ветствующим контактом колодки нет отверстия, то
такое положение соответствует обозначению «О», ес-
ли есть отверстие, т. е. цепь замыкается, — соответст-
вует обозначению «I».
Фотосчитывающее устройство показа-
но на рис. 5.4,6. Фотосчитыватель имеет осветитель-
77 и гни;иная генгСьа 8
6)
Рис. 5 !. Считывающие устройства:
а — котактяое, б — фотосчитивающсе, в — магнитное
иую лампу 4, фокусирующую линзу 5, диафрагму-сто-
лик 7 и фотоэлектрические преобразователи 6. Пер-
фолента 2 расположена на столе, в котором имеются
сквозные отверстия. Под каждым отверстием стола
размещены фотоэлектрические преобразователи. Све-
товой поток фокусируется линзой в узкую полоску,
направленную на строку перфоленты.
Считывание программы, записанной на магнитной
ленте: магнитная лента по ширине разделена на де-
вять дорожек и на каждую из них записывается ин-
формация в соответствии с управляющей программой.
Магнитное считывающее устройство предназначено
для преобразования информации, записанной на маг-
нитной ленте в виде магнитного поля, в электрические
импульсы. Магнитное считывающее устройство (рис.
5 4,6?) состоит из двух основных узлов: считывателя
программы, лентопротяжного механизма.
121
Считывателем являются магнитные головки 8, ко-
торые находятся в магнитной связи с лентой 9. Основ-
ной частью головки является сердечник, состоящий
из двух полуколец, набранных из листов пермаллоя.
В рабочей части головки, обращенной к ленте, между
половинками сердечника имеется зазор размером
0,01—0,02 мм, заполненный немагнитным материалом.
На полукольцах сердечника имеются две катушки
с обмоткой. Записанная информация представляет со-
бой определенное направление магнитных силовых
линий. При перемещении магнитной ленты 9 мимо ра-
бочего зазора головки магнитные линии участков
ленты будут замыкаться по сердечнику, возбуждая
электродвижущую силу Е в обмотке катушек.
Узел ввода управляющей программы
(см. рис. 5.3) принимает усиленные и синхронизиро-
ванные импульсы от кодовых дорожек перфоленты.
Этот узел контролирует ввод программы, дешифровку
адреса, кадра и размещение цифровых кодов, при-
шедших с каждым адресом, кроме того, обеспечивает
пуск и остановку системы управления по программе,
перемотку перфоленты, остановку на выбранном кад-
ре, покадровый, ручной и другие режимы ввода про-
граммы, вызов автоматических циклов, а также связь
с панелью ручного управления, имеющей оператив-
ные средства управления.
Узел буферной памяти (см. рис. 5.3)
в СЧПУ предотвращает перерывы в процессе работы
приводов подач станка во время ввода в интерполятор
очередного кадра программы.
Узел корректирования (см. рис. 5.3) поз-
воляет в процессе обработки на станке вводить по
команде от управляющей программы корректирование
либо относительного положения инструмента и заго-
товки, либо размеров инструмента.
Специализированный в ы ч и с л и т е л ь-
п ый узел (см. рис. 5.3) выполняет следующие со-
ставные функции: интерполяцию, задание скорости
подач и поддерживание постоянной контурной скоро-
сти. Интерполятор является важнейшим узлом всей
системы числового управления, остальные ее узлы
подготавливают для интерполятора информацию
и перерабатывают выдаваемые им электрические им-
пульсы в сигналы управления приводами подач стан-
ка.
122
Получение абсолютно точного очертания криволи-
нейной поверхности детали является сложной техни-
ческой задачей. Действительное очертание обработан-
ной поверхности детали представляет собой лишь
более или менее точное приближение к заданному про-
филю. Такая замена профиля детали называется его
аппроксимацией.
Интерполятор за время обработки одного кадра
выдает по управляемым координатам определенное
программой число импульсов, т. е. любой интерполя-
тор интерполирует и обеспечивает взаимосвязь пере-
мещений по координатам. Исходная информация для
контурных СЧПУ задается по чертежу детали только
для конечного числа опорных точек на ее поверхности.
Однако для реализации на станке процесса формо-
образования необходимо, чтобы в каждый момент
времени обеспечивалось согласованное движение ра-
бочих органов станка по двум и большему числу ко-
ординат, т. е. электрические импульсы на приводы
должны поступать непрерывно в соответствии с тре-
буемым законом движения. С помощью интерполято-
ра заданный контур между опорными точками ап-
проксимируется отрезками прямых линий, дугами ок-
ружности, параболами и т. д.
Наибольшее распространение в интерполяции по-
лучил метод алгебраических уравнений, который на-
зывают методом оценочных функций. Оценочная
функция F рассчитывается в процессе интерполяции,
и по ее знаку определяется направление следующего
шага.
Интерполирующая прямая делит плоскость XY па
две области: область, где F>0 находится над прямой,
область, где F<0 расположена под прямой, и F = Q
для точки, расположенной на прямой (рис. 5.5, а).
Интерполяция методом оценочных функций заключа-
ется в том, что если промежуточная функция траек-
тории находится в области F>0, то следующий шаг
производится по оси X, если же в области F<Q, то
по оси У. Хн и Ун—координаты начальной точки,
Хк и Ук — координаты конечной точки.
По круговой интерполяции методоги оценочной
функции (рис. 5.5,6) плоскость XY делится дугой ок-
ружности также на две области. Область, где F<0,
находится внутри дуги, область, где F>0,— вне ее
и F—0 для точек, расположенных на дуге. При отра-
123
Сотке дуги окружности, расположенной в первом ква-
драте, и вращении против часовой стрелки траекто-
рию обработки строят следующим образом: если про-
межуточная точка траектории находится в области
/ >0, то следующий шаг производится в направлении
оси X, если же в области F<0, то в направлении
оси Y.
Рис. 5.5. Схема интерполяции траектории движения
Для некоторых шлифовальных (кругло-, внутри-
и торце-) станков применяют позиционные или пози-
ционно-контурные (универсальные) СЧПУ, которые
выполняют следующие режимы позиционного управ-
ления приводами подач: перемещение рабочих орга-
нов станка на ускоренном ходу в заданные координа-
ты с заданной точностью либо их перемещение на ско-
рости подачи при обработке поверхностей с образую-
щими, параллельными осям координат. Обычно эти
режимы осуществляются специализированным вычис-
лительным узлом без использования интерполятора,
так как в этих случаях не требуется взаимосвязи пере-
мещений по координатам.
Узел связи с приводами подач (см. рис.
5.3) формирует сигналы скорости и направления пе-
ремещения рабочего органа, которые выдаются либо
командой на включение соответствующей ступени
торможения, либо командой заданной скорости пода-
чи. Функционирование узла связи с приводами подач
как в режиме позиционного, так и в режиме контурно-
го управления определяется типом привода и типом
датчиков положения рабочих органов.
Узел связи с электроавтоматикой (см.
рис. 5.3) станка формирует сигналы управления глав-
ным приводом, магазином инструментов, технологи-
ческими операциями, принимает от датчиков состоя-
124
пня устройств электроавтоматики эхо-сигналы о вы-
полнении сигналов управления, а также выполняет
согласование уровней сигналов устройств системы
числового управления и станочного электрооборудо-
вания.
Исполнительными устройствами электроавтомати-
ки станка являются пускатели, электромагнитные
муфты и тормоза, путевые выключатели, гидравличе-
ская и пневматическая аппаратура с электроуправле-
нием, различные датчики. Сигналы, поступающие
в узел связи: командные входы, требующие подтверж-
дения, т. е. непрерывного опроса состояния в процессе
выполнения команды; командные входы однократного
действия; опрашиваемые входы состояния станка;
инициативные входы состояния станка; инициативные
командные входы. Последние два вида входов имеют
приоритет перед остальными, их команды должны ис-
полняться сразу, так как к ним относятся прежде все-
го блокировочные и аварийные команды. Остальные
виды входов поступают от управляющей программы,
ручного пульта управления и датчиков станка, опре-
деляют,их положение исполнительных механизмов
в процессе выполнения команд.
Всю управляющую часть электроавтоматики стан-
ка можно выполнить в виде автономного устройства,
построенного на базе релейно-контактных элементов,
интегральных логических схем или вычислительных
комплексов. Такое устройство конструктивно выпол-
няется в отдельном шкафу, а соответствующая комму-
тация с электрооборудованием станка и выходными
модулями СЧПУ осуществляется непосредственно под-
ключением к предусмотренным для этого зажимам
и разъемам.
5.4. ПРОГРАММИРУЕМОЕ УСТРОЙСТВО ЧИСЛОВОГО
ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ (CNC)
Простейший вариант устройства CNC (с одним
микропроцессором) показан на рис. 5.6. Этот микро-
процессор может входить в состав универсальной
йикроЭВМ либо служить центральной частью цент-
рализованного модуля, оптимизированного в соответ-
ствии с задачами ЧПУ. Различные по своей структуре
каналы ЭВМ (управляющая магистраль — УМ) и
ЧПУ (внутренняя магистраль — ВМ) связаны через
125
адаптер 9 и согласователь каналов 10. Интерфейсные
блоки 4, 5,7 и 8 поддерживают связь с объектом (при-
водом главного движения 6, автоматикой станка)
и специальной периферией ЧПУ (пульта оператора
ПО, пульта технолога ПТ, дисплеем и др.).
Рис. 5.6. Схема устройства типа CNC
Алгоритм работы задается с помощью программы
функционально-математического обеспечения (ФМО),
которая содержит базовую программу (БП) и при-
вязочную программу (ПП), разработанную для кон-
кретной модели станка.
Последовательность операций при обработке дета-
ли задается управляющей программой (УП), разби-
той на кадры и содержащей информацию о подгото-
вительных и вспомогательных функциях, требуемой
траектории исполнительных органов станка (ПОС),
величинах подач и коррекциях.
Центральный процессор (ЦП) обрабатывает вход-
ную информацию служебных программ и управляет
работой остальных узлов — устройств, являющихся
по отношению к ЦП периферийными. Объем опера-
тивного запоминающего устройства (ОЗУ) предназна-
чен для хранения программ, образующих ФАЮ.
Остальные узлы устройства предназначены для хра-
нения УП, выполнения различных специализирован-
ных функций, организации связи ЦП с периферийны-
126
ми узлами и связи устройства с внешними объектами.
Перфоратор ленточный (ПЛ-150) и электропечатаю-
щая машинка (ЭПМ) подключены непосредственно
к микроЭВМ.
Запись программ ФМО в ОЗУ осуществляется от
фотосчитывающего устройства (ФСУ). Ввод УП в на-
копитель предусмотрен от ФСУ или от ЭВМ высшего
ранга через модули ввода / и вывода 2. Ввод в ОЗУ
величины коррекции производится вручную от ПО
и автоматически при отработке УП.
В ходе отработки УП в ЦП производится обра-
ботка программной информации и анализ сигнала от
станка. Заданное в кадре перемещение исполнитель-
ных органов станка (ИОС) отрабатывается методом
линейно-кусочной аппроксимации. Для очередного
участка аппроксимации ЦП вычисляет величины ко-
ординатных перемещений ИОС за выбранное постоян-
ное время и выдает их распределителю 3. Распреде-
литель формирует поток импульсов управления коор-
динатными перемещениями. По окончании отработки
текущего участка аппроксимации распределитель пе-
реходит к отработке очередного участка и запраши-
вает от ЦП величины перемещений по следующему
участку.
Обмен информации между ЦП и периферийными
узлами устройства осуществляется по «общей шине»
(УМ) и по внутренней магистрали (ВМ) устройства.
К УМ непосредственно подключены ЦП, ОЗУ и кон-
троллеры связи с ПЛ и ПМ. ВМ обеспечивает связь
ЦП с периферийными узлами и связь устройства
с внешними объектами. Сопряжение УМ и ВМ осу-
ществляется согласователем канала и адаптером.
5.5. МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ
ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКОЙ СТАНКА
Объем логических задач, решаемых электроавто-
матикой станка, может быть весьма различный — от
включения единичного перемещения исполнительного
механизма до реализации сложной последовательно-
сти операций с анализом промежуточных ситуаций
и выбором решений. Для решения логических задач
применяется устройство жесткой логики и програм-
мируемых устройств логического управления. Первые
в силу ряда достоинств и традиции широко внедрены.
127
Однако они имеют ряд недостатков: большие габари-
ты и массу; недостаточную гибкость при редактиро-
вании и доводке программ (при внесении изменений,
введении новых функций и др.); трудность использо-
вания для решения сложных задач управления; слож-
ность диагностирования, а следовательно, и ремонта;
низкую рентабельность при реализации сложных
функций (20—30 реле), в этом случае целесообразнее
применять программируемые устройства логического
управления.
В настоящее время все более широкое распрост-
ранение получают программируемые устройства ло-
гического управления — программируемые контрол-
леры (ПК), структура которых приведена на рис. 5.7.
-----Постоянные связи
-----Возможные связи
----Врггченныг связи.
Рис. 5.7. Структурная схема программируемого контролле-
ра (ПК)
ПК — это электронная машина, доступная для
программирования неспециалисту в области информа-
тики и предназначенная для управления последова-
тельными логическими процессами в реальном масш-
табе времени.
ПК в отличие от устройства жесткой логики, где
128
можно производить параллельные решения уравнений
за счет использования логических операторов, соеди-
ненных проводкой, характеризуется последователь-
ным подходом к решению задач с использованием
процессора. Процессору с помощью соответствующих
команд можно сообщить, какие операции он должен
выполнять в данный момент и на каких сигналах.
В любой момент времени процессор выполняет
только одну команду. Данные должны находиться
в памяти, чтобы ими можно было воспользоваться,
когда они потребуются. Указание о том, каким обра-
зом нужно работать с данными, т. е. весь набор
команд, управляющих работой процессора, также хра-
нится в памяти и последовательно выдается процес-
.сору. После обработки команды результат, содержа-
щийся в ячейке памяти процессора, называемой акку-
мулятором, передается в память, если это
промежуточный результат, или выдается из машины.
Генератор тактовых импульсов (на схеме не пока-
зан) позволяет синхронизировать этапы обработки
команд и их последовательное чередование.
Команда — это распоряжение, выполняемое про-
граммируемым устройством логического управления.
Процессор выполняет не любые команды, а только те,
которые входят в набор команд, заложенных в его
память.
Память — это функциональная часть ПК, предназ-
наченная для хранения информации.
Устройство логического управления называется
программируемым, если при его использовании в ра-
боте выполняются записанные в его память команды.
Программа — это последовательность команд, обес-
печивающая необходимую обработку информации.
Четкое распределение функций между работаю-
щими совместно с ПК устройствами автоматики по-
следовательного действия обеспечивает гармоничную
работу всего комплекса технологического оборудова-
ния. С помощью стандартных устройств (устройство
программирования, линейный диалоговый модуль
и др.) или с помощью специализированных модулей
можно организовать операторный диалог различного
уровня.
Обслуживание систем управления облегчается
вследствие того, что машины имеют модульную конст-
рукцию. Различные устройства сигнализируют о па-
9-155
129
личин неисправности системы и помогают отыскать
ее причину. Устранение неполадок заключается в за-
мене модуля, т.е. печатной платы. Неисправная плата
отправляется для ремонта.
Для работы ПК, подключенному к объекту управ-
ления, не требуется каких-либо особых устройств,
помимо входов—выходов.
Периферийны м и называют устройства ПК, не
являющиеся его составной частью, но связанные с ним
непосредственно.
Вспомогательными называют периферийные
устройства пульта программирования ПК.
Центральный процессор программируе-
мого логического управления должен запоминать вво-
димые в него данные, обрабатывать их и обеспечивать
возможность обмена информации. Структура ЦП
(рис. 5.8) очень сильно напоминает структуру мини-
ЭВМ.
Центральная память содержит данные
и программы, управляющие работой ПК и поставляе-
мые изготовителем. Центральная память ПК специа-
лизирована: она разделена на зоны, используемые
для хранения конкретных типов информации. Зона
данных разделяется на участки, в один из которых за-
носятся полученные ПК значения переменных, в дру-
гой— промежуточные переменные, которые получают
после обработки данных и должны быть использованы
в дальнейшем, и в третий — значения выходных ве-
личин, которые необходимо передать к органам воз-
действия.
Регистр команд загружается командой, под-
лежащей исполнению. Оп должен декодировать КО
(код операции — что делать) и выполнять предписы-
ваемые командой операции.
Адресный регистр содержит часть АО (ад-
рес операнда — с чем это надо делать) команды и
обеспечивает непосредственно или через индексный
регистр доступ ко второму операнду (если таковой
имеется). Первый (или единственный) операнд нахо-
дится в аккумуляторе.
В аккумуляторе (регистре общего назначе-
ния) производятся логические, арифметические и дру-
гие операции обработки данных.
Шина — устройство, по которому идет информа-
ция. Большинство ПК имеет одну шину, по которой
130
I Адаптер входа.
11 ТПТГ "I
-----1._{—+—Ы--
II ill
Адаптер Выхода
| I I
J_I-----J-4—
У у
Объект управления
Рис. 5.8. Структурная схема центрального процессора (ЦП)
проходит вся информация (одношинная). Для отде-
ления внутренних потоков информации от потоков
сигналов входов—выходов необходимо к упомянутой
выше шине (главной) добавить шину входов—выхо-
дов. Такая архитектура называется многошинной.
Входы — выходы ПК ориентированы на соз-
дание логических автоматизированных систем, они
оснащены двоичными входами—выходами, некоторые
ПК имеют входы—выходы, работающие с информа-
цией в виде слова, а иногда и аналоговые входы-
выходы.
Связь между объектом управления и внутренней
логикой ПК обеспечивается электронными платами-
модулями, называемыми адаптерами.
131
Наличие устройства программирования
в ПК (см. рис. 5.7) позволяет отнести их к устрой-
ствам вычислительной техники. Основное назначение
устройства программирования состоит в переводе
команд пользователя с мнемокода в команды, которые
могут быть выполнены ПК. Задачи по созданию и вы-
полнению программы решаются двумя различными
процессорами. Один из них принадлежит устройству
программирования, а другой — ПК.
Устройство программирования является интеллек-
туальным периферийным устройством, обеспечиваю-
щим диалог человек—машина.
Периферийные и вспомогательные устройства. Те-
стовый блок (модуль) дает доступ к памяти ПК для
обнаружения возможных ошибок, он обеспечивает:
индикацию с набором вручную номера подлежащей
проверке строки программы; отображение на дисплее
команды (код операции и адрес операнда) и содер-
жимого логического аккумулятора после выполнения
команды. Помогает и определить причину неисправ-
ности: предельные состояния управляющего реле (ес-
ли таковые имеются), индикацию состояния любого
входа, выхода или содержимого внутренней памяти.
Преимущества ПК:
для подключения к объекту управления необхо-
дим лишь перечень распределения входов—выходов
ПК (логические и технологические переменные);
не зависит от типа станка, его можно использо-
вать в последующем для выполнения другой задачи;
весьма гибок при внедрении и отладке;
компактность ПК обеспечивает экономию места
и повышает надежность;
расходы на разработку, программирование, тести-
рование и запуск в эксплуатацию невелики, поскольку
ПК позволяет осуществлять моделирование объекта
управления;
упрощенное профилактическое и восстановитель-
ное обслуживание систем.
Недостатки ПК: наличие релейных схем (в части
силового каскада); высокая стоимость запасных мо-
дулей (платы входов—выходов, центральный процес-
сор и др.); в некоторых (редких) случаях недостаточ-
ное быстродействие; значительные первоначальные
капиталовложения; введение новых методов работы
связанных с внедрением ПК-
132
Контрольные вопросы
1. Назовите обобщенную структуру СЧПУ.
2. Расскажите об основных структурных частях УЧПУ типа
NC, их назначении и принципах работы.
3. Назовите принципы работы микропроцессорного управле-
ния на примере ПК.
4. Какие преимущества имеет ПК по сравнению с монтажной
логикой?
ГЛАВА 6,
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ-
ВЫГРУЗКИ
6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Термин «робот» — славянского происхождения. Его
ввел известный чешский писатель Карел Чапек
в 1920 г. в своей фантастической пьесе «РУР» («Россу-
мовские универсальные роботы»), где так названы ме-
ханические рабочие, предназначенные для замены лю-
дей на тяжелых физических работах. Название «робот»
образовано от чешского слова robota, что означает
тяжелый подневольный труд.
Современными предшественниками роботов яви-
лись устройства для манипулирования на расстоянии
объектами, непосредственный контакт человека с ко-
торыми опасен или невозможен (атомные, глубоко-
водные и другие исследования). Первые автоматиче-
ские манипуляторы были созданы в США в 1960—
1961 гг.
В настоящее время роботостроением активно зани-
маются все промышленно развитые страны. Парк про-
мышленных роботов к 1990 г. достигнет 230 тыс. шт.
Роботы получили наибольшее распространение
в машиностроении. Различают промышленные роботы
(ПР) и автоматизированные на их базе технологиче-
ские комплексы — роботизированные технологические
комплексы (РТК).
Применение промышленных роботов позволяет ре-
шить следующие задачи:
облегчить труд рабочего, освободить его от неква-
лифицированного, монотонного, тяжелого и вредного
труда;
улучшить условия безопасности, снизить потери ра-
133
бочего времени, связанные с производственным трав-
матизмом и профессиональными заболеваниями;
повысить производительность труда и качество вы-
пускаемой продукции в результате снижения времени
выполнения операции и обеспечения постоянного ре-
жима работы;
высвободить рабочих для решения новых народно-
хозяйственных задач.
Робот состоит из двух основных частей — исполни-
тельных устройств и устройства управления. Исполни-
тельные устройства включают одно или несколько ма-
нипуляционных устройств (обычно в виде механиче-
ских манипуляторов), которые являются отличитель-
ными признаками роботов нового типа машин в целом,
и устройство передвижения, имеющееся только у по-
движных роботов.
Все промышленные роботы делятся по степени
универсальности применения на три типа:
универсальные, специализированные и специальные.
По грузоподъемности промышленные ро-
боты делятся на сверхлегкие — до 1 кг, легкие — свы-
ше 1 до 10 кг, средние — свыше 10 до 200 кг, тяже-
лые— свыше 200 до 1000 кг, сверхтяжелые — свыше
1000 кг.
Большинство роботов имеют один манипулятор
(одну руку). Существуют также конструкции с дву-
мя, тремя и четырьмя манипуляторами.
Подвижность робота определяется наличием
или отсутствием у него устройства передвижения.
В первом случае роботы называют подвижными, во
втором — стационарными. Оба типа роботов бывают
напольными или подвесными.
По способу управления роботы делят на
три поколения:
роботы с программным управлением, работающие
на заранее заданной жесткой программе (роботы пер-
вого поколения);
роботы с адаптивным управлением, имеющие сред-
ства очувствления и способные приспосабливаться
к изменяющимся внешним условиям (брать произволь-
но расположенные предметы, обходить препятствия
и т. д.). Это роботы второго поколения;
роботы с интеллектуальным управлением (с искус-
ственным интеллектом), которые наряду с очувствле-
нием имеют развитую систему обработки внешней ии-
134
формации, обеспечивающую им возможность интеллек-
туального поведения, подобного поведению человека
и аналогичных ситуациях.
Быстродействие роботов определяется скоро-
стью перемещения их манипуляторов и составляет
для большинства роботов от 0,5 до 1 м/с.
Точность робота определяется погрешностью его
манипулятора и составляет для большинства роботов
от 0,1 до 1 мм.
6.2. УСТРОЙСТВО РОБОТОВ
Манипуляторы. Как правило, манипулятор пред-
ставляет собой механическую руку. На рис. 6.1 по-
казаны конструкции манипуляторов с тремя степеня-
ми подвижности в различных системах координат и их
рабочие зоны.
Манипуляторы, работающие в прямоугольной сис-
теме координат (рис. 6'1, а), имеют рабочую зону в ви-
де параллелепипеда. Они выполняют только поступа-
тельные перемещения, поэтому такая система
координат наиболее удобна для выполнения прямоли-
нейных движений. Применение такой системы упро-
щает программирование.
Манипуляторы, работающие в цилиндрической сис-
теме координат (рис. 6.1,6), имеют два поступатель-
ных и одно угловое перемещение (по окружности), ра-
бочая зона имеет форму цилиндра.
В случае сферической системы координат (рис.
6.1, г?) манипулятор имеет одно поступательное и два
угловых перемещения. Рабочая зона имеет форму
шара.
Л4анипулятор с угловой системой координат (рис.
6.1, а) выполняет три угловых перемещения, т. е. все
его звенья представляют собой шарниры. Такие робо-
ты обладают наибольшей компактностью, хотя и на-
иболее сложны в управлении.
Манипуляторы реальных роботов в большинстве
случаев содержат большее количество звеньев. В них
обычно реализуются различные комбинации рассмот-
ренных выше типов систем координат.
Рабочие органы манипуляторов служат для
непосредственного взаимодействия с объектами вне-
шней среды и делятся на захватные устройства и спе-
циальный инструмент. И те и другие рабочие органы
135
Рис. 6.1. Манипуляторы и их рабочие зоны с тре-
мя степенями подвижности, работающие в прямо-
угольной» (а), цилиндрической (б), сферической
(в) и угловой (г) системах координат
могут быть снабжены средствами очувствления (сен-
сорными устройствами).
Захватное устройство предназначено для того, что-
бы взять объект, удержать его в процессе манипули-
рования и отпустить по окончании этого процесса.
Существуют механические устройства — схваты, пнев-
матические и электромагнитные, а также их комбина-
ции.
Схваты — это аналог кисти руки человека. На рис.
6.2 показана конструкция двухпальцевого охвата
с пневмоприводом.
В тех случаях, когда объектом манипулирования
является рабочий инструмент, с помощью которого
робот может выполнять технологические операции
(сварку, окраску и т. д.), этот инструмент, как прави-
ло, не берется захватным устройством, а непосредст-
венно крепится к манипулятору вместо него.
Рис. 6.2. Двухпальцевый охват с пневмоприводом:
/, 2 — губки. 3, 4 — рычаги, а— пневмоцилиндр, 6 — пружина
Устройства передвижения. В роботах применяются
практически все известные на транспорте и в других
областях техники способы передвижения, кроме то-
го, предметом робототехники являются шагающие
транспортные средства.
Устройства передвижения состоят из ходовой час-
ти и ее приводов. По принципу действия ходовой части
эти устройства классифицируют на колесные, гусенич-
ные, на воздушной подушке, шагающие, ползающие
и т. д.
Приводы роботов. В состав привода входят двига-
тель, устройство управления им, механизмы для пере-
дачи и преобразования движения (редукторы, преоб-
разователи вращательного движения в поступатель-
ное и наоборот), тормоз и муфта.
Около 40 % роботов в мире выполнены на пневма-
тических приводах, примерно столько же— на гидрав-
лических, а остальные 20 % — на электрических, при-
чем доля последних неуклонно растет.
Пневматические приводы просты, дешевы и на-
дежны. Их недостаток—плохая управляемость. Они
широко применяются для роботов малой грузоподъ-
емности— до 10—20 кг.
Гидравлические приводы наиболее сложны и доро-
гостоящи по сравнению с пневматическими и электри-
137
ческими. Они наиболее эффективны для тяжелых и
сверхтяжелых роботов. Обладают хорошей управляе-
мостью.
Электрический привод имеет хорошую управляе-
мость, высокий КПД и удобство эксплуатации, но
имеет худшие массогабаритные характеристики по
сравнению с пневматическим и гидравлическим. Со-
здание новых типов компактных электродвигателей
специально для роботов способствует быстрому рас-
ширению применения этого привода.
Пневмопривод одной степени подвижности
содержит двигатель, распределительное устройство и
регулятор скорости. Двигатель может быть поступа-
тельного движения — пневмоцилиндр — и поворотный.
Пневмоцилипдр состоит из гильзы, выполненной из
прецизионной трубы обычно с фторопластовой на-
кладкой внутри, поршня с резиновым уплотнением,
которое имеет малое трение по фторопласту, и штока.
В пневмоцилиндры обычно встроен тормоз, включаю-
щийся в конце хода поршня.
Поворотные пневматические двигатели, применяе-
мые в роботах, имеют ограниченный угол поворота.
Их подвижная часть представляет собой лопасть, ук-
репленную на выходном валу и расположенную в коль-
цеобразном корпусе.
Распределительное устройство пневмопривода слу-
жит для управления подачей воздуха в двигатель.
Регулятор скорости привода поддерживает задан-
ную скорость его движения путем стабилизации рас-
хода воздуха, подаваемого в двигатель (например, с по-
мощью дросселя с обратным клапаном).
Сжатый воздух поступает на приводы робота от
общего блока питания, который состоит из аппарату-
ры подготовки воздуха и редуктора. Подготовка воз-
духа заключается в его очистке от влаги и механичес-
ких примесей и внесении распыленного масла для
смазки трущихся поверхностей в приводе. Редуктор
обеспечивает поддержание определенного давления
воздуха на входе привода. Пневматические приводы
работают на сжатом воздухе давлением 0,3—0,6 МПа
(3—6 кгс/см3).
Гидропривод состоит из тех же основных час-
тей, что и пневмопривод. Основой его является двига-
тель поступательного движения (гидроцилпндр) или
углового движения (поворотный гидродвигатель), ко-
138
торый устроен подобно аналогичным пневматическим
двигателям, только вместо сжатого воздуха в них ис-
пользуется жидкость (обычно масло) под давлением
до 20 МПа (200 кгс/см2). Гидродвигатели управляют-
ся с помощью золотников и клапанов, которые, в свою
очередь, имеют обычно электрическое управление, т. е.
представляют собой электрогидравлические усили-
тели.
Блок питания гидропривода состоит из гидронасо-
са, фильтра, регулятора давления, устройства охлаж-
дения (обычно водяного) и масляного аккумулятора
с запасом масла.
На рис. 6.3 приведена кинематическая схема робо-
та. В приводе выдвижения манипулятора (перемеще-
ние вдоль оси центров станка) шток гидроцилиндра 13
Рис. 6.3. Кинематическая схема робота
139
связан с выдвижной пинолью 1. Привод поворота ма-
нипулятора выполнен в виде реечной пары. Рейка-
шток гидроцилиндра 11 сцеплена с сектором 12, при-
крепленным к пиноли 1. Поворот пиноли задается на
блоке упоров 14, за счет поворота которого с помо-
щью гидроцилиндра 16 можно получить три точки
позиционирования.
Схват выдвигается гидроцилиндром 10, рейка-
шток которого сцеплена с зубчатым колесом 6, за-
крепленным на валу, проходящем внутри пиноли 1.
Затем вращение через шестерни 3 и 5 передается на
шестерню 4, сцепленную с рейкой 7, расположенной
в корпусе 2. Выдвижение задается на блоке упоров
/5, с помощью которого при повороте можно получить
три точки позиционирования.
Вращение схвата осуществляется от гидроцилинд-
ра 9: перемещение штока с помощью реечной переда-
чи преобразуется во вращательное движение и через
зубчатую пару передается на вал, проходящий внут-
ри рейки 7. Закрытие и раскрытие губок схвата вы-
полняются от гидроцилиндра 8.
Электропривод роботов применяется на ос-
нове различных типов электродвигателей: постоянно-
го тока, асинхронных (нерегулируемых и с частич-
ным управлением), шаговых и др., а также на основе
электромагнитов.
Комбинированные приводы создаются,
чтобы максимально использовать и объединить досто-
инства отдельных типов приводов. Существуют пнев-
могидравлические, пневмоэлектрические, гидроэлек-
трические приводы.
6.3. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТАМИ
Как указывалось, существуют системы програм-
много, адаптивного и интеллектуального управления
роботами.
При программном управлении в работе робота име-
ются два основных режима: режим программирова-
ния и режим воспроизведения программы.
Программировать можно либо путем ввода про-
граммы в запоминающее устройство робота, либо ме-
тодом обучения, при котором оператор один раз за-
ставляет робота выполнять всю последовательность
движений либо с помощью пульта управления, либо
140
Рис. 6.4. Схема свстолока-
ционного датчика
путем механического перемещения манипулятора ру-
кой оператора.
Простейший способ программного управления —
цикловое управление. По каждой степени подвижно-
сти программируется одно конечное положение. Ин-
формация об этом положении запоминается путем ус-
тановки механических упо-
ров (или флажков путевых
выключателей) на звеньях
манипулятора. Информация
о последовательности дви-
жений запоминается при та-
ком управлении с помощью
штекерных панелей, про-
граммных барабанов и дру-
гих электрических элемен-
тов. Информация о времени
выполнения каждого эле-
мента цикла дается на по-
тенциометрах и отрабаты-
вается реле времени.
Адаптивное управление роботами ведется с учетом
влияния факторов внешней среды, например решение
задачи взятия произвольно расположенных или под-
вижных предметов путем самонаведения на них за-
хватного устройства манипулятора.
Для такого управления робот должен быть снаб-
жен сенсорными устройствами.
На рис. 6.4 приведена функциональная схема сен-
сорного устройства в виде светолокационного датчика.
Световой поток, создаваемый лампой накаливания
Л, модулируется изменением напряжения питания, по-
ступающего с генератора Г, проходит через диафраг-
му и излучается в пространство. При появлении в поле
этого излучения какого-либо препятствия происходит
отражение светового потока. Часть отраженного све-
тового потока попадает на фотоприемник ФП, усили-
вается усилителем ИУ, настроенным на частоту моду-
ляции излучения, и через детектор Д подается на по-
роговое устройство ПУ. Последнее выдает сигнал при
превышении принятым сигналом заданного уровня.
Датчик имеет дальность действия 30—70 мм.
В роботизированных технологических комплексах
роботы выполняют операции транспортирования, ус-
тановки или снятия деталей и манипулирования ими
141
в рабочей зоне станка, складирования, контроля и др.
Робот может обслуживать как один станок, так и груп-
пу станков.
На рис. 6.5 показан технологический комплекс, со-
стоящий из специального шлифовального станка и пор-
Рис. 6.5. Круглошлифовальный станок с портальным ро-
ботом
тального робота. Робот снимает заготовки с подводя-
щего транспортера, загружает их в станок и переме-
щает на транспортер обработанные детали.
Контрольные вопросы
1. Каково назначение роботов?
2. Как классифицируются роботы?
3. Что вы знаете о трех поколениях роботов?
4. Из каких основных элементов состоит робот?
5. Каковы конструктивные особенности манипуляторов и при-
водов роботов?
6. Какие системы управления роботами применяются?
142
ГЛАВА 7
КОНСТРУКЦИИ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Станки предназначаются для обдирочной и чисто-
вой обработки деталей. В станках используются шли-
фовальные и алмазные круги, которые обеспечивают
высокую точность размеров и геометрической формы
и малую шероховатость поверхности деталей. На стан-
ки поступают главным образом заготовки после пред-
варительной механической и термической обработки
с минимальными припусками под обработку.
Базированием называется придание детали требу-
емого положения в пространстве относительно вы-
бранной системы координат. Например, при установ-
ке вала па круглошлифовальном станке необходимо,
чтобы ось вала совпадала с осью передней и задней
бабок, а вал имел только одну степень свободы — вра-
щение вокруг оси. Базирование детали производится
с помощью определенных базовых поверхностей. Для
обеспечения постоянного контакта детали с поверхно-
стями приспособления необходимо приложить опреде-
ленную силу или момент сил, создающих силовое за-
мыкание. Установка детали — это базирование и си-
ловое замыкание совместно.
Круглошлифовальные станки по способу базирова-
ния обрабатываемой детали делятся на следующие
группы: центровые (деталь базируется в центрах),
патронные (деталь базируется в патроне) и бесцен-
тровые (деталь базируется по одной или нескольким
обрабатываемым поверхностям). Применяются схемы
базирования на ведущем круге с опорным ножом и на
неподвижных опорах (башмаках) с ведущей торцовой
опорой. В зависимости от основных перемещений за-
готовки относительно круга обеспечивается шлифова-
ние проходное, врезное и комбинированное^ Примеры
методов шлифования приведены на рис. 7.1, где стрел-
ками указано направление подачи. При проходном
шлифовании круг изнашивается более равномер-
но и не оказывает заметного влияния на цилиндрич-
ность шлифуемой поверхности. Проходным шлифова-
нием достигается наименьший параметр шероховато-
143
сти: минимальное тепловыделение и лучшее качество
шлифуемой поверхности. Такой метод применяют для
обработки цилиндрических поверхностей значитель-
ной длины.
При врезном шлифовании изнашивание
круга непосредственно влияет на геометрическую точ-
ность шлифуемой поверхности.
Рис. 7.1. Методы круглого шлифования:
I — проходное шлифование, // — врезное шлифование, III — комбинирован-
ное; а —центровое (патронное) с прямолинейным перемещением, б — пат-
ронное с круговым качественным перемещением, в, г — бесцентровое с пря-
молинейным перемещением, б, е — центровое (патронное) с подачей пер-
пендикулярно оси детали, ж — центровое (патронное, бесцентровое) с по-
дачей под углом к оси детали, з — бесцентровое, « — центровое (патрон-
ное), « — бесцентровое; / — обрабатываемая деталь, 2 — шлифовальный
круг, 3 — ведущий круг, 4 — опорный нож, 5 — торцовой упор
Врезное шлифование применяют для обработки
коротких шеек, поверхностей, ограниченных буртами,
ступенчатых и фасонных форм, а также при необходи-
мости одновременно шлифовать шейку и торец.
Особенности комбинированного шлифования со-
стоят в том, что шлифование цилиндрической части
детали производится методом проходного шлифова-
ния и затем производится шлифование торцовой по-
верхности, при бесцентровом методе базирования про-
144
дольное перемещение детали ограничивается торцо-
вым упором.
7.2. КОМПОНОВКИ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Метод шлифования, способ базирования и назна-
чение станка определяют его компоновку. Основные
компоновочные схемы приведены на рис. 7.2. На ри-
сунке дуговыми стрелками отмечены узлы, которыми
проводится регулировка и настройка угла и конусооб-
разности, прямолинейными стрелками отмечены узлы,
которыми проводится регулировка положения детали
относительно шлифовального круга. На рис. 7.2 не
приведены компоновки, которые отличаются тем, что
Рис. 7.2. Основные схемы компоновок круглошлифовальных стан-
ков:
а, б, в, г —центровые с одним столом, д, е, яс — центровые с двумя сто-
лами, з, и — патронные с одним столом, к — патронный с двумя столами,
л — бесцентровый с неподвижным ножом, м — бесцентровый с подвижным
ножом, н — бесцентровый с неподвижными опорами (башмаками); I —
передняя бабка, 2—-задняя бабка, 3, 5 — столы, 4 — датчик осевого поло-
жения, 6 — бабка шлифовального круга, 1 — бабка ведущего круга, S —
нож
10-155
145
шлифовальный круг расположен под углом относи-
тельно оси стола (см. рис. 7.1,ж) станков с бесцен-
тровым базированием, которые имеют наклонное по-
ложение оси центров. Линией центров называется ус-
ловная прямая, соединяющая центры шлифовального
и ведущего кругов. При наклонной линии центров
обеспечивается лучший прижим детали к ведущему
кругу и более устойчивое вращение ее на выходе из
рабочей зоны при обработке напроход.
Наиболее существенным компоновочным отличием
станков с бесцентровым базированием детали являет-
ся способ установки опорного ножа — па станине или
на салазках ведущей бабки. В последнем случае нож
может перемещаться относительно оси ведущего кру-
га и вместе с ним, а бабка шлифовального круга вы-
полняется неподвижной относительно станины.
Станки с неподвижным ножом обеспечивают со-
хранение постоянства оси детали независимо от изно-
са кругов, это облегчает встройку станков в автома-
тические линии. В этом случае не требуется подналад-
ки транспортных устройств по мере износа кругов.
Однако конструкция станков усложняется, так как вво-
дятся механизмы, обеспечивающие перемещение обе-
их бабок, понижается жесткость шлифовальной баб-
ки и всей системы. Автоматы с неподвижной шлифо-
вальной бабкой (рис. 7.2, ,и) имеют меньшие габариты
и большую жесткость бабки шлифовального круга.
Такая схема компоновки принята при обработке изде-
лий с большим диапазоном переналадки.
Достижению высоких возможностей станков спо-
собствует тщательная отработка конструкций отдель-
ных узлов и функциональных блоков па базе унифи-
кации и создания модульных конструкций. Под
модульным унифицированным узлом (блоком) понима-
ют совокупность деталей и узлов, которая выполняет
одну и ту же функцию одинаковым способом, в раз-
личных масштабах (размерах) по возможности при
одинаковой технологии и широкой области примене-
ния. Пример модульного построения круглошлифо-
вального станка показан на рис. 7.3. Применение
модульного принципа позволяет создавать при ограни-
ченном количестве унифицированных модулей значи-
тельное количество станков разных модификаций,
предназначенных для обработки деталей широкого
диапазона размеров, а также специальных станков
146
Рис. 7.3. Л1одульяая конструкция станков:
и — основные узлы, б — патронный станок для врезного шлифования, в-—
патронный станок для врезного шлифования, оснащенный внутришлифо-
иальным шпинделем, установленным на столе, г — центровой станок для
врезного шлифования с обработкой торца, д — центровой станок для врез-
ного шлифования с двумя шлифовальными бабками, установленными под
углом к оси детали; 1—станина. 2 — тумба, 3 — шлифовальная бабка, 4 —
устройство правки, 5 — передняя бабка, 6 — задняя бабка, 7 — блок управ-
ления, 8 — шлифовальный круг, 9 — стол, 10 — внутришлифовальная бабка
с салазками
для выполнения узко ограниченных операций, но вы-
сокой производительности. Пример построения специ-
альных станков высокой производительности для вы-
полнения одной или ограниченного числа операций
приведен на рис. 7.3,6—г. В этом случае унифициро-
ванный модуль (блок) выполняется самодействую-
щим, например шлифовальная бабка совместно с ме-
ханизмом подачи, правки шлифовального круга и т.п.
Применение унифицированных узлов в станках с раз-
10*
147
7.1. Унификация узлов круглошлифовальных станков
Устройство (узлы) функционального назначения Способ базирования детали
в цент- рах в пат- роне бесцент- ровый
Бабка шлифовального круга 4- 4- 4-
Устройство балансировки шлифоваль- 4~ 4-
кого круга Устройство правки шлифовального + 4- 4~
круга Устройство подачи 4- 4- +
Стол 4- 4-
Бабка изделия (передняя бабка) 4- 4- +
Задняя бабка + 4-
Люнет 4- 4- Ч-*
Бабка ведущего круга 4-
Суппорт ножа 4-
Устройство базирования на непод- 4-
внжных опорах (башмаках)
Оправка 4- 4-
Патроны 4- Ч"
Центр 4-
Хомутики Цанга + 4- 4-
Л1агнитный патрон 4-
Специальные приспособления 4- 4- 4-
личными способами базирования детали приведено
в табл. 7.1. Таблица иллюстрирует применение одно-
типных узлов, отмеченных знаком «+», в различных
конструкциях станков.
7.3. УЗЛЫ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Шлифовальная бабка представляет собой корпус
жесткой конструкции, в котором смонтирован шпин-
дель шлифовального круга. Корпус шлифовальной
бабки может иметь перемещение, обеспечивающее по-
дачу шлифовального круга, или неподвижно закреп-
лен на станине станка. В последнем случае подача
при шлифовании обеспечивается деталью. Подача
шлифовального круга может выполняться по прямо-
линейной или криволинейной траектории (качанием).
Прямолинейная траектория подачи осуществляет-
ся по комбинированным направляющим (плоская
148
и призматическая), выполненным чаще в виде направ-
ляющих качения или гидростатических, реже — сколь-
жения. На рис. 7.4, а представлена шлифовальная баб-
ка, в корпусе 4 которой смонтирован шпиндель 77 на
гидродинамических подшипниках 7 и 2. Шпиндель
фиксируется в осевом направлении двумя сферически-
ми бронзовыми кольцами 8 и 9, прижимаемыми с двух
сторон к торцам бурта шпинделя корончатой гайкой
7, которая фиксируется контргайкой 6. На нижней ча-
сти корпуса 4 имеется плоская 5 и призматическая 10
направляющие качения. Шлифовальный круг на
шпинделе установлен консольно. При такой установ-
ке круга размеры Л; и L2 должны быть минимально
возможными, а размер D — максимальным. Это обес-
печивает наибольшую жесткость шлифовального
шпинделя. Привод шпинделя — через ременную пере-
дачу шкивом 3, непосредственно установленным на
шпинделе. Для разгрузки шлифовального шпинделя от
радиальных усилий со стороны привода шкив выпол-
няется разгруженным (рис. 7.4,6). В этом случае
шпиндель 77 жестко связан с полумуфтой 12, а упру-
гие диски 13 и 75, сидящие на промежуточном шли-
цевом валике 16, с помощью торцовых зубьев и вин-
тов соединяют полумуфту 12 с разгруженным шкивом
14. Чтобы снять осевые нагрузки, возникающие при
работе, упругий диск 13 жестко соединен с промежу-
точным валиком, а упругий диск 75 может переме-
щаться на шлицах. На рис. 7.4, в показана схема ус-
тановки шлифовального круга (набора кругов) 20,
смонтированного на шпинделе 77 между опорами 77
и 19, при этом опора 19 воспринимает осевые нагруз-
ки круга. Опоры 77 и 19 монтируются на шпинделе.
Шпиндель с опорами устанавливается в корпусе 4
и крепится крышками корпуса 18.
Криволинейная траектория подачи (рис. 7.4, а)
осуществляется методом качания на небольшой угол
относительно оси 21, расположенной на станине или
специальных салазках 22, которые служат для регу-
лировочного перемещения шлифовальной бабки 4 при
настройке на размер обрабатываемой детали.
Устройство для балансировки шлифовального кру-
га. Обеспечение высокого качества поверхности при
круглом шлифовании в значительной мере зависит от
уровня колебаний системы деталь — шлифовальный
круг. При вращении деталей, имеющих смещение цент-
149
ра тяжести относительно оси вращения, возникают
неуравновешенные центробежные силы, создающие
добавочную нагрузку, в результате появляются вред-
ные вибрации.
Сочетание высоких скоростей резания с большой
массой шлифовального круга требует необходимости
проводить его динамическую балансировку. Баланси-
ровка— уравновешивание вращающихся машинных
частей. Динамическая балансировка производит та-
кое перемещение масс, при котором центр тяжести со-
впадает с осью вращения и ось вращения превраща-
ется в главную ось инерции.
Когда балансировка проводится неавтоматически,
на планшайбе предусмотрены уравновешивающие гру-
зики, которые размещены в кольцевых выточках. Ба-
лансировку производят изменением положения этих
грузиков.
Находит применение устройство для балансировки
непосредственно на шлифовальном станке.
Существуют два способа балансировки: 1) само-
Рис. 7.4. Шлифовальная
я — шлифовальная бабка с консольным креплением круга, б — конструкция
круга между опорами шпинделя, г — шлифовальная бабка с круговой
150
балансировка с использованием закритической часто-
ты (автоматическая); 2) смещение дополнительных
уравновешивающих грузов. Трудность реализации
первого способа заключается в том, что система шли-
фовальный круг — шпиндель должна иметь перемен-
ную переключаемую жесткость.
Другой метод балансировки предусматривает три
варианта (по виду установки балансировочных гру-
зов): 1) постоянная величина уравновешивающей
массы при изменяющихся радиусе и фазовом угле;
бабка:
разгруженного приводного шкива, в — схема установки шлифовального
траекторией подати
151
2) две равные уравновешивающие массы, располо-
женные на равных радиусах, но фазовый угол пере-
менный; 3) две уравновешивающие постоянные мас-
сы, перемещающиеся по двум взаимно перпендикуляр-
ным осям координат, так что их результирующая
масса соответствует величине дисбаланса.
На рис. 7.5, а показано устройство, разработанное
фирмой «Fortuna», которое работает по первому ва-
б)
Рис. 7.5. Устройства балансировки шлифовального круга
рианту (/ — регулятор компенсирующей величины;
2 — шлифовальный круг; 3 — датчик; 4 — показыва-
ющее устройство). Уравновешивающая масса 5 может
смещаться в радиальной плоскости, а затем пово-
рачиваться на требуемый фазный угол. Уравновешива-
ющая масса и устройство регулирования располага-
ются в шпинделе. Регулирование выполняют с конца
шпинделя, противоположного кругу. Устройство обес-
печивает балансировку при восьми различных часто-
тах вращения.
Другая конструкция устройства приведена на рис.
7.5,6. Внутри редуктора расположены два груза-сек-
тора 4 и 5, которые перемещаются относительно кор-
пуса и один относительно другого. На наружной сто-
роне корпуса редуктора находятся рукоятки / и 2, при
помощи которых через зубчатые передачи вращаются
грузы. Грузы вращаются одновременно в одну и туже
сторону, но груз 5 незначительно отстает от груза 4.
Происходит непрерывное изменение взаимного их рас-
положения, чем и обеспечивается возможность устра-
152
нения дисбаланса. Когда рукоятка 2 сделает 128 обо-
ротов, грузы сделают один полный оборот. Когда ру-
коятка 1 сделает 64 оборота, грузы сделают тоже одни
полный оборот, но уже в противоположном направле-
нии, так как передача вращения присходит через шес-
терню 3.
При балансировке круга редуктор совместно с ру-
коятками / и 2 вращается вместе с шлифовальным
кругом. Для приведения в действие балансировочного
механизма достаточно приостановить вращение, за-
тормозив одну из рукояток. При торможении рукоят-
ки 1 приводятся во вращение шестерни редуктора
и заставляют грузы перемещаться относительно кор-
пуса и между собой. Если при торможении рукоятки
1 видно, что наиболее благоприятное положение прой-
дено и дисбаланс начинает увеличиваться, следует от-
пустить рукоятку 1 и затормозить рукоятку 2. В этом
случае грузы получают обратное вращение со скоро-
стью в два раза меньшей. Следовательно, приторма-
живая рукоятки поочередно, можно найти наиболее
благоприятное положение грузов для снижения дисба-
ланса.
Автоматизация процесса балансировки позволяет
не только улучшить качество шлифования, но и сокра-
тить время балансировки более чем в 20 раз.
Устройство правки шлифовального круга. Оно
предназначается для поддержания режущих свойств
и формы круга в процессе шлифования. В зависимо-
сти от вида шлифования и типа станка применяемые
шлифовальные круги имеют различные формы обра-
зующей. Образующая шлифовального круга при врез-
ном шлифовании определяется формой обрабатывае-
мой поверхности и может быть представлена как от-
дельными прямыми и плавными кривыми линиями,
так и их сочетанием. Для правки шлифовального кру-
га в основном применяется алмазный инструмент в ви-
де единичного алмаза или фасонного алмазного роли-
ка различной формы, реже — алмазной чашки. Фор-
мообразование фасонной поверхности производится
единичным алмазом с помощью копира или кинемати-
чески с помощью системы ЧПУ.
Для станков универсального направления приме-
няются устройства правки с единичным алмазом, ко-
торые для получения заданной формы используют ко-
пир. На рис. 7.6 показано устройство правки, которое
153
fi)
г>
Рис. 7.6. Усгройсib.'i правки круга
154
обеспечивает одно- или двухпроходную правку по
гладкому или ступенчатому копиру. Устройство вклю-
чается либо по команде от реле счета количества про-
шлифованных деталей, либо от нажатия кнопки опера-
тором. По продольным роликовым направляющим 2,
смонтированным на корпусе /, перемещается каретка
3. На каретке под углом 45° смонтированы попереч-
ные роликовые направляющие 8, по которым переме-
щается суппорт 13, опирающийся па копир 1'5, смон-
тированный на корпусе 1. Тонкая регулировка копира
выполняется винтами 16 и 17. Каретка перемещается
штоком 20, связанным с гидроцилипдром. В суппорте
13 смонтирована пиноль 18, в нижний конец которой
вставляется алмазодержатель 19. К противоположно-
му торцу пиноли привинчена полугайка 9. Регулиров-
кой пружины 10 и полугайки 11 выбирается зазор
в ходовом винте 12. Ходовому винту сообщается вра-
щательное движение либо от маховика через вал 14
и цилиндрическую пару 5 и 7, либо от храпового ко-
леса 6. Храповое колесо получает периодическое вра-
щение от плунжера 4, на котором смонтирована собач-
ка. Перемещаясь, она входит в зацепление с храповым
колесом и поворачивает его на угол, величина которо-
го регулируется с помощью заслонки. Заслонка пере-
мещается вращением рукоятки, на которой цифрами
показана глубина врезания алмаза. При подаче
команды на однопроходную правку по гладкому или
ступенчатому копиру выполняются следующие движе-
ния: поперечная подача алмаза на установленную ве-
личину, продольная подача алмаза с установленной
скоростью до конца хода, суппорт 13 отводится от ко-
пира, совершается быстрый отвод каретки 3 в исход-
ное положение.
Устройство правки, которое используется для прав-
ки ведущего круга бесцентрово-шлифовального стан-
ка, имеет следующие отличия от приведенного на рис.
7.6, а:
алмазодержатель выполнен так, что в него встав-
ляется промежуточная оправка 21, которая регулиру-
ет алмаз 22 по высоте, смещая относительно оси пи-
ноли 18;
направляющие 8 монтируются на каретке 3 под уг-
лом 90°, т. е. обеспечивают движение непосредственно
по радиусу к шлифовальному кругу.
Для получения формы круга с образующей малого
155
радиуса, например для шлифования желоба на коль-
це подшипника, применяется специальный правиль-
ный прибор (рис. 7.6,6). Прибор, собранный в корпу-
се 7, имеет шпиндель 4, на конце шпинделя закреплен
рычаг 3 с алмазодержателем 1. Поворот шпинделя
производится гидроцилиндром 6 с помощью гибкой
ленты, которая соединяет подвижный корпус гидроци-
линдра 6 и шкив 5, установленный на шпинделе 4.
Угол поворота регулируется винтами, которые ограни-
чивают ход гидроцилиндра 6. Регулировку радиуса
выполняют маховичком 2.
Корпус 7 имеет перемещение, которое компенсиру-
ет износ шлифовального круга. Привод корпуса мо-
жет быть выполнен аналогично приводу пиноли 18
'(рис. 7.6, а).
Правка алмазным роликом применяется в основ-
ном на стенках, предназначенных для крупносерийно-
го и массового производства. В процессе правки ал-
мазному ролику сообщается принудительное враще-
ние. Правильное устройство вращающимся роликом
методом врезания, т. е. копированием формы, показа-
но на рис. 7.6,в. Алмазный ролик 1 установлен на
оправке 7, которая с помощью специальных опор смон-
тирована в корпусе 2. Привод ролика — с помощью
шкива 6, через ременную передачу от двигателя, ко-
торый закреплен на корпусе 2. В качестве двигателя
может использоваться как электро-, так и гидродвига-
тель. Существуют конструкции, в которых двигатель
установлен соосно с роликом без промежуточного
шкива. Корпус 2 соединен с пинолью 3, которая уста-
новлена в корпусе 4 на направляющих качения и пе-
ремещается в радиальном направлении к шлифоваль-
ному кругу. Пиноль перемещается винтом 5. Переда-
ча винт — гайка выполняется беззазорной. Привод
винта 5 в зависимости от принятой системы управле-
ния может быть или от отдельного привода (электри-
ческого или гидравлического), или от системы меха-
низма подачи. При всех конструкциях привода винта
5 имеется кинематическая цепь, позволяющая подна-
лаживать алмазный ролик вручную.
Правка алмазным роликом производится не толь-
ко методом врезания, когда ось ролика и шлифоваль-
ного круга параллельны, но и методом копирования,
когда ось цилиндрического ролика перпендикулярна
оси шлифовального круга. Методом копирования
156
обычно формируют периферийную цилиндрическую
поверхность, сопряженную с плоскими торцами (рис.
7.6, г) алмазным роликом 1 цилиндрической формы.
Для ускорения процесса правки и получения цилин-
дрической формы шлифовального круга может быть
применен алмазный ролик в виде чашки, в этом слу-
чае оси ролика и круга также перпендикулярны.
Устройство механизма подачи. Механизмы подачи
обеспечивают установочные перемещения, рабочее
движение круга, его компенсацию. Привод механиз-
ма— от электродвигателя или гидропривода (цилин-
дром или двигателем).
На рис. 7.7, а показан вариант с приводом от гид-
роцилиндра 8. Гидроцилиндром выполняется перио-
дическая автоматическая подача. Ско-
рость подачи в зависимости от перехода цикла регу-
лируется расходом масла, подаваемого в цилиндр. Че-
рез систему зубчатых передач поступательное движе-
ние штока гидроцилиндра превращается во враща-
тельное движение ходового штока 3, последнее гайкой
1 трансформируется в поступательное движение шли-
фовальной бабки 2. Конструкция винтовой пары гай-
ка— винт выполнена беззазорной.
Ручная подача шлифовальной бабки произво-
дится маховиком 10 при расцеплении гидравлическо-
го привода с помощью кнопки 9. Кинематическая
связь с ходовым винтом та же.
Быстрый подвод — отвод шлифовальной
бабки осуществляется гидроцилиндром 4. При подаче
масла в одну из полостей цилиндра 4 бабка 2 пере-
мещается вместе со штоком 3. Шестерня 6 выполнена
высокой, так, чтобы при быстром отводе — подводе
кинематическая связь ходового винта и шестерни 7 не
нарушалась. Перемещение шлифовальной бабки для
компенсации износа круга производится с помощью
механизма 5 за счет дополниительного поворота гай-
ки 1. Одно из исполнений механизма компенсации по-
казано на рис. 4.6. На рис. 1.1,6 показана конструк-
ция аналогичного механизма подачи с приводом от
шагового двигателя 11, где механизм 12 установлен
вместо шестерни 7. На рис. 7.7, в показан механизм
подачи круглошлифовального станка, правка круга
которого производится вращающимся алмазным ро-
ликом 13. Автоматическая подача в цикле произво-
дится от шагового электродвигателя 12 через систему
157
зубчатых передач за счет вращения гайки 1 ходового
винта 3. Подвод и отвод бабки при смене круга также
проводится двигателем 12. Исходное положение баб-
ки контролируется датчиком 18 при включенной муф-
Рис. 7.7. Конструкция механизма подачи
158
те 17. Для правки шлифовального круга алмазный ро-
лик подается с помощью винта 14. На винте 14 и хо-
довом винте 3 установлены червячные шестерни,
которые имеют кинематическое замыкание через си-
стему конических зубчатых колес таким образом, что
перемещение алмазного ролика строго соответствует
перемещению бабки изделия. В автоматическом режи-
ме синхронное движение ролика и шлифовальной баб-
ки производится от шагового двигателя 15, ручное пе-
ремещение— от маховика 16.
Стол. Круглошлифовальные станки с базировани-
ем детали в патроне или в центрах имеют столы раз-
личной конструкции. Столы различных компоновок
показаны на рис. 7.2. На продольных направляющих
станины установлен нижний стол 1 (рис. 7.8, а), кото-
рый несет на себе поворотный верхний стол 3. При
шлифовании конусов верхний стол может быть повер-
нут на требуемый угол с помощью винта 2 вокруг
шарикоподшипника 13. Верхний стол закрепляется
в нужном положении прижимами 9 и 16. Левый при-
жим снабжен шкалой и индикаторным устройством
8 для отсчета угла поворота верхнего стола и конус-
ности детали. Ручное перемещение нижнего стола по
направляющим станины производится вращением ма-
ховика специального механизма, шестерня которого
находится в зацеплении с рейкой 6, закрепленной на
нижнем столе.
Рис. 7.7. Продолжение
159
Для гидравлического перемещения стола преду-
смотрен цилиндр 12, крышки 11 и 14 которого закреп-
лены на станине станка. Концы 10 и 15 двусторонне-
го штока поршня этого цилиндра связаны с нижним
столом кронштейнами 7 и 17. В Т-образном пазу ниж-
него стола закреплены упоры, положение которых оп-
ределяет длину хода стола при автоматическом ревер-
се. На передней стенке станины закреплен откидыва-
ющийся индикаторный упор 5, на который действует
закрепленный в Т-образном пазу упор 4, что позволя-
ет отсчитывать тонкие продольные перемещения ниж-
него стола.
Приведенная на рис. 7.8, а конструкция стола при-
меняется в основном на станках универсального на-
значения для шлифования напроход и осевого фикси-
рования при врезном шлифовании. Для специальных
и специализированных станков, например, когда не-
обходимо для обработки одной детали методом вреза-
ния несколько раз ее фиксировать в различных поло-
жениях по оси детали, применяется электромеханиче-
ский привод стола (рис. 7.8,6). В этом случае на ста-
нине 6 монтируется ходовой винт 5 с приводом от
Рис. 7.8. Стол круглошлифовального стайка
160
шагового двигателя 7. На нижнем столе 1 закрепляется
гайка качения 4, обеспечивающая беззазорное соеди-
нение с ходовым винтом. Скорость осевого перемеще-
ния достигает до 10 м/мин. Для обеспечения необхо-
димой точности останова стола может быть использо-
ван специальный датчик 3. Точное фиксирование
выполняется делительным штифтом 2, который имеет
устройство для принудительного удаления его из гнез-
да с помощью гидроцилиндра. Позиционирование сто-
ла может осуществляться с помощью ЧПУ и выводом
цифровой индикации на пульт управления. Конструк-
ции подобного типа применяют на специализирован-
11-155
161
(s
(d
co
о
пых станках для обработки коренных и шатунных ше-
ек коленчатых валов и опорных шеек и кулачков рас-
пределительных валов.
Специальное исполнение имеет верхний стол при
выполнении специальных операций (рис. 7.8, в). Для
получения профиля, отличного от круглого, например
кулачков 3 распределительного вала двигателя, необ-
ходимо детали кроме вращения вокруг своей оси со-
общить дополнительное движение в плоскости шлифо-
вального круга. Для этого применяется качающийся
стол 1, закон перемещения которого задается эталон-
ным копиром 2. На рис. 7.8, г показан стол круглошли-
фовального станка для шлифования кулачков распре-
делительного вала. Стол состоит из двух частей: 1 —
нижний стол, имеющий продольное перемещение по
направляющим станины для позиционирования кулач-
ка против шлифовального круга. На столе посредст-
вом вала 2 установлен поворотный стол 4, на котором
закреплены передняя 3 и задняя 5 бабки. Для обеспе-
чения необходимой жесткости на валу 2 смонтирова-
ны подшипники скольжения с комбинированным гид-
ростатическим и гидродинамическим эффектом.
11*
163
Бабка изделия или передняя бабка служит для ба-
зирования детали и сообщения ей вращательного дви-
жения. Типовая конструкция бабки изделия зависит от
способа базирования детали, регулировочных и на-
ладочных движений, которые должны ею осуществ-
ляться, а также от особенностей конструкции станка.
Бабка изделия для базирования детали в центрах на
станках, выполненных по схемам, приведенным на
рис. 7.2, а—ж, показана на рис. 7.9, а.
Шпиндель 4 с центром 7 в корпусе 2 бабки непо-
движен, и обрабатываемая деталь посредством хому-
тика получает вращение от поводка 6, запрессованно-
го в планшайбу 5. Последней сообщается движение
от электродвигателя постоянного тока 1 с помощью
двух клиноременных передач от шкива 3 (промежу-
точные шкивы не показаны) к шкиву 8, который скре-
плен с планшайбой 5. Частота вращения детали регу-
лируется бесступенчато. Для обеспечения жестко-
сти диаметр d шпинделя выполняется большего раз-
мера.
На рис. 7.9,6 приведена конструкция, которая обе
спечивает регулирование осевого положения обраба-
тываемой детали. Корпус бабки 5 устанавливается не-
подвижно на столе. В корпусе имеются две параллель-
ные расточки. В одной монтируется неподвижный
шпиндель 6, в котором имеется специальное коничес-
кое гнездо для установки базирующего элемента, цен-
тра 8. Конструкция передней бабки не дает вращаться
шпинделю в процессе шлифования. Центр 8 не вра-
щается из-за специально подобранного значения мон-
тажного конуса (конус Морзе). Для автоматического
позиционирования заготовки на шпинделе 6 имеется
гайка 3, которая сопрягается с точным винтом 4. Винт
от привода 2 получает вращение, в результате чего
шпиндель имеет продольное перемещение. Величина
полного перемещения составляет около 5 мм. Прекра-
щение подачи пиноли контролируется специальным
устройством, установленным на станине станка. Для
сообщения вращения заготовке на своих подшипни-
ках смонтирована планшайба 7. Она получает вра-
щение через систему цилиндрических зубчатых ко-
лец, установленных в корпусе бабки 5, приводного
шкива 1.
Для станков, базирование детали на которых про-
изводится в патроне (см. схему на рис. 7.2, з—/с) или
164
в центрах с вращающимся шпинделем при регулиро-
вании осевого положения обрабатываемой детали,
а также возможности остановки шпинделя 6 задан-
ным угловым положением, конструкция бабки изде-
лия приведена па рис. 7.9, в. В корпусе 5 бабки смон-
тирована пиноль 4, на подшипниках которой собран
шпиндель б. Шпиндель с передней стороны имеет фла-
нец, на котором монтируется патрон, на противопо-
ложном конце установлен приводной шкив 1. Шпин-
дель выполнен полым, так что со стороны фланца име-
ется коническое гнездо для установки центра 7. Осевая
регулировка обрабатываемой детали производит-
ся перемещением пиноли 4 в корпусе 5. Ходовой винт
2 неподвижно соединен с пинолью. Осевое движение
ходового винта определяется гайкой 3, которая не
имеет осевого перемещения, а вращение получает от
механизма 8, например, выполненного в виде реечной
передачи, где рейкой является плунжер гидроцилинд-
ра. Величина перемещения пиноли определяется спе-
циальным измерительным устройством, установлен-
ным на станине станка. Механизм 8 может иметь при-
вод от электродвигателя, например шагового.
Жесткость конструкций бабок изделия определяет-
ся размерами d и соотношением размеров L и d, по-
этому наиболее жесткими являются те, у которых ве-
личина диаметра d значительна, а величина L наи-
меньшая. Основным требованием, предъявляемым
к бабкам изделия, является их жесткость, так как ба-
зирующий элемент (центр) в процессе обработки ос-
тается неподвижным. Для конструкции, приведенной
на рис. 7.9, в, предъявляются дополнительные требо-
вания по точности вращения (радиальное и осевое
биения), так как эти параметры оказывают влияние
на окончательную точность шлифования.
При бесцентровом базировании детали на непо-
движных опорах (башмаках) главные требования,
предъявляемые к бабке изделия, — осевая точность
и жесткость. Радиальное биение шпинделя и радиаль-
ная жесткость несущественны, так как эти усилия вос-
принимаются башмаками, неподвижно установленны-
ми на корпусе бабки изделия. Конструкция бабки из-
делия для базирования детали на башмаках приведена
на рис. 7.9,г. Бабка изделия выполняет следующие
функции: обеспечивает установку изделия относитель-
но шлифовального круга и вращение изделия вокруг
165
собственной оси. На корпус И бабки изделия устанав-
ливают башмачное устройство 8. В расточке корпуса
устанавливают пиноль 3, получаюш.ую наладочное пе-
ремещение вдоль своей оси от косозубой шестерни 5,
которая вращается при грубых перемещениях и имеет
осевое перемещение от винта 6 при точных перемеще-
ниях. Косозубая шестерня зацепляется с зубьями рей-
ки, выполненной на пиноли. В пиноли на прецизион-
ных радиально-упорных подшипниках, собранных
с предварительным натягом, установлен пустотелый
шпиндель 4. На переданем конце шпинделя крепится
магнитный патрон, на заднем — приводной шкив и то-
косъемник 12 магнитного патрона. Существует конст-
рукция магнитного патрона, у которого напряжение
подается на неподвижную (невращающуюся) катуш-
ку. В этом случае магнитный патрон крепится на кор-
пусе, токосъемник не используется.
Шпиндель вращается от электродвигателя 2 пере-
менного тока через зубчатую и ременную передачи.
Зубчатая передача собрана в корпусе 1. Корпус име-
ет перемещение в направлении оси пиноли, которое
необходимо для совмещения ручьев шкивов ременной
передачи при регулировании пиноли.
Корпус 11 бабки изделия имеет шпоночный паз,
перпендикулярный оси пиноли. Он используется для
установки изделия относительно шлифовального кру-
га при наладке на размер обработки, после чего кор-
пус и подвижная плита 9 жестко соединяются. Шпон-
ка 10, по которой перемещается корпус, закреплена на
подвижной плите 9. Плита имеет угловую регулиров-
ку, которая производится поворотом вокруг оси 7. По-
сле этого плита с корпусом скрепляются механизмом
зажима.
Механизм зажима бабки изделия, представленный
на рис. 7.9, д, установлен в корпусе 11. Вращение (по
часовой стрелке) маховичка, выведенного на наруж-
ную сторону бабки, и соответственно червяка переда-
ется на червячное колесо-гайку 13, в которую ввернут
винт 14. Фланец 15 обеспечивает поступательное дви-
жение винта, ограничивая его вращение. При движе-
нии винта прихват 16 прижимает корпус 11 бабки
к плите 9.
Задняя бабка применяется в станках с базировани-
ем детали в центрах, а также в станках с базировани-
ем детали в патроне. В тех случаях, когда деталь име-
166
<‘т большую длину, хотя обработка ведется на неболь-
шой длине в непосредственной близости к патрону,
необходимо поддержать деталь, т. е. использовать зад-
нюю бабку. В станках универсального назначения
задняя бабка имеет ручное управление, которое может
совмещаться с гидрофицированным. На рис. 7.10, а по-
Рис. 7.10. Задняя бабка
казана задняя бабка, которая имеет ручной гидравли-
ческий отвод пиноли. В коническом отверстии пиноли
установлен центр 1. Деталь зажимается в центрах
действием пружины 2. Ручной отвод пиноли произво-
дится поворотом детали 3. Гидравлический отвод пи-
ноли управляется педалью, расположенной па перед-
167
ней стенке станка. Пиноль отводится плунжером 4,
к которому через гибкий шланг подводится масло из
гидросистемы.
Регулировать конусность при обработке можно
смещением центра задней бабки в горизонтальной
плоскости. Регулировка конусности может вестись как
вручную по результатам замеров обработанной дета-
ли, так и автоматически при использовании специали-
зированных устройств активного контроля в сочетании
с необходимыми устройствами подналадки. На рис.
7.10,6 показано устройство задней бабки, которое ис-
пользуется для автоматической коррекции конусооб-
разности и применяется, как правило, в массовом
и крупносерийном производстве.
Обрабатываемая деталь 1 измеряется устройства-
ми 11 и 13, которые подводятся цилиндром 12. Изме-
рительные устройства измеряют деталь в различных
осевых сечениях. При подаче команды на коррекцию
конусообразности (нецилиидричности) показания
приборов 11 и 13 в преобразователе 10 формируют
электрический или гидравлические сигналы на испол-
нительные элементы: управляющий золотник 8 и гид-
равлический преобразователь 9. В результате подачи
масла в цилиндр 7 шток-рейка поворачивает винт
6. В том случае, если в качестве привода применен ша-
говый электродвигатель, преобразователь 10 форми-
рует величину и направление поворота шагового дви-
гателя.
При повороте винта 6 гайка 5 получает осевое пе-
ремещение, в результате которого ролик 4, закреплен-
ный на гайке, перемещает паз, выполненный в пино-
ли 3. При этом пиноль 3 поворачивается вокруг оси
(наружной поверхности). Центровое гнездо для цент-
ра 2 выполнено эксцентрично оси наружной поверхно-
сти пиноли, поэтому при повороте пиноли вокруг сво-
ей оси центр 2 смещается в горизонтальной плоско-
сти, в результате регулируется конусообразность
обрабатываемой детали.
Люнеты. При обработке длинных и тонких деталей
нужна дополнительная опора в виде люнета. Приме-
няются двух- и трехопорные типы люнетов.
Двухопорный люнет устанавливается непосредст-
венно в зоне шлифуемой поверхности, а трехопор-
ный— для создания центрирующей опоры по ранее
шлифованной базирующей поверхности детали.
168
В двухопорном люнете (рис. 7.11, а) упоры 3 и 8
с контакторными башмаками 4 и 7 расположены по
направлению действия горизонтальной и вертикаль-
ной составляющих силы шлифования. По мере умень-
шения диаметра обрабатываемой шейки 5 при шли-
Рис. 7.11. Люнет
фовании упоры непрерывно подводят винтами 1 и 10
до касания с поверхностью шейки. Сначала поджима-
ют вертикальный упор 8, а затем — горизонтальный
3. Особенно точно регулируют горизонтальный упор,
который расположен против круга 6, так как в основ-
ном от него зависит точность обработки. Чтобы в про-
цессе регулирования не допускать пережима обраба-
тываемого вала упорами, имеются ограничительные
кольца 2 и 9, которые устанавливаются по размеру
отшлифованной шейки и при последующем шлифова-
нии однотипных деталей ограничивают перемещение
упоров.
Такую конструкцию люнетов применяют в единич-
ном и серийном производстве. В массовом производст-
ве используют конструкции следящих люнетов. Схема
работы одного из них показана на рис. 7.11,6. По ме-
169
ре удаления припуска и уменьшения размера шейки
упорные башмаки 1 автоматически следуют за обра-
батываемой поверхностью под действием пружины 2
и клина 3. В связи с малым углом конуса клиновой
механизм замыкает кинематическую цепь и препятст-
вует отжиму башмаков /. В исходное положение баш-
маки отводятся штоком 4 гидропривода. Усилие под-
жима башмака 1 к шлифуемой шейке регулируется.
Следящий люнет предотвращает прогибание вала, обе-
спечивает постоянное положение геометрической оси
независимо от съема, сокращает время настройки
и позволяет автоматизировать процесс шлифования
длинных валов.
На рис. 7.11, в приведена схема двухопорного лю-
нета с управляемым движением опорных башмаков
и подвижным корпусом. В корпусе 5 смонтированы
две пиноли, каждая перемещается вдоль своей оси.
Пиноль 7 перемещается от винта 4, а пиноль 11— от
винта 3. Осевое положение винта 4 регулируется втул-
кой 2, а винта 3 — втулкой 1. На каждом винте име-
ется зубчатое колесо. На конце пиноли 7 башмак 8
непосредственно касается обрабатываемой детали 9
и служит горизонтальной опорой. Вертикальная опо-
ра— башмак 10 — установлен на рычаге 6, который
перемещается пинолью 11. Зазор винтовых пар
винт — пиноль выбирается пружинами. Поршень-рей-
ка 13 непосредственно вращает винт 4, а зубчатое ко-
лесо 12 — винт 3. Синхронность движений башмаков
8 и 10 достигается промежуточным зубчатым колесом
12 и величинами плеч рычага 6.
Вращательное движение винту 4 может переда-
ваться не от гидроцилиндра со штоком-рейкой 13,
а от шагового электродвигателя. Синхронизация дви-
жений башмаков остается та же.
Цилиндр 14 установлен на станине для перемеще-
ния корпуса 5 люнета в рабочее положение (показан-
ное на рисунке) и в исходное — при смене обрабаты-
ваемых шатунных шеек коленчатого вала, когда про-
изводится установка их в положение обработки.
Бабка ведущего круга. На бесцентровых шлифо-
вальных станках обрабатываемая деталь не зажима-
ется в специальных приспособлениях, а свободно ле-
жит на ведущем круге и ноже или на жестких опорах
(башмаках). Бабка ведущего круга должна обеспе-
чить три установочных перемещения: поступательное
170
(перпендикулярно оси ведущего круга)—при налад-
ке с одного размера обрабатываемой детали на другой
или при компенсации износа ведущего круга, поворот-
ные— в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Поворотом в горизонтальной плоскости регулируются
форма рабочей зоны при шлифовании папроход, ко-
нусность или разноразмерность, если одновременно
обрабатываются две детали, при шлифовании вреза-
нием. Поворот в вертикальной плоскости предназначен
для создания подачи на станках, работающих иапро-
ход, или поджима детали к торцовому базирующему
элементу на станках, работающих врезанием. Для
обеспечения указанных движений бабка ведущего
круга состоит из двух или трех корпусных деталей. На
рис. 7.12, а приведена конструкция, где в поворотном
Рис. 7.12. Бабка ведущего круга
корпусе 3 смонтирован шпиндель ведущего круга 4.
В зависимости от высоты круга шпиндель может быть
выполнен с консольным креплением (см. рис. 7.12, а)
или портальным (рис. 7.12, б). Корпус 3 поворачива-
ется в вертикальной плоскости вокруг оси штыря 5.
Величина поворота в вертикальной плоскости состав-
ляет примерно 30' для станков, работающих вреза-
нием, и до нескольких градусов — для станков, рабо-
тающих напроход. Корпус 2 служит для монтажа кор-
пуса 3 и поворачивается в горизонтальной плоскости
вокруг оси пальца 6. В корпусе 2 также смонтировано
устройство правки 1 ведущего круга. Палец 6 уста-
новлен в салазках 7, которые перемещаются для на-
стройки на размер и компенсации износа ведущего
171
.’.руга. Перемещение выполняют с помощью ручного
механизма, корпус 8 которого крепится на салазках
7. В тех случаях, когда на салазках 7 устанавливает-
ся суппорт опорного ножа, салазки обеспечивают по-
дачу при врезном шлифовании и компенсацию износа
шлифовального круга при шлифовании напроход с по-
мощью механизма подачи, в цепь которого также вхо-
дит механизм ручного перемещения.
При малых углах поворота в вертикальной плос-
кости шпиндель ведущего круга монтируется непо-
средственно в корпусе 2, в этом случае под корпус ус-
танавливается постоянный клиновой компенсатор, что
повышает жесткость и виброустойчивость при шлифо-
вании.
На станках, работающих напроход с большими
скоростями подач, применяется конструкция корпуса
бабки (см. рис. 7.12,6), позволяющая поворачивать
его на угол до 9° при сохранении высокой жесткости.
Поворотное (в вертикальной плоскости) и поступа-
тельное перемещение корпуса 2 происходит по цилин-
дрическим направляющим большого радиуса салазок
7. Такая конструкция применяется на станках с ши-
роким кругом. В этом случае устройство правки ве-
дущего круга устанавливается на наклонной плоско-
сти и может разворачиваться, чтобы обеспечить ли-
нейный контакт между обрабатываемой деталью (или
столбом деталей) и наклонным ведущим 4 кругом.
Суппорт ножа. Опорный нож, установленный на
суппорте, показан на рис. 7.13, а. Нож служит опор-
ной базой для заготовки во время шлифования. Суп-
порт ножа установлен на платике станины между
шлифовальной и ведущей бабками или на салазках
бабки ведущего круга. Суппорт состоит из плиты /,
корпуса 3, опорного ножа 4. Плиту устанавливают так,
чтобы шпонка 9 была параллельна оси шпинделя
шлифовального круга, и фиксируют окончательно
штифтами. Корпус 3 устанавливают на плите 1 по
шпонке и крепят винтами 2. Для установки ножа по
высоте на корпусе суппорта предусмотрены регулиро-
вочные винты 7.
При шлифовании изделий, имеющих длину боль-
шую, чем диаметр в три раза и более, и при высоких
требованиях к качеству обработки в осевом сечении
на суппорте ножа в местах входа и выхода из зоны
шлифования устанавливают кронштейны 8. В них
172
вмонтированы направляющие щечки 6, имеющие воз-
можность расходиться, что позволяет при переналад-
ках обрабатывать изделия различных размеров. Для
обеспечения точности обработки в осевом сечении ре-
гулируют поворот щечки 6 относительно штифта 5.
Нож 4 для шлифования закаленных деталей армиру-
ется твердым сплавом. Для незакаленных изделий
(прутков и т.п.) используют чугунные ножи. Угол ско-
са ножа может быть постоянным, как показано на
рис. 7.13, а, или регулируемым в процессе наладки,
что важно при высоких требованиях к круглости об-
рабатываемых изделий. В последнем случае в корпус
ножа вводится поворотная часть. Регулируется угол
скоса ножа с точностью до 20' с помощью специаль-
ных шкал или приспособлений.
Для изготовления опорных ножей используют чу-
гун, бронзу, быстрорежущую сталь, твердые" сплавы
и другие материалы. Опорные ножи из чугуна или
бронзы применяют при обработке деталей из мягкой
стали и других мягких материалов с целью преду-
преждения повреждения поверхности (риски, натиры
и т.п.). Опорные ножи из быстрорежущих сталей при-
меняют для обработки заготовок из цветных метал-
лов или закаленных сталей, когда невозможно осна-
стить нож твердым сплавом. Ножи, опорная часть
которых оснащена твердым сплавом (ВК6, ВК8), об-
ладают высокой износостойкостью.
При автоматической обработке методом врезания
в суппорт ножа может быть встроено устройство, ко-
торое обеспечивает установку обрабатываемой детали
на нож и ведущий круг и снятие ее. На рис. 7.13,6 по-
казан подъемник, „встроенный в суппорт 1 и являю-
щийся составной частью транспортного устройства.
Он служит для установки детали на базирующих эле-
ментах (ведущем круге и ноже) и для подъема ее на
линию транспортирования по окончании шлифования.
Линия транспортирования, как правило, находится на
высоте 30—50 мм от линии шлифования. Подъемник
состоит из гидроцилипдра 2 двустороннего действия
и соединенной с его штоком призмы 3. Контроль край-
них положений поршня гидроцилиндра, а следователь-
но, и призмы производится двумя командоаппарата-
ми, например реле давления и конечными выключате-
лями. Подъемник должен плавно опускать заготовки
4 на нож (гидроцилиндр имеет торможение в конце
173
хода), обеспечивая гарантированный зазор между
призмой и деталью во время шлифования и последую-
щий ее подъем на уровень транспортных призм.
Заготовка на призму подъемника подается толка-
телем с загрузочного устройства. Подъемник по коман-
де от датчика исходного положения толкателя (гид-
роцилиндра подачи деталей) опускает деталь в рабо-
чую зону.
Ба шмачное устройство применяется обычно для
бесцентрового метода базирования при врезном шли-
фовании деталей типа колец, у которых длина не пре-
вышает диаметр. Устройство для базирования колец
показано на рис. 7.13, в, в котором использован элек-
тромагнитный патрон с неподвижной магнитной ка-
тушкой 4.
Конструкция жестких опор в основном применяет-
ся с независимым перемещением — регулировкой каж-
Рис. 7.13. Суппорт ножа
175
дой опоры в подбашмачной плите 2, которая закреп-
ляется непосредственно на бабке изделия или на кор-
пусе 5 патрона. Жебткие упоры 3 для повышения
износоустойчивости рабочей части армируются твердо-
сплавными пластинами 1 марки ВК8. Иногда во избе-
жание натиров на наружном диаметре колец рабочая
часть опоры изготовляется из поликапрона, текстоли-
та и других неметаллических материалов. Однако при-
менение таких жестких опор ограничено ввиду повы-
шенного износа опорных поверхностей.
На жестких опорах могут обрабатываться детали
не только типа кольца, но и валы фасонной формы.
Пример такого устройства приведен на рис. 7.13, г.
Деталь 5 базируется на четырех неподвижных опорах
3. Неподвижная опора 3, закрепленная в корпусе 2,
имеет регулировку, так что каждая пара неподвижных
опор создает призму, в которой лежит обрабатывае-
мая деталь. Корпус 2 с помощью винтов с сухарями
закреплен на суппорте 1, в котором имеются пазы,
обеспечивающие перемещение корпуса 2 опоры вдоль
оси детали. В осевом направлении деталь фиксирует-
ся упором 4. Вращение детали при обработке сообща-
ется специальным механизмом 6. Контроль правиль-
ности положения детали в осевом положении фикси-
руется соплом, которое расположено в упоре 4.
7.4. ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Установка детали в центрах. Наиболее простым
и распространенным является метод установки в цен-
трах. Большое влияние на точность и качество шлифо-
вания оказывает состояние центров станка и центро-
вых отверстий. Точность установки детали при обра-
ботке зависит от точности формы и положения
упорных центров станка и несущих поверхностей цен-
тровых отверстий детали (или оправки). Опорная ко-
ническая поверхность центровых отверстий должна
точно соответствовать конусу на центрах. ГОСТ
14034—74 предусматривает угол опорного центра
и центрового гнезда равным 60°.
Грибковые (тупые) центра применяют для обра-
ботки полых деталей с внутренним диаметром более
15 мм и центровыми гнездами в форме фаски. Для
сплошных деталей и полых с отверстием менее 15 мм
применяют острые центра. При неподвижных центрах
176
обеспечивается более высокая точность шлифования,
поэтому на вращающихся центрах обрабатывают толь-
ко тяжелые детали и детали с осевыми отверстиями,
имеющими узкие центровые фаски. Для уменьшения
изнашивания центров необходимо, чтобы они были
твердосплавными.
Центра со сферической опорной поверхностью
(рис. 7.14, а) обеспечивают нечувствительность к уг-
ловым погрешностям конуса центрового отверстия,
лучшую смазку, уменьшают погрешность установки.
Установка детали на оправке для шлифования
в центрах. Детали с точными базовыми отверстиями
(допуск 0,015—0,03 мм) шлифуют на оправках с прес-
совой посадкой, а с допуском базовых отверстий более
0,03 мм — на разжимных оправках.
В случае базирования по отверстию и торцу при-
меняют оправки со скользящей посадкой (зазор 0,01—
0,02 мм) и упором в торец.
Повысить точность обработки по соосности можно
благодаря оправке с небольшой конусностью (0,01 —
0,015 мм на 100 мм длины). Оправки подразделяют на
жесткие, разжимные, с раздвижными элементами,
с гидравлическим или гидропластовым разжимом.
Жесткие оправки. Деталь 4 надевают на оправку
со стороны приемного конуса 1 (рис. 7.14,6), продви-
гают ее по цилиндрической части 2 и заклинивают на
конусе 3, для чего ударяют левым торцом оправки
о деревянную подкладку. Если отверстие детали не-
точно, то ее закрепляют по торцу. При обработке ко-
ротких деталей на одну оправку можно насадить не-
сколько деталей (рис. 7.14,в), закрепив их гайкой.
Если диаметр гайки меньше диаметра отверстия обра-
батываемых деталей, под гайку подкладывают раз-
резную шайбу (рис. 7.14,г). Для освобождения дета-
ли гайку слегка ослабляют, шайбу удаляют, а деталь
снимают с оправки через гайку. У таких оправок
резьбу выполняют с крупным шагом.
Конусность оправки зависит от длины детали. Чем
длиннее отверстие, тем меньше должна быть конус-
ность оправки, и наоборот. Это облегчает закрепление
и снятие детали.
Разжимные оправки. При обработке тонкостенных
деталей применение жестких оправок может вызвать
искажение формы деталей, в этих случаях использу-
ют разжимные оправки. У оправок (рис. 7.14, 6) цанга
12-155
177
4
Рис. 7.14. Оправки для центрового базирования детали
2 с продольными прорезями, перемещаясь с помо-
щью гайки 5 по конусу 3, упруго разжимается и за-
крепляет деталь 4. Штифт 6 удерживает ее от поворо-
та, а гайка 1 служит для отжатия при снятии детали.
Раздвижные оправки. Оправка для коротких дета-
лей показана на рис. 7.14,е. В сепараторе 3 имеется
шесть отверстий с шариками 2 диаметром 6—10 мм,
находящимися в контакте с конусом корпуса оправки
1. Осевое перемещение сепаратора в оправке произ-
водят винтом 5 через скользящую втулку 4, к которой
прикреплен сепаратор. При перемещении и раздвиже-
нии шариков деталь центрируется и одновременно
поджимается к осевому упору. Для точного центриро-
вания необходимо, чтобы шарики не отличались по
диаметру больше чем на 2 мкм, а установочный и
центрирующий конусы были соосны. На шариковых
оправках можно зажимать детали с разницей в диа-
метре до 5 мм.
Оправки с гидравлическим или гидропластовым
зажимом. Детали с погрешностями формы отверстия
легче и точнее центрируются по оправке (рис. 7.14,ж).
В такие оправки деталь зажимают с помощью дефор-
мирования тонкостенного цилиндра, находящегося
под равномерным давлением изнутри. Для создания
давления используется жидкость или пластмасса. Оп-
равки подразделяются на два типа: А и Б. Оправки
типа А — для деталей диаметром 20—40 мм, оправки
типа Б — свыше 40 мм. На корпус 2 напрессована
центрирующая втулка 4, которая стопорится винтом 6.
Пространство между корпусом и втулкой заливают
гидропластом 5. Усилие зажима передается плунже-
ром 3 через винт 1. В оправках типа А есть отверстие
для выхода воздуха, которое перекрывается проклад-
кой 8 и винтом 7.
Точность центрирования оправки с гидропластом
зависит от точности изготовления корпуса и втулки.
Биение контрольных поясков и посадочного диаметра
не более 2 мкм. Окончательно оправку шлифуют по-
сле заливки гидропласта с небольшим поджатием его
плунжером 3. Биение по контрольным пояскам и по-
садочному диаметру оправки не более 2—5 мкм. Кор-
пус оправки может одновременно служить и повод-
ком, который заменяет хомутик.
Поводковые хомутики. Вращение детали передает-
ся от поводковой планшайбы станка хомутиком, ко-
12*
179
торый закрепляют на детали винтом и гаечным клю-
чом. Для уменьшения времени на закрепление (отк-
репление) применяют самозажимные хомутики (рис.
7.15,а). В корпусе хомутика 1 деталь зажимается
рычагом 4, заклинивающий конец которого выполнен
в виде эксцентрика с мелкой насечкой на рабочей по-
верхности. Рычаг поворачивается вокруг оси 5, под-
жимается к поверхности детали плоской пружиной 2
и под давлением поводкового пальца 3 станка закли-
нивает и вращает деталь. Регулируемый эксцентрико-
вый хомутик (рис. 7.15,6) в ряде случаев заменяет
набор хомутиков и сокращает время на зажим и от-
жим деталей. В корпусе хомутика находится передвиж-
ная призма 2, перемещаемая винтом. Призму устанав-
180
ливают в хомутике по диаметру обрабатываемой де-
тали. Деталь зажимают эксцентриковым кулачком /,
размещенным с другой стороны хомутика. Для пово-
рота эксцентрикового кулачка имеется рычаг 3.
Приведенные выше конструкции поводковых хому-
тиков имеют одно плечо. Геометрическая форма дета-
ли в поперечном сечении искажается под действием
давления между поводком и хомутиком. В результате
переменных отжатий при обработке форма поперечно-
го сечения детали получается некруглой. Для устра-
нения этой погрешности при выполнении работ повы-
шенной точности применяют двуплечие поводки (рис.
7.15, в). Хомутик состоит из корпуса 2, крышки 1,
хвостовиков 4 и 9, нажимных сухарей 6 и 8 и шариков
7, помещенных в кольцевом зазоре между корпусом
и крышкой. Эксцентрик 5, установленный на криво-
шипе 3, служит для зажима детали, которая центри-
руется призмой в корпусе 2. При повороте кривошипа
3 эксцентрик 5 поднимается или опускается, что дает
возможность использовать один и тот же хомутик
для обработки деталей разного диаметра. После того
как деталь с надетым на нее хомутиком установлена
в центрах, планшайба станка приводится во враще-
ние. Поводковый палец I планшайбы давит на хвосто-
вик 4, который передает усилие сухарю 6, шарикам 7,
сухарю 8 и хвостовику 9. Хвостовик прижимается к по-
водковому пальцу 11. Таким образом, окружное уси-
лие Ро делится на равные части между обоими хвос-
товиками, и в каждый момент времени горизонталь-
ные составляющие взаимно уравновешиваются, так
как они направлены в противоположные стороны и ра-
вны между собой.
Снижение некруглости детали можно достичь при-
менением торцовых поводковых устройств. На рис.
7.15,г изображена поводковая планшайба. Устройство
имеет не менее двух ведущих кулачков 1. На одном из
торцов детали 2 выполняют несколько поводковых уг-
лублений в виде клиновых канавок или конусных уг-
лублений. Ведущие кулачки, рабочая часть которых
соответствует форме поводковых углублений, входят
в поводковые углубления детали и через их поверх-
ность передают крутящий момент от станка. Точ-
ность расположения поводковых углублений друг от-
носительно друга и относительно центрового отверстия
достигается выдавливанием последнего одновременно
181
Рис. 7.16. Конструкция патронов для установки и ведения обра*
батываемой детали
Рис. 7.16. Продолжение
с поводковыми углублениями одним инструментом.
Высокая точность изготовления инструмента в сово-
купности с высокой точностью изготовления поводко-
вой планшайбы создают условия для симметричного
приложения окружного усилия при шлифовании, что
повышает точность установки деталей.
Применение торцовых поводковых устройств одно-
временно создает возможность обработки детали по
всей длине без перезакреплспия. Передача крутящего
момента от станка детали посредством торцовых по-
водков также повышает точность формы детали бла-
годаря симметричному приложению окружного уси-
лия.
Зажимные патроны. Применяются различные кон-
струкции зажимных патронов. На рис. 7.16, а пред-
ставлен патрон плавающего типа. При зажиме заго-
товка под действием центра задней бабки перемеща-
ется и упирается в концы рычагов 3. Планшайба 2,
несущая три рычага 3 и три кулачка 6, перемещается
влево, сжимая пружины 8. Одновременно рычаги 3
начинают поворачиваться на осях 4 и сухарями 5
смещают кулачки 6 к центру до тех пор, пока они не
183
зажмут деталь. Смещение планшайбы в радиальном
направлении, необходимое для надежного закрепле-
ния детали всеми тремя кулачками, обеспечивается
зазором между планшайбой и направляющими винта-
ми 9. После зажима детали кулачками поворот рыча-
гов прекращается и при дальнейшем движении зад-
него центра деталь досылается до переднего центра
7. При движении центра задней бабки вправо деталь
выталкивается под действием пружин, рычаги 3 верх-
ними плечами упираются в крышку 1 и поворачива-
ют против часовой стрелки, при этом кулачки 6 пере-
мещаются от центра и освобождают деталь. Усилие
трех пружин 8 обеспечивает перемещение детали
в осевом направлении вправо на 10—15 мм от перед-
ней плоскости кулачков.
Патрон с роликовым зажимом (рис. 7.16,6). Пат-
рон служит для зажима цилиндрических деталей по
наружной поверхности. Корпус / патрона имеет фла-
нец с центрирующим пояском 15 и отверстиями 14
для крепления станка к планшайбе. Рабочая часть
патрона имеет наружную конусную поверхность 2 и
строго концентричное с пояском 15 отверстие 4, в ко-
торое вставляется обрабатываемая деталь 8. Зажим-
ное кольцо 5 расточено на конус 6 в соответствии с ко-
нусностью корпуса. Между корпусом 1 и зажимным
кольцом 5 находится сепаратор 12 с роликами 11,
расположенными под небольшим углом к оси патро-
на. Для предохранения роликов от грязи и жидкости
с обеих сторон сепаратора предусмотрены фетровые
кольца 10, удерживаемые металлическими разрезны-
ми кольцами 3, 7, 9 и 13. Эти же кольца, между кото-
рыми заключен (с некоторым зазором) сепаратор,
препятствуют самопроизвольному снятию зажимного
кольца 5.
Мембранный патрон. Высокую точность обработки
по диаметру и концентричности достигают использо-
ванием мембранных патронов (рис. 7.16,в). На план-
шайбе 3, установленной на шпинделе 2, закреплен
мембранный диск 4 с кулачками 5. Движением што-
ка 1 назад мембранный диск прогибается и кулачки
сближаются. После установки обрабатываемой дета-
ли 6 на кулачки 5 шток возвращается в исходное по-
ложение и благодаря упругости мембранного диска
кулачки зажимают обрабатываемую деталь.
Патрон с пневмозажимом по торцу. При одновре-
184
менном шлифовании наружного диаметра и торца,
где необходимо обеспечить заданный линейный раз-
мер от торца до базовой поверхности, целесообразно
применять патрон с установкой обрабатываемой дета-
ли по отверстию и зажимом по торцу.
На рис. 7.16, а показан пример установки коничес-
кой шестерни в патроне на операции одновременного
шлифования шейки 1 и торца 2 с базированием по
зубчатому венцу.
Цанговый патрон. На рис. 7.16, д приведена конст-
рукция цангового патрона для обработки клапана 5.
Клапан зажимается по стеблю цангой 3 по двум по-
яскам. Цанговый патрон смонтирован в корпусе 1,
который закреплен на фланце 9 шпинделя изделия.
При движении штанги 1'0 вправо нажимный конус 2
сначала «сдвигает» цангу до упорного конуса 4 и за-
тем зажимает стебель клапана 5 по двум пояскам.
При движении штанги 10 влево цанга 3 освобождает-
ся от нажимного 2 и упорного 4 конусов с помощью
ограничительных колец 6 и 7, после чего толкатель 8
выталкивает клапан из цанги.
Специальный патрон-приспособление. На рис.
7.16, е показан специальный патрон с гидравлическим
зажимом, предназначенный для установки и закреп-
ления коленвала на операции шлифования шатунных
шеек. Базирование детали происходит по коренной
шейке во вкладыше 5. Угловое ориентирование вала
происходит по вспомогательной базовой площадке,
профрезерованной на противовесе щеки. Этой пло-
щадкой вал прижимается к упору 9. Этим же упором
вал приводится во вращение. Зажим детали происхо-
дит сухарем 8, прикрепленным к рычагу 6. Этот ры-
чаг может поворачиваться вокруг оси 7 на определен-
ный угол. Усилие зажима от поршня 2 гидроцилиндра
4 передается рычагу 6, который своим вторым плечом
через сухарь 8 прижимает деталь к вкладышу 5. Ось
коренной шейки смещена относительно оси враще-
ния патрона с таким расчетом, чтобы ось вращения
шатунной шейки совпадала с осью вращения патрона,
т. е. на величину радиуса кривошипа. Отжим детали
происходит с помощью пружины 3. При выпуске мас-
ла из правой полости цилиндра пружина 3 отводит
поршень 2 вправо и через тягу 4 поворачивает рычаг
6 в обратную сторону, освобождая деталь. После об-
работки соосных шатунных шеек вал необходимо по-
185
вернуть вокруг оси коренных шеек на угол а для со-
вмещения оси двух шатунных шеек с осью патрона
(рис. 7.16, ж). При повороте вала шлифовальный
круг находится в положении ПД. Угол а определяет-
ся конструкцией коленчатого вала и может быть 60,
90, 120, 180°. Для этой цели служит делительный ме-
ханизм, который укрепляется в самом партоне. После
освобождения от сил зажима вал поворачивают на
угол а вместе с делительным диском 14 (рис. 7.16, е).
Диск имеет угловые выступы, расположенные через
а. При повороте скошенная сторона выемки нажима-
ет на собачку И, которая, поворачиваясь вокруг своей
оси, выходит из выемки и своими скосами скользит
по наружной поверхности делительного диска. При
этом пружина 13 сжимается плунжером 12. При по-
вороте на а собачка 11 оказывается против выемки
в диске и под действием пружины 13 входит в выемку
диска и фиксирует положение вала. Регулирование
углового положения производится винтом и упором
10. Из-за смещения осей вала и патрона последний ба-
лансируется в сборе с валом с помощью свинцовой
заливки 1.
Противовес для балансирования вала в сборе с па-
троном может выполняться отдельным элементом,
расположенным как на самом патроне, так и на шпин-
деле бабки изделия.
При шлифовании коренных и шатунных шеек колен-
чатого вала базирование детали производится в пат-
ронах, которые установлены на передней и задней
бабках. В этом случае необходимо обеспечить их син-
хронное вращение. Схема синхронизации вращения
передней и задней бабок приведена на рис. 7.16,з.
Привод шпинделей 2 (передняя бабка) и 4 осуществля-
ется с помощью зубчатых колес 1, 6 и 7. Зацепле-
ние колес 1, 6 и 7 выполнено беззазорным. Колеса 7
(для передней и задней бабок) установлены на вале
5, который приводится во вращение через шкив 8.
7.5. УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЕТАЛИ
Автоматическое обеспечение точности обработки
достигается двумя методами: шлифованием с управ-
лением по пути и шлифованием с управлением по раз-
меру обрабатываемой детали в процессе обработки.
Метод контроля по пути сравнительно прост. Точ-
186
ность при этом методе формируется работой до упо-
ра. Упор может быть механическим или электричес-
ким. Роль электрического упора может выполнять
датчик.
Примером системы с контролем по пути может слу-
жить электромеханическая система врезной подачи
(рис. 7.17,а). Кинематическая цепь подачи включает
в себя шаговый двигатель 1 и шариковую пару 3 винт —
гайка, на одном валу с которой установлен цилиндр
2 ускоренного перемещения.
Устройство управления, включая сумматор 6, обе-
спечивает заданную величину чернового 9, получисто-
вого 8 и чистового 7 припусков, установку скорости
подачи потенциометром 4 на каждом этапе снятия
припуска, время выхаживания. Компенсация правки
и коррекция положения шлифовального круга обеспе-
чиваются автоматически вводом определенного числа
импульсов в задающий счетчик 5. Стабильность полу-
чения размера в этой системе может достигать 2—
5 мкм.
При измерении обрабатываемой поверхности при-
меняются различные датчики (см. гл. 2) и схемы изме-
рения, которые приведены в табл. 7.2. Сравнительный
метод использует сравнение обрабатываемой поверх-
ности с эталоном (мерой), т. е. определяет величину
отклонения обрабатываемой поверхности от заданной;
абсолютный — определяет фактическую величину от-
клонения обрабатываемой поверхности.
На рис. 7.17,6 приведена широкодиапазонная из-
мерительная скоба, которая применяется на станках
с ЧПУ. Скобу шарниром 3 крепят к штоку 1 гидроци-
линдра, с помощью которого она вводится в рабочее
положение. Скоба имеет две подвижные каретки 11
и 20, которые перемещаются по цилиндрическим на-
правляющим 21 с помощью шарикового винта 5 с резь-
бой (левой и правой), и при его вращении каретки
11 и 20 перемещаются навстречу друг другу или рас-
ходятся. В каретках установлены разрезные шарико-
вые гайки 12 и 22, конструкция которых позволяет вы-
брать зазор в шариковой передаче. Винт 5 вращается
с помощью шагового электродвигателя 4 через зуб-
чатые передачи 7—10. Шестерни 8 и 10 этих передач
выполнены сдвоенными для устранения зазора. На
каретках И и 20 установлены губки 13 и 18, снабжен-
ные измерительными наконечниками 14 и 16, которые
187
Рис. 7.17. Измерительные системы:
а — система с контролем по пути, б — широкодиапазонная
измерительная скоба
7.2. Схемы измерения при круглом шлифовании
Эскиз Основные x;i рактсристики
Схема измерения Область применения
Сравните.) Одноконтакт- ная 1Ы1ЫЙ метод измерения Для измерения валов при невысоких требованиях к точности
д То же Для измерения валов (на- кидная скоба)
t-— » Для измерения плоскостей при невысоких требовани- ях к точности в кругло- шлифовальных станках
Двухконтакт- ная Для измерения валов; име- ет наиболее широкое рас- пространение в кругло- шлифовальных станках
То же Скоба с поступательным вводом в зону измерения; применяется для измере- ния валов
» Скоба с продольными губ- ками; применяется в бсс- центрово-шлифовальйых станках
Абсолкг Двухконтакт- ная гный метод измерения Для измерения валов на круглошлифовальных станках
контактируют с заготовкой 15. Верхняя 13 губка —
жесткая, а на нижней 18 подвешен рычажок 17 с из-
мерительным наконечником 16 и индуктивный преоб-
разователь 19. Скоба работает следующим образом.
По команде от ЧПУ станка включается шаговый дви-
гатель 4 и перемещает каретки И и 20 к заготовке 15.
Когда верхний 14 наконечник коснется заготовки и
189
будет перемещаться вниз, корпус 6 скобы поворачи-
вается, и упор 23 отходит от планки 2. В это же вре-
мя нижний 16 наконечник также касается заготовки.
Рычаг 17 поворачивается и перемещает якорь индук-
тивного преобразователя 19, пока тот не займет за-
данное положение. По команде преобразователя 19
шаговый двигатель 4 останавливается и перемещение
губок прекращается. Преобразователь 19 здесь ис-
пользован как нуль-орган, по команде которого вклю-
чается и выключается двигатель 4, губки 13 и 18 пе-
ремещаются в соответствии с изменением размера
детали 15. В этом случае размер или изменение раз-
мера определяется по числу импульсов, поступающих
от генератора в шаговый двигатель 4 скобы. Для уп-
равления циклом можно использовать также анало-
говый сигнал преобразователя 19.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные компоновки круглошлифовальных
станков.
2. Назовите принципы балансировки шлифовального круга.
3. Расскажите о назначении и особенностях конструкции при-
боров правки шлифовального круга.
4. Какие функции выполняет механизм подачи?
5. Какие требования предъявляются к конструкции передних
бабок в зависимости от метода базирования?
6. Расскажите о назначении люнетов и принципах их работы.
7. Какие устройства применяются для бесцентрового базиро-
вания?
8. Какие приспособления применяются для установки детали
в центрах?
ГЛАВА 8.
КОНСТРУКЦИИ ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
8.1. ОСОБЕННОСТИ ВНУТРЕННЕГО ШЛИФОВАНИЯ
Внутришлифовальные станки предназначены для
круглого внутреннего шлифования сквозных и глухих
отверстий цилиндрической и конической формы. На
этих станках можно произвести также шлифование
торцов заготовок, профильное и совмещенное шлифо-
вание, например, отверстия и торца. Схемы внутрен-
него шлифования изображены на рис. 8.1. Для того
190
чтобы снять припуск, при внутреннем шлифовании не-
обходимо выполнить движения, показанные на ри-
сунке.
Главной отличительной особенностью внутреннего
шлифования является то, что на процесс резания ре-
Рис. 8.1. Схемы внутреннего шлифования:
а — шлифование цилиндрического открытого отверстия с пода*
чей £>£2 вдоль образующей, б — шлифование отверстия или от-
верстия и торца одновременно (подача отсутствует), а —
шлифование конического открытого отверстия с подачей D
S2’
г—шлифование отверстия и торца двумя различными кругами,
д — бесцентровое шлифование на башмаках, е — бесцентровое
шлифование на роликах, ж — планетарное шлифование
шаюшее влияние оказывают габариты изделия и в
первую очередь диаметр шлифуемого отверстия. При
шлифовании отверстий диаметр шлифовального круга
всегда меньше диаметра отверстия. Условия рабо-
ты такого круга весьма тяжелы, особенно при обра-
ботке отверстий малого диаметра. Чем меньше диа-
метр круга, тем зерна чаще вступают в контакт с за-
заготовкой и несут большую нагрузку, круг быстрее
191
изнашивается, засаливается, теряет режущие свойст-
ва и геометрическую форму. Вследствие этого необхо-
димо часто производить правку круга. При малом диа-
метре круга очень трудно получить оптимальную ско-
рость резания, так как для этого необходимо
достигнуть очень высокой частоты вращения круга,
что само по себе является весьма сложной задачей.
При шлифовании кругами малого диаметра их кре-
пят на оправках еще меньшего диаметра. При боль-
шом вылете такой оправки жесткость ее невелика.
Вследствие этого возрастает влияние радиальной со-
ставляющей силы резания на точность шлифования.
Для повышения точности обработки следует умень-
шать силы резания, для чего уменьшают подачу при
шлифовании по сравнению, скажем, с круглым на-
ружным.
Учитывая низкую жесткость шпинделя шлифо-
вального круга, большее внимание следует уделять
исходной неточности отверстия. Чем ниже жесткость
технологической системы, тем в большей степени ис-
ходные погрешности заготовки копируются на обра-
ботанную поверхность отверстия. Разный припуск
при большой партии одинаковых заготовок также от-
рицательно влияет па точность внутреннего шлифова-
ния. Это обстоятельство усложняет предварительную
обработку отверстий под шлифование, заставляя в не-
которых случаях делать дополнительные операции,
например развертывание отверстий.
С уменьшением диаметра шлифуемого отверстия
увеличивается дуга контакта шлифовального круга
с заготовкой и ухудшаются условия охлаждения за-
готовки и инструмента. Для улучшения условий теп-
лоотвода стремятся к увеличения скорости движения
продольной подачи. Однако в связи с возрастанием
инерционных сил движущихся масс это не всегда мо-
жно сделать.
Все перечисленные особенности внутреннего шли-
фования нашли свое отражение в компоновке и кон-
струкции внутришлифовальных станков. Компоновка
этих станков определяется прежде всего характером
основных и вспомогательных движений, а также тем,
какие элементы — шлифовальный круг или заготов-
ка — выполняют эти движения. В свою очередь, ком-
поновка станка определяет его жесткость, термичес-
кую стабильность, точность и сохранение параметров
192
во времени. Различия в компоновках внутрищлифо-
вальных станков прежде всего проявляются в конст-
рукциях механизмов подач, которые будут рассмот-
рены ниже в § 8.4.
По способу крепления заготовок и характеру дви-
жения шпинделя шлифовального круга внутришлифо-
вальные станки делят на:
внутришлифовальные станки уни-
версальные или патронные, на которых за-
готовку крепят в патроне или другом приспособле-
нии так, что ось вращения заготовки совпадает
с осью вращения шпинделя бабки изделия (рис. 8.1,
а, б, в);
бесцентровые внутришлифовальные
станки, при обработке на которых заготовку кре-
пят в бесцентровом (башмачном или роликовом) бази-
рующем устройстве так, что ось вращающейся заго-
товки перемещается относительно оси вращения
шпинделя изделия в процессе обработки (рис. 8.1,
д, е);
внутришлифовальные станки с пла-
нетарным движением шпинделя шли-
фовального круга, на которых заготовка
(обычно крупногабаритная) неподвижна, все необхо-
димые движения сообщают шпинделю инструмента
(рис. 8.1,ж).
8.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ БАЗИРОВАНИЯ И КРЕПЛЕНИЯ
ЗАГОТОВОК
Из универсальных средств крепления заготовок ти-
па фланцев, колец, втулок и т. д. на внутришлифо-
вальных станках в условиях серийного производства
получили распространение различные патроны с руч-
ным или механизированным зажимом.
Так, средством для крепления заготовок служит
типовой трехкулачковый самоцентрирующий патрон
с реечной передачей. Кулачки патронов передвигаются
одновременно, что позволяет быстро устанавливать
и зажимать заготовки. Преимущество такого патро-
на — его универсальность, недостатки — необходи-
мость в выверке каждой заготовки, возможная дефор-
мация заготовки (особенно тонкостенной) при зажи-
ме и невысокая точность.
В условиях массового производства большее рас-
13-155
193
пространение получили мембранные патроны. Они по-
зволяют повысить точность обработки блогодаря бо-
лее точному центрированию заготовки и малой, по
сравнению с трехкулачковыми патронами, деформа-
цией заготовки при зажиме. Основным достоинством
мембранных патронов является простота их изготов-
ления.
Принцип действия мембранного патрона показан
на схеме (рис. 8.2а). Под действием силы Р мембра-
Рис. 8.2. Мембранные патроны:
а—схема действия мембранного
патрона, б — винтовой патрон, в —
кулачковый патрон
на патрона прогибается, в результате чего зажимные
элементы — винты или кулачки — поворачиваются
и раздвигаются. При этом диаметр окружности, на
которой располагаются винты (или кулачки), увели-
чивается с Di до £>2. Так как D% больше диаметра за-
готовки D3ar, то ее можно беспрепятственно снять и
установить необработанную. После прекращения дей-
ствия осевой силы Р, создаваемой штоком гидро- или
пвевмоцилиндра, зажимные элементы стремятся вер-
194
нуться в первоначальное положение под действием
силы упругости мембраны. Для надежного зажима
заготовки силами упругости диаметр расположения
зажимных элементов Di при недеформированной мем-
бране выбирают гарантированно меньше диаметра за-
готовок Djar на —0,1 мм.
По конструкции зажимных элементов мембранные
патроны разделяют на винтовые и кулачковые. Вин-
товые патроны применяют для крепления заготовок
диаметром 10 — 300 мм, кулачковые — для заготовок
диаметром 300—400 мм. Каждый патрон предназна-
чен для заготовки определенного диаметра и допуска-
ет изменение диаметра заготовки на 1—2 мм в ре-
зультате регулирования винтов или кулачков. Име-
ются также мембранные патроны для закрепления
и центрирования заготовки по внутренней поверхнос-
ти. Они работают по тому же принципу, что и патро-
ны для зажима по наружной поверхности.
Винтовой мембранный патрон показан на рис.
8.2,6. Мембрану В в виде тонкостенного диска 4 с вы-
ступами-кулачками Б изготовляют из пружинной ста-
ли 63Г или стали У7 и прикрепляют винтами к план-
шайбе 5 патрона. Выступы-кулачки, в которые
ввернуты винты 2 для крепления заготовки, выполне-
ны за одно целое с мембраной В. Винты 2 зафиксиро-
ваны в радиальном направлении гайками 1. План-
шайба 5 навинчивается на шпиндель бабки изделия
станка. В осевом направлении перемещение заготовки
ограничивается упорами 3, запрессованными в план-
шайбу патрона.
На рис. 8.2, в показан кулачковый мембранный
патрон. В отличие от винтового патрона (см. рис.
8.2, б) зажимными элементами являются шесть кулач-
ков Б, также выполненных за одно целое с мембра-
ной В. Патрон крепится в шпинделе станка с помо-
щью оправки 1, к фланцу которой патрон прикрепля-
ется винтами 3 после центрирования по выточке.
Заготовка устанавливается до упора в базовый торец
А мембраны, затем вращением винта 2 мембрану де-
формируют и зажимают заготовку упругими силами
ее деформации. Контакт заготовки с кулачками пат-
рона происходит по всей или большей части окруж-
ности заготовок, что обеспечивает более равномерную
нагрузку на ее боковую поверхность.
Несимметричные и нецилиндрические детали за-
13’
195
крепляются обычно в четырехкулачковых патронах,
где каждый кулачок передвигается независимо от
других вручную с помощью винта. Магнтиные патро-
ны используют для шлифования тонких дисков и ко-
лец. Магнитные патроны с постоянными магнитами
не требуют специальных электрических устройств,
удобны и просты в эксплуатации.
При обработке отверстий на бесцентровых внутри-
шлифовальных станках заготовки базируются в при-
способлениях двух ви-
дов — с неподвижны-
ми опорами — башма-
ками и с вращающи-
мися роликами.
На рис. 8.3 пред-
ставлено устройство
для базирования заго-
товки на башмаках.
Подбашмачная плита
7 крепится на корпусе
бабки изделия 4. На
плите монтируется
башмак 5 с двумя
опорными поверхнос-
Рис. 8.3. Устройство для базиро-
вания заготовок на башмаках тями для базирования
заготовки 3. Стакан 2,
установленный на маг-
нитном патроне шпинделя изделия 7, фиксирует заго-
товку в осевом направлении. Винты 6 служат для ре-
гулирования положения башмаков при наладке стан-
ка. Иногда башмаки выполняются раздельно, что уп-
рощает их регулирование при установке.
Для крепления заготовки в осевом направлении
применяют электромагнитные патроны с вращающей-
ся и невращающейся электромагнитными системами.
Корпус 7 патрона с невращающимися магнитами
(рис. 8.4) крепится винтами 8 к неподвижному кор-
пусу / бабки изделия. Магнитный поток создается
одной катушкой 2 и передается на вращающуюся
плиту через воздушный зазор А, величина которого
регулируется проставочным кольцом 6 и устанавли-
вается в пределах 0,1—0,2 мм. Верхняя плита патро-
на состоит из двух частей: внешней 3 и внутренней 5,
разделенных латунной немагнитной прослойкой 4
и являющихся двумя полюсами электромагнита. На-
196
правление магнитных силовых линий указывается
стрелкой Б. Во избежание заполнения зазора А шламогл
он постоянно очищается сжатым воздухом. Наличие
тягового усилия патрона контролируется с помощью
реле тока. При отключении тока в процессе шлифова-
ния реле тока включает аварийный отвод шлифоваль-
Рис. 8.4. Патрон с невращающимися магни-
тами
ного круга. Аналогично устроен патрон с вращаю-
щимися магнитами (см. гл. 4, рис. 4.15).
К преимуществам способа бесцентрового шлифо-
вания на неподвижных опорах относят удобство об-
служивания станков, возможность полной автомати-
зации цикла обработки, отсутствие влияния деформа-
ции заготовки на окончательную форму изделия,
высокую концентричность наружной и внутренней по-
верхностей. Все это делает предпочтительным приме-
нение бесцентровых внутришлифовальных станков
в крупносерийном и массовом производстве.
Разновидность схемы бесцентрового внутреннего
шлифования показана на рис. 8.1, е. Шлифовальный
круг 1 вращается с заданной скоростью, заготовка 2
приводится во вращение ведущим роликом 5. Шлифо-
вальный круг осуществляет возвратно-поступательное
движение и поперечную подачу. Ролики 6, 7 фиксиру-
ют положение заготовки, причем ролик 7 называется
197
опорным, а ролик 6 — прижимным. Прижимный ро-
лик 6 имеет дополнительное периодическое движение
для загрузки-выгрузки заготовки. При шлифовании
заготовок диаметром менее 30 мм опорный ролик за-
меняется опорным ножом.
8.3. КОМПОНОВКА И КИНЕМАТИКА
ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
В Советском Союзе ведущими предприятиями по
производству внутришлифовальных станков являют-
ся Саратовский и Воронежский станкостроительные
заводы. Московский завод автоматических линий
им. 50-летия СССР и Ленинградский завод им. Ильи-
ча выпускают бесцентровые внутришлифовальные
станки специально для подшипниковой промышлен-
ности. За рубежом наиболее известными фирмами,
выпускающим и нпутришл ифовальные станки, являют-
ся «Heald» и «Bryant» (США); «Wotan» и «Over-
beck» (ФРГ); «Novarese» и «Famir» (Италия), «Vou-
mard» и «Studes» (Швейцария), UVA (Швеция) и др.
Компоновка станков гаммы ЗК Саратовского за-
вода принята традиционной. Общий вид станка мод.
ЗК227В представлен на рис. 8.5. На верхней плоскос-
Рис. 8.5. Общий вид универсального внутришлифовалыюго стан-
ка мод. ЗК227В
198
ти станины 8 установлен мост 1 с бабкой изделия 2.
На ее корпусе установлено торцешлифовальное уст-
ройство 3. Стол 7 со шлифовальной бабкой 4 переме-
щается возвратно-поступательно от гидроцилиндра
по направляющим качения вдоль станины. Слева от
станка расположен бак 9 для СОЖ с электронасосом
и магнитным сепаратором, сзади — насосная стан-
ция, электрошкаф 6 с электроаппаратурой и пультом
управления 5.
Кинематическая схема станка мод. ЗК227В приве-
дена на рис. 8.6. Шлифование заготовок ведется в та-
Рис. 8.6. Кинематическая схема универсального внутри-
шлифовального станка мод. 2К227В
кой последовательности: вращение шлифовального
круга, заготовки, поперечная подача заготовки; про-
дольная подача шлифовального круга.
При работе с торцешлифовальным устройством не-
обходимы вращение круга, заготовки и подача круга
вдоль собственной оси. Краткие технические характе-
ристики станка: диаметр шлифуемого отверстия 20—
100 мм, наибольшая длина шлифования 125 мм, ско-
рость шлифования 20—35 м/с, частота вращения шли-
фовального круга 9000—24 000 мин-1, мощность
привода шлифовального круга 4,0 кВт, частота вра-
щения изделия 140—1000 мин-1.
Привод шлифовального круга — через плоскоре-
199
менную передачу от асинхронного электродвигателя
М3 переменного тока. Для привода шлифовального
круга 3 торцешлифовального устройства использован
асинхронный электродвигатель М2 переменного тока.
Хобот с торцешлифовальным шпинделем поворачива-
ется гидроцилиндром 7.
Продольное возвратно-поступательное перемеще-
ние стола выполняется от гидроцилиндра 14. Ручное
перемещение стола производится вращением махович-
ка 18, через ряд зубчатых передач движение переда-
ется на реечное зубчатое колесо и рейку 19. При вклю-
чении гидравлической системы реечное зубчатое
колесо автоматически с помощью гидроцилиндра вы-
водится из зацепления с рейкой, при этом плунжер
гидроцилиндра 15 фиксируется шариками 16, запа-
дающими в канавку. Для того чтобы снова ввести
реечное зубчатое колесо в зацеплении с рейкой, необ-
ходимо выключить гидравлическую систему и нажать
на кнопку 17. Таким образом, гидравлическое и руч-
ное перемещение стола сблокированы.
Шлифуемая заготовка 21 вращается электродви-
гателем Ml постоянного тока с помощью плоскоре-
менной передачи. Частоту вращения заготовки изме-
няют ступенчато. Винт 25 служит для натяжения
ремня 24. Поворот бабки изделия происходит с по-
мощью червячной передачи 23 и цепной передачи 22.
Продольное перемещение торцешлифовальному
устройству передается маховиком 26 через зубчатые
колеса на круговую рейку 2. Тонкую (малую) подачу
круга 3 па врезание осуществляют вращением махо-
вичка 20 через передачу 5 и резьбовую шариковую
пару 4.
Для топкой продольной подачи при шлифовании
внутреннего торца заготовки предусмотрен торцовый
упор. Откидной упор 8, закрепленный на столе стан-
ка, поджимается действием гидроцилиндра 14 к экс-
центрику 7, расположенному на станине. При поворо-
те рукоятки эксцентрика 7 включаются продольная
подача стола и шлифовального круга.
Поперечная подача бабки шлифовального круга
может выполняться вручную и автоматически. Ручное
перемещение бабки с помощью маховичка 13 переда-
ется далее на двухскоростную коробку 10. Передача
через эту коробку используется при наладке станка
н при рабочей подаче; далее через пару зубчатых ко-
200
лес вращение передается на резьбовую шариковую
пару 9. Ручную рабочую поперечную подачу можно
также давать дозированно через собачку и храповик
(на схеме не показаны). Автоматическая поперечная
подача бабки шлифовального круга на двойной ход
стола включается соответствующим краном гидроси-
стемы. При этом на храповик действует собачка (на
схеме не показана). Подачу настраивают кнопкой 12
через зубчатое колесо 11. Автоматическое выключе-
ние поперечной подачи и отвод стола в исходное по-
ложение после снятия припуска производят упором,
расположенным на лимбе и действующим на конеч-
ный выключатель. В гамму ЗК входят станки, на ко-
торых поперечная подача выполняется перемещением
либо передней, либо шлифовальной бабки.
Шлифовальный круг 27 правят алмазом, положе-
ние которого регулируют перемещением всего пра-
вильного устройст-
ва 6 или оправки с
алмазом. Точная по-
дача алмаза дости-
гается вращением
лимба, вызывающе-
го деформацию пру-
жин. Шлифоваль-
ный круг 3 торце-
шлифовального уст-
ройства правят вру-
чную при качатель-
ном движении дер-
Рис. 8.7. Общий вид бесцентрового
внутришлифовальною стайка
мод. 3484
жавки с алмазом.
Бесцентровый
внутришлифоваль-
ный автомат мод.
3484 предназначен
для шлифования до-
рожек качения наружных колец и посадочных от-
верстий внутренних колец подшипников качения (рис.
8.7). Автомат построен по одной конструктивной схе-
ме с круглошлифовальными и бортикошлифовальны-
ми автоматами для подшипниковой промышленности,
имеет с ними общие и унифицированные узлы, компо-
новка станков принята общая.
Краткие технические характеристики станка мод.
3484: диаметр шлифуемого отверстия 25—80 мм, дли-
201
на шлифования 10—50 мм, скорость шлифования 35—
50 м/с, частота вращения шлифовального круга
9000—48 000 мин"1, мощность привода шлифовального
круга 3,0 кВт, частота вращения изделия 300 —
1000 мин*1 (регулирование бесступенчатое).
Станина 1 (см. рис. 8.7) имеет коробчатую форму
с поперечными и продольними ребрами жесткости.
К станине присоединены с правой стороны гидростан-
ция 6 станка, сверху — шкаф электрооборудования 3
с пультом управления. На верхней плоскости стани-
ны 1 закреплена па плите бабка изделия 2, которая
предназначена для загрузки изделия, базирования его
на неподвижных опорах — башмаках, вращения
с применением магнитного прибора, измерения заготов-
ки в процессе шлифования с помощью управляющего
измерительного патрона, показания которого индици-
руются на табло 4, и выгрузки обработанной заготов-
ки в отводящий лоток.
Шлифовальная бабка 5 прел,назначена для уста-
новки шпинделя шлифовального круга, его продоль-
ного перемещения вдоль оси и поперечного перемеще-
ния в направлении подачи. Шлифовальная бабка со-
стоит из двух соединенных между собой корпусов,
внутри которых располагается на роликовых направ-
ляющих пиноль, несущая шлифовальный шпиндель.
Направляющие пиноли изготовлены из высококачест-
венной стали, имеют большую твердость и высокую
точность. Пиноль в направляющих установлена с на-
тягом для повышения ее жесткости. Направляющие
защищены от внешней среды двумя резиновыми ко-
жухами. Корпус бабки монтируется с помощью кони-
ческих роликоподшипников на оси, закрепленной па
станине. Качанием бабки относительно оси от специ-
ального спрофилированного кулачка, установленного
на выходном валу механизма подачи, производят по-
перечное перемещение шлифовального круга. Внутри
пиноли расположено устройство для крепления шли-
фовального шпинделя. Продольное перемещение пи-
ноли осуществляется гидроцилпндром с неподвижным
штоком.
Для правки периферии шлифовального круга по
прямой или по радиусу, соответствующему радиусу
шлифуемой заготовки, используют специальное уст-
ройство (на рис. 8.7 не показано). Установка его для
правки на размер выполняется перемещением корпу-
202
са, а регулируют положение алмаза относительно
шлифовального круга по высоте — с помощью вин-
тов.
Планетарные внутришлифовальные станки пред-
назначены для обработки отверстий диаметром от 25
до 1500 мм и длиной до 3000 мм. На таких станках
шлифуемая деталь неподвижна, а все необходимые
движения сообщаются шпинделю шлифовального кру-
га: шлифовальный круг I (см. рис. 8.1,дас) совершает
быстрое вращение вокруг собственной оси Dr, которая
одновременно вращается в направлении стрелки 2—
Dsi. Чтобы шлифовальный круг 1 мог прошлифовать
отверстие по всей длине, ему сообщают возвратно-по-
ступательное движение вдоль оси (Ds2). Для снятия
припуска при каждом проходе шлифовального круга
ему сообщают поперечную подачу на глубину резания
,(^5з) •
Станки для внутреннего шлифования с планетар-
ным движением шпинделя изготовляют как с горизон-
тальным, так и с вертикальным расположением шпин-
делей. Общий вид впутришлифовалыюго планетарно-
го станка мод. МВ6020 показан на рис. 8.8. На станине
6 станка установлена шлифовальная бабка 5, в кото-
рой смонтирован шпиндель шлифовального круга 2.
На консоли 7 станины 6 установлен стол 3, на кото-
ром закрепляется шлифуемая заготовка. Станок снаб-
жен устройством 4 для правки шлифовального круга
Рис. 8.8. Общий вид планетарного внутришлифо-
вального станка мод. МВ6020
203
и огражден щитками 1. Станок предназначен для
шлифования цилиндрических отверстий диаметром от
90 до 320 мм и длиной до 560 мм. Размеры поверхно-
сти стола 500X1200 мм.
Шлифовальный круг получает вращение от элек-
тродвигателя (/V —4,5 кВт; /1 = 2870 мин-1) через две
клиноременные передачи. Частота вращения шпинде-
ля 2000, 3500, 5000 мин-1 достигается с помощью смен-
ных шкивов. Круговую подачу шлифовальному кругу
сообщают с помощью гильзы, в которой расположен
шлифовальный шпиндель. Рабочую круговую подачу
гильзы в пределах 40—100 мин-1 регулируют бессту-
пенчато изменением частоты вращения электродвига-
теля, а при наладке станка она может быть уменьше-
на до 5 мин-1.
Возвратно-поступательное перемещение шлифо-
вальной бабки происходит посредством гидроцилинд-
ра продольной подачи. Наибольший ход шлифоваль-
ной бабки 800 мм. Движение поперечной подачи —
периодическое в конце двойного хода. Продольное пе-
ремещение шлифовальной бабки может быть с по-
мощью гидравлики или ручное. Перемещение стола —
ускоренно от электродвигателя (Л/=0,5 кВт; п —
= 1410 мин-1) или медленно вручную маховичком.
9.4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ
ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
Шлифовальный шпиндель. На современных внутри-
шлифовальных станках скорость резания достигает
35—70 м/с. Она зависит от частоты вращения и диа-
метра шлифовального круга. При внутреннем шлифо-
вании диаметр круга ограничен и равен 0,8—0,9 диа-
метра обрабатываемого отверстия, поэтому для полу-
чения необходимой скорости резания шпинделю кру-
га сообщают большую частоту вращения. Для специ-
альных станков принята скорость резания 50—60 м/с,
на отдельных типах внутришлифовальных станков
скорость резания достигает 50—70 м/с. В подавляю-
щем большинстве шпиндели шлифовального круга
внутришлифовальных станков выполняются отдель-
ным узлом.
Широко применяют в настоящее время в СССР
и за рубежом электрошпиндели. Основная идея их
конструкции заключается в том, что вал ротора высо-
ки
кооборотного электродвигателя является одновремен-
но шпинделем, на котором крепится шлифовальный
круг. Частота вращения такого шпинделя зависит
только от числа пар полюсов обмотки статора и час-
тоты тока:
n=-^L
р
где п — частота вращения электрошпинделя, мин-1;
f — частота тока, с-1; р — число пар полюсов статора.
Чаще других при конструировании электрошпйн-
делей применяется двухполюсная система, так как она
обеспечивает наименьшие габариты шпиндельного
узла.
В настоящее время имеются технические возмож-
ности для получения очень высокой частоты тока,
а следовательно, и большой частоты вращения элек-
трошпинделя. Однако практически частота вращения
шпинделя ограничена стойкостью подшипников
и прочностью материалов вращающихся деталей элек-
трошпинделя, а также экономическими соображения-
ми, так как с ростом частоты вращения шпинделя
резко возрастает его стоимость.
К недостаткам электрошпинделей следует отнести
то, что для их питания необходимо применять специ-
альные источники высокочастотного тока — генерато-
ры. Электрошпиндели выпускают с частотой враще-
ния круга 12 000—144 000 мин-1. Общий вид наиболее
распространенного электрошпинделя ЭШ-18/2,2
представлен на рис. 8.9, а; при частоте потребляемого
тока 300 Гц шпиндель совершает 18000 оборотов в ми-
нуту.
В шлифовальных шпинделях с ременным приво-
дом от электродвигателя (рис. 8.9, б) для увеличения
частоты вращения шлифовального круга применяют
повышающую ременную передачу. Наружную поверх-
ность шкива 6 ременной! передачи делают выпуклой
для того, чтобы ремень при вращении не соскальзы-
вал со шкива.
Для привода шлифовальных шпинделей наиболее
часто применяются плоские ремни, как наиболее про-
стые по конструкции и обладающие хорошими демп-
фирующими свойствами. Однако применение плоско-
ременных передач ограничено предельно допустимыми
скоростями ремня. Частота вращения шпинделя с ре-
205
менным приводом обычно не более 15 000 мин-1, но
даже при такой частоте ремни проскальзывают, быст-
ро приходят в негодность (срок службы 150—300 ч
работы) и создают толчки и вибрации во время рабо-
ты. Ремни для привода высокооборотных шпинделей
должны иметь высокую прочность, малую толщину
Рис. 8.9. Высокоскоростные шлифовальные шпиндели:
а — электрошпиндель ЭШ-18/2,2, б — шпиндель с ременным приводом
(0,7—0,8 мм), незначительное удлинение и высокий
коэффициент трения о шкив. К недостаткам ременного
привода следует отнести громоздкость конструкции.
Опорами вала 1 (см. рис. 8.9,6) шпинделя голов-
ки с ременным приводом от электродвигателя чаще
всего являются сдвоенные радиально-упорные шари-
коподшипники 3 и 5 с предварительным натягом, кото-
рые устанавливаются в корпус 2 шпинделя. Для со-
хранения определенного натяга в течение всего срока
службы шлифовального шпинделя используют устрой-
ства для автоматической компенсации натяга с помо-
щью пружин 4.
Варианты конструкций оправок для крепления
шлифовального круга и способы их крепления к валу
шпинделя представлены на рис. 8.10, а—д. При обра-
ботке на внутришлифовальных станках большое влия-
ние на точность и производительность процесса ока-
зывает жесткость оправки шлифовального круга
и элементов крепления круга на оправке. Конструкто-
206
ры при создании внутришлифовальных станков стре-
мятся повысить жесткость этого элемента шпиндель-
ного узла, а также его демпфирующую способность.
Оправка шлифовального круга 3 (рис. 8.10, а—г) име-
ет хвостовик 2, форма которого соответствует форме
гнезда шпинделя. Цилиндрическая консольная часть
4 оправки (рис. 8.10, в, г) отделена от хвостовика бур-
том 1. Все перечисленные элементы выполнены из ста-
ли как одно целое. На цилиндрическую часть оправки
плотно надеты одна 5 или несколько гильз 6, 7 (рис.
8.10, а) из стали или других материалов, например из
керамики, которая имеет значительно больший но
сравнению со сталью модуль упругости. Поэтому та-
кие оправки кроме повышенной жесткости обладают
также повышенной демпфирующей способностью.
Гильзы фиксированы в осевом направлении.
Новое значение элемент крепления шлифовального
круга приобретает в связи с автоматической сменой
кругов, особенно на станках с ЧПУ, и работающих
в ГПС без участия человека. Вариант крепления шли-
фовального круга к шпинделю станка винтом с внут-
ренним шестигранником представлен на рис. 8.10, д.
По команде системы управления станком на смену
круга включается гидродвигатель, который через ко-
робку передач приводит во вращение и перемещает
в осевом направлении монтажный винт-съемник 1. На
торце монтажного винта-съемника выполнен шести-
гранник 2, который взаимодействует с гнездом 4 вин-
та 3, закрепляющего круг 5 на шпинделе. В результа-
те круг снимается со шпинделя. При монтаже нового
круга на шпиндель станка гидродвигатель устройства
реверсируется и через систему муфт и зубчатых колес
выполняет вращение и осевое смещение монтажного
винта-съемника в требуемом направлении. Монтаж-
ный винт закрепляет винт 6, на котором базируется
шлифовальный круг 5 в шпинделе станка 7.
Для повышения нагрузочной характеристики
шпинделя 1 шлифовального круга 2 под действием из-
гибающей нагрузки Р (рис. 8.11) используются бес-
контактные опоры скольжения, например гидростати-
ческие. В отверстии втулки 3 подшипника выполнены
распределенные по окружности несущие карманы 4
радиально-упорного подшипника, на торцах втулки
3 — распределенные по окружности несущие карма-
ны 5 упорного подшипника. Все несущие карманы 4
207
Рис. 8.10. Оправки для крепления шлифовального
круга на шпинделе внутришлифовального станка:
а, б— с ременным приводом, в, г — с гильзами, д — для
станков с ЧПУ и автоматической сменой шлифовальных
кругов
и 5 соединены с внешним источником давления смаз-
ки через гидросопротивления. Такой подшипник мо-
жет быть и газостатическим.
Механизм подач. Движение круговой подачи Dsi
выполняется с помощью механизмов вращения заго-
Рис. 8.11. Шлифовальный шпиндель с бесконтактными
опорами скольжения (гидро- или газостатическими)
товки (рис. 8.12). При выборе частоты этого враще-
ния следует учитывать, что с ее увеличением улучша-
ется отвод теплоты и уменьшается опасность образо-
вания прижогов на шлифуемой поверхности. Однако
при этом увеличивается шероховатость обрабатывае-
мой поверхности, возрастают центробежные силы и,
как следствие, амплитуда вибраций станка. Соотноше-
ние окружных скоростей заготовки и круга обычно
находится в пределах 1 : (60—100). При переходе на
скоростное шлифование это соотношение сохраняет-
ся. При шлифовании заготовок из закаленной стали
их окружную скорость следует увеличивать на 10%.
На станках мод. ЗК227В изменение частоты враще-
ния заготовки производится с помощью сменных шки-
вов электродвигателя Ml шпинделя изделия (см. рис.
8.6). На станках с бесцентровым роликовым устрой-
ством для изменения частоты вращения заготовки из-
меняют частоту вращения ведущего ролика 5 (см.
рис. 8.1, е).
14—155
209
На универсальных станках точность формы (не-
круглость) обрабатываемой заготовки зависит от точ-
ности вращения шпинделей изделия. При работе с
увеличенными скоростями с целью повышения вибро-
устойчивости шпинделя изделия основное внимание
Рис. 8.12. Схемы механизмов внутришлифовальных станков (D, —
главное движение резания — вращение шлифовального круга,
Dst — круговое движение подачи — вращение заготовки, —
движение подачи вдоль образующей заготовки — продольная по-
дача, Ds$ — движение подачи перпендикулярно образующей за-
готовки— поперечная или врезная подача):
а —движения и выполняет шлифовальный круг, б — движение
выполняет заготовка, — шлифовальный круг, в — траектория дви-
жения £>£3 круговая
обращают на конструкцию и качество монтажа опор
шпинделя. Как правило, для опор шпинделя изделия
применяют подшипники качения, хотя существуют и
конструкции шпинделей на подшипниках скольжения.
Относительное движение заготовки и шлифоваль-
ного круга вдоль образующей заготовки Ds2 — про-
дольная подача — может осуществляться заготовкой
210
(рис. 8.12,6) или шлифовальным кругом (рис. 8.12, а
ив). В случаях, представленных на рис. 8.12, а и б, пе-
ремещается по направляющим скольжения стол с за-
крепленными на нем шлифовальным шпинделем или
бабкой изделия. В частности, направляющие могут
быть гидростатическими. В случае, когда движется
пиноль со смонтированным в ней шлифовальным
шпинделем, чаще применяют опоры качения с пред-
варительным натягом.
Для того чтобы ход стола (см. рис. 8.12, а, 6) был
плавный, без резких толчков и ударов, в качестве при-
вода этого движения используют гидравлику. Регули-
руют скорости перемещения стола с помощью дроссе-
лей. Для обеспечения плавности хода стола большое
значение имеет, где дросселируется масло: при входе
в цилиндр или при выходе из него. При установке
Рис. 8.13. Схема механизма
осцилляции виутришлифо-
вального стайка
образующей используют
дросселя на выходе из цилиндра и малых скоростях
работы поршня утечки мас-
ла компенсируются задер-
жанным противодавлением,
равномерность хода увели-
чивается. Поэтому такое
дросселирование рекоменду-
ют для станков высокой точ-
ности.
С целью повышения чис-
тоты обрабатываемой по-
верхности при шлифовании
отверстий с прямолинейной
движение осцилляции (качания). Приводом этого дви-
жения может служить тот же гидроцилиндр подачи
стола или специальный механизм осцилляции. С помо-
щью последнего регулируют ход в пределах 0—5 мм
и частоту ходов в минуту. Механизмы осцилляции, как
правило, выполняют с электромеханическим приво-
дом, схема такого механизма показана на рис. 8.13.
Кулачок 1 закреплен на валу 2 и вращается от элек-
тродвигателя 3. Ход стола 4 при осцилляции регули-
руется эксцентриситетом кулачка, частота осцилля-
ции — частотой вращения электродвигателя. С помо-
щью пружины 5 постоянно прижимают кулачок к сто-
лу станка. Движение осцилляции может выполнять
заготовка (см. рис. 8.12,6) или шлифовальный шпин-
дель (см. рис. 8.12, а). На рис. 8.12, в в осцилляции
участвует пиноль шпинделя шлифовального круга.
14*
211
В зависимости от конструкций механизмов на
внутришлифовальных станках применяют два вида
движений поперечных подач DS3: периодическое и не-
прерывное. Для периодической подачи обычно исполь-
зуют храповые механизмы. Привод такие механизмы
могут получать от отдельного электродвигателя или
от возвратно-поступательного движения стола. Ско-
рость поперечной подачи в этом случае выражается
в мм/ход, в мм/двойной ход стола. Однако при при-
менении такого механизма поперечной подачи очень
сложно получить автоматический цикл шлифования,
например по схеме врезание — обдирочное шлифова-
ние — чистовое шлифование — выхаживание. Поэтому
применяют механизмы непрерывной поперечной пода-
чи от гидропривода или от электродвигателя постоян-
ного тока с бесступенчатым регулированием скорости.
Скорость подачи в этом случае исчисляется в мм/мин.
Такой механизм легко наладить для работы в автома-
тическом цикле. Траектория движения поперечной по-
дачи может быть прямолинейной и круговой (см. рис.
8.12, а—в). Механизмы подачи внутришлифовальных
станков обеспечивают все движения, необходимые для
технологических (форсированная и рабочие подачи)
и вспомогательных переходов (отскок — подскок, ком-
пенсация износа шлифовального круга). Они выпол-
няются аналогично механизмам подач круглошлифо-
вальных станков (см. рис. 7.8).
Устройства правки. Шлифовальный круг па внут-
ришлифовальных станцах, как правило, правится по-
сле каждого цикла. Это вызвано малой стойкостью
круга, имеющего небольшие размеры. С повышением
качества шлифовальных кругов правка может прово-
диться через несколько циклов. Шлифовальные кру-
ги из эльбора правятся через 30—500 циклов в зави-
симости от режимов шлифования. Правка обеспечива-
ет восстановление режущих свойств и формы круга.
Характер относительных движений алмаза и круга
при правке зависит от формы последнего. Цилиндри-
ческий круг правится алмазом при возвратно-посту-
пательном перемещении в осевом направлении под-
вижного элемента (стола или пиноли). В процессе
профильной правки само устройство, установленное на
станке, совершает профилирующее движение относи-
тельно вращающегося круга. Съем абразива при прав-
ке определяется величиной компенсации. В зависимо-
212
сти от типа станка и того, какую форму надо придать
кругу, устройства для правки круга имеют различную
конструкцию.
На рис. 8.14, а представлена конструкция устрой-
ства для правки цилиндрического круга на впутри-
шлифовальном станке, где подачу для съема абрази-
ва, а также осевое перемещение совершает круг 1.
Механизмы обеспечивают регулирование положения
алмаза 3 относительно оси круга и компенсацию из-
носа алмаза винтом 4. Алмаз 3 винтом 2 закрепляет-
ся в отверстии рычага 5. Рычаг может поворачивать-
ся вокруг оси эксцентриковой втулки 7 винтом 6
и, кроме того, перемещаться в результате поворота
самой эксцентриковой втулки 7 с эксцентриситетом е.
Устройство для правки круга 1 по радиусу показа-
но на рис. 8.14, б. Корпус 13 установлен на плите 12.
На верхней плоскости корпуса размещен гидроци-
линдр отвода 17 устройства правки. Правка произво-
дится возвратно-поступательным движением алмазной
головки 11 вокруг вертикальной оси. Привод враще-
ния— механизм поворота 9, крайние положения ал-
маза регулируются винтами 8. Величина радиуса
правки меняется винтом 10. Установка устройства на
размер происходит перемещением корпуса 13 по па-
зам плиты 12 винтом 14. Положение алмаза относи-
тельно круга по высоте регулируется винтами 16,
а при опускании его в рабочее положение — вин-
том 15.
Правка шлифовального круга вращающимся ал-
мазным роликом на внутришлифовальных станках
применяется для получения профильного круга при
врезном шлифовании. Использование устройства мон-
тажа и привода самого алмазного ролика аналогично
устройству, приведенному на рис. 7.7, в (см. кругло-
шлифовальные станки).
Если на внутришлифовальных станках шлифо-
вальный круг правится в каждом цикле, необходимо
компенсировать износ круга. Рассмотрим схему сня-
тия припуска (рис. 8.15). В процессе шлифования круг
изнашивается на некоторую величину. Примем износ
круга на обработку каждой заготовки равным а и рас-
смотрим, как происходит съем припуска. Рабочая по-
верхность круга при вводе его в отверстие отстоит от
поверхности отверстия на величину Д. При шлифова-
нии следует снять припуск на сторону, равный б. Сле-
213
Рис 8.14. Устройство для правки на внутришлифовальном станке круга цилиндрической формы (а) и кру-
га по радиусу (б)
сации износа шлифоваль-
ного круга
довательно, перемещение бабки изделия (или круга)
должно равняться величине подвода А плюс величина
припуска 6, плюс величина а, на которую износился
круг. При шлифовании следующей заготовки величи-
на износа круга будет равна
2а. Следовательно, рабочий
ход бабки будет увеличивать-
ся, при этом часть времени бу-
дет затрачиваться вхолостую,
что отразится на затратах ма-
шинного времени. Для того
чтобы рабочий ход был посто-
янным, отвод бабки уменьша-
ют на величину износа и та-
ким способом получают ком-
пенсацию износа круга. Ком-
пенсация износа круга произ-
водится всегда в одном на-
правлении, обычно для этого
применяют храповые механизмы. Один из вариантов
механизма компенсации показан на рис. 4.6.
8.5. ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
ПРИ ВНУТРЕННЕМ ШЛИФОВАНИИ
Наибольшее распространение при внутреннем шли-
фовании получил метод прямого контроля, при кото-
ром выходным управляющим параметром является
размер (диаметр) обрабатываемого отверстия. Такой
контроль выполняется жесткими калибрами и двух-
контактными приборами.
Контроль изделия при внутреннем шлифовании
жесткими калибрами (рис. 8.16) получил в свое вре-
мя распространение ввиду простоты конструкции,
универсальности, нечувствительности к вибрациям
и удобства эксплуатации. Однако точность обработки
при использовании жестких калибров не превышает
0,008—0,01 мм и не может удовлетворить требованиям
обработки прецизионных отверстий, например колец
подшипников. Для измерения отверстий в процессе
шлифования широко используются также двухкон-
тактиые приборы визуального контроля.
В ЭНИМСе разработана система активного конт-
роля отверстий при внутреннем шлифовании изделий
типа колец подшипников диаметром 20—100 мм бес-
215
тактного метода следует сч
Рис. 8.1G. Схема контроля диа-
метра отверстий жесткими калиб-
рами при внутреннем шлифовании;
! — двухступенчатый жесткий калибр,
2— заготовка, 3 — бабка шлифовально-
го круга
контактным способом с помощью располагаемого вне
отверстия датчика ультразвуковых колебаний.
В результате проведенных исследований установ-
лено, что наибольшая достигаемая точность измере-
ния (разброс размеров) составляет в динамическом
режиме 3,5 мкм, в статическом — 1,5 мкм для колец
с толщиной стенки 3 мм. Недостатком этого бескон-
ать необходимость по-
стоянной среды (во-
да— воздух или во-
да— вода) с противо-
положной датчику по-
верхности изделия
(в противном случае
будут погрешности при
измерении). Кроме
того, этот метод может
применяться только
при обработке загото-
вок с жестким допус-
ком на наружный диа-
метр.
Адаптивное управ-
ление процессом шли-
фования— сравнительно новое направление автомати-
зации виутришлифовальных станков. При обработке
на этих станках из-за невысокой жесткости шпиндель-
ного узла возникают погрешности, связанные с его де-
формацией. Поэтому стабилизация сил резания и свя-
занных сними деформаций шпиндельного узла лежит
в основе адаптивного управления этими станками.
Для увеличения чувствительности системы адаптивно-
го управления (САУ) целесообразно измерять дефор-
мации наиболее податливого звена указанного узла,
каким является оправка шпинделя шлифовального
круга. Ее деформация пропорциональна силе резания.
В САУ внутришлифовальным станком чаще других
используют бесконтактные индуктивные датчики.
На рис. 8.17 показана САУ внутришлифовальным
станком, предназначенная для повышения точности
обработки путем стабилизации положения режущей
кромки круга. В процессе обработки детали 7 шлифо-
вальный круг 8 отклоняется от нулевого положения.
Датчик 5 регистрирует отклонение шпинделя 9 вместе
с шлифовальным кругом 8 и вырабатывает сигнал, ко-
216
торый через усилитель 4 поступает в устройство 3
сравнения с заданным уровнем (6—задающее устрой-
ство) деформации. В соответствии с рассогласовани-
ем формируется сигнал управления следящим гидро-
распределителем 2, которь
поперечной подачи (/ — ме-
ханизм поперечной подачи),
в результате чего положе-
ние шпинделя 9 стабилизи-
руется. В САУ использован
индуктивный датчик.
Фирма «Heald» (США)
выпустила внутришлифо-
вальные станки с САУ, ко-
торая предусматривает об-
дирочное шлифование с по-
стоянной силой, стабилизи-
рующей деформации шпин-
деля. На чистовом проходе
подача регулируется в функ-
ции износа шлифовального
круга, уменьшаясь с умень-
шением диаметра круга.
•1Й регулирует скорость
Рис. 8.17. Адаптивная систе-
ма управления виутршнли-
фовалъным станком
8.6. ВНУТРИШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ С ЧПУ
Устройства ЧПУ находят все более широкое при-
менение во внутришлифовальных станках. С помощью
приводов с ЧПУ обеспечивают движение поперечной
и продольной подачи, осцилляции шлифовального
круга. Используют устройства с ЧПУ для правки кру-
га, особенно профильной. Для управления процессами
правки и шлифования используют устройства ЧПУ
типа CNC с дисплеями. Цикл обработки на внутри-
шлифовальных станках с ЧПУ, а также перемещения
бабки изделия и шлифовальной бабки программиру-
ются и контролируются системами отсчета с обратной
связью. Угловое положение оси шпинделя изделия мо-
жет изменяться по заданной программе в процессе
шлифования профильных внутренних поверхностей,
а также для коррекции погрешностей обработки.
В ЭЫИМСе создан вертикальный контурно-шлифо-
вальный станок мод. МА396ФЗ с ЧПУ, предназначен-
ный для обработки отверстий сложной формы с пря-
молинейной образующей. Станок имеет вертикальную
217
компоновку с горизонтальным крестовым столом.
Привод вертикального шлифовального шпинделя—
от высокооборотного электродвигателя. Осцилляция
шлифовальной бабки в вертикальном направлении
производится от гидроцилиндра. Эти перемещения ав-
томатизируются средствами электрогидроавтоматики.
Износ шлифовального круга при правке автоматичес-
ки компенсируется при расчете эквидистанты обраба-
тываемого профиля системой ЧПУ. Система ЧПУ
обеспечивает также цифровую индикацию всех пере-
мещений, автоматическую выборку зазоров в механи-
ческой системе станка при реверсах и компенсацию
погрешностей перемещений стола, связанных с по-
грешностями ходовых винтов.
Для обработки криволинейных контуров с жестки-
ми допусками по размерам и форме на станке внедрен
комплекс технических решений, обеспечивший дости-
жение его высокой жесткости, точности и легкости
перемещений формообразования. Применены направ-
ляющие качения на столе и салазках, винт—гайка ка-
чения с высокоточными опорами качения, выборка за-
зоров в передачах с помощью разношаговых червяков
и др.
Обычным стало использование устройств с ЧПУ
для автоматической смены шлифовальных кругов или
шпинделей и заготовок на внутришлифовальных
станках. Для смены инструмента станки оснащаются
револьверными головками с четырьмя шлифовальны-
ми шпинделями пли магазинами сменных оправок
с шлифовальными кругами. Для смены заготовок ча-
ще применяют портальные роботы.
В связи с общей тенденцией снижения серийности
производства особую актуальность приобретает созда-
ние гибких производственных модулей, в том числе
на базе внутришлифовальных станков с ЧПУ.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные особенности процесса внутреннего шли-
фования.
2. Назовите основные группы внутришлифовальных станков.
3. Какие способы базирования деталей применяют при внут-
реннем шлифовании, в чем их достоинства и недостатки?
4. Расскажите о кинематике станков гаммы ЗК.
5. В чем особенность компоновки станков для планетарного
внутреннего шлифования?
6. Перечислите основные узлы внутришлифовальных станков.
218
7. Как осуществляется продольная подача на станках гаммы
ЗК и на бесцентровых станках.
8. Какие системы управления применяют на внутришлифо-
вальных станках?
ГЛАВА 9
КОНСТРУКЦИИ ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫХ
СТАНКОВ
9.1. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ
Различают шлифование периферией круга и тор-
цом круга. Рассмотрим основные способы шлифова-
ния периферией круга.
Шлифование с непрерывной врезной
подачей (рис. 9.1, а) применяется при обработке
a) ё) 8)
Рис. 9.1. Способы шлифования периферией круга:
а — врезанием, б—глубинным методом, в — с малой подачей на
глубину и большой поперечной подачей; t — подача на глубину,
S — продольная подача
деталей, ширина которых меньше высоты или когда
шлифуемая плоскость ограничена буртами. Шлифова-
ние ведется без поперечной подачи. Круг подается
только на глубину (/) при выходе его за пределы де-
тали с одной или двух сторон во время реверсиро-
вания стола. При этом способе шлифования происхо-
дит неравномерный износ крута по его образующей.
Требуются частые правки круга, точность обработки
невысокая.
Глубинное шлифование (рис. 9.1,6) —
процесс, при котором за каждый ход стола при очень
малой скорости продольной подачи снимается боль-
шой припуск (/). Так как основная тяжесть съема
припуска падает на абразивные зерна, расположен-
ные около торца круга, происходит довольно значи-
219
тельный его износ. Поэтому рекомендуется оставлять
припуск 0,01—0,02 мм и снимать его при поперечной
подаче после правки круга.
Шлифование с прерывистой попереч-
ной подачей (рис. 9.1, в) позволяет качественно
обрабатывать даже большие поверхности. Величина
поперечной подачи зависит от высоты шлифовально-
го круга и никогда не должна ее превышать. В край-
них положениях в поперечном направлении круг дол-
жен выступать за кромку детали на половину его
высоты. В продольном направлении должна быть
обеспечена возможность выхода круга за пределы
обоих концов детали на 50—60 мм. Подача на глуби-
ну производится обычно одновременно с реверсирова-
нием в поперечном направлении. При этом способе
шлифования, особенно при обработке больших по-
верхностей, на последних ходах следует выбирать
очень малую величину подачи на глубину, чтобы
уменьшить неточность, создаваемую кругом вследст-
вие его износа.
Шлифование с непрерывной подачей
применяется, например, в станках с круглым столом
и горизонтальным шпинделем, осуществляется не-
прерывно, величина ее за каждый ход (оборот) сто-
ла не должна превышать половины высоты круга. По
сравнению с предыдущим способом последний обес-
печивает более высокую точность обработки.
При всех способах шлифования периферией круга
дуга контакта круга с деталью значительно меньше,
чем при шлифовании торцом круга. Этим объясняют-
ся сравнительно небольшие усилия резания и незна-
чительное выделение теплоты. Вот почему перифери-
ей круга шлифуют детали, закаленные до высокой
твердости, обладающие невысокой жесткостью, с вы-
сокими требованиями к точности. Производительность
обработки при шлифовании периферией круга ниже
по сравнению со шлифованием торцом круга.
При шлифовании торцом круга наибольшее рас-
пространение получили следующие способы
(рис. 9.2).
Однопроходный способ шлифования
(рис. 9.2, а), применяемый на станках с круглым сто-
лом, при котором вертикальная подача круга ведет-
ся сразу на всю глубину шлифования и съем всей ве-
личины припуска t происходит за один оборот стола,
220
вращающегося с небольшой скоростью. Для съема
большего припуска и обеспечения высокой точности
обработки применяют станки с несколькими шлифо-
вальными головками, расположенными на одной
окружности концентричной оси вращения стола (рис.
Рис. 9.2. Способы шлифования торцом круга
9.2,6), При этом припуск снимается последовательно
всеми кругами, под которыми проходит деталь, пер-
вый круг снимает наибольшую часть припуска (Л),
каждый последующий снимает все меньше и меньше,
последний круг служит для доводки. При этом спосо-
бе шлифования облегчается автоматизация загрузки
и выгрузки деталей, что делает особенно эффектив-
ным применение его в условиях массового производ-
ства.
При многопроходном шлифовании
(рис. 9.2, в) деталь, установленная на столе, переме-
шается с относительно большой скоростью v (до
40—50 м/мин), несколько раз проходит под шлифо-
вальным кругом, постепенно подаваемым на глубину
до тех пор, пока не будет снят весь припуск. Послед-
ние ходы выполняются с очень малой вертикальной
подачей S или вовсе без подачи (выхаживание).
Двустороннее шлифование является
разновидностью торцового шлифования, при этом
производительность повышается благодаря одновре-
менному шлифованию двух торцов и не требуется
предварительной подготовки базы как на плоскошли-
фовальном станке.
При двустороннем шлифовании припуск, как пра-
вило, снимается за несколько проходов, при этом про-
исходит главное движение резания, создаваемое вра-
щением шлифовального круга, и главное движение
подачи — прямолинейная или круговая подача дета-
ли, зависящая от схемы резания.
221
При шлифовании торцом круга дуга контакта
круга с деталью относительно большая, что делает
этот метод плоского шлифования высокопроизводи-
тельным, но приводит к затруднению отвода стружки
и возникновению в зоне шлифования довольно высо-
ких температур, что снижает точность обработки, осо-
бенно при круговой подаче.
9.2. ПЛОСКОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Различие способов плоского шлифования и обра-
батываемых деталей предопределило разнообразие
конструкций плоскошлифовальных станков.
Плоскошлифовальные станки с горизонталь-
ным шпинделем, прямоугольным столом
и крестовым суппортом предназначены для
шлифования поверхностей периферией круга. В пре-
делах, допускаемых кожухом круга, возможно шли-
фование торцовых поверхностей. Эти станки приме-
няют в основном в инструментальном производстве.
Плоскошлифовальиые станки с прямоуголь-
ным столом общего назначения выпуска-
ют с горизонтальными и вертикальными шпинделями.
По сравнению со станками с крестовым суппортом
станки этой группы имеют повышенную жесткость,
оснащены шлифовальными кругами больших разме-
ров и электродвигателями большей мощности. Эти
станки обеспечивают более высокую производитель-
ность, однако точность обработки на них несколько
ниже.
По степени автоматизации станки этого типа вы-
пускают в двух исполнениях: неавтоматизированные
и полуавтоматы с приборами активного контроля.
В станках принята следующая компоновка (рис.
9.3). На тумбе, расположенной в центре станка и от-
литой за одно целое со станиной 7, крепится колон-
на 3, представляющая собой жесткую литую раму
с проемом в средней части. По обе стороны проема
расположены вертикальные направляющие 4, по ко-
торым перемещается каретка 2, имеющая горизон-
тальные направляющие для поперечного (ручного
или гидравлического) перемещения шлифовальной
бабки. Размещение каретки и шлифовальной бабки
между направляющими повышает жесткость станка.
Короткие кинематические цепи (вертикальные на-
222
правляющие и винт—гайка качения) обеспечивают
получение точных стабильных подач.
Вертикальное перемещение каретки с шлифоваль-
ной бабкой может быть ручное или прерывистое ав«
тематическое — с помощью механизма вертикальной
Рис. 9.3. Общий вид полуавтомата с прямоугольным столом
подачи, который крепится на передней стенке стани-
ны. Ускоренные перемещения выполняет механизм
ускоренных вертикальных перемещений, расположен-
ный на задней стенке тумбы станины.
Возвратно-поступательное перемещение стола
идет по направляющим станины от двух гидроцилин-
дров. Для станков класса А применяют гидростати-
ческие направляющие, повышающие точность пере-
мещения стола.
В станках предусмотрены дистанционное управ-
ление столом и шлифовальной бабкой, ограждающие
устройства, различные виды блокировок, аварийный
отскок шлифовальной бабки.
Слева за станком расположен агрегат охлажде-
ния, справа — гидроагрегат и электрошкаф 5. Сзади
станка за тумбой располагается установка смазки
шпинделя.
223
Различают плоскошлифовальные станки с круг-
лым столом и горизонтальным шпинде-
лем неавтоматизированные и полуавтоматы. Стан-
ки выпускают с наклонным столом, что позволяет
шлифовать плоские, выпуклые, вогнутые и конусные
поверхности.
На рис. 9.4 представлен общий вид станка одной
из моделей с диаметром столов от 250 до 1000 мм.
Станки этого ряда имеют следующую компонов-
ку. На станине 1, представляющей собой массивную
чугунную отливку коробчатой формы, по направля-
ющим которой перемещается стол 2, закреплена ко-
лонна 3 с проемом, в который может вдвигаться
стол, когда центр его подходит к оси симметрии шли-
фовального круга.
Шлифовальная бабка 4 перемещается в замкну-
тых прямоугольных направляющих качения, распо-
ложенных в проеме колонны, что обеспечивает
минимальный вылет шпинделя относительно направ-
ляющих. В качестве опор шпинделя применены гид-
родинамические подшипники с принудительной смаз-
кой. Привод шпинделя осуществляется с помощью
плоского ремня.
В станках применена гидростатическая осевая
опора стола, способствующая повышению качества
обработки и сохранению точности станка в течение
длительного времени. Стол вращается от электродви-
гателя постоянного тока с помощью клиноременной
передачи через шарнирный четырехзвенник и кони-
ческую передачу с круговым зубом.
Особенностью конструкции является автоматиче-
ское регулирование частоты вращения и скорости
перемещения стола по мере изменения расстояния
от центра его вращения до оси шлифовального кру-
га. При продольном перемещении стола поворачива-
ется сельсин-датчик, установленный на плите, изме-
няющий частоту вращения двигателя привода, а ко-
пир, закрепленный на тягачах четырехзвенника,
изменяет скорость подачи стола. Это увеличивает
производительность и улучшает качество обработки.
Плоскошлифовальные станки с круглым сто-
лом и вертикальным шпинделем имеют
три разновидности: с выдвижным и невыдвижным
столами и непрерывного действия. Выпускают стан-
ки с выдвижным столом и непрерывного действия.
224
Рис. 9.4. Общий вид станка с круглым столом
Для перемещения по направляющим станины вы-
движного электромагнитного стола из зоны загрузки
в зону обработки служит каретка стола.
Каретка стола 9 (рис. 9.5) представляет собой
жесткую отливку с ребрами, с двумя направляющи-
ми для перемещения по станине и кольцевой направ-
ляющей для вращения стола. В центральной расточ-
ке каретки базируется ось 2, относительно которой
вращается стол 10. В каретке крепят редуктор 6,
в расточке которого монтируется вал 4 с шестерней
5, находящейся в зацеплении с шестерней 11, что
обеспечивает вращение стола. В нижней плоскости
каретки крепится рейка 8 продольного перемещения.
Для защиты направляющих станины к торцам
каретки по боковым сторонам крепятся щетки, пере-
крывающие направляющие в любом положении ка-
ретки.
Стол с ребрами жесткости имеет кольцевую на-
правляющую скольжения 7. К верхней обработанной
поверхности стола крепится электромагнитная плита
15-155
225
Рис. 9.5. Каретка круглого стола
1. Центральная расточка стола служит базой для ра-
диального подшипника 3, который, в свою очередь,
базируется внутренним кольцом на оси каретки. Вра-
щение стола выполняется косозубой парой шестерен
5 и И.
Смазка поверхностей трения и зубчатого зацеп-
ления производится из картера в каретке стола.
Шлифовальная бабка перемещается по верти-
кальным прямоугольным направляющим колонны от
винта, работающего в паре с шариковой гайкой, за-
крепленной в корпусе бабки. От опрокидывания шли-
фовальная бабка удерживается планками, приверну-
тыми по всей длине направляющих корпуса бабки.
Зазор между направляющими колонны и бабки вы-
бирается регулировочными клиньями.
Механизм подачи служит для ускоренного пере-
мещения шлифовальной бабки вверх и вниз, замед-
ленного подвода шлифовальной бабки к шлифуемо-
му изделию, выполнения рабочей подачи и отвода
шлифовальной бабки от шлифуемого изделия на ско-
рости 1,5 м/мин. Все эти движения осуществляются
от электродвигателя постоянного тока с приводом от
магнитного усилителя.
Кроме указанных автоматических перемещений
226
механизм подач служит для ручного перемещения
шлифовальной бабки вверх и вниз посредством махо-
вика и ручных точечных подач при шлифовании по
лимбу, толчковой дозированной подачи.
Редуктор подачи передает вращение от механиз-
ма подач на ходовой винт шлифовальной бабки. Ре-
Рис. 9.6. Кинематическая схема станка с круглым столом и вер-
тикальным шпинделем
дуктор состоит из червячной передачи с передаточ-
ным отношением ^20- Валы редуктора смонтированы
на подшипниках качения. Смазка централизованная.
На рис. 9.6 представлена кинематическая схема,
принятая в станках с круглым столом и вертикаль-
ныхм шпинделем гаммы ЗД, а также новой гаммы
ЗЕ. Станки имеют четыре раздельные кинематичес-
кие цепи:
с помощью одной вращается шлифовальный круг
от встроенного электродвигателя 4;
вторая предназначена для вращения электромаг-
нитного стола от электродвигателя 13 через клиноре-
менную передачу 12, шестискоростную коробку ско-
15*
227
ростей 14, коническую 17 и цилиндрическую 18 пары
шестерен;
третья цепь служит для перемещения каретки
стола посредством электродвигателя 21 черев клино-
ременную передачу 1, червячный редуктор 20 и рей-
ку 19;
четвертая цепь нужна для подачи шлифовальной
бабки.
Механизмы подачи обеспечивают следующие ви-
ды подач:
автоматическую подачу с помощью электродвига-
теля 7 постоянного тока через червячную передачу
11, цилиндрическую пару 10, червячную пару 9, ци-
линдрическую зубчатую передачу 3 механизма подач
и через червячный редуктор 5 подачи на винтовую
пару 6 с шагом 10 мм;
ускоренный и замедленный подвод, а также уско-
ренный отвод осуществляются от электродвигателя
7 через две зубчатые пары 8 и 3 и далее через чер-
вячный редуктор подачи 5 па винтовую пару 6;
ручное перемещение и ручная подача — вращени-
ем маховика 15 через зубчатую пару 16;
дозированная подача — от специальной рукоятки
с собачкой 2 и храповым колесом.
Станки с выдвижным столом выпускают с диа-
метрами стола от 400 до 1250 мм.
Станки гаммы ЗЕ аналогичны по конструкции, но
обеспечивают более высокую производительность за
счет повышенной мощности электродвигателя приво-
да шлифовального круга.
Станки гаммы ЗМ предназначены для предвари-
тельного и окончательного шлифования плоскостей
без предварительной лезвийной обработки. Станки
отличаются большой мощностью привода круга, по-
вышенной жесткостью и виброустойчивостыо. Особое
внимание уделено жесткости шпиндельного узла
и конструкции стыков корпусных деталей. Для под-
вижных узлов применены гидростатические направ-
ляющие. Предусмотрены наклон круга при обдироч-
ном шлифовании (что увеличивает удельный съем
и снижает мощность шлифования) и механизирован-
ный возврат круга в горизонтальное положение при
переходе от обдирочного к чистовому шлифованию.
Станки оснащены устройством для балансировки
круга при вращении, прибором активного контроля,
228
цифровой индикацией и адаптивным управлением ре-
жимами шлифования.
Ввиду большого съема металла (400 кг/ч при
шлифовании чугуна и 150 кг/ч при шлифовании ста*
ли) и значительного износа круга (более 30 кг/ч)
большое значение имеет интенсивное охлаждение
деталей и отвод теплоты за пределы станка, поэтому
применена комбинированная система подачи охлаж-
дения. Для охлаждения детали и смывания шлама
СОЖ подается под давлением 151—202 кПа через
планшайбу.
Для очистки, предохранения от засаливания и до-
полнительного охлаждения шлифовального круга
СОЖ подается под давлением на рабочий торец кру-
га через подвижное сопло, расположенное вне зоны
резания.
Станки непрерывного действия выпускаются
в двухшпиндельном исполнении и намечается выпуск
станков в трехшпиндельном исполнении.
Обработка на этих станках производится за одни
оборот стола. Шлифовальные круги установлены на
разной высоте, что позволяет за один оборот произво-
дить обдирочное и чистовое шлифование.
Деталь, установленная па магнитной плите в по-
ложении загрузки, проходит сначала зону первой
шлифовальной бабки, где происходит обдирочное
шлифование, затем зону второй шлифовальной баб-
ки, выполняющей чистовое шлифование. При выходе
из зоны чистового шлифования детали поступают
в сектор разгрузки, где их снимают со стола.
Вращение шлифовальных кругов — от встроенных
электродвигателей, вращение стола — от отдельного
двухскоростного электродвигателя через клнноремен-
ную передачу и редуктор.
Вертикальная подача шлифовальных бабок про-
изводится механически и вручную. Величина механи-
ческой подачи устанавливается сменными зубчатыми
колесами и переключением рукоятки коробки подач.
Шлифовальные бабки полностью защищены от попа-
дания внутрь пыли и паров воды.
Станок работает по полуавтоматическому циклу
и снабжен устройством для автоматической компен-
сации износа круга.
Станки этого типа оснащаются как электромаг-
нитной, так и чугунной плитой.
229
9.3. ДВУСТОРОННИЕ ТОРЦЕШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Такие станки выпускают в двух компоновках:
с горизонтальной и вертикальной осью шпинделей.
Станки с горизонтальной осью более технологичны
и просты в обслуживании и ремонте. Станки с верти-
кальной осью применяют в основном для чистового
шлифования деталей типа тонких колец и пружин.
Такие детали удобнее загружать и измерять, когда
они лежат на торце.
Двусторонние торцешлифовальные станки служат
для шлифования торцов широкого диапазона деталей
типа подшипниковых и поршневых колец, роликов,
крестовин, клапанов, рычагов, дисков, пружин и т. и.
Применяются шлифовальные круги диаметром от
450 до 900 мм. Транспортирование деталей через зо-
ну обработки (между торцами кругов) выполняется
методом напроход с прямолинейной или круговой
траекторией (рис. 9.7).
С прямолинейной траекторией транспортирования
шлифуются детали типа колец. Скорость перемеще-
ния деталей регулируется подающим устройством /.
В качестве таких устройств используются магнитные
диски, звездочки, ременные устройства; в вертикаль-
ных станках применяются цепи и валки (рис. 9.7, а,
б, г, д). Детали подаются в зону шлифования по на-
клонным направляющим линейкам 2.
Детали сложной формы, а также хрупкие транс-
портируются через зону обработки в дисках и бара-
банах (рис. 9.7, в, г).
Для уравновешивания сил резания при обработке
шлифовальные круги вращаются, как правило, в про-
тивоположные стороны.
Только для нежестких деталей типа пружин при-
меняется однонаправленное вращение кругов.
Направление деталей при входе и выходе из зоны
шлифования обеспечивают передняя и задняя базо-
вые щеки 3, установленные у левого шлифовального
круга. К базовым щекам детали поджимают проти-
вобазовыми щеками 4 (см. рис. 9.7, а). Положение
их регулируется в зависимости от высоты обрабаты-
ваемых деталей.
Для равномерного распределения съема металла
с изделий по мере их перемещения между кругами
противобазовый круг разворачивается вместе с баб-
230
Рис. 9.7. Схемы транспортирования детали через зону обработки
Рис. 9.8. Блок шлифовальной бабки:
а — продольное сечение,
кой в горизонтальной и вертикальной плоско-
стях.
Шлифовальные круги периодически правятся ал-
мазным инструментом (оправка с пятью алмазными
зернами), установленным на рычагах правки 5.
Современные двусторонние торцешлифовальные
станки оснащены системами ЧПУ и управляющего
контроля и широко используются в составе автома-
тических линий.
Горизонтальные автоматы состоят из станины, на
которой смонтированы два блока шлифовальных ба-
бок. Между бабками находится центральная часть,
включающая ограждение кругов и блок подачи из-
делия.
Вертикальные автоматы имеют или одностоечную.,
или портальную конструкцию. Нижняя бабка крв’
пится к станине, верхняя — к стойке или траверсе.
Портальная конструкция станков имеет большое
преимущество по сравнению с остальными — при та-
кой конструкции температурные деформации, возни-
кающие во время работы, не искажают зону резания.
Шлифовальные бабки (рис. 9.8) идентичны
по конструкции для горизонтальных и вертикальных
станков и включают в себя пиноль, шпиндель, при-
вод шпинделя, механизм подачи пиноли.
Рис. 9.8. Блок шлифовальной бабки:
б — поперечное сечение
233
В пиноли 1 (рис. 9.8, a) смонтирован шпиндель 4.
Опорами 2 шпинделя служат двухрядные цилиндри-
ческие роликовые подшипники с коническим отвер-
стием. Осевая опора — упорно-радиальный шарико-
вый двухрядный подшипник. Все подшипники преци-
зионные, собраны с предварительным натягом. Такая
конструкция шпиндельного узла обладает высокой
осевой жесткостью и технологичностью.
Подшипники защищены от попадания СОЖ и аб-
разива резиновой гармошкой 5. Смазка подшипников
производится либо масляным туманом, либо набив-
кой консистентными смазками. Второй способ упро-
щает эксплуатацию станка.
На задней стенке корпуса бабки смонтирована
опора 3 шкива привода шпинделя.
Продольное перемещение пиноли при отводе ее
на правку круга, подводе круга в рабочее положение
и при компенсации износа выполняет механизм пода-
чи пиноли 6. Через коллектор 7 производится подача
СОЖ, которая поступает в зону резания по полому
шпинделю.
Существует два варианта компоновки шлифоваль-
ной бабки: механизм подачи пиноли располагается
либо сверху (а), либо снизу пиноли (б). Второй ва-
риант делает конструкцию компактной. Первый ва-
риант конструктивного решения обеспечивает более
высокие жесткость узла и ремонтопригодность.
Точное перемещение пиноли обеспечивается ша-
риковой парой винт — гайка.
Пиноль 1 шпинделя круга перемещается по приз-
матическим роликовым направляющим 2 (рис. 9.8,6),
расположенным па нижнем корпусе шлифовальной
бабки 3.
Используют несколько способов крепления шли-
фовальной бабки к станине. В качестве передней
опоры применяются либо две специальные мембра-
ны, либо полускалка.
Задняя опора представляет собой полый винт со
сферическим торцом, ввернутым в станину.
Для фиксации и разворота бабки в горизонтальной
плоскости предусмотрен центрирующий палец, распо-
ложенный в середине передней части бабки и запрес-
сованный в станину.
Механизм подач (см. рис. 9.8,6), представ-
ляющий собой одноступенчатый червячный редуктор
234
с планетарным рядом, установлен сзади на корпусе
шлифовальной бабки. Управляют работой механизма
с помощью двух электромагнитных муфт 4 и 5. При-
вод механизма подачи--от электродвигателя постоян-
ного тока со ступенчатым регулированием частоты
вращения от 300 до 18(5 мин '1.
При монтаже автомата па заводе-изготовителе ус-
танавливают две фиксированные скорости электро-
двигателей привода коробки, зависящие от того, ка-
кая муфта вк.иочена.
При включении муфты 5 выходной вал вращается
только через червячную пару 6, при этом обеспечива-
ется быстрое перемещение пиноли / со скоростью
60 мм/мин.
При включении муфты 4 вращение выходного вала
происходит через червячную пару 6 и планетарный ре-
дуктор 7, при этом обеспечивается медленное переме-
щение пиноли со скоростью 15 мкм/с при частоте вра-
щения электродвигателя 2800 мин-1 или 1 мкм/с при
частоте вращения электродвигателя 186 мин-1.
Для перемещения пиноли вручную от маховика пи-
тание на электромагнитные муфты подастся только
в момент исполнения соответствующей команды на
перемещение пиноли от кнопки или от отсчетно-ко-
мандного устройства.
Прибор правки (рис. 9.9) шлифовальных кру-
гов устанавливается на поворотном кронштейне 3.
Прибор может поворачиваться вокруг центрального
Рис. 9.9. Прибор правки
235
пальца 4, закрепленного в кронштейне, установленном
на бабке.
Прибор правки представляет собой литой корпус,
в отверстии которого в радиально-упорных подшипни-
ках, установленных с предварительным натягом, вра-
щается вал рычага правки 1.
Вал вращается от электродвигателя постоянного
тока, имеющего две частоты вращения 500
и 1400 мин~*, через двухступенчатый червячный ре-
дуктор 2. При включении предохранительной муфты,
выключающей первую ступень, возможно вращение
вала вручную от маховика.
При смене шлифовальных кругов рычаги правки
с помощью маховика ставятся в вертикальное поло-
жение.
На рычагах правки установлены державки алма-
зов и позиционеры шлифовальных кругов в положении
правки.
Смену алмазных державок и регулировку позицио-
неров производят через крышку ограждения шлифо-
вальных кругов.
Планшайба 1 (рис. 9.10) шлифовального круга 4
представляет собой плоский диск с отверстиями для
Рис. 9.10. Планшайба шлифовального круга
крепления шлифовального круга. Планшайбу к флан-
цу шпинделя крепят шестью или восемью болтами.
Планшайба с кругом центрируется на конической по-
садочной шейке шпинделя, что ускоряет смену шлифо-
вальных кругов. Шлифовальный круг 4 крепится бол-
тами 2 к планшайбе через вформованные в него
гайки 3,
236
Компоновка центральной части шлифо-
вальной бабки определяется конструкцией огра-
ждения шлифовальных кругов. Нижний корпус ограж-
дения устанавливают па верхнюю плоскость станины
между корпусами шлифовальных бабок. В корпусе
предусмотрено отверстие для отвода охлаждающей
жидкости, которое можно использовать для обмыва
обработанных деталей или для смыва остатков шла-
ма из корпуса ограждения.
Верхний корпус ограждения монтируют на под-
шипниках скольжения, установленных на нижнем
корпусе в месте входа приборов правки в зону шлифо-
вания.
Посредством ряда кинематических систем осущест-
вляется вращение шпинделей шлифовальных кругов,
ручное и автоматическое перемещение пинолей шли-
фовальных кругов, правка шлифовальных кругов, по-
дача деталей в зону шлифования.
Кинематическая схема автомата представлена на
рис. 9.11. От электродвигателей 1 через зубчато-пере-
менную передачу 2 приводятся во вращение шпинде-
ли 3 шлифовальных кругов. Поступательные переме-
щения пинолей со шпинделями шлифовальных кругов
по направляющим качения выполняются механизма-
ми подачи:
вручную от маховика, связанного с валом 21, на
котором расположен червяк 23, через червячное коле-
со 22, смонтированное на винте 25 и гайку 24, закреп-
ленную на пиноли;
от кнопки противоположный конец вала 21 жестко
связан с валом 20, который через муфту связан с ко-
робкой подачи, представляющей собой червячно-пла-
нетарный редуктор с управлением от электромагнит-
ных муфт. При этом происходят:
ускоренное перемещение пиноли. Электромагнит-
ная муфта замыкает вал 12 с червячным колесом 13,
при этом планетарный редуктор выключен. Движение
от электродвигателя 10 через пару косозубых шесте-
рен 9 и червячную пару 13, 14 передается на вал ме-
ханизма подачи пиноли;
рабочее перемещение пиноли. Электромагнитная
муфта замыкает вал 12 на корпус коробки, при этом
планетарный ряд включен. Движение от электродви-
гателя 10 через пару косозубых шестерен 9, червяк 14
и червячное колесо 13 передается на водило. На води-
237
Рис. 9.11. Кинематическая схема автомата
ле расположен блок шестерен 15 и /7, который, обка-
тываясь на шестерне 16, передает момент на шестер-
ню 19 и далее на вал 20 механизма подачи пиноли.
Движение рычагов правки осуществляется от элек-
тродвигателя 5 редуктора прибора правки через чер-
вячную пару 6 и червячную пару 8 и далее через вал
4 на вал 11 прибора правки. Момент на второй при-
бор правки передается через эластичную муфту 18.
На валу этого прибора смонтированы упоры управ-
ления.
Движение на вал 7 редуктора прибора правки от
червячного колеса 6 передается через кулачковую
муфту, которая при работе электродвигателя 5 выпол-
няет роль предохранительной муфты. При включении
кулачковой муфты колесо 6 и вал 7 разъединяются
и качение рычагов правки можно выполнять вручную
от маховика, закрепленного на валу 7, через червяч-
ную пару 8.
Диск загрузки приводится от электродвигателя 32
через ременную передачу 31, червячную пару 29, пре-
дохранительную муфту, червячную пару 26. Для вы-
борки люфтов на выходном валу смонтирована вторая
червячная пара 27 с приводом от вала 28 через зубча-
тую пару 30.
Пневмосистема предназначена для обеспече-
ния смазки шпиндельных опор масляным туманом,
поддува сжатого воздуха в лабиринтные уплотнения
и подачи очищенного воздуха к отсчетно-командному
устройству.
9.4. ШЛИЦЕШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Шлицешлифовальные станки не входят в группу
плоскошлифовальных станков, но по работе ближе
всего подходят к плоскошлифовальным станкам с го-
ризонтальным шпинделем и прямоугольным столом.
Основным узлом шлицешлифовального станка являет-
ся делительный механизм.
На станине станка установлен стол, имеющий воз-
вратно-поступательное перемещение по направляю-
щим станины с бесступенчатой скоростью от гидро-
привода. На с голе установлены передняя и задняя
бабки, в центрах которых закрепляется деталь. В пе-
редней бабке размещен механизм деления, предназ-
наченный для обеспечения точного поворота вала на
239
пин in нщ при выходе круга из шпица после каждого
хода или после завершения обработки шлица. Шли-
фовальная бабка, осуществляющая иодачу круга на
врезание, оснащена механизмом ускоренного переме-
щения. Шпиндель шлифовального круга смонтирован
в шлифовальной бабке на прецизионных подшипни-
ках качения. Круг правят алмазом. Устанавливают
и регулируют положение алмазов специальным при-
способлением.
В полуавтоматах предусмотрен автоматический
цикл работы: деление, подача, измерение с помощью
автоматической скобы в процессе шлифования, пере-
ход с червячной подачи на чистовую, выхаживание,
правка круга с автоматической компенсацией износа
круга и алмаза, отскок круга от изделия на величину
снятого припуска по окончании обработки и вывод
стола в зону загрузки и выгрузки изделия. На этих
полуавтоматах возможна обработка шлицевых валов
с прямобочным и эвольвентиым профилем, а также
шлифование внутренних шлицев. В тяжелых станках
предусмотрено бесступенчатое регулирование скоро-
сти круга. На всех станках возможна обработка раз-
личного числа шлицев без смены диска. Механизм по-
дачи круга на врезание обеспечивает регулируемую
по величине «затухающую» подачу.
Для уменьшения температурных деформаций все
баки вынесены из станины и предусмотрено принуди-
тельное охлаждение масла гидросистемы.
Кинематическая схема делительного механизма
представлена па рис. 9.12.
Привод механизма деления производится от элек-
тродвигателя 10 через клипоременную передачу, шкив
которой жестко закреплен на валу червяка. Червяк
передает вращение червячному колесу 6, сидящему
свободно на валу 7. Вал и соединенная с ним цевочная
муфта получают вращение от муфты 8 при зацеплении
ее со шпонкой. Муфта 9 совершает один оборот в мо-
мент перемещения стола влево (что соответствует
выходу шлифовального круга из детали). Когда ры-
чаг 14 роликом 13 войдет в контакт с откидным упо-
ром 16 (в правую сторону упор откидывается свобод-
но, пропуская рычаг 14), ролик 13 через систему
рычагов и тяг повернет рычаг 12 и освободит шпонку
от фиксации. Шпонка под воздействием пружины 11
переместится влево и войдет в зацепление с муфтой S,
240
Рис. 9.12. Кинематическая схема делительного механизма шлифо-
вального станка
при этом вал начнет вращаться. Двойная рычажная
система обеспечивает блокировку рычагов от поломки
даже в том случае, когда ролик 13 остановится на
упоре 16.
За один оборот вала произойдет:
освобождение делительного диска 1 от фиксато-
ра 4\
грубое деление — цевочная муфта 18 повернет
мальтийский крест 17 па пол-оборота, вращение пере-
дается сменным зубчатым колесам гитары деления 3,
затем зубчатое колесо 2 повернет зубчатое колесо,
жестко связанное со шпинделем 15, и шпиндель повер-
нется на заданный угол;
на последней четверти оборота фиксатор 4 соско-
16—155
241
чит с кулачка и под воздействием пружины 5 устано-
вится в пазу делительного диска /, т. е. произойдет
фиксация делительного диска п точная его установка.
Ручное управление делением производится кнопкой.
9.5. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УСТАНОВКИ
И КРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
Для установки и крепления деталей на столе плос-
кошлифовального станка применяют различные спосо-
бы. Наиболее распространенный — крепление на элек-
тромагнитной плите или плите с постоянным магни-
Рис. 9.13. Магнитная плита:
1,2 — пластины, 3 — немагнитные прослойки
том. У этого способа крепления есть недостатки:
наличие остаточного магнетизма требует после обра-
ботки применения устройства для размагничивания;
нагрев электромагнитной плиты во время работы при-
водит к понижению точности обработки; возникает
опасность деформирования тонких деталей при притя-
гивании к плите; невозможность крепления деталей
из немагнитных материалов.
Для устранения нагрева применяют комбинирован-
ные плиты с импульсными магнитами. Такая плита
работает как постоянный магнит с периодическим
включением электромагнита, что обеспечивает увели-
чение силы притяжения и устраняет нагрев. На рис.
9.13 представлен общий вид магнитной плиты.
Кроме магнитных плит для закрепления деталей
применяют ряд универсальных пли специальных при-
способлений (рис. 9.14).
К универсальным приспособлениям относят тиски,
242
Рис. 9.14. Приспособление для
шлифования клиновых скосов:
/ — стол станка, 2 — синусный
угольник, 3—поворотный стол, 4 —
прихват, 5 — деталь, 6 — шлифо-
зальный круг, 7 — подкладка, 8 —
мерная пластина
планки и угольники различных размеров, к которым
детали прикрепляют струбцинами. При шлифовании
поверхностей деталей под разными углами применяют
синусные линейки. Установка плоскости, на которой
закрепляются детали на заданную величину угла, про-
изводится с помощью
мерных плиток. Иногда
синусные линейки исполь-
зуют в сочетании с уголь-
никами и центровыми
приспособлениями. Для
поворота деталей на оп-
ределенный угол приме-
няют делительные го-
ловки.
Плоскошлифовальныс
и профилешлифовальные
станки оснащены раз-
личными универсальны-
ми приспособлениями.
Например, к станку мод.
ЗЕВ11Ф1 прилагается че-
тыре типа столов: синус-
ный делительный с крес-
товым пазом, синусный
делительный с трехкулачковым патроном, вращаю-
ющийся синусный с крестовым пазом, синусный ком-
бинированный, а также несколько видов тисков — ле-
кальные, синусные; делительные приспособления, пово-
ротные синусные угольники, призмы для шлифования
шаблонов и ряд других приспособлений. Со станком
поставляется несколько видов приспособлений для
правки шлифовального круга. Это расширяет техноло-
гические возможности станков и позволяет шлифовать
несколько поверхностей с одного установа.
Специальные приспособления применяются в тех
случаях, когда форма деталей, технология обработки
или немагнитпость материала не позволяют закрепить
их на магнитной плите или с помощью универсальных
приспособлений. Конструкция специального приспо-
собления определяется конфигурацией обрабатывае-
мой детали и технологией обработки.
На рис. 9.15 показан барабан для транспортиров-
ки клапанов в двустороннем торцешлифовальном ав-
томате.
16*
243
Заготовки клапана укладываются вручную в лоток
загрузки. Лоток имеет отсекатель анкерного типа для
поштучной подачи заготовок в перегрузочный диск 6.
Перегрузочный диск Своими пазами принимает за-
готовки из лотка загрузки и укладывает их в призмы
Рис. 9.15. Устройство транспортирования клапанов при двусторон-
нем шлифовании торцов:
/ — барабан, 2 — призма, 3 —клапан, 4 — тросик, 5 — цепь, 6 — перегрузоч-
ный диск
2 барабана 1. В призмах барабана заготовки 3 бази-
руются по диаметру стержня и по заданной в опера-
ционной карте поверхности обратной стороны тарелки.
Попав в призму барабана, заготовка прижимается
к призме рычагами при помощи натянутого пружиной
тросика 4, затем прижимается к осевому упору под-
пружиненной лыжей. Далее рычаги прижимают заго-
товку окончательно с помощью двух цепей 5, которые
охватывают барабан. Зажатые заготовки проходят
через зону обработки и измерения, после чего цепи
освобождают обработанные заготовки от прижимных
рычагов и заготовки выкатываются в лоток выгрузки.
Наибольшие сложности представляет зажим дета-
лей из цветных металлов, немагнитных и неметалли-
244
ческих материалов. Иногда для крепления деталей из
таких материалов используют электростатический за-
ряд.
9.6. КОНТРОЛЬ ДЕТАЛЕЙ Б ПРОЦЕССЕ ШЛИФОВАНИЯ
Установка на плоскошлифовальных станках при-
бора активного контроля позволяет повысить точность
обработки деталей. При контроле в процессе шлифо-
вания можно применять два способа измерения.
При первом способе, схема которого представлена
на рис. 9.16, а, регистрируется высота шлифуемой де-
Рис. 9.16. Способы контроля в процессе плоского
шлифования
тали с помощью электронного и пневматического щупа
1, при этом результат! измерения передаются в реги-
стрирующее устройство. При достижении заданного
размера автоматически отключается подача. Однако
при таком способе измерения не учитывается величина
износа круга и требуется периодическая подналадка
прибора. Для определения точности измерения приме-
няют щуп 2, который дополнительно измеряет рассто-
яние до плоскости, по которой базируется деталь. При
этом подача на глубину отключается при достижении
заранее установленной разности показаний обоих щу-
пов, соответствующей абсолютной высоте детали.
При втором способе измерения (рис. 9.16, б) при-
меняется индикаторная головка 7, соприкасающаяся
с жестким упором 2, закрепленным на станке. Проб-
ную деталь 3 шлифуют до требуемой высоты, после
чего индикаторную головку устанавливают на ноль.
Все остальные детали устанавливают на стол станка
4 и шлифуют до тех пор, пока стрелка индикатора не
дойдет до нулевого положения, в этот момент выклю-
чают подачу на глубину шлифовального круга. При
245
этом также не учитывается износ круга и требуется
периодическая подналадка индикатора.
При сравнении двух способов измерений первый
точнее, однако ввиду того, что щуп работает непосред-
ственно в зоне шлифования, имеется опасность загряз-
нения и большого износа щупа. В этом случае целесо-
образно применять пневматические средства измере-
ния. При шлифовании крупных деталей и особенно при
работе неквалифицированного рабочего наличие авто-
матического контроля резко сокращает брак. Второй
способ — более простой и дешевый. Его целесообраз-
но применять в тех случаях, когда не предъявляется
высоких требований к точности обработки.
Для повышения точности обработки на некоторых
плоскошлифовальных станках применяют подналад-
чики, которые при увеличении высоты детали сверх
определенного заданного предела дают команду на
Рис. 9.17. Принципиальная схе-
ма бесконтактного прибора ак-
тивного контроля
стайка. Первая команда
реключения с черновой
подачу круга, что обеспе-
чивает компенсацию его
износа.
На плоскошлифоваль-
пых полуавтоматах при-
меняют измерительные
приборы, предназначен-
ные для активного конт-
роля деталей с гладкими
и прерывистыми поверх-
ностями в процессе их об-
работки на плоскошлифо-
вальных станках с круг-
лым и прямоугольным
столом. Прибор позволя-
ет следить по шкале за
изменением размера де-
талей и подает две коман-
ды в цепь управления
регламентирует момент пе-
подачи на чистовую, вто-
рая— отключение станка по достижении размера.
Прибор для измерения—пневматический; контактный
прибор состоит из измерительного устройства, отсчет-
но-командного устройства и командоаппарата. При-
бор снабжен устройством памяти, позволяющим конт-
ролировать прерывистость поверхности с выступами
и разрывами различной протяженности.
246
На рис. 9.17 показана схема прибора. Над столом
/, на котором расположены подлежащие обработке
детали 2, в специальном приспособлении устанавлива-
ется измерительное устройство 4 с измерительным
соплом 3. В измерительное устройство 4 через стаби-
лизатор давления 13 по гибкому шлангу подается сжа-
тый воздух. Другим штангом оно соединено с выхо-
дом отсчетного устройства 12. Размер детали 2 опре-
деляет зазор А .\:ежду
поверхностью. Наи-
большая величина за-
зора задается предва-
рительно. В начале об-
работки, когда при-
пуск на детали может
быть больше величины
заданного зазора, из-
мерительное устройст-
во арретируется вин-
том 11 па величину
1,0—1,5 мм п опуска-
ется лишь после сня-
тия некоторой части
припуска. Подъем и
опускание измеритель-
ного устройства 5 про-
изводится с помощью
планки 10, подвешен-
ной к основанию 8 на
плоских пружина-х 9
кулачка 6 и рукоятки
7. С помощью этого
прибора можно контролировать перемещающуюся
прерывистую поверхность.
На двусторонних торцешлифовальных станках
применяются системы управляющего контроля (рис.
9.18), включающие измерительное устройство 1, пози-
ционер 2 базового круга и отсчетно-командное устрой-
ство 3, управляющее перемещением пиноли 6 от элек-
тродвигателя 4 через механизм подачи 5. Измеритель-
ное устройство постоянно измеряет выходящие из
зоны обработки детали. Позиционер, оснащенный
твердосплавной пластиной, постоянно прижатой к ра-
бочей поверхности круга, следит за положением базо-
вого круга.
торцом сопла и измеряемой
Рис. 9.18. Система управляющего
контроля двусторонним шлифова-
нием
247
Сигналы от обоих устройств поступают в отсчет-
но-командное устройство, которое преобразует их
в команды на подналадку базового или противобазо-
вого круга. За счет этого поддерживается постоянным
размер обрабатываемых деталей и положение базово-
го круга относительно базовых щек 7.
Современные торцешлифовальные станки оснаща-
ются системами числового программного управления
перемещением шлифовального круга.
Система ЧПУ выполняет в станках следующие
функции:
управляет скоростью и величиной малых переме-
щений шлифовальных кругов по команде контрольно-
управляющей системы для компенсации износа кру-
гов при шлифовании;
управляет скоростью и величиной отвода кругов
в положение правки по команде с пульта управления,
контролирует процесс правки и возвращение кругов
в рабочее положение;
управляет перемещением базовых щек, кругов
и частей загрузочных устройств при автоматической
переналадке станка с одного размера обработки на
другой.
На табло системы ЧПУ высвечивается индикация
положения каждого круга, что удобно для наладки
и диагностики станка.
На рис. 9.19 из схемы электроавтоматики станка
в узел связи с электроавтоматикой 1 приходят пооче-
редно и запоминаются четыре команды «подвод», «от-
вод», «подача на правку», «компенсация износа».
По команде происходит запись числа в реверсив-
ный счетчик 2 и кодирование. Число в закодирован-
ном виде поступает на входы цифроаналогового пре-
образователя 3, к которому подключен операционный
усилитель 4. В результате на выходе операционного
усилителя появляется напряжение, пропорциональное
числу в счетчике.
Напряжение с выхода усилителя подается на вход
следящего электропривода 5 и определяет его ско-
рость и направление вращения. По команде электро-
привода вращается электродвигатель постоянного то-
ка 7, обеспечивающий через механизм подачи 8 пода-
чу пиноли шлифовального круга 9. На двигателе рас-
положен фотоэлектрический импульсный датчик пути
6 с диском, установленным на валу двигателя. Им-
248
Рис. 9.19. Схема числового программного управления шли-
фованием
пульсы с датчика пути попадают на входы реверсив-
ного счетчика. Число в счетчике уменьшается. Соот-
ветственно уменьшается напряжение цифроаналогово-
го преобразователя и уменьшается скорость электро-
привода. Появление нуля в счетчике означает, что
заданное число импульсов отработано. Происходит
сброс памяти, и система управления переходит в ре-
жим удержания позиции.
Контрольные вопросы
1. Какие существуют способы шлифования периферией и тор-
цом круга и каковы их особенности?
2. Из каких основных узлов состоит плоскошлифовальный
станок?
3. Каковы особенности и преимущества двустороннего торцо-
вого шлифования?
4. Как производится загрузка и транспортирование деталей
через зону обработки на двусторонних торцешлифовальных стан-
ках?
5. Опишите, как производится контроль размера деталей при
плоском и двустороннем шлифовании.
6. Каковы особенности конструкций шлифовальных бабок
плоскошлифовальных и торцешлифовальных станков?
7. Как производится привод кругов на плоскошлифовальных
и торцешлифовальных станках?
8. Каковы принципы работы системы ЧПУ продольным пере-
мещением шлифовального круга?
249
ГЛАВА 10.
КОНСТРУКЦИИ ШЛИФОВАЛЬНЫХ СТАНКОВ
ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
10.1. ХОНИНГОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Хонингование представляет собой процесс оконча-
тельной обработки. При этом детали обрабатываются
мелкозернистыми абразивными и алмазными брус-
ками, закрепленными в хонинговальной головке (хо-
не), совершающей вращательное движение и воз-
вратно-поступательное перемещение вдоль оси. Брус-
ки с заданным усилием (давлением) прижимаются
в радиальном направлении.
Указанные станки применяются главным образом
для обработки отверстий в гильзах, блоках цилинд-
ров, шатунах, зубчатых колесах и других деталях.
Процесс хонингования обеспечивает обработку дета-
лей с шероховатостью Ra — 0,32-У0,04 мкм и исправ-
ляет погрешности формы (конусообразпость, откло-
нение от овальности и пр.). Обработка деталей про-
исходит с подачей СОЖ (керосина, минерального
масла, эмульсии). Станки изготовляются для хонин-
гования внутренних, реже наружных поверхностей
с вертикальным и горизонтальным расположением од-
ного или нескольких шпинделей.
Одиошпиидельный вертикальный хонинговальный
станок, налаженный па обработку гильзы цилиндра,
показан на рис. 10.1, а. Станок состоит из основания
24 с колонной 6, на верху которой укреплена коробка
скоростей 13 с электродвигателем. На направляющих
колонны смонтирована шпиндельная бабка 18 со
шпинделем 17 и закрепленной на нем хонинговальной
головкой 20. На основании станка расположен стол
23 с установленной в приспособлении 22 обрабаты-
ваемой деталью 21. Шпинделю 17 от коробки скоро-
стей посредством приводной втулки 14 и длинного
вала со шлицами 15 сообщается вращение, а от гидро-
цилиндра 12—возвратно-поступательное перемеще-
ние. Управление реверсом данного перемещения вы-
полняется специальным лимбом 19, который получает
вращение через звездочку 5 от цепной передачи 16,
соединенной со шпиндельной бабкой 18 При повороте
лимба 19 находящиеся па нем кулачки 9 и 10 при по-
250
мощи системы рычагов 8 воздействуют на золотник
гидропанели 3, благодаря чему происходит реверсиро-
вание движения шпиндельной бабки. Реверсирование
осуществляется гидроцилиндром 12. Изменение поло-
жения и величины хода бабки производи гея переме-
щением кулачков 9 и 10 на лимбе 19. Нредусмотрен-
Рис. 10.1. Схема хонинговального станка
ный на лимбе кулачок 11 при воздействии на конеч-
ный выключатель 7 останавливает шпиндельную бабку
в верхнем положении. На стенке имеется возмож-
ность получения коротких ходов шпиндельной бабки
при включении муфты 4. В этом случае реверсирова-
ние движения шпиндельной бабки получается не-
зависимо от кулачков 9 и 10 посредством зубчатой
передачи 2 и валика 1, соединенного с гидропа-
нелью 3.
Поскольку при хонинговании важно получить за-
данные размеры гильзы, во время обработки применя-
ются различные системы активного контроля, основан-
ные на контактных и бесконтактных методах измере-
ния. Более совершенен бесконтактный метод
измерения, позволяющий исключить погрешности, вы-
251
званные износом контактных поверхностен щупов, ви-
брацией, силовыми и тепловыми деформациями и т. д.
При бесконтактном пневматическом методе измере-
ния в процессе обработки производятся встроенными
в хонинговальную головку соплами, к которым пода-
ется сжатый воздух высокого давления.
Схема работы хонинговальной головки ясна из ее
конструкции (рис. 10.1,6). В пазах корпуса 25 хонин-
говальной головки установлены колодки 26 с закреп-
ленными абразивными брусками 27. В центральном
отверстии корпуса находятся верхний и нижний кону-
сы 30 и 28, соединенные стержнем 29. Конус 30 непо-
движно посажен на стержень, а конус 28 находится
на резьбовой части стержня. Наличие на конусе 28
шпильки 34, находящейся в пазу корпуса 25, предот-
вращает поворот конуса 28. При вращении стержня
29 конусы сближаются и посредством планок 32 раз-
двигают колодки с брусками 27. При обратном вра-
щении стержня конусы расходятся и колодки с бру-
сками под воздействием пружин 31 сходятся к центру.
Пружина 33 предназначена для выборки зазоров
в системе. При работе станка вращение стержня в го-
ловке происходит автоматически за каждый двойной
ход шпиндельной бабки с помощью механизма раз-
жима брусков.
Существует большое разнообразие конструктив-
ного выполнения хонинговальных головок. Конструк-
ция головки и ее крепление определяют производи-
тельность и качество обработки.
Применяется несколько схем крепления головок
и обрабатываемых деталей. Наиболее распростране-
ны следующие:
жесткое крепление головки и плавающие детали
в приспособлении;
жесткое крепление детали и плавающее (одно-
и более) шарнирное крепление головки;
жесткое крепление головки и обрабатываемой де-
тали в плавающем приспособлении.
Все эти схемы обеспечивают сохранение положе-
ния оси обрабатываемого отверстия детали после пре-
дыдущей операции.
Схема простейшего плавающего приспособления
для хонингования отверстия в большой головке шату-
на приведена на рис. 10.2, а; приспособление с за-
жимом и эластичным элементом (мембраной) — на
252
рис. 10.2, б; приспособление для жесткого крепления
гильзы за бурт—на рис. 10.2,в.
10.2. СУПЕРФИНИШНЫЕ СТАНКИ
Суперфиниширование — это отделочная обработка
поверхностей деталей мелкозернистыми абразивными
брусками, совершающими колебательные движения
с амплитудой 2—5 мм с частотой от 500 до 2000 дв.
ход/мин. Суперфиниширование существенно повыша-
ет эксплуатционные свойства деталей благодаря обес-
печению малой шероховатости поверхности \Rz =
= 0,64-0,05 мкм), удалению ее волнистости, значи-
тельному уменьшению огранки (до 0,3—0,5 мкм). При
суперфинишировании формируется однородный по-
верхностный слой без структурных изменений.
К преимуществам суперфиниширования относятся
простота применяемого оборудования, высокая произ-
водительность, возможность работы по автоматиче-
скому циклу с механической загрузкой деталей и ак-
тивным контролем их размеров.
Сущность процесса состоит в микрорезании по-
верхности металла одновременно большим количест-
вом мельчайших абразивных зерен. Наиболее интен-
сивное резание происходит при удалении слоя металла
исходной шероховатости, полученной на предшест-
253
вующей операции. После его удаления интенсивность
процесса снижается примерно вдвое, происходит пе-
реход от резания к трению, при котором брусок поли-
рует обрабатываемую поверхность. Поверхность по-
лучает высокую чистоту и зеркальный блеск.
Основные рабочие движения при суперфиниширо-
вании (рис. 10.3): вращение заготовки с окружной
скоростью уОкР; возврат-
по-поступательное (коле-
~/э—™7Т\ Нательное) движение бру-
JsC ( I 1 с!<а со СК0Р0СТЬЮ уьол;
П А Г* / Движеиие продольной по-
\J J дачи бруска либо детали
I s | ' со скоростью цпр. Кроме
основных иногда приме-
Рис. 10.3. Рабочие движения меняют дополнительные
детали и бруска при суперфи- движения, например уль-
нишировании: тразвуковых колебаний
S —продвижение бруска за один ца бруСОК ИЛИ ДеТЗЛЬ.
оборот, я—размах колебаний J
бруска В машиностроении
наиболее распространены
следующие виды супер-
финиширования: центровое, бесцентровое, торцовое,
плоских и сферических поверхностей.
При центровом суперфинишировании детали
обрабатываются как с продольной подачей, так и вре-
занием.
При бесцентровом суперфинишировании де-
таль устанавливают на вращающихся валиках, кото-
рые обеспечивают два рабочих движения — враща-
тельное со скоростью с'окр и продольное перемещение
со скоростью цПр. Третье — возвратно-поступательное
со скоростью и1(ол — обеспечивает суперфинишная го-
ловка.
При торцовом суперфинишировании поверхности
чаще обрабатывают не брусками, а торцом чашеч-
ного круга.
При обработке тороидальных поверх-
ностей (желобов колец подшипников) осуществля-
ют наружное (рис. 10.4, а) и внутреннее (рис. 10.4,6)
суперфиниширование. Здесь используют два рабочих
движения — вращение детали и колебание бруска.
При всех видах суперфиниширования абразивный
инструмент с определенным усилием Р прижимается
к обрабатываемой поверхности. Величина усилия на-
254
значается в зависимости от требований к качеству по-
верхности и производительности обработки.
Отечественная промышленность выпускает уни-
версальные и специальные суперфинишные станки.
К универсальным относятся станки для обра-
ботки в центрах, бесцентровые и станки для обработ-
ки торцовых поверхностей, а к специальным —
станки для суперфиниширования шеек коленчатых
Рис. 10.4. Схема суперфиниширования
и распределительных валов для обработки желобов
колец подшипников. Большинство современных супер-
финишных станков — полуавтоматы. Существуют од-
но-, двух- и многопозиционные станки.
Классификация суперфинишных станков по харак-
теру компоновки и движения рабочих органов опре-
деляется видами обрабатываемых деталей и спосо-
бами обработки.
Центровые суперфинишные станки предназна-
чены главным образом для обработки наружных ци-
линдрических поверхностей деталей, установленных
в центрах. Станки могут иметь от одной до четырех
инструментальных головок. Обрабатываются детали
диаметром до 280 мм.
Заготовка устанавливается в центрах и приводится
#о вращение. Абразивный брусок с определенным уси-
255
лием прижимается к обрабатываемой поверхности,
совершая осциллирующее и возвратно-поступательное
движения вдоль оси заготовки (рис. 10.4, в). Корот-
кие и конические заготовки обрабатываются вреза-
нием.
Суперфиниширование производится ступенчато: на
черновом режиме снимается припуск — определенный
слой металла, а на чистовом — достигается требуемая
шероховатость поверхности. Переход с черного режи-
ма на чистовой и окончание цикла обработки проис-
ходит автоматически. На чистовой режим переходят
благодаря увеличению скорости вращения заготовки.
Бесцентровые станки (рис. 10.5) предназна-
чены для суперфиниширования деталей тел вращения
Рис. 10.5. Бесцентровый суперфинишный станок:
1 — передняя бабка, 2— кольцо (заготовка), 3 — стойка,
4 — головка, 5 —державка брусков, 6 — задняя бабка, 7 —
оправка
диаметром от 3 до 125 мм. Обрабатываются цилинд-
рические, конические и бочкообразные поверхности.
Различают станки для обработки напроход и вре-
занием. Кинематические и гидравлические схемы этих
станков иидентичны, узлы унифицированы. Схемы су-
перфиниширования на бесцентровом станке приведе-
на на рис. 10.4,г.
256
При суперфинишировании деталей из материалов,
имеющих низкую твердость и высокую пластичность,
происходит налипание металла на рабочую поверх-
ность бруска, что приводит к ухудшению качества об-
рабатываемой поверхности.
Рис. 10.6. Схема головки для ультразвукового су-
перфиниширования:
/ — магнитостриктор, 2 — концентратор, 3 —державка,
4 — брусок, 5 — обрабатываемая деталь, 6 — кронштейн,
7 — торцовая опора
Рис. 10.7 Волнистость (/) и гранность (2) по-
верхности до (а) и после (6) суперфиниширова-
ния
Наложение при суперфинишировании ультра-
звуковых колебаний на абразивный брусок
стабилизирует процесс, способствует очищению бру-
ска от частиц металла. При этом производительность
процесса повышается в 2—3 раза, резко возрастает
чистота обработки. На рис. 10.6 приведена схема го-
ловки для ультразвукового суперфиниширования же-
лобов колец шарикоподшипников. Круглограммы
17-155
257
желоба кольца до и после суперфиниширования (рис.
10.7) показывают, как исправляются исходные гран*
ность и шероховатость поверхности.
10.3. ПРИТИРОЧНЫЕ СТАНКИ
Притирка — это отделочная операция, при кото-
рой съем металла с обрабатываемой поверхности де-
тали производится абразивными зернами, свободно
распределенными в пасте или суспензии. Паста или
суспензия наносится на поверхность инструмента —
притира. Выполняется эта операция при малых ско-
ростях и переменном направлении рабочего движе-
ния притира. Это наиболее трудоемкая отделочная
операция позволяет получать поверхности шерохова-
тостью Ra = 0,044-0,02 мкм и 7?г = 0,14-0,025 мкм
с отклонениями от требуемой геометрической формы
до 0,1—0,3 мкм. Физико-механические свойства по-
верхностей после доводки — притирки всегда выше,
чем после тонкого шлифования.
Различают ручную, полумеханическую и механиче-
скую притирку. Ручная применяется в единичном про-
изводстве и при обработке деталей сложной формы.
Полумеханическая притирка используется в мелко-
серийном производстве. Главное движение выполня-
ется станком, а движение подачи — от руки. Механи-
ческая притирка предназначена для крупносерийного
и массового производства.
Существует также абразивная, химико-механиче-
ская и электрохимико-механическая притирка.
Пасты и суспензии для притирки изготовляют из
различных абразивных материалов. Карбид кремния
и электрокорунд служат для обработки деталей из
стали и цветных сплавов. Для обработки деталей из
незакаленной и закаленной стали применяются уни-
фицированные пасты из хромистого электрокорунда.
Зернистость М20—М40 служит для предваритель-
ной доводки поверхностей до шероховатости Ra =
= 0,16 = 0,63 мкм, М10—М14 — для получистовой до-
водки до Ra = 0,04-4-0,08 мкм, Ml—М3 — для оконча-
тельной доводки до Ra = 0,024-0,04 мкм.
Применяются также эльборовые и алмазные па-
сты, служащие для доводки материалов высокой
твердости.
В технологии доводки основную роль играют при-
258
тиры. Притир должен быть жестким и износостойким,
чтобы сохранять форму и точность рабочей поверхно-
сти. Притиры изготовляют из чугуна, стали, меди,
бронзы, стекла, твердых и вязких иород дерева. Наи-
большее распространение имеют притиры из серого
перлитного чугуна твердостью НВ 190—230. Сталь
применяется для изготовления тонких длинных при-
тиров, стекло — для особо точной притирки.
Эффективно применение притиров, полученных
методами порошковой металлургии. В качестве мате-
риала используют порошки железа, меди, олова, свин-
ца, никеля и др. Эти притиры применяют для поли-
рования уплотнительных прокладок, седел клапанов
и др.
В зависимости от вида обработки изготовляют при-
тиры для черновой и чистовой доводки. Первые имеют
канавки, в которых размещаются пасты и отходы об-
работки; вторые каналов не имеют.
При доводке плоских поверхностей используют
плоские притиры-плиты, при доводке цилиндрических
и конических поверхностей — круглые притиры.
Притиры для доводки отверстий изготовляют в ви-
де втулок, насаженных на оправки. Притиры бывают
регулируемые и нерегулируемые. Регулируемые име-
ют разрезную рубашку с внутренним конусом конус-
ностью 1 :50 и разжимное устройство, которое при пе-
ремещении конуса увеличивает диаметр притира. На-
чальный диаметр притира обычно на 0,005—0,03 мм
меньше диаметра обрабатываемого отверстия. Длина
рабочей поверхности притира составляет: для сквоз-
ных отверстий 1,2—1,5 глубины обрабаываемого от-
верстия, а для глухих — меньше его глубины.
Наиболее высокую производительность обеспечи-
вают притиры со спиральными канавками, нанесен-
ными по всей поверхности притира (рис. 10.8, а).
В качестве инструмента для притирки наружных по-
верхностей тел вращения применяют кольца-, диски-,
плиты- и валы-притиры. Кольца-притиры бывают раз-
резные и неразрезные (рис. 10.8, б).
Притирочные станки по своему конструктивному
оформлению и назначению очень разнообразны и под-
разделяются на четыре группы: универсальные для
обработки наружных поверхностей тел вращения
и плоскостей; внутридоводочные одношпиндельные
и многошпиндельные; плоскодоводочные и станки для
17*
259
обработки плоских взаимно параллельных поверхно-
стей; специальные.
На рис. 10.9 показана схема доводки. Нижний
диск-притир 1 жестко связан со шпинделем станка,
верхний 2 имеет самоустанавливающуюся подвеску,
которая обеспечивает ему строго параллельное поло-
Рис. 10.9. Схема
доводки
Рис. 10.8. Притиры для от-
верстии (а) и для наружных
поверхностей (б)
жение по отношению к нижнему диску. Между диска-
ми-притирами помещается сепаратор 3 в виде диска
с соответствующими форме детали прорезями, в каж-
дую из которых с небольшим зазором входит деталь 4.
Сепаратор устанавливается с небольшим эксцентри-
ситетом (6 = 5-4-15 мм) по отношению к общей оси
дисков. Сепаратор вращается с меньшей, чем диски,
скоростью. За счет этого детали скользят относитель-
но рабочих поверхностей дисков.
10.4. ПОЛИРОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Полирование — это заключительная операция ме-
ханической обработки деталей для удаления с по-
верхности мельчайших неровностей и придания ей
зеркального блеска. Полирование обеспечивает ше-
роховатость поверхностей Ra = 0,16-4-0,02 мм, а в от-
дельных случаях 7?а = О,1-4-О,О5 мкм.
В машиностроении широко распространен механи-
ческий метод полирования. Для полирования исполь-
260
зуются полировально-шлифовальные, бесцентрово-по-
лировальные, ленточные станки.
На рис. 10.10, а показан полировальный станок,
станина 11 которого установлена на тумбе 13. В верх-
ней части станины размещены полировальные бабки,
а в нижней — фланцевые электродвигатели 14. В ста-
нине смонтированы вариаторы и пульт управления 5.
В шпинделе 4 закреплен полировальный круг 3, ко-
Рис. 10.10. Схемы полировальных станков:
а — универсальный, б — специальный
261
торый огражден кожухом 1 с подручником 2. На
шпинделе 7 установлен контактный ролик 8 для аб-
разивной ленты. Лента ограждена кожухом 9 с под-
ручником 12. Вращение шпинделя.м 4 и 7 передается
от двухскоростных электродвигателей 14 через кли-
ноременные вариаторы, которые плавно изменяют ча-
стоту их вращения от 1000 до 4000 мин-1. Натяжение
абразивной денты регулируется механизмом 10. Ме-
ханизм для измерения частоты вращения шпинделя
состоит из тахометра 6 и двух валиков с резиновыми
дисками, закрепленными на внутренних концах шпин-
делей.
На рис. 10.10, б показан шлифовально-полироваль-
ный полуавтомат с несколькими войлочными кругами.
Заготовки 7 по одной вставляются в загрузочное при-
способление 8. Они перемещаются слева направо
вместе с лентой 5 конвейера 6, поддерживаемой опо-
рами 9. При соприкосновении обрабатываемой по-
верхности заготовки с наклонной плоскостью 2 досы-
лателя 1 лента прогибается и заготовка попадает под
периферию полировального круга, минуя столкнове-
ние с его торцом. При этом поверхность заготовки
полируется. Перед кругами 4, установленными вдоль
движущейся ленты, досылатель 1 не требуется. Рас-
стояние А между вертикальной осью полировальной
головки 3 и опорами 9 выбирается в зависимости от
необходимой величины давления круга. Эта величина,
в свою очередь, зависит от припуска на обработку.
При одном и том же натяжении ленты 5 давление
кругов 4 на обрабатываемую поверхность зависит от
расстояния между опорами 9 и осью инструментов.
Для уменьшения их давления па заготовку расстояние
А для каждого последующего инструмента увеличи-
вают. С уменьшением величины А давление круга уве-
личивается. При /1 = 0, когда прогиб ленты отсутству-
ет, можно обеспечить любую величину давления.
Станки для полирования лентами выполняются
универсальными и специальными. В зависимости от
требований к шероховатости и форме получаемых
поверхностей полирование лентами производят по не-
скольким принципиальным схемам:
обработка свободной лентой (рис. 10.11,а), когда
деталь 1 прижимается к абразивной ленте 2, распо-
ложенной между ведущим диском 3 и натяжным ро-
ликом 4. Опорный элемент отсутствует. Применяется
262
для полирования криволинейных поверхностей дета-
лей и в том числе отверстий;
контактное полирование (рис. 10.11, б), при кото-
ром деталь 1 прижимается к абразивной ленте 2 в зо-
не охвата опорного (контактного) ролика 4, воспри-
нимающего давление детали на ленту. Ролик 3 регу-
Рис. 10.11. Основные схемы обработки шлифовальной лентой
лирует натяжение ленты. Это наиболее распростра-
ненный вид ленточного полирования;
обработка с опорной (подкладной) плитой 1 (рис.
10.11,в), которая прилегает к задней стороне абра-
зивной ленты 2 в зоне между ведущим диском 4 и на-
тяжным роликом 3. Деталь 5 устанавливается на сто-
ле 6\
бесцентровое полирование цилиндрических дета-
лей (рис. 10.11, г) производится рабочей бесконечной
лентой 1, натянутой между контактным роликом 3,
диском 2 и ведущей бесконечной лентой 4, которая
вместо натяжного ролика имеет подкладную плиту 5.
Станки для бесцентрового полирования имеют две баб-
ки — с рабочей и ведущей бесконечными лентами. Во
избежание проворачивания детали 6 лента 4 поджи-
мается к детали подкладной плитой 5. Обрабатывае-
мая деталь, находящаяся между двумя лентами, опи-
рается на нож 7;
полирование рулонной лентой (рис. 10.11, д) ши-
263
роко применяется в подшипниковой промышленности.
Быстро вращающаяся деталь 1 соприкасается с поли-
рующей лептой 2, которая по мере износа медленно
разматывается с рулона и перемещается относительно
детали. Прижим ленты к детали производится колод-
кой 3 с помощью пневматики или гидравлики;
барабанно-ленточное полирование (рис. 10.11,е),
при котором рабочим элементом служит барабан ),
покрытый лентой. Обрабатываемая деталь 2 подается
под барабан конвейером 3 с помощью специальных
подающих роликов. Нажимный (опорный) ролик 4
служит для прижима детали к ленте.
В крупносерийном и массовом производстве поли-
рование с помощью абразивных лент позволило ме-
ханизировать и даже автоматизировать ряд операций.
Специальные автоматы и полуавтоматы с абразивной
лентой применяют для полирования турбинных лопа-
ток, колец подшипников, кулачков и других деталей.
10.5. ПРОФИЛЕШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Станки, предназначенные для шлифования по-
верхностей, образующая которых кривая или ломаная
линия, называют профилешлифовальными, а процесс
обработки на них — профильным шлифованием. Этим
методом изготовляют обычно оснастку, фасонный ре-
Рис. 10.12. Схема формооб-
разования профиля
жущии инструмент, копиры,
шаблоны, лекала и т. д., зна-
чительно реже — детали ма-
шин.
В зависимости от схемы
формообразования обраба-
। ываемой поверхности про-
филешлифовалыше станки
можно разделить на две
группы: обрабатывающие
поверхность при заданном
относительном движении
круга и заготовки (рис.
10.12— с кинематическим
профилированием); обрабатывающие поверхность
при копировании предварительного профилированно-
го шлифовального круга.
В первом случае профиль обрабатываемой поверх-
ности создается при движениях круга вдоль линии а
264
(см. рис. 10.12), называемой образующей профиля,
и вдоль линии /, называемой направляющей. Обра-
зующая воспроизводится в вертикальной плоскости
при возвратно-поступательном движении шлифоваль-
ного круга относительно заготовки. Линия I образу-
ется в горизонтальной плоскости при взаимном пере-
мещении круга и заготовки по заданной траектории.
В профилешлифовальных станках имеется механизм
формообразования направляющей, с помощью кото-
рого шлифовальный круг ведут по заданной траекто-
рии относительно заготовки или заготовку относи-
тельно шлифовального круга.
Во втором случае можно использовать специаль-
для шлифования — плоско-
ные устройства правки, а
шлифовальные станки.
Такой метод получил на-
звание глубинного шли-
фования, когда весь при-
пуск снимают за один
проход при медленной
ползучей подаче стола.
Шлифование широким
профилированным кругом
отличается большой про-
изводительностью. Кро-
ме того, оператор осво-
бождается от необходимо-
сти наблюдения и ведения
круга. Поэтому плоско-
профилешлифовальные
станки являются перспек-
тивными для оснащения
их ЧПУ и включения в
состав комплексов и сис-
тем для безлюдной обра-
Рис. 10.13. Схема формообра-
зования направляющей профи-
ля на оптическом профилешли-
фовальном станке:
1 — шлифовальный круг, 2 — шли-
фовальная бабка, 3—рукоятки уп-
равления, 4 — осветитель, 5 — заго-
товка, 6 — объектив, 7 — экран
ботки.
В оптическом профилешлифовальном станке (рис.
10.13) шлифовальный круг 1 перемещает оператор,
воздействуя на рукоятки 3. Изображение круга 1
и заготовки 5 в увеличенном виде проектируется на
экран 7, на котором нанесена направляющая профи-
ля. Наиболее распространено 50-кратное увеличение
оптической системы с размером экрана 500)<500 мм.
При такой кратности увеличения истинные размеры
изображения составляют всего ЮХЮ мм.
265
При обработке детали больших размеров заготов-
ка периодически перемещается. Направляющую про-
филя разбивают на несколько участков (по 10 мм),
которые отдельно вычерчивают на определенном рас-
стоянии один от другого. По мере обработки одного
участка стол с изделием перемещается к следующе-
му. Величина перемещения контролируется мерными
плитками и индикатором. Вычерчивают направляющую
профиля на кальке, пленке пли стекле с точностью до
0,3 мм. Фактически погрешность уменьшается в М раз
(где М — масштаб увеличения оптической системы).
Затруднения возникают при вычерчивании геомет-
рических фигур значительных размеров. Например,
при обработке дуги радиусохМ 100 мм, учитывая уве-
личение в 50 раз, ее приходится вычерчивать радиу-
сом 5000 мм, что практически трудно сделать с удов-
летворительной точностью.
Основные узлы оптической системы — осветитель,
объектив и экран. Осветители бывают нижнего и верх-
него освещения (проходящего
и отраженного света). Наиболее
четко изображение на экране по-
лучается от нижнего осветителя
при проходящем свете, когда за-
готовка проектируется в виде те-
ни. Верхний осветитель обычно
применяется, когда конструкция
заготовки не позволяет использо-
вать нижнее освещение (наличие
фланцев, выступов, утолщений
п т.д.). Точность обработки на
оптических стайках колеблется
в пределах 0,01—0,02 мм .
Профилешлифовальный ста-
нок с пантографом работает на
основе метода копирования мате-
риального копира при помощи
рычажного механизма пантографа. Для повышения
точности обработки копир делают в несколько раз
большихМ заготовки, а истинные ее размеры воспроиз-
водят с помощью пантографа.
Формообразование на станках с ЧПУ происходит
при программированном перемещении стола 1 (рис.
10.14) с заготовкой 2 по координатам X и У относи-
тельно шлифовального круга 3, который ориентиру-
X
Рис. 10.14. Схема фор-
мообразования на
профилсшлифова ль-
ном станке с ЧПУ
266
Рис. 10.15. Кинематическая схема
профил ошлифовал иного станка
мод. ЗГ95ФЗ, оснащенного ЧПУ
ется относительно профиля (по координате Z). В про-
филешлифовальном станке мод. SWPO80NC произ-
водства ГДР запрограммированны только движения
по осям X и Y. Ориентация шлифовального круга про-
изводится оператором вручную по экрану.
На рис. 10.15 представлена кинематическая схема
цепи формообразования (включая правку круга) стан-
ка мод. ЗГ95ФЗ, осна-
щенного ЧПУ. Формо-
образующее движение
в станке ведется по
осям X и Y с помощью
шаговых двигателей
ШД5-Д1, червячных
редукторов 3 п 5, ша-
риковых винтовых пар
4 с дискретностью
0,00025 мм. Перемеще-
ние круга вокруг оси
О—0 совершается асин-
хронным двигателем
11 через передачи 9—
10 до контакта с пере-
ключателем, положе-
ние которого устанав-
ливается шаговым дви-
гателем 7 при разворо-
те кулачка 6. Наблю-
дают и контролируют
готовую деталь с помощью осветителя 8 и проектора 2.
При правке круг останавливается напротив устройст-
ва 12 правки и с помощью храпового механизма 1 по-
дается шлифовальный круг. Одновременно от приво-
да 11 круг поворачивается, таким образом он профи-
лируется.
При такой схеме правки ось 0—0 совпадает с цен-
тром радиуса круга и создается возможность програм-
мирования ориентации круга в процессе шлифования
без ухудшения точности обработки. Для профилешли-
фовальных станков это имеет существенное значение.
Точность обработки на станках с ЧПУ зависит в ос-
новном от системы ЧПУ и точности механизмов
станка.
В последнее время на мировом рынке начали по-
являться профилешлифовальные станки, для управле-
267
ния которыми применяют фотокопировальные системы.
Траектория круга здесь, как и в оптических стан-
ках, задается при помощи точно выполненного черте-
жа. Фотокопировальные системы проще и дешевле
устройств ЧПУ, однако к их недостаткам можно отне-
сти меньшую точность, сложность изготовления точно-
го чертежа и проблему обработки детали больших
размеров. Перечисленные недостатки, как видим, ха-
рактерны и для оптических станков, но при этом фо-
токопировальные системы обеспечивают автоматиче-
ское ведение круга с неограниченной контурной ско-
ростью.
10.6. ЗУБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Зубошлифовальпые станки предназначены для
окончательной обработки обычно закаленных зубча-
тых колес, достижения необходимой точности разме-
ров и формы зубьев, малой шероховатости их по-
верхности. Шлифование зубьев выполняют метода-
ми копирования или обката. При копировании обра-
ботку производят профильным шлифовальным кру-
гом, образующая которого имеет форму впадины ме-
жду зубьями колеса (рис. 10.16,а).
Рис. 10.16. Методы шлифования зубьев колес:
а — копирование, б, в, г — обкатывание с помощью двух тарель-
чатых кругов, дисковою круга, червячного круга, соответственно
Кинематическая структура зубошлифовальных
станков самая сложная и интересная по сравнению со
всеми рассмотренными ранее шлифовальными станка-
ми. По конструкции зубошлифовальные станки отли-
чаются от шлифовальных станков других типов нали-
чием механизма деления и устройства правки специ-
альной конструкции. У станков, работающих профиль-
268
ным кругом, кинематическая структура наиболее про-
стая. Она содержит две группы формообразования:
вращательного движения круга Dr и возвратно-посту-
пательного движения DS\ вдоль зуба колеса. Помимо
этих групп в структуре станка имеется делительная
группа, создающая вспомогательное делительное дви-
жение при переходе от обработки одной впадины ко-
леса к другой.
При шлифовании зубьев методом обката воспро-
изводят движения, которые выполняют зубчатое коле-
со и находящаяся в зацеплении с ним зубчатая рейка.
В качестве зуба рейки используют два тарельчатых
круга (рис. 10.16,6), дисковый круг с двумя боковы-
ми коническими поверхностями (рис. 10.16, в) или аб-
разивный червяк (рис. 10.16, г). Кинематическая
структура зубошлифовальных станков, работающих
тарельчатыми или дисковыми обкатными кругами,
включает три группы формообразования. С помощью
двух движений — вращения круга Dr и поступатель-
ного движения DS\—образуется форма зуба по дли-
не, а с помощью обкаточного движения — профиль
зуба. Последняя группа сложная, и ее внутренняя ки-
нематическая связь обеспечивается цепью профили-
рования (обката). Эта цепь выполняет кинематиче-
ское согласование вращения шпинделя или стола (за-
готовки) Ds2 с перемещением каретки (оси заготовки).
Структура станка содержит также группу движения
деления.
Метод обката зубьев абразивным червяком (см.
рис. 10.16,г) аналогичен нарезанию зубчатых колес
червячной фрезой и является наиболее производитель-
ным. В процессе обработки абразивный червяк и зуб-
чатое колесо воспроизводят движение взаимного об-
ката. Кинематическая структура зубошлифовальных
станков, работающих абразивным червяком, также
повторяет кинематическую структуру зубофрезерных
станков для нарезания колес червячными фрезами.
Структура таких станков включает две или три груп-
пы формообразования и не имеет отдельной группы
движения деления £)д. Для образования профиля зубь-
ев применяют сложное движение — вращение инстру-
мента Dr и заготовки £д, а для образования формы
зуба по длине при обработке прямых зубьев — посту-
пательное перемещение DSi инструмента или заго-
товки.
269
На станке для шлифования зубьев цилиндричес-
ких колес червячным кругом (рис. 10.17) можно шли-
фовать прямозубые и косозубые цилиндрические ко-
леса при непрерывном движении деления Da. Витки
червяка имеют в осевом сечении форму прямобочной
производящей рейки с шагом, равным шагу шлифуе-
мого колеса. Окончательное профилирование винто-
Рис. 10.17. Зубошлифовальный станок с червячным кругом:
а — общий вид, б — зона обработки
вой рабочей поверхности червяка производится непо-
средственно на станке многониточными стальными
накатниками или алмазными резцами. Зубчатые коле-
са с модулем менее 0,8 мм можно шлифовать без пред-
варительного нарезания зубьев.
Станок имеет коробчатую станину 9 с установлен-
ной на ней шлифовальной бабкой 1 с абразивным чер-
вяком 2 и бабкой изделия 7, на которой на оправке 3
закреплено обрабатываемое зубчатое колесо 5. В ниж-
ней части бабки расположен шпиндель 11, получаю-
щий вращение от привода, а в верхней — головка 4
с центром для установки оправки 3. Бабка изделия
может поворачиваться для установки в вертикальной
плоскости на угол подъема витков червячного круга
2. Установка угла происходит по лимбу 14. Червячный
круг вращается от привода, находящегося в шлифо-
вальной бабке. С наружной стороны станка предус-
270
мотрены дверки 6 для защиты от разбрызгивания ох-
лаждающей жидкости. Установочные перемещения
шлифовальной бабки и бабки изделия выполняют
вращением маховиков 8, 12 и 13. Управление стан-
ком — от пульта 10.
В целом зубошлифовальные станки малопроизво-
дительны, дороги и сложны, их обслуживают рабочие
высокой квалификации, поэтому применение ЧПУ при
шлифовании зубьев имеет широкое будущее. Однако
зубо- и шлицешлифовальные станки с ЧПУ применя-
ют пока очень редко. Наибольшее развитие из зубо-
обрабатывающих получили зубофрезерные и зубодол-
бежные ставки с ЧПУ. В зубошлифовальных станках
для мелкосерийного производства, например, с по-
мощью устройства ЧПУ можно автоматизировать ус-
тановку числа зубьев и угла наклона обрабатываемых
колес, режимы резания и цикл обработки, перемеще-
ние рабочих органов станка в исходное положение.
Вручную только закрепляют заготовку и инструмент.
В таких станках механические связи заменены элек-
тронными. Для управления используют современные
устройства ЧПУ, выполненные на базе микроЭВМ,
с хранением алгоритмов управления и постоянных
циклов в запоминающем устройстве.
10.7. РЕЗЬБОШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Способ образования профиля резьбы на наружной
и внутренней поверхностях шлифованием называют
абразивным резьбонарезанием. Он обеспечивает наи-
большую точность по сравнению с другими способа-
ми получения резьбы (резьбонарезание, резьбонака-
тывание и т. д.). Кроме того, существует способ шли-
фования боковых сторон и впадин профиля ранее
образованной (нарезанной, накатанной и т. д.) резь-
бы — резьбошлифование.
Абразивное резьбонарезание и резьбошлифование
можно производить:
однониточным шлифовальным кругом в одну сто-
рону, т. е. только при прямом ходе стола с заготовкой
(рис. 10.18,а). Этот способ наиболее точный, но мало-
производительный;
однониточным шлифовальным кругом в обе сторо-
ны, т. е. при прямом и обратном ходе стола с заготов-
27£
кой. Такой способ более производительный, чем пер-
вый, его применяют в мелкосерийном производстве;
врезное (рис. 10.18, в) и осциллирующее (рис.
10.18, б) шлифование многониточиыми шлифовальны-
ми кругами. Способ применяют в крупносерийном
и массовом производстве.
Рис. 10.18. Резьбошлифовальный станок и методы шлифования
резьбы:
а, б — шлифование резьбы одиониточным и многониточным кругами, в —
врезное шлифование многониточным кругом, г — общий вид станка
Резьбошлифовальные станки по их конструкции
и назначению можно разделить на четыре основные
группы: универсальные; станки для обработки длин-
ных резьбовых заготовок, в частности ходовых винтов;
272
станки автоматические и полуавтоматические, напри-
мер для метчиков; станки для обработки резьбовых
отверстий.
Наиболее распространены универсальные резьбо-
шлифовальные станки, их обычно используют для из-
готовления разнообразных резьбовых деталей. Станки
оснащены различными приспособлениями, позволяю-
щими производить наружное и внутреннее шлифова-
ние, а также наносить профиль резьбы на плоских за-
готовках.
Наиболее распространенными универсальными
резьбошлнфовальпыми станками, выпускаемыми в Со-
ветском Союзе, являются станки мод. М.М582, 5822,
5822М. Причем станок мод. 5822М представляет собой
модификацию станка 5822. На нем можно шлифовать
как цилиндрические, так и конические резьбы, резьбы
(с затылованием по профилю и наружному диаметру)
фрез и метчиков, калибров и червяков, многозаходных
накатных роликов, ходовых винтов и т. д. Станок снаб-
жен устройствами для шлифования внутренней резь-
бы и профиля зуба плоской рейки. Диапазон частот
вращения шпинделя шлифовального круга позволяет
вести резьбошлифование со скоростью 25—50 м/с. На-
личие на станке автоматического устройства для прав-
ки круга и механизма компенсации перемещения шли-
фовальной бабки при правке позволяет применить ста-
нок в серийном и крупносерийном производстве.
На рис. 10.18,г показан универсальный резьбошли-
фовальный станок, на котором обработка резьбы мо-
жет производиться всеми способами (см. рис.
10.18,а — в). На станине 13 станка на направляющих
качения смонтирован стол 9, несущий переднюю 1
и заднюю 6 бабки. С задней стороны, на поперечных
направляющих качения, установлена шлифовальная
бабка 7 с электродвигателем, передающим вращение
шлифовальному кругу 4 через ременную передачу.
Вращение заготовки 3, установленной в патроне 2
и базируемой в центрах передней и задней бабок, со-
общается от электродвигателя передней бабки посред-
ством коробки скоростей. Продольное перемещение
стола осуществляется также от электродвигателя вра-
щения заготовки через сменные зубчатые колеса и хо-
довой винт. Необходимые перемещения шлифовальной
бабки при затыловании режущего инструмента проис-
ходят от электродвигателя передней бабки через ки-
18-155
273
нематическую цепь и кулачок. Последний через меха-
низм затыловывания обеспечивает периодическое по-
перечное перемещение шлифовальной бабки для
обработки затылуемой поверхности каждого зуба ин-
струмента и быстрый отвод бабки в исходное положе-
ние. В станке предусмотрена автоматическая правка
шлифовального круга 4 от устройства правки 5 с со-
ответствующим перемещением шлифовальной бабки
для компенсации износа круга. Для шлифования
конических резьб в станине предусмотрен меха-
низм, работающий от копира /5, смонтированного на
столе.
Движение подачи шлифовальной бабки 7, перпен-
дикулярное оси заготовки, производится от маховика
12, а быстрый ее отвод — подвод — от рукоятки 11.
Необходимое точное перемещение стола 9 при вводе
шлифовального круга 4 в нитку резьбы заготовки 3
выполняют винтом с лимбом 16, с последующим за-
креплением механизма попадания в нитку (от сбива-
ния во время шлифования) рукояткой 15. Включение
и реверсирование перемещения стола происходит от
рукоятки 14.
Управление станком и наладку его на автоматиче-
ский цикл производят с пульта 17. Электрооборудо-
вание станка размещено в шкафу 8. В процессе обра-
ботки охлаждающая жидкость подается из бака 10
насосом.
Контрольные вопрос ы
1. Каково назначение хонинговальной обработки, какие схемы
крепления головок и детали применяются?
2. В чем сущность процесса суперфиниширования? Расскажи-
те о видах суперфиниширования и способах их осуществления.
3. Какой инструмент применяется для притирочных станков?
Расскажите о схемах, характере движений инструмента и детали.
4. Какие применяются схемы для полирования?
5. Назовите виды профилешлифовальных станков в зависимо-
сти от схемы формообразования.
6. Перечислите недостатки оптических профилешлифовальных
станков.
7. Назовите методы шлифования зубьев.
8. Расскажите о методе шлифования зубьев абразивным чер-
вяком и о станке для осуществления указанного метода.
9. Назовите методы шлифования резьб.
10. Расскажите об универсальных резьбошлифовальных стан-
ках.
274
ГЛАВА 11
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ В СОСТАВЕ
КОМПЛЕКСОВ ОБОРУДОВАНИЯ
11.1. КОМПЛЕКСЫ ОБОРУДОВАНИЯ
В зависимости от типа производства, а именно
массового, крупно-, средне- или мелкосерийного, ста-
ночное оборудование организуется в разные системы
(комплексы). Средне- и мелкосерийное производст-
во— поточная организация из отдельных универсаль-
ных и специальных станков, не связанных транспорт-
ными системами и ритмом обработки. В настоящее
время такое производство организуется как гибкая
производственная система (ГПС), в которую входят
оборудование с ЧПУ, в том числе многоцелевые стан-
ки; система взаимосвязанных автоматизированных
транспортных и складских устройств для укладки,
хранения, временного накопления, разгрузки и достав-
ки предметов труда, технологической оснастки
(АТСС) и другие элементы.
Основной ячейкой ГПС является гибкий производ-
ственный модуль (ГПМ) —единица технологического
оборудования с ЧПУ для производства изделий про-
извольной номенклатуры, автономно функционирую-
щая, автоматически выполняющая все функции, свя-
занные с их изготовлением, и имеющая возможность
встраивания в ГПС. В состав ГПМ кроме собственно
станка с ЧПУ или многоцелевого станка, как прави-
ло, включаются накопители деталей, устройство за-
грузки-выгрузки в виде промышленного робота (ПР)
или манипулятора, устройства для смены оснастки
и инструмента, автоматического контроля обработан-
ной детали, а также диагностирования состояний стан-
ка и инструмента.
Многоцелевой станок — металлорежущий станок,
предназначенный для выполнения различных видов
обработки резанием, например круглого и внутренне-
го шлифования. В зависимости от конструкции станка
обработка различных поверхностей может проводить-
ся одновременно или последовательно. На станке пре-
дусмотрена автоматическая смена кругов для наруж-
ного шлифования, которая требуется при шлифовании
различных профилей на одной заготовке или несколь-
18*
275
ких заготовках с различными характеристиками. При
обработке внутренних поверхностей в зависимости от
конструкции станка имеется автоматическая смена
шлифовального шпинделя в сборе с кругом или толь-
ко шлифовального круга (в сборе с оправкой). Во
всех случаях предусматривается магазин для хране-
ния сменных элементов (кругов или шпинделей).
Управление ГПС ведется от ЭВМ высокого ранга,
с помощью которой можно управлять производством:
загрузкой станков конкретными деталями посредст-
вом управления складами и транспортными устройст-
вами; распределением управляющими программами
для станков с целью обработки конкретных деталей,
а также инструментами; собирать данные о ходе про-
изводственного процесса, а также данные о техничес-
ком состоянии оборудования на основе его автомати-
зированной диагностики.
Массовое крупносерийное производство организу-
ется на базе автоматических линий (АЛ), в основном
настроенных на один тип обрабатываемой детали, ре-
же переналаживаемых АЛ, т. е. для обработки двух-
трех деталей. АЛ—комплекс взаимосвязанного
металлорежущего и другого технологического и конт-
рольного автоматизированного оборудования, осуще-
ствляющего технологический процесс (без участия
рабочего) в определенной последовательности и с за-
данным ритмом. Встроенное оборудование связывает-
ся транспортными устройствами, которые обеспечива-
ют прием, передачу, выдачу и временное хранение за-
готовок между отдельными станками (операциями).
Дальнейшим развитием АЛ стали гибкие автоматизи-
рованные линии (ГАЛ), которые приспособлены для
автоматизированной переналадки. Гибкость обеспечи-
вается системой ЧПУ или ПК, переналаживаемой си-
стемой автоматической загрузки заготовок, устройст-
вом автоматической подстройки станка в зависимости
от фактических размеров инструмента, системой авто-
матической смены инструментов и подналадки при
наличии измерительного устройства и инструменталь-
ного магазина.
Гибкость транспортной системы обеспечивается
применением специальных переналаживаемых транс-
портных устройств для межоперационной передачи де-
талей и промышленных роботов (ПР), для передачи
деталей со станка на конвейер и обратно,
276
Технологический процесс на ГАЛ также отличает-
ся от традиционного:
обработка на каждом переходе ведется на опти-
мальных режимах благодаря регулированию по про-
грамме технологических параметров на станках
с ЧПУ;
практически пе требуется обдирочное шлифование
вследствие повышения точности обработки на пред-
шествующих токарных операциях, выполненных на
станках с ЧПУ;
применение систем с ЧПУ в шлифовальных стан-
ках различных типов позволяет использовать их для
управления правкой шлифовальных кругов, в том чис-
ле профильных, что обеспечивает точность обработки
до h6 в продольном сечении при переналадке;
применение ЧПУ в станках стабилизирует точность
обработки партии деталей, что дает возможность от-
казаться от 100 %-ного контроля окончательно обра-
ботанных деталей.
11.2. ТРЕБОВАНИЯ К ШЛИФОВАЛЬНЫМ СТАНКАМ
И ОБОРУДОВАНИЮ В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСА
Транспортная система комплекса должна
обеспечить подачу заготовок к каждому станку в не-
обходимом количестве, при этом качество заготовок
должно отвечать требованиям каждой конкретной тех-
нологической операции.
Шлифовальные станки в составе АЛ при обработ-
ке деталей типа тел вращения работают по такту не-
зависимо друг от друга, что обеспечивается межопе-
рационными заделами транспортной системы. В АЛ
заготовка движется по мере обработки жестко по мар-
шруту технологического процесса от операции к опе-
рации по специальной транспортной системе, которая
изготовлена именно для этой детали. Трасса переме-
щения заготовки и обработанной детали для каждой
операции раздельна. Транспортная система должна
обеспечивать стыковки конвейеров различного типа
или лотковой системы с устройствами загрузки-вы-
грузки станка или же с манипуляторами, которые так-
же должны быть состыкованы со станками. Система
управления станками должна быть согласована с си-
стемой управления транспорта таким образом, чтобы
при отсутствии заготовок па подводящем транспорте-
277
ре или заполнении отводящего транспортера станок
автоматически останавливался, а при восстановлении
условий возможной работы — автоматически вклю-
чался.
Шлифовальные станки в составе ГАЛ также рабо-
тают независимо друг от друга. Однако специфика оп-
ределяет дополнительные требования к транспортной
системе, обеспечение однозначности обработки каждо-
го типа детали. Это достигается несколькими средст-
вами. Если количество типов деталей невелико (не
более трех), то транспортная система делится для дви-
жения заготовок конкретного типа. Каждый тип дета-
ли движется только по своей заранее закрепленной
трассе. В этом случае детали могут перемещаться не-
посредственно. Если обрабатывается несколько типов
деталей и переналадка оборудования (станки с ЧПУ)
производится автоматически, то детали транспортиру-
ются в приспособлениях-спутниках (палетах), на кото-
рых установлены датчики, сигнализирующие о типе
детали. Транспортная система ГАЛ не имеет типового
решения из-за большого разнообразия оборудования
и типа деталей и создается для каждого конкретного
вида обработки и детали.
При работе станка в составе ГПС транспортирова-
ние заготовок производится системой, в которой кон-
вейеры различных видов, как правило, отсутствуют.
Оборудование обычно устанавливается по технологи-
ческому принципу, при этом чаще всего это ГПМ, ко-
торые имеют собственные накопители деталей. Основ-
ным требованием в этом случае является стыкуемость
транспортных устройств различных ГПМ, установлен-
ных в ГПС, с транспортными средствами (робокара-
ми, роботизированными подъемными средствами)
и накопителями (автоматизированными складами
ГПС), системами информации о конкретном изделии
для обеспечения выбора управляющей программы и
маршрута обработки.
Измерительные системы шлифовальных
станков зависят от степени автоматизации станка
и вида комплекса, в который он встроен. На рнс. 11.1
представлена схема применения и, следовательно, тре-
бования к измерительным системам. Рассматривается
три степени автоматизации: полуавтомат (использует-
ся в мелкосерийном производстве, в поточном произ-
водстве), автомат (используется в поточном производ-
278
стве и встраивается в ЛЯ), авюмат, оснащенный
УЧПУ (встраивается в Г11М и ГАЯ).
В качестве исполнительных органов станка услов-
но принимаем привод движения (////) и привод кор-
рекции движения (//А'), на коюрые воздействуют раз-
личные устройства станка и оператор. Измерительные
устройства, которыми оснащаются станочные системы,
Ряс. 11.1. Схема связей средств измерения с системой уп-
равления станком
можно разделить на два вида — установленные непо-
средственно на станке и вне станка.
Измерительные устройства, установленные непо-
средственно на станке: измерение размера (формы)
обрабатываемой детали (СИД)\ измерение износа
шлифовального круга (СИ)\ система измерений пара-
метров для адаптивного управления процесса обра-
ботки {СИАу, измерение перемещений исполнитель-
ных органов станка — поступательных (СИЛИ) и кру-
говых (СИДПу измерения, необходимые для
диагностики состояния узлов станка (СД).
Измерительные устройства, установленные вне
станка: измерительные устройства параметров обрабо-
танной детали (диаметральные размеры, отклонения
формы от круглости и т.п.) — (СКДУ, измерительные
устройства инструмента (характеристики, размеры
шлифовального круга) — (СКИу, измерительные уст-
ройства для определения точности станка на основе
анализа контура и точности детали— (СДТС).
При работе станка информация от СИД и СИ по-
279
ступает в блок обработки измерительной информации
(БИ). При ручном управлении (рис. 11.1,а) информа-
ция, представленная в БИ визуально, служит опера-
тору для ручного управления приводами ПД и ПК.
Подключение к БИ блоков автоматики БА позволяет
автоматизировать процесс обработки (рис. 11.1,6),
однако участие оператора в работе сохраняется при
возобновлении каждого цикла. Регулировка приводов
ПД и ПК также может выполняться операторами. При
подключении к БИ дополнительно блоков управления
приводом движения БУПД и приводом коррекции
БУПК позволяет автоматизировать управление точно-
стью работы станка (рис. 11.1,в). Оператор в этом
случае в основном контролирует работу и точность об-
работки станком и при необходимости может воздей-
ствовать на БУПД и БУПК. Системы СИА и СД мо-
гут быть использованы, однако их необходимость оп-
ределяется экономическими соображениями с учетом
предполагаемой занятости оператора в данном ком-
плексе.
Те же измерительные системы, что применяются
для автоматизированного управления, позволяют реа-
лизовать программное управление с использованием
УЧПУ (рис. 11.1,а)—в этом случае блок БИ может
быть исключен. При работе в режиме программного
управления в ряде случаев необходимо использовать
дополнительную информацию от СКД, СКИ и СКТС.
Данные от устройств, расположенных вне станка, дол-
жны поступать в УЧПУ уже обработанными, поэтому
необходимо применение ЭВМ или совершенного ПК.
При управлении станка от ЭВМ-Ц в составе группы
станков с ЧПУ типа DNC повышается гибкость стан-
ка, а также повышается надежность выявления изме-
нения систематической или случайной погрешности,
нарушения нормальных режимов обработки. На рис.
11.1 показана избыточная система измерительных уст-
ройств. Связи необязательных (избыточных) измери-
тельных устройств показаны пунктирной линией.
Системы у п р а в л е н и я станков, встроенных
в комплексы, должны иметь согласование команд свя-
зи со смежным оборудованием, в том числе с транс-
портным. Это обеспечивает нормальное функциониро-
вание комплекса. Система управления станка может
быть выполнена на разной элементной базе, а именно
релейно-контактной, логической или ПК, а также с ис-
280
пользованием СЧПУ. Для станков, встроенных в ком-
плекс, система управления должна быть однородной.
Этим обеспечивается се совместимость при согласова-
нии команд связи. Это особенно важно, когда приме-
няется автоматическая система управления производ-
ства (АСУП) комплекса с использованием ЭВМ.
11.3. НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ
КОМПЛЕКСОВ ОБОРУДОВАНИЯ
Ниже приведены сведения (для преподавателей и
мастеров, а также для расширения кругозора учащих-
ся ПТУ)о направлениях развития автоматизации про-
изводства в машиностроении.
Традиционные непсрсналажнваемые автоматиче-
ские линии, предназначенные для производства одной
детали, амортизируются не менее чем за 8—!0 лет,
что при сроке сменности номенклатуры выпускаемой
продукции 1,5—2 года становится нерентабельным да-
же при большом объеме продукции. Частота сменяе-
мости объектов производства в дальнейшем будет
возрастать, и переналаживаемые автоматические ли-
нии останутся только в производстве особо стабиль-
ной продукции, параметры и программы выпуска ко-
торой не меняются многие годы.
Гибкость оборудования массового и крупносерий-
ного производства имеет специфические особенности
по сравнению с гибкостью оборудования в серийном
производстве. На гибких автоматических линиях обес-
печивается возможность обработки нескольких дета-
лей одного семейства и приспосабливаемое^ к выпу-
ску новых, заранее не известных деталей, подобных
ранее обрабатываемым.
Гибкие автоматические линии отличает более ши-
рокое применение средств вычислительной техники
для управления работой оборудования и диагностики
технического состояния, в том числе его переналадки,
а также связь индивидуальных систем управления от-
дельным оборудованием в единую систему, управляе-
мую от ЭВМ. Последующим этапом развития автома-
тизации стали гибкие производственные системы
(ГПС) и их элементы — гибкие производственные мо-
дули (ГПМ).
Анализ ГПС, поступивших на эксплуатацию в про-
мышленность Японии после 1982 г., показывает, что
281
их применение обеспечило увеличение производитель-
ности в 1,7—Юраз, сокращение обслуживающего пер-
сонала в 2,5 раза, уменьшение числа станков в 1,3—
5,5 раз. Коэффициент загрузки оборудования в ГПС
достигает 75—85 %, во многих случаях обеспечивает-
ся трехсменная работа при ночной смене без опера-
тора.
Решающим аргументом в пользу применения ГПС
стало не только улучшение частных показателей эко-
номической эффективности, таких как сокращение
численности персонала, снижение себестоимости про-
дукции, сокращение производственных площадей,
уменьшение объемов незавершенного производства,
более полное использование оборудования и т. д., но
и повышение конкурентоспособности продукции, кото-
рое определяет получение экономического эффекта в
целом для фирм, применяющих ГПС.
Техническое перевооружение машиностроительных
фирм, применяющих ГПС, имеет тенденцию распрост-
раняться не только непосредственно па технологиче-
ское оборудование, но и на остальные сферы деятель-
ности фирмы, т.е. на проектирование, подготовку про-
изводства, управление материальными ресурсами и
т. д., в результате чего предприятие оказывается охва-
ченным интегрированной производственной системой
с широким применением ЭВМ.
Появление и развитие ГПС, способных экономиче-
ски оправданно производить широкую номенклатуру
изделий малыми партиями, вплоть до единичного про-
изводства изделий в произвольном порядке, явилось
главной технической предпосылкой появления так на-
зываемого Джит-производства.
Термин Джит-производство буквально означает
«производство точно вовремя». Этот способ органи-
зации производства возник в Японии на автомобиль-
ном предприятии Тойота. Основным признаком Джит-
производства является поставка потребителю готового
изделия, а, в свою очередь, изготовление комплек-
тующих деталей и узлов для сборки этого изделия
лишь по мере возникновения потребности в них. Ха-
рактерной особенностью является почти полное отсут-
ствие складов, особенно промежуточных, т.е. резкое
сокращение незавершенного производства, высвобож-
дение производственных помещений, сокращение вре-
мени выпуска. Каждая операция на данном рабочем
282
месте выполняется лишь по требованию с последую-
щего рабочего места. Сигналом к выполнению операции
на данном рабочем месте является так называе-
мый «канбан» (японское слово, означающее нагляд-
ную запись или таблицу). Это может быть или кар-
точка, содержащая информацию о данной детали, или
«предметный канбан», например пустой контейнер,
который следует заполнить определенным количест-
вом деталей, или место на полу, которое, когда оно
становится незанятым, является сигналом к тому, что-
бы произвести или поставить дополнительное количе-
ство деталей.
Последние модификации системы «канбан» бази-
руются на устройствах, считывающих штриховые ко-
ды и на системах технического зрения, позволяющих
автоматически идентифицировать деталь с помощью
компьютера. В этих случаях детали доставляются на
автоматических транспортных тележках (робокарах)
или с помощью конвейеров.
Для обеспечения высокой точности металлообра-
ботки необходимым условием является использова-
ние в ГПМ и ГПС мониторинга — автоматизирован-
ных систем контроля (АСК) для измерения размеров
детали и автоматизированной системы технической
диагностики (АСТД) для оценки технического состо-
яния инструмента, различных устройств управления,
узлов и механизмов металлообрабатывающего обо-
рудования, входящих в состав ГПМ и ГПС.
Высокие угловые и линейные скорости обрабаты-
ваемых деталей, незначительная шероховатость
поверхности заготовок и деталей, наличие в зоне обра-
ботки стружки и СОЖ, труднодоступность обрабаты-
ваемых поверхностей, вибраций; сложность размеще-
ния измерительных устройств в зоне резания и т. д.
является спецификой работы технологического обо-
рудования в составе ГПМ и ГПС, отсюда и жесткие
требования к АСК и АСТД.
Условия ГПМ и ГПС требуют создания и внедре-
ния АСК и АСТД, способных обеспечить в реальном
масштабе времени 100 %-ный прецизионный контроль
с высокой скоростью и без вмешательства человека.
Автоматическая система контроля (АСК) в ГПМ
и ГПС характеризуется следующими особенностями:
линейностью выходных характеристик в диапазоне,
определяемом припуском на обработку; постоянной
283
времени не более длительности одного оборота дета-
ли; независимостью результатов измерения от изме-
рения шероховатости поверхности детали, ее частоты
вращения и т. д.
Технические средства АСК, которые используются
в условиях ГПМ и ГПС, подразделяются на три
класса:
специализированные средства контроля, например,
средства системного контроля, которые используются
ь основном в условиях крупносерийного и массового
производства;
координатно-измерительные машины (КИМ) и ро-
боты, установленные автономно и служащие для ре-
шения определенных задач производства;
различные контрольно-измерительные системы,
предназначенные для использования в условиях про-
изводства с переменной скоростью, в частности, в ус-
ловиях средне- и мелкосерийного производства.
Система контроля решает следующие задачи:
получение и представление информации о свойст-
вах, техническом состоянии и пространственном рас-
положении контролируемых деталей, а также о со-
стоянии технологической среды;
сравнение фактических параметров с заданными;
передача информации с рассогласованием для
принятия решения на различных уровнях управления
ГПС.
АСК должна обеспечивать возможность автомати-
ческой перестройки технических средств контроля в
пределах, полноту, достоверность и надежность конт-
роля. Обычно применяются два вида контроля: вне
станка (выносной) и на станке.
Применение выносного контроля в большинстве
случаев не сказывается на продолжительности про-
изводственного цикла, так как только 5—10 % вре-
мени деталь находится на обрабатывающем оборудо-
вании, а остальное время находится на складе или
транспортируется. Время пролеживания детали мож-
но использовать для контроля детали и диагностиро-
вания элементов ГПМ и ГПС.
Возможны два способа контроля на станке: после-
операционный и активный.
Автоматизированная система технической диагно-
стики (АСТД) предназначена для автоматизирован-
ного проведения анализа технического состояния обо-
284
рудования, входящего в состав ГПМ и ГПС, и выра-
ботки информации об имеющих место отклонениях
или возможной потери работоспособности.
Функционально АСТД состоит из сенсорной систе-
мы устройства обработки информации па базе ЭВМ,
в оперативную память которой введены данные о до-
пустимых значениях параметров. Каждому техноло-
гическому оборудованию соответствует несколько ос-
новных параметров, определяющих характер его функ-
ционирования.
В простейших случаях АСТД сигнализирует о вы-
ходе параметров из области допустимых значений или
автоматически останавливает техпроцесс. Это позво-
ляет избежать аварийной ситуации, однако непредви-
денная остановка ГПМ и ГПС нарушает нормальное
функционирование технологического процесса. По-
этому необходимо, чтобы АСТД могла прогнозировать
возможный выход из строя оборудования и рассчи-
тывать на каждый момент времени оставшийся ре-
сурс его работы.
Другим важным требованием, предъявляемым к
АСТД, является дифференциальный подход к оценке
состояния оборудования, т.е. АСТД должна указы-
вать, в каком именно узле оборудования имеется не-
исправность или оканчивается ресурс работы.
Эффект, достигаемый в результате использования
АСТД в составе ГПС и ГПМ, объясняется следую-
щим:
своевременным обнаружением и устранением не-
исправных состояний составных частей оборудования,
что обеспечивает увеличение готовности оборудова-
ния в среднем на 12—15 %;
исключением необоснованных разборочно-сбороч-
ных работ, что сохраняет технический и технологиче-
ский уровень оборудования;
обеспечением полной выработки технического ре-
сурса;
обеспечением работы оборудования с оптимальной
регулировкой, что повышает производительность;
повышением безопасности работы за счет возмож-
ности частых операций контроля составных частей
и др.
Кроме этого использование АСТД упорядочивает
эксплуатацию оборудования, позволяет создать авто-
матизированные системы сбора информации о дина-
285
мике изменения состоянии основных узлов механиз-
мов.
Эффективность диагностирования существенно
возрастает, если одновременно с диагностированием
решается задача прогнозирования изменения техни-
ческого состояния оборудования. В этом случае про-
цедура диагностирования дополняется алгоритмом
решения задачи прогнозирования. Необходимость
прогнозирования изменения состояния оборудования
становится особенно актуальной по мере увеличения
сложности механизмов и элементов, на базе которых
создается металлообрабатывающее оборудование.
Контрольные вопросы
1. В каких комплексах оборудования используются шлифо-
вальные станки с ЧПУ?
2. Какие требования предъявляются к измерительным средст-
вам для станков, встроенных в поточное производство, автомати-
ческую линию ГПС?
ОГЛАВЛЕНИЙ
Предисловие ................... 3
Глава 1. Общие сведения об абрллшшой обработке . , 5
1.1. Понятие о резании металлов.................... 5
1.2. Особенности и виды абразивной обработки . , 8
1.3. Абразивные материалы......................10
1.4. Основные характерно!ики и маркировка шлифо-
вальных кругов.................................12
1.5. Износ и правка шлифовальных кругов ... 18
1.6. Смазочно-охлаждающие жидкости при шлифовании 23
Глава 2. Общие сведения о шлифовальных станках . . 26
2.1. Классификация шлифовальных станков ... 26
2.2. Классификация шлифовальных станков по уровню
автоматизации........................................30
2.3. Классификация станков по точности .... 32
2.4. Производительность и надежность станков . , 35
2.5. Назначение и структура систем автоматического уп-
равления ............................................36
2.6. Элементы системы автоматического управления . 41
2.7. Автоматизация цикла обработки.............46
2.8. Измерительно-управляющие устройства для цик-
ловой обработки и обработки напроход ... 47
Глава 3. Общие сведения о кинематике станков . :. 54
3.1. Виды и классификация движении в стайках . . 54
3.2. Основные термины и понятия из теории механиз-
мов и машин..........................................55
3.3. Элементы кинематики станка.....................62
3.4. Приводы и передачи.............................63
Глава 4. Функциональные части, основные узлы и механиз-
мы шлифовальных станков ................................73
4.1. Общие сведения.................................73
4.2. Механические узлы станков ....... 73
4.3. Электрооборудование.......................... 92
4.4. Гидрооборудование........................... 100
Глава 5. Системы числового программного управления для
шлифовальных станков................................115
5.1. Особенности применения ЧПУ в шлифовальных
станках.............................................115
5.2. Общая структура систем СЧПУ ..... 116
5.3. Аппаратное устройство числового программного уп-
равления (NC).......................................119
5.4. Программируемое устройство числового программ-
ного управления (CNC) ..............................125
5.5. Микропроцессорное управление электроавтомати-
кой станка ......... . . 127
287
Глава 6. Промышленные роботы для загрузки-выгрузки . 133
6.1. Общие сведения.......................... . 133
6.2. Устройство роботов ......... 135
6.3. Системы управления роботами ...... 140
Глава 7. Конструкции круглошлифозальпых станков . . 143
7.1. Общие сведения.......................... . 143
7.2. Компоновки круглошлифовальных станков . . 145
1.3. Узлы круглошлифовальных станков .... 148
7.4. Приспособления.......................... . 176
7.5. Устройства измерения детали............186
Глава 8. Конструкции внутришлифовальных станков . . 190
8.1. Особенности внутреннего шлифования .... 190
8.2. Устройства для базирования и крепления заготовок 193
8.3. Компоновка и кинематика внутришлифовальных
станков.....................................198
8.4. Особенности конструкций внутришлифовальных
станков . . . . •........................204
8.5. Измерительно-управляющие устройства при внут-
реннем шлифовании................................215
8.6. Виутришлпфовальпые станки с ЧПУ .... 217
Глава 9. Конструкции плоскошлифовальных станков . . 219
9.1. Способы обработки....................... . 219
9.2. Плоскошлифовальные станки....................222
9.3. Двусторонние торцешлифовальные станки , . . 230
9.4. Шлицешлифовальные станки.....................239
9.5. Устройства для установки и крепления деталей . 242
9.6. Контроль деталей в процессе шлифования . . . 245
Глава 10. Конструкции шлифовальных станков для выпол-
нения специальных операций . ..................... 250
10.1. Хонинговальные станки...........................250
10.2. Суперфинишные станки............................253
10.3. Притирочные станки..............................258
10.4. Полировальные станки.......................... 260
10.5. Профилешлифовальные станки......................264
10.6. Зубошлифовальные станки.........................268
10.7. Резьбошлифовальные станки..................... 271
Глава 11. Шлифовальные станки в составе комплексов обо-
рудования ................................................275
11.1. Комплексы оборудования..........................275
11.2. Требования к шлифовальным станкам и оборудо-
ванию в составе комплекса.........................277
11.3. Направление развития комплексов оборудования 281